Etude de l efficacité de feuilles conductrices utilisées comme blindage des ondes électromagnétiques

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1 Etude de l efficacité de feuilles conductrices utilisées comme blindage des ondes électromagnétiques BERRAIDA Fadoua, COT Alexandre, CROCHET Pauline, CUENOT Robin, DEREMAUX Valentin, MAFFRE Claire Présentation du dispositif Le système étudié est composé de deux boucles magnétiques placées face à face et séparées d une distance de 5cm. L étude du couplage magnétique entre les deux boucles avec et sans feuille conductrice permet la déduction d une fonction de transfert. L efficacité de blindage sera déduite à partir de ces fonctions de transfert. On étudie l efficacité de blindage entre 20kHz et 80MHz. Schéma électrique du dispositif Etude du dispositif Détermination de l inductance mutuelle L inductance mutuelle décrit l influence d un circuit magnétique sur un autre. Une variation de courant dans un circuit magnétique entraîne l apparition d une tension dans l autre circuit magnétique. Ce coefficient est noté M. Dans notre cas, il s agit de l influence de la bobine L1 sur la bobine L2. D après le schéma électrique du dispositif on peut écrire : V 1 = jωl 1 I 1 + jωmi 2 V 2 = jωmi 1 + jωl 2 I 2 En supposant que le courant dans le second circuit magnétique est nul, c est-à-dire I 2 =0, on obtient : V 2 V 1 = M L 1 L inductance L 1 n étant pas connue, seul le rapport M/L 1 peut être connu. 1

2 Niveau de réception pour différents types de feuilles Aucune feuille entre les deux boucles magnétiques figure 1 Dans le cas où aucune feuille n est intercalée entre les deux boucles magnétiques, nous obtenons une fonction de transfert à l allure d un filtre passe-haut du premier ordre (pente de +20dB/dec). Cette courbe sert de référence à la suite. Cas où une feuille en polystyrène est intercalée figure 2 Lorsqu une feuille en polystyrène est placée entre les deux boucles magnétiques, les ondes magnétiques ne subissent aucune perturbation. Nous retrouvons la même allure que précédemment, c est-à-dire un filtre passe-haut du premier ordre. 2

3 Cas où une feuille en aluminium est intercalée figure 3 Dans le cas où une feuille en aluminium est intercalée, les ondes magnétiques sont perturbées et la fonction de transfert est modifiée. Pour observer le rôle de la feuille d aluminium, nous traçons la différence entre la fonction de transfert dans le cas où aucune feuille n est intercalée avec celle obtenue où une feuille d aluminium est intercalée : figure 4 Nous observons que la feuille d aluminium rajoute à la fonction de transfert de base un filtre qui a l allure d un filtre passe-bas d ordre 1 (pente de -20dB/dec). C est pourquoi nous observons un pallier sur la figure n 3 car les deux pentes se compensent (+20dB/dec 20dB/dec). Dans les fréquences plus élevées, nous obtenons un comportement passe-haut. 3

4 Cas où deux feuilles en aluminium sont intercalées figure 5 Lorsqu une seconde feuille d aluminium est ajoutée au milieu des deux boucles magnétiques, la fonction de transfert se comporte dans un premier temps comme un filtre passe-bas d ordre 1 puis une filtre passe bas d ordre 2 (pente de -20dB/dec puis -40dB/dec). On en déduit que plus le nombre de feuilles intercalés et grand, plus l ordre du filtre passe-bas augmente. Le comportement passehaut est également observé comme le cas précédent. 4

5 Cas où une feuille en cuivre est intercalée figure 6 La feuille en cuivre entraîne également des perturbations sur les champs magnétiques. De la même manière au cas d une feuille en aluminium, nous isolons l impact de la feuille en cuivre : figure 7 Nous constatons que la feuille de cuivre rajoute à la fonction de transfert un comportement de type passe-bas d ordre 1 d où l apparition du pallier sur la figure n 6, tout comme la feuille d aluminium. Dans les hautes fréquences, nous obtenons à nouveau un comportement passe-haut comme dans les cas précédents. 5

6 Fréquence de coupure, FC L ajout d une feuille conductrice entre les boucles magnétiques apporte un comportement de type filtre passe-bas sur le niveau de réception. Ce filtre entraine une diminution de la puissance reçue par la boucle magnétique de sortie, ce phénomène correspond à l effet de blindage. Lors de nos manipulations, nous ne pouvons pas déterminer le palier dans les basses fréquences donc nous ne pouvons pas déduire la fréquence de coupure. Cependant, pour une fréquence donnée, prenons f = 1 MHz. Nous remarquons que dans le cas de l aluminium, la puissance reçue par la boucle magnétique de sortie est de -85dBm tandis que pour le cas d'une feuille en cuivre, nous obtenons une puissance de -99dBm : figure 8 Nous en déduisons que la fréquence de coupure dans le cas de la feuille en cuivre est inférieure à celle de la fréquence de coupure de la feuille de l'aluminium. Impédance de surface, ZS Le module de l impédance de surface est donné par : avec :, l épaisseur de peau, la conductivité r, la perméabilité relative du matériau r, la conductivité relative du matériau f, la fréquence Z s = 2 δσ μ rf σ r (μω) 6

7 Dans le cas de l aluminium, les valeurs sont : aluminium = 37,7*10 6 S.m -1 r,aluminium = Dans le cas du cuivre, les valeurs sont : cuivre = 59,6*10 6 S.m -1 r,cuivre = D un matériau à un autre, l épaisseur de peau varie au niveau de la perméabilité du matériau. Comme la perméabilité relative de l aluminium et du cuivre sont proches, nous pouvons considérer ces perméabilités égales à 1. Le rapport des impédances de surface devient alors : Z s,cuivre = σ aluminium 37,7 106 = Z s,aluminium σ cuivre 59, ,63 Nous en déduisons que plus l impédance de surface est grande, moins le blindage est bon. Comportement aux fréquences élevées Lors des manipulations, nous avons observé dans tous les cas que la puissance reçue par la boucle magnétique de sortie augmentée à nouveau ce qui est contraire au phénomène induit par l épaisseur de peau. En effet, le blindage est censé être de plus en plus efficace en augmentant la fréquence puisque l épaisseur de peau augmente. Toutefois, aux fréquences élevées, il faut prendre en compte un nouveau phénomène dû aux «trous» du blindage. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d onde diminue. Les trous qui composent les matériaux deviennent alors grand vis-à-vis de la longueur d onde et laissent passer l énergie. Ce phénomène est contraire au blindage. 7