Brevet FR2670296A1 — publié le 19920612

DISPOSITIF DE MESURE DE L'IMPEDANCE DE TRANSFERT D'UN CABLE La présente invention a pour objet un dispositif pour la mesure de l'impédance de transfert d'un câble. De façon plus précise, la présente invention concerne la mesure de l'impédance de transfert de câble blindé, caractéristique qui permet de mesurer l'efficacité du blindage pour des câbles susceptibles d'être soumis à des effets externes parasites dans le domaine des hyperfréquences. Les développements récents de l'électronique ont conduit à l'accroissement important des systèmes contrôlés par de bas niveaux d'énergie, ce qui les rend plus sensibles aux perturbations électromagnétiques externes. Par ailleurs, le spectre des fréquences de ces phénomènes parasites externes s'étend de plus en plus vers de très hautes fréquences et même des hyperfréquences. Dans de tels systèmes, les câbles d'interconnexion des différents composants constituent des points particulièrement sensibles puisqu'ils se trouvent souvent dans des zones exposées aux ondes électromagnétiques et que, par leur géométrie, ils se comportent comme des antennes. C'est pourquoi l'utilisation de câbles blindés, qui permet de s'affranchir de ces phénomènes parasites, s'est généralisée pour ces systèmes. I1 est bien sûr important de pouvoir caractériser pour chaque câble utilisé l'efficacité de son blindage vis-à-vis des perturbations électromagnétiques. La caractérisation du blindage du câble se fait notamment en déterminant à l'aide d'un banc de mesure l'impédance de transfert du câble. Pour celà, de façon connue, on injecte un courant perturbateur sur le blindage du câble et on mesure la tension induite à l'intérieur du câble. La mesure de l'impédance de transfert est effectuée selon le principe représenté sur la figure 1 annexée. Sur cette figure, on a représenté le câble à tester 10 qui comporte de façon classique une âme 12 et un blindage externe 14 séparé de l'âme par un diélectrique 16. Pour mesurer l'impédance de transfert on soumet la portion de câble 10 a un champ perturbateur créé par une ligne conductrice externe 18. On mesure d'une part le courant injecté 10 dans la ligne perturbatrice 18 qui se referme par le blindage 14 et d'autre part les tensions V1(0) et V1(1) aux extrémités 20 et 22 du câble à tester. A partir de ces grandeurs mesurées, on peut déterminer l'impédance de transfert du câble 10. D'un point de vue pratique, on a déjà proposé plusieurs modes de réalisation de la ligne perturbatrice 18. Selon un premier mode de réalisation, la ligne 18 est constituée par une enveloppe coaxiale au câble 10 à tester. Elle est constituée par un tube de laiton dans lequel on insère le câble à tester. Un courant perturbateur est alors injecté dans la ligne constituée par le tube et par le blindage du câble. La mesure des tensions qui apparaissent aux extrémités 20 et 22 du câble permet, après une transformation mathématique, d'accéder à l'impédance de transfert Zt du câble. Un tel banc de mesure décrit dans la norme CEI 96.1 ne permet pas des mesures aux fréquences supérieures à 100 MHz.En effet, lorsque la longueur d'ondes du phénomène perturbateur ne peut plus être considérée comme très grande par rapport à la longueur L de l'échantillon de câble à tester, des phénomènes de propagation provoquent une erreur systématique sur la mesure d'impédance de transfert, erreur dont la correction est en théorie possible mais qui s'avère en pratique peu satisfaisante si l'on recherche une certaine précision. Ces phénomènes de propagation d'ondes sont dûs d'une part à la différence de vitesse de propagation des ondes dans la ligne perturbatrice 18 et dans la ligne sous test constituée par le câble 10. Ils sont dûs d'autre part à la grande difficulté qu'il y a sur le plan mécanique à adapter à la bonne impédance la structure complète d'une manière homogène sur toute la longueur du câble sous test. En effet, les câbles peuvent avoir un diamètre allant de quelques millimètres jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres. Pour mesurer l'impédance de transfert Zt au-delà de 100 MHz, on a