ISO/TR 10305-1:2003

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 10305-1
Première édition
2003-02-15
Véhicules routiers — Étalonnage des
appareils de mesure de l'intensité d'un
champ électromagnétique —
Partie 1:
Appareils pour le mesurage des champs
électromagnétiques de fréquence
supérieure à 0 Hz
Road vehicles — Calibration of electromagnetic field strength
measuring devices —
Part 1: Devices for measurement of electromagnetic fields at
frequencies > 0 Hz
Numéro de référence
©
ISO 2003
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions . 1
3 Disposition et propriétés des appareils de mesure d'intensité de champ. 2
3.1 Disposition et principes de fonctionnement. 2
3.2 Propriétés. 3
3.3 Caractéristiques de la réponse. 4
4 Exigences générales pour les méthodes d'étalonnage . 5
5 Méthodes d'étalonnage. 6
5.1 Montages avec condensateur à lames . 6
5.2 Montages avec bobine. 11
5.3 Cellules TEM. 15
5.4 Cellules GTEM. 18
5.5 Antennes dans des chambres anéchoïques blindées . 20
6 Comptes rendus d'essai et d'étalonnage . 25
Annexe A (informative) Considérations physiques sur les bobines et les antennes. 27
Annexe B (informative) Exemple de description d'une méthode d'étalonnage . 35
Bibliographie . 36

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 10305-1 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 22, Véhicules routiers, sous-comité SC 3,
Équipement électrique et électronique.
Cette première édition de l’ISO/TR 10305-1, avec celle de l’ISO/TR 10305-2, annule et remplace la première
édition de l’ISO/TR 10305, qui a fait l'objet d'une révision technique.
L'ISO/TR 10305 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Véhicules routiers —
Étalonnage des appareils de mesure de l'intensité d'un champ électromagnétique:
 Partie 1: Appareils pour le mesurage des champs électromagnétiques de fréquence supérieure à 0 Hz
 Partie 2: Méthode normalisée de l’IEEE pour l’étalonnage des capteurs et des sondes de champ
électromagnétique, à l’exclusion des antennes, entre 9 kHz et 40 GHz
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Introduction
La nécessité d'essais CEM (compatibilité électromagnétique) sur les véhicules routiers et leurs composants a
conduit à la publication d'un certain nombre de modes opératoires normalisés d’essais. De plus, la nécessité
d'une méthode normalisée pour l'étalonnage des appareils de mesure d'intensité de champ a été constatée
au sein du sous-comité de l'ISO responsable. L'ISO et la CEI ne disposant d'aucune norme sur ce sujet,
l’ISO/TR 10305 a été publié en 1992 en prenant pour base l’édition amendée de 1975 du rapport
NBSIR 75-804 du National Bureau of Standards des États-Unis (aujourd’hui le National Institute of Standards
and Technology, NIST).
Ce document ayant été considéré incomplet, deux nouvelles méthodes d'étalonnage ont été élaborées de
façon indépendante par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers, aux États-Unis) et par le DIN
(Deutsches Institut für Normung, l’institut allemand de normalisation). Il a été décidé de publier conjointement
ces méthodes sous la forme de deux parties d'un rapport technique remplaçant la première édition de
l'ISO/TR 10305:1992. La partie 1 est la traduction en français de la DIN VDE 0847, partie 26. La partie 2 est
la traduction en français de l’IEEE std 1039-1996. Il convient de considérer ces deux parties comme
indépendantes, aucune tentative n’ayant été réalisée pour les combiner.
L’utilisateur de l’une ou l’autre méthode est prié d’envoyer ses commentaires éventuels à l’ISO/TC 22/SC 3.
Si la CEI publie une méthode générale d'étalonnage sous la forme d'une Norme internationale, il se peut que
l’ISO/TR 10305 soit retiré, pourvu qu'on ne prévoie pas la nécessité de méthodes spéciales d'étalonnage pour
l'industrie automobile.
RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 10305-1:2003(F)

Véhicules routiers — Étalonnage des appareils de mesure de
l'intensité d'un champ électromagnétique —
Partie 1:
Appareils pour le mesurage des champs électromagnétiques de
fréquence supérieure à 0 Hz
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO/TR 10305 spécifie des techniques d'étalonnage des appareils de mesure
d'intensité de champ utilisés par l’industrie automobile lors des essais concernant le mesurage des champs
électromagnétiques de fréquence supérieure à 0 Hz, pour des applications de CEM et de protection humaine.
Elle a été préparée par des experts allemands qui ont utilisé des dispositifs tels que des montages avec
condensateur ou bobine, des cellules TEM ou des montages avec antenne dans des chambres anéchoïques.
