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JEANNOLLE Joël Cabinet d étude en

ELECTROMAGNETISME

JOURNEES CEM HYPER 2004 LES CABLES BLINDES SOUMIS A UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUES

31 MARS 2004

SOMMAIRE

Rappel de la notion de blindage des câbles

Caractéristiques des câbles blindés : l'impédance de transfert

Estimation des courants induits dans les câbles par une onde électromagnétique incidente

Estimation des impédances des boucles

Estimation de la suceptibilité des circuits victimes

Caractérisation des impédances de transfert utiles et technologies associées

UNE APPROCHE QUATIFIEE DE CARACTERISATION DES CABLES BLINDES

SOUMIS A UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE

s


ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

POURQUOI BLINDER LES CABLES SOUMIS A UN RAYONNEMENT

H

Ia =Vcm/Zboucle E

Vcm = K*µ*S*dH/dt

Vp

Vp = ZL * Ia = K*µ*S*(dH/dt)*(ZL/Zboucle)

ZL

Zg

S = surface de la boucle

La situation

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004


Hb

Ia =Vcm/Zboucle

Vcm = K*µ*S*dH/dt

Vp ZL

Zg Court-circuit de Vcm?

Ib

e

Adjoindre un fil de retour de masse

Ic

Irésiduel = Ia -Ic

Ic = e/Zboucle

e = jMωIb

La

Lb

Ires. = (Vcm/Zboucle)*(1-(jMω /(Zmasse + Zfil))

3


ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004


Hb

Ia =Vcm/Zboucle

Vcm = K*µ*S*dH/dt

Vp ZL

Zg

Ib

e

Adjoindre un fil de retour de masse

Ic La

Lb

Ires. = (Vcm/Zboucle)*(1-(jMω/(Zmasse + Zfil))

M = K La*Lb

S

Sb

Si Sb => S => Lb=> La et K=>1

Ires. = (Vcm/Zboucle)*(1- jLbω / jLaω) => 0 Solution technologique liaison coaxiale

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004


Vcm = µ*S*dH/dt

Vp ZL

Zg

Ib

Liaison coaxiale = liaison blindée

simple tresse

Technologie du blindage double tresse

métal plein

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DU BLINDAGE = IMPEDANCE DE TRANSFERT

Vp

Ib

Cas du métal plein Impédance de transfert d'un blindage en cuivre plein annelé

-120,0

-110,0

-100,0

-90,0

-80,0

-70,0

-60,0

-50,0

-40,0

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

Fréquence en MHz

Zt e

n dB

0hm

Dia=13 ép=0,15

Dia=6,5 ép=0,15

Par définition:

Zt = Vp / Ib

6


ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004


Vp

Ib

Cas du blindage simple tresse

Fuites de champ H

Zt

Fréquence

Résistance du

blindage

2 à 5 MHz

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004


Vp

Ib

Cas du blindage double tresse = 2 tresses superposées, l'une masquant les trous de l'autre

Fuites de champ H

Zt

Fréquence

Résistancedu

blindage

30 MHz

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Vcm

∫−=−=surfaces

dsnBdtd

dtdVcm **ϕ

n H

OEM

Vcm

( )λπμ LchHVcm 2cos1*2**** −=

Vcm

Fréquence

L

h

L= λ/2 chHiVcm ****2max μ=

ds

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Zboucle

h

Zboucle = impédance d'un fil au-dessus de la masse

r L c

Comportement en résistance

Comportement en self

inductance Comportement en ligne

Fréquence ( )πμ 2

14*0

−= d

hLnL

Diamètre = d

slR *ρ= c

LZc=

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Ib

ZboucleVcmIb=

Vcm Zboucle

Fréquence Fréquence

Exemple de valeur de Ib Limites Ip de la norme CS116

0,01

0,1

1

10

0,01 0,1 1 10 100

fréquence en MHz

vale

ur d

e Ip

en

ampè

res

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Vp

Elle est établi à l'aide :

