FR3001076A1 - Systeme de detection d'emissions radiofrequences de puissance - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de détection d'émissions radiofréquences de puissance (1), comprenant : -une source d'émission radiofréquence de puissance (23) ; -un avertisseur (120) configuré pour générer un stimulus d'avertissement détectable dans une zone de sécurité disposée à proximité de la source d'émission et disposée hors du lobe d'émission principal de ladite source ; -une sonde (100) accolée à la source d'émission, la sonde comportant : -une antenne de réception radiofréquence ; -un convertisseur alternatif/continu connecté à l'antenne de réception ; -un circuit de traitement (103) alimenté par une tension de sortie du convertisseur, le circuit de traitement étant programmé pour transmettre un signal d'alerte à l'avertisseur lorsqu'une tension de sortie du convertisseur dépasse un seuil haut.

Description

SYSTEME DE DETECTION D'EMISSIONS RADIOFREQUENCES DE PUISSANCE L'invention concerne les émissions radiofréquences, et en particulier la protection du personnel intervenant sur des installations d'émission radiofréquence de puissance ou de toute personne se situant à proximité de telles installations, telles que des antennes relais de téléphonie mobile. Les personnes concernées sont tous les professionnels travaillant notamment en toiture ou sur les points hauts, ces points étant privilégiés pour l'installation des antennes. On peux citer notamment : techniciens de climatisation, techniciens ascensoristes, couvreur et étancheurs, personnel d'entretien des espaces verts, techniciens de maintenance ou d'intervention sur les sites de téléphonie mobile, poseurs d'enseignes et éclairagistes, etc..

Au cours des dernières années, des normes sont apparues pour limiter les niveaux maximums de radiations autorisés sur les installations émettant des radio fréquences. Si ces normes visent à garantir la sécurité de la population, elles ne garantissent pas la sécurité du personnel accédant aux installations d'émission. Il est possible de gérer les mises en marche et les arrêts d'une installation depuis un centre de contrôle, il est par contre difficile d'assurer la présence ou non d'un rayonnement lors d'une opération à proximité de l'installation. Des opérations techniques (maintenance, contrôle, gestion des évolutions, installations complémentaires ...) sont parfois nécessaires sur des antennes relais de téléphonie mobile, fréquemment installées sur le toit de bâtiments en milieu urbain. Du fait de la puissance d'émission de telles antennes, les alimentations électriques des antennes doivent être coupées au moment de l'intervention. Il en est de même pour toute personne entrant dans le domaine d'exposition aux ondes.

Actuellement, lors de l'intervention sur un site où se trouvent des antennes relais de téléphonie mobile, le responsable du personnel accédant au site demande au préalable une interruption de fonctionnement des antennes aux opérateurs concernés. Le personnel devant intervenir à proximité des antennes ne dispose cependant d'aucun moyen de s'assurer de la coupure effective des antennes. Des champ-mètre portatifs sont connus (notamment sous la référence EME Guard par la société Satimo) et se présentent sous la forme de dosimètres fixés sur les vêtements du personnel d'intervention. Même en équipant le personnel de champ-mètres, la présence d'un champ est déterminée seulement après l'exposition car de tels appareils nécessitent une grande proximité avec la source du champ. Un tel champ-mètre s'avère par ailleurs particulièrement coûteux, présente une autonomie limitée à quelques heures, et est sensible à la position de son porteur : le champ-mètre est perturbé par la présence du porteur entre lui et l'antenne relais. Un tel matériel est généralement accessible uniquement au personnel des opérateurs de téléphonie ou spécialisé. En outre, 5 en cas de redémarrage accidentel des antennes, le personnel ne dispose d'aucun moyen d'être averti de cet événement. Un site peut également être occupé par plusieurs opérateurs opérant sur plusieurs fréquences, il devient donc difficile de maîtriser l'ensemble des évènements liés aux radio fréquences sur une durée et des modalités d'intervention comportant elles mêmes des 10 aléas. