Brevet FR2712393A1 — publié le 19950519

Dispositif pour la caractérisation des imperfections des écrans de câble avec écran par application d'un champ magnétique variable parallèle à l'axe du câble. L'invention concerne un dispositif permettant d'appliquer un champ magnétique variable assez homogène dans une région donnée, en vue de la caractérisation des imperfections des écrans de câble avec écran (câble coaxial ou câble multifilaire blindé), cette caractérisation résultant de la mesure de signaux sur le ou les conducteurs internes à l'écran du câble, lorsque celui-ci est soumis localement au champ magnétique variable produit par le dispositif selon l'invention. La caractérisation de l'efficacité de l'écran d'un câble avec écran est un problème important, notamment dans le domaine de la compatibilité électromagnétique. Il est bien connu d'obtenir cette caractérisation en mesurant l'impédance de transfert de l'écran du câble, ou encore de mesurer son admittance de transfert. Pour ces mesures, de nombreuses méthodes et dispositifs ont été proposés, et certains sont décrits dans des normes internationales. La mesure de l'impédance de transfert d'un câble avec écran peut se faire en faisant circuler un courant électrique d'intensité connue le long de l'axe du câble, et en mesurant de façon appropriée une tension apparaissant sur un conducteur intérieur à l'écran du câble. Les précautions à prendre lors de cette mesure sont bien connues des spécialistes. On notera que la circulation du courant le long du câble s'accompagne de l'apparition d'un champ magnétique dont les lignes de champs forment des cercles. Comme on sait que l'impédance de transfert ne dépend pratiquement pas de la fréquence aux fréquences suffisamment basses (par exemple aux fréquences inférieures à 100 kHz), on fait couramment des mesures d'impédance de transfert dans la bande de fréquence 100 kHz à 100 MHz, à l'aide de dispositifs connus. Parfois, les mesures d'impédance de transfert sont possibles jusqu'à des fréquences de plusieurs gigahertz. Lorsqu'elle est pratiquée sur un câble installé, l'injection de courant ne peut guère se faire qu'avec une pince de courant d'injection, et la caractérisation du câble avec écran par la mesure de son impédance de transfert présente l'inconvénient d'être une mesure globale, car les courants injectés sur le câble pour effectuer la mesure se propagent sur une grande distance. On ne peut donc simplement localiser un défaut sur le câble. Même si l'on interpose des absorbants électromagnétiques de part et d'autre de l'endroit où l'on fait la mesure, ceux-ci ne sont souvent efficaces qu'à des fréquences supérieures à 100 MHz, et ils sont difficiles ou impossibles à installer dans les endroits peu accessibles. Enfin les mesures d'impédance de transfert sur des câbles avec écran comportant des ramifications sont très difficiles à réaliser. Les mesures d'admittance de transfert, qui permettent de caractériser la réponse interne du câble avec écran lorsque la sollicitation externe est un champ électrique radial, sont peu employées car l'instrumentation courante dans la bande de fréquence 10 kHz à 100 MHz, qui offre des impédance d'entrée et de sortie voisines de 50 Ohms, se prête mal à ces mesures. Des travaux récents ont permis d'établir qu'un câble avec écran peut également être caractérisé en mesurant la tension apparaissant sur un conducteur intérieur à l'écran du câble, lorsque le câble est soumis à un champ magnétique variable orthogonal à l'axe du câble et assez homogène sur la section du câble. La caractéristique du câble mesurée dans ce cas est appelée impédance de transfert parallèle, et s'exprime en Ohm. L'impédance de transfert parallèle est définie comme le rapport entre la valeur de la tension par unité de longueur de câble exposé au champ magnétique, en volt par mètre, que l'on mesure sur un conducteur intérieur à l'écran du câble, divisée par l'intensité en Ampère par mètre du champ magnétique variable uniforme appliqué orthogonalement au câble. Une demande de brevet français sous le numéro d'enregistrement national 9310903, décrit un dispositif permettant de mesurer l'impédance de transfert parallèle. D'autres travaux récents ont permis d'établir qu'un câble avec écran peut aussi être caractérisé en mesurant la tension apparaissant sur un conducteur intérieur à l'écran du câble, lorsque le câble est soumis à un champ magnétique variable parallèle à l'axe du câble et assez homogène sur la section du câble. La caractéristique du câble mesurée dans ce cas est