  La marge de conception ( 20 dB)

  Les caractéristiques de susceptibilité des circuits Susceptibilité estimée

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

Fréquence en MHz

Niv

eaux

en

dBµV

Numérique

analogique

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Zt

Par définition : IbadmissibleVpZt .=

B0 = pas de blindage B1 => Zt0 = 1 Ω/m = 0dBΩ/m B2 => Zt0 = 3x10-1 Ω/m = -10dBΩ/m B3 => Zt0 = 10-1 Ω/m =

-20dBΩ/m B4 => Zt0 = 3x10-2 Ω/m = -30dBΩ/m B5 => Zt0 = 10-2 Ω/m =

-40dBΩ/m B6 => Zt0 = 3x10-3 Ω/m = -50dBΩ/m

B2

B3

B4

B5

B6

Fréquence

Approche de caractérisation:

Zt

30 MHz

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DE LA VALEUR DE Zt

Comparaison entre un blindage simple tresse optimisé avec les standards de blindage

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

1,000 10,000 100,000Fréquence en MHz

Zt e

n dB

0hm B4

B5

B6

Zt réelle STr.

Solutions technologiques

B0 = pas de blindage

B1 = blidage simle tresse lache

B2 = enrubannage

B3 = simple tresse ordinaire

B4 = simple tresse optimisé

B5 = simple tresse + enrubannage

B6 = double tresse optimisé

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

Exemple d'application

Télécommande

Liaisons numériques +

Liaisons analogiques

Pont du navire

Systéme de poursuite navalisé

MIL STD 461 E

CS 114

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 1 000,00Fréquence en MHz

Cou

rant

en

dBµA

sous le pont

sur le pont

Susceptibilité estimée

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

Fréquence en MHz

Niv

eaux

en

dBµV

Numérique

analogique

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

Exemple d'application Comparaison entre les impédances de transferts nécessaires et les standards de blindage

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0,100 1,000 10,000 100,000

Fréquence en MHz

Impé

danc

e de

tran

sfer

t Zt e

n dB

0hm

Analog. local tech.

Analog.Pont

B3

B4

B5

B6

Comparaison Zt réelle d'un blindage simple tresse et Zt souhaitée pour signaux analogiques sur le pont

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0,100 1,000 10,000 100,000

Fréquence en MHz

Zt e

n dB

0hm

Analog.Pont

Zt réelle STr.

Solution retenue à priori

Solutions calculées

Gamme de fréquence avec surblindage ou filtre de protection

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CARACTERISATION DES CONNECTEURS

  Les connecteurs sont également caractérisés par leur impédance de transfert

  Cette impédance de transfert dépend de la qualité à obtenir globalement et à la longueur du câble

  En règle générale on fixe pour chaque connecteur une impédance de transfert égale à celle de 1 mètre de câble

  Les impédances de transfert des connecteurs sont très variables en fonction du soin pris à la réalisation et aux effets climatiques et au temps

  Se sont pratiquement toujours les connecteurs qui sont la cause des dégradations du blindage

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ELECTROMAGNETISME


31 MARS 2004

CONCLUSIONS

  Soumis à une onde électromagnétique, les câbles de liaisons entre matériels sont parcourus par des courants indésirables.

  Pour réduire l'effet de ces courants, une solution efficace consiste à entourer le fil utile par le fil de retour => câble blindé

  La qualité d'un fil blindé est dimensionnée par son impédance de transfert. Elle varie suivant les technologies.

  On peut estimer à la conception la qualité requise à l'aide de trois données :

l'intensité du courant sur le toron ( donnée d'environnement)

La suceptibilité des victimes ( chox technologique)

La hauteur moyenne des câbles au-dessus des masses

  Prévoir à l'estime la qualité du bindage dans un environnement difficile est source de déboire. Le connecteur doit être de même qualité

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