岳木林

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 福州大學(xué)物信學(xué)院，福州 350002）

引言

ISO 11452-4:2011[1]（第四版本）《道路車輛-窄帶輻射電磁能產(chǎn)生的電干擾的零部件測試方法-第4部分：線束激勵(lì)法》已于2011年12月發(fā)布，同時(shí)代替了ISO 11452-4:2005[2]（第三版本）。ISO 11452-4在過去的近20年中更新了三次，是ISO 11452標(biāo)準(zhǔn)家族中最活躍的。

ISO 11452-4:2011一個(gè)最明顯的改動(dòng)就是把標(biāo)準(zhǔn)名稱由“大電流注入（BCI）”改為“線束激勵(lì)法”，這是為了適應(yīng)新增加的管狀耦合器（TWC）法。BCI法因僅需在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，對(duì)于400MHz或更低頻率的測試不需要使用高功率的功率放大器，成本比在電波暗室中進(jìn)行的輻射抗擾度（天線輻射法）低，實(shí)施簡單方便，因此ISO 11452-4在整個(gè)ISO 11452標(biāo)準(zhǔn)家族中占有非常重要的地位。由于BCI法的方便及成本經(jīng)濟(jì)等因素，在ISO 11452-4:2011中，除了保留以往的400MHz以下的BCI法外，為了適應(yīng)形勢的需要，增加了400MHz至3GHz的管狀波耦合器（Tubular wave coupler，TWC）法。本文將從試驗(yàn)布置、BCI試驗(yàn)方法、試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)和新增的TWC等方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的差異研究。

1 關(guān)于試驗(yàn)布置的差異

1.1 接地平板

在接地平板方面，ISO 11452-4兩個(gè)版本主要在最小尺寸及接地搭接方式存在差異，兩個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容見表1。

關(guān)于接地平板長度最小尺寸問題，ISO 11452-4:2011中由于試驗(yàn)線束的加長，因此接地平板的最小尺寸也做了相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，建議將接地平板設(shè)計(jì)為“長度：2500mm，寬度：1000mm”，因?yàn)槠囯娮赢a(chǎn)品尺寸一般比較小，這種設(shè)計(jì)能夠滿足大多數(shù)產(chǎn)品的試驗(yàn)要求。

關(guān)于接地平板接地方式問題，ISO 11452-4:2011與ISO 11452-4:2005相比，要求更加明確并且細(xì)化。ISO 11452-4:2011中明確了接地平板可以與屏蔽室的地面或墻面進(jìn)行電氣搭接，規(guī)定接地銅帶與銅帶之間距離（銅帶邊緣與下一銅帶邊緣之間的距離）不得大于300mm，新增了銅帶長寬的最大比應(yīng)為7:1。銅帶長寬比的要求是為了減少由接地平板產(chǎn)生諧振對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。這些要求調(diào)整后，與CISPR25中接地平板接地要求進(jìn)行了統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)之間的銜接。

1.2 試驗(yàn)線束與干擾注入位置

ISO 11452-4:2011中將試驗(yàn)線束的長度改為1700mm（除了閉環(huán)法），見表2，目的是為了避免試驗(yàn)線束與負(fù)載模擬器中線束等長時(shí)，產(chǎn)生諧振效應(yīng)，同時(shí)也能與大多數(shù)車廠的標(biāo)準(zhǔn)要求相協(xié)調(diào)。對(duì)于EUT有多路分支，應(yīng)將不在注入鉗內(nèi)的線束至少距離鉗中的線束100mm，這點(diǎn)要求在ISO 11452-4:2005中并沒有提及，目的是為了減少線束與線束之間的相互抵消或相互增強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

ISO 11452-4:2005中對(duì)于BCI替代法干擾信號(hào)的注入位置，規(guī)定了三個(gè)位置（150mm、450mm、750mm），但沒有對(duì)具體哪個(gè)位置應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行說明。在ISO11452-4:2011中明確提出干擾信號(hào)注入位置應(yīng)在150mm處進(jìn)行，450mm和750mm只是作為附加考核。作為新增加的試驗(yàn)方法，TWC法的干擾注入位置為100mm。