Dans le domaine de l’automobile, ces appareils de mesure d’intensité de champ sont utilisés lors des
mesurages spécifiés dans les différentes parties de l’ISO 11451 et de l’ISO 11452.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
appareils de mesure d'intensité de champ
système complet comprenant une sonde de champ, un système de transmission de données et un dispositif
d'affichage ou de commande
2.2
sonde de champ
ensemble du transducteur (c'est-à-dire avec antennes, détecteurs, filtres, etc.) qui convertit l'intensité de
champ en signal électrique ou optique
2.3
capteur de champ
partie de la sonde de champ qui reçoit le champ et le transfère pour évaluation
2.4
anisotropie
dépendance de la valeur indiquée par un appareil de mesure d'intensité de champ à la direction de l'incidence
et à la polarisation du champ, le facteur d'anisotropie étant le rapport entre la valeur maximale et la valeur
minimale de l'intensité de champ indiquée
2.5
linéarité
mesure de l'écart par rapport à un polynôme du premier degré de deux variables comme l'indication d'un
appareil de mesure d'intensité de champ et la grandeur du champ qui est mesurée
2.6
champ d'étalonnage
champ électrique ou magnétique à polarisation linéaire d'intensité de champ connue, ou champ d'ondes
progressives de flux énergétique par unité d'aire connu, possédant un volume suffisamment homogène pour
l'exposition de l'appareil de mesure d'intensité de champ
NOTE On utilise les grandeurs de champ vectoriel suivantes:
 l'intensité du champ électrique, E, en volts par mètre;
 l'intensité du champ magnétique, H, en ampères par mètre;
 l'induction magnétique, B, en teslas;
 la densité surfacique de puissance, S, ou le flux énergétique par unité d'aire, en watts par mètre carré.
2.7
système de référence
système orthogonal de coordonnées dont l'un des axes est orienté selon le vecteur de champ considéré pour
l'essai d'étalonnage effectué
2.8
axe préférentiel
axe d'une sonde de champ déterminé soit par l'axe de symétrie (axe principal) du capteur, soit par la direction
de la ligne d'alimentation
NOTE Si sa position n'est pas évidente, elle est déterminée, repérée et documentée par le laboratoire d'étalonnage.
3 Disposition et propriétés des appareils de mesure d'intensité de champ
3.1 Disposition et principes de fonctionnement
Les appareils de mesure d'intensité de champ utilisés pour vérifier les valeurs mesurées par rapport aux
limites, dans des applications de CEM ou de protection humaine, comprennent les suivants:
 un capteur de champ, par exemple un dipôle électriquement court (chargé ou non), une antenne-cadre,
une antenne-cornet, un montage de condensateurs;
 un transducteur pour convertir la grandeur étudiée du champ en courant ou en tension, par exemple une
diode, un thermocouple, un bolomètre ou un modulateur optoélectronique;
 une ligne de transmission de données, par exemple un câble résistant, un câble à fibre optique, un câble
coaxial, un guide d'ondes;
 un dispositif d'affichage.
Le capteur de champ et le transducteur sont généralement combinés dans la sonde de champ. Certains
systèmes de mesure d'intensité de champ permettent de connecter le capteur de champ soit à la ligne de
transmission de données, soit directement au dispositif d'affichage. Certains modèles intègrent le capteur de
champ et le dispositif d'affichage en un même montage peu encombrant.
Les appareils de mesure d'intensité de champ pour les applications de CEM et de protection humaine sont
généralement à large bande de fréquences et non sélectifs, comme par exemple les appareils de mesure
d'intensité de champ du domaine des télécommunications. En fonction des grandeurs du champ E, H, B ou S,
on utilise des combinaisons différentes de capteurs de champ et transducteurs.
Voir Figure 1.
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3.2 Propriétés
3.2.1 Généralités
L'influence de tous les composants de l'appareil de mesure d'intensité de champ sur le mesurage doit être
connue et elle doit être décrite dans la documentation technique afin de permettre de déterminer les
conditions de l'étalonnage.
3.2.2 Sondes de champ avec détecteurs à diode
Ce type de sonde de champ utilise des dipôles électriquement courts (< λ/4 de la plus haute fréquence
mesurable) ou de petites bobines, dimensionnées et corrigées en fréquence en fonction de la largeur de
bande de mesure, auxquels les diodes sont connectées directement ou par l'intermédiaire d'éléments de
correction en fréquence. La sortie de la diode est filtrée, amplifiée et affichée comme valeur d'intensité du
champ.
Avantages:
 haute sensibilité (très adaptée aux faibles intensités de champ);
 haute capacité de surcharge;
 simplicité de la technologie de fabrication de la sonde;
 temps de réponse court;
 bonne stabilité du zéro.
