le 18 décembre, 2020
Directives pour les mesures des émissions par rayonnement selon l’intensité du champ magnétique (de 9 kHz à 30 MHz)
Le présent avis fournit les directives à suivre pour mesurer et déclarer correctement les émissions par rayonnement dans la gamme de fréquences de 9 kHz à 30 MHz, conformément aux normes techniques d’Innovation, Sciences et Développement économique Canada (ISDE).
1. Introduction
Certaines normes techniques d’ISDE prévoient des limites pour les émissions par rayonnement dans la gamme de fréquences de 9 kHz à 30 MHz. Auparavant, toutes les limites des émissions par rayonnement dans cette gamme de fréquences étaient exprimées en unités d’intensité du champ électrique, comme μV/m ou dB(μV/m). Maintenant, la plupart des normes techniques d’ISDE (mais pas toutes, voir NMB-004) les expriment plutôt en unités d’intensité du champ magnétique (voir CNR-Gen, CNR-216 et NMB-001). En outre, alors que toutes ces normes techniques prescrivent l’utilisation de la méthode de mesure par antenne cadre blindée (aussi appelée « antenne cadre de 60 cm »), certaines normes (voir CNR-216 et NMB-001) permettent aussi d’utiliser l’autre méthode de mesure possible, c’est à dire avec le système d’antenne-cadre de grande dimension (LLAS).
2. Antenne-cadre de petite dimension
La section qui suit porte uniquement sur la méthode de mesure par antenne cadre blindée de petite dimension installée à une distance donnée (la « distance de mesure ») du matériel à l’essai.
2.1 Facteur d’antenne
Dans la gamme de fréquences de 9 kHz à 30 MHz, les émissions par rayonnement sont mesurées au moyen d’une antenne cadre blindée. Le facteur d’antenne est une quantité scalaire qui permet de déterminer l’amplitude du champ magnétique incident en fonction du niveau de tension mesuré au port de sortie coaxial de l’antenne cadre:
Dans l’équation ci dessus, AFH désigne le facteur d’antenne magnétique, exprimé en S/m ou Ω-1m-1, ce qui correspond à dB(S/m) et dB(Ω-1m-1) en unités logarithmiques.
Pour des raisons historiques (les limites des émissions par rayonnement dans cette gamme de fréquences étaient auparavant exprimées en unités d’intensité du champ électrique), de nombreux laboratoires d’étalonnage d’antennes fournissent toujours le facteur d’antenne « électrique » par défaut, tandis que le facteur d’antenne magnétique est parfois offert uniquement en option (sur demande). Il est toutefois facile de faire la conversion de l’un à l’autre en utilisant l’impédance de l’espace libre:
Dans l’équation ci dessus, AFE désigne le facteur d’antenne « électrique », exprimé en m-1, ce qui correspond à l’unité logarithmique dB(m-1) et Z0 désigne l’impédance de l’espace libre, qui est égale à (120π) Ω ≈ 377Ω, ou à 20 log 120π ≈ 51.5 dBΩ en unité logarithmique.
Il est important de savoir qu’AFE représente uniquement un concept mathématique et non le facteur d’antenne électrique réel de l’antenne cadre blindée. Ce type d’antenne doit avoir une mauvaise réponse au champ électrique, mais une réponse optimisée pour le champ magnétique (conformément à la clause 4.3.3 de la norme CISPR 16-1-4, édition 4.1). Le facteur d’antenne électrique réel est égal avec le rapport entre l’amplitude du champ électrique à la location de l’antenne et la tension obtenue au port de sortie coaxial de l’antenne (toutes les quantités exprimées en unités linéaires). Néanmoins, il est possible d’utiliser AFE pour évaluer correctement l’amplitude du champ électrique dans lequel l’antenne est immergée, à condition que l’antenne se trouve dans le champ lointain de la source de rayonnement. Cela s’explique uniquement par le fait que les composantes E et H du champ sont liées entre elles par l’impédance de l’espace libre, Z0, dans le champ lointain de la source de rayonnement (et non par le fait qu’AFE reflète d’une quelconque façon le champ électrique réel détecté par l’antenne cadre cette dernière ne mesure pas le champ électrique, mais plutôt le champ magnétique, à partir duquel on peut déduire l’amplitude du champ électrique).