表1 兩版本對(duì)接地平板的要求

表2 試驗(yàn)線束與注入位置的要求

2 BCI試驗(yàn)方法的差異

BCI試驗(yàn)法包括替代法和閉環(huán)法兩種方法，與ISO 11452-4:2005相比較，閉環(huán)法沒有進(jìn)行變動(dòng)，替代法進(jìn)行了局部調(diào)整，目的是為了使試驗(yàn)方法更加明確和細(xì)化。

對(duì)于BCI替代法試驗(yàn)來說，試驗(yàn)線束的長度由原來的（1000±10）mm調(diào)整為17000+300mm，同時(shí)將試驗(yàn)布置圖上低介電常數(shù)材料的厚度由500+10mm變更為（50±5）mm，對(duì)于含有多分支的EUT線束，試驗(yàn)應(yīng)對(duì)每個(gè)分支分別進(jìn)行。對(duì)于BCI替代法校準(zhǔn)來說，增加了“頻率布進(jìn)不能大于ISO 11452-1規(guī)定的最大頻率布進(jìn)；對(duì)于小增量的試驗(yàn)頻率布進(jìn)，在校準(zhǔn)頻率間的插值允許0.5dB的誤差”。這些規(guī)定使得試驗(yàn)方法更加細(xì)化，同時(shí)也可以減小實(shí)驗(yàn)室間的誤差。

對(duì)于BCI替代法中試驗(yàn)線束長度變化問題，本文將通過實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和差異分析。試驗(yàn)樣品為直流12V供電的LED警報(bào)燈，注入電流為150mA，注入鉗的位置距離EUT為150mm。為了測量線束上的實(shí)際電流，試驗(yàn)中使用了電流監(jiān)測鉗，電流監(jiān)測鉗的位置距離EUT50mm，根據(jù)ISO 11452-4進(jìn)行布置，兩個(gè)版本的布置圖所圖1和圖2所示，線束上的實(shí)際電流值見圖3和圖4。

在試驗(yàn)中，根據(jù)圖2布置的LED警示燈在50～300MHz頻段出現(xiàn)了多次燈閃爍現(xiàn)象，根據(jù)圖1布置的LED警示燈僅在142MHz出現(xiàn)了燈閃爍現(xiàn)象；從圖3可知，在142MHz，線束上實(shí)際電流值達(dá)到135mA，非常接地試驗(yàn)電流值（150mA）；從圖4可知，在50～300MHz，線束上實(shí)際電流值4次在130mA附近。通過圖3和圖4的比較，并且結(jié)合圖1和圖2不同布置得到的試驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)線束的長度影響著線束上實(shí)際電流值，從而影響試驗(yàn)的結(jié)果。

從原理上看，線束上實(shí)際電流在不同頻段呈現(xiàn)不同的電流值，這與線束（長度、材質(zhì)）、EUT端口及負(fù)載阻抗相關(guān)。

圖1 試驗(yàn)布置（1000mm線束）

圖2 試驗(yàn)布置（1700mm線束）

圖3 1000mm線束的實(shí)際注入電流值

圖4 1700mm線束的實(shí)際注入電流值

1)只有當(dāng)線束上呈現(xiàn)的總阻抗值與校準(zhǔn)時(shí)阻抗（50Ω）相同時(shí)，線束上的實(shí)際電流值將于試驗(yàn)電流值相同，這時(shí)將全部干擾信號(hào)注入線束，試驗(yàn)最嚴(yán)酷；

2)當(dāng)線束上的總阻抗大于或小于校準(zhǔn)值時(shí)阻抗（50Ω）時(shí)，這時(shí)線束上實(shí)際電流值將小于試驗(yàn)電流值，從圖上看出，在大多數(shù)情況下，線束上實(shí)際電流值都小于試驗(yàn)電流值。

3 TWC法

3.1 TWC法的適用性

TWC (tubular wave coupler)法是根據(jù)定向耦合器的原理將電磁波耦合至線束的試驗(yàn)方法。TWC法研究的目的是為滿足汽車電子零部件對(duì)于GHz頻率范圍（GSM頻段、UMTS、2.4GHz的ISM）輻射抗擾度的要求。這種方法適用于小的（相對(duì)于波長）并且屏蔽的EUT，因?yàn)樵谶@種情況下，起主導(dǎo)作用的是經(jīng)過線耦合，而不是空間耦合。對(duì)于尺寸大于一個(gè)波長的EUT，直接耦合至PCB板也是等效的。

