/ 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

在眾多的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品中存在很多工作時(shí)間很短，具有周期性特點(diǎn)的產(chǎn)品，例如電動(dòng)門折疊開關(guān)、喇叭、水泵電機(jī)、胎壓傳感器等。這些特點(diǎn)決定了其對(duì)外發(fā)射狀態(tài)的不穩(wěn)定性。針對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容檢測(cè)時(shí)，很難保證試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)，尤其是針對(duì)其對(duì)外傳導(dǎo)發(fā)射的試驗(yàn)項(xiàng)目[1][2]。對(duì)外發(fā)射主要包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射，如果采用步進(jìn)掃描（SCAN）方法，需要按照GB 6113.201-2017的規(guī)定，進(jìn)行頻譜特性的分析來(lái)確定掃描駐留時(shí)間和掃描次數(shù)，通過(guò)保留最大值的方法進(jìn)行多次掃描，以保證頻譜包絡(luò)中沒有明顯的包絡(luò)信號(hào)被遺漏[3]。這種方法雖然能在很大程度上保證測(cè)試的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，但是測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng)，成本較高。由于產(chǎn)品內(nèi)電子元器件的熱效應(yīng)等因素的影響，電路的阻抗會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，對(duì)外發(fā)射狀態(tài)也可能因長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生變化，可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)在典型工作狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)的目標(biāo)。這些問題給檢測(cè)評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大的困擾。多數(shù)周期性工作的產(chǎn)品都涉及開關(guān)電源，理論上講，開關(guān)電源模塊啟動(dòng)和關(guān)停時(shí)間都在微秒或納秒級(jí)別，會(huì)產(chǎn)生較高的du/dt和di/dt，這是產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射的源頭[4]。而且開關(guān)電源模塊還會(huì)通過(guò)周圍電路串?dāng)_耦合產(chǎn)生共模和差模輻射。如何能在產(chǎn)品的周期性工作中檢測(cè)到產(chǎn)品的最嚴(yán)格的發(fā)射狀態(tài)成為一項(xiàng)重要的工作。

GB 6113.201-2017中給出了關(guān)于脈沖信號(hào)的間隔和脈沖重復(fù)頻率的確定以及掃頻速率或駐留時(shí)間選擇的方法，也增加了基于FFT測(cè)量設(shè)備的騷擾測(cè)量方法。FFT將時(shí)域或頻域信號(hào)進(jìn)行分段掃描，利用其周期性和對(duì)稱性,可以顯著減小計(jì)算量的優(yōu)點(diǎn)，使得FFT在信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，結(jié)合高速硬件就能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，對(duì)信號(hào)處理方法的發(fā)展起了重要的作用。

本文針對(duì)典型的短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)步進(jìn)掃描和FFT兩種方法進(jìn)行比較，說(shuō)明短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品傳導(dǎo)發(fā)射的檢測(cè)方法。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)布置

圖1所示為GB 18655-2010規(guī)定的遠(yuǎn)端接地傳導(dǎo)發(fā)射檢測(cè)布置示意圖，研究中采用上述布置[5]。被檢測(cè)產(chǎn)品的工作周期為（1.0±0.1）s，典型工作狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為（500±50）ms。

圖1 試驗(yàn)布置示意圖

1.2 測(cè)量方法

1.2.1 步進(jìn)掃頻

根據(jù)GB 6113.201-2017的要求，為了防止遺漏騷擾信號(hào)，試驗(yàn)中可采用單次掃描和“最大值保持”狀態(tài)下的多次掃描。單次掃描即步進(jìn)式EMI接收機(jī)采用預(yù)定的步長(zhǎng)逐點(diǎn)掃描，步長(zhǎng)通常為不大于0.5倍分辨力帶寬。當(dāng)整個(gè)頻率使用離散步進(jìn)時(shí)，為了保證儀器準(zhǔn)確測(cè)量輸入信號(hào)，需確定每個(gè)頻率點(diǎn)的最小駐留時(shí)間。單點(diǎn)駐留時(shí)間要足夠大，大于間歇騷擾信號(hào)的間隔時(shí)間。每個(gè)頻率點(diǎn)的觀察時(shí)間都應(yīng)足夠長(zhǎng)，以捕捉間歇信號(hào)的最大值。“最大值保持”狀態(tài)下的多次掃描需要對(duì)單次掃描測(cè)量時(shí)間應(yīng)大于信號(hào)間隔，觀察時(shí)間內(nèi)的重復(fù)掃頻的次數(shù)應(yīng)盡可能多，以提高捕捉到最大信號(hào)的概率。

對(duì)于單純的寬帶發(fā)射，通過(guò)峰值的多次快速掃描找到頻譜包絡(luò)即可。而對(duì)于窄帶發(fā)射則需要檢索窄帶信號(hào)對(duì)外發(fā)射的最大值。如果發(fā)射類型未知，或者可能包含連續(xù)信號(hào)和斷續(xù)信號(hào)，用盡可能短的掃描時(shí)間進(jìn)行重復(fù)掃描，以測(cè)定頻譜的包絡(luò)。通常來(lái)說(shuō)短時(shí)間的三次掃描足以測(cè)量頻譜中連續(xù)的窄帶信號(hào)。而對(duì)于連續(xù)的寬帶和間歇性的窄帶信號(hào)，則需要在“最大值保持”功能下用不同的掃頻速率重復(fù)掃描確定頻譜包絡(luò)。對(duì)于低重復(fù)的脈沖信號(hào)，應(yīng)進(jìn)行重復(fù)掃描寬帶分量的頻譜包絡(luò)。為減少測(cè)量時(shí)間，可采用示波器接到接收機(jī)中頻或視頻輸出端采集被測(cè)信號(hào)的時(shí)域分析。