déjà proposé un banc de mesure qui permet de mesurer l'impédance dans le domaine précédant les phénomènes de résonnance, jusqu'à 200 MHz, puis, au-delà de cette plage de fréquence, de travailler en cavité résonnante. Une analyse des maxima du courant est alors nécessaire. En effet, la ligne 18 étant en court circuit, on se retrouve dans un régime d'ondes stationnaires, le courant passant par des minima et des extrema correspondant aux résonnances et une extrapollation doit être réalisée pour avoir des points entre deux résonnances. Selon une autre solution proposée, on constitue la ligne perturbatrice 18 à l'aide de fils isolés (deux ou trois) posés directement sur la gaine de protection du câble à tester. I1 est alors possible de choisir l'isolation des fils de la ligne perturbatrice de même nature que le câble sous test pour repousser ainsi l'apparition des phénomènes de propagation. Le contrôle de l'impédance caractéristique de cette ligne perturbatrice est assuré par le nombre de fils constituant cette ligne. Cependant, la pose des lignes sur l'isolant externe du câble peut soulever certains problèmes de réalisation : il est en effet difficile d'assurer une bonne homogénéité de la ligne perturbatrice, ce qui est primordial pour obtenir des résultats corrects.En outre, les fils constituant la ligne perturbatrice étant classiquement maintenue par des serre-câbles, ces points de fixation introduisent des discontinuités d'impédance caractéristiques qui détériorent la mesure effectuée, en augmentant le taux d'onde stationnaire. Pour remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus, un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de banc de mesure de l'impédance de transfert d'un câble qui permette d'effectuer ces mesures à des fréquences supérieures aux gigahertz tout en étant d'une mise en oeuvre facile et en permettant d'obtenir des résultats d'une grande fiabilité et d'une grande reproductibilité. Pour atteindre ce but, un dispositif de mesure de l'impédance de transfert d'un câble blindé, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend - des moyens de supportage et de positionnement du câble à mesurer - un conducteur électrique plat - des moyens de supportage et de fixation dudit conducteur plat - des moyens pour régler la position relative des moyens de supportage dudit câble et des moyens de supportage dudit conducteur plat de telle manière que l'axe longitudinal du conducteur soit parallèle à l'axe longitudinal du câble à mesurer, que le plan médian du conducteur plat soit orthogonal au plan contenant les axes longitudinaux du câble et du conducteur plat et que la distance entre les axes longitudinaux soit égale à une valeur prédéterminée - des moyens pour injecter un courant à une fréquence prédéterminée dans ledit conducteur plat - des moyens pour mesurer l'intensité dudit courant ; et - des moyens pour mesurer la tension induite dans le câble aux extrémités de celui-ci. On comprend qu'ainsi on obtient une distribution du champ électromagnétique perturbateur du type "ligne micro-ruban" homogène créé par le conducteur plat et le blindage du câble sous test grâce aux dispositions décrites ci-dessus. En outre, il est possible de régler la distance entre la ligne perturbatrice et le câble de manière à adapter l'impédance de la ligne perturbatrice à celle du câble, et surtout à celle des appareils de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1, déjà décrite, illustre le principe de mesure selon l'art antérieur de l'impédance de transfert d'un câble - la figure 2 montre en élévation un banc ou dispositif de mesure de l'impédance de transfert selon l'invention - la figure 3 est une coupe verticale selon la ligne III-III de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue partielle de la coupe de la figure 3 montrant la distribution des champs magnétiques développés entre la ligne perturbatrice et le blindage du câble sous test. En se référant tout d'abord aux figures 2 et 3, on va décrire un mode préféré de réalisation du dispositif de mesure d'impédance de transfert pour câble. Le dispositif comprend un bâti 30 de