ETTC'2003 - SEE
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1.8 1,8 Tension continue V 1.6 1.4 1.2 1 1 0.8 0.6 0.4 0.2 (V) 00 11 MHz Susceptibilité du capteur entre 1 MHz et 10 MHz Fréquence MHz 10 10 MHz Figure (5) : Evolution de la dérive en fonction de la fréquence du signal perturbateur injecté sur la ligne émettrice Alimentation Oscilloscope V1 V2 Circuit capteur Enveloppe métallique Figure (6) : Configuration des connexions de masse et de l’oscilloscope lors du test de dérives de tension Nous présenterons les amplitudes enregistrées lors d’une dérive apparue à la fréquence de 8 MHz. Nous donnerons l’amplitude crête des tensions V et V2 leur déphasage et l’amplitude de leur différence c’est à dire la tension réellement délivrée par le capteur lors du test. V1 = 4, 4 V V2 = 1, 2 mV ϕ [ V1, V2 ] = 60 ° Vd = V1 − V2 = 4, 1V Nous observons un déséquilibre très important entre ces amplitudes et un déphasage qui signifie que les charges référencées à la masse sont très différentes et probablement réactives. L’examen des signaux a montré qu’ils étaient assez proches d’une sinusoïde comportant une composante continue attribuant à la valeur moyenne de la tension différentielle l’amplitude suivante : 1 Vd = 12, 14 V Il faut préciser que la tension continue délivrée normalement par le capteur en absence de pression est strictement égale à 12,47 V. La perturbation est donc capable de produire une dérive voisine de 3 % . L’origine de la dérive est probablement liée à des mécanismes non linéaires introduits par la présence du perturbateur haute fréquence. Ne disposant d’aucun détail sur la structure interne des circuits leur simulation théorique était impossible par les méthodes usuelles. V-4 Influence des conditions d’environnement du capteur Les essais pratiqués par couplage électromagnétique ont montré que les dérives de tension étaient éliminées ou atténuées en agissant sur l’environnement de la ligne. Le parasite disparaît lorsque le pôle moins de l’alimentation et l’entrée correspondante du capteur sont toutes deux reliées à la masse. Toutefois le constructeur recommandant le montage de la ligne flottante nous avons tenté d’autres interventions notamment le branchement d’une capacité de 15 nF entre le pole moins du capteur et la masse. Sous cette configuration l’amplitude moyenne de la dérive prend pour valeur : Vd = 12, 30 V Soit une variation inférieure à 1,5 %, une expérience similaire a été réalisée en connectant la capacité directement sur l’entrée active du capteur, la dérive passe à : Vd = 12, 33 V Soit une variation relative pratiquement comparable à la précédente. VI Analyse montante Les chiffres de sensibilité évalués nous pouvons rechercher les conditions d’environnement électromagnétique capables de reproduire les tensions induites relevées lors des essais ciblés. Cette tâche est très difficile car il faut connaître exactement les conditions d’installation de la ligne. Nous pouvons envisager deux cas d’application, le premier qualifié de rigoureux consiste à entreprendre la simulation en calculant l’induction produite par un champ extérieur dans les conditions d’utilisation pratique du capteur. Le second cas consiste à établir une représentation simplifiée des mécanismes d’induction. Nous discuterons les intérêts respectifs de chaque méthode. VI-1 Approche rigoureuse L’approche rigoureuse suppose l’usage d’un logiciel de simulation permettant d’estimer le champ électromagnétique dans un environnement complexe afin de déterminer sa distribution d’amplitude à proximité
de la ligne. La Figure (7) illustre un scénario proche d’une situation de terrain. Infrastructure du bâtiment Source HF Alimentation Terres locales Ligne Capteur Figure (7) : Illustration d’une configuration pouvant faire l’objet d’une simulation théorique rigoureuse L’avantage majeur de cette approche est bien entendu de procurer des conditions géométriques adaptables pour chaque configuration. Les principales difficultés de mise en œuvre proviennent du nombre très important de paramètres à gérer ainsi que l’incertitude qui auréole leur évaluation. Nous pensons par exemple aux liaisons avec les terres locales, à la composition physique des infrastructures du bâtiment et surtout à la nature des impédances qu’il faut attribuer aux extrémités de la ligne perturbée. L’exemple donné par