Inconvénients:
 problème de linéarité (du fait que les petits signaux donnent une tension proportionnelle au carré de
l'intensité de champ alors que les signaux de grande amplitude sont directement proportionnels à
l'intensité de champ);
 des signaux simultanés ou des champs impulsionnels peuvent entraîner un résultat incorrect des
mesurages;
 les résultats ne sont pas nécessairement des valeurs quadratiques moyennes pour des types distincts de
signaux;
 sensibilité à la lumière et au rayonnement infrarouge (effet photoélectrique) ainsi qu'aux variations de
température (potentiel de diffusion), ce qui peut provoquer des décalages du zéro et des variations de la
sensibilité.
3.2.3 Sondes de champ avec détecteurs à thermocouple
Ces sondes de champ contiennent des thermocouples à couche mince qui fonctionnent comme des capteurs
de champ (c'est à dire comme des dipôles électriquement courts) et aussi comme des absorbeurs de l'énergie
radiofréquence (RF). Le courant continu fourni par les thermocouples est proportionnel au carré de l'intensité
du champ. Dans la gamme des ultra-hautes fréquences, la densité surfacique de puissance est également
mesurée avec des wattmètres UHF combinés à des antennes-cornets, les têtes du wattmètre de la ligne
coaxiale étant également basées sur le principe du thermocouple (résistance de bouclage de 50 Ω en forme
de disque avec détecteurs de température déposés par évaporation).
Avantages:
 grande largeur de bande;
 le signal de mesure est proportionnel au carré de l'intensité du champ électrique et, par conséquent, bien
adapté au mesurage direct de la densité surfacique de puissance dans le champ lointain;
 mesure efficace vraie pour les types de signaux aléatoires, en particulier en présence de signaux
simultanés ou de champs impulsionnels;
 relative insensibilité aux variations de la température ambiante du fait que la seconde connexion du
thermocouple est située en dehors du champ et agit comme une référence qui compense les variations
de la température ambiante.
Inconvénient: très faible capacité de surcharge, les valeurs de crête des signaux impulsionnels doivent être
étroitement surveillées.
3.2.4 Sondes de champ avec détecteurs bolomètres
Le principe du mesurage est fondé sur un élément à bolomètre, généralement une thermistance, chauffé par
un courant RF, la variation de sa résistance étant évaluée dans un pont. Les sondes de champ de ce type
sont utilisées exclusivement pour les mesurages de la densité surfacique de puissance. La thermistance est
située soit dans un guide d'ondes, soit dans une tête de thermistance de ligne coaxiale reliée par exemple à
une antenne-cornet qui sert de capteur de champ.
Avantage: haute capacité de surcharge car la variation induite de la résistance de la thermistance conduit à
une désadaptation de la tête de mesure et, par conséquent, à une limitation de la puissance absorbée.
Inconvénient: sensibilité aux variations de la température ambiante qui peut conduire à un décalage du zéro
du pont si l'on n'utilise pas un circuit d'équilibrage élaboré avec une thermistance supplémentaire.
3.3 Caractéristiques de la réponse
3.3.1 Sondes de champ avec caractéristiques de réponse isotropes
La disposition orthogonale de trois combinaisons capteur de champ / détecteur aboutit idéalement à une
sonde de champ possédant des caractéristiques de réponse isotropes.
Ceci simplifie l'utilisation de la sonde puisqu'elle n'a pas besoin de réglage dans le champ. Le système
possède cependant un inconvénient, c'est que l'ingénieur d'essai peut ne pas remarquer la défaillance d'un,
voire de deux éléments du capteur.
3.3.2 Sondes de champ avec caractéristiques directionnelles
Les sondes de champ avec une seule combinaison capteur de champ /détecteur nécessitent une orientation
du capteur donnant une valeur maximale au niveau de l'appareil de mesure. Le point intéressant, cependant,
est l'identification claire de la polarisation et de la direction d'incidence du champ. Ceci s'applique également
aux combinaisons d'un wattmètre avec tête de mesure de la puissance et d'une antenne-cornet appariée (en
cas de polarisation circulaire, une correction supplémentaire est nécessaire) utilisées pour les mesures de
densité surfacique de puissance dans le champ lointain.
4 © ISO 2003 — Tous droits réservés

4 Exigences générales pour les méthodes d'étalonnage
Les étalonnages conformes à la présente partie de l’ISO/TR 10305 doivent assurer des résultats corrects de
la mesure d'intensité de champ qui pourront être utilisés, en cas de nécessité, pour la documentation dans un
système d'assurance qualité. Seules peuvent donc être appliquées les méthodes d'étalonnage pour
lesquelles l'intensité de champ définie est traçable correctement et sans aucune ambiguïté par rapport aux
étalons nationaux. Ce résultat peut s'obtenir en utilisant deux méthodes différentes: en générant un champ
calculable (méthode du champ étalon ou méthode de l'antenne étalon) de valeurs mesurées de façon traçable
ou en ajustant l'intensité du champ au moyen d'un capteur de transfert étalonné de façon traçable.
