protection des equipements par blindage

Transcription

THALES LAND & JOINT SYSTEMS – 2007
PROTECTION DES EQUIPEMENTS PAR BLINDAGE
PROTECTION DES EQUIPEMENTS
PAR BLINDAGE ELECTROMAGNETIQUE
1
Équipement électronique simplifié
Carte protections
Carte alim
Carte UC
+ E/S
2
! Théorie
! Technique de protection
! Solutions technologiques
! Mesure de l ’atténuation
! Exemples pratiques
! Règles
Règles--conseils
3
4
Théorie
Problème :
Solution :
Agression
électromagnétique
Agression
électromagnétique
Électronique
sensible
Présence de dysfonctionnements
Boîtier
métallisé
Électronique
sensible
Fonctionnement normal
Nature du champ EM
Z (!
!)
En champ lointain,
E
= 120" = 377!
H
Champ
électrique
377!
Champ
magnétique
champ proche
champ lointain
#/2"
"
Distance source - observateur
5
Théorie
La nature du champ est fonction de :
" son impédance (Z)
" de la longueur d ’onde (#)
" la distance source - observateur (d)
Onde plane (champ lointain) :
" Z = 120 " = 377!
" d>#/2"
Champ électrique (champ proche) :
" Z > 120 "
" d<#/2"
Champ magnétique (champ proche) :
" Z < 120 "
" d<#/2"
300
# ( m) =
f ( MHz )
6
Théorie
Définition :
EB (Efficacité de Blindage) : Atténuation d ’écran
& Champ sans écran #
!!
EB (dB ) = 20 log $$
% Champ avec écran "
7
Théorie
EB(dB) = A (dB) + R (dB) + B (dB)
Plaque conductrice infinie
Blindage
Onde EM
incidente
Perte par
absorption
1ère perte de
réflexion de
surface
Perte par
réflexion de
2ème surface
Onde EM
transmise
Réflexion
interne
Milieu « Victime »
Milieu « Source »
EB (dB)= Atténuation d ’écran (en dB)
A (dB) = Pertes par absorption (en dB)
R (dB) = Pertes par réflexion (en dB)
B (dB) = Coefficient de re-réflexion (en dB)
8
9
Effet de peau
Les courants circulent préférentiellement en surface des
conducteurs: c’est l’effet de peau
e
$
" e = épaisseur de la paroi (en m)
" $ = épaisseur de peau (en m)
1
".µ.%. f
66
% r .µ r . f ( Hz )
"
$=
"
"
"
"
f = fréquence en Hz
µ = perméabilité absolue du matériau = µ0.µr
% = conductivité du matériau = %r. %cu
%cu = conductivité du cuivre = 5,82.107 siemens/m
ou encore
$ (mm) =
Absorption
EB(dB) = 8,70.
e
$
" e = épaisseur de la paroi (en m)
" $ = épaisseur de peau (en m)
Exemple 1 : A 50 Hz, l’atténuation par absorption d’une paroi
en acier de 1mm d’épaisseur est égale à 5 dB.
en mumétal de 1mm d’épaisseur est égale à 22 dB
10
11
Réflexion
Cas d’une plaque infinie :
onde plane
& % #
R(dB) = 168 + 10 log$ r !
% µr. f "
onde de type électrique
(haute impédance)
& %r #
!
R(dB) = 322 +10log$
2 3
% µr.r .f "
r = distance de la source à la paroi en m
µr = perméabilité relative du matériau
%r = conductivité relative du matériau par rapport au cuivre
onde de type magnétique
(basse impédance)
& % r .r 2 .f
R (dB ) = 15 + 10 log$$
% µr
#
!!
"
Re
Re--réflexion
" Pour un bon conducteur
(
B(dB) = 20. log 1 &10&0,1. A
A : Pertes par absorption (en dB)
B est toujours ' 0
Pour A > 10 dB , B = 0dB
)
12
µr et %r de quelques matériaux
Matériau
%r
µr
1
1
Aluminium
0.61
1
Acier commercial
0.15
200
Acier inoxydable
0.028
1
Mumétal
0.028
20000
Cuivre
13
TECHNIQUES DE PROTECTION
14
Assemblages
" Fréquences élevées (# < dimensions écran)
o
Traiter les discontinuités
" Fréquences basses : (# > dimensions écran)
o
Champ E :
Forte conductivité
Faible épaisseur
o
Champ H :
Forte perméabilité
Forte épaisseur
15
Assemblages
Critères du choix de la matière
" Caractéristiques mécaniques
" Poids
" Résistance à la corrosion
" Coût
" Efficacité de blindage
" Facilité d'assemblage
16
Assemblages
Matière :
" Métaux massifs :
o
o
o
o
Cuivre
Aluminium
Acier
Inox
" Plastiques métallisés :
o
o
o
o
Shoopage (projection de zinc fondu)
Métallisation sous vide (aluminium)
Métallisation chimique (cuivre, nickel)
Peintures conductrices (pigment conducteur nickel, cuivre, argent, graphite, dans liant
organique)
" Matériaux composites
" Polymères conducteurs
17
Assemblages
Corrosion et traitement de surface :
" Présence d ’humidité
" Couple électrochimique ( 300 mV
Corrosion
il faut donc pour réduire le couple galvanique
18
Tableau des couples galvaniques
19
20
Corrosion et traitement de surface
M a tériau x
T raitem en t su rface
P erfo rm a n ces C E M
R ésista n ce co rro sio n
P rix
M o yen
M édio cre
B on m arché
A lum in ium
A lo d yn e
C h rom ital T C P
S u rtec 6 5 0
N ick el
Irid ite
Bon
C o rrect
T rès b o n
M édio cre
C h er
B on m arché
A ssez b o n
Bon
Bon
M au v aise
M o yen
M édio cre
B on m arché
A ssez ch er
A ssez ch er
M éd io cre
M o yen
M o yen
A cier
E lectro zin g ag e
E tam ag e
S h o o pag e
C om p osé
C u iv reu x
C ad m iag e
Traitement de surface sur aluminium
21
Techniques d’assemblage
" Raccord continu (soudure) :
o
Contact électrique excellent
o
Bon comportement au vieillissement
o
Pas démontable
" Raccord par point :
o
Distance entre points de fixation < #/20
signal perturbateur)
(# = correspondant à la fréquence la plus élevée du
o
Surfaces en contact conductrices (épargnes de peinture, pas de graisse isolante, etc..)
o
Vissage ou boulonnage
contact par filets -> bon contact mais attention au frein filet
contact par rondelle éventail -> bon contact mais attention à la corrosion
o
Rivetage
attention à la qualité du rivet
bonne tenue au vieillissement mécanique
22
Traitement des ouvertures
Porte et couvercle :
" Avec contact électrique
o
contact métal / métal : cas d’une excellente planéité
o
contact métal / joint / métal : le joint compense les défauts de planéité
o
points de contact : tous les #/20
" Sans contact électrique
o
Effet de chicane : chevauchement des bords de la fente
Si # >> L (longueur de la fente) on peut avoir atténuation = 10 à 15 dB
o
o
o
Pas de corrosion
Vieillissement sans dégradations électromagnétiques
Moins de problèmes mécaniques
23
# Impédance fente ) R // C
# Augmenter surface de recouvrement
$ Augmenter capacité
$ Diminuer l ’impédance
24
Conception des chevauchements :
Assemblages classiques
Assemblages meilleurs en CEM
25
Exemples de chicanes
:
26
27
Traitement des écrans de visualisation
Solution 1
Solution 2
Vitre blindée + joint HF
Capot blindée + joint HF + filtre
joint conducteur
verre conducteur
face en verre
capacité
de traversée
reprise de blindage
périphérique
avant
capot métallique
Traitement des discontinuités
Joint HF:
" Généralité :
Le joint conducteur doit assurer une bonne continuité électrique
entre les pièces à assembler
" Mais :
Le joint a souvent d'autres contraintes :
o
o
o
o
o
Compenser des défauts mécaniques
Assurer une étanchéité aux fluides
Être simple à installer
Garantir ses performances dans le temps
Présenter un coût raisonnable
28
Traitement des discontinuités
Joint :
" Règles d'installation
Contraintes environnementales :
o
Présence d'hydrocarbures -> choix élastomère (silicone fluoré)
il est préférable de séparer les fonctions étanchéité aux fluides et aux ondes EM en
