Les objets connectés doivent concilier conformité réglementaire, CEM, performances radio et fiabilité de fonctionnement. Les essais permettent de contrôler les émissions électromagnétiques, l’immunité aux perturbations et les performances des communications sans fil afin de limiter interférences et dysfonctionnements. Selon le produit et la technologie utilisée, différentes exigences CEM, RF et ETSI peuvent s’appliquer. HEMERA RF fournit et intègre les instruments, antennes, solutions de blindage et logiciels nécessaires à la qualification CEM et radio des objets connectés.
CEM et radio : qualifier des objets très différents dans des environnements RF multiples
Le terme IoT (Internet of Things, ou Internet des objets) recouvre une très grande diversité d’équipements. Un objet connecté peut être un dispositif médical porté par un patient, un capteur industriel, un équipement sportif, un système de suivi ou de localisation, un objet domestique ou encore un terminal destiné à transmettre des données vers un réseau ou une application.
Leurs dimensions, leurs conditions d’utilisation, leurs alimentations, leurs antennes et leurs technologies radio peuvent être très différentes. Cette diversité se retrouve directement dans les fréquences utilisées : certaines applications médicales utilisent par exemple des bandes autour de 400 MHz, tandis que de nombreux objets exploitent la bande 2,4 GHz pour des technologies telles que Bluetooth ou Wi-Fi. D’autres utilisent des bandes sub-GHz, des réseaux cellulaires ou des fréquences plus élevées.
L’IoT présente donc une particularité : il n’existe pas un essai ou un banc IoT universel. Les essais CEM et radio doivent être définis à partir de l’objet, de son usage, de sa technologie radio, de ses fréquences, de son environnement et du marché auquel il est destiné.
HEMERA RF accompagne les fabricants et laboratoires dans la définition et l’intégration de moyens d’essais CEM, RF et radio, depuis le caisson blindé destiné à un petit objet connecté jusqu’à la chambre anéchoïque et au système automatisé de caractérisation radio.
Du dispositif médical au capteur sportif : une très grande diversité d’applications
Les objets connectés peuvent être utilisés dans des domaines très différents :
- santé et dispositifs médicaux
- sport et mesure physiologique
- domotique et bâtiment connecté
- industrie
- capteurs environnementaux
- suivi et localisation
- sécurité
- transmission de données
- électronique grand public
- objets portés sur le corps.
Cette diversité est importante du point de vue réglementaire.
Un dispositif médical connecté, une montre sportive, un capteur industriel et un objet domestique peuvent utiliser une technologie radio similaire sans pour autant relever exactement des mêmes exigences produit.
Le référentiel applicable résulte donc d’une combinaison :
nature du produit → usage → technologie radio → bande de fréquences → environnement → marché de destination.
Des besoins très différents, de la start-up au laboratoire spécialisé
La diversité de l’IoT concerne autant les technologies que les acteurs qui les développent.
Un projet d’objet connecté peut être porté par une start-up, une PME, un service R&D industriel, une université, un laboratoire de recherche ou un fabricant disposant déjà de moyens d’essais CEM et radio.
Tous ne disposent pas nécessairement en interne d’une expertise approfondie en CEM, RF ou réglementation radio. Le besoin initial peut ainsi être exprimé de manière très concrète :
- tester la portée ou le comportement radio d’un prototype
- isoler un objet des réseaux radio environnants
- reproduire un environnement RF de manière contrôlée
- vérifier qu’une liaison reste opérationnelle en présence de perturbations
- comparer plusieurs antennes ou configurations d’intégration
- préparer un produit aux essais de préqualification ou de conformité
- automatiser des essais R&D répétitifs
- équiper progressivement un laboratoire interne.
HEMERA RF peut accompagner ces projets à partir du besoin fonctionnel, sans qu’il soit nécessaire pour le client d’avoir préalablement défini l’ensemble de l’architecture du moyen d’essai.
L’analyse permet ensuite de traduire ce besoin en paramètres techniques : fréquences, technologies radio, niveaux, dimensions de l’objet, environnement blindé, instrumentation, antennes, interfaces, monitoring et automatisation.
Selon l’objectif recherché, la solution peut aller d’un caisson faradisé compact équipé des interfaces nécessaires jusqu’à une installation automatisée associant chambre anéchoïque, instrumentation RF, antennes, systèmes de positionnement et logiciel de pilotage.