Lorsque les mesures sont effectuées dans le champ proche de la source de rayonnement (comme c’est le cas dans la pratique pour la plupart des mesures d’émissions par rayonnement à ces fréquences), les composantes E et H du champ ne sont plus liées entre elles par l’impédance de l’espace libre, Z0. Par conséquent, dans ce cas, l’utilisation d’ AFE ne permet pas d’évaluer correctement l’amplitude réelle du champ électrique dans lequel l’antenne cadre est immergée. Il faut donc utiliser un autre type d’antenne, ayant une réponse optimisée pour le champ électrique, au lieu du champ magnétique (p. ex. une antenne tige). Toutefois, lorsque la limite est exprimée en unités d’intensité du champ électrique (comme dans NMB-004) et que les mesures sont effectuées au moyen de l’antenne cadre, il faut utiliser la valeur AFE calculée de la façon susmentionnée (en utilisant l’impédance de l’espace libre et le facteur d’antenne magnétique) pour déterminer l’intensité du champ électrique avant de la comparer avec la limite.
2.2 Rapport d’essai
Le rapport d’essai doit indiquer de quelle façon l’intensité du champ a été déterminée aux fins de comparaison avec la limite.
Lorsque la limite est exprimée en unité d’intensité du champ magnétique, l’équation ci dessous s’applique:
Dans cette équation:
H désigne l’intensité du champ magnétique (à comparer avec la limite),
V désigne le niveau de tension mesuré par le récepteur ou l’analyseur de spectre,
LC désigne l’affaiblissement du câble,
GPA désigne le gain du préamplificateur utilisé (le cas échéant),et
AFH désigne le facteur d’antenne magnétique.
Le terme GPA est introduit dans l’équation uniquement lorsqu’un préamplificateur externe est utilisé dans la chaîne de mesure, devant le récepteur ou l’analyseur de spectre. Habituellement, il n’est pas nécessaire (ni même recommandé, en raison du risque de saturation du mélangeur d’entrée du récepteur) d’utiliser un préamplificateur externe avec une antenne cadre active. Dans ce cas, le facteur d’antenne de l’antenne cadre tient déjà compte du gain du préamplificateur intégré.
Si on utilise plutôt le facteur d’antenne « électrique », l’équation précédente devient:
Dans cette équation, AFE désigne le facteur d’antenne « électrique » fourni par le laboratoire d’étalonnage de l’antenne.
Lorsque la limite est exprimée en unités d’intensité du champ électrique, l’équation ci dessous s’applique:
Si on utilise le facteur d’antenne magnétique, l’équation devient la suivante:
L’affichage du récepteur (ou de l’analyseur de spectre) ne doit pas être configuré en unités de courant électrique, comme μA ou dB(μA). Cette conversion est effectuée par le récepteur (ou l’analyseur de spectre) en fonction de son impédance d’entrée, soit 50Ω; tandis que l’intensité du champ magnétique est calculée en fonction de l’impédance de l’espace libre soit 377 Ω.
3. Système d’antenne-cadre de grande dimension
Pour un système d’antenne cadre de grande dimension (LLAS), le résultat de la mesure correspond à l’amplitude du courant induit dans l’antenne cadre de grande dimension (LLA) utilisée, et ce, en raison des émissions de champ magnétique produites par rayonnement par le matériel à l’essai, lequel est installé au centre du LLAS. Dans ce cas, c’est donc l’équation ci dessous qui s’applique:
Dans cette équation:
I désigne le courant induit (à comparer avec la limite),
V désigne le niveau de tension mesuré par le récepteur ou l’analyseur de spectre,
LC désigne l’affaiblissement du câble,
GPA désigne le gain du préamplificateur utilisé (le cas échéant), et
TCP désigne l’admittance de transfert de la sonde de courant installée sur la LLA utilisée pour la mesure.
La valeur idéale de l’admittance de transfert devrait être de 1 A/V, ou 0 dBS (conformément à l’annexe C de la norme CISPR 16-1-4). Tout écart par rapport à cette valeur doit être pris en compte dans l’équation ci dessus.
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