L'incertitude totale sur l'étalonnage résulte de l'incertitude sur le champ établi et sur la contribution du
dispositif soumis à l’essai (DSE). Dans l'Article 5, seule l'incertitude sur le champ établi est décrite.
Comme les valeurs indiquées sur les appareils habituels de mesure de l'intensité de champ peuvent être
influencées par le montage choisi et par des détails de la manipulation, la méthode d'étalonnage doit simuler
aussi étroitement que possible les applications prévues et doit indiquer si les exigences pour l'appareil de
mesure concerné peuvent être satisfaites, par exemple
 par exposition du capteur ou de l'équipement complet,
 par détermination de la réponse en fréquence avec des échelons de fréquence suffisamment petits pour
permettre la détection de résonances,
 par détermination de l'anisotropie (des différents capteurs) au moyen de mesurages faits avec un
minimum de trois polarisations orthogonales différentes du champ, l'un des axes correspondant à l'axe
préférentiel du capteur (il convient que la rotation se fasse autour du centre du capteur de champ),
 par étude de la linéarité,
 par étude de la performance respectivement pendant la réception et la modulation de fréquence multiples,
 par identification de la sensibilité des capteurs de champ magnétique dans le champ E,
 par surveillance du fonctionnement en faisant effectuer au capteur une rotation de 360° sous l'angle
analytique de 54° afin d'identifier une défaillance d'un élément du capteur, et
 par prise en compte du temps de réponse.
Le coût de l'étalonnage peut être réduit si l'on adopte des intervalles d'étalonnage appropriés et, si possible,
des méthodes d'étalonnage simplifiées, par exemple
 dans le cas d'une gamme de fréquences ou d'une gamme dynamique limitées,
 dans le cas d'une structure de champ connue et spécifiée,
 pour un équipement spécial (par exemple un «tellurohmmètre»), et
 dans le cas d'un réétalonnage, les exigences concernant la détermination de l'anisotropie pouvant être
réduites.
Figure 1 — Applications types
5 Méthodes d'étalonnage
5.1 Montages avec condensateur à lames
5.1.1 Généralités
Pour produire des intensités de champ électrique destinées à des opérations d'étalonnage dans la gamme de
fréquences comprise entre 0 Hz et 50 MHz environ, on peut utiliser des condensateurs à lames dans lesquels
la forme des plaques et leur distance sont imposées par les caractéristiques requises pour l'homogénéité du
champ et la taille de l'appareil de mesure d'intensité de champ ou du capteur de champ à étalonner. Si on
utilise des intensités de champ très élevées dans la gamme des basses fréquences (par exemple 50 Hz), les
bords des plaques doivent être arrondis pour éviter les décharges en couronne. Il convient que les électrodes
des condensateurs soient mises à la terre de façon symétrique. Un condensateur à lames génère un champ
électrique. Le champ magnétique qui l'accompagne peut être négligé.
5.1.2 Applicabilité et limites
5.1.2.1 Généralités
L'applicabilité et les limites de la méthode d'étalonnage dépendent des facteurs suivants qui sont
interdépendants:
 la taille des plaques du condensateur par rapport à leur distance;
 l'existence d'ondes stationnaires sur les plaques du condensateur, si leurs dimensions sont proches de la
longueur d'onde utilisée;
 l'interaction du DSE avec les condensateurs à lames.
Ces facteurs déterminent la limite supérieure de fréquence de la méthode, le volume d'essai utilisable avec
une répartition homogène de l'intensité du champ et ils affectent l'incertitude totale de la méthode.
