Utilisation des CRBM en mode temporel: illustration par des mesures d'efficacité de blindage Virginie Deniau Lamine Kone, Jean Rioult, Sylvie Baranowski
Contexte Les CRBM présentent des avantages indéniables mais qui peuvent être limités par le balayage fréquentiel - Le balayage fréquentiel entraine des temps d expérimentation importants que ce soit pour l étalonnage ou les essais de CEM - Le balayage fréquentiel limite la résolution fréquentielle en raison du temps associé à chacune des fréquences considérées - Le balayage fréquentiel n est pas adapté à la caractérisation des émissions impulsionnelles Par des mesures dans le domaine temporel, - l utilisation d impulsion large bande pourrait permettre de réduire les durées des essais tout en améliorant la résolution - l homogénéïté statistique qui caractérise les CRBM pourrait être mise à profit pour caractériser des émissions impulsionnelles large bande
Utilisation d impulsions en CRBM -Mesure du CCF (facteur d étalonnage) de la CRBM -Mesure d efficacité de blindage Génération d une impulsion à l aide d un générateur de signaux arbitraires Antenne d émission Antenne de réception Amplification si nécessaire Atténuation si nécessaire Mesures à l oscilloscope avec un échantillonnage à fixer Pour différents angles de brasseur
Caractéristiques de la CRBM
Définition de l impulsion 2 impulsions «test» Large bande Génération d une impulsion à l aide d un générateur de signaux arbitraires -1 GS/s Emission Réception Mesures à l oscilloscope 1 GS/s V.4.3.3.2.1 D.75 ns Emission impulsion V.2.1 -.1 -.2 -.3 D 3 ns Emission impulsion -.1.2.4.6.8 1 1.2 1.4 2 4 6 Time(s) 8 1 12 14 x 1-8 Time (ns) Signal1( t) = exp( t / ft) exp( t / rt) rt= rise time =.1ns ft= fall time = 2ns -.4 -.5-5 5 1 15 5 1 15 Time (ns) Signal 2( t ) = Signal 1( t ) * B 4( t ) B 4 (t) = filtrebutterworth d ordre4 Passe-bande 2 MHz-1 GHz 2-9
Définition de l impulsion 2 impulsions «test» (V) Power (dbm).4.3.2.1 -.1 -.2 -.3 -.4 -.5-1 -2-3 -4-5 5 1 15 2 double exponential x BP[.2-1GHz] double exponential Time (ns) double exponential x BP[.2-1GHz] double exponential Signal1( t) = exp( t / ft) exp( t / rt) rt= rise time =.1ns ft= fall time = 2ns Signal 2( t ) = Signal 1( t ) * B 4( t ) B 4 (t) = filtrebutterworth d ordre4 Passe-bande 2 MHz-1 GHz FFT sur 128 points -6 2 4 6 8 1 Frequency (MHz)
Impulsion reçue 2 impulsions «test».4.3.2.1 Emission Réception (V) -.1 5 1 15 2 -.2 -.3 -.4 -.5 double exponential x BP[.2-1GHz] double exponential Time (ns) Mesures à l oscilloscope 1 GS/s Une impulsion reçue/mesurée pour un angle de brasseur
Impulsion reçue 2 impulsions «test».4.3 Emission impulsion.3.2.1 D 3 ns Emission impulsion V.2.1 D.75 ns V -.1 -.2 -.3 mv -.1.2.4.6.8 1 1.2 1.4 2 4 6 Time(s) 8 1 12 14 x 1-8 -.5-5 5 1 15 Time (ns) 5 1 15 x 1 2-9 x 1 Time (ns) 6 4 2-2 -4-6 D.67 µs -8-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Time (µs) Reception impulsion -6 -.4.1 1.8 8.6 6.4 4.2 2 mv -.2-2 -.4-4 -.6-6 -.8-8 D 1.4 µs -.1-1 -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1-6 Time (µs) Reception impulsion Impact de la constante de temps
Constante de temps V V.4.2 -.2 -.4 Emission Impulsion 3 ns 5.99 5.995 5 1 6 6.5 15 6.1 2 Time (ns).1.5 -.5 Reception impulsion 1,4 µs Time constant (µs) 1.E+2 1.E+1 1.E+ 1.E-1 1.E-2 1.E-3 1.E-4 1.E-5 1.E-6 1.E-7 τ maximum τ average 1 1 1 Frequency (MHz) 7 µs 1.6 µs -.1 2 4 6 8 1 Time (µs)
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel Pout-Pin pour une configuration définie (Angle de brasseur et position d antenne) V.4.2 -.2 -.4 Emission Impulsion 3 ns 5.99 5.995 5 1 6 6.5 15 6.1 2 Time (ns) Oscilloscope, 1Gs/s.1.5 Reception impulsion 1,4 µs Pout Pin = F.F.T de l impulsion reçue F.F.T de l impulsion émise V -.5 -.1 2 4 6 8 1 Time (µs) Avec F.F.T sur 16384 points Soitunefenêtrede 1.63 µs
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel Pout Pin (db).4 V.3.2.1 Pout-Pin pour une configuration définie (Angle de brasseur et position d antenne) -.1.2.4.6.8 1 1.2 1.4 Time(s) x 1-8 1 impulse signals frequency sweep Pout-Pin (db) -1-2 -3-4 -5-6 1 3 5 7 9 Frequency (MHz)
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel Pout Pin (db) Pout-Pin -Pin (db) -1 5 MHz 7 MHz -2-3 -4 impulse signal x BP frequency sweep -5-6 1.4 Emission Impulsion.2 V 3 3 ns -.2 -.4 5.99 5.995 5 6 6.5 1 15 Time (ns) 6.1 2 5 7 Frequency (MHz) 9
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel CCF (db) facteur d étalonnage CCF = Ave P P AveRec input n 1 position d antenne n=1 72 angles de brasseur Mode impulsionnel: 72 fenêtres de 1.63 µs Fstep.61 MHz Balayage fréquentiel : 1 pas log entre 1 MHz et 1 GHz 2 MHz <Fstep<2 MHz
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel CCF (db) CCF = Max P P Max Rec input 1 CCF = Ave P P AveRec input 1 CCF (db) -1-2 -3 max-impulse signal -4 max-frequency sweep average-impulse signal average-frequency sweep -5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Frequency (MHz)
Comparaison impulsion/balayage fréquentiel Mesure d efficacité de blindage Peut-on mesurer une telle atténuation avec un signal impulsionnel? Il faut nécessairement l amplifier.
