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Article

1 - BLINDAGES ET FRONTIÈRE TOPOLOGIQUE

2 - PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES BLINDAGES PLANS

3 - ENCEINTES BLINDÉES

4 - CÂBLES BLINDÉS

5 - LES FONCTIONS IMPARTIES AUX CONNECTEURS

6 - PROTECTIONS COMPLÉMENTAIRES AUX BLINDAGES

7 - CONCLUSION

8 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : D1320 v2

Blindages et frontière topologique
Blindages électromagnétiques

Auteur(s) : Bernard DéMOULIN, Pierre DEGAUQUE

Date de publication : 10 févr. 2024

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RÉSUMÉ

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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ABSTRACT

Electronics shields

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)

  • 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.

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KEYWORDS

attenuation   |   impedance   |   resistance   |   electromagnetism   |   shielding   |   ferrites   |   filter cables

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-d1320


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1. Blindages et frontière topologique

À l’exception des câbles coaxiaux, les blindages entrant dans la constitution des équipements électroniques concernés par des contraintes électromagnétiques, ont une fonction purement passive. Ce critère signifie que leur présence est sans effet sur le fonctionnement nominal de tout équipement alimenté par le réseau d’énergie ou par une source autonome.

Les blindages appartiennent ainsi à l’ensemble des protections sélectionnées pour atténuer des phénomènes électriques et magnétiques, associés dans ce texte à trois types d’événements :

  • des champs électromagnétiques provenant de sources proches ou éloignées de l’équipement ;

  • des courants et tensions transmis par conduction sur les réseaux d’alimentation en énergie ;

  • des courants dérivés dans le sol ou dans toute structure conductrice faisant office de référence globale de potentiel (RGP).

Blindages et protections électromagnétiques vont donc opposer une barrière aux actions des champs ou des courants sur les signaux et les composants les plus vulnérables de l’équipement.

Nous appelons signaux vulnérables, des signaux fonctionnels dont l’altération engendrée par des interférences conduit à un traitement erroné, et composants vulnérables, des circuits intégrés pouvant, sous l’action d’un signal exogène, entrer en dysfonctionnement temporaire, et dans le pire cas, permanent.

Pour des raisons purement didactiques, la barrière sera, par la suite, désignée sous le terme de « frontière topologique », lequel évoque peut-être mieux l’enchaînement des blindages et des diverses protections, comme les filtres, ainsi que les liens de cette frontière avec la terre (RGP).

Pour faciliter l’analyse physique concrétisée ici par l’atténuation procurée par la frontière topologique, nous ferons appel à l’équipement générique décrit dans le sous-paragraphe 1.1. Il paraît toutefois important de signaler que les contraintes considérées dans l’article, agissent de l’extérieur vers l’intérieur...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SCHELKUNOFF (S.A.) -   Electromagnetic Waves.  -  Van Nostrand Éd. (1943).

  • (2) - SCHULZ (R.B.), PLANTZ (V.C.), BRUSCH (D.R.) -   Shielding Theory and Practice.  -  IEEE Trans. on Electromagn. Compat., vol. 30, n° 3, pp. 187-201 (1988).

  • (3) - CASEY (K.F.) -   Electromagnetic Shielding Behavior of Wire-Mesh Screens.  -  IEEE Trans. on Electromagn. Compat., vol. 30, n° 3, pp. 298-306 (1988).

  • (4) - LEE (K.S.H.) -   EMP Interaction : Principles, Techniques and Reference Data.  -  Summabook (1986).

  • (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).

  • (6) - DEGAUQUE (P.), HAMELIN (J.) -   Compatibilité...

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