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5.1.2.2 Défauts d'homogénéité du champ provoqués par des capacités parasites
Si la taille des électrodes du condensateur est trop petite par rapport à leur distance, la répartition de
l'intensité du champ dans le condensateur est perturbée par des capacités parasites. Ceci signifie que
l'intensité réelle du champ, E , dans la région du DSE est toujours inférieure à la valeur E calculée sur la
réel 0
base de la tension au niveau du condensateur, U , et de la distance des plaques, d:
U
E = (1)
d
La relation E /E en fonction de la taille, a, de la plaque (a est le diamètre d'une plaque circulaire ou bien la
réel 0
longueur ou la largeur d'une plaque rectangulaire) et de la distance, d, entre les plaques est représentée en
5.1.5.2.3. Il en résulte que, pour obtenir une répartition homogène de l'intensité du champ dans le
condensateur, il faut choisir
a
> 2 (2)
d
5.1.2.3 Restrictions concernant la gamme de fréquences dues aux ondes stationnaires
La relation entre le défaut d'homogénéité du champ provoqué par des ondes stationnaires sur les plaques et
les dimensions maximales autorisées des plaques est représentée en 5.1.5.2.1. On admet que la tension le
long d'une plaque de condensateur suit une fonction cosinus à partir du point d'alimentation. Si un défaut
d'homogénéité de 5 % par exemple est autorisé, la taille maximale, a , d'une plaque de condensateur doit
max
être de
cos2πλaa/ = 0,95; = 0,05λ (3)
max
À une fréquence de 50 MHz, ceci conduit à a = 0,3 m, c'est-à-dire que seules des sondes de champ de
max
taille inférieure à 30 mm peuvent y être étalonnées.
5.1.2.4 Volume utilisable
Le volume V qui peut être occupé par le DSE est situé au centre géométrique, entre les plaques, si les
p
dimensions du condensateur respectent les exigences données en 5.1.2.1 et en 5.1.2.2.
La taille maximale autorisée du DSE peut être calculée d'après l'équation
d
Vh= ;hu (4)
p
5.1.2.5 Intensité maximale du champ généré
L'intensité maximale du champ qui peut être généré avec un montage de condensateurs n'est limitée que par
la tension de claquage de l'air et le matériau qui supporte les plaques du condensateur. Il est possible de
générer des intensités de champ électrique très élevées avec une faible puissance du générateur.
5.1.3 Configuration du montage d'étalonnage
La Figure 2 représente le montage de base avec condensateur pour l'étalonnage des appareils de mesure
d'intensité de champ.
Légende
1 générateur de signaux
2 amplificateur à large bande
3 symétriseur
4 circuit de changement des potentiels et impédances des plaques du condensateur à la terre
5 DSE
6 plaque du condensateur
7a voltmètre symétrique
7b mesurage de la tension avec entrée et sortie symétrique des voltmètres à la terre
8 unité de commande
Figure 2 — Schéma fonctionnel du montage d'étalonnage
Il convient que les plaques du condensateur soient disposées verticalement et au centre de la chambre de
mesure afin de réduire autant que possible les influences de l'environnement. Au voisinage du condensateur,
les perturbations du champ dues à des objets doivent être évitées. Si ces exigences sont satisfaites, le circuit
de changement du potentiel et des impédances (Figure 2, repère 4) est redondant. Dans la gamme RF, il faut
utiliser des câbles courts à faible inductance entre le symétriseur et les plaques du condensateur (un
conducteur en bande au lieu d'un fil, entrée au centre du bord des plaques). Si le mesurage de tension
symétrique représentée à la Figure 2 n'est pas réalisable du fait que la plupart des voltmètres RF ont des
bornes d'entrée et de sortie asymétriques, l'emploi de deux voltmètres, comme représenté en complément à
la Figure 2, est nécessaire; leurs valeurs mesurées doivent être additionnées. Cette variante du mesurage de
la tension montre clairement les dissymétries du montage d'étalonnage en indiquant des tensions différentes.
Si les tensions à mesurer dépassent la plage de mesure des voltmètres, il est possible d'utiliser des diviseurs
de tension.
5.1.4 Méthode d'étalonnage
5.1.4.1 Introduction du DSE dans le montage avec condensateur
Le DSE doit être positionné au centre du volume d'essai en utilisant un matériau de support possédant une
permittivité, ε , proche de 1. Le câble raccordé au DSE doit être orienté perpendiculairement au champ
r
électrique.
5.1.4.2 Mesurage de l'intensité de champ
La relation entre E et E peut être déterminée pour un montage donné par un mesurage de référence,
réel 0
permettant ainsi l'étalonnage de l'intensité de champ via le mesurage de la tension. Une autre possibilité
consiste à déterminer l'intensité du champ généré avec un capteur de transfert.
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5.1.5 Incertitude
5.1.5.1 Généralités
L'écart-type relatif s' du champ est composé des parties suivantes (qui sont sans corrélation):
E
22 2
′′ ′ ′
ss=+s+s (5)
EU d M
où
′
s est l’écart-type relatif de la mesure de la tension;
U
′
s est l’écart-type relatif de la mesure de la distance entre les plaques;
d
′
s est la contribution à l'écart-type relatif du moyennage du champ électrique non homogène sur le
M
volume d'essai.
Pour un niveau de confiance de 95 %, il faut introduire deux fois la valeur de s′ représentant l'incertitude du
E
champ d'étalonnage.
