FR2494515A1 - Procede et dispositif de protection d'un appareil electronique contre les effets destructifs des impulsions electromagnetiques de grande puissance - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF EN VUE DE LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE DE PROTECTION D'UN APPAREIL ELECTRONIQUE CONTRE LES EFFETS DESTRUCTIFS DES IMPULSIONS MAGNETIQUES DE GRANDE PUISSANCE, CARACTERISE EN CE QU'UNE CANALISATION EN PROVENACE DE L'EXTERIEUR EST DIRIGEE SUR L'APPAREIL A PROTEGER PAR L'INTERMEDIAIRE ET DANS L'ORDRE D'AU MOINS UN ELEMENT DE PROTECTION DE MOINS GRANDE SENSIBILITE 2 D'AU MOINS UN CIRCUIT DE TEMPORISATION V A SELECTION DE FREQUENCE ET D'AU MOINS UN ELEMENT DE PROTECTION DE GRANDE SENSIBILITE 3 RELIE DIRECTEMENT A L'APPAREIL ELECTRONIQUE 4 A PROTEGER A L'AIDE DE BORNES DE RACCORDEMENT.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de protection d'un appareil

électronique contre les effets destructifs des impulsions électromagnétiques de grande

puissance, notamment celles d'origine nucléaire. Cette mê-

me invention se rapporte également à un dispositif permet-

tant de mettre en oeuvre ce procédé.

L'état antérieur de la technique dans le domaine de l'invention est illustré notamment par les publications suivantes. 1 - EMP Radiation and Protective Technique par L.W. Ricketts, J.E. Bridges et J. Miletta Ed. John Wiley and Sons - New-York 1956

ISBN 0-471-01-403-6 notamment la figure 4.51 page 205.

2 - Brevet américain No 4 021 759 3 - Demande allemande mise à l'inspection publique sous le

NO 25 50 915.

4 - Demande allemande publiée sous le NO 27 53 171.

- EMP Electronic Design Handbook - Boeing, Seattle Washington. Des équipements de protection comportant soit des éléments de sensibilité moins grande, tels que des tubes à décharge ou des éclateurs, soit des éléments de très grande sensibilité tels que des semi-conducteurs et/ou des varistors intercalés à la suite d'un coupe-circuit et/ou d'une impédance sont amplement connus. On connatt

également le principe selon lequel on intercale une cel-

lule de temporisation entre l'élément de moins grande sen-

sibilité et l'élément de très grande sensibilité.

L'invention se propose d'apporter un procédé et un

dispositif améliorés par rapport à ces solutions connues.

En conséquence cette invention concerne un procédé

de protection d'un appareil électronique contre les ef-

fets destructifs des impulsions magnétiques de grande puissance en utilisant des éléments de protection contre la surtension connus, caractérisé en ce que l'énergie des impulsions, couvrant une bande de fréquence très large, est répartie, en fonction des fréquences, de manière que les fractions de l'énergie, qui se situent dans la plage

de la fréquence de fonctionnement de l'appareil à proté-

ger ou qui se situent dans une zone déterminée de cette

plage sont retardées dans le temps, alors que les frac-

tions de cette énergie, qui se situent en dehors de ces

plages, sont réfléchies dans l'espace.

Elle vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié ci-dessus, ce procédé étant caractérisé en ce qu'une canalisation en provenance de l'extérieur est dirigée sur l'appareil à protéger par l'intermédiaire et dans l'ordre d'au moins un élément de

protection de moins grande sensibilité d'au moins un cir-

cuit de temporisation à sélection de fréquence et d'au moins un élément de protection de grande sensibilité relié directement à l'appareil électronique à protéger à l'aide

de bornes de raccordement.

D'autres caractéristiques et avantages de cette in-

vention ressortiront de la description ci-après, donnée

uniquement à titre d'exemple nullement limitatif en réfé-

rence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente l'allure typique dans le temps de l'intensité de champ d'une impulsion électromagnétique

d'origine nucléaire.

La figure 2 représente l'allure de l'intensité de

champ en fonction de la fréquence.

La figure 3 est un schéma par bloc d'un exemple de

réalisation d'un dispositif selon l'invention.

La figure 4 représente à titre d'exemple le comporte-

ment dans le temps de la tension à la sortie d'un élément

de protection de sensibilité moins grande.

La figure 5 représente à titre d'exemple le comporte-

ment dans le temps d'une impulsion perturbatrice à la

sortie d'un circuit de temporisation à sélection de fré-

quence. La figure 6 représente une impulsion perturbatrice selon la figure 5 contrôlée par un élément de protection

de grande sensibilité.

La figure 7 est un schéma de montage d'un filtre passe-bas. La figure 8 est un schéma de montage d'un filtre passe-bande. La figure 9 est un schéma de montage d'un filtre passe-haut. La figure 10 est un schéma de montage d'un filtre

équipant un premier exemple de réalisation.

La figure 11 reflète schématiquement la réalisation

pratique d'un premier exemple de réalisation.

La figure 12 est un schéma de montage d'un filtre équipant un deuxième exemple de réalisation et La figure 13 reflète schématiquement la réalisation

pratique d'un deuxième exemple de réalisation.

