Dans la défense, la maîtrise de l’environnement électromagnétique est essentielle à la disponibilité et à la sécurité de fonctionnement des systèmes critiques.
Les essais CEM concernent aussi bien les équipements et sous-ensembles que les matériels et systèmes complets : émissions et susceptibilité conduites ou rayonnées, transitoires et environnements électromagnétiques sévères.
Des référentiels tels que MIL-STD 461 encadrent notamment les essais sur équipements et sous-systèmes, complétés selon les programmes par d’autres exigences applicables aux matériels et systèmes. HEMERA RF accompagne leur qualification normative et opérationnelle avec des solutions CEM, RF, HEMP et transitoires.
CEM Défense : qualification, disponibilité et maîtrise de l’environnement électromagnétique
Les essais CEM concernent aussi bien les équipements et sous-ensembles que les matériels, plateformes et systèmes complets : émissions et susceptibilité conduites ou rayonnées, transitoires électriques, champs électromagnétiques de forte intensité et environnements électromagnétiques sévères.
Les exigences applicables dépendent du niveau considéré, équipement, sous-système ou système, mais également de la plateforme, de son environnement opérationnel et des spécifications propres au programme.
HEMERA RF accompagne les industriels et laboratoires dans la définition et l’intégration de moyens d’essais CEM, RF, hyperfréquences, HEMP et transitoires, depuis la qualification technique du besoin jusqu’à la mise en service et au suivi métrologique.
MIL-STD-461 :
les essais CEM des équipements et sous-systèmes
La MIL-STD-461 constitue l’un des principaux référentiels pour la maîtrise des interférences électromagnétiques des équipements et sous-systèmes militaires.
Elle définit différentes exigences d’émission et de susceptibilité regroupées en quatre grandes familles : CE, RE, CS et RS.
Selon les essais et exigences applicables, les phénomènes considérés peuvent s’étendre des très basses fréquences jusqu’aux RF et hyperfréquences, avec des niveaux représentatifs des environnements électromagnétiques militaires.
CE : Conducted Emissions
Les essais CE caractérisent les émissions conduites générées par l’équipement et susceptibles de se propager par ses alimentations, câbles et interfaces.
Selon les essais considérés, les mesures peuvent couvrir les basses fréquences jusqu’à plusieurs dizaines de MHz.
L’objectif consiste à vérifier que les perturbations produites par un équipement restent compatibles avec les autres équipements intégrés au sein du système.
RE : Radiated Emissions
Les essais RE permettent de mesurer les émissions électromagnétiques rayonnées par l’équipement et son câblage.
Selon l’application, les mesures peuvent s’étendre des basses fréquences jusqu’à potentiellement plusieurs dizaines de GHz.
La maîtrise des émissions est particulièrement importante lorsqu’un équipement est installé à proximité de systèmes sensibles : récepteurs radio, communications, navigation, radar ou autres équipements électroniques.
CS Conducted Susceptibility
Les essais CS vérifient la capacité d’un équipement à fonctionner lorsqu’il est soumis à des perturbations conduites injectées sur ses câbles et interfaces.
Ils couvrent des phénomènes très différents : perturbations basse fréquence, injection RF ou encore transitoires électriques rapides.
Parmi les essais fréquemment rencontrés figurent notamment CS106, CS114, CS115 et CS116.
CS 114
La CS114 permet de vérifier l’immunité des câbles et interfaces à des perturbations RF conduites.
À titre d’ordre de grandeur, les essais peuvent couvrir une large bande allant du domaine des kHz jusqu’à plusieurs centaines de MHz, avec des niveaux d’injection dépendant de l’application et de l’environnement considéré.
Ils nécessitent notamment générateurs RF, amplificateurs, pinces d’injection, sondes de courant et systèmes de mesure et de contrôle.
CS 115 et CS 116
La CS115 reproduit des impulsions transitoires rapides appliquées aux câblages, tandis que la CS116 traite des transitoires sinusoïdaux amortis à différentes fréquences.
Ces essais illustrent la nécessité de compléter les essais RF entretenus par des moyens capables de générer et de mesurer des phénomènes impulsionnels rapides.
RS Radiated Susceptibility
Les essais RS vérifient le comportement d’un équipement lorsqu’il est soumis à des champs électromagnétiques rayonnés.
Ils représentent une problématique importante dans le domaine Défense en raison de la présence de radars, moyens de communication, brouilleurs et autres émetteurs RF de forte puissance.
Un essai tel que RS103 peut, selon les exigences applicables, couvrir une plage allant de quelques dizaines de MHz jusqu’à plusieurs dizaines de GHz.
