Obtenir la meilleure CEM des câbles blindés jusqu'à 2,8 GHz, partie 2

Dans la partie 1 de cet article, j'ai partagé avec vous les origines de mon voyage pour évaluer l'efficacité du blindage (SE) des câbles blindés1 et j'ai discuté de quelques règles de base pour la terminaison des blindages de câbles. Dans la partie 2, je résumerai les tests que j'ai récemment effectués sur diverses approches pour améliorer l'efficacité du blindage des câbles blindés utilisés dans les applications haute fréquence et les résultats de ces tests.

1 Dans le contexte de cet article, les mots : filtré ; l'écran, ou l'écran peut être remplacé par blindé ; bouclier, ou blindage respectivement, et vice-versa, sans aucun changement de sens.

Remarque : toutes les surtresses de ces câbles, qu'elles soient simples ou doubles couches, utilisaient le même type de tresse serrée sur les capots de la même manière aux deux extrémités.

Une seule surtresse seule, pour vérifier que le bruit de fond du test est suffisamment bas.

Figure 4 : Assemblages de câbles pour les mesures de référence et pour les câbles TP blindés à une seule tresse avec des surtresses simples (c'est-à-dire deux couches de blindage à tresse au total)

Un câble à paire torsadée non blindé (TP) seul (en fait, le câble TP blindé à une tresse utilisé pour assembler les câbles 3 à 6, avec sa gaine plastique extérieure et son blindage retirés).

Les résultats mesurés sur ce câble ont été utilisés comme référence qui a été soustraite des résultats mesurés de chacun des autres tests de câble (c'est-à-dire les câbles 3 à 12) pour déterminer leur SE relative par rapport à la fréquence.

Un contrôle minutieux de l'ensemble de la configuration de test a tenté de s'assurer que le couplage RF de l'antenne au câble et les effets de résonance de la pièce étaient identiques sur chaque test afin qu'ils s'annulent. Les résultats ont montré que nous y étions raisonnablement parvenus.

Remarque : ces câbles, ainsi que les câbles 6, 10, 11 et 12 ci-dessous, utilisaient tous le même type de câble TP à simple blindage.

Remarque : ces quatre câbles, ainsi que les câbles 3, 4 et 5 ci-dessus, utilisaient tous le même type de câble TP à simple blindage.

Figure 5 : Assemblages de câbles comportant des câbles TP blindés à une seule tresse avec doubles surtresses (c'est-à-dire trois couches de blindage tressées au total)

Remarque : ces deux câbles utilisaient tous deux le même type de câble TP blindé à double tresse.

Figure 6 : Assemblages de câbles comportant des câbles TP blindés à double tresse avec doubles surtresses (c'est-à-dire quatre couches de blindage tressées en tout)

Il existe de nombreuses façons de tester la SE des assemblages de câbles (c'est-à-dire les câbles et leurs connecteurs), et chacune devrait donner des résultats différents même avec des assemblages de câbles identiques. J'ai donc choisi une méthode de test qui représentait le mieux la situation qui m'intéressait le plus et qui était aussi la plus simple et la plus rapide à faire avec les installations et les ressources dont je disposais à l'époque (voir les figures 7, 8 et 9).

Figure 7 : Esquisse de la configuration du test

Figure 8 : Exemple de mesure d'un câble, montrant les connexions aux connecteurs montés sur cloison sur le panneau de connecteur de cloison dans la paroi de la chambre d'essai

Figure 9 : Exemple de mesure d'un câble, montrant l'injection RF dans un câble

Les pires imperfections de cette méthode ont été annulées par un contrôle minutieux de la cohérence et de la répétabilité, et en soustrayant les résultats mesurés pour chaque assemblage de câbles des mesures du câble TP non blindé de référence, câble 2 (voir ci-dessus et figure 4).

La chambre de test était autrefois une grande chambre TEMPEST pour les communications sécurisées, mais elle a longtemps été utilisée comme entrepôt.

Avec un analyseur de spectre, une sonde RF en champ proche efficace jusqu'à 6GHz, et un générateur de peigne rayonnant Tek box TBCG1, 100MHz – 6GHz, il n'a pas fallu longtemps pour identifier les fuites RF et les réparer (doigts à ressort corrodés autour de la porte, et un fil téléphonique qui avait été amené sans suppression RF). Un panneau de connexion (visible sur la figure 8) a été conçu, fabriqué et fixé à un trou découpé dans la paroi de la chambre et également vérifié pour les fuites RF jusqu'à 6 GHz.