Des impulsions électromagnétiques de grande puissance,

notamment celles provoquées dans l'espace par les explo-

sions nucléaires peuvent avoir un effet destructif sur les

appareils électroniques installés à des centaines de kilo-

mètres du lieu de l'explosion. Ces répercussions ont bien entendu provoqué des initiatives de tous genres dans le

but bien précis d'empêcher ou dtentraver de tels effets.

Ces problèmes sont commentés amplement dans l'ouvrage cité ci-dessus intitulé: " EMP Radiation and Protective Techniques " a Wiley Intersience Publication Edit. John Wiley and Sons New-York 1976 Si l'on sait par exemple qu'un blindage métallique posé dans les règles de l'art assure, pour une certaine catégorie d'appareils, une protection souvent suffisante, il n'en est pas de même en ce qui concerne une certaine

catégorie d'appareils électroniques du domaine des trans-

missions et des télécommunications, tels que les appareils émetteurs ou récepteurs o le problème reste entièrement posé. Dans la pratique, les postes émetteurs tout comme les postes récepteurs à ondes courtes par exemple, sont branchés sur une antenne indépendante ou sur une antenne collective ou sur un feeder. Il est établi que cette antenne individuelle ou collective ou encore le feeder, aboutissant à l'air libre, répercute instantanément sur l'appareil correspondant l'énergie des impulsions captée dans l'espace, quelque soit d'ailleurs le blindage appli- qué à cet appareil. Une fraction-au moins de cette énergie des impulsions se situe dans la plage de la fréquence de travail de l'émetteur ou du récepteur concerné et atteint ainsi la plage de travail au travers du filtre d'entrée du récepteur, voire du filtre de sortie de l'émetteur,

filtres connus l'un et l'autre pour leur grande perméa-

bilité.

Une explosion nucléaire éventuelle n'est guère pré-

visible. Il n'est donc pas possible d'assurer la protec-

tion des appareils par le débranchement préalable de l'an-

tenne. Or, les appareils électroniques doivent en prin-

cipe être en état de fonctionner sans interruption aucune.

Bien entendu, cette permanence est "suspendue" pendant le déroulement de l'explosion étant donné que pendant cette

période critique les conditions de transmission des si-

gnaux sont profondément perturbées. Ce n'est qu'à la fin d'une période d'affaiblissement que les appareils doivent

obligatoirement avoir retrouvé leur état de fonctionne-

ment normal.

Compte tenu du problème ainsi posé, il incombe à l'invention-de créer, d'une part et en faveur des appareils électroniques tels que les émetteurs et les récepteurs, un procédé de protection contre les effets destructifs des impulsions de grande puissance, notamment des impulsions

d'origine nucléaire et, d'autre part, un dispositif per-

mettant d'appliquer ce procédé.

Sur les récepteurs tout comme sur les émetteurs, les niveaux des signaux utiles sont infiniment plus faibles que les impulsions perturbatrices d'origine nucléaire. On

connait des récepteurs qui sont dimensionnés pour la ré-

ception de signaux de l'ordre de grandeur d'un volt, voire même inférieur à un volt. Par ailleurs certains postes à ondes courtes, utilisés par l'armée par exemple, sont dimensionnés pour des puissances de plusieurs kilowatts, ce qui aux impédances d'antennes traditionnelles fait apparattre des niveaux de tension pouvant atteindre 100 volts.

Par contre, les impulsions électromagnétiques d'ori-

gine nucléaire se traduisent par des intensités de champ de l'ordre de 100 kV par mètre et des courants induits de 250 ampères par mètre. Les niveaux perturbateurs sont donc infiniment plus élevés que les niveaux des signaux

utiles pour lesquels les appareils sont normalement di-

mensionnés. Une particularité des impulsions électromagnétiques d'origine nucléaire apparait dans leur grande raideur de flanc. Ainsi l'on peut affirmer qu'un temps de croissance de 10 à 50 nano-secondes suffit pour atteindre la valeur maximale d'une telle impulsion. Le temps de décroissance

se situe par contre aux environs d'une microseconde.

Le spectre de fréquences d'une impulsion électro-

magnétique d'origine nucléaire couvre une plage s'étalant entre environ 1 mégahertz et environ 100 mégahertz, la fraction la plus importante de l'énergie se situant entre

kilohertz et 100 mégahertz.

Or, un appareil émetteur ou récepteur à ondes courtes utilisé par l'armée devra être équipé dans une gamme de

à 15 mégahertz pour fonctionner normalement. Il appa-

raIt ainsi que la plage de fonctionnement de cet appareil

est comprise dans le spectre de l'impulsion électromagné-

tique d'origine nucléaire, ce qui, malgré les mesures de blindage appliquées à l'appareil au niveau des bornes de

l'antenne émettrice ou réceptrice, ne peut empêcher l'éner-

gie de l'impulsion électromagnétique de pénétrer librement dans l'appareil. Elle y pénètre d'ailleurs d'autant plus facilement que la bande passante du filtre d'entrée, c8té réception, voire du filtre de sortie c8té émission, se

situe dans la zone spectrale de l'impulsion électromagné-

tique. L'entrée de l'énergie perturbatrice et en l'occur-

rence destructrice, se situera donc inévitablement dans la plage de fonctionnement de l'appareil à protéger,

c'est-à-dire dans le cas présent entre 10 et 15 mégahertz.