appelée impédance de transfert axiale, et s'exprime en Ohm. L'impédance de transfert axiale est définie comme le rapport entre la valeur de la tension par unité de longueur de câble exposé au champ magnétique, en volt par mètre, que l'on mesure sur un conducteur intérieur à l'écran du câble, divisée par l'intensité en Ampère par mètre du champ magnétique variable uniforme appliqué parallèlement à l'axe du câble. A ce jour, il n'existe pas de relation connue entre l'impédance de transfert, l'admittance de transfert, l'impédance de transfert parallèle, et l'impédance de transfert axiale telle qu'elle est définie ci-dessus. Ces paramètres, bien qu'ils caractérisent la qualité de l'écran du câble, la caractérisent de façon totalement différente, et doivent donc être considérés comme indépendants. Il n'existe pas à ce jour de dispositif conçu pour effectuer la mesure de l'impédance de transfert axiale. L'invention a pour but un dispositif permettant d'effectuer cette mesure. Un dispositif selon l'invention comporte une entrée permettant d'appliquer un signal électrique, et est caractérisé en ce qu'il permet de produire dans une région bien déterminée de l'espace destinée à être traversée par un câble sous test, un champ magnétique variable pratiquement parallèle à l'axe du câble, pratiquement homogène et dépendant linéairement du signal à l'entrée, le champ magnétique étant canalisé par au moins un circuit magnétique en ferrite, ce ou ces circuits magnétiques étant destinés à canaliser les lignes de champ magnétique à l'extérieur du volume occupé par le câble sous test, et le dispositif étant calibré de façon à ce que l'on connaisse, en fonction de la fréquence et dans une bande de fréquence ayant une intersection non vide avec l'intervalle spectral 10 kHz à 10 MHz, le rapport entre l'intégrale curviligne du module de la composante du champ magnétique appliqué parallèlement à l'axe du câble le long de la portion du câble soumise à un champ non négligeable, et l'amplitude de la tension du signal électrique appliqué à l'entrée du dispositif. On remarque que, puisqu'il n'est pas possible de créer un champ magnétique variable rigoureusement homogène et parallèle à l'axe du câble, sur une portion définie du câble, et un champ magnétique appliqué nul en dehors de cette portion de câble, du fait de l'apparition de franges de champ magnétique, on ne cherche pas à calibrer le dispositif selon l'invention par une intensité de champ en A/m, mais par une moyenne sur la portion du câble où le champ est non négligeable, de la composante du champ appliqué parallèle au câble, multipliée par la longueur correspondante, cette opération pouvant se définir mathématiquement par l'intégration curviligne de la composante du champ magnétique parallèle à l'axe du câble. Lorsque l'on divise cette quantité par la tension appliquée à l'entrée du dispositif, on voit que celui-ci est caractérisé en fonction de la fréquence par une quantité ayant la dimension d'une admittance, quantité que nous appellerons ci-après l'admittance de transfert interne du dispositif selon l'invention. Pour caractériser des câbles destinés à des applications à hautes fréquences, un dispositif selon l'invention pourra être, à titre d'exemple non limitatif, destiné à pouvoir fonctionner dans une portion ou dans la totalité de la bande de fréquence 100 kHz à 100 MHz. Pour caractériser des câbles destinés à des applications à basses fréquences, un dispositif selon l'invention pourra être, à titre d'exemple non limitatif, destiné à pouvoir fonctionner dans une portion ou dans la totalité de la bande de fréquence 10 Hz à 100 kHz. Selon un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté sur la figure 1, un dispositif selon l'invention (1) comporte une embase en matière plastique (2), sur laquelle est articulée une mâchoire également en matière plastique (3) les pièces (2) et (3) étant prévues pour que l'on y insère un câble sous test (8), un connecteur d'entrée (4) de type N femelle, un tore en ferrite fendu (6), une bobine (5) de quelques spires à l'intérieur du tore et de même axe que celui-ci, et un manchon t7) permettant de centrer le câble par rapport à la bobine (5). La bobine (5) est réalisée en deux demi-bobines constituées chacune de demispires, pourvues de contacts électriques, une demi-bobine étant solidaire de l'embase (2), l'autre de la mâchoire (3), les deux demi-bobines formant lorsque la mâchoire est fermée un solénoide susceptible, lorsqu'il est parcouru par le courant injecté dans le connecteur d'entrée (4), de créer