Les niveaux de champ peuvent atteindre plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de V/m dans certains environnements et applications.
La couverture d’une bande de fréquences aussi étendue nécessite fréquemment plusieurs amplificateurs et plusieurs technologies d’antennes.
La MIL-STD-461 permet ainsi de traiter les quatre dimensions fondamentales de la CEM d’un équipement :
CE / RE : ce que l’équipement émet
CS / RS : ce que l’équipement doit supporter
MIL-STD-464 : de l’équipement à la plateforme complète
La problématique CEM Défense ne s’arrête pas à la qualification individuelle des équipements.
La MIL-STD-464 traite des effets de l’environnement électromagnétique, ou E3 (Electromagnetic Environmental Effects), au niveau des systèmes et plateformes militaires.
Elle complète ainsi l’approche de la MIL-STD-461 :
MIL-STD-461 → équipements et sous-systèmes
MIL-STD-464 → systèmes et plateformes
Cette approche permet de considérer l’environnement électromagnétique réel dans lequel doit fonctionner le matériel : coexistence de plusieurs émetteurs, proximité de radars ou de systèmes de communication de forte puissance, intégration de nombreux équipements électroniques au sein d’une même plateforme ou exposition à des environnements électromagnétiques sévères.
L’objectif est de garantir que l’intégration des différents équipements ne compromette pas les performances opérationnelles, la disponibilité ou la sécurité de fonctionnement du système complet.
Des basses fréquences aux hyperfréquences
L’une des particularités des applications Défense réside dans l’étendue des phénomènes électromagnétiques à reproduire ou à mesurer.
À titre informatif, les essais peuvent couvrir plusieurs décennies de fréquences, depuis des perturbations conduites dans le domaine des kHz jusqu’à des essais rayonnés atteignant plusieurs dizaines de GHz, avec des champs pouvant atteindre plusieurs centaines de V/m selon les applications.
Cette très large couverture fréquentielle nécessite généralement plusieurs technologies complémentaires :
- générateurs RF et hyperfréquences
- amplificateurs adaptés à différentes bandes
- antennes basse fréquence, large bande ou hyperfréquences
- sondes de champ
- wattmètres et capteurs de puissance
- dispositifs de couplage et d’injection
- systèmes de mesure et de contrôle.
Les valeurs réellement applicables restent déterminées par le référentiel, la plateforme et les exigences propres à chaque programme.
CW, modulation et Pulse : reproduire différents environnements électromagnétiques
Les environnements militaires ne sont pas uniquement constitués de signaux RF continus.
Selon les applications, les essais peuvent mettre en œuvre des signaux CW (Continuous Wave), modulés ou impulsionnels (Pulse), notamment pour reproduire différents environnements liés aux systèmes de communication, radars ou émetteurs de forte puissance.
Les contraintes imposées à une chaîne RF ne sont alors pas les mêmes.
Un système destiné à générer des champs élevés doit être dimensionné en tenant compte :
- de la bande de fréquences
- du niveau de champ recherché
- du fonctionnement CW ou impulsionnel
- des caractéristiques de modulation
- de la puissance moyenne et de la puissance crête
- du gain et du comportement des antennes
- des pertes de la chaîne RF
- de la distance d’essai et de la géométrie de l’installation.
La capacité à couvrir simultanément une très large bande de fréquences, des niveaux élevés et différents types de signaux constitue donc une problématique technique majeure dans la conception des moyens d’essais Défense.
Champs forts et équipement sous test de grandes dimensions
Les essais Défense peuvent porter sur des EUT (Equipment Under Test) de dimensions très variables, depuis une électronique ou une baie jusqu’à des sous-systèmes, véhicules ou matériels complets.
Pour les EUT de grandes dimensions, atteindre un niveau de champ élevé en un point ne suffit pas. Il faut également prendre en compte la zone ou le volume d’essai, la distribution du champ, la distance d’exposition et les différentes configurations du matériel.
Les dimensions de l’EUT influencent ainsi directement :
- les dimensions de la chambre ou de la zone d’essai
- la distance entre l’antenne et l’EUT
- les puissances RF nécessaires
- le choix et le positionnement des antennes
- la mesure et le contrôle du champ
- les câblages et interfaces avec l’extérieur
- les moyens de positionnement
- les dispositifs de sécurité.
La conception du moyen d’essai doit donc être envisagée comme celle d’un système complet, et non comme la simple association d’un amplificateur et d’une antenne.
Piloter et monitorer l’EUT pendant l’essai
Un essai de susceptibilité ne consiste pas uniquement à exposer un équipement à un champ ou à lui injecter une perturbation. Il faut également vérifier son comportement fonctionnel pendant l’essai.
