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Air Systems Division

Essais champs forts sur les systèmes : de l’antenne à la VIRC par Geneviève Deville

22/03/2006

Air Systems Division2

CE

M &

Sa

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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC

Sommaire

Les essais champs forts

Les différentes méthodes d’essais

Méthode de la cage anéchoide

Méthode du strip line

Méthode de l’antenne filaire

Méthode de la chambre réverbérante à brassage de modeMode tuningMode SteeringVIRC

Application : les essais champs forts sur des systèmes de grandes dimensions


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Environnement électromagnétique de plus en plus pollué.

Systèmes de plus en plus complexes.

Prise en compte de la menace « champs forts » dans

les spécifications d’immunité en rayonnement des matériels :

Militaires, Aéronautiques, Automobiles, Etc…


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Les environnements champs forts et les normes d’essais d’immunité (rayonnée)

Environnement Origine Forme Norme d’environnement

Norme d’immunité

Foudre indirecte Naturelle Impulsion MIL STD 464 MIL STD 461 RS 103

RTCA/DO160 sec 22

CEI 61000-4-9

CEI 61000-4-10

IEMN Hostile Impulsion MIL STD 464

CEI 61000-2-9

MIL STD 461 RS 105

CEI 6100-4-20

CEI 6100-4-25

HIRF Emetteursintentionnels

CW,

Modulé

MIL STD 464 MIL STD 461 RS 103

RTCA/DO160 sec 20

CEI 61000-4-3

Armes hyper

HPM

UWB

hostile CW,

Modulé

Impulsion

Pr NF EN 61000-2-13


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Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464

Champ électrique moyen MIL STD 464

0

200

400

600

800

1000

1200

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

fréquences (MHz)

E m

oy

(V/m

)

Ship Space & launch vehicule Ground aircraft


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Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464

Champ électrique crête MIL STD 464

1

10

100

1000

10000

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

fréquences (MHz)

E m

oy

(V/m

)

Ship Space & launch vehicule Ground aircraft


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Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage anéchoide :

Cette méthode est la plus largement répandue, elle est décrite par les normes MIL STD 462 (versions 1967, 1971…1993), la MIL STD 461 E, la DO 160 et la CEI 61000-4-3.

Les essais de susceptibilité rayonnée sont réalisés en cage de Faraday anéchoide :

Exemple : Montage d’essai proposé par la MIL STD 461 E


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Essai RS 103 de la MIL STD 461 E sur une baie

antenneMesureur de

champ

équipement


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Les inconvénients de la méthode :

Nécessite des amplificateurs puissants (donc coûteux) pour

produire des champs de fort niveau.

Immobilise une cage de grand volume (donc coûteuse)

L’objet à tester n’est éclairé que sous une seule face.

Si l’objet est volumineux, le test est très long.


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Les différentes méthodes d’essais :Méthode du strip-line

de la MIL STD 462 (1967) à la MIL STD 461E (1999 ) :


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Montage d’essai de la MIL STD 461 E (RS 105)


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Nécessite une installation spécifique (strip line)

La polarisation du champ est fixée donc nécessité de « tourner » l’équipement sous test »

La taille de l’équipement est limitée par les dimensions du strip-line

Rayonnement du strip-line donc pollution électromagnétique de l’environnement du laboratoire (problème résolu par l’utilisation d’une cellule TEM)

Cette méthode est plutôt utilisée pour produire des champs impulsionnels


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Les différentes méthodes d’essais :Méthode de l’antenne filaire ( MIL STD 462 - 1971):


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Méthode utilisable seulement de 14 kHz à 30 MHz

Nécessiter d’adapter la ligne à l’aide d’un jeu de résistances par un processus d’itérations successives

Temps d’installation du montage d’essais prohibitif

Cette méthode a été rapidement abandonnée, on ne la retrouve plus dans les normes récentes.