Pour barrer efficacement l'accès de l'énergie des-

tructrice des impulsions dans l'appareil à protéger, il

est proposé de combiner au moins deux mesures de protec-

tion différentes. La première de ces mesures consiste à

fractionner au niveau de la fréquence, l'énergie perturba-

trice captée soit par l'antenne individuelle, soit par l'antenne collective, soit par le feeder et à ne consentir

l'accès dans l'appareil qu'à la seule fraction de l'éner-

gie de l'impulsion perturbatrice, à bande large, qui se

situe dans la plage de fonctionnement effective de l'appa-

reil à protéger ou qui se situe dans une partie seulement de cette plage de fonctionnement, alors que les fractions de l'énergie perturbatrice se situant en-dehors de ces plages sont réfléchies. La deuxième mesure consiste à temporiser (dans le temps) la fraction de l'énergie de

l'impulsion à diriger sur l'appareil, de manière que l'or-

dre d'allumage optimal ou l'ordre de réponse optimal des éléments de protection contre la surtension de grande et de moins grande sensibilité ne soit en aucune manière perturbé.

Un dispositif en vue de la mise en oeuvre de ce pro-

cédé comporte, selon une méthode connue, au moins un élé-

ment de protection contre la surtension de moins grande sensibilité et au moins un élément de protection contre la surtension de très grande sensibilité. Le montage est réalisé de manière que l'antenne individuelle ou l'antenne

collective ou le feeder qui conduit l'énergie de l'impul-

sion perturbatrice est dirigée en premier lieu sur un élément de protection à moins grande sensibilité, avant de passer par un circuit de temporisation à sélection de fréquence d'abord et par un élément de protection contre la surtension à très grande sensibilité ensuite, pour aboutir finalement à la borne de branchement de l'appareil à protéger, c'est-à-dire à l'entrée d'un poste récepteur

ou à la sortie d'un poste émetteur.

La figure 1 représente le comportement typique dans

le temps de l'intensité de champ d'une impulsion électro-

magnétique d'origine nucléaire. L'intensité de champ maximum est atteinte à l'issue d'un temps de montée de

à 50 nanosecondes seulement. La décroissance de l'im-

pulsion électromagnétique d'origine nucléaire s'étend par

contre sur 1 microseconde.

La figure 2 représente le comportement d'une inten-

sité de champ "F" d'une impulsion électromagnétique d'ori-

gine nucléaire en fonction de la fréquence. La fraction la plus importante de l'énergie couvre une plage de 0,1

à 100 mégahertz.

La caractéristique de transport "D" d'un circuit de temporisation "V" (non représenté dans la figure) est

matérialisée par une ligne mixte. Le circuit de temporisa-

tion "V" comporte ainsi une caractéristique de transfert "D" adaptée à la plage de fonctionnement "B" de l'appareil

à protéger ou à une fraction seulement de cette plage.

Cette même caractéristique de transfert "D" du circuit de temporisation "V" subdivise la plage totale en plage inférieure "Au et en plage supérieure "C" qui encadrent

la plage de fonctionnement "B" de l'appareil à protéger.

Ce montage du circuit de temporisation "V" à sélec-

tion de fréquence permet de réfléchir les fractions de l'énergie d'impulsion se situant tant dans la plage de fréquences inférieure "A" que dans la plage de fréquences supérieures et de ne diriger sur l'appareil à protéger qu'une faible partie des impulsions, en l'occurrence la

partie comprise dans la plage de fréquences "B".

Lorsque la plage de fonctionnement "B" d'un appareil à protéger se situe à l'extrémité inférieure du spectre des perturbations, l'élément de temporisation peut être

un filtre passe-bas. Lorsque par contre la plage de fonc-

tionnement se situe à l'extrémité supérieure de ce spectre,

l'élément de temporisation peut être un filtre passe-haut.

En général, le circuit de temporisation à sélection

de fréquence sera un filtre passe-bande. La limite infé-

rieure de fréquences d'un tel filtre passe-bande sera avantageusement assortie d'un facteur de 1,5, ce qui mi n porte cette limite inférieure à f= 15 alors que la limite supérieure des fréquences f sera de 1,5 x f x fmi et fma sont les fréquences limites de la plage de fonctionnement B de l'appareil à protéger ou une partie

seulement de cette plage de fonctionnement.

Une autre disposition avantageuse consiste à combiner sur un poste émetteur le filtre d'harmonique en forme d'élément de temporisation V avîec un élément de protection contre la surtension de moins grande sensibilité et un élément de pro tection contre la surtension de très grande

sensibilité. Une protection encore plus efficace de l'ap-

pareil à protéger peut être obtenue en subdivisant tant la plage de fonctionnement B de l'appareil que le circuit

de temporisation en plages B1, B2 etc... commutables.

