原 覺(jué)，劉 建，何 瑩

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041）

0 引言

隨著現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)，電子技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛。電子零部件的大量應(yīng)用提高了汽車(chē)的安全性能，但也帶來(lái)了電磁干擾的風(fēng)險(xiǎn)，影響汽車(chē)上的敏感設(shè)備工作，從而影響駕駛安全。車(chē)載通信終端T-BOX的電磁兼容性是汽車(chē)電子認(rèn)證項(xiàng)目中的重要組成部分，主要測(cè)試內(nèi)容是在半電波暗室中模擬汽車(chē)上其他電子設(shè)備產(chǎn)生輻射發(fā)射，試驗(yàn)驗(yàn)證T-BOX在此電磁環(huán)境下工作狀態(tài)是否能符合國(guó)際電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步確保T-BOX的使用安全性。

1 當(dāng)今汽車(chē)電子發(fā)展的現(xiàn)狀和背景

隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)上的電子零部件占總成本的三成以上。在這些電子零部件中，汽車(chē)的電磁兼容性問(wèn)題至關(guān)重要，這對(duì)汽車(chē)電子設(shè)備的可靠性和用戶的人身安全都產(chǎn)生了重大影響。因此，全球許多國(guó)家都非常注重汽車(chē)電子設(shè)備的電磁兼容性測(cè)試，特別是電磁輻射抗擾測(cè)試。目前，世界上普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)電子設(shè)備電磁輻射抗擾測(cè)試方法包括半波暗室法、橫電磁波小室法、大電流注入法和帶狀線法等[1][2]。本文使用半電波暗室法對(duì)車(chē)載通信終端的電磁兼容性中的輻射抗擾性能進(jìn)行研究，以保障車(chē)載通信終端在車(chē)內(nèi)嚴(yán)峻的電磁環(huán)境下能夠正常工作。

2 現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國(guó)汽車(chē)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)制定工作起步較晚，目前仍處于初期階段。汽車(chē)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)通常有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三種類型[3]。汽車(chē)的電磁干擾測(cè)試是我國(guó)汽車(chē)電磁兼容技術(shù)研究工作的開(kāi)始。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，由于汽車(chē)的安全性越來(lái)越受到人們的重視，我國(guó)開(kāi)始對(duì)汽車(chē)的電磁抗干擾進(jìn)行了第一次測(cè)試實(shí)驗(yàn)[4]。在1994年，我國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心在國(guó)內(nèi)第一次進(jìn)行在汽車(chē)無(wú)線電磁干擾方面的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的各種車(chē)型都進(jìn)行了測(cè)試調(diào)查，當(dāng)時(shí)的調(diào)查結(jié)果顯示我國(guó)車(chē)輛的合格率只有24%，有一部分汽車(chē)測(cè)試結(jié)果的嚴(yán)重超標(biāo)。2001年再次進(jìn)行了測(cè)試調(diào)查，此次的結(jié)果也不盡人意，僅有36%的車(chē)輛達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)[5][6]。許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了相對(duì)完整的汽車(chē)電磁兼容性研究體系，其中包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際電工委員會(huì)、國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)等組織，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得到了幾乎所有汽車(chē)和汽車(chē)電子電器零部件廠商的認(rèn)可[7][8]。能夠?qū)ζ?chē)整車(chē)或是汽車(chē)零部件進(jìn)行電磁兼容性測(cè)試認(rèn)證。有些走在電磁兼容性前端的公司也總結(jié)了一些汽車(chē)電磁兼容的設(shè)計(jì)原則。一些第三方測(cè)試認(rèn)證機(jī)構(gòu)以及一些車(chē)廠也建立了自己的電磁兼容測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，一些國(guó)外經(jīng)濟(jì)勢(shì)力雄厚的公司還還把目光放在了中國(guó)，帶動(dòng)了我國(guó)的電磁兼容性技術(shù)研究。例如，美國(guó)的Intertek（天祥）集團(tuán)于2006年在上海投資建立了完整的電磁兼容測(cè)試機(jī)構(gòu)，其中還包括兩個(gè)半電波暗室，而后當(dāng)時(shí)世界上最大的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)——法國(guó)的Bureau Veritas Group（必維）集團(tuán)在2010年也來(lái)到上海建立了電磁兼容實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)花重金建造了四個(gè)半電波暗室[9]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)要求和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11452-2中的半電波暗室法（ALSE法），實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