對(duì)于短時(shí)周期性工作的產(chǎn)品而言，對(duì)外傳導(dǎo)發(fā)射可能同時(shí)具備連續(xù)騷擾信號(hào)和間歇騷擾信號(hào)。按照GB 18655-2010要求的接收機(jī)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，接收機(jī)掃描參數(shù)如表1所示。其中檢測(cè)限值根據(jù)產(chǎn)品的發(fā)射特性，對(duì)于關(guān)注頻段采用寬窄帶區(qū)分的方法。

表1 測(cè)量接收機(jī)掃描參數(shù)

1.2.2 FFT方法

基于FFT的測(cè)量?jī)x器組合了多頻點(diǎn)并行計(jì)算和步進(jìn)掃頻的方法，把涉及的頻率范圍分成循序掃頻的N個(gè)頻率段，利用其周期性和對(duì)稱性，進(jìn)行快速測(cè)量。EMI接收機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 EMI測(cè)量接收機(jī)掃描參數(shù)

2 測(cè)試結(jié)果和分析

圖2所示為采用“最大值保持”模式下的步進(jìn)掃描結(jié)果，其中圖 2（A）（B）（C）（D）分別為經(jīng)過(guò) 1、2、4、8次掃描測(cè)試的結(jié)果。圖2（A）中的頻譜包絡(luò)包含寬帶騷擾和窄帶騷擾，窄帶騷擾還包含連續(xù)和間歇騷擾。從以上測(cè)試結(jié)果可知，單次測(cè)量不能將樣品工作狀態(tài)的傳導(dǎo)發(fā)射情況完全反映出來(lái)，需要通過(guò)多次掃描不斷完善。

圖3（A）所示為延長(zhǎng)單點(diǎn)駐留時(shí)間為2 s時(shí)的測(cè)試結(jié)果，圖3（B）為采用FFT方法進(jìn)行4次連續(xù)掃描的測(cè)試結(jié)果。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)步進(jìn)掃描8次的結(jié)果，單點(diǎn)駐留時(shí)間為2 s的試驗(yàn)結(jié)果與FFT掃描的結(jié)果基本一致，均可以將產(chǎn)品的傳導(dǎo)發(fā)射的主要頻譜包絡(luò)檢測(cè)出來(lái)。

短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品基本上都涉及開關(guān)電源，具有高的du/dt和di/dt，這是主要的輻射源[6][7]。因此被測(cè)產(chǎn)品傳導(dǎo)發(fā)射的檢測(cè)波形中出現(xiàn)近似于方波的窄帶騷擾成分，而且會(huì)隨著頻率的升高，諧波逐漸減弱，如圖2（A）中所示[8]。因此步進(jìn)掃描和FFT方法，均可以防止試驗(yàn)中被測(cè)產(chǎn)品騷擾頻點(diǎn)的遺漏。按照GB 18655-2010和GB 6113.201-2017關(guān)于掃描接收機(jī)參數(shù)的規(guī)定，單次測(cè)量大約用時(shí)3 min，單點(diǎn)駐留2 s條件下的單次掃描時(shí)間大約用時(shí)50 min，而FFT掃描模式僅需不到10 s，顯著提高了測(cè)試效率。

圖2 采用步進(jìn)掃描方式的測(cè)試結(jié)果

圖3 步進(jìn)掃描單點(diǎn)駐留2 s測(cè)試結(jié)果和FFT掃描的測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比步進(jìn)掃描方法和FFT方法對(duì)于短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果，針對(duì)短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品的傳導(dǎo)騷擾檢測(cè)可以采用以下三種方法。

1）延長(zhǎng)單點(diǎn)駐留時(shí)間的步進(jìn)掃描方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是時(shí)間成本較高。此外，隨著產(chǎn)品工作時(shí)間的延長(zhǎng)，由于熱效應(yīng)引起的內(nèi)部阻抗發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的傳導(dǎo)發(fā)射狀態(tài)發(fā)生變化。這種條件下，不能保證產(chǎn)品在典型的工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。

2）步進(jìn)掃描多次測(cè)量的方法，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試時(shí)間較延長(zhǎng)單點(diǎn)駐留時(shí)間的方法短，缺點(diǎn)是不能滿足工作間隔時(shí)間較長(zhǎng)的產(chǎn)品的測(cè)試。

3）FFT方法可以克服以上兩種方法的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，尤其是工作間隔較長(zhǎng)的產(chǎn)品。

GB 6113.201-2017增加了基于FFT測(cè)量設(shè)備的騷擾測(cè)量方法，國(guó)際主流測(cè)量方法目前不使用FFT方法。但是FFT作為一種高效的測(cè)量方法，在短時(shí)周期性工作的機(jī)動(dòng)車零部件產(chǎn)品檢測(cè)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。雖然實(shí)際檢測(cè)業(yè)務(wù)中使用FFT方法需要得到授權(quán)，但是在產(chǎn)品研發(fā)整改過(guò)程中可以作為非正式的檢測(cè)方法以提高工作效率，尤其是對(duì)于短時(shí)周期性工作而又不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)品。