La figure 3 présente le schéma bloc d'un exemple de

réalisation. Une antenne 1 est reliée à un élément de pro-

tection de moins grande sensibilité 2, tel par exemple un éclateur ou un tube à décharge. Cet élément de protection 1 aboutit sur un circuit de temporisation V qui peut être un filtre passe-bande adapté à la plage de fonctionnement de l'appareil à protéger 4. Ce circuit de temporisation V est relié à un élément de protection à grande sensibilité

3 qui peut être soit un élément semi-conducteur, soit un -

varistor. L'équipement de protection dans son ensemble est désigné par la référence 1. L'élément de protection à grande sensibilité est raccordé directement à l'appareil électronique à protéger 4, qui peut être soit l'entrée

d'un récepteur à ondes courtes, soit la sortie d'un émet-

teur à ondes courtes.

Des moyens de protection de moins grande sensibilité

sont certes susceptibles de traiter des énergies relati-

vement importantes. On leur reproche toutefois de ne ré-

pondre qu'avec temporisation d'environ 10 nanosecondes.

2 4 945 1 5

Compte tenu de la grande raideur de flanc des impulsions

magnétiques d'origine nucléaire (voir figure 1), l'im-

pulsion perturbatrice atteint, pendant ce temps de ré-

ponse, une valeur U déjà très importante, ce qui fait que l'on se trouve en présence d'une impulsion I à flanc

très raide après le temps de réponse estimé à T a La ré-

ponse du moyen de protection de moins-grande sensibilité 2 provoque l'effondrement de la tension sur celui-ci de manière que la tension résiduelle ou de décharge U2 qui en résulte couvre la période qui s'étend entre l'origine de la réponse t et l'origine de la décroissance t2. La figure 4 présente l'allure de la tension à la sortie d'un

circuit de protection de moins grande sensibilité 2.

Des moyens de protection de grande sensibilité, tels

que les semi-conducteurs, les varistors ou d'autres élé-

ments de même type ont l'avantage, comparés aux éléments

de moins grande sensibilité, d'être efficaces instantané-

ment, c'est-à-dire sans temporisation. Or, en général ils ne sont pas qualifiés pour le traitement des énergies très importantes. Par contre, ils sont parfaitement capables

de limiter les impulsions perturbatrices à un niveau net-

tement plus bas que ne le feraient les éléments de moins

grande sensibilité. Ils peuvent ainsi être appelés à assu-

rer la protection des appareils électroniques de haute

sensibilité beaucoup plus efficacement. Il est donc recom-

mandé d'utiliser un couplage en cascade comportant au moins un élément de protection de moins grande sensibilité et au moins un élément de grande sensibilité. Entre ces deux éléments de protection, l'on peut intercaler soit une

résistance, soit une inductance.

Dans le cas o l'on se contenterait de brancher l'é-

lément de protection de grande sensibilité en parallèle

avec l'élément de moins grande sensibilité, soit directe-

ment, soit par l'intermédiaire d'une résistance, la réac-

tion plus rapide, c'est-à-dire la réaction non temporisée de l'élément de grande sensibilité entraverait la réponse de l'élément de moins grande sensibilité, ce qui dirigerait la totalité de l'énergie perturbatrice sur l'élément de

grande sensibilité qui devrait assurer ainsi une fonc-

tion à laquelle il n'est pas destiné. C'est donc pour

cette raison qu'il est avantageux et recommandé d'inter-

caler un circuit de temporisation "'V" entre l'élément de

moins grande sensibilité et l'élément de grande sensibi-

lité si l'on veut obtenir un déroulement optimal dans le temps de l'amorçage, voire de la réponse des deux éléments

de protection.

Cette mesure connue est commentée dans l'ouvrage "EMP Radiation and Protective Techniques" Chapitre 4.5 et figure 4.51 qui propose d'utiliser un bout de câble en tant

qu'élément de temporisation "V".

Cette solution constitue certes un progrès comparé aux méthodes antérieures, ce qui toutefois ne doit pas faire oublier l'inconvénient selon lequel la totalité de

l'énergie perturbatrice, qui jusqu'alors avait été absor-

bée par l'antenne en attendant la réaction, c'est-à-dire la réponse de l'élément de moins grande sensibilité 2, se

trouve présentement dirigée sur l'élément de grande sensi-

bilité 3, ce qui représente un danger certain tant pour cet élément que pour l'appareil 4 qu'il est appelé à protéger. Par ailleurs, la solution "du bout de câble" conduit à une installation encombrante surtout que l'on sait que ce "bout" est constitué de quelques mètres de

câble de haute tension.

L'invention propose donc de faire appel à un circuit

de temporisation V, sélecteur de fréquences qui, en l'oc-

currence, pourrait être un filtre passe-bande. Ainsi, selon la figure 2, seule la fraction de l'énergie perturbatrice se trouvant dans la plage de fonctionnement B aboutit à l'élément de grande sensibilité 3, alors que les fractions

comprises dans les plages A et C sont réfléchies donc éva-

cuées, c'est-à-dire "renvoyées" par le canal de l'antenne.

Les effets conjugués de l'élément de moins grande sensibilité 3 et le circuit de temporisation V produisent

une impulsion perturbatrice I2 retardée et très affaiblie.