forme allongée sur lequel sont montés trois couples de tiges filetées 32 dont les axes sont verticaux. Sur les tiges filetées 32 est montée une plaque support 34, également de forme allongée. La plaque 34 est montée sur les tiges filetées 32 par l'intermédiaire de deux séries de ressorts 36 et 38, disposés de part et d'autre de la plaque 34. La fixation de la plaque 34 par rapport à son bâti 30 est assurée par des écrous 40. On comprend qu'à l'aide de ce montage, il est possible de régler, par action sur les écrous 30, la distance entre la plaque 34 et le bâti 30 et l'orientation de la plaque 34. La distance entre le sommet du câble et le micro-ruban est, par exemple, de l'ordre de 4 cm. Le bâti 30 comporte sur sa face supérieure 42 une rainure axiale 44 de positionnement. Cette rainure 44 est destinée à recevoir le câble à tester 46 et à assurer ainsi un positionnement rigoureux du câble par rapport au bâti 30 et donc par rapport à la plaque 34. Le bâti 30 peut être réalisé en PVC. Sur la face inférieure 48 de la plaque 34, c'est-à-dire sa face tournée vers le bâti 30, est fixé un conducteur plat de l'électricité 50 dont l'axe XX' est disposé parallèlement à la rainure 44. Ce conducteur plat sera appelé ultérieurement "micro-ruban". Une ligne de type 1,micro-ruban" est alors constituée par le conducteur plat et le blindage du câble sous test. Le conducteur plat a, par exemple, en section droite une largeur de 5 mm et une épaisseur de 25 m. Il peut être réalisé en cuivre revêtu d'une mince couche d'argent. La plaque 34 doit être très rigide et elle est par exemple réalisée en PMMA, plus connu sous la marque "Plexiglas". Le micro-ruban 50 est fixé par exemple par collage sur la face 48 de la plaque 34 à l'aide d'un matériau adhésif isolant. Comme le montre mieux la figure 2, le bâti 30 du dispositif de mesure comporte deux boîtiers de transition 52 et 54. On trouve d'une part des câbles coaxiaux 56 et 58 dont l'âme centrale est connectée au micro-ruban et dont le blindage est du même potentiel que les "boîtiers de transition" 52 et 54 et d'autre part en 60 et 62 le câble sous test 44 qui sort des boîtiers de transition à ses deux extrémités. Le blindage du câble sous test est au même potentiel que les boîtiers de transition. Pour celè on a enlevé la gaine isolante sur la longueur des boîtiers et le blindage est comprimé par les boîtiers. Ces deux boîtiers 52 et 54 servent à réaliser la transition entre les câbles coaxiaux 56, 58 et la ligne micro-ruban et à la mise au même potentiel que les blindages des câbles. En se référant maintenant à la figure 4, on comprendra mieux l'intérêt du dispositif de mesure selon l'invention. Sur la figure 4, on a fait apparaître seulement le câble à tester 44 et le micro-ruban 50. Grâce au montage de la plaque 34 sur laquelle est fixé le micro-ruban 50, il est possible d'assurer un positionnement rigoureux du micro-ruban 50 par rapport au câble à tester 44. En particulier, il est possible d'adapter très précisément la distance L entre l'axe longitudinal YY' du câble et le plan médian PP' du micro-ruban 50.Celà permet d'adapter l'impédance du circuit constitué par le micro-ruban 50 et le blindage 45 du câble pour que cette impédance soit égale à 50 ohms, c'est-à-dire l'impédance d'entrée des appareils de mesure utilisés en liaison avec le banc de mesure comme on l'expliquera ultérieurement. I1 est en outre possible de régler la position de la plaque 34 de telle manière que le plan médian PP' du micro-ruban soit perpendiculaire au plan QQ' passant par l'axe longitudinal XX' du micro-ruban 50 et l'axe YY' du câble à tester. On comprend qu'on obtient ainsi une distribution des champs électromagnétiques parfaitement symétriques entre le micro-ruban 50 et le câble 44.En outre, de part l'adaptation rigoureuse on peut ainsi obtenir une distribution constante du champ électromagnétique selon la longueur du banc de mesure, c'est-à-dire selon la direction des axes XX' et YY'. On obtient ainsi une mesure de l'impédance de transfert d'une grande précision. En outre il est possible de fixer sur la face 51 du micro-ruban 50 un matériau