測(cè)試設(shè)備應(yīng)滿足ISO CISPR 16-1-1和ISO CISPR 16-2-4中的要求。

對(duì)于頻率在200～1 000 MHz的測(cè)試，發(fā)射天線的位置應(yīng)該處于被測(cè)樣品線束的中間位置正前方1 000 mm。對(duì)于頻率≥1 000 MHz的測(cè)試，發(fā)射天線的位置不再對(duì)著測(cè)試線束的中間，應(yīng)向右平移750 mm對(duì)著被測(cè)樣品。

測(cè)試的線束長(zhǎng)度應(yīng)該為1 700～2 000 mm。被測(cè)樣品和測(cè)試的線束一般呈彎曲狀態(tài)。測(cè)試線束的彎曲角度一般為90°～135°，測(cè)試線束一般都放置在50 mm絕緣墊上。

①測(cè)試一般使用替代法進(jìn)行，根據(jù)ISO 11452-2的要求進(jìn)行校準(zhǔn)與測(cè)試。②前向功率將作為電磁場(chǎng)的特征參數(shù)，并且需將其運(yùn)用到實(shí)際的測(cè)試中。③全部調(diào)制方式的駐留時(shí)間（用于每種射頻調(diào)制的時(shí)間）應(yīng)大于2 s。④測(cè)試的天線方向分為垂直極化和水平極化兩個(gè)方向進(jìn)行。⑤當(dāng)被測(cè)樣品的測(cè)試頻率≥1 000 MHz時(shí)，應(yīng)對(duì)其X、Y、Z三個(gè)方向分別進(jìn)行測(cè)試。⑥由表1數(shù)據(jù)可知，在各個(gè)頻率范圍內(nèi)，Leve 1注入的干擾信號(hào)均小于Leve 2的信號(hào)，所以Leve 2為實(shí)驗(yàn)等級(jí)更高的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 半電波暗室輻射抗擾方法測(cè)量T-BOX對(duì)電磁場(chǎng)的抗擾度要求等級(jí)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 11452-2可知，當(dāng)頻率為200～1 000 MHz時(shí)，T-BOX只需要X方向的測(cè)試。當(dāng)測(cè)試頻率為200～1 0 0 0 M H z范圍時(shí)，只需測(cè)試發(fā)射天線的水平極化，當(dāng)頻率為400～1 000 MHz時(shí)，只需測(cè)試發(fā)射天線為垂直極化；當(dāng)頻率為1 000～3 000 MHz時(shí)，T-BOX需要進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的測(cè)試；當(dāng)測(cè)試頻率為1 000～3 000 MHz時(shí)，發(fā)射天線水平極化和垂直極化都需要進(jìn)行測(cè)試。

3.2 樣品選擇及輔助測(cè)試儀器

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)證思路進(jìn)行考慮，本次實(shí)驗(yàn)選用帶有衛(wèi)星通信及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)端口的車(chē)載通信終端（T-BOX）進(jìn)行測(cè)試。在電波暗室外通過(guò)同軸線纜和射頻傳輸線連接內(nèi)部發(fā)射天線及各個(gè)模塊組合為整套抗擾性測(cè)試單元。整套實(shí)驗(yàn)設(shè)備樣品儀器選取介紹如下。

（1）電波暗室。這是標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定優(yōu)先選用的試驗(yàn)場(chǎng)地，要求電波暗室有合適的尺寸，能維持被試品以足夠空間的均勻場(chǎng)域，必要時(shí)可在電波暗室里安裝一些吸收材料來(lái)削弱室內(nèi)的反射強(qiáng)度，維護(hù)場(chǎng)的均勻性。另有一間輔助屏蔽室，用于安放場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生設(shè)備（信號(hào)發(fā)生器、功率放大器）、監(jiān)視設(shè)備和對(duì)被試品的操控設(shè)備。

（2）電磁干擾濾波器。要確保濾波器接在線路上不會(huì)引起意外的諧振。

（3）射頻信號(hào)發(fā)生器。要能夠覆蓋相關(guān)的試驗(yàn)頻段（按標(biāo)準(zhǔn)要求，上限頻率應(yīng)能達(dá)到3 GHz以上），能以1 kHz的正弦波進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)幅深度達(dá)到80%。

（4）功率放大器。用于放大未調(diào)制和已調(diào)制的信號(hào)，并提供天線建立電磁場(chǎng)，使之達(dá)到所需等級(jí)。

（5）發(fā)射天線。用以產(chǎn)生所需的電磁場(chǎng)。在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的200～1 000 MHz頻段內(nèi)使用低頻喇叭天線。在1～3 GHz的頻率范圍，則采用高頻喇叭天線產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