Ce qui a pour effet non seulement de dégager considéra-

blement l'élément de grande sensibilité 3, mais aussi et surtout de ne diriger sur cet élément 3 que la seule quantité d'énergie perturbatrice qu'il est capable de maîtriser. D'autres avantages sont acquis par le fait que pour réaliser le circuit de temporisation V à sélection de

fréquence, c'est-à-dire le filtre passe-bande, les capa-

cités propres des éléments de grande sensibilité 3 et de moins grande sensibilité 2 ont été prises en compte pour la définition des capacités exigées par ce circuit de temporisation. Un autre avantage non moins important réside dans le fait que ces éléments de protection sont

branchés en série avec des diodes. En général, les élé-

ments de protection de grande sensibilité sont connus pour leur capacité spécifique très élevée qui font que pris isolément ils ne sont utilisés que pour les plages de

basse fréquence et plus spécialement les plages de la fré-

quence vocale. En intercalant des diodes appropriées à faible capacité, cet inconvénient peut être écarté tout à l'avantage de l'utilisation préconisée dans le cadre de

la présente invention.

La figure 5 présente l'allure d'une impulsion pertur-

batrice à la sortie d'un circuit de temporisation V à sélection de fréquences. L'on constate que l'impulsion I2 à la sortie du circuit de temporisation V apparaît décalée d'une période de temporisation de At = t - t, par rapport à l'impulsion I1 de la figure 4 et quq, sous l'effet de la sélection de fréquence du circuit de temporisation V,

son flanc est nettement moins raide.

Cette impulsion I2g très nettement amortie et tempo-

risée de la figure 5, voit son amplitude encore limitée

sous l'effet de l'élément de protection de grande sensi-

bilité 3 intercalé à la suite du circuit de temporisation V. Ainsi, il apparaît à la sortie de l'élément de grande sensibilité 3 et, a fortiori, à la sortie du dispositif de protection 5 (figure 3) une impulsion perturbatrice I3 (figure 6) dont l'énergie considérablement réduite ne

représente plus aucun danger pour l'appareil à protéger.

Ce dispositif de protection 5 dans son ensemble fournit

ainsi une impulsion perturbatrice I3 temporisée et consi-

dérablement amortie qui ne constitue plus le moindre dan-

ger, ni pour les appareils à protéger 4 les plus sensi-

bles, tels les récepteurs à ondes courtes ou les émet-

teurs à ondes courtes, ni pour les éléments semi-conduc-

teurs qu'ils contiennent.

D'autres avantages non négligeables viennent encore

s'ajouter à la réduction de l'énergie perturbatrice ini-

tiale dirigée sur les appareils à protéger 5. Pour éviter l'émission d'harmoniques perturbatrices par les émetteurs, on intercale couramment un filtre d'harmoniques entre

l'émetteur et son antenne. En respectant un dimensionne-

nment approprié, ce rôle de filtre d'harmoniques peut avan-

tageusement être confié en plus à un circuit de tempori-

sation V du type défini par l'invention, ce qui ne devrait guère provoquer des coûts supplémentaires. Cet équipement constitué par le circuit de temporisation ne se limite pas aux seule émetteurs. Il peut avantageusement être appliqué dans le cadre de la protection des récepteurs, étant donné que les éléments sélecteurs supplémentaires branchés en série permettent de supprimer la fréquence image et/ou d'éliminer les émetteurs travaillant sur une fréquence intermédiaire. Par ailleurs, le rapport signal/

bruit peut également être très nettement amélioré.

L'on sait qu'au travers du signal de sortie des émetteurs, des distorsions des signaux, c'est-à-dire des harmoniques, peuvent apparaître au niveau des éléments de protection de grande précision, tels que les varistors ou les diodes. Si, comme le voudrait la tradition appliquée au niveau actuel de la technique, l'on utilisait "un bout" de câble, en remplacement du circuit de temporisation V, ces harmoniques emprunteraient ce câble de temporisation

pour aboutir sur l'antenne qui provoquerait leur disper-

sion dans l'espace. Or, compte tenu de la réglementation très stricte sur la présence des harmoniques dans les

signaux des émetteurs, il est recommandé de ne pas recou-

rir à de telles pratiques.

Un autre avantage de l'invention réside donc dans le fait qu'en plus des harmoniques originelles du signal de

sortie de l'emetteur ce sont aussi et surtout les harmo-

niques qui sont provoquées par le ou les éléments de pro-

tection de grande sensibilité qui sont empêchés par le

circuit de temporisation V d'aboutir à l'antenne.

* Dans le cas o le dispositif de protection 5 (figu-

re 3) équipe effectivement un poste émetteur, il se pour-

rait qu'en présence d'un niveau démission suffisant le ou les éléments de protection de moins grande sensibilité,

tel une cellule à gaz amorcée par une impulsion perturba-

trice extérieure, ne 's'éteigne pas" après l'étouffement

de celle-ci, étant donné que l'énergie nécessaire au main-

tien de la tension de décharge (voir figure 4 - U2) est dorénavant fournie par l'émetteur. Bien entendu, une telle situation n'est souhaitable en aucun cas. Elle doit et peut donc être évitée en intercalant un coupe-circuit, tel un fusible par exemple, dans une branche longitudinale du circuit de temporisation. Il est possible également de

faire appel à un déclencheur de surcharge répondant auto-

matiquement en cas de perturbation.