un champ magnétique quasiment parallèle à l'axe du câble. Le circuit magnétique formé par le tore en ferrite fendu (6) est également constitué de deux demi-tores mécaniquement solidaires respectivement de l'embase (2) et de la mâchoire (3). Le but de la présence d'une mâchoire articulée est bien entendu de permettre l'insertion du câble sous test dans le dispositif (1), et l'on voit sur la figure 1 qu'un système de verrouillage comportant un crochet et un ressort permet de maintenir la mâchoire en position fermée pendant les mesures. Il peut être intéressant de réaliser le dispositif de façon telle que le manchon (7) soit interchangeable de façon à pouvoir bien centrer des câbles de diamètres différents. La calibration du système peut alors être effectuée avec un câble étalon, pour la position que prend un câble sous test lorsqu'il est inséré dans le dispositif (1) au cours de mesures. Un spécialiste saura concevoir un câble étalon convenant bien à la réalisation envisagée. On notera qu'il peut être avantageux d'utiliser un câble étalon sans écran, par exemple constitué d'un conducteur rectiligne parallèle à l'axe du câble et d'un second conducteur hélicoïdal formant une hélice connue autour de l'axe du câble, les deux conducteurs étant moulés dans une matrice diélectrique mécaniquement rigide. Lors de mesures avec le dispositif (1) sur un câble multiconducteur avec écran, on pourra par exemple adopter la disposition de la figure 2, où les repères (1) et (8) représentent comme dans la figure 1 le dispositif selon l'invention et le câble sous test. A une première extrémité du câble sous test, deux conducteurs internes sont court-circuités et isolés, tandis que les autres conducteurs sont laissés en l'air, l'ensemble de cette terminaison étant isolé et enfermé dans un capuchon métallique (11) relié par une soudure le long du pourtour de l'écran du câble sous test. A l'autre extrémité du câble sous test on laisse les conducteurs internes en l'air, sauf ceux qui sont interconnectés à la première extrémité, l'un de ceux-ci étant relié à la masse du boîtier blindé (12), l'autre étant relié à la broche centrale d'un connecteur N femelle (13), la masse de ce connecteur et l'écran du câble étant reliés au boîtier blindé (12) qui enveloppe les conducteurs internes. Ce connecteur est relié à l'entrée d'un analyseur de spectre (10) par une ligne de transmission (par exemple un câble semi-rigide 50 Ohms), cet analyseur étant muni d'un générateur de poursuite dont la sortie fournit le signal d'entrée du dispositif selon l'invention. A partir des mesures effectuées avec cette installation, et de la calibration en fonction de la fréquence du dispositif selon l'invention, il est possible d'obtenir rapidement une mesure de l'impédance de transfert axiale du câble pour la configuration particulière des conducteurs internes adoptée, par exemple sur la bande de fréquence 10 kHz à 10 MHz. La mesure peut également être effectuée avec d'autres configurations particulières des conducteurs internes. Un dispositif selon l'invention peut donc être réalisé à partir de composants passifs uniquement. Un dispositif réalisé comme dans l'exemple précédent peut très bien permettre des mesures précises, à condition qu'il ne soit pas relié à la source de signal par un câble trop long par rapport à la longueur d'onde des signaux auxquels sont effectués les essais, car dans ce cas, du fait de l'impédance inductive que présente le dispositif, il est désadapté par rapport à la ligne de transmission qui l'alimente, et un régime d'onde stationnaire va s'établir entre le dispositif et la source à laquelle il est relié. Ce régime d'onde stationnaire perturbe les mesures car il devient difficile de savoir quelle est la tension réellement appliquée au dispositif (1). Une solution à ce problème est de réaliser un dispositif selon l'invention muni de circuits capables de stabiliser son impédance d'entrée au voisinage d'une valeur résistive assez indépendante de la fréquence. Ce résultat de stabilisation peut être par exemple obtenu en incorporant au dispositif un atténuateur, ce procédé étant bien connu des spécialistes. Si l'incorporation d'un atténuateur permet bien de stabiliser son impédance d'entrée à une valeur pratiquement indépendante de la fréquence, par exemple de 50 Ohms, elle conduit bien entendu à une réduction de l'admittance de transfert interne du dispositif selon l'invention. 