utilisant un joint bi matière, sinon utiliser un joint élastomère chargé en particules
conductrices
o
Compatibilité galvanique
limiter le couple galvanique métal / joint / métal
augmenter les surfaces de contact pour limiter la corrosion
Contraintes mécaniques :
o
Respecter les compressions indiquées par le fabricant
o
Tenir compte des irrégularités de surface
29
Calcul de l’atténuation d’une ouverture
Ouverture unique :
EB(dB) = 20 log
#
2L
150
EB (dB ) =
f ( MHz ).L( m)
Avec L : plus grande dimension de l’ouverture
30
Calcul de l’atténuation d’un guide d’onde
soudure
Arrivée fluide :
d
" Traversée de paroi de fluide isolant
" Fréquence de coupure guide circulaire
L
fc = fréquence de coupure en MHz
d = diamètre en m interne du tube
176
fc =
d
" Atténuation
EB ( dB ) = 0,182 .L. f . (
fc 2
) &1
f
" En pratique, on prend L > 5 d
f = fréquence en MHz
L = longueur totale du tube en m
31
Traitement des aérations
" Grilles et tôles perforées
" Atténuation moyenne :
Limitation : - HF par dimension des mailles
- BF par nature du métal
" Pas cher
" Exemple : tôle perforée : épaisseur 1 mm, aluminium
32
Calcul de l’atténuation d’une grille
EB(dB ) = 20 log
#
2L
& 20 log( N )
Avec N : nombre d’ouvertures
Remarque : si d ' a/2 alors on ne
considère qu’une seule ouverture
a
d
EB(dB) = 20 log
#
2L
33
34
Calcul de l’atténuation d’un nid d’abeille
Formule approchée :
T
EB ( dB ) = 27 .2 & 10 log( N )
W
W
T
" Cher
" Montage : soudé ou boulonné
" Pertes en charge minimisée
N = nombre de cellules
Traitement des ouvertures optiques
" Écrans blindés:
o
Grillage à mailles fines(mesh)
inconvénient : effet moirage
avantage : meilleure atténuation au champ magnétique
o
Verre recouvert de pellicule métallique
inconvénient : effet miroir
avantage : meilleures performances optique( transparence et contraste)
" Dans tous les cas, la reprise du blindage doit être périphérique.
35
36
Vitre grillagée
" Caractéristique du tissu : en OPI(Openings Per Inch) ex: 125 OPI
" Caractéristiques du fil : diamètre, matériau et traitement ex: fil monel noirci diamètre
0.05 mm
" Atténuation électromagnétique : En champ lointain ,
1,5.105
EB(dB ) = 20 log
g (mm). f ( MHz )
g : pas du grillage en mm
" Technologie:
Joint conducteur ou
bi-matière
Mesh
Verre ou polycarbonate
37
Vitre coating
" Caractéristiques du coating (dépôt) : matériau ex ITO (Indium Tin Oxyde), épaisseur,
transmission optique, résistance de surface en ! / ! ex: 5! / !
" Atténuation électromagnétique : En champ lointain ,
EB(dB) = 20 log
94
RS
Rs : résistance de surface en ! / !
" Technologie:
Joint conducteur ou
bi-matière
Bus barre
Dépôt conducteur
SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES
38
Joint
% Joints tricotés :
fils métalliques tricotés avec ou sans âme élastomère
– fil monel
– fil cuivre étamé
– fil aluminium étamé
– fil acier cuivré étamé
– fil acier inox particules nickel
% Joints à fils orientés
Fils métalliques
noyés dans un
élastomère
Plaques métalliques
39
Joint
% Joints en élastomère chargé
– particules cuivre argenté
– particules argent
– particules nickel
– particules verre argenté
– particules carbone
% Joints ressorts métalliques
cuivre au béryllium
Particules
conductrices noyés
dans un élastomère
40
Joint
% Joints bi-matière
2 fonctions :
- étanchéité aux fluides
élastomère
- étanchéité électromagnétique
tricot métallique
élastomère chargé
joint à fils orientés
ressorts métalliques (rare)
41
Tableau comparatif efficacité d ’écran / coût
pour différents procédés de métallisation
Procédé
technique
Epaisseur en µ
Efficacité d’écran
aux hautes
fréquences
Coût relatif
Médiocre
10
5
1
0,8
2
Matières
Composites
Peintures Argent
Peintures Cuivre
Peintures Nickel
25
50
60
moyen
moyen
médiocre
Zingage à l'arc
70
moyen
5
moyen
3
40
bon
5
5
bon
2
Aluminium sous
vide
Plasma
Aluminium
Métallisation
chimique
42
MESURE DE L ’EFFICACITE DE BLINDAGE
43
Contrôle de la faradisation
Mesure des enceintes :
La valeur de l'atténuation d'écran (ou efficacité de blindage)
n'est significative que si l'on connaît la manière dont elle a été mesurée
" Normes usuelles :
&
GAM T 20 (valide pour : Cages, ATM, extension possible aux baies)
&
MIL STD 285 (valide pour : Cages, ATM) remplacée par IEE 299
" Essais en impulsionnel (valides pour : coffrets)
44
45
" Principe des mesures :
Calibrage en espace libre
Mesure
e
Antennes
d1
D
Emetteur
Ne
Récepteur
N1
d2
Emetteur
Ne
D = d1 + d2 + e
A Ne constant, l ’atténuation d ’écran est donnée par : EB (dB) = N1 (dB) - N2 (dB)
Récepteur
N2
46
" La norme définit :
Atténuation(dB)
&
&
&
Les distances d1, d2
Les fréquences de mesures
Les différentes antennes :
Champ H
Champ E
Onde plane
boucles
dipôles
bi-coniques
cornets
fréquence
Le gabarit d'atténuation
" L'atténuation mesurée en tout point de l'enceinte doit être supérieure au gabarit
Strip line
" Essais en impulsionnel
Antenne
Récepteur
.
" Il s ’agit d ’une méthode comparative par rapport à un coffret de référence
" La méthode n ’est pas normalisée ' caractérisation de nouveaux matériaux
47
EXEMPLE PRATIQUE
Perturbations émises par un coffret
48
Montage expérimental
49
Principe de l ’essai
% Un émetteur alimenté par batterie est placé à l ’intérieur du coffret
en regard de l ’ouverture
% On mesure les niveaux de champ électrique pour différentes
configurations:
"
"
"
"
"
"
sans blindage,
plaque alu,
vitre blindée,
peinture conductrice,
papier aluminium,
grille de ventilation
50
Exemple de perturbations émises - vitre blindée ITO 1! / !
51
Résultats - Atténuation
52
REGLES / CONSEILS
53
Joint - Règles d ’installation
54
FARADISATION DES BOITIERS
Conception des boîtiers
Importance de l ’implantation des cartes et sous-ensembles :
" Ségrégation des circuits
o
Éloigner les circuits bas niveau des circuits de puissance
o
Séparer les circuits continus des circuits alternatifs
o
Éloigner les circuits B-F des circuits H-F
o
Éloigner les câbles puissance des câbles signaux (éviter les cheminements parallèles)
55
Conception des boîtiers
Résumé :
" Utiliser des boîtiers conducteurs (métal ou plastique métallisé)
" Fente ) fuite (caractérisée par la plus grande dimension de la fente)
" Limiter les fuites à proximité des connecteurs
" Éloigner les cartes et les câbles et des fuites potentielles (fentes, aération, ...)
" Attention aux déformations mécaniques
" Attention à la corrosion
" Attention au vieillissement
56
1
2
Équipement électronique simplifié
simplifi é
Carte protections
PROTECTION DES EQUIPEMENTS
PAR BLINDAGE ELECTROMAGNETIQUE
3
Carte alim
Carte UC
+ E/S
4
Thé
Th
éorie
Problème :
Solution :
Agression
électromagné tique
Agression
électromagné tique
! Th
Thé
éorie
! Technique de protection
! Solutions technologiques
! Mesure de l ’att
atté
é nuation
! Exemples pratiques
Électronique
sensible
Boîtier
m étallis é
Électronique