Dans le cadre de l'invention, le circuit de tempo-

risation V à sélection de fréquence utilisé est réalisé sous forme de filtre. La structure et le dimensionnement d'un tel filtre sont définis également par la position de la plage de fonctionnement B de l'appareil à protéger 4 (voir figure 3) compte tenu de l'allure de l'intensité de champ F de l'impulsion perturbatrice en fonction de la

fréquence (voir figure 2).

Lorsque la plage de fonctionnement B de l'appareil à protéger 4 se situe dans la zone inférieure du spectre,

c'est-à-dire dans la zone inférieure de-la plage de fré-

quence A, le filtre peut être (ou sera de préférence) un filtre passe-bas répondant à la structure schématisée par

la figure 7. Lorsque, par contre, la plage de fonctionne-

ment B se situe dans la plage de fréquence médiane comme le montre la figure 2, on utilisera de préférence un filtre passe-bande répondant à la structure de la figure 8 et dans le cas enfin o la plage de fonctionnement B se situe dans la zone supérieure de la plage de fréquence C (voir figure 2), c'est-à-dire dans la gamme d'environ MHz, on utilisera avantageusement un filtre passe-haut répondant à la structure schématisépar la figure 9. La lettre "n" désigne le nombre d'éléments d'un filtre, alors

que l'indice 1.0 désigne la charge normalisée.

Les filtres du type précité sont connus. Leur dimen-

sionnement est défini compte tenu de la largeur de bande, de la structure et du pouvoir d'amortissement voulus. L'on dispose à cet effet de toute une gamme de tableaux et de formules d'adaptation appropriés. A cet effet, il n'est pas inutile de citer les documents publiés ci-après 6) Handbook of Filter Synthesis Anatol I. Zverev John Wiley and Sons, Inc. New-York 1967 Library of Congress Catalog - Card Number 67-17.352 et 7) Tabellenbuch "Tiefpâsse" Gerhard Pfitzmaier Siemens AG Berlin - M nchen 1971

On trouvera ci-après la description détaillée de deux

exemples de réalisation concrets.

Exemple de réalisation Type de filtre utilisé: Filtre passe-bande selon la figure 10 Valeurs utilisées: puisées dans l'ouvrage cité sous 60)

ci-dessus notamment sur la page 312.

L'appareil à protéger 4 est un récepteur à ondes cour-

tes dont la résistance d'entrée Re est de 50 ohms. La

plage de fonctionnement s'étend entre 1,2 MHz et 12 MHz.

Le filtre comprend les quatre circuits suivants:

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- Premier circuit 5-: premier circuit anti-résonnant équipé d'un condensateur 6 et d'une inductance 7 - Deuxième circuit 8: premier circuit oscillant série équipé d'un condensateur 10 et d'une inductance 9 Troisième circuit il: deuxième circuit anti-résonnant équipé d'un condensateur 12 et d'une

inductance 13.

- Quatrième circuit 14: deuxième circuit oscillant série équipé d'un condensateur 16 et d'une

inductance 15.

L'appareil à protéger 4 est relié par l'intermédiaire de ses bornes d'entrée aux bornes d'entrée 17 et 18 du

filtre. Les bornes de sortie 19 et 20 du filtre sont re-

liées soit à l'antenne individuelle, soit à l'antenne col-

lective, soit au feeder 1, à l'effet de quoi le filtre constituant le circuit de temporisation V à sélection de fréquences comprend, sur le c5té sortie, la résistance

terminale Ra.

Le circuit de temporisation V à sélection de fréquen-

ces, réalisé sous forme de filtre passe-bande, assure non seulement les fonctions d'un élément de temporisation et

de sélection de fréquences, mais réalise en plus une adap-

tation électrique appropriée tant sur le côté de l'appa-

reil à protéger 4 que sur le côté de l'antenne 1. Il y a lieu de remarquer qu'un filtre réalisé selon le principe

de la figure 10 offre la possibilité d'utiliser les élé-

ments de protection de grande et de moins grande sensi-

bilité 2 et 3 coordonnés aux condensateurs (Figure 3) sans que leur capacité propre ait une influence perturbatrice quelconque sur le bon comportement en haute fréquence du

dispositif de protection 5 (figure 3).

Dans la plage de fréquences entre 1,2 MHz et 12 MHz considérée, l'on a obtenu, dans le cadre du premier exemple de réalisation schématisé dans la figure 10, les valeurs ci-après: Condensateur 6 - 173 pF 10 circuit Inductance 7 9,77 Inductance 9 1,05 H 20 circuit Condensateur 10 1,61 nF Condensateur 12 417 pF 3 circuit Inductance 13 4,05 pH Inductance 15 435 nI 40 circuit Condensateur 16 3,89 nF La figure Il présente le schéma d'une réalisation pratique du filtre de la figure 10. L'on constate que les capacités des éléments de protection de grande et de moins

grande sensibilité 3 et 2 sont incorporés dans la struc-

ture du filtre. Il y a lieu de tenir compte de cette in-

clusion dans le choix des condensateurs 6 et 16m.