J'aurais préféré une chambre anéchoïque ou une chambre à mode agité, mais au moins le soutirage métallique et l'équipement stocké dans la chambre ont cassé la plupart de ses principaux modes de résonance ! Et quelques restes de carreaux de ferrite restants d'une chambre de test CEM anéchoïque ont suffi à faire face aux pires ondes stationnaires restantes.

Je n'étais pas intéressé par les valeurs absolues de SE, seulement par les méthodes de conception/assemblage de câbles qui étaient les meilleures pour SE. En d'autres termes, leurs performances SE relatives. J'espérais extraire quelques règles générales de guidage pour les câbles blindés ou les faisceaux de câbles contenant au moins un câble TP blindé individuellement.

Pour aider à atteindre cet objectif, avec la configuration de test imparfaite brièvement décrite ci-dessus, un câble nul (Câble 1, voir Figure 4) a d'abord été mesuré. N'étant qu'une surtresse vide, la mesure a identifié toute fuite de l'antenne vers les broches de mesure CM du connecteur blindé monté sur cloison, qui comprenait toutes les fuites de chambre et de panneau, ainsi que les fuites inhérentes à la surtresse et à sa liaison de blindage aux connecteurs de câble, et du connecteur de câble aux connecteurs blindés montés sur cloison. Cette mesure a montré que les fuites étaient égales ou inférieures au plancher de bruit de mesure pour les deux gammes de fréquences.

Ensuite, le câble de référence, le câble 2, a été mesuré. Il s'agissait d'un câble à paire torsadée non blindé (TP) seul, comme illustré à la Figure 4, et décrit précédemment en détail.

Deux amplificateurs de puissance RF différents, un fonctionnant à 100 MHz - 1 GHz et un second à 800 MHz - 2,8 GHz, ont été utilisés pour couvrir les deux plages de fréquences rapportées dans cet article, les tests nuls et de référence ci-dessus étant répétés pour chaque amplificateur.

Pour aider à assurer la cohérence entre les différents amplificateurs de puissance RF, une sonde de champ triaxiale avec un câble à fibre optique passé à travers un guide d'ondes sous la coupure dans le panneau de connecteur de cloison a été utilisée pour mesurer les intensités de champ autour de l'antenne et des câbles mesurés.

Des préamplificateurs externes à faible bruit avec de bonnes réponses en fréquence plates sur les plages de fréquences mesurées ont été utilisés avant l'entrée de l'analyseur de spectre dans les cas où ils aideraient à réduire le bruit de fond.

Tous les autres câbles mesurés couverts par cet article consistaient en le même assemblage de câble nul utilisé pour le câble 1. Des conducteurs et câbles internes supplémentaires ont été fabriqués par le même assembleur de câbles très qualifié, de la même manière, avec les mêmes matériaux et dans un laps de temps limité (quelques jours) afin que nous puissions supposer une cohérence entre eux.

Compte tenu de tout ce qui précède et avec les résultats de chaque amplificateur, la soustraction des résultats de chaque câble du résultat de référence devrait avoir considérablement réduit les effets de :

Cette approche de soustraction/annulation a été suffisamment réussie pour tirer des conclusions sur la meilleure façon de terminer les blindages de plusieurs câbles blindés dans un câble ou un faisceau global avec des surtresses, jusqu'à 2,8 GHz. Cependant, il y avait encore quelques petites erreurs jugées insignifiantes (voyez si vous pouvez les repérer dans les figures suivantes !).

Ceux-ci sont illustrés à la Figure 10 pour 100 MHz – 1 GHz et à la Figure 11 pour 800 MHz – 2,8 GHz.

Figure 10 : Résultats pour un câble TP blindé à tresse simple interne, plus une seule surtresse à 360 ° fixée aux coques arrière aux deux extrémités – 0,1 à 1 GHz

Figure 11 : Résultats pour un câble TP blindé à tresse simple interne, plus une seule tresse sur 360 ° fixée aux coques arrière aux deux extrémités – 0,8 à 2,8 GHz

Ceux-ci sont illustrés à la Figure 12 pour 100 MHz – 1 GHz et à la Figure 13 pour 800 MHz – 2,8 GHz.