Cette exigence devient particulièrement importante pour les matériels et systèmes complexes, dont le fonctionnement peut dépendre de nombreux équipements, interfaces, communications, calculateurs, capteurs ou actionneurs.
Le système d’essai peut ainsi devoir :
- commander les différents modes de fonctionnement de l’EUT
- piloter l’EUT pendant l’exposition
- monitorer en temps réel ses paramètres critiques
- surveiller des communications ou états fonctionnels
- détecter des défauts ou dégradations de performances
- enregistrer les événements
- synchroniser ces événements avec la séquence d’exposition
- corréler une anomalie avec la fréquence, le niveau de champ, la modulation ou l’impulsion appliquée.
L’automatisation prend ici toute son importance. Elle permet de coordonner la chaîne RF, les instruments de mesure et le monitoring fonctionnel de l’EUT afin d’améliorer la répétabilité, la traçabilité et l’exploitation des essais.
Une architecture d’essai globale
La réalisation d’un moyen d’essai Défense à champs forts nécessite ainsi une approche globale dépassant la seule fourniture d’un amplificateur ou d’une antenne.
Il faut pouvoir couvrir un très large spectre fréquentiel, générer les niveaux requis en CW, modulé ou impulsionnel, maîtriser le champ sur des EUT parfois de grandes dimensions et monitorer leur comportement fonctionnel pendant l’exposition.
Ces contraintes nécessitent de dimensionner conjointement :
génération → amplification → antennes/injection → mesure du champ et de la puissance → pilotage de l’essai → monitoring de l’EUT → acquisition des résultats.
HEMERA RF dimensionne et intègre ces différentes fonctions au sein d’une architecture cohérente et automatisée, en sélectionnant les technologies et équipements les mieux adaptés à chaque bande de fréquences et à chaque type d’essai.
MIL-STD-188-125 et HEMP
Certaines applications Défense nécessitent également de prendre en compte les impulsions électromagnétiques de haute altitude – HEMP (High-Altitude Electromagnetic Pulse).
La série MIL-STD-188-125 traite notamment de la protection HEMP d’installations et de systèmes terrestres assurant des missions critiques.
Ces environnements présentent des caractéristiques très différentes des essais RF entretenus. Ils peuvent associer fortes amplitudes, temps de montée extrêmement courts et contenu spectral très large.
Pour les composantes les plus rapides, les phénomènes considérés peuvent présenter des temps caractéristiques de l’ordre de quelques nanosecondes.
Les essais et vérifications HEMP peuvent donc nécessiter des moyens spécifiques pour générer des impulsions de forte amplitude, réaliser des injections sur les câblages, caractériser les dispositifs de protection ou mesurer des phénomènes transitoires extrêmement rapides.
HEMERA RF intervient sur ces problématiques avec des solutions dédiées aux HEMP et transitoires rapides haute tension, en complément des moyens CEM et RF conventionnels.
GAC : prendre en compte la CEM dès la conception
Au-delà des essais de qualification, la maîtrise de la CEM passe par sa prise en compte dès la conception du matériel ou du système.
Le GAC – Guide d’Aide à la Conception s’inscrit dans cette logique en apportant des recommandations destinées à intégrer les contraintes CEM en amont du développement.
Cette démarche concerne notamment :
- l’architecture électrique et électronique
- les blindages
- les câblages et leurs cheminements
- les filtrages
- les masses et mises à la terre
- les interfaces entre équipements
- l’intégration des équipements dans la plateforme
- la prise en compte de l’environnement électromagnétique opérationnel.
L’objectif est de ne pas considérer la CEM uniquement comme une validation en fin de développement, mais comme une contrainte intégrée dès la conception afin de réduire les risques de non-conformité et les modifications tardives.
De la norme au moyen d’essai Défense
La conception d’un moyen d’essai commence par l’identification du référentiel, des essais à réaliser, des niveaux à atteindre, des types de signaux et des plages de fréquences à couvrir.
Selon le projet, HEMERA RF peut ainsi dimensionner et intégrer des générateurs RF et hyperfréquences, amplificateurs de forte puissance, antennes, récepteurs EMI, LISN/RSIL, pinces d’injection, sondes de courant et de champ, générateurs de transitoires, moyens HEMP, chambres blindées et anéchoïques, positionneurs, dispositifs de sécurité ainsi que les logiciels nécessaires au pilotage et à l’automatisation de l’ensemble.
La couverture de larges bandes de fréquences, de niveaux de champ élevés et de modes CW ou impulsionnels nécessite fréquemment d’associer plusieurs technologies et plusieurs fabricants.