les courbes de la Figure (8) est suffisamment éloquent. Il s’agit du comportement de l’impédance mesurée à l’analyseur de réseau entre le pôle plus du capteur et la masse locale. Les caractéristiques obtenues montrent que ce paramètre dont nous devinons le rôle important adopte un comportement difficile à reproduire par simulation. Notamment nous observons un maximum très pointu culminant à 3000 Ω vers la fréquence de 8 MHz pour laquelle nous avions relevé une sensibilité significative du capteur. Un simulateur théorique aussi sophistiqué soit-il ne peut prévoir les tensions induites qu’à condition de connaître les impédances rencontrées aux extrémités de la ligne. De plus cela suppose qu’il soit encore légitime de parler d’impédance en présence de phénomènes non linéaires comme ceux pressentis dans cette étude ! En effet, il faut signaler que le maximum situé à 8 MHz passe de 3000 Ω à 8000 Ω lorsque la puissance d’injection passe de 10 dBm à 0 dBm. D’autre part selon que le capteur est polarisé ou simplement passif la forme des caractéristiques d’impédance est fortement influencée Impédance Ohms 4000 4 0 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 (k Ω) -3 -3000 1.E+04 10 kHz Impédance entre pôle plus et masse sous 10 dBm Capteur non polarisé 1.E+05 100 kHzFréquence Hz 1.E+06 1 MHz 1.E+07 10 MHz Figure (8) : Courbes montrant l’évolution de l’impédance de mode commun du capteur en fonction de la fréquence R ( partie réelle), I (imaginaire), A (absolue) VI-2 Approche simplifiée Nous réduisons la dimension de la ligne afin de l’introduire dans une chambre anéchoique pour y pratiquer quelques tests visant à établir une corrélation entre sensibilité et environnement électromagnétique. Un point particulièrement important que nous tentons d’élucider concerne l’influence du réseau de terre sur l’intensité du couplage électromagnétique. Pour cela nous avons pratiqué des mesures sur les dispositifs représentés Figure (9). Il s’agit d’une ligne bifilaire composée de deux conducteurs parallèles collés sur un substrat plan en PVC. L’espacement des conducteurs est approximativement de 11 cm, cette distance apparemment élevée a pour but de faciliter l’induction d’un mode différentiel. La dimension longitudinale de cette ligne est voisine de deux mètres, une des extrémités est connectée sur une résistance de valeur 270 Ω, l’extrémité opposée sur une seconde résistance de valeur 2,7 kΩ. Ce choix est justifié pour se rapprocher des conditions imposées par la résistance de lecture du courant délivré par le capteur et par la résistance présentée par le capteur vis à vis du mode différentiel. L’antenne d’émission de type biconique est installée à trois mètres de la ligne de manière à la soumettre à une onde parvenant sous incidence frontale. Le plan contenant les deux conducteurs est orienté parallèlement au plan de sol de la chambre recouvert partiellement d’absorbants. Les fréquences explorées durant l’essai vont de 30 MHz à 200 MHz. Sur cette gamme la chambre n’est pas parfaitement anéchoique, cependant nous avons vérifié par des mesures préliminaires que le champ au voisinage de la ligne était monotone. Chaque essai est assorti d’un calibrage normalisant le champ électrique à une amplitude de 20 V / m. Une mesure de tension s’avérant trop auto perturbatrice nous avons opté pour la détermination du courant induit à chacune des extrémités de la ligne, I0 correspond au courant prélevé près de la résistance de 270 Ω alors que I donne le courant à l’extrémité connectée sur 2, 7 kΩ . L lin Réel Imag
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de la ligne. La Figure (7) illustre un scénario proche<br />
d’une situation de terrain.<br />
Infrastructure<br />
du bâtiment<br />
Source HF<br />
Alimentation<br />
Terres locales<br />
Ligne<br />
Capteur<br />
Figure (7) : Illustration d’une configuration pouvant<br />
faire l’objet d’une simulation théorique rigoureuse<br />
L’avantage majeur de cette approche est bien entendu<br />
de procurer des conditions géométriques adaptables<br />
pour chaque configuration. Les principales difficultés<br />
de mise en œuvre proviennent du nombre très important<br />
de paramètres à gérer ainsi que l’incertitude qui<br />
auréole leur évaluation. Nous pensons par exemple<br />
aux liaisons avec les terres locales, à la composition<br />
