Article de référence | Réf : R932 v1

Conclusion
Cadre physique de la métrologie en compatibilité électromagnétique - Descriptif général

Auteur(s) : Bernard DÉMOULIN

Relu et validé le 12 janv. 2022

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RÉSUMÉ

Cet article, dévolu à la première partie de l’étude consacrée à la métrologie adoptée en CEM, couvre une gamme de fréquence allant de 150 kHz à 1 GHz. Seront regardés plus spécialement les mesures d’émissions large bande émanant d’un appareil électronique ainsi que les essais d’immunité. Un second paragraphe aborde brièvement les propriétés des antennes réceptrices de types monopole électrique ou boucle magnétique utilisées au-dessous de 30 MHz.

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ABSTRACT

Physical approach of EMC testing methods - Overview and description

This article, which is Part one of a study concerning EMC testing methods, focuses on a frequency range from 150 kHz to 1 GHz. Measurements of EM wide frequency range emissions collected in the vicinity of electronic equipment and immunity tests are successively addressed. A second section deals with the features of receiving antennas such as electric monopoles and magnetic loops used at low frequencies below 30 MHz.

Auteur(s)

  • Bernard DÉMOULIN : Professeur émérite - Université Lille 1, Groupe TELICE de l’IEMN, CNRS, UMR 8520

INTRODUCTION

La métrologie suivie en compatibilité électromagnétique, appelée succinctement « métrologie CEM », couvre un domaine d’application tellement varié qu’il est bien illusoire d’en détailler le contenu dans l’espace d’un seul article. Ces raisons ont donc conduit l’auteur à limiter l’exposé à l’évaluation de l’émission ou de l’immunité électromagnétique d’un appareil électronique ainsi qu’aux mesures des ondes radiofréquences porteuses de champs faibles ou de champs forts.

Au regard de la terminologie officielle, on rappellera que l’émission s’adresse aux champs électromagnétiques indésirables rayonnés à distance d’un appareil et capables d’engendrer des interférences pouvant altérer le fonctionnement d’un appareil voisin.

Inversement, l’immunité d’un appareil caractérise son aptitude à présenter un fonctionnement inaltéré en présence de champs électromagnétiques répondant à une gamme de fréquences et à une intensité préalablement fixées par un protocole d’essai.

Le sujet sera développé en deux parties bien distinctes composant deux articles reliés par des propriétés physiques communes.

Dans la première partie exposée ci-après et intitulée « Descriptif général », le texte aborde les protocoles de mesures d’émission et d’essais d’immunité électromagnétique ainsi que les antennes réceptrices utilisées lors de mesures pratiquées aux basses fréquences.

La seconde partie contenue dans l’article [R 935] est intitulée « Analyse des phénomènes », l’objectif vise à expliquer la contribution des différents facteurs physiques agissant à l’échelle des principaux composants passifs ou actifs constituant l’appareil sous test.

Revenons sur la première partie pour procéder à un bref descriptif du premier paragraphe. On cherchera tout d’abord à définir ce que représente un appareil soumis à une mesure d’émission ou à un essai d’immunité. L’exposé insistera sur la nature physique des variables entrant dans le contexte de la métrologie CEM puis sur le partage du spectre en trois gammes de fréquences couvrant respectivement les basses fréquences situées entre 150 kHz et 30 MHz, les hautes fréquences allant de 100 MHz à 1 GHz et les fréquences intermédiaires comblant la lacune 30 MHz à 100 MHz. Nous verrons sur la base d’exemples que cette division du spectre n’est pas arbitraire mais justifiée par les propriétés des antennes à large bande de fréquences et par la nature des variables pressenties pour effectuer les mesures ou accomplir un essai. Les protocoles de mesures ou d’essais généralement pratiqués en chambres semi-anéchoïques seront aussi examinés afin de mettre en exergue différentes sources d’incertitudes.