Partir de l’usage avant de parler CEM ou RF
Pour un utilisateur qui n’est pas spécialiste de la CEM ou de la radio, le besoin peut d’abord être formulé sous forme de questions simples :
Mon objet communique-t-il correctement ?
→ caractérisation et performances radio.
Est-il perturbé par d’autres équipements ou signaux radio ?
→ immunité et coexistence radio.
Perturbe-t-il lui-même son environnement ?
→ émissions électromagnétiques.
Son antenne fonctionne-t-elle correctement une fois intégrée dans le produit ?
→ caractérisation rayonnée et mesures OTA (Over The Air).
Comment réaliser mes essais sans être perturbé par le Wi-Fi, le Bluetooth ou les réseaux radio environnants ?
→ caisson faradisé, enceinte blindée ou chambre adaptée.
Comment vérifier que mon objet continue réellement à remplir sa fonction pendant l’essai ?
→ monitoring de la communication, des données transmises et du comportement fonctionnel.
Cette approche permet de partir de la fonction réelle de l’objet avant de déterminer les moyens CEM et RF nécessaires.
Un accompagnement adapté au niveau de maturité du projet
Les besoins évoluent également avec la maturité du produit :
Prototype → caractérisation → développement → préqualification → qualification → production
Au stade du prototype, l’objectif peut être simplement de comprendre le comportement d’une antenne ou d’une liaison radio. Plus tard, il peut devenir nécessaire de reproduire des essais, comparer différentes versions du produit, préparer une qualification ou automatiser des contrôles.
Un moyen initialement destiné à la R&D peut donc devoir évoluer avec le projet. Lorsque cela est pertinent, son architecture peut être pensée pour permettre l’ajout de nouvelles fréquences, technologies radio, instruments, interfaces ou fonctions de monitoring.
Cette évolutivité est particulièrement importante pour les start-up, universités, laboratoires de recherche et équipes R&D, dont les besoins futurs ne sont pas toujours totalement définis au moment de l’acquisition du premier moyen d’essai.
Du besoin fonctionnel à la solution d’essai
Il n’est pas nécessaire de maîtriser la CEM ou l’instrumentation RF pour définir un premier besoin.
HEMERA RF peut partir de l’objet, de son fonctionnement, de son environnement et de ce que le client souhaite mesurer ou vérifier, puis traduire progressivement ce besoin en architecture d’essai :
besoin fonctionnel → phénomènes à caractériser → fréquences et niveaux → environnement d’essai → instrumentation → antennes et interfaces → monitoring → automatisation.
Cette démarche permet de proposer un moyen proportionné au besoin, depuis une solution compacte de R&D jusqu’à une installation complète de laboratoire, sans imposer une architecture standard à des applications qui, par nature, sont très différentes.
De 400 MHz à plusieurs GHz : des environnements radio très différents
L’IoT ne peut pas être associé à une seule bande de fréquences.
Certaines applications médicales utilisent par exemple des bandes autour de 400 MHz, notamment dans la zone 401–406 MHz selon les applications et cadres réglementaires concernés.
D’autres objets utilisent des bandes sub-GHz pour des applications nécessitant notamment une portée importante ou une consommation réduite.
La bande 2,4 GHz est très largement utilisée par des technologies comme Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), et Wi-Fi.
D’autres applications utilisent des réseaux cellulaires ou des bandes de fréquences différentes selon leur technologie et leur marché.
Cette diversité a une conséquence directe sur le moyen d’essai. Les antennes, générateurs, analyseurs, coupleurs, câbles, composants RF et environnements blindés nécessaires ne sont pas nécessairement identiques d’une application à l’autre.
Le moyen d’essai doit donc être dimensionné à partir des fréquences réellement utilisées et des performances à caractériser.
CEM et radio : deux problématiques complémentaires
Un objet connecté est à la fois un équipement électronique et un équipement communicant.
Sa qualification doit donc considérer plusieurs dimensions.
Émissions CEM : ce que l’objet génère
L’équipement ne doit pas produire de perturbations électromagnétiques incompatibles avec son environnement.