sensible
! Règles
gles--conseils
Présence de dysfonctionnements
Thé
Th
éorie
Nature du champ EM
Z (!)
En champ lointain,
E = 120! = 377!
H
Champ
électrique
5
Fonctionnement normal
377 !
La nature du champ est fonction de :
" son impédance (Z)
" de la longueur d ’onde (")
" la distance source - observateur (d)
Onde plane (champ lointain) :
" Z = 120 # = 377!
" d > "/2 #
Champ électrique (champ proche) :
" Z > 120 #
" d < "/2 #
Champ
magnétique
champ proche
champ lointain
"/2#
Distance source - observateur
Champ magnétique (champ proche) :
" Z < 120 #
" d < "/2 #
"(m ) =
300
f ( MHz )
6
7
Thé
Th
éorie
8
Thé
Th
éorie
Définition :
EB(dB) = A (dB) + R (dB) + B (dB)
Plaque conductrice infinie
Blindage
EB (Efficacité de Blindage) : Atté nuation d ’écran
Onde EM
incidente
EB (dB)= Atténuation d ’écran (en dB)
Milieu « Source »
Perte par
absorption
9
1ère perte de
réflexion de
surface
Onde EM
transmise
Perte par
réflexion de
2èmesurface
Milieu « Victime »
& Champ sans écran #
!!
EB (dB ) = 20 log $$
% Champ avec écran "
A (dB) = Pertes par absorption (en dB)
R (dB) = Pertes par réflexion (en dB)
B (dB) = Coefficient de re-réflexion (en dB)
Réflexion
interne
Effet de peau
Absorption
Les courants circulent préf érentiellement en surface des
conducteurs: c’est l’effet de peau
EB( dB) = 8,70.
e
! e = épaisseur de la paroi (en m)
! ' = épaisseur de peau (en m)
! #=
!
!
!
!
'
1
ou encore
".µ.!. f
µ = perméabilité absolue du matériau = µ 0.µ r
( = conductivité du matériau = (r. (cu
(cu = conductivité du cuivre = 5,82.10 7 siemens/m
11
en acier de 1mm d’épaisseur est égale à 5 dB.
en mumétal de 1mm d’épaisseur est égale à 22 dB
Re--r éflexion
Re
Cas d’une plaque infinie :
& ( #
R(dB) = 168+ 10 log$ r !
% µr. f "
e
#
! e = épaisseur de la paroi (en m)
! ' = épaisseur de peau (en m)
66
# (mm ) =
! r .µr . f ( Hz )
Réflexion
onde plane
! Pour un bon conducteur
onde de type électrique
(haute impédance)
onde de type magnétique
(basse impédance)
& ( #
& ! .r 2 .f #
R( dB) = 322 +10log$ 2r 3! R (d B ) = 1 5 + 1 0 log$$ r µ
!!
r
"
%
% µr .r .f "
r = distance de la sourceà la paroi en m
µ r = perm éabilité relative du matériau
(r = conductivité relative du matériau par rapport au cuivre
10
(
B(dB) = 20.log 1)10)0 ,1. A
A : Pertes par absorption (en dB)
B est toujours ! 0
Pour A > 10 dB , B = 0dB
)
12
13
14
m r et s r de quelques maté
mat ériaux
Matériau
Cuivre
sr
1
mr
1
Aluminium
0.61
1
Acier commercial
0.15
200
Acier inoxydable
Mumétal
0.028
0.028
1
20000
15
Assemblages
Critères du choix de la matière
Traiter les discontinuités
! Caractéristiques mécaniques
! Fréquences basses : (! > dimensions écran)
o
! Poids
Champ E :
! Résistance à la corrosion
Forte conductivité
Faible épaisseur
o
! Coût
Champ H :
! Efficacité de blindage
Forte perm éabilité
Forte épaisseur
! Facilité d'assemblage
Assemblages
17
Assemblages
Matière :
! Métaux massifs :
o
o
o
o
Cuivre
Aluminium
Acier
Inox
! Plastiques métallisés :
o
o
o
o
16
Assemblages
! Fréquences élevées (! < dimensions écran)
o
Shoopage (projection de zinc fondu)
Métallisation sous vide (aluminium)
Métallisation chimique (cuivre, nickel)
Peintures conductrices (pigment conducteur nickel, cuivre, argent, graphite, dans liant
organique)
! Matériaux composites
! Polymères conducteurs
Corrosion et traitement de surface :
! Présence d ’humidité
! Couple électrochimique " 300 mV
Corrosion
il faut donc pour réduire le couple galvanique
18
19
Tableau des couples galvaniques
Matériaux
Aluminium
Acier
20
Corrosion et traitement de surface
21
Traitement surface
Performances CEM
Résistance corrosion
Prix
Alodyne
Chromital TCP
Moyen
Médiocre
Bon marché
Surtec 650
Nickel
Iridite
Bon
Correct
Très bon
Médiocre
Cher
Bon marché
Electrozingage
Assez bon
Mauvaise
Bon marché
Etamage
Bon
Moyen
Assez cher
Shoopage
Composé
Cuivreux
Cadmiage
Bon
Médiocre
Assez cher
Médiocre
Moyen
Moyen
Traitement de surface sur aluminium
22
Techniques d’
d ’assemblage
! Raccord continu (soudure) :
o
Contact électrique excellent
o
Bon comportement au vieillissement
o
Pas démontable
! Raccord par point :
23
o
Distance entre points de fixation < !/20
signal perturbateur)
o
Surfaces en contact conductrices (épargnes de peinture, pas de graisse isolante, etc..)
o
Vissage ou boulonnage
contact par filets -> bon contact mais attention au frein filet
contact par rondelle éventail -> bon contact mais attention à la corrosion
o
Rivetage
attention à la qualité du rivet
bonne tenue au vieillissement mécanique
Porte et couvercle :
! Avec contact électrique
o
contact métal / métal : cas d’une excellente planéité
o
contact métal / joint / métal : le joint compense les défauts de planéité
o
points de contact : tous les !/20
! Sans contact électrique
o
Effet de chicane : chevauchement des bords de la fente
Si ! >> L (longueur de la fente) on peut avoir atté nuation = 10 à 15 dB
o
o
o
Pas de corrosion
Vieillissement sans dégradations électromagnétiques
Moins de problèmes mécaniques
(! = correspondant à la fréquence la plus élevée du
" Impédance fente ! R // C
" Augmenter surface de recouvrement
# Augmenter capacité
# Diminuer l ’impé dance
24
25
Exemples de chicanes
Conception des chevauchements :
Assemblages classiques
26
:
Assemblages meilleurs en CEM
27
Traitement des écrans de visualisation
28
Traitement des discontinuité
discontinuit és
Joint HF:
Solution 1
Solution 2
Vitre blindée + joint HF
Capot blindée + joint HF + filtre
! Généralité :
Le joint conducteur doit assurer une bonne continuité électrique
entre les pièces à assembler
! Mais :
joint conducteur
Le joint a souvent d'autres contraintes :
verre conducteur
face en verre
o
o
o
o
o
capacité
de traversée
reprise de blindage
périphérique
Compenser des défauts mécaniques
Assurer une étanchéité aux fluides
Être simple à installer
Garantir ses performances dans le temps
Présenter un coût raisonnable
avant
capot métallique
29
Traitement des discontinuité
discontinuit és
Calcul de l’
l ’ att
atté
énuation d’
d’ une ouverture
Joint :
! Règles d'installation
Ouverture unique :
Contraintes environnementales :
o
Présence d'hydrocarbures -> choix élastomère (silicone fluoré)
il est préférable de séparer les fonctions étanchéité aux fluides et aux ondes EM en
utilisant un joint bi matière, sinon utiliser un joint élastomère chargé en particules
conductrices
o
EB(dB) = 20 log
Compatibilité galvanique
limiter le couple galvanique métal / joint / métal
augmenter les surfaces de contact pour limiter la corrosion
EB( dB) =
!
2L
150
f ( MHz).L ( m)
Contraintes mécaniques :
o
Respecter les compressions indiqué es par le fabricant
o
Tenir compte des irrégularit és de surface
Avec L : plus grande dimension de l ’ouverture
L
30
31
Calcul de l’
l ’ att
atté
énuation d’
d’ un guide d’
d ’onde
32
Traitement des aé
aérations
soudure
Arriv ée fluide :