diélectrique référencé 53 et représenté en pointillés sur la figure 4. Ce matériau sert de diélectrique pour la ligne perturbatrice constituée par le micro-ruban et le blindage du câble sous test. On choisit la constante diélectrique de manière à ce qu'elle soit le plus proche possible de celle du câble sous test afin d'égaliser les vitesses de propagation. On sait en effet qu'une différence de vitesse de transmission entre deux lignes de transmission couplées introduit des phénomènes de résonnance au-delà d'une fréquence dite "de coupure". Le procédé de l'invention permet de faire des mesures d'impédance de transfert jusqu'à une fréquence de coupure repoussée à 6 GHz. Si l'on revient à la figure 3, on voit qu'on y a représenté schématiquement les appareils de mesure permettant d'effectuer la mesure de l'impédance de transfert. Un généralteur G est branché à l'extrémité du câble coaxial 56 lui-même relié à la ligne micro-ruban par le biais du boîtier de transition 52 (l'âme centrale du câble coaxial sur le conducteur plat, le blindage du câble coaxial au blindage du câble sous test). Une impédance ZI est montée à l'extrémité du câble coaxial 58 pour adapter la ligne micro-ruban d'une manière identique au cas précédent avec le boîtier de transition 54. Lorsque l'on remplace Z1 par un analyseur (de réseau ou de spectre), on peut avoir accès par déduction au courant perturbateur. De même lorsque l'on branche cet analyseur 72 au câble coaxial 64, le câble coaxial 62 étant refermé sur son impédance caractéristique Z2, on peut avoir accès à la tension induite dans le câble sous test. La mesure de la tension à l'autre extrémité du câble 30 est obtenue en permutant l'analyser et l'impédance Z2. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de l'impédance de transfert d'un câble blindé, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens de supportage et de positionnement (30, 44) du câble (42) à tester - un conducteur électrique plat (50) - des moyens de supportage (34) dudit conducteur plat (50) - des moyens (32, 38, 40) pour régler la position relative des moyens de supportage (30) dud câble (42) et des moyens de supportage (34) du conducteur plat (50) de telle manière que l'axe longitudinal (XX') dudit conducteur soit parallèle à l'axe longitudinal (YY') dudit câble, que le plan médian (PP') du conducteur plat soit orthogonal au plan (QQ') contenant lesdits axes longitudinaux et que la distance (L) entre les axes longitudinaux soit égale à une valeur prédéterminée - des moyens (G) pour injecter un courant dans ledit conducteur plat à une fréquence prédéterminée - des moyens (Z1, 70) pour mesurer l'intensité du courant injecté ; et - des moyens (Z2, 72) pour mesurer la tension aux extrémités dudit câble. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de supportage du câble (42) comprennent un bâti massif (30) et une rainure (44) de positionnement pour recevoir le câble. 3. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de supportage du conducteur plat comprennent une plaque rigide allongée (34) réalisée en matériau isolant sur laquelle est fixée une des faces principales du conducteur plat (50). 4. Dispositif de mesure selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage en position comprennent une pluralité de colonnes (32) perpendiculaires audit bâti (30) sur lesquelles est engagée ladite plaque rigide (34), et des moyens élastiques (36, 38) interposés entre ledit bâti et ladite plaque et entre ladite plaque et des moyens mobiles de fixation (40) coopérant avec lesdites colonnes. 5. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite distance prédéterminée (L) est réglée pour que l'impédance du système constitué par le conducteur plat (50) et le blindage (44) du câble soit sensiblement égale à 50 ohms. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit conducteur plat (50) est réalisé par une âme en cuivre recouverte d'une couche d'argent. 7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit conducteur plat (50) a une section droite sensiblement rectangulaire dont les dimensions sont de l'ordre de 4 mm par 25 micromètres.