Les essais peuvent notamment concerner les émissions conduites et rayonnées générées par :
- alimentations et convertisseurs
- circuits numériques
- horloges
- écrans
- processeurs
- interfaces et câblages
- circuits radio.
Immunité CEM : ce que l’objet doit supporter
L’objet doit également conserver un comportement conforme lorsqu’il est soumis à des perturbations électromagnétiques.
Selon son environnement et les référentiels applicables, différents phénomènes peuvent être considérés : champs RF, perturbations conduites, transitoires ou ESD (Electrostatic Discharge, décharges électrostatiques).
Radio : émettre et recevoir correctement
Un objet connecté doit enfin remplir sa fonction radio.
Selon la technologie et le référentiel, les essais peuvent caractériser notamment :
- puissance d’émission
- comportement spectral
- fréquences utilisées
- émissions non désirées
- sensibilité et comportement du récepteur
- qualité de la liaison
- performances rayonnées.
Un produit peut donc satisfaire certaines exigences CEM tout en présentant des performances radio insuffisantes, ou inversement.
La complémentarité des compétences CEM, RF et radio est particulièrement importante dans l’IoT.
RED et ETSI : le cadre européen des équipements radio
Pour de nombreux objets intégrant une fonction radio et commercialisés dans l’Union européenne, la RED (Radio Equipment Directive, directive 2014/53/UE) relative aux équipements radioélectriques, constitue un cadre réglementaire essentiel.
Il faut, comme dans les autres secteurs, distinguer le cadre réglementaire des normes techniques utilisées pour démontrer la conformité aux exigences applicables.
Les travaux de l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute, Institut européen des normes de télécommunications) occupent une place importante dans ce domaine.
Selon la technologie et les fréquences utilisées, différentes familles de normes peuvent intervenir. On rencontre par exemple :
- ETSI EN 300 328 pour certains équipements large bande fonctionnant dans la bande 2,4 GHz
- ETSI EN 301 893 pour certaines applications RLAN dans les bandes 5 GHz
- la famille ETSI EN 301 489 pour différents aspects CEM des équipements radio.
Il n’existe cependant pas une « norme IoT » unique.
La norme et son édition applicables doivent être déterminées en fonction de la technologie radio, de la bande utilisée, du produit, de son usage et du marché visé.
Des exigences qui dépassent parfois la seule réglementation radio
La fonction radio ne doit pas être considérée isolément.
Selon la nature du produit, d’autres référentiels peuvent s’ajouter aux exigences radio et CEM.
Un dispositif médical connecté peut par exemple relever d’exigences propres aux dispositifs médicaux, tandis qu'un équipement industriel ou domestique peut relever de référentiels produits différents.
Deux équipements utilisant tous deux une liaison à 2,4 GHz ne nécessitent donc pas nécessairement la même campagne de qualification.
Cette diversité explique pourquoi l’analyse du besoin doit précéder le choix du moyen d’essai.
De la norme à l’essai réel : une mise en œuvre parfois complexe
Dans l’IoT, la difficulté ne réside pas uniquement dans l’identification d’une norme.
La diversité des produits peut rendre l’interprétation et la transposition pratique des exigences d’essai particulièrement complexes.
Il faut notamment déterminer :
- la configuration représentative de l’objet
- ses modes de fonctionnement
- le canal ou la fréquence radio à utiliser
- la puissance d’émission
- son orientation
- la position de l’antenne
- les données à transmettre
- les interfaces à maintenir
- les périphériques nécessaires
- les critères permettant de détecter une dégradation
- la méthode de pilotage et de monitoring.
La conception du moyen d’essai consiste donc à transformer une exigence réglementaire ou normative en une configuration physique, RF et logicielle reproductible.
Chambre anéchoïque ou caisson faradisé ?
La diversité des dimensions constitue une autre particularité de l’IoT.
Un objet de quelques centimètres et un équipement connecté de grande dimension ne nécessitent pas nécessairement le même environnement d’essai.
Chambre anéchoïque ou semi-anéchoïque
Une chambre permet de disposer d’un environnement électromagnétique maîtrisé pour réaliser des mesures rayonnées et accueillir des objets de dimensions variées.
Elle peut intégrer :
- absorbants RF
- antennes de mesure
- systèmes de positionnement
- instrumentation RF
- traversées et interfaces
- automatisation.