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un système de détection d'émissions radiofréquences de puissance, comprenant : -une source d'émission radiofréquence de puissance ; 15 -un avertisseur configuré pour générer un stimulus d'avertissement détectable dans une zone de sécurité disposée à proximité de la source d'émission et disposée hors du lobe d'émission principal de ladite source ; -une sonde accolée à la source d'émission, la sonde comportant : -une antenne de réception radiofréquence ; 20 -un convertisseur alternatif/continu connecté à l'antenne de réception ; -un circuit de traitement alimenté par une tension de sortie du convertisseur, le circuit de traitement étant programmé pour transmettre un signal d'alerte à l'avertisseur lorsqu'une tension de sortie du convertisseur dépasse un seuil haut. 25 Selon une variante, l'avertisseur est une source sonore ou lumineuse. Selon une autre variante, le système comprend en outre une alimentation de secours alimentant le circuit de traitement lorsque le convertisseur génère une tension de sortie insuffisante pour alimenter le circuit de traitement. Selon encore une variante, l'alimentation de secours inclut un élément de 30 stockage d'énergie électrique configuré pour être rechargé par une tension de sortie du convertisseur. Selon une autre variante, l'alimentation de secours inclut une pile électrochimique. Selon encore une autre variante, ledit circuit de traitement est 35 programmé pour transmettre un signal d'alerte à l'avertisseur lorsqu'une tension de sortie du convertisseur est inférieure à un seuil bas. Selon une variante, la sonde comprend en outre un avertisseur recevant le signal d'alerte et émettant un stimulus à réception du signal d'alerte. Selon une autre variante, l'avertisseur est une source lumineuse 40 présentant un rayonnement différent à réception d'un signal d'alerte pour une tension de sortie inférieure au seuil bas, à réception d'un signal d'alerte pour une tension de sortie supérieure à un seuil haut, et en l'absence de réception de signal d'alerte. Selon encore une variante, le système comprend plusieurs sondes telles que définies précédemment, le circuit de traitement étant déporté par rapport 5 aux sondes, le circuit de traitement activant l'avertisseur lorsqu'au moins un signal d'alerte est reçu en provenance d'une desdites sondes. Selon encore une autre variante, la sonde inclut le circuit de traitement. Selon une variante, le système comprend en outre une matrice d'un matériau de protection dans lequel ladite sonde est noyée. 10 Selon une autre variante, le système comprend en outre un régulateur de tension connecté à la sortie dudit convertisseur et un élévateur de tension connecté à la sortie du régulateur et alimentant ledit circuit de traitement. Selon encore une autre variante, la zone de sécurité est disposée hors du lobe d'émission principal. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 illustre schématiquement un système de détection d'émissions 20 radiofréquences de puissance ; -la figure 2 est une représentation schématique d'une première variante de sonde pour un système de détection ; -la figure 3 est une représentation schématique d'une deuxième variante de sonde pour un système de détection ; 25 -la figure 4 représente un exemple de circuit de supervision au niveau d'une zone de sécurité; -la figure 5 représente schématiquement une variante de système à circuit de traitement déporté ; -la figure 6 représente un exemple de mise en oeuvre d'un système de 30 détection en présence de plusieurs antennes relais ; -la figure 7 illustre schématiquement un exemple de sonde présentant une protection contre la présence d'un champ électromagnétique élevé. L'invention propose d'utiliser l'émission de l'émetteur radiofréquence de 35 puissance à la fois pour détecter une émission au moyen d'une sonde locale et pour alimenter un circuit de traitement. Une émission est détectée par la sonde et signalée dans une zone de protection du personnel ou zone de sécurité, à proximité de l'antenne. Un émetteur radiofréquence sera considéré comme un émetteur radiofréquence de puissance si le champ rayonné peut dépasser les 40 niveaux admissibles (normes sanitaires ...) pour les personnes.

