Banc de Test d Immunité Hyperfréquence Impulsionnel

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1 Banc de Test d Immunité Hyperfréquence Impulsionnel J.RAIMBOURG Commissariat à l Energie Atomique CEA-DIF BP BRUYERES LE CHATEL FRANCE Tel. : Fax. : joel.raimbourg@cea.fr CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 1

2 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 2

3 Introduction Sources - Couplages - Victimes Identification des acteurs CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 3

4 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 4

5 Le Laser MégaJoule : Etude de la fusion par confinement inertiel Salle d'expérience hauteur : 40 m 240 faisceaux 1,8 MJ déposé sur la cible Cible (mm) (Phébus : 8 kj : 200 fois moins) Chambre d expérience diamètre 10 m Laser Mégajoule 100 m x 200 m CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 5

6 Laser MégaJoule BANCS d ENERGIE 72 BE/8chaînes 1 Chaîne - Lg 105 m env.- ( 8 Faisceaux par chaîne ) Vue d ensemble LMJ Transport Conversion Fréquence Câbles HT Azote Refroidissement (Ampli) BANCS d ENERGIE 63BE/7chaînes Diagnostics Supportage Chambre d Expérience Transport Conversion Fréquence Energie > 1,8 MJ Puissance > 500 TW Longueur d onde 0,35 µm Précision de pointage 50 µm CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 6

7 Avant le LMJ, la LIL Futur LMJ LIL CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 7

8 Ligne d Intégration Laser (LIL) Le Hall Laser Le Hall d Expérience La Ligne d Intégration Laser et son Système d Expérience CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/2005 8

9 Banc d Energie : caractéristiques d un module Puissance secteur : 80 kva - 3~ 400 volts Energie stockée : 1670 kilojoules Energie de la préionisation : 50 kilojoules Tension de charge : 24 kilovolts Temps de charge : 1 minute Dimensions : 6,5 x 1, 5 x 3,5 m Poids approximatif : 5 Tonnes H // 1 m 20 A/m RF & Hyper - 22/03/2005 TextE CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG ns x 10 5 FT-Lab

10 Rayonnement des lampes flashs : simulation CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

11 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

12 Spécificité de nos installations La plupart du temps, nous réclamons les niveaux de sévérité prévus pour le milieu industriel cependant Les expériences de physique peuvent générer des perturbations électromagnétiques de très forte intensité Dans ce cas, nous utilisons les normes génériques avec quelques modifications. Par exemple : Les Décharges Electrostatiques produisent des niveaux de champ électrique (kv/m) de même intensité qu une cellule de Pockels mais sur une surface très réduite Le test d immunité aux ondes de choc peut être assimilé à la décharge des bancs de capacité vers les lampes flashs CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

13 Les tests CEM normalisés Norme Générique CEI Immunité pour l environnement industriel Cette norme générique inclus les tests à réaliser ainsi que les niveaux d immunités associés CEI Champ magnétique impulsionnel CEI Transitoire rapide en salve Les tests les plus importants : CEI Décharge électrostatique CEI Transitoire rapide en salve CEI Ondes de choc A la norme IEC nous ajoutons : CEI Champ magnétique impulsionnel CEI Décharge électrostatique CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

14 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

15 HE LIL LIL : Système d expérience Les systèmes d insertion de diagnostics plasmas Les caméras d alignement Les diagnostics Plasmas Le porte leurre Le porte cible La chambre: confinement d expérience vide 10-6 mbar CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

16 Identification des perturbateurs électromagnétiques OMEGA (Rochester, NY) Génération de 30 kj d UV Avec des impulsions de 1 ns OMEGA LIL/LMJ Cette installation est représentative de la LIL But : estimation des champs électromagnétiques rayonnés à l intérieur et hors de la chambre d expérience CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

17 Installation Oméga à Rochester 60 faisceaux de J = kj à 3 formes d impulsion variables CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

18 Mesure du champ électromagnétique près de la cible S < 1 cm 2 Mesure H sonde de Moebius (bande passante 3 GHz) Cible Hr Hr IN7100 Bande passante 7 GHz DIMM d Chambre d expérience CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

19 Oméga : champ électromagnétique rayonné 4000 V/m H 1m from the chamber A/m H field 1m from the target Temps x 10-7 FFT(H 1m from the chamber) s FT-Lab TextE -60 ns FFT(H field 1m from the target) dbv/m.s 50 dba/m.ns Fréquence Hz Extérieur de la chambre FT-Lab TextE -10 GHz Dans la chambre CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