Le second paragraphe aborde l’analyse du fonctionnement des antennes réceptrices adoptées lors de certaines mesures d’émission pratiquées entre 150 kHz et 30 MHz. Nous regarderons le lien entre le champ électrique ambiant et la tension capturée à la base d’un monopole récepteur ainsi que les incertitudes pouvant survenir lors de la mesure du champ magnétique pratiquée avec une boucle réceptrice.

Le texte fait fréquemment appel à des démonstrations ou à des formules exposées dans l’article [R 931] consacré aux antennes rencontrées en CEM. En outre, la consultation des articles [D 1 300], [D 1 305] et [R 930], de portée plus générale que les sujets élaborés par la suite, complétera efficacement la lecture.

Remarque importante : les valeurs numériques des tolérances d’émission ou de contraintes d’immunité signalées en exemple ne sont qu’indicatives, le lecteur désireux de déterminer avec rigueur ces données est invité à consulter les normes génériques sur la CEM.

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KEYWORDS

measurements   |   Electromagnetic compatibility (EMC)   |   testing methods   |   monopole antenna   |   loop antenna   |   immunity   |   susceptibility

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r932


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3. Conclusion

Au terme de la première partie de l’article consacré aux mesures d’émission et aux essais d’immunité d’un appareil, revenons sur l’exploration des fréquences intermédiaires situées entre 30 MHz et 100 MHz. La mesure ou la production de champs entrant dans cette gamme demande habituellement l’usage d’antennes large bande de technologie biconique. On essaie grâce aux propriétés des antennes biconiques de satisfaire un compromis liant la réduction de l’envergure de l’antenne aux critères d’efficacité exprimés en termes de rendement. En règle générale, les mesures d’émission ne seront pas affectées par l’usage d’antennes réceptrices biconiques, car la sensibilité des récepteurs est située bien souvent à une quarantaine de dB sous la tolérance d’émission maximale reconnue dans les normes. Il est bon de rappeler qu’exprimé en amplitude de champ électrique le seuil de tolérance est proche de 100 µV/m. Par contre lors d’un essai d’immunité, l’aptitude de l’antenne biconique à produire à distance de trois mètres des champs d’une amplitude de 10 V/m est pénalisée par une détérioration du rendement de la chaîne d’émission. En effet, l’analyse qualitative relatée en section 2.3.2 de [R 931] montrait que l’entrée de l’antenne biconique revêt les propriétés d’une impédance complexe répondant à une dynamique de variation significative entre 30 MHz et 100 MHz. Il est bien évident que le comportement de l’antenne s’éloignant de la résistance de rayonnement de 73 Ω observée sur les dipôles électriques accordés, il faut s’attendre à une dégradation du rendement. À plus forte raison si l’on tente de produire des champs électriques de 10 V/m dans la gamme des basses fréquences situées entre 150 kHz et 30 MHz par le fonctionnement réciproque des antennes monopole électrique ou boucle magnétique décrites au paragraphe ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ZEDDAM (A.) -   Réglementation et normalisation en CEM. Ouvrage collectif dirigé par P. Degauque et A. Zeddam.  -  Volume II, Éditions Hermès Lavoisier (2007).

  • (2) - DÉMOULIN (B.), BESNIER (Ph.) -   Les chambres réverbérantes en électromagnétisme.  -  Éditions Hermès Lavoisier (2010).

  • (3) - HILL (D.A.) -   Electromagnetic field in cavities and statistical theories.  -  IEEE, Wiley (2009).

  • (4) - COZZA (A.) -   Stochastic modeling of large cavities.  -  Mémoire d'habilitation à diriger les recherches, université Paris XI (Mai 2012).

  • (5) - KONE (L.) -   Techniques de mesures en compatibilité électromagnétique.  -  Ouvrage collectif dirigé par P. Degauque et A. Zeddam, volume II, Éditions Hermès Lavoisier (2007).

  • ...

ANNEXES

  1. 1 Événements

    1 Événements

    Colloque international en langue française sur la CEM, manifestation biennale. Dernière édition, 10 au 13 Juillet 2016, Rennes.

    EMC Europe symposia annual meeting on EMC in European Area. Last meeting, 5-9 sept. 2016, Wroclaw (Poland).

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    Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


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