（6）監(jiān)視水平和垂直極化的場(chǎng)強(qiáng)探頭（或各向同性的監(jiān)視天線）。用以監(jiān)視被試設(shè)備這一邊的射頻輻射電磁場(chǎng)強(qiáng)度。其置于被測(cè)電磁場(chǎng)中的前置放大器和光電轉(zhuǎn)換部分要有足夠的抗干擾能力，再通過(guò)一根光纖電纜（對(duì)于經(jīng)過(guò)充分濾波的信號(hào)連接線也可使用）與室外指示器連接。

（7）用于記錄功率電平的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試設(shè)備。通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試設(shè)備可進(jìn)一步控制信號(hào)發(fā)生器送到功率放大器的信號(hào)幅度，最終使加在被試品上的場(chǎng)強(qiáng)維持穩(wěn)定。值得注意的是，要保證場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試設(shè)備有足夠的抗干擾能力。

（8）CMW500綜合測(cè)試儀。用于組建網(wǎng)絡(luò)，連接被測(cè)車(chē)載數(shù)據(jù)終端（T-BOX），能夠提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)可監(jiān)控通信質(zhì)量。

3.3 樣機(jī)常規(guī)功能的調(diào)試

在實(shí)驗(yàn)之前，需先對(duì)T-BOX進(jìn)行常規(guī)性功能檢測(cè)，以確保樣機(jī)都能正常工作。

3.4 試驗(yàn)環(huán)境搭建及暗室環(huán)境搭建

根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，搭建相應(yīng)的測(cè)試環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室的搭建要在未通電的情況下進(jìn)行，防止因人為的原因?qū)е螺o材的損壞。

圖1 環(huán)境搭建框圖

輻射抗擾性暗室內(nèi)測(cè)試環(huán)境如圖2所示。

如圖3所示，PC工具為監(jiān)測(cè)界面，當(dāng)環(huán)境搭建完成后，通過(guò)觀察PC工具各項(xiàng)功能是否工作正常，若正常則開(kāi)始抗擾性測(cè)試，若有功能不正常則需通過(guò)對(duì)搭建的環(huán)境進(jìn)行排查，尋找其不正常的原因。

圖3 暗室外測(cè)試環(huán)境

3.5 試驗(yàn)的測(cè)試過(guò)程

（1）低頻測(cè)試：測(cè)試開(kāi)始先將喇叭天線垂直極化正對(duì)線束的中間，在距離線束1 m的位置，發(fā)射頻段為200～1 000 MHz，測(cè)試T-BOX的X面工作情況；200～1 000 MHz頻段測(cè)試完成后將喇叭天線改為水平極化，發(fā)射頻段為400～1 000 MHz，繼續(xù)測(cè)試T-BOX的X面工作情況。

（2）高頻測(cè)試：低頻測(cè)試完成后將低頻喇叭天線換成高頻喇叭天線，同時(shí)位置向右平移750 mm，天線分別處于垂直極化和水平極化發(fā)射頻率為1 000～2 000 MHz、2 000～3 000 MHz，對(duì)T-BOX的X三個(gè)面進(jìn)行測(cè)試。

（3）雷達(dá)波測(cè)試：雷達(dá)波的測(cè)試與高頻測(cè)試相同，只需將發(fā)射頻率改為1 200～1 400 MHz、2 700 MHz～3 000 GHz。

3.6 結(jié)果分析

根據(jù)相關(guān)要求，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試了WCDMA、FDDBand3、TDD Band41和SLEEP四種模式，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制指令使喇叭天線發(fā)射不同頻率，關(guān)注PC測(cè)試界面是否會(huì)出現(xiàn)異常。在測(cè)試過(guò)程中，若樣品始終未出現(xiàn)異常情況，則達(dá)到了通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)載電子設(shè)備面臨的電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致異常工作或零部件損壞，因此測(cè)試整個(gè)車(chē)輛的電磁性能以提高電子設(shè)備的抗干擾能力非常重要。本次測(cè)試驗(yàn)證車(chē)載通信終端在半波暗室中受到輻射干擾時(shí)的工作狀態(tài)。通過(guò)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，進(jìn)而結(jié)合具體試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，了解為什么進(jìn)行電磁兼容性的測(cè)試背景和意義，介紹了電磁輻射抗擾半電波暗室法，以及ISO 11452-2和相關(guān)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)T-BOX進(jìn)行常規(guī)性功能驗(yàn)證和環(huán)境搭建框圖繪制并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了車(chē)載通信終端在半波暗室中受到輻射干擾時(shí)的工作狀態(tài)?！?/p>