physique des infrastructures du bâtiment et surtout à<br />
la nature des impédances qu’il faut attribuer aux extrémités<br />
de la ligne perturbée.<br />
L’exemple donné par les courbes de la Figure (8) est<br />
suffisamment éloquent. Il s’agit du comportement de<br />
l’impédance mesurée à l’analyseur de réseau entre le<br />
pôle plus du capteur et la masse locale. Les<br />
caractéristiques obtenues montrent que ce paramètre<br />
dont nous devinons le rôle important adopte un<br />
comportement difficile à reproduire par simulation.<br />
Notamment nous observons un maximum très pointu<br />
culminant à 3000 Ω vers la fréquence de 8 MHz pour<br />
laquelle nous avions relevé une sensibilité<br />
significative du capteur.<br />
Un simulateur théorique aussi sophistiqué soit-il ne<br />
peut prévoir les tensions induites qu’à condition de<br />
connaître les impédances rencontrées aux extrémités<br />
de la ligne. De plus cela suppose qu’il soit encore<br />
légitime de parler d’impédance en présence de phénomènes<br />
non linéaires comme ceux pressentis dans<br />
cette étude ! En effet, il faut signaler que le maximum<br />
situé à 8 MHz passe de 3000 Ω à 8000 Ω lorsque la<br />
puissance d’injection passe de 10 dBm à 0 dBm.<br />
D’autre part selon que le capteur est polarisé ou simplement<br />
passif la forme des caractéristiques<br />
d’impédance est fortement influencée<br />
Impédance Ohms<br />
4000<br />
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2000<br />
1000<br />
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(k Ω)<br />
-3 -3000<br />
1.E+04<br />
10 kHz<br />
Impédance entre pôle plus et masse sous 10 dBm<br />
Capteur non polarisé<br />
1.E+05<br />
100 kHzFréquence<br />
Hz<br />
1.E+06<br />
1 MHz<br />
1.E+07<br />
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Figure (8) : Courbes montrant l’évolution de<br />
l’impédance de mode commun du capteur en fonction<br />
de la fréquence R ( partie réelle), I (imaginaire), A<br />
(absolue)<br />
VI-2 Approche simplifiée<br />
Nous réduisons la dimension de la ligne afin de<br />
l’introduire dans une chambre anéchoique pour y<br />
pratiquer quelques tests visant à établir une corrélation<br />
entre sensibilité et environnement électromagnétique.<br />
Un point particulièrement important que<br />
nous tentons d’élucider concerne l’influence du réseau<br />
de terre sur l’intensité du couplage électromagnétique.<br />
Pour cela nous avons pratiqué des mesures<br />
sur les dispositifs représentés Figure (9). Il s’agit<br />
d’une ligne bifilaire composée de deux conducteurs<br />
parallèles collés sur un substrat plan en PVC.<br />
L’espacement des conducteurs est approximativement<br />
de 11 cm, cette distance apparemment élevée a pour<br />
but de faciliter l’induction d’un mode différentiel. La<br />
dimension longitudinale de cette ligne est voisine de<br />
deux mètres, une des extrémités est connectée sur une<br />
résistance de valeur 270 Ω, l’extrémité opposée sur<br />
une seconde résistance de valeur 2,7 kΩ. Ce choix est<br />
justifié pour se rapprocher des conditions imposées<br />
par la résistance de lecture du courant délivré par le<br />
capteur et par la résistance présentée par le capteur<br />
vis à vis du mode différentiel. L’antenne d’émission<br />
de type biconique est installée à trois mètres de la<br />
ligne de manière à la soumettre à une onde parvenant<br />
sous incidence frontale. Le plan contenant les deux<br />
conducteurs est orienté parallèlement au plan de sol<br />
de la chambre recouvert partiellement d’absorbants.<br />
Les fréquences explorées durant l’essai vont de 30<br />
MHz à 200 MHz. Sur cette gamme la chambre n’est<br />
pas parfaitement anéchoique, cependant nous avons<br />
vérifié par des mesures préliminaires que le champ au<br />
voisinage de la ligne était monotone.<br />
Chaque essai est assorti d’un calibrage normalisant le<br />
champ électrique à une amplitude de 20 V / m. Une<br />
mesure de tension s’avérant trop auto perturbatrice<br />
nous avons opté pour la détermination du courant<br />
induit à chacune des extrémités de la ligne, I0<br />
correspond au courant prélevé près de la résistance de<br />
270 Ω alors que I donne le courant à l’extrémité<br />
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