L'invention permet au personnel de connaître l'état de fonctionnement de l'émetteur radiofréquence de puissance avant d'y être exposé, sans nécessiter de modifications des émetteurs existants, indépendamment des équipements d'émission, en fournissant une information facilement interprétable pour le 5 personnel, et avec un minimum de contraintes d'intégration par rapport à un bâtiment. En outre, l'invention permet de détecter en temps réel une éventuelle activation impromptue de l'émetteur radiofréquence de puissance. Par ailleurs, l'invention présente une autonomie pouvant atteindre plusieurs années. En outre, l'invention est peu intrusive et peut fonctionner sans modifier les 10 caractéristiques essentielles de l'émetteur. La figure 1 est une représentation schématique d'un système électronique 1 pour la mise en oeuvre de l'invention. Le système électronique 1 est monté au sommet d'un bâtiment 2. Le bâtiment 2 comporte une zone de 15 sécurité ou zone de protection 21 au dessus de son toit. Une (ou plusieurs) antenne relais 23 est disposée sur le toit du bâtiment 2 et est configurée pour générer une émission radiofréquence de façon connue en soi. La zone de sécurité 21 est disposée en dehors du lobe d'émission principal de chacun des éléments rayonnants de chacune des antennes relais 23. 20 Le système électronique 1 comporte une sonde 100 placée à proximité d'un élément rayonnant de l'antenne relais 23. La sonde 100 est ici fixée sur un des éléments rayonnants. Chaque élément rayonnant de l'antenne relais 23 peut être muni d'une sonde 100. 25 Le système électronique 1 comporte en outre un circuit de supervision 110, un avertisseur 120 et un câblage 130. Le circuit de supervision 110 contrôle l'alerte par un avertisseur 120. La sonde 100 est connectée par l'intermédiaire du câblage 130 au circuit de supervision 110. 30 Dans les exemples des figures 2 et 3, chaque sonde 100 inclut un circuit de traitement. Dans l'exemple de la figure 5, un circuit de traitement est déporté dans le circuit de supervision 110. La figure 2 illustre de façon schématique la structure d'un exemple de 35 sonde 100. La sonde 100 inclut une antenne 101 formant son interface de réception. L'antenne 101 est accordée sur une ou plusieurs fréquences d'émission de l'antenne relais 23. L'antenne 101 réalise la transduction de l'émission électromagnétique radiofréquence de l'antenne relais 23 en un signal électrique alternatif. 40 La sonde 100 inclut en outre un convertisseur alternatif/continu 102. Le convertisseur 102 reçoit le signal électrique alternatif généré par l'antenne 101.

Le convertisseur 102 peut être basé sur un redresseur à diodes de type mono ou double alternance. Un régulateur 104 est avantageusement connecté à la sortie du convertisseur 102. La sonde 100 peut inclure en outre un circuit de traitement 103. Une 5 entrée d'alimentation du circuit de traitement 103 est connectée à la sortie du régulateur 104. Ainsi, en présence d'un champ électromagnétique émis par l'antenne relais 23, le circuit de traitement 103 est alimenté. Il n'est ainsi pas nécessaire de prévoir une alimentation électrique depuis un réseau électrique, ce qui évite des travaux modificatifs et permet un fonctionnement en toute 10 autonomie. Une mise en place sur des antennes relais existantes est en outre facilitée. Une entrée de traitement (non illustrée) du circuit de traitement 103 reçoit d'autre part la tension de sortie du convertisseur 102. Le circuit de traitement 103 compare avantageusement la tension reçue sur cette entrée à un seuil bas 15 et à un seuil haut. Lorsque la tension reçue dépasse le seuil haut, le circuit de traitement 103 détermine que l'antenne relais 23 est en cours d'émission. Un signal d'alerte correspondant est généré. Lorsque la tension reçue est inférieure au seuil bas, le circuit de traitement 103 détermine que la sonde 100 n'est plus opérationnelle. Une tension trop basse peut en effet signifier que la sonde 100 20 ne mesure même pas un bruit de champ électromagnétique. Un signal d'alerte correspondant est généré. Lorsque la tension reçue est comprise entre le seuil bas et le seuil haut, le circuit de traitement 103 détermine que la sonde est opérationnelle et que l'antenne relais 23 est inactive. Un signal d'alerte correspondant est généré. Par conséquent, le signal d'alerte généré est ici 25 qualitatif et non quantitatif. Les différents seuils et les signaux d'alerte correspondants peuvent être programmés dans un microcontrôleur du circuit de traitement 103. La sonde 100 peut inclure avantageusement un avertisseur 107. L'avertisseur 107 peut être du type sonore et/ou lumineux. L'avertisseur 107 30 peut par exemple être un affichage à diodes électroluminescentes avec le code couleur suivant : -couleur rouge : antenne relais en émission ; -couleur verte : antenne relais à l'arrêt ; -diodes éteintes : dysfonctionnement de la sonde 100. 35 La présence d'un avertisseur 107 permet ainsi au personnel de détecter en temps réel une réactivation accidentelle de l'antenne relais 23 lorsqu'il travaille à proximité de celle-ci, afin de se placer rapidement dans la zone de sécurité 21, ou de ne pas approcher de l'antenne relais 23 si le système est non fonctionnel (impossibilité de déterminer l'émission ou non par l'antenne relais 40 23).