11 est également possible de réaliser un dispositif selon l'invention avec des circuits actifs. On peut, à titre d'exemple non limitatif, munir un dispositif selon l'invention d'un amplificateur attaquant l'enroulement produisant le champ magnétique, cet amplificateur étant spécialement conçu pour s'accommoder de l'impédance inductive de l'enroulement, et pour présenter une impédance d'entrée aussi indépendante que possible de la fréquence. On peut également prévoir la conception d'un amplificateur comportant une pluralité d'étages de sortie, chaque étage attaquant un enroulement différent, et le champ magnétique total résultant du courant dans l'ensemble des enroulements : cette technique permet de faire fonctionner le dispositif selon l'invention à des fréquences plus élevées. On notera également qu'un dispositif selon l'invention peut être réalisé de façon à être réciproque, et qu'il peut dans ce cas être utilisé pour mesurer le champ magnétique rayonné localement par un câble sous test dont les conducteurs internes seraient excités par un générateur. Le dispositif selon l'invention décrit sur la figure 1 est bien entendu réciproque. Ceci signifie en particulier que si sur la figure 2 on échange les connexions de l'entrée de l'analyseur de spectre et de la sortie du générateur de poursuite, le niveau lu est le même. Ce mode d'utilisation du dispositif selon l'invention peut s'avérer intéressant dans certains cas. Le dispositif selon l'invention peut être employé pour la mesure de l'impédance de transfert axiale des câbles. Il permet une localisation des défauts sur les écrans de câble avec écran. Il permet des mesures sur des câbles installés et sur les câbles ramifiés. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la caractérisation des imperfections des écrans de câble avec écran, comportant une entrée permettant d'appliquer un signal électrique, caractérisé en ce qu'il permet de produire dans une région bien déterminée de l'espace destinée à être traversée par un câble sous test, un champ magnétique variable pratiquement parallèle à l'axe du câble, pratiquement homogène et dépendant linéairement du signal à l'entrée, le champ magnétique étant canalisé par au moins un circuit magnétique en ferrite, ce ou ces circuits magnétiques étant destinés à canaliser les lignes de champ magnétique à l'extérieur du volume occupé par le câble sous test, et le dispositif étant calibré de façon à ce que l'on connaisse, en fonction de la fréquence et dans une bande de fréquence ayant une intersection non vide avec l'intervalle spectral 10 kHz à 10 MHz, le rapport entre l'intégrale curviligne du module de la composante du champ magnétique appliqué parallèlement à l'axe du câble le long de la portion du câble soumise à un champ non négligeable, et l'amplitude de la tension du signal électrique appliqué à l'entrée du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est destiné à pouvoir fonctionner dans une portion ou dans la totalité de la bande de fréquence 100 kHz à 100 MHz. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est destiné à pouvoir fonctionner dans une portion ou dans la totalité de la bande de fréquence 10 Hz à 100 kHz. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé à partir de composants passifs uniquement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est muni de circuits capables de stabiliser son impédance d'entrée au voisinage d'une valeur résistive assez indépendante de la fréquence. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il incorpore un atténuateur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou 5 à 6, caractérisé en ce qu'il incorpore des circuits actifs. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou 5 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur conçu pour présenter une impédance d'entrée aussi indépendante que possible de la fréquence, et comportant un ou plusieurs étages de sortie, chaque étage attaquant un enroulement différent, le champ magnétique total résultant du courant dans l'ensemble des enroulements. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une mâchoire articulée (3) et une embase (2), un système de verrouillage permettant de maintenir la mâchoire en position fermée pendant les mesures. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine réalisée en deux demi-bobines constituées chacune de demi-spires pourvues de contacts électriques, une demi bobine étant solidaire de l'embase (2), l'autre de la mâchoire (3), les deux demi-bobines formant lorsque la mâchoire est fermée un solénoide susceptible, lorsqu'il est parcouru par un courant, de créer un champ magnétique quasiment parallèle à l'axe du câble.