L’approche HEMERA RF pour les projets Défense
HEMERA RF intervient comme maître d’œuvre et intégrateur multimarque pour concevoir des moyens d’essais adaptés aux exigences spécifiques des programmes Défense.
Son intervention peut couvrir l’ensemble du projet : qualification technique du besoin, analyse des performances recherchées, dimensionnement des chaînes RF et transitoires, gestion du projet clé en main, sourcing de fabricants spécialisés et de technologies innovantes, intégration matérielle et logicielle, automatisation, mise en service et suivi métrologique.
Cette indépendance vis-à-vis d’un constructeur unique permet de rechercher la solution la plus pertinente pour chaque fonction : génération, amplification, antennes, injection, mesure, positionnement, blindage, logiciel et monitoring de l’EUT.
Elle est particulièrement adaptée aux applications Défense où large couverture fréquentielle, champs forts, signaux CW ou Pulse, grandes dimensions des EUT et contrôle fonctionnel pendant les essais doivent être intégrés dans une même architecture.
Une expérience auprès des acteurs majeurs de la Défense
HEMERA RF s’appuie sur une expérience acquise au travers de nombreux projets CEM, RF et environnements électromagnétiques sévères réalisés pour de grands industriels français de la Défense, la DGA ainsi que des laboratoires d’essais privés.
Ces réalisations concernent tous type d’équipements soumis aux essais comprenant des problématiques d’émission, de susceptibilité, de champs forts, de très larges couvertures fréquentielles, de signaux CW et impulsionnels, de transitoires et de HEMP.
Cette diversité de projets permet à HEMERA RF d’appréhender les contraintes techniques et normatives propres aux applications de défense et d’accompagner ses clients depuis l’analyse des exigences jusqu’à la réalisation de moyens d’essais clé en main, performants, automatisés et évolutifs.
Questions fréquentes
Questions fréquentes
Défense
Quelles normes CEM s’appliquent à l’aéronautique et à la défense ?
Dans l’aéronautique et la défense, on retrouve notamment :
• RTCA DO-160 pour les équipements aéronautiques ;
• son référentiel européen associé EUROCAE ED-14 ;
• différents référentiels MIL-STD pour les applications militaires ;
• des spécifications particulières propres aux programmes et plateformes.
Les exigences précises doivent être identifiées avant de dimensionner les moyens d’essai.
Quelle différence entre HEMP et essais de foudre indirecte ?
Foudre indirecte :
• transitoires associés à un événement foudre ;
• particulièrement présents dans les problématiques aéronautiques.
HEMP :
• environnement électromagnétique impulsionnel spécifique ;
• référentiels, formes d’onde et niveaux propres.
Les deux domaines utilisent des moyens de génération et de mesure de transitoires, mais ne représentent pas le même phénomène.
Que sont les essais CS114, CS115 et CS116 ?
Ces méthodes correspondent à différentes formes de susceptibilité conduite dans le domaine militaire.
Elles diffèrent notamment par :
• le type de signal ;
• la plage de fréquences ;
• le mode de couplage ;
• les niveaux ;
• les équipements nécessaires.
Comment générer des impulsions transitoires rapides haute tension ?
Le système doit reproduire les caractéristiques imposées :
• amplitude ;
• temps de montée ;
• durée ;
• énergie ;
• impédance ;
• répétition éventuelle.
Le générateur doit être associé aux dispositifs de couplage et aux moyens de mesure adaptés.
Comment mesurer une impulsion haute tension ou fort courant ?
Il faut notamment sélectionner :
• sonde de tension adaptée ;
• sonde de courant adaptée ;
• atténuation ;
• câblage ;
• système d’acquisition rapide ;
• bande passante suffisante.
La performance doit être analysée sur l’ensemble de la chaîne de mesure.
Comment dimensionner une chaîne d’essai HEMP ?
Il faut partir :
• du référentiel ;
• de la forme d’onde ;
• de l’amplitude ;
• du temps de montée ;
• de la durée ;
• de l’énergie ;
• du mode de couplage ;
• de l’équipement sous test.
Ces paramètres déterminent le générateur, les dispositifs d’injection, les protections et l’instrumentation.
Quels générateurs, coupleurs et sondes utiliser pour des essais HEMP ?
Le choix dépend :
• de l’amplitude ;
• du temps de montée ;
• de la durée ;
• de l’énergie ;
• de la bande passante ;
• du mode d’injection ;
• du référentiel applicable.
Comme pour un laboratoire CEM, une approche multimarque permet au maître d’œuvre de sélectionner chaque élément selon ses performances plutôt que d’imposer un fournisseur unique.