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RÉSUMÉ
Cet article traite des mesures en compatibilité électromagnétique (CEM) effectuées dans le cadre d’essais de CEM réalisés sur des équipements électroniques. Ce domaine est en partie basé sur la physique de l’électromagnétisme. Pour autant, les champs électromagnétiques ne sont pas directement mesurables. La métrologie des champs électromagnétiques est donc une science complexe où l’on doit maîtriser la relation subtile entre champs et électroniques. Cet article tente de présenter les démarches et les bonnes pratiques pour réduire les incertitudes associées à la réalisation de ces essais.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Olivier MAURICE : Ingénieur en compatibilité électromagnétique - ArianeGroup, Les Mureaux, France
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Manuel RAMOS : Ingénieur en compatibilité électromagnétique - ArianeGroup, Les Mureaux, France
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Nicolas VIGNERON : Ingénieur en compatibilité électromagnétique - ArianeGroup, Les Mureaux, France
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Sébastien LALLÉCHÈRE : Ingénieur en compatibilité électromagnétique et foudre - Safran Tech, Magny-les-Hameaux, France
INTRODUCTION
La compatibilité électromagnétique (CEM) est sans nul doute un domaine particulier, car il adresse un champ d'évitement de risque, mais ne participe pas comme la mécanique, l'électronique, etc., à la conception d'un produit. Ce risque provient majoritairement d'interactions imprévues entre des systèmes électroniques. La CEM de fait s'intéresse à un champ non regardé par le concepteur ; ceci souligne l’importance croissante de son analyse et de l’évaluation des incertitudes qui caractérisent les scénarios et les modèles nécessaires lors de l’étude de la CEM des systèmes. Le nombre des interactions entre systèmes électroniques dépassant rapidement l'imagination, différentes difficultés sont posées en CEM et pour les métiers de la CEM si on tient compte finement des incertitudes inhérentes aux systèmes. Ainsi, certaines interactions sont naturellement aléatoires (par exemple : apparition de décharges, phénomènes foudre, connaissance absolue des niveaux des impédances dans un système…). En outre, de ces interactions peuvent émerger des comportements qui n'existeraient pas au niveau des électroniques découplées. En conséquence, la CEM possède tous les attributs de la systémique et porte sur des systèmes complexes.
Si certaines normes et spécifications fournissent un cadre standard, des méthodes avancées comme la propagation d’incertitude ou la simulation de Monte Carlo (MC) sont utilisées pour des cas complexes, essentiellement numériques (i.e. par simulation), MC s’acclimatant mal du nombre de réalisations nécessaires pour s’appliquer à des mesures (plusieurs milliers, dizaines de milliers, voire plus selon les observables souhaités). Ainsi, si la méthode MC est coûteuse en ressources, le développement de modèles d’ordre réduit et de techniques basés sur des métamodèles permet d’optimiser les calculs. L’analyse des incertitudes devient cruciale pour évaluer les risques, notamment dans les cas extrêmes. Une analyse théorique préalable est indispensable pour valider les modèles mis en œuvre pour tenir compte de la réalité des scénarios en CEM.
Enfin, il est rappelé que l’incertitude la plus critique concerne les systèmes électroniques, et non les champs électromagnétiques eux-mêmes. Les ingénieurs en CEM ne cessent d'évoquer une grandeur théorique qui reste directement inaccessible par l'expérience : le champ électromagnétique. À force de manipuler, citer, calculer cette grandeur impalpable, certains peuvent en oublier ses propriétés fondamentales ; le risque est ainsi grand de voir ces simplifications multiples dénaturer la réalité de cette grandeur et son utilisation dans les systèmes et les moyens de protection des électroniques. Nous allons fournir dans cet article quelques bases nécessaires à la compréhension des incertitudes, ceci en restant dans le strict périmètre scientifique de la CEM.
