Banc de Test d’Immunité Hyperfréquence · PDF fileBP 12 91680 BRUYERES LE...

RF & Hyper - 22/03/2005CEA/DIF/DCRE/ J. RAIMBOURG 1

Banc de Test d’ImmunitéHyperfréquence Impulsionnel

J.RAIMBOURGJ.RAIMBOURGCommissariatCommissariat àà ll’’EnergieEnergie AtomiqueAtomique

CEACEA--DIFDIFBP 12BP 12

91680 BRUYERES LE CHATEL91680 BRUYERES LE CHATELFRANCEFRANCE

Tel.Tel. : +33.1.69.26.47.75: +33.1.69.26.47.75Fax.Fax. : +33.1.69.26.70.43: +33.1.69.26.70.43

ee--mailmail :: [email protected]@cea.fr


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


Introduction

Sources - Couplages - Victimes

Identification des acteurs


Plan

• Introduction








• Conclusion


Le Laser MégaJoule : Etude de la fusion par confinement inertiel

Salle d'expériencehauteur : 40 m

240 faisceaux

1,8 MJ déposé surla cible

(Phébus : 8 kJ : 200 fois moins)

Cible (mm)

Chambred ’expériencediamètre 10 m Laser Mégajoule 100 m x 200 m


Vue d ’ensemble LMJTransportConversionFréquence

BANCS d’ENERGIE72 BE/8chaînes

1 Chaîne - Lg 105 m env.-( 8 Faisceaux par chaîne )

BANCS d’ENERGIE63BE/7chaînes

Câbles HT

AzoteRefroidissement(Ampli)

TransportConversionFréquence

Chambre d ’ExpérienceDiagnostics

Supportage

Laser MégaJoule

EnergieEnergie > 1,8 MJ> 1,8 MJPuissancePuissance > 500 TW> 500 TWLongueurLongueur dd’’ondeonde 0,350,35 µµmmPrPréécision de cision de pointagepointage 5050 µµmm


Avant le LMJ, la LIL

Futur LMJFutur LMJ

LILLIL


Ligne d’Intégration Laser (LIL)

La Ligne d ’Intégration Laser et son Système d ’Expérience

Le Hall Laser

Le Hall d ’Expérience


Banc d’Energie : caractéristiques d’un module

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7x 105

-40

-30

-20

-10

0

10

20

H // 1 m

ns

A/mF

T-L

ab

TextE

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


Rayonnement des lampes flashs : simulation


Plan

• Introduction








• Conclusion


Spécificité de nos installations

• La plupart du temps, nous réclamons les niveaux de sévérité prévuspour 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


Les tests CEM normalisés

Norme Générique

CEI 61000-6-2Immunité pourl’environnement industriel

Cette norme générique inclusles tests à réaliser ainsique les niveaux d’immunités associés

Les tests les plus importants :

– CEI 61000- 4-2 Décharge électrostatique– CEI 61000- 4-4 Transitoire rapide en salve– CEI 61000- 4-5 Ondes de choc

A la norme IEC 61000-6-2 nous ajoutons :

– CEI 61000- 4-9 Champ magnétique impulsionnel

CEI 61000- 4-9Champ magnétique impulsionnel

CEI 61000- 4-4Transitoire rapide en

salve

CEI 61000- 4-2Décharge électrostatique


Plan

• Introduction








• Conclusion


LIL : Système d’expérienceHE LILHE LIL

La chambre:La chambre:

confinement dconfinement d ’’expexpéériencerience

vide 10vide 10--66 mbarmbar

Le porte cibleLe porte cible

Les systLes systèèmes dmes d ’’insertioninsertionde diagnostics plasmasde diagnostics plasmas

Le porte leurreLe porte leurre

Les camLes camééras dras d ’’alignementalignement

Les diagnostics PlasmasLes diagnostics Plasmas


Identification des perturbateurs électromagnétiques

OMEGALIL/LMJ

OMEGA (Rochester, NY)Génération de 30 kJ d’UV

Avec des impulsions de 1 ns

Cette installation est représentativede la LIL

But : estimation des champs électromagnétiques rayonnés àl’intérieur et hors de la chambred’expérience


Installation Oméga à Rochester

• 60 faisceaux de 250-500 J = 15-30 kJ à 3• formes d’impulsion variables


Mesure du champ électromagnétique près de la cible

IN7100Bande passante 7 GHz

d

Hr

DIMM

Hr

S < 1 cm2Mesure H sonde de Moebius(bande passante 3 GHz)

Chambred’expérience

Cible


Oméga : champ électromagnétique rayonné

10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1

-10

0

10

20

30

40

50

FFT(H field radial @ 1m from the target)