! Fréquence de coupure guide circulaire
fc =
! Grilles et tôles perforées
d
! Travers ée de paroi de fluide isolant
! Atténuation moyenne :
Limitation : - HF par dimension des mailles
- BF par nature du métal
L
! Pas cher
fc = fréquence de coupure en MHz
d = diamètre en minterne du tube
176
d
! Exemple : tôle perforée : épaisseur 1 mm, aluminium
! Atténuation
EB (dB ) = 0, 182 .L . f . (
f = fréquence en MHz
L = longueur totale du tube en m
fc 2
) !1
f
! En pratique, on prend L> 5 d
33
Calcul de l’
l ’ att
atté
énuation d’
d’ une grille
34
Calcul de l’
l ’ att
atté
énuation d’
d’ un nid d’
d’ abeille
Formule approchée :
!
EB(dB) = 20log ! 20log(N )
2L
Avec N : nombre d’ouvertures
EB ( dB ) = 27 .2
Remarque : si d " a/2 alors on ne
T
! 10 log( N )
W
W
T
considère qu’une seule ouverture
L
a
! Cher
! Montage : soudé ou boulonné
! Pertes en charge minimisée
d
EB(dB) = 20 log
!
2L
35
Traitement des ouvertures optiques
! Écrans blindés:
o
o
Grillage à mailles fines(mesh)
N = nombre de cellules
Vitre grillagé
grillagée
! Caractéristique du tissu : en OPI(Openings Per Inch) ex: 125 OPI
inconvénient : effet moirage
! Caractéristiques du fil : diamètre, matériau et traitement ex: fil monel noirci diamètre
0.05 mm
avantage : meilleure atténuation au champ magnétique
! Atténuation électromagnétique : En champ lointain ,
Verre recouvert de pellicule métallique
inconvénient : effet miroir
avantage : meilleures performances optique( transparence et contraste)
EB (dB ) = 20 log
1,5.10 5
g (mm). f ( MHz)
g : pas du grillage en mm
! Technologie:
Joint conducteur ou
bi-matiè re
! Dans tous les cas, la reprise du blindage doit être périphérique.
Mesh
36
37
38
Vitre coating
! Caractéristiques du coating (dépôt) : matériau ex ITO (Indium Tin Oxyde),épaisseur,
transmission optique, résistance de surface en !/ " ex: 5!/ "
! Atténuation électromagnétique : En champ lointain ,
EB ( dB) = 20 log
94
RS
Rs : résistance de surface en ! / "
! Technologie:
Joint conducteur ou
bi-matiè re
Bus barre
Dépôt conducteur
39
Joint
40
Joint
# Joints tricotés :
# Joints en élastomère chargé
– particules cuivre argenté
– particules argent
– particules nickel
– particules verre argenté
– particules carbone
fils métalliques tricotés avec ou sans âme élastomère
– fil monel
– fil cuivre étamé
– fil aluminium étamé
– fil acier cuivré étamé
– fil acier inox particules nickel
Particules
conductrices noyés
dans un élastomère
# Joints ressorts mé talliques
cuivre au béryllium
# Joints à fils orientés
Fils métalliques
noyés dans un
élastomère
Plaques métalliques
Joint
# Joints bi-matière
2 fonctions :
- étanchéité aux fluides
élastomère
- étanchéité électromagnétique
tricot métallique
élastomère chargé
joint à fils orientés
ressorts métalliques (rare)
41
Tableau comparatif efficacité
efficacité d ’é
’écran
cran / coû
co ût
pour diffé
différents procé
procéd és de m
mé
étallisation
Procédé
technique
Epaisseur en µ
Efficacité d’écran
aux hautes
fréquences
Coût relatif
Médiocre
10
5
1
0,8
2
Matières
Composites
Peintures Argent
Peintures Cuivre
Peintures Nickel
25
50
60
moyen
moyen
médiocre
Zingage à l'arc
70
moyen
5
moyen
3
40
bon
5
5
bon
2
Aluminium sous
vide
Plasma
Aluminium
Métallisation
chimique
42
43
44
MESURE DE L ’EFFICACITE DE BLINDAGE
La valeur de l'atténuation d' écran (ou efficacité de blindage)
n'est significative que si l'on connaît la manière dont elle a été mesur ée
! Normes usuelles :
"
GAM T 20 (valide pour : Cages, ATM, extension possible aux baies)
"
MIL STD 285 (valide pour : Cages, ATM) remplacée par IEE 299
! Essais en impulsionnel (valides pour : coffrets)
45
46
! Principe des mesures :
Calibrage en espace libre
Mesure
! La norme définit :
e
Antennes
d1
D
Emetteur
Récepteur
Ne
N1
Atténuation(dB)
d2
Emetteur
"
"
"
Champ H
N2
Onde plane
dipôles
bi-coniques
cornets
D = d1 + d2 + e
fréquence
Le gabarit d'atténuation
A Ne constant, l’atténuation d ’écran est donnée par : EB (dB) = N1 (dB) - N2 (dB)
! L'atténuation mesurée en tout point de l'enceinte doit être supérieure au gabarit
47
Strip line
! Essais en impulsionnel
EXEMPLE PRATIQUE
Antenne
Perturbations émises par un coffret
.
Champ E
boucles
Récepteur
Ne
Les distances d1, d2
Les fréquences de mesures
Les différentes antennes :
Récepteur
! Il s ’agit d ’une méthode comparative par rapport à un coffret de référence
! La m éthode n’est pas normalisée ! caractérisation de nouveaux matériaux
48
49
Montage exp érimental
50
! Un émetteur alimenté par batterie est placé à l ’intérieur du coffret
en regard de l ’ ouverture
! On mesure les niveaux de champ électrique pour différentes
configurations:
" sans blindage,
" plaque alu,
" vitre blindée,
" peinture conductrice,
" papier aluminium,
" grille de ventilation
51
Exemple de perturbations émises - vitre blindée ITO 1W / •
Résultats - Atténuation
53
Joint - R ègles d ’installation
REGLES / CONSEILS
52
54
55
Conception des boî
bo î tiers
Conception des boî
bo î tiers
Résumé :
Importance de l ’implantation des cartes et sous -ensembles :
! Ségrégation des circuits
o
Éloigner les circuits bas niveau des circuits de puissance
o
Séparer les circuits continus des circuits alternatifs
o
Éloigner les circuits B-F des circuits H-F
o
Éloigner les câbles puissance des câbles signaux (éviter les cheminements parallè les)
! Utiliser des boîtiers conducteurs (métal ou plastique métallisé)
! Fente ! fuite (caractérisée par la plus grande dimension de la fente)
! Limiter les fuites à proximité des connecteurs
! Éloigner les cartes et les câbles et des fuites potentielles (fentes, aération, ...)
! Attention aux déformations mécaniques
! Attention à la corrosion
! Attention au vieillissement
56
1
PROTECTION DES LIAISONS FILAIRES
Carte protections
PROTECTION ELECTROMAGNETIQUE
DES LIAISONS FILAIRES
3
2
Carte alim
Carte UC
4
Théorie
 Définition : Efficacité de blindage d ’un câble blindé
EB (dB ) = 20 log
 Théorie
 Technique de protection
Ce n ’est pas une propriété
intrinsèque du câble
Courant sur conducteurinternesans blindage
Courantsur conducteurinterneavec blindage
 Définition : Impédance de transfert d ’un câble blindé
 Solutions technologiques
Iext
 Exemples pratiques
Z t (ω ) =
Vint
 Règles
Règles--conseils
Vint ( ω )
( par unité de longueur )
I ext ( ω )
Vi
C ’est une propriété intrinsèque du câble
•
5
Mesure et contrôle du blindage
Mesure et contrôle du blindage
 Mesure dite du fil d’injection
 Principe de mesure de l ’impédance de
transfert :
Z t .I g .L
2
Pour L < λ/2 :
Vo =
Pour L >λ/2 :
Vo ≈ 0 ,7 .Zt .I g .λ
:
L
Zt =
Rc
Ig
On applique un courant Ig dans le blindage
On mesure la tension induite V o entre l’âme et le
blindage
6
2 Vinduit
.
L I injecté
I
Rc
V0
V
I0
L : Longueur de l’écran sous test
Avantage: possibilité de mesurer le Zt d’un cordon (câble+connecteurs)
1
7
Théorie
8
Théorie
 Quelques exemples :