Caisson faradisé ou enceinte blindée
Pour de petits objets, un caisson faradisé ou une enceinte blindée peut constituer une solution plus compacte.
Son rôle est notamment d’isoler l’objet de l’environnement radio extérieur et réciproquement.
Selon l'application, le caisson peut intégrer :
- absorbants RF
- antennes internes
- traversées filtrées
- connexions RF
- alimentation
- interfaces de communication
- dispositifs de pilotage de l’EUT.
L'ajout d'absorbants permet également de mieux maîtriser les réflexions à l'intérieur de l'enceinte lorsque l'essai l'exige.
Le choix entre chambre et caisson ne dépend donc pas seulement du budget ou de la place disponible : il dépend du type de mesure, de la fréquence, de la taille de l’objet et des performances recherchées.
La taille de l’objet conditionne le moyen d’essai
Les objets IoT peuvent présenter des dimensions extrêmement différentes.
Le dimensionnement du moyen doit notamment considérer :
- dimensions de l’EUT
- fréquence
- distance de mesure
- volume de test
- caractéristiques des antennes
- isolation électromagnétique recherchée
- puissance RF
- interfaces nécessaires au fonctionnement de l’objet
- monitoring
- contraintes de positionnement.
Cette analyse évite de surdimensionner une installation pour un petit objet ou, inversement, de choisir une enceinte compacte incapable de reproduire correctement les conditions de mesure recherchées.
L’antenne intégrée : une partie essentielle de l’objet connecté
Dans de nombreux objets IoT, l’antenne est directement intégrée au produit.
Ses performances peuvent être influencées par :
- le boîtier
- le circuit imprimé
- la batterie
- les composants voisins
- la position de l’objet
- son orientation
- son environnement immédiat
- le corps humain dans le cas d’un équipement porté.
La performance du module radio seul ne suffit donc pas nécessairement à caractériser la performance du produit final.
Un module correctement conçu peut présenter un comportement différent une fois intégré dans son boîtier et associé à son antenne définitive.
Cela conduit naturellement à des mesures réalisées par voie rayonnée.
OTA : caractériser l’objet dans sa configuration réelle
OTA (Over The Air) désigne des mesures réalisées par voie rayonnée, sans connexion RF directe entre l’instrument de mesure et le port RF de l’équipement pour la grandeur considérée.
Cette approche permet de caractériser le comportement de l'ensemble :
électronique RF + antenne + intégration mécanique + environnement de l’objet.
Selon l'application, les essais OTA peuvent nécessiter une chambre ou une enceinte adaptée, des antennes de mesure, un positionnement contrôlé de l’EUT et des moyens RF permettant de générer ou mesurer les signaux.
L’objectif n’est alors plus uniquement de caractériser un module radio, mais le produit connecté dans une configuration représentative de son utilisation.
Coexistence radio : plusieurs systèmes dans le même environnement
Un objet connecté fonctionne rarement dans un environnement radio parfaitement libre.
La bande 2,4 GHz en est un bon exemple : différentes technologies et de nombreux équipements peuvent y fonctionner simultanément.
La problématique devient alors :
l’objet continue-t-il à assurer sa fonction lorsqu’un autre signal RF est présent dans son environnement ?
L’étude de la coexistence peut nécessiter la génération contrôlée de :
- signal utile
- signaux perturbateurs
- différents niveaux RF
- différents canaux
- différents scénarios d'occupation du spectre.
Le moyen d’essai peut alors associer générateurs RF ou vectoriels, analyseurs de signaux, antennes, coupleurs, caissons blindés ou chambres et logiciels d’automatisation.
Cette approche permet de créer des scénarios RF reproductibles plutôt que de dépendre d’un environnement radio extérieur difficilement maîtrisable.
Monitoring : vérifier que l’objet remplit réellement sa fonction
Comme pour l’automobile, un essai d’immunité ou de coexistence ne consiste pas uniquement à vérifier que l’EUT reste alimenté.
Un objet IoT peut continuer à fonctionner tout en ne remplissant plus correctement sa fonction de communication.