Impulsion optimisée Couvrant la gamme de fréquence étudiée -De manière homogène - Forme adaptée à l amplification On définit donc : Fstart : fréquence du 1er harmonique inclus dans l impulsion Fstop : fréquence du dernier harmonique inclus dans l impulsion Fs : échantillonnage de l impulsion générée, Fs =1 GS/s dans cette étude Np : nombre de points successifs, qui fixe la durée de l impulsion A : amplitude des harmoniques S( t) = N max n= N min A cos(2π n F step t + ϕ ) n ϕ n est la phase définie aléatoirement Fstep= Fs/Np, Nmin= valeur entière de (Fstart/Fstep) Nmax= valeur entière de (Fstop/Fstep)
Impulsion optimisée.4 S ( t ) = N max n= N min A cos(2 π n F t step + ϕ ) n.2 Volts -.2 -.4.4.8 1.2 1.6 time (µs) Impulsion générée avec le générateur de signaux arbitraires et mesurée à l oscilloscope
Impulsion optimisée Impulsion générée avec le générateur de signaux arbitraires et mesurée à l oscilloscope.4 F.F.T de l impulsion mesurée avec l oscilloscope -1 FFT sur 16384 points du signal emis -2-3 Volts.2 -.2 dbm -4-5 -6-7 -.4.4.8 1.2 1.6 time (µs) -8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Fréquences (MHz)
Impulsion optimisée Impulsion générée en mode continu et mesurée à l analyseur de spectre -2 Np =65536 pts, RBW=1MHz dbm -4-6 -8 2 4 6 8 1 Frequency (MHz)
Mesure d efficacité de blindage en mode impulsionnel,4 Impulsion reçue,2 V -,2 -,4 Volts.4.2 -.2 1 2 3 4 5 6 7 Time (µs) Fenêtre de mesure = 65536 points 6.55µs τ max à 1GHz -.4.4.8 1.2 1.6 time (µs)
Mesure d efficacité de blindage en mode impulsionnel 1 - on envoie l impulsion amplifiée sur une antenne 2 -on mesure les impulsions reçues (sur 1 tr de brasseur) par le dispositif blindé P EST 3 -on mesure les impulsions reçues (sur 1 tr de brasseur) par une antenne de référence P Ref 4 -EB= 1 log (P Ref /P EST ) (Pmaxsur un tour) Ecrêtage à l oscilloscope..il faut atténuer pour mesurer Pref
Mesure d efficacité de blindage en mode impulsionnel SE (db) 11 1 optimised impulsion 9 frequency sweep 8 7 6 5 4 1 3 5 7 9 Frequency (MHz) Mesures en balayage fréquentiel 21 Fréquences 1 MHz-1GHz Pas logarithmique Environ 4 minutes (brasseur en rotation continue) Mesures avec impulsion + ampli 3W 65 Fréquences 1 MHz-1GHz 15 khz pas de fréquence < 1 minutes (mode pas à pas: 72 angles)
Mesure d efficacité de blindage en mode impulsionnel 11 SE (db) 1 9 8 7 6 5 Fs= 22 MHz optimised impulsion frequency sweep 4 1 3 5 7 9 Frequency (MHz)
Conclusions Les performances des générateurs de signaux arbitraires actuels peuvent être mises à profit pour les tests de CEM en CRBM. Certaines solutions peuvent être apportées dans la définition de l impulsion et limiter l utilisation d amplification ou d atténuation S ( t ) = N max n= N min Impulsion EST A cos(2 π n F t step + ϕ ) n S ( t ) = Nmax n= Nmin Impulsion antenne Ref ( A / att ) cos(2 π nf t step + ϕ ) n Les résultats présentés sur des mesures d efficacité de blindage, mettent en évidence 2 principaux intérêts: gain de temps et amélioration de la résolution fréquentielle En revanche, les tailles des fenêtres de temps et les processus de traitement doivent être parfaitement formalisés Perspective: caractérisation de perturbations transitoires large bande en CRBM