5.1.5.2 Commentaire sur les différentes contributions
5.1.5.2.1 Mesurage de la tension
L'incertitude relative du voltmètre RF (généralement 5 % pour un niveau de confiance de 95 % ou k = 2, soit
s' = 2,5 %) augmente lorsque la fréquence augmente et constitue la part essentielle de l'incertitude totale.
U
Pour des fréquences supérieures, la possibilité de répartition inhomogène de la tension sur les plaques du
condensateur résultant des ondes stationnaires doit également être prise en compte, c'est-à-dire que le
mesurage de la tension devient dépendant de la position.
La Figure 3 représente la répartition des ondes stationnaires en fonction de la relation entre la dimension des
plaques et la longueur d'onde.
5.1.5.2.2 Mesurage de la séparation des plaques
La séparation des plaques dans un appareillage mécaniquement rigide peut être déterminée avec une grande
exactitude (d'environ s' = 0,5 % par exemple). La contribution de cette mesure à l'incertitude totale peut
d
généralement être négligée.
5.1.5.2.3 Défaut d'homogénéité de l'intensité de champ
Comme l'intensité de champ à l'intérieur du volume d'étalonnage du condensateur à lames n'est pas
homogène, l'appareil de mesure du champ qui y est introduit indique une valeur moyenne du champ.
L'incertitude qui en résulte doit être estimée; les écarts-types relatifs habituels s' sont, par exemple,
H
s' = 2,5 . 5 %. La relation des intensités de champ E /E en fonction de la relation entre la dimension des
H réel 0
plaques, a, et la séparation des plaques, d, est représentée à la Figure 4.

Légende
U = 0,9 U
a 0
U = 0,8 U
a 0
U = 0,7 U
a 0
s point d'alimentation
a) Lignes équipotentielles sur la plaque du condensateur, l'entrée étant au bord de la plaque

Légende
calculée
mesurée
b) Répartition de la tension le long de l'axe de la plaque,
calculée au moyen de l'Équation (3), et mesurée
Figure 3 — Répartition des ondes stationnaires sur les plaques du condensateur U /U = f(a/λ),
a 0
où U est la tension réelle sur la plaque du condensateur
a
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Légende
calculée
mesurée
Figure 4 — E /E en fonction de a/d
réel 0
5.2 Montages avec bobine
5.2.1 Généralités
On peut produire des champs magnétiques bien définis jusqu'à 50 MHz approximativement au moyen de
a) bobines cylindriques monocouches (à haute densité d'enroulement ou, de préférence, avec espacement
à la jauge pour fil métallique),
b) monospires circulaires, et
c) deux spires circulaires dans la configuration de Helmholtz.
Pour b) et c), on peut utiliser un câble blindé (avec interruption du blindage). Ce type de câble convient
particulièrement pour les radiofréquences et pour une connexion directe à un générateur avec sortie
asymétrique.
L'intensité du champ magnétique qui en résulte dépend du nombre de spires et des dimensions géométriques
de la bobine et elle est exactement proportionnelle au courant de bobine. Si la disposition de la bobine est
suffisamment détaillée et si le courant de bobine est déterminé avec une incertitude faible, l'intensité du
champ magnétique axial au centre de la bobine qui convient pour l'étalonnage du capteur peut être calculée
au moyen des formules données dans l'Annexe A (= champ magnétique étalon). Il est approprié d'exprimer
les intensités de champ magnétique alternatif sinusoïdal ainsi que les intensités et tensions en courant
alternatif en valeurs quadratiques moyennes afin que les mêmes formules soient également applicables pour
la fréquence 0 Hz.
Comme ces bobines sont des bobines à air, une intensité du champ magnétique de 1 A/m correspond à une
induction magnétique de 1,257 µT du fait que µ = 1.
r
Les fréquences supérieures nécessitent des bobines avec un nombre inférieur de spires. Seuls des champs
magnétiques plus faibles peuvent être générés et l'intensité du champ électrique qui est généré
simultanément par les bobines augmente proportionnellement au champ magnétique. Comme les capteurs de
champ magnétique sont fréquemment sensibles aussi au champ électrique, des erreurs notables
d'étalonnage peuvent se produire.
5.2.2 Applicabilité et limites
Pour les types de bobines mentionnés ci-dessus, des formules sont indiquées dans l'Annexe A pour l’intensité
du champ magnétique axial produit au centre de la bobine, H , et sur l'axe de la bobine, H , respectivement
0 x
pour l'inductance propre, L , et la capacité propre, C .