Z t = Rt + jωLt
 En dessous de 100kHz, Zt est assimilable à une résistance ohmique
ordre de grandeur: quelques mΩ/m
 Au dessus de quelques MHz, Zt est assimilable à une inductance
ordre de grandeur: 1 nH/m pour un blindage simple tresse
0.1 nH/m pour un blindage double tresse
9
10
Théorie
 Relation entre Efficacité de blindage et Impédance de transfert:
EB = 20 log
V induit sans blindage
V induit avec blindage
EB = 20 log
I induit sans blindage
I induit avec blindage
EB = 40 − 20 log( Zt .L)
Liaisons de mode commun
Surface de couplage
11
12
Liaisons de mode différentiel
Surface de couplage
Surface de couplage
Le couplage est proportionnel à la surface entre la liaison et la masse
⇓
Router les câbles au plus pr ès de la masse pour diminuer le couplage
La boucle de couplage entre les deux câbles est réduite
⇓
Améliorer la réjection en torsadant les câbles
2
13
Description d ’une liaison
14
Connecteur
 Liaison simple entre deux équipements
Connecteur : partie mobile d ’une liaison ⇒ Fonction démontabilité
Fiche : connecteur mobile
Embase : connecteur fixe
Embase
Jonction fiche/embase :
Fiche