On peut prévoir avantageusement un avertisseur 120 susceptible de générer un stimulus d'avertissement détectable par une personne dans la zone de sécurité 21, pour permettre au personnel de vérifier la désactivation d'une antenne relais 23 avant d'accéder à celle-ci. Comme illustré à la figure 4, le 5 circuit de supervision 110 reçoit le signal d'alerte généré par un ou plusieurs circuits de traitement 103, par l'intermédiaire de câbles 130. Le signal transporté par les câbles 130 est de type continu et est donc particulièrement robuste face aux perturbations extérieures. Les câbles 130 pourront avantageusement présenter un blindage adéquat. L'avertisseur 120 peut typiquement être du type 10 sonore et/ou lumineux. L'avertisseur 120 peut être un afficheur lumineux avec un code couleur, fonction de l'état du signal d'alerte. Le code couleur peut être le suivant : -couleur rouge : antenne relais en émission ; -couleur verte : antenne relais à l'arrêt ; 15 -diodes éteintes : dysfonctionnement du système 1. L'avertisseur 120 peut également générer une alerte particulière en cas de détection d'une réactivation d'une antenne relais 23. La combinaison de l'antenne 101 et du convertisseur 102 peut être mise 20 en oeuvre sous la forme d'une antenne redresseuse (désignée par le terme rectenna en langue anglaise). Lorsque l'antenne relais 23 émet, la sonde 100 est alimentée électriquement par l'intermédiaire du convertisseur 102 et du régulateur 104. 25 Différents modes d'alimentation électrique peuvent être prévus pour le circuit de traitement 103 et le cas échéant pour l'avertisseur 107, en absence de champ électromagnétique généré par l'antenne relais 23. Avec les différentes solutions envisagées, des dimensionnements ont conclu à une autonomie de la sonde 100 de plusieurs jours en l'absence de champs généré par l'antenne relais 23. 30 Le convertisseur 102 peut comporter un accumulateur 105 (figure 2) à sa sortie afin de cumuler la charge électrique générée et garantir l'autonomie énergétique de la sonde 100. L'accumulateur 105 forme alors l'alimentation électrique des autres composants de la sonde 100. Le convertisseur 102 peut également comporter une pile électrochimique 35 106 (figure 3) comme alimentation électrique. La pile électrochimique 106 n'étant utilisée qu'avec un rapport cyclique très réduit (les fréquences d'intervention sur une antenne relais restent relativement rares), la consommation d'une telle pile peut permettre de garantir le fonctionnement de la sonde 100 pendant plusieurs années. 40 Les composants de la sonde 100 sont avantageusement noyés dans un matériau de protection 109. Le matériau de protection 109 protège avantageusement les composants de la sonde 100 des intempéries et des sollicitations mécaniques éventuelles. Le matériau de protection 109 est avantageusement radiotransparent pour permettre la fixation de la sonde 100 sur un des éléments rayonnants en perturbant au minimum son émission.