E E
L'intensité du champ axial est limitée par le courant RF maximal, I, qui peut être appliqué à la bobine. Par
exemple, avec I = 1 A, l'intensité du champ, H , est
1) au centre de la bobine cylindrique monocouche de 50 cm de diamètre et 50 cm de longueur avec
N = 100 spires
H = 141 A/m = 178 µT
2) au centre d'une spire circulaire de 50 cm de diamètre
H = 2 A/m = 2,51 µT
3) au centre d'une bobine de Helmholtz de deux spires circulaires de 50 cm de diamètre
H = 2,86 A/m = 3,6 µT
Le volume d'essai utilisable est proportionnel à la taille de la bobine et il dépend du défaut d'homogénéité
accepté pour le champ magnétique, c'est-à-dire qu'il dépend de la diminution acceptée du champ magnétique
aux limites du volume d'essai (voir les courbes dans l'Annexe A). Le capteur à étalonner doit être placé dans
le volume d'essai utilisable.
La gamme de fréquences utilisable est comprise entre 0 Hz et une fréquence supérieure f . En fonction du
max
type de la bobine et du montage d'étalonnage, les formules
1 R
V
ff<= ,    ff<= (6)
max res max lim
2π ⋅ L
2π L ⋅ C
E
E E
et/ou
c
ff<=
max 0
aD⋅
s'appliquent.
Si un montage possède une résonance propre distincte, la fréquence de résonance propre, f , de la bobine
res
détermine la fréquence supérieure, f , qui dépend de l'inductance propre L et de la capacité propre C .
max E E
Pour des bobines utilisées avec des résistances de charge montées en série R pour la stabilisation du
V
courant, la relation R > ω L doit être maintenue et f est déterminé par la fréquence de coupure passe-
V lim E max
bas f . Si R = 3ω L ou 7ω L , soit f /f = 3 et 7 respectivement, le courant est réduit
lim V max E max E lim max
respectivement de 5 % et de 1 % lorsqu'on approche f .
max
Les bobines monospires de grand diamètre, D, ont une faible capacité propre. En pareil cas, f peut être
max
déterminé d'après la fréquence de coupure f du montage en utilisant la condition géométrique selon laquelle
le diamètre de la bobine, D, et la longueur de fil, π⋅D, doivent être inférieurs d'un facteur a à la plus petite
longueur d'onde, λ .
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Des intensités de champ considérablement supérieures sont possibles avec une faible puissance d'entrée en
cas d'utilisation de bobines reliées à un condensateur externe (condensateur en parallèle pour un générateur
à haute impédance et condensateur en série pour un générateur à basse impédance). Ceci conduit à une
résonance distincte au-dessous de la résonance propre, f , de la bobine. Les systèmes de bobines sont
res
ensuite utilisés à cette fréquence de résonance ou aux fréquences proches de la résonance. La gamme de
fréquences utilisable est déterminée par le Q du bobinage. Une gamme de fréquences supplémentaire peut
être obtenue en modifiant la valeur du condensateur externe.
5.2.3 Configuration du montage d'étalonnage
La Figure 5 représente la configuration de base d'un montage d'étalonnage. Le champ magnétique est généré
par une bobine cylindrique monocouche non blindée (diamètre D). Il peut également être généré par une spire
circulaire ou deux spires circulaires dans une configuration de Helmholtz.

Légende
1 générateur de signaux
2 amplificateur à large bande
3 symétriseur
4 voltmètre ou ampèremètre RF
5 résistances en série (disposition identique, symétrique)
6 bobine génératrice de champ
7 ampèremètre RF
8 unité de commande
9 mesureur de champ à étalonner
10 table conductrice reliée à la terre
Figure 5 — Schéma d'un montage avec bobine pour l'étalonnage
d'un mesureur de champ ou d'une sonde de champ
Un symétriseur (Figure 5, repère 3) doit être inséré entre la sortie asymétrique de l'amplificateur (repère 2) et
les connexions symétriques à la terre de la bobine (repère 5) et, éventuellement, le voltmètre ou
l'ampèremètre RF (repère 4). À partir de là, le montage mécanique et chaque câble de connexion doivent être
électriquement symétriques par rapport à la terre. Le composant géométriquement le plus important du
montage est la bobine. Sa distance par rapport à la table conductrice ou aux parois d'une chambre blindée
doit être W 3D.
Le courant de bobine est alternativement ajusté et mesuré symétriquement par rapport à la terre ou sans terre
avec le voltmètre ou l’ampèremètre RF (Figure 5, repères 4 ou 7). Le voltmètre ou l'ampèremètre RF
(repère 4) contient une sonde de tension différentielle (mesurage du courant de bobine par l'intermédiaire de
la chute de tension des résistances en série dans les câbles) ou une sonde de courant RF à pince. Pour un
générateur de signaux à balayage (repère 1) avec tension de sortie constante, des résistances en série avec
R >>ω L sont utiles car cette solution permet de stabiliser le courant de bobine I et de le rendre
V max E
indépendant de la fréquence. Il peut être déterminé au moyen de l'équation I = U/R .