La section 1 aborde les éléments de contexte avec un rappel des besoins pour le calcul d’incertitudes et les spécificités des métiers de la CEM. La section 2 illustre la difficulté de manipuler le champ électromagnétique dans les applications CEM. On se penche ensuite sur la méthodologie nécessaire à une bonne représentativité des incertitudes dans les essais CEM (section 3). Les sections 4 et 5 rappellent dans un panorama rapide les différents types d’essais CEM et les environnements dans lesquels ces derniers sont effectués. Les sections 6 et 7 illustrent respectivement le besoin des essais et leurs principes de modélisation, quand la section 8 est dédiée à la notion d’incertitude dans ces essais. La section 9 donne des éléments nécessaires pour rappeler la démarche normative considérées dans les essais normatifs. Une conclusion permet de rappeler les éléments clés de la méthodologie proposée.
Points clés
Domaine : CEM
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : électroniques embarquées, PCB, systèmes, antennes, communication
DOI (Digital Object Identifier)
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10. Conclusion
La compatibilité électromagnétique est un domaine où les incertitudes de mesures sont extrêmement compliquées à maîtriser. Pour réduire cette complexité, des démarches de simplification, de rigueur, des restrictions des libertés d’aménagement, etc., permettent de limiter les variations observées sur les mesures, sans toutefois prétendre pouvoir les inscrire à des niveaux que l’on peut atteindre sur des chaînes de mesures fixes. La variabilité des électroniques, les difficultés de positionnement des câbles et des électroniques dans le cadre des essais de CEM engendrent des degrés de libertés ou de méconnaissances trop nombreux pour espérer tous les maîtriser. Par exemple, un déplacement de 1 mm d’un fil dans un toron peut engendrer des variations du champ émis d’un facteur supérieur à 10 sous certaines conditions. Par ailleurs, la susceptibilité des composants électroniques hors bande n’est pas caractérisée par les fondeurs. Nous ne pouvons, pour prendre en compte les incertitudes dans ces conditions de tests, que nous appuyer sur des retours d’expérience de recherches appliquées à des composants de même catégorie. Il est évident que ce type d’approche est intrinsèquement d’incertitude forte. Nous essaierons de fait avant tout de déterminer des configurations qui réduisent les probabilités d’avoir des résultats atypiques et fournissent des mesures se positionnant comme enveloppes des valeurs qui seraient atteintes dans des cadres opérationnels. Ces démarches de réduction de la complexité conjuguées aux maîtrises classiques des chaînes de mesure donnent une forme de garantie de reproductibilité et d’exploitation rationnelle des résultats.
En résumé, prenons un exemple, les liaisons alimentations d’un équipement en essai de qualification de CEM pour les émissions rayonnées sont souvent assurées par des fils reliés à des fiches bananes sur les RSIL. Aménager ces liaisons de façon simple, reproductible et rigide permet de réduire fortement les incertitudes et les impacts de ces variations potentielles sur les résultats, sans pour autant le chiffrer. Cette démarche s’avère en pratique la seule possible plutôt que de tenter de calculer les incertitudes de cette seule partie de l’essai, pour des installations qui seraient plus aléatoires ou se voudraient plus représentatives.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MAURICE (O.), PIGNERET (J.) - Digital circuit susceptibility characterization to RF and microwave disturbances. In RADECS 97. - Fourth European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems (Cat. No. 97TH8294) (p. 178-181). IEEE (1997).
-
(2) - BRÉANT (M.) - MKME : Simulation d’un système complexe, de la cavité à l’électronique. - Journée scientifique URSI-France JS14 (2014).
-
(3) - MAURICE (O.) - * - . – Inclusion of the tensor analysis of networks into differential geometry <hal-04286165> (2023).
-
(4) - GRUBER (C.) - * - Mécanique générale (No. BOOK). Presses polytechniques et universitaires romandes (1988).
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(5) - PAUL (C.R.), SCULLY (R.C.), STEFFKA (M.A.) - Introduction to electromagnetic compatibility. - John Wiley & Sons (2022).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment. GUM – Évaluation des données de mesure – Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure. - RTCA DO-160G -
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Afnor, Cofrac, CISPR, Cenelec, IEC, ETSI…
Eurolab,
HAUT DE PAGE1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Lab GTA 07 cofrac
Lab 36 UKAS
EMC Measurement uncertainty – a handy guide – SCHAFFNER
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