L'élément de protection de moins grande sensibilité 2, utilisé dans cet exemple de réalisation de la figure 11, est une cellule à gaz du type "UC 90" de la Société

Cerberus AG, Mânnedorf(Suisse).

L'élément de protection de grande sensibilité 3 utili-

sé dans ce même exemple de réalisation de la figure ll est

un "Surge Suppressor Typ GHV 16" de la General Semiconduc-

tor Ind. Inc. Arizona USA.

Le circuit de temporisation à sélection de fréquences

V ne se limite pas à réduire l'énergie perturbatrice diri-

gée sur l'élément de protection de grande sensibilité 3.

Il réfléchit également dans le sens de la flèche 22 une fraction de cette énergie pénétrant 'dans le sens de la flèche 21 et augmente ainsi la tension perturbatrice qui s'établit au niveau de l'élément de protection à moins

grande sensibilité 2, ce qui fait que ce dernier, en l'oc-

currence une cellule à gaz, répond avant l'instant précis fixé par le point t1 (voir figure 4). Cette réaction n'est pas obtenue lorsque l'on utilise, comme le prévoit la technique actuelle, un "bout de câble" comme élément de temporisation. Par ailleurs, un tel câble ne permet pas de réaliser une adaptation optimale sur une large bande

de fréquence.

20 Exemple de réalisation Type de filtre utilisé Filtre passe-bas selon la

figure 12.

Valeurs utilisées: puisées dans l'ouvrage cité sous 70)

ci-dessus, notamment sur la page 427.

L'appareil à protéger 4 est un émetteur à ondes courtes d'une résistance intérieure R1 de 50 Ohms. Il couvre une plage de fréquences de 1 à 27 MHz. Le filtre comporte les cinq circuits suivants: - Premier circuit Condensateur 21 - Deuxième circuit Inductance 22 - Troisième circuit Condensateur 23 - Quatrième circuit Inductance 24 - Cinquième circuit Condensateur 25 L'appareil à protéger 4, en l'occurrence le poste émetteur à ondes courtes, est relié, par l'intermédiaire de ses bornes de sortie, aux bornes d'entrée 26 et 27 du filtre, alors que les bornes de sortie 28 et 29 du filtre

gont reliées soit à l'antenne individuelle, soit à l'an-

tenne collective, soit au feeder à la suite de quoi le

filtre constituant le circuit de temporisation V à sélec-

tion de fréquence comprend, sur le côté sortie, la ré-

sistance terminale R a

Le circuit de temporisation V à sélection de fré-

quences réalisé sous forme d'un filtre passe-bas assure non seulement les fonctions d'un élément de temporisation et de sélection de fréquences, mais réalise en plus une

adaptation électrique appropriée tant sur le côté de l'ap-

pareil à protéger 4 que sur le côté de l'antenne et ce sur une large bande de fréquences. Il y a lieu de remarquer

qu'un filtre réalisé selon la figure 12 offre la possi-

bilité d'utiliser les éléments de protection de grande et de moins grande sensibilité 3 et 2 coordonnés aux condensateurs (voir figure 3) sans que leur capacité

propre ait une influence quelconque sur le bon comporte-

ment en haute fréquence du dispositif de protection.

Dans la plage de fréquences considérée, c'est-à-dire entre 1 et 27 MHz, l'on a obtenu, dans le cadre du 20 exemple de réalisation schématisé dans la figure 12, les valeurs ci-après Condensateur 21 - 52 pF Inductance 22 278 nH Condensateur 23 - 130 pF Inductance 24 - 278 nH

Condensateur 25 - 52 pF.

Sur un tel filtre la perte de puissance est pratique-

ment négligeable. En effet, l'affaiblissement est inférieur à 0,0004 dB et le taux d'ondes stationnaires est amplement

suffisant pour le but recherché.

La figure 13 présente le schéma d'une réalisation pratique du filtre de la figure 12. L'on constate que les capacités des éléments de protection de grande et de moins

grande sensibilité 3 et 2 sont incorporés dans la struc-

ture du filtre. Il y a lieu de tenir compte de cette in-

clusion dans le choix des condensateurs 21 et 25 L'élément de moins grande sensibilité 2 utilisé dans cet exemple de réalisation de la figure 13 est une cellule à gaz du type UC 470 de la Société Cerberus AG à Mânnedorf (Suisse), alors que l'élément de grande sensibilité 3 utilisé dans ce même exemple de réalisation est un groupe de circuits comportant deux varistors à oxyde métallique

du type ERZ - C14 - DE 391 de la Société Matsuhita Elec-

)0 trio Japan, relié chacun à deux diodes branchés en série.

Ces diodes sont du type UES 1306 de la Société Unitrode Corporation Lexington (USA). La perméabilité des diodes 31 et 32 coordonnées au varistor à oxyde métallique 3 est

dirigée dans le sens de la flèche 33, alors que la perméa-

bilité des diodes 35 et 36 coordonnées au varistor 34 est dirigée dans le sens de la flèche 37, c'est-à-dire dans

le sens contraire.