Figure 12 : Résultats pour un câble TP blindé à une tresse interne, plus des doubles surtresses, les deux serrées à 360 ° sur les coques arrière aux deux extrémités – 0,1 à 1 GHz

Figure 13 : Résultats pour un câble TP blindé à tresse simple interne, plus des surtresses doubles, les deux serrées à 360 ° sur les coques arrière aux deux extrémités – 0,8 à 2,8 GHz

Ceux-ci sont illustrés à la Figure 14 pour 100 MHz – 1 GHz et à la Figure 15 pour 800 MHz – 2,8 GHz.

Figure 14 : Résultats pour le câble TP blindé à double tresse interne, plus les doubles surtresses, les deux serrées à 360 ° sur les coques arrière aux deux extrémités – 0,1 à 1 GHz

Figure 15 : Résultats pour un câble TP blindé à double tresse interne, plus des surtresses doubles, les deux fixées à 360 ° aux coques arrière aux deux extrémités – 0,8 à 2,8 GHz

Remarque : ces deux câbles utilisent un câble TP interne avec un double blindage qui est en queue de cochon aux deux extrémités.

Je m'attendrais à ce que des câbles TP blindés à double tresse dans un câble ou un faisceau global avec des surtresses doubles, avec toutes les couches de blindage terminées à 360 ° sur les surtresses et / ou les coques arrière aux deux extrémités (et pas de nattes du tout), donnent de meilleurs résultats que n'importe lequel des câbles mesurés ci-dessus. Mais nous n'avons pas assemblé ni mesuré une telle conception.

Mais comment terminer les blindages des câbles internes sans utiliser de pigtails ?

Peu de publications dans le domaine public (y compris la mienne) expliquent comment terminer les blindages de câbles blindés individuellement dans des câbles ou des faisceaux de câbles surtressés (en ignorant ceux qui recommandent le pigtailing à travers les broches du connecteur !).

C'est peut-être parce que cela a tendance à être un problème pour les entreprises militaires ou aérospatiales de haute spécification, dont les guides de conception/assemblage internes me semblent souvent spécifier des pratiques obsolètes ou non rentables, telles que le pigtailing via des broches de connecteur, ou nécessitant beaucoup d'assemblage manuel (coûteux !) par du personnel qualifié (par exemple, souder à 360° une tresse interne à une tresse).

Comment terminer de manière rentable les blindages de câbles pourrait, à lui seul, remplir facilement un article entier, mais plutôt que de prolonger cet article de quelques milliers de mots, j'ai ajouté les figures 16 à 18, tirées de mon cours de formation sur la CEM des câbles [25], et j'espère qu'elles sont suffisamment explicites.

Figure 16 : Diapositive 2.7.23 de [25]

Figure 17 : Diapositive 2.7.24 de [25]

Figure 18 : Diapositive 2.7.25 de [25]

Je tiens à remercier Lockheed Martin (UK) Ltd, près d'Ampthill, pour l'utilisation de leurs installations et pour la mise à disposition du matériel de test utilisé.

Je tiens également à remercier les nombreuses personnes de LM (UK) qui ont aidé à ces tests, en particulier les suivantes :

(Notez que 1 et 3 à 8 sont disponibles en téléchargement gratuit sur les sites Web officiels)

emckeith armstrongcâble blindéblindage

Après avoir travaillé comme concepteur électronique, puis chef de projet et responsable du département de conception, Keith a lancé Cherry Clough Consultants en 1990 pour aider les entreprises à réduire les risques financiers et les délais de projet grâce à l'utilisation de bonnes pratiques d'ingénierie CEM éprouvées. Au cours des 20 dernières années, Keith a présenté de nombreux articles, démonstrations et formations sur les bonnes techniques d'ingénierie CEM et sur la CEM pour la sécurité fonctionnelle, dans le monde entier, et a également écrit de très nombreux articles sur ces sujets. Il préside le groupe de travail de l'IET sur la CEM pour la sécurité fonctionnelle et est l'expert nommé par le gouvernement britannique auprès des comités CEI travaillant sur 61000-1-2 (CEM et sécurité fonctionnelle), 60601-1-2 (CEM pour les dispositifs médicaux) et 61000-6-7 (norme générique sur la CEM et la sécurité fonctionnelle).

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