V
Les dimensions de l'ampèremètre RF (Figure 5, repère 7) sont petites et il en va de même pour sa capacité
entre le câble RF et la terre et les câbles de sortie. Dans un montage d'étalonnage qui est utilisé à proximité
d'une résonance distincte prévue (en utilisant des condensateurs supplémentaires appropriés en parallèle à la
bobine), le flux de courant dans la bobine doit être mesuré directement avec l'ampèremètre RF (repère 7).
5.2.4 Méthode d'étalonnage
5.2.4.1 Insertion du mesureur de champ
Si c'est possible, le mesureur de champ complet doit être introduit dans le champ d'étalonnage (voir Article 4);
en cas d'impossibilité, introduire au minimum le capteur de champ complet. L'appareil de mesure d'intensité
de champ ou la sonde de champ, y compris leurs lignes de transmission, ne doivent influencer que de façon
négligeable le montage d'étalonnage (modification de l'inductance de la bobine et de la fréquence de
résonance, perturbation de la symétrie électrique de la terre). Les mesurages et les essais utilisant le
montage d'étalonnage qui contient le mesureur de champ à étalonner doivent démontrer
 l'existence d'une distance suffisante entre la fréquence supérieure, f , la fréquence de résonance, f ,
max res
et la fréquence f respectivement,
lim
 la symétrie de la terre, par exemple en mesurant un courant identique aux deux extrémités de la ou des
bobines, et
 en faisant varier l'acheminement des lignes de transmission ci-dessus mentionnées, que l’on a vérifié et
confirmé que le champ d'étalonnage n'envoie pas des perturbations couplées dans les conducteurs et
que les courants dans les fils ne changent pas le champ d'étalonnage.
Un support non conducteur de la sonde doit permettre l'alignement de l'axe de mesure parallèlement au
vecteur d'intensité du champ magnétique mais aussi, pour des besoins de surveillance, perpendiculairement
à ce vecteur. Il est conseillé de vérifier la position exacte et le diagramme directionnel de la sonde en la
basculant de 90° dans la «direction du zéro».
5.2.4.2 Étalonnage
Le réglage du courant de bobine I assure une intensité du champ magnétique axial dans le système de
bobine conforme aux équations figurant dans l'Annexe A. Après mesurage des signaux de sortie de la sonde,
les facteurs de correction de la sonde de champ peuvent être déterminés.
5.2.5 Incertitude
Les équations données en A.1 à A.3 pour l'intensité du champ magnétique axial sont exactes. L'écart-type
relatif, s' , du champ d'étalonnage dans le volume d'essai est composé des parties suivantes (qui sont sans
H
corrélation):
22 2
ss′′=+s′+s′ (7)
HA I M
où
s′ est l’écart-type relatif des dimensions géométriques de la bobine (production, mesurage, stabilité
A
mécanique et thermique, généralement 0,1 % à 1 %, en fonction de la taille et de la construction de
la bobine);
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′
s est l’écart-type relatif de la mesure du courant (généralement 0,1 % à 5 %, en fonction de la
I
fréquence et de la méthode de mesure);
′
s est la contribution à l'écart-type relatif du moyennage du champ magnétique non homogène sur le
M
volume d'essai (généralement 1 % à 10 %, en fonction de la relation entre les dimensions de la
bobine et la taille du volume d'essai).
Pour un niveau de confiance de 95 %, il faut introduire deux fois la valeur de s' , représentant l'incertitude du
E
champ d'étalonnage.
5.3 Cellules TEM
5.3.1 Généralités
La cellule TEM illustrée à la Figure 6 représente une ligne coaxiale étendue avec conducteur intérieur mince
constitué par une plaque plane (septum) et sa section transversale est rectangulaire. Jusqu'à une fréquence
inférieure de coupure, seul se forme dans la cellule un champ électromagnétique transversal homogène et
calculable avec une composante de champ électrique verticale et une composante de champ magnétique
horizontale.
a
Septum.
Figure 6 — Cellule TEM
Les dimensions géométriques sont choisies de telle sorte que l'impédance caractéristique Z de la cellule soit
L
de 50 Ω sur toute la longueur.
5.3.2 Applicabilité
5.3.2.1 Disposition mécanique et volume utilisable
Le volume V possédant une répartition homogène de l'intensité de champ utilisable pour l'étalonnage du
p
mesureur de champ est limité par les dimensions géométriques de la cellule. L'estimation suivante peut être
utilisée:
d
V = h avec hu (8)
p
...