Selon l’application, le monitoring peut donc surveiller :
- établissement de la liaison
- maintien de la connexion
- données transmises et reçues
- pertes de paquets
- erreurs de transmission
- débit
- latence lorsqu’elle constitue un critère pertinent
- niveau ou qualité de liaison lorsque ces informations sont disponibles
- déconnexion
- reconnexion après perturbation
- fonctionnement de l’application associée
- cohérence des données transmises.
Un capteur peut par exemple continuer à mesurer une grandeur tout en cessant de la transmettre. Inversement, une liaison peut rester établie alors que les données deviennent incorrectes.
Le critère fonctionnel doit donc être défini à partir de l’usage réel de l’objet.
Automatiser pour reproduire les scénarios RF
La multiplicité des fréquences, canaux, niveaux et modes de fonctionnement rend l’automatisation particulièrement intéressante pour les essais IoT.
Une architecture peut être organisée selon le principe :
génération RF → environnement contrôlé → EUT → monitoring de la liaison et de la fonction → acquisition → analyse des résultats.
Le logiciel peut piloter différents instruments, modifier les fréquences et niveaux, commander les scénarios d’essai et synchroniser les mesures avec le comportement de l’objet.
Cette automatisation contribue à améliorer la répétabilité, la traçabilité et l’exploitation des essais.
Du besoin au moyen d’essai IoT
La définition d'un moyen d'essai commence donc par une analyse globale :
objet → usage → technologie radio → fréquences → marché → référentiels → essais → performances → monitoring.
HEMERA RF peut ensuite dimensionner et intégrer, selon les besoins :
- chambres anéchoïques ou semi-anéchoïques
- caissons faradisés et enceintes blindées
- absorbants RF
- antennes
- générateurs RF et hyperfréquences
- générateurs vectoriels
- analyseurs de spectre ou de signaux
- récepteurs EMI
- amplificateurs
- wattmètres et capteurs de puissance
- coupleurs et composants RF
- systèmes de positionnement
- interfaces filtrées
- systèmes de monitoring
- logiciels de pilotage et d’automatisation.
La configuration finale peut donc être très différente d’une application à l’autre.
L’approche HEMERA RF pour les projets IoT
Dans l’IoT, la difficulté consiste rarement à sélectionner un instrument isolé. Elle consiste davantage à construire un environnement d’essai cohérent autour d’un objet, d’une technologie radio et d’un objectif de qualification.
HEMERA RF intervient comme maître d’œuvre et intégrateur multimarque, depuis la qualification technique du besoin jusqu’à la mise en service du moyen d’essai.
Cette approche peut couvrir :
- analyse des exigences
- définition de l’architecture d’essai
- choix entre chambre et enceinte compacte
- dimensionnement RF
- sélection des antennes et instruments
- sourcing de fabricants spécialisés
- intégration des interfaces de l’EUT
- développement ou intégration des pilotes logiciels
- automatisation
- monitoring fonctionnel
- mise en service
- métrologie et gestion des étalonnages.
L’approche multimarque est particulièrement adaptée à l’IoT. Une même installation peut nécessiter une enceinte blindée, des absorbants, une antenne spécialisée, un générateur RF, un analyseur, des composants hyperfréquences et un logiciel provenant de fabricants différents.
Le rôle de l’intégrateur consiste alors à sélectionner les technologies pertinentes et à les faire fonctionner comme un système d’essai unique et cohérent.
Une approche adaptée à la diversité de l’IoT
De l’objet médical fonctionnant autour de 400 MHz au capteur ou terminal communiquant à 2,4 GHz ou sur d’autres bandes, les applications IoT présentent des dimensions, technologies, environnements et contraintes réglementaires extrêmement différents.
Cette diversité exclut une réponse unique.
La performance d’un moyen d’essai IoT repose sur sa capacité à reproduire l’environnement RF pertinent, isoler les phénomènes à mesurer, piloter correctement l’objet et vérifier sa fonction réelle pendant l’essai.
Grâce à son expertise en CEM, RF et hyperfréquences, à son approche multimarque et à sa capacité à intégrer instrumentation, environnement blindé, antennes, logiciels et monitoring, HEMERA RF peut concevoir des moyens d’essais adaptés, automatisés et évolutifs, depuis le caisson compact jusqu’à l’installation complète de laboratoire.
Il n’existe pas un banc d’essai IoT universel : le moyen d’essai doit être construit à partir de l’objet, de son application et de son environnement radio.