Pour protéger les diodes 31, 32, 35 et 36 contre les

claquages par avalanche dans le cas d'une impulsion per-

turbatrice inverse, un troisième varistor à oxyde métalli-

que 40 relie le point de connexion 39 situé entre le va-

ristor 30 et la diode 31, au point de connexion 38, situé entre le varistor 34 et la diode 35. Ce varistor 40 est

du type ERZ C 14 DK 751 de la Société Matsuhita déjà citée.

La capacité 23 (condensateur) de 130 pF est du type MHG de la Société Microelectronies Ltd Israël. Les inductances

22 et 24 affichent chacune une valeur de 278 nH.

Dans l'exemple de la figure 13, la résistance inté-

rieure de l'appareil à protéger 4, en l'occurrence de

l'émetteur à ondes courtes, est de 50 Ohms, alors que l'an-

tenne individuelle ou collective ou le feeder 1 représente

une résistance de charge R également de 50 Ohms.

Pour protéger l'émetteur à ondes courtes 4 contre

des surcharges éventuelles, dans le cas notamment o l'é-

lément protecteur à grande sensibilité 2, c'est-à-dire la

cellule à gaz, serait amorcé par une impulsion perturba-

trice et que la tension de décharge U2 (figure 4) serait

maintenue par le signal d'émission du poste émetteur au-

délà de t2 après l'étouffement de l'impulsion perturba-

trice (voir figure 4) on a intercalé dans une branche longitudinale du filtre, en série avec l'inductance 24 par exemple, un fusible 41. Dans le cas o la cellule à

gaz resterait amorcée dans les conditions précisées ci-

dessus, il se produirait inévitablement un court-circuit entre les points de connexion 42 et 43, ce qui aurait pour effet de conduire un courant fort entre le poste émetteur à protéger 4 et les inductances 22 et 24 et, a fortiori, de fondre le fusible 41. Ce fusible de 6,3 A

est du type FF 220 V de la Société Wickmann en RFA.

Ce fusible 41 peut aussi être remplacé par un déclen-

cheur de surcharge traditionnel avec réenclenchement

temporisé.

Dans certains cas d'application de la présente inven-

tion, il est utilisé par exemple un dispositif qui relie

l'émetteur à ondes courtes 4 à protéger par l'intermé-

diaire d'un câble coaxial, d'une longueur de 50 m environ,

utilisé comme antenne, à un dispositif d'adaptation auto-

matique installé à la hauteur de l'antenne émettrice, elle-même implantée à une certaine distance de l'émetteur. Ce câble coaxial transmet, en plus de l'énergie émettrice à haute fréquence, l'énergie à courant continu assurant

l'alimentation du synchronisateur de l'antenne. En pré-

sence d'une impulsion perturbatrice, ce même fusible 41 assure, dans ce dernier cas d'application, la protection contre les surcharges de la source de courant continu qui

alimente cet équipement de synchronisation.

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Claims (6)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de protection d'un appareil électronique contre les effets destructifs des impulsions magnétiques

de grande puissance en utilisant des éléments de protec-

tion contre la surtension connus, caractérisé en ce que l'énergie des impulsions, couvrant une bande de fréquences très large, est répartie, en fonction des fréquences, de manière que les fractions de l'énergie, qui se situent

dans la plage de la fréquence de fonctionnement de l'ap-

pareil à protéger ou qui se situent dans une zone détermi-

née de cette plage sont retardées dans le temps, alors que les fractions de cette énergie, qui se situent en

dehors de ces plages, sont réfléchies dans l'espace.

2 - Dispositif en vue de la mise en oeuvre du procédé défini dans la revendication 1, caractérisé en ce qu'une canalisation en provenance de l'extérieur est dirigée sur l'appareil à protéger par l'intermédiaire et dans l'ordre

d'au moins un élément de protection de moins grande sensi-

bilité (2) d'au moins un circuit de temporisation (V) à

sélection de fréquence et d'au moins un élément de protec-

tion de grande sensibilité (3) relié directement à l'appa-

reil électronique (4) à protéger à l'aide de bornes de raccordement. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bornes de raccordement sont les bornes d'entrée d'un poste récepteur, 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bornes de raccordement sont les bornes de

sortie d'un poste émetteur.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de temporisation (V) est.un filtre

d'harmoniques du poste émetteur.

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que la structure du circuit de tempori-

sation (V) est celle d'un filtre passe-bande, d'un fil-

tre passe-bas ou d'un filtre passe-haut et en ce que les capacités des éléments de moins grande sensibilité et/ou les capacités des éléments de plus grande sensibilité

sont incluses dans la structure des filtres.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une diode au moins est branchée en série avec au moins un élément de protection de grande sensibilité

et/ou avec au moins un élément de moins grande sensibilité.

8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce que le circuit de temporisation (V) à sélection de fréquences peut être commuté sur les zones partielles (B1, B2) de la plage de fonctionnement (B) de

l'appareil à protéger (4).