Raccord arrière
Tresse de surblindage
Résiste milliers manœuvres
Pas d ’outillage nécessaire
Pas de compétences particulières pour faire la connexion
Fourniture même provenance
Fiche et embase : matériau conducteur ⇒ Tenir compte de l ’environnement
climatique
EQUIPEMENT 1
EQUIPEMENT 2
structure
15
Connecteur
16
Connecteur
Embase
Fiche
Raccord arrière
 Forme du connecteur
 Jonction embase/équipement
équipement

Connecteur à section circulaire (MIL-C-38 999) :
 Traitement superficiel de la jonction => minimiser la résistance de contact
Répartition homogène des courants

 Etablissement du contact :
Meilleures performances de blindage


Connecteurs à sections rectangulaire ou trapézoïdale (DOD-C-83527)
Aux fréquences élevées, concentration des courants et difficultés de continuité
électrique dans les angles.


Moins bonnes performances de blindage
17
Connecteur
contact par points (embase fixée par plusieurs vis) : seul montage possible pour
connecteur rectangulaire)
⇓
performances électromagnétiques moyennes
contact périphérique (embase maintenue par écrou vissé)
⇓
meilleures performances électromagnétiques
Fiche
Embase
Equipement
Raccord arrière
 Traitement superficiel de la jonction => minimiser la résistance de contact
 Etablissement du contact :