由于TWC法不需要在暗室中進(jìn)行，并且使用較低功率的射頻功率放大器就能實(shí)現(xiàn)，因此在一些車廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，例如大眾的TL 82166-2004[3]中附錄A有對(duì)該方法的詳細(xì)描述。

3.2 TWC法的布置

TWC法的試驗(yàn)應(yīng)在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)布置與BCI法中替代法相類似，所圖5所示。TWC應(yīng)至于距離EUT（100±10）mm處，并與接地平板隔離。TWC的一端連接高頻設(shè)備（注入干擾），另一端端接50Ω負(fù)載，50Ω負(fù)載應(yīng)放置在50mm絕緣墊上，并且距離線束至少200mm。

3.3 TWC試驗(yàn)方法

TWC試驗(yàn)法是基于前向功率作為參考參數(shù)來進(jìn)行校準(zhǔn)和試驗(yàn)的，是一種替代方法，步驟分為兩步：

—使用校準(zhǔn)夾具進(jìn)行校準(zhǔn)；

—EUT試驗(yàn)。

3.3.1 校準(zhǔn)

TWC的校準(zhǔn)，就是使用特性阻抗為150Ω的校準(zhǔn)夾具來測量TWC的插入損耗。由于TWC和校準(zhǔn)夾具都是線性系統(tǒng)，故插入損耗可以用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)布置如圖6所示，測量S21參數(shù)。

校準(zhǔn)夾具應(yīng)包含一個(gè)與測量設(shè)備（阻抗為50Ω）轉(zhuǎn)換的寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。校準(zhǔn)夾具的制造商應(yīng)給出匹配網(wǎng)絡(luò)的修正因子（最大不確定度為1.5dB）。TWC的插入損耗計(jì)算如下：

其中IL為插入損耗，單位為dB；|S21|為S21參數(shù)的幅值，單位為dB；F為校準(zhǔn)夾具修正因子，單位為dB。

3.3.2 EUT試驗(yàn)

EUT、線束和相關(guān)設(shè)備布置所圖5所示。EUT試驗(yàn)中的前向功率（）計(jì)算如下所示：

其中Ptest為試驗(yàn)計(jì)劃中要求的試驗(yàn)功率，單位為dBm；為前向功率，單位為dBm；IL為TWC插入損耗，單位為dB。

4 試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

ISO 11452-4:2005中規(guī)定了 25mA、50mA、75mA、100mA四個(gè)級(jí)別的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)，這四個(gè)等級(jí)相對(duì)于車廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都偏低（一般車廠標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)值都≥100mA），而且現(xiàn)在車上的汽車電子設(shè)備越來越多，干擾環(huán)境越來越惡劣，因此提高標(biāo)準(zhǔn)要求是一種趨勢。作為專業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)等級(jí)的規(guī)定應(yīng)能對(duì)企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)起到借鑒作用。ISO 11452-4:2011加強(qiáng)了這方面的要求，所圖7所示，BCI法試驗(yàn)等級(jí)分為60mA(25mA)、100mA(50mA)、150mA(75mA)、200mA(100mA)，與ISO 11452-4:2005相比，相應(yīng)地提高了相近一倍的要求。

圖5 TWC法的試驗(yàn)布置

圖6 TWC校準(zhǔn)布置

圖7 試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)

5 結(jié)語

ISO 11452-4:2011作為ISO 11452-4的最新版本，除了更新和補(bǔ)充有關(guān)BCI試驗(yàn)內(nèi)容外，還新增了TWC法，擴(kuò)充了ISO 11452-4的試驗(yàn)范圍。TWC法的出現(xiàn)將使線束耦合法應(yīng)用越加廣泛，覆蓋了1MHz至3GHz的頻率范圍，同時(shí)也給實(shí)驗(yàn)室及企業(yè)在汽車電子輻射抗擾度方面提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)且簡單的試驗(yàn)方法。

[1] ISO 11452-4:2011 Road vehicles - Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 4: Harness excitation methods[S].

[2] ISO 11452-4:2005 Road vehicles - Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 4: Bulk current injection (BCI)[S].

[3] TL 82166-2004 Electromagnetic Compatibility of Automotive Electronic Components Radiated Interference[S].