Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article traite des techniques de blindage d'un système électronique vis-à-vis de contraintes électromagnétiques. L'immunité globale dépend évidemment des caractéristiques intrinsèques de chacun des blindages utilisés, mais également de la manière dont ils sont connectés entre eux. Un équipement générique a donc été choisi et permet d'introduire la notion de frontière topologique.
Les atténuations apportées par des plans métalliques ou composites, des enceintes et des connecteurs sont successivement étudiées et le rôle des résistances de contact est mis en évidence. L'apport de protections supplémentaires, comme les anneaux de ferrites et câbles filtrants, concluent cette présentation.
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This article deals with techniques for shielding an electronic system against electromagnetic interference. Overall immunity obviously depends on the intrinsic characteristics of each of the shields used, but also on the way they are connected to each other. Generic equipment has therefore been chosen and allows for the introduction of the concept of a topological boundary.
The attenuations provided by metallic or composite planes, enclosures, and connectors are successively studied, and the role of contact resistances is highlighted. This presentation concludes with the use of additional protection devices, such as ferrite rings and filter cables.
Auteur(s)
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Bernard DéMOULIN : Professeur émérite, - Université de Lille, faculté des Sciences et Technologies, groupe TELICE de l’IEMN, UMR CNRS 8520, Lille, France
-
Pierre DEGAUQUE : Professeur émérite, - Université de Lille, faculté des Sciences et Technologies, groupe TELICE de l’IEMN, UMR CNRS 8520, Lille, France
INTRODUCTION
L’élaboration de circuits électroniques traitant des signaux de faible amplitude exposés à des contraintes électromagnétiques, exige fréquemment l’utilisation de blindages. Ces derniers englobent, des câbles blindés, des connecteurs, des filtres, des boîtiers métalliques, mais aussi des fonctions spécifiques en relation avec les contacts aux réseaux de terre et la participation de protections complémentaires. Cette énumération sous-entend également que l’efficacité d’un blindage doit s’harmoniser avec chaque composant d’une installation, pour répondre aux normes de compatibilité électromagnétique, ainsi qu’à des compromis liant les critères de coût, de fiabilité, de sécurité électrique et de sûreté de fonctionnement.
Ce contexte a donc infléchi l’analyse scientifique de l’article, sur l’exemple d’un équipement électronique générique, configuré pour collecter, transmettre et amplifier des signaux analogiques. Ces fonctions et composants se prêteront ainsi plus aisément à l’exposition à diverses contraintes, représentées par des champs électromagnétiques, couvrant une vaste gamme de fréquences, auxquels s’ajouteront aussi des courants dérivés dans le sol.
Nous verrons que le recours à l’équipement générique débouchera directement sur le concept de frontière topologique, matérialisée par l’enchaînement des divers types de blindages, s’opposant à la pénétration des contraintes évoquées plus haut. Sachant que cette barrière physique est imparfaite, nous serons amenés à la caractériser par des paramètres accessibles aux mesures, ou au calcul des tensions résiduelles parvenant sur un circuit ou un composant considérés vulnérables.
Dans l’esprit du préambule, nous procéderons dans le premier chapitre à la description de l’équipement générique, complétée de sa frontière topologique. Nous abordons, dans un deuxième chapitre, l’étude de la pénétration des ondes planes dans des blindages plans. Cette étape préliminaire s’efforcera de relier l’atténuation d’un blindage à sa structure interne, suivant qu’il est composé d’un métal homogène très conducteur, d’une grille métallique, ou d’un substitut composite. Le troisième chapitre traite la question des enceintes blindées, nous analyserons leur comportement face à l’exposition à des champs électriques et magnétiques couvrant une large gamme de fréquences, ainsi qu’aux courants dérivés sur leur structure métallique. Le quatrième chapitre s’intéresse aux câbles blindés, une attention particulière sera accordée à l’évaluation des tensions résiduelles engendrées par l’impédance de transfert. Le cinquième chapitre, consacré aux connecteurs, insiste sur leur lien avec le concept d’immunité électromagnétique. Le sixième chapitre présente quelques procédés complétant l’action des blindages, tels que les limiteurs d’amplitude, les anneaux de ferrite, ainsi que les câbles filtrants ou absorbants.
En règle générale, chaque chapitre sera assorti d’exemples, permettant de cerner les ordres de grandeur des données physiques, touchant aussi bien les paramètres qualifiant les blindages, que les contraintes électromagnétiques.
Ajoutons que le lecteur désireux d’approfondir l’analyse des blindages ou des phénomènes de couplage électromagnétique, pourra consulter d’autres articles figurant dans les bases des TI et rappelés dans le texte et le Pour en savoir plus.
KEYWORDS
attenuation | impedance | resistance | electromagnetism | shielding | ferrites | filter cables
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2000 par Bernard DEMOULIN, Pierre DEGAUQUE
DOI (Digital Object Identifier)
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8. Glossaire
Compatibilité électromagnétique (CEM) ; Electromagnetic compatibility (EMC)
L’objectif de la CEM est d’assurer le fonctionnement correct et nominal d’un appareil ou d’un système électrique ou électronique en présence d’interférences, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques gênantes pour tout ce qui se trouve dans son environnement.
Onde plane ; Plane wave
L’amplitude d’une onde plane est invariante dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde. En pratique, une onde ne peut vérifier cette propriété que localement, c’est-à-dire sur une petite surface proche de la direction de propagation.
Impédance de transfert (Zt) ; Transfer impedance (Zt)
L’impédance de transfert caractérise l’efficacité du blindage d’un câble ou d’un connecteur, en termes de rapport entre la tension résiduelle collectée à l’intérieur du câble (ou du connecteur) et du courant circulant sur la face extérieure du blindage.
Symétriseur ; Balun
Un symétriseur permet de transférer un signal configuré en mode commun (MC) vers le mode différentiel (MD).
Ligne de terre ; Ground line
La ligne de terre configure l’équipotentielle entre la terre d’une source d’énergie électrique et l’infrastructure métallique d’un équipement entrant en contact avec le sol.
Topologie électromagnétique ; Electromagnetic topology
Représentation permettant de dissocier le blindage d’un équipement complexe en divers volumes interconnectés, chacun d’eux étant délimité par des surfaces dites topologiques et caractéristiques d’un niveau de blindage.
Frontière topologique ; Topological boundary
Délimitation d’une surface topologique.
Polarisabilité des ouvertures ; Polarizability of apertures
Quantité permettant de calculer les moments dipolaires électriques et magnétiques équivalents à l’ouverture afin d’évaluer analytiquement le champ qu’elle rayonne.
Impédance de surface (Zs) ; Surface impedance (Zs)
Relie la densité moyenne de courant circulant sur une surface plane d’extension infinie à l’amplitude moyenne du champ...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHELKUNOFF (S.A.) - Electromagnetic Waves. - Van Nostrand Éd. (1943).
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(3) - CASEY (K.F.) - Electromagnetic Shielding Behavior of Wire-Mesh Screens. - IEEE Trans. on Electromagn. Compat., vol. 30, n° 3, pp. 298-306 (1988).
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(5) - CHU (G.), DUDLEY (D.G.), BRISTOL (T.L.) - Interaction between an electromagnetic plane wave and a spherical shell. - J. of Applied Physics, vol. 40, n° 10, pp. 3904-3914 (1969).
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(6) - DEGAUQUE (P.), HAMELIN (J.) - Compatibilité...
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