Contact à baïonnettes : performances électromagnétiques médiocres en HF

Contact vissé : meilleures performances électromagnétiques
 Surface de contact de la jonction => l'efficacité de blindage croît avec la surface de
contact
Fiche
Raccord arrière
 Jonction fiche/embase
18
Connecteur
Embase
 Jonction tresse/raccord arrière
 Indispensable pour assurer l'homogénéité de l'efficacité de blindage de la liaison
complète mais souvent négligé.
 Le raccord arrière doit s'adapter parfaitement au connecteur.
 Le raccord arrière doit être adapté au câble.
3
19
Autres techniques de raccordement de la tresse de blindage
20
Autres techniques de raccordement de la tresse de blindage
 Câble avec tresse de surblindage :
 Prendre soin du raccordement des blindages des éléments
 Câble avec tresse de blindage individuel :
préférer les reprises en étoile
éviter les reprises en chaînette
A EVITER
ACCEPTABLE
 La meilleure reprise de blindage est la reprise à 360°
LA MEILLEURE
21
Règle de raccordement des tresses de surblindage
surblindage::
de quel côté fautfaut-il réaliser la connection
connection?
?
22
 Tresse reliée à une seule extrémité :
 avantage : pas de boucle donc pas de courants BF circulant dans la tresse donc
pas de risque de polluer le signal BF(ex : signal d’entrée d ’un ampli audio
perturbé par le champ magnétique 50Hz du transfo))
 Paramètres à prendre en compte :
 Caractéristiques du champ électromagnétique perturbateur
 inconvénient : mauvaise efficacité de blindage en HF
 Fréquence du signal véhiculé par le conducteur à protéger
 inconvénient : des tensions de forts niveaux peuvent se développer entre la tresse
de surblindage et le châssis(ex : BCI, effets indirects de la foudre)
 Niveau du signal véhiculé par le conducteur à protéger
 Tresse reliée aux deux extrémités :
 Existence de fils blindés sous le surblindage
 avantage : excellente efficacité de blindage même en HF
 avantage : pas de risque de surtensions importantes entre la tresse et la masse.
 inconvénient : Circulation de courants perturbateurs dans la tresse de
blindage(gênant en BF)
23
24
 Protection en BF et en HF :
 protéger le conducteur sensible par un blindage interne relié qu’à une seule
extrémité; la tresse de surblindage étant reliée des deux côtés
 En présence d ’un seul blindage il est possible de relier la deuxième extrémité par
l ’intermédiaire d ’un condensateur afin de rester isoler en BF tout en améliorant
sensiblement les performances de blindage en HF.
4
25
Connecteurs
26
Connecteurs
 Exemple de choix de matériau
 Jonction câble / raccord arrière
Connecteur : tube plein ⇒ analyse en continu
 Connecteur rond en aluminium φ = 10 mm, épaisseur 1 mm, longueur 40 mm, ρ = 2,8 µΩ.cm
Résistance en continu du boîtier :
l
4 0. 1 0− 3
≈ 4 0µ Ω
R = ρ . = 2,8. 1 0−8.
s
π .9. 1 0−3.1 .1 0−3
 Connecteur rond en plastique métallisé φ = 10 mm, épaisseur 10 µm, longueur 40 mm, ρ = 1,6 µΩ.cm
Résistance en continu du boîtier : R = ρ. l =1, 6. 10−8.
s
40.10 − 3
≈ 2mΩ
π. 10.10 −3.10. 10−6
 Connecteur rond en plastique conducteur φ = 10 mm, épaisseur 1 mm, longueur 40 mm, ρ = 0,1 Ω.cm
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage
par reprise filaire (dite queue de cochon)
 Fil soudé, thermo soudé ou serti sur blindage.
 Fil terminé par cosse vissée sur le connecteur
ou serti sur une broche.
Très mauvaises performances de
blindage en hautes fréquences
 Peu cher
 Malheureusement très utilisé !!!
Dans tous les cas, il faut :
limiter la longueur de la queue de cochon
40.10 − 3
≈1, 4Ω
π .9 .10 −3.1 .10 −3
Résistance en continu du boîtier : R = ρ. l = 0,1 .10 −2.
s
27
Connecteurs
28
Connecteurs
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage
Système normalisé HE308-13
 Tresse peignée puis comprimée entre
deux pièces coniques.
 Même technologieque précédemment mais diamètre du
raccord adapté au diamètre du câble
 Inconvénients :

La norme ne prévoit pas l'adaptation du
diamètre du raccord arrière sur le câble.

Le peignage fragilise la tresse => mauvaise
tenue au vieillissement mécanique

caractéristiques de blindage non reproductibles.

Application uniquement à des câbles simple tresse
 Tresse non peignée puis comprimée entre 2 pièces
coniques
 Peut être utilisé sur des doubles tresses
 Meilleures performances en vieillissement
 Meilleure reproductibilité.
29
Connecteurs
 Interface accessoire arrière / blindage ou
surblindage par filetage conique
 Tresse positionnée sur raccord arrière fileté
puis serrée par écrou.
 Raccord arrière adapté au diamètre de la tresse
 Assez bonnes performances de blindage
 Utilisable uniquement pour des simples tresses
30
Connecteurs
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage par
soudure
 Tresse soudée sur partie étamée du raccord.
 Le raccord doit être parfaitement adapté à la tresse.
 Bonnes performances de blindage.



Mal adapté aux gros diamètres
Réalisation délicate
Temps de chauffe important
5
31
Connecteurs
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage par
manchon thermorétractable blindé.
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage par système à ressort
 Tresse serrée sur cheminée du raccord arrière par ressort à bandemétallique
 Raccord réalisé par thermorétractable
revêtu d'un film conducteur.
 Très bonnes performances électromagnétiques
 Valable pour une ou plusieurs tresses
 Système pratique pour du maquettage et du développementcar démontable
 Simple à réaliser
 Peut être recouvert par manchon thermorétractable.
 Très bonnes performances de blindage


Mauvaise tenue au vieillissement mécanique et thermique
Les conditions d'emploi prescrites par le constructeur
doivent être rigoureusement suivies
32
Connecteurs
33

N'assure pas de pression calibrée sur la tresse

Résiste mal au vieillissement mécanique
Connecteurs
34
Connecteurs
 InterfaceInterface accessoire arrière / blindage ou
surblindage par bague en alliage à mémoire de forme
 Bague "tinel lock" réalisée dans un alliage à mémoire
(nickel + titane) se restreint d'environ 6 % lorsqu'elle est
chauffée.*
 Interface accessoire arrière / blindage ou surblindage par magnétoformage
 Sertissage électromagnétiqued'une bague sur la cheminée du raccord arrière
 Outillage spécial très simple
 Excellentes performances deblindage

 Très bonne fiabilité, bon comportement
au vieillissement
Nécessite un outillage très lourd


Connecteurs
35
Cher
Non démontable
36
Inconvénients des liaisons coaxiales
 InterfaceInterface accessoire arrière / blindage ou
surblindage par bague en alliage à mémoire de forme
 Bague "tinel lock" réalisée dans un alliage à mémoire
(nickel + titane) se restreint d'environ 6 % lorsqu'elle est
chauffée.*
 Outillage spécial très simple
 Très bonne fiabilité, bon comportement
au vieillissement