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Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode (mode

tuning):

La méthode consiste à utiliser une chambre réverbérante à brassage de modes pour produire le champ E nécessaire à l’illumination de l’objet à tester. Le brassage est lent. (entraînement du brasseur par moteur pas à pas)

(Test décrit dans la MIL STD 461 E et la DO 160 C et D)

Exemple : Montage d’essai proposé par la MIL STD 461 E


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Principe de la chambre réverbérante à brassage de modes :

On obtient un champ électromagnétique statistiquement homogène et isotrope dans l’espace et uniforme en fréquence dans le volume donné grâce à :

Apparition d’un champ stationnaire associé aux modes propres de la cavité dû aux réflexions sur la paroi

Modification de la géométrie de la cage par la rotation pas à pas d’un ou plusieurs « brasseurs de modes »


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Chambre réverbérante à brassage de modes :

Avec l’aimable autorisation du GERAC


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Avantages de la chambre réverbérante à brassage de modes :

A niveau de champ constant, la puissance à injecter est beaucoup plus faible que dans la méthode de la chambre anéchoide.

L’objet sous test est illuminé sous toutes ses faces.

La durée de l’essai est plus courte.


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Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode ( Mode

Steering) :

Une variante de la méthode consiste à faire varier le champ très rapidement et de manière aléatoire dans la chambre.

Le brasseur tourne de manière continue.

Cette méthode est décrite comme une variante de la précédente dans la DO 160 D.

Exemple : Montage d’essai proposé par la DO 160 D


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Steering) :

Les avantages par rapport à la méthode en chambre anéchoide sont les mêmes que ceux de la méthode Mode Tuning.

Cette méthode permet de gagner du temps, mais le temps de réaction de l’équipement sous test doit être rapide, sinon il y a un risque de ne pas voir le défaut.


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Steering) par utilisation d’une VIRC :

Il s’agit encore d’une autre variante de la méthode du Mode Steering.


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Le principe de la chambre réverbérante vibrante (VIRC) :

La chambre réverbérante vibrante (VIRC) est une tente en tissu métallisé dont les murs sont de forme non régulière.

Le brassage du champ est effectué en agitant les parois de la tente

Avec l’aimable autorisation de Thales Naval Netherland


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Avantages et inconvénients de la méthode : Inconvénients :

Champs très rapidement variables, donc risque de ne pas voir certains dysfonctionnements

Avantages :

Possibilité de générer des champs forts avec des amplificateurs de faible puissance

Facilement déplaçable et montage très rapide

Souvent le seul moyen de tester des systèmes de taille importante ou difficilement déplaçables


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Les essais champ forts sur des systèmes de grande taille :

Les antennes des radars conçus par Thales Air Defence peuvent atteindre des dimensions de l’ordre de 10m.

Difficilement déplaçables.

Nécessitent des moyens de levage/manutention qui ne rentrent pas dans les cages de Faraday.

Les antennes elles-mêmes ne passent pas par les portes des cages.

La vérification du bon fonctionnement de l’antenne demande aussi beaucoup de place (généralement le reste du radar).


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Les essais champ forts sur des systèmes de grande taille :

Utilisation d’une chambre réverbérante vibrante (Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber = VIRC) en lieu et place d’une chambre réverbérante fixe

Plus de déplacement de l’antenne.

Manutention (donc coût) réduite.

Durée d’immobilisation du système diminuée.

L’ouverture rayonnante de grandes dimensions peut être testée en vraie grandeur.


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Utilisation de la VIRC appliquée à une antenne de grandes dimensions :

Refroidissement

Banc de test antenne

Alimentation

Récepteur

Générateur

M1

M2

M3

M4

4,3 m

4 m4,1m

5,6 m

4 m

6 m

Moteurs

VIRC

Essai in situ avec une VIRC

Antenne


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Conclusion :

Il existe de nombreuses méthodes d’essais champs forts

Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients

Le responsable CEM doit les connaître toutes pour pouvoir choisir la mieux adaptée à ses besoins.


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Pour en savoir plus sur les chambres réverbérantes à brassage de mode et la chambre réverbérante vibrante :

- B Demoulin : Les chambres réverbérantes à brassage de mode. Principe et applications – Colloque CEM Brest 1998

- F.B.J Leferink : High field strength in a large volume: the intrinsic reverberation chamber – IEEE symposium on EMC 1998

- F.B.J Leferink & J Van Etten : The Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber – IEEE Tr. on EMC 2001

- T.X.Nguyen (NASA) : Mode-Stirred Method implementation for HIRF susceptibility testing and results comparison with anechoic method

Air Systems Division

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