La figure 5 illustre une autre variante de système de détection. Dans cet exemple, la sonde comprend une antenne 101 et un convertisseur 102 tels que détaillés auparavant. Le circuit de traitement 103 est ici déporté dans le circuit de supervision 110. Ainsi, on réduit les circuits dans la sonde 100 susceptibles d'altérer les propriétés d'émission de l'antenne relais 23. Le circuit de traitement 103 reçoit un signal continu en provenance du convertisseur 102 par l'intermédiaire du câble 130. Le circuit de traitement 103 peut recevoir des signaux continus provenant des convertisseurs 102 respectifs de différentes sondes 100. Le circuit de traitement 103 est alimenté par l'intermédiaire du convertisseur 102. Un éventuel régulateur 104 est avantageusement déporté également dans le circuit de supervision 110 afin de limiter encore les risques d'altération des propriétés d'émission de l'antenne relais 23.

En vue de la surveillance du fonctionnement de la plupart des antennes relais 23, la sonde 100 est avantageusement configurée pour fonctionner sur plusieurs bandes de fréquences, par exemple 900MHz, 1800MHz et/ou 2,1GHz. On pourra notamment utiliser une antenne 101 multi-fréquences ou large bande, dont la bande passante inclut les différentes fréquences d'émission de l'antenne relais 23. L'antenne 101 et le convertisseur 102 peuvent être configurés pour générer sensiblement une même tension de sortie pour un même niveau de champ sur ces différentes bandes. Si l'antenne 101 présente intrinsèquement des gains différents pour les différentes bandes, un filtre pourra être interposé entre l'antenne 101 et le convertisseur 102 pour obtenir une même tension de sortie pour un même niveau de champ sur les différentes bandes. Pour une antenne relai multi secteurs, chaque secteur correspond au moins à un émetteur. On peut envisager d'accoler une sonde respective pour chacun de ces secteurs. Chaque sonde pourra présenter une bande passante correspondant spécifiquement à la fréquence d'émission de son secteur. On peut également envisager d'utiliser plusieurs antennes 101 différentes dans une même sonde, chaque antenne ayant une fréquence de réception distincte. Chacune de ces antennes 101 peut être accolée à un convertisseur alternatif/continu 102 respectif, ces convertisseurs pouvant être connectés à un même circuit de régulation 104.40 Les valeurs limites d'exposition actuelles pour différentes émissions sont usuellement les suivantes : -GSM 900 MHz: 41 V/m ; -GSM 1800 : 58 V/m; -UMTS : 61 V/m; -Radio : 28 V/m ; -Télévision : 31 à 41 V/m. Pour éviter de détériorer le circuit de traitement 103 lors de l'application 10 d'un champ élevé par une antenne relai 23, la tension de sortie du convertisseur 102 peut avantageusement être écrêtée par tout moyen approprié (par exemple par l'intermédiaire d'une diode zener), afin de dissiper l'énergie en excès. La figure 7 illustre un schéma d'un exemple de structure de sonde 100 présentant une telle protection dans le cas où le circuit de traitement 103 est inclus dans la 15 sonde 100. Le régulateur 104 de la sonde 100 comporte ici une diode Zener 141 en vue d'écrêter la tension de sortie du convertisseur 102. Le régulateur 104 de la sonde 100 comporte également un condensateur 142 de lissage de la tension de sortie du convertisseur 102. La sortie du convertisseur 102 est connectée à l'entrée d'un circuit 20 convertisseur élévateur de tension 143. Du fait de contraintes relatives à la conception du convertisseur 102, la tension fournie par ce convertisseur 102 lors de la réception d'un signal d'alimentation peut s'avérer insuffisante (par exemple de l'ordre de 200mV à 500mV) pour alimenter le circuit 103. Le circuit élévateur 143 permet de convertir la tension continue fournie par le 25 convertisseur 102 en une tension continue présentant une amplitude suffisante, par exemple de l'ordre de 5V. La sortie du convertisseur 143 est connectée à une entrée d'alimentation du circuit 103. Un condensateur 144 est connecté entre les bornes d'entrée d'alimentation du circuit 103. L'accumulateur électrochimique 106 est ici connecté à une entrée d'alimentation du circuit 103 30 par l'intermédiaire par exemple d'une diode. Afin que l'alimentation du circuit 103 soit réalisée uniquement par l'intermédiaire des convertisseurs 102 et 143 lorsque l'antenne est active, la tension de la cellule électrochimique 106 est inférieure à la tension de sortie du convertisseur 143. Une entrée de mesure du circuit 103 est connectée à un potentiel de sortie du convertisseur 102. 35 Une même zone peut être munie de plusieurs antennes relais 23. Il est important pour le personnel d'être informé qu'au moins l'une d'entre elles est activée. L'avertisseur 120 peut donc être utilisé pour informer l'utilisateur de l'activation d'au moins une des antennes relais 23 avec une fonction OU, 40 comme illustré à la figure 6. Des antennes relais 23a, 23b et 23c sont équipées respectivement de sondes 100a, 100b et 100c. Les sondes 100a, 100b et 100c sont connectées à une porte OU 111 du circuit de supervision 110. Un circuit de traitement commun 103 peut être inclus dans le circuit de supervision 110 selon l'exemple de la figure 5, ou chaque sonde 100 peut inclure son propre circuit de traitement 103 selon les exemples des figures 2 et 3.

