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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
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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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POURQUOI BLINDER LES CABLES SOUMIS A UN RAYONNEMENT
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))
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POURQUOI BLINDER LES CABLES SOUMIS A UN RAYONNEMENT
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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POURQUOI BLINDER LES CABLES SOUMIS A UN RAYONNEMENT
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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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
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CARACTERISATION DU BLINDAGE = IMPEDANCE DE TRANSFERT
Vp
Ib
Cas du blindage simple tresse
Fuites de champ H
Zt
Fréquence
Résistance du
blindage
2 à 5 MHz
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CARACTERISATION DU BLINDAGE = IMPEDANCE DE TRANSFERT
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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