Cher
Non démontable
6
37
Utilisation d’une connectique TRIAX ou TWINAX
38
Connecteurs TRIAX
39
40
Connecteurs TWINAX
Connecteurs TRIAX
41
42
Câbles
Connecteurs TWINAX
 Faisceau à blindage hélicoïdal
Faisceau à blindage hélicoïdal
(vue de côté)
Gaine externe
Feuillard métallique
toron
 Applications statiques car mauvaise résistance à la flexion
 Faibles performances de blindage
 Difficultés pour raccord à connectique
7
43
Câbles
44
Câbles
 Blindage à enroulement hélicoïdal de fils jointifs
 Faisceau à blindage hélicoïdal
câble élémentaire
Feuillard métallique
Gaine externe
Fil drain




Faisceau à blindagehélicoïdalavec fil drain (coupe)
Gaine externe
 Mêmes défauts que le faisceauprécédent
 Performances de blindage guère meilleures
45
Câbles

Enroulement jointif
toron
Très grande flexibilité (robotique)
Performances de blindage acceptables en BF
Performances de blindage très mauvaises en HF
Peu de dégradation des performances électromagnétiques en vieillissement
46
Câbles
câble élémentaire
Faisceau à double enroulement hélicoïdal de fils jointifs

Faisceau blindé simple tresse
Tresse métallique
 Réglage des paramètres de la tresse :
Enroulement jointif
Gaine externe
Enroulement jointif
toron
épaisseur des brins

nombre de brins
Tresse métallique
toron
(Vue de côté)
Câbles

(Coupe)
Gaine externe
Gaine externe
47
angle de tressage

 Optimisation performances
électromagnétiqueset performances
mécaniques
 Très grande flexibilité (robotique)
 Performances de blindage acceptables en BF
 Performances de blindage mauvaises en HF (meilleures que celles de l'enroulement
simple)
 Peu de dégradation des performances électromagnétiques en vieillissement

48
Câbles
Faisceau blindé double tresse
 Faisceau blindé double tresse avec absorbant
Gaine externe
 Tresses reliées ou isolées
Câble élémentaire
absorbant
 Faisceau blindé haute immunité
Tresse métallique
 Le matériau des tresses peut être différent
(attention au coupleélectrochimique ! )
 Optimisation des caractéristiques
mécaniques et électromagnétiques pqr
réglage des paramètres des tresses
⇓
Tresse métallique
(Coupe)
 Bon compromis poids / efficacité de blindage
 Bonne flexibilité
Tresse métallique
Tresse métallique
Gaine externe
8
49
50
Câbles
EXEMPLES PRATIQUES
 Faisceau blindé double tresse avec µmétal
µmétal
(la meilleure en BF)
 Vulnérabilité d ’une liaison filaire
 Câble peu flexible supporte mal la flexion
 Perturbations émises par une liaison filaire
Tresse métallique
Tresse métallique
Gaine externe
51
Vulnérabilité d’une liaison filaire
52
 La liaison filaire est connectée à l ’entrée d ’un Vu-mètre,
 La liaison filaire est exposé à un champ électrique,
Cage de Faraday
 Pour chaque type de liaison filaire on note la valeur du champ qu ’il faut
appliquer pour allumer les LEDs du Vu-mètre
Résultats
53
54
Perturbations émises par une liaison filaire
9
55
56
Liaison : filaire
Conditions de mesure
 Selon la norme GAM-EG-13
 Essai 62-R3 : Mesure des perturbations par rayonnement.
Champ électrique
 Bande étroite
 Polarisation verticale
 Limite : Courbe A1 – Planche 10
57
Liaison : bifilaire torsadé
Liaison : câble blindé, 10 cm reprise du blindage
58
Liaison : câble blindé, reprise du blindage à une seule extrémité
59
60
Liaison : câble blindé, 1 cm reprise du blindage
10
61
62
Liaison : câble blindé, reprise du blindage à 360°
REGLES / CONSEILS
63
Routage des liaisons
Quelques règles simples et non coûteuses (câblages externes)
1. Réduire les longueurs de fils inutiles
équipement
équipement
3. Ne pas faire passer les câbles non
blindés près d'un générateur parasite
2. Rapprocher les câbles du plan de
masse (les faire cheminer en goulotte
métallique par exemple)
64
4. Torsader les paires
équipement
5. Veiller à maîtriser le cheminement du courant de retour
Eviter le toron de fils simples pour lesquels le retour s'effectue dans un seul fil.
Ne pas utiliser la masse mécanique comme retour du courant.
équipement
65
Quelques règles simples et non coûteuses (câblages externes))
66
Conducteur retours voisin du conducteur aller
 Faire circuler les câbles à proximité d ’une structure équipotentielle de masse
 Mettre les conducteurs de retour très proches du conducteur aller. Eviter les
grandes boucles, ...
carte
carte
alimentation
alimentation
NON
OUI
UTILISER DES PAIRES
11
67
68
 Séparer et éloigner les différentes familles de liaison les unes des autres et
interposer des écrans :
 Eviter les faisceaux de fils simples
 Eviter de toronner des fils véhiculant des signaux de nature différente
 Liaisons signaux analogiques (très sensibles)
 Dans un câble plat ségréguer les fils analogiques des fils numériques
 Liaisons signaux numériques (sensibles et très perturbantes)
 Dans un câble plat, séparer toujours les fils numériques des fils analogiques
par des fils de masse (0V des cartes)
 Liaisons alimentation secteur et liaisons avec les circuits de puissance commutés ou
régulés par des convertisseurs à découpage (extrêmement perturbantes)
 Exemple de bonne répartition
des câbles dans une goulottes :
Câbles puissance
Câbles sensibles
Câbles de commande/ contrôle
69
 Eviter de faire passer des liaisons de nature différentes par le même
connecteur
 Si on ne peut respecter la règle ci -dessus ⇒ isoler les fils numériques des fils
analogiques par des broches de masse
 Ne pas laisser les fils de réserve en l ’air. Les connecter à la masse
 Ne pas faire cheminer le câble couplage et le câble victime parallèlement ⇒
les croiser à angle droit
Victime
Victime
12

protection des equipements par blindage

Transcription

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