20 Omega : mesure du rayonnement pendant un tir Sonde de Moebius sous la chambre d expérience EMI detector in a TIM CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

21 Champ électromagnétique généré par OMEGA RESULTATS : Le pulse électromagnétique contient de très hautes fréquences au-dessus de 1 GHz La chambre d expérience peut être considérée comme source de rayonnement Hors de la chambre (@ 1 metre) Pulse de 50 ns (fréquence entre 1 et 3 GHz) 4 kv/m à 1 metre Le champ décroit comme l inverse de la distance Dans la chambre d expérience Le champ E peut atteindre 10 kv/m CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

22 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

23 Banc champ fort : le besoin E = 10 kv/m Oscillation entre 1 et 3 GHz pendant 50 ns Gigue au déclenchement < 3 ns Surface testée = 1 m 2 Facilement transportable CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

24 Banc de test existant Générateur strip-line 100 kv E > 100 kv/m H > 200 A/m Rise time : 3 ns Temps de montée insuffisant CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

25 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

26 Réalisation du banc champ fort Besoin d une source haute tension impulsionnelle Besoin d un élement rayonnant Le pistolet à décharges électrostatiques Une antenne à optimisée CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

27 Génération d un champ électromagnétique impulsionnel DES DES x antenne pour 1A 1 A 0.9 A Temps x 10-7 s FT-Lab TextE x 10-8 s FT-Lab TextE FFT DES FFT(gain antenne 2020A) (FFT DES ) x (gain antenne 2020A) Fréquence -140 dba.s Pistolet à décharge électrostatique Hz FT-Lab TextE db Antenne Gain 10 db 200 MHz - 2 GHz RF & Hyper - 22/03/2005 CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG 27 Hz FT-Lab TextE -170 dba.s DES + Antenne Hz FT-Lab TextE

28 SESD CNP3R FFT(SESD CNP3R) 2000 V/m dbv/m.s x 10-7 s FT-Lab TextE Hz FT-Lab TextE Limitation en niveau Pas de synchronisation CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

29 Générateur 50 Ohms + antenne double-ridge guide E > 2 kv/m Rise time : < 100 ps Area : 1m V/m Pas beaucoup d oscillation s x 10-8 FT-Lab TextE CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

30 Générateur 10 kv + éclateur+ antenne (500 MHz - 5 GHz) Rayonnement E = 10 kv/m à 1 mètre Pseudo période 1,5 GHz Eclateur Générateur Kentech Connecteur N Boîtier d amorçage Antenne d émission Durée 5 ns (50 ns souhaité) Synchronisation : gigue < 1 ns Volts Mesure à 1 m de l'antenne -0.6 b a L -0.8 ns - T RF & Hyper - 22/03/2005 F CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG 30

31 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

32 Amélioration de l immunité d un diagnostic PHOTODETECTEUR AsGa Blindage au labo CEM Test sous champ fort Mesures sur Oméga Photodétecteur nu (rouge) et blindage (bleu) V AsGa with polar V x 10-7 Amélioration de 17 db du rapport signal/bruit s FT-Lab TextE x 10-7 Bruit de fond à Oméga < 20 mv s FT-Lab TextE CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

33 Oscilloscope sous champ fort (2 kv/m) Chaque entrée est chargée sous 50 Ohms ou bien avec un câble RG58 lui même chargé sous 50 Ohms Les niveaux de parasistes induits sont de qq mv à qq 100 mv CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

34 Oscilloscope sous champ fort (10 kv/m) 1 V/ CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

35 Utilisation du banc près de la chambre d expérience de la LIL CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

36 Immunité en champs forts : IN7100 Immunité en champ fort : IN7100 Acquisition de signal synchrone du champ émis par la chambre Pas de pb Défaut mineur Pas d'acquisition EN IEMN 8kV/m V/m 0 1,00E+07 1,00E+08 1,00E+09 1,00E+10 Fréquence (Hz) CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

37 Plan Introduction Les grands instruments de physique Le Laser MégaJoule et la Ligne d Intégration Laser Spécificité de notre CEM : les perturbations impulsionnelles Identification du rayonnement de la chambre d expérience LIL Définition du banc de test impulsionnel Réalisation du banc champ fort Utilisation du banc de test Conclusion CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/

38 Conclusions Banc de test d immunité sous champ fort rayonné 10 kv/m à 1 mètre sur 1 m 2 Facilement transportable Oscillation sur qq nanosecondes Permet de simuler la LIL Besoin futurs plus performants pour le LMJ CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG RF & Hyper - 22/03/