GHz

dBA/m.ns

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

H field radial @ 1m from the target

ns

A/m

107 108 109 1010-140

-135

-130

-125

-120

-115

-110

-105

-100

-95

-90

-85

FFT(H field @ 1m from the chamber)

Hz

dBV/m.s

FT

-Lab

TextE

-1 0 1 2 3 4 5 6 7x 10-7

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

H field @ 1m from the chamber

s

V/m

FT

-Lab

TextE

Tem

psFr

éque

nce

Dans la chambreExtérieur de la chambre


Sonde de Moebius sous la chambre d’expérience

Omega : mesure du rayonnement pendant un tir

EMI detector in a TIM


Champ électromagnétique généré par OMEGA

RESULTATS :

• Le pulse électromagnétique contient de très hautesfréquences au-dessus de 1 GHz

• La chambre d’expérience peut être considérée commesource 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


Plan

• Introduction








• Conclusion


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 m2

• Facilement transportable


Banc de test existant

• E > 100 kV/m• H > 200 A/m• Rise time : 3 ns

Temps de montée insuffisant

Générateur strip-line 100 kV


Plan

• Introduction








• Conclusion


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


Génération d’un champ électromagnétique impulsionnel

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 10-7

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

DES 1000 4 2

s

A

FT

-Lab

TextE

-2 -1 0 1 2 3x 10-8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

DES 100 4 2 x antenne pour 1A

s

A

FT

-Lab

TextE

106 107 108 109 1010

-230

-220

-210

-200

-190

-180

-170

-160

-150

-140

FFT DES 1000 4 2

Hz

dBA.s

FT

-Lab

TextE

Tem

psFr

éque

nce

Pistolet à déchargeélectrostatique

108 109 1010

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

FFT(gain antenne 2020A)

Hz

dB

FT

-Lab

TextE

108 109 1010-230

-225

-220

-215

-210

-205

-200

-195

-190

-185

-180

-175

-170

(FFT DES 1000 4 2) x (gain antenne 2020A)

Hz

dBA.s

FT

-Lab

TextE

AntenneGain 10 dB

200 MHz - 2 GHz

DES + Antenne


-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10-7

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

SESD 30000 + CNP3R

s

V/m

FT

-Lab

TextE 107 108-125

-120

-115

-110

-105

-100

-95

-90

FFT(SESD 30000 + CNP3R)

Hz

dBV/m.s

FT

-Lab

TextE

• Limitation en niveau• Pas de synchronisation


Générateur 50 Ohms + antenne double-ridge guide

0 1 2 3 4 5 6 7 8x 10-8

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

s

V/m

FT

-Lab

TextE

• E > 2 kV/m• Rise time : < 100 ps• Area : 1m2

Pas beaucoup d’oscillation


Générateur 10 kV + éclateur+ antenne (500 MHz - 5 GHz)

• Rayonnement• E = 10 kV/m à 1 mètre• Pseudo période 1,5 GHz

• Durée 5 ns (50 ns souhaité)• Synchronisation : gigue < 1 ns

Générateur Kentech

Connecteur N

Antenne d’émission

Boîtier d’amorçage

Eclateur

0 5 10 15 20 25 30 35 40

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Mesure à 1 m de l'antenne

ns

Volts

FT-Lab


Plan

• Introduction








• Conclusion


0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6x 10-7

-0.025

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

Photodétecteur nu (rouge) et blindage (bleu)

s

V

FT

-Lab

TextE

Amélioration de l’immunité d’un diagnostic

PHOTODETECTEUR AsGa

• Blindage au labo CEM

• Test sous champ fort

• Mesures sur Oméga

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7x 10-7

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

AsGa with polar

s

V

FT

-Lab

TextE

Bruit de fond à Oméga < 20 mV

Amélioration de 17 dBdu rapport signal/bruit


Oscilloscope sous champ fort (2 kV/m)

Chaque entrée est chargée sous 50 Ohmsou bien avec un câble RG58 lui même chargé sous 50 Ohms

•Les niveaux de parasistes induits sont de qq mV à qq 100 mV


Oscilloscope sous champ fort (10 kV/m)

1 V/�


Utilisation du banc près de la chambre d’expérience de la LIL


Immunité en champs forts : IN7100

Immunité en champ fort : IN7100

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1,00E+07 1,00E+08 1,00E+09 1,00E+10 Fréquence (Hz)

Pas de pbDéfaut mineurPas d'acquisitionEN 61000-4-3IEMN 8kV/m

Acquisition de signal synchrone du champ émis par la chambre é é

10 V/m


Plan

• Introduction








• Conclusion


Conclusions

Banc de test d’immunité sous champ fort rayonné

• 10 kV/m à 1 mètre sur 1 m2

• Facilement transportable• Oscillation sur qq nanosecondes

• Permet de simuler la LIL

• Besoin futurs plus performants pour le LMJ

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