Ainsi, même si le personnel ne sait pas précisément quelle antenne relais est active, il suffit qu'une seule d'entre elles soit active pour que le personnel soit alerté et qu'il puisse prendre les mesures appropriées pour sa protection. Bien que l'invention ait été décrite en référence à une application à des antennes relais de téléphonie mobile, l'invention s'applique à tout autre dispositif d'émission radiofréquence, telle qu'une installation de diffusion radiotélévisée, d'un faisceau Hertzien .... Un système adéquat peut être développé par l'homme du métier.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Système de détection d'émissions radiofréquences de puissance (1), caractérisé en ce qu'il comprend : -une source d'émission radiofréquence de puissance (23) ; -un avertisseur (120) configuré pour générer un stimulus d'avertissement détectable dans une zone de sécurité disposée à proximité de la source d'émission et disposée hors du lobe d'émission principal de ladite source ; -une sonde (100) accolée à la source d'émission, la sonde comportant : -une antenne (101) de réception radiofréquence ; -un convertisseur alternatif/continu (102) connecté à l'antenne de réception ; -un circuit de traitement (103) alimenté par une tension de sortie du convertisseur, le circuit de traitement étant programmé pour transmettre un signal d'alerte à l'avertisseur lorsqu'une tension de sortie du convertisseur dépasse un seuil haut.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'avertisseur (120) est une source sonore ou lumineuse.
3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une alimentation de secours (105, 106) alimentant le circuit de traitement (103) lorsque le convertisseur (102) génère une tension de sortie insuffisante pour alimenter le circuit de traitement.
4. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel l'alimentation de secours inclut un élément de stockage d'énergie électrique (105) configuré pour être rechargé par une tension de sortie du convertisseur (102).
5. 5. Système selon la revendication 3, dans lequel l'alimentation de secours inclut une pile électrochimique (106).
6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel ledit circuit de traitement (103) est programmé pour transmettre un signal d'alerte à l'avertisseur (120) lorsqu'une tension de sortie du convertisseur (102) est inférieure à un seuil bas.
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde comprend en outre un avertisseur (107) recevant le signal d'alerte et émettant un stimulus à réception du signal d'alerte.
8. 8. Système selon les revendications 6 et 7, dans lequel l'avertisseur (107) est une source lumineuse présentant un rayonnement différent à réception d'un signal d'alerte pour une tension de sortie inférieure au seuil bas, à réception d'un signal d'alerte pour une tension de sortie supérieure à un seuil haut, et en l'absence de réception de signal d'alerte.
9. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs sondes telles que définies dans la revendication 1, dans lequel le circuit de traitement (103) est déporté par rapport aux sondes, le circuit de traitement (103) activant l'avertisseur (120) lorsqu'au moins un signal d'alerte est reçu en provenance d'une desdites sondes.
10. 10.Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la sonde (100) inclut le circuit de traitement (103).
11. 11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une matrice (109) d'un matériau de protection dans lequel ladite sonde (100) est noyée.
12. 12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un régulateur de tension (104) connecté à la sortie dudit convertisseur (102) et un élévateur de tension (143) connecté à la sortie du régulateur et alimentant ledit circuit de traitement (103).