Simulation numérique CEM du test BCI (Bulk Current Injection) de la norme aéronautique DO 160

EMC numerical simulation of BCI test based on aeronautic standard DO 160 (FUI17)

• Auteur / Autrice : Mor Sokhna Diop
• Direction : Edith Clavel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 28/09/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Alain Reineix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Vollaire, Fabien Ndagijimana
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Baranowski, Belahcene Mazari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Normes

Avions -- Équipement

Modèles mathématiques

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Méthodologie de simulation

CEM

Norme aéronautique DO 160

Test BCI (Bulk Current Injection)

Simulation methodology

EMC

Aeronautic standard DO 160

BCI (Bulk Current Injection) test

Résumé

Ces travaux de recherche présentent une modélisation/Simulation du Test BCI (Bulk Current Injection) sous contrainte RTCA – DO 160, test de qualification des équipements très contraignant en termes de coûts et délais. Lors de sa réalisation, il présente aussi beaucoup de disparités dont il est parfois difficile d’identifier les sources et de les maîtriser lors du test avec une maquette physique. La simulation présente tout son intérêt dans l’étude de ces phénomènes (qui peuvent avoir un impact non moins significatif sur les résultats de test) mais aussi la répétabilité des essais.Dans un premier temps, une méthode de modélisation du couplage pince d’injection de courant et câbles est établie qui tient compte de l’évolution en fonction de la fréquence du noyau de ferrite du transformateur RF (Pince de courant) et des paramètres linéiques des câbles. Deux modèles sont principalement proposés dans ces travaux :- Un modèle générique, modèle circuit constitué uniquement d’éléments passifs RLC et élaboré (sous SPICE) à partir de la mesure des paramètres S. Ce modèle fait apparaitre la zone de couplage entre pince et câbles au secondaire.- Un modèle magnétique, macro-modèle développé sous le logiciel Flux2D. Les paramètres géométriques du modèle sont renseignés à partir de la connaissance des dimensions de la pince (diamètres intérieur /extérieur, longueur) et des câbles (diamètres/longueurs). Les paramètres physiques de la pince de courant particulièrement la perméabilité magnétique complexe du noyau de ferrite est obtenue à partir de la mesure du coefficient de réflexion au port d’entrée de la pince et extraction en post-traitement.Les validations dans le domaine fréquentiel ont été effectuées avec une bonne corrélation entre simulations et mesures dans la bande BCI [10 kHz – 400 MHz]. Ces résultats obtenus ont permis l'élaboration d'un modèle complet du test BCI (sous l’outil logiciel PAM-CEM/CRIPTE) qui tient compte d’un toron aéronautique complexe et de l’EST (Équipement Sous Test modélisé au laboratoire Ampère de Lyon). Il est constitué du générateur de perturbation (qui fait office de pince d’injection de courant), du modèle du toron de câbles (constitué de paires torsadées blindées, de paires non-blindées, …) et de l’EST (Équipement Sous Test) dans la bande [10 kHz – 400 MHz]. La bonne concordance entre simulations et mesures laisse présager une utilisation par les avionneurs ou équipementiers pour des études paramétriques concernant le test BCI (influence de la disposition des câbles, queue de cochon, longueur toron, disposition de l’EST par rapport au plan de masse, …) et/ou pour une virtualisation dans une phase de pré-qualification des équipements.Mots clés : CEM (Compatibilité ElectroMagnétique), Test BCI (Bulk Current Injection), Modélisation/Simulation, Norme aéronautique DO 160.

This work presents a modeling/simulation approach of BCI (Bulk Current Injection) test under constraint RTCA - DO 160. This qualification test of equipment is very constraining in terms of cost and deadline. During the test, there are also many disparities for which it is difficult to identify sources (and control them) with a physical test setup. The simulation is of interest in the study of phenomena (which can have negative impacts on test results) but also the repeatability of tests.First, a method of modeling for the probe/cables coupling is established which takes into account the variation with frequency of the RF transformer (current probe) of the magnetic ferrite core and the linear parameters of cables (skin/ proximity effects). Two models are proposed in this work:- A generic model which is made up solely of passive elements RLC and elaborated (with SPICE software) from the measurement of S-parameters. It shows the coupling zone between probe and cables (secondary winding).- A magnetic macro-model developed with the Flux2D software. Its geometrical parameters are defined from dimensions of the probe (inner/outer diameter, length) and cables (diameters / length). Physical parameters of the current probe, particularly the complex magnetic permeability of the ferrite core, are obtained from measurement of the S-parameter at the input port of the probe and post-treatment extraction.Frequency domain validations were performed with a good correlation between simulations and measurements in the BCI band ([10 kHz - 400 MHz]).These results led to the development of a complete virtual BCI test (with PAM-CEM / CRIPTE software), which take into account an aeronautic complex harness and a DUT (Device Under Test which is modeled at Ampère laboratory). It consists of disturbance generator, harness model (consisting of shielding twisted cables, no shielding cables, etc.) and DUT (Device Under Test) in the band [10 kHz - 400 MHz].The good correlation between simulations and measurements suggests a use by the aircraft manufacturers or equipment manufacturers for parametric studies about BCI test (uncertainties related to cable positions, pigtail, cable length, DUT position with respect to the ground plane, ...) and /or for virtualization in a pre-qualification phase of the equipment.Keywords: EMC (ElectroMagnetic Compatibility), BCI (Bulk Current Injection) test, Modeling/Simulation, DO 160 aeronautic standard.