張銘

在便攜式發(fā)射機試驗中，有時會出現(xiàn)同類產(chǎn)品試驗現(xiàn)象不一致的情況，而測試系統(tǒng)的不穩(wěn)定是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因之一。通過便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)工作原理，對該現(xiàn)象進行簡單分析，設(shè)計了以功率探頭端前向功率PF及信號源功率Psignal為評判依據(jù)的期間核查方法。通過有效性驗證，證明此方法可有效反映測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng);期間核查方法;穩(wěn)定性

0 前言

便攜式發(fā)射機測試作為1種汽車電磁兼容輻射抗擾度測試方式，可以驗證汽車電子零部件對手機、對講機等便攜式發(fā)射機設(shè)備在工作時產(chǎn)生的高頻電磁干擾的抗干擾能力。隨著車聯(lián)網(wǎng)及5G通訊的推廣，該項測試目前越來越受到如福特汽車[1]、通用汽車[2]、大眾汽車[3]等在內(nèi)的廣大汽車廠商的重視，并紛紛將其收錄在電磁兼容試驗企業(yè)標準中。

便攜式發(fā)射機測試作為對汽車電子零部件功能驗證試驗，需要驗證同一產(chǎn)品不同階段的電磁兼容性能。在不同時期的驗證試驗中，除了樣品本身設(shè)計更改的情況外，有時會出現(xiàn)被測試樣件多次試驗現(xiàn)象不一致的情況。此時，分析人員需要耗費大量的人力及物力去排查原因，在有些時候甚至?xí)绊懙疆a(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)進度。

1 試驗現(xiàn)象不復(fù)現(xiàn)問題分析

便攜式發(fā)射機測試作為汽車電磁兼容試驗中的1個環(huán)節(jié)，需要長期高負荷運轉(zhuǎn)。這容易導(dǎo)致測試系統(tǒng)中設(shè)備的性能緩慢下降，如同軸電纜傳輸損耗、定向耦合器因數(shù)變化等，從而導(dǎo)致設(shè)備性能改變。然而，實驗室設(shè)備一般會以年為單位進行校準檢測，當(dāng)分析人員發(fā)現(xiàn)此類問題時，為時已晚。

此外，當(dāng)測試系統(tǒng)與電磁兼容試驗中其他抗干擾試驗共用設(shè)備組件時，測試布置需要反復(fù)變更，在布置變更過程中可能會出現(xiàn)線路端口連接不當(dāng)甚至連接端口損壞的情況。由于便攜式發(fā)射機天線較為脆弱，在系統(tǒng)搭建時，相關(guān)人員無意識地對系統(tǒng)天線進行磕碰，會對便攜式發(fā)射機天線的參數(shù)產(chǎn)生影響。同時，軟件中設(shè)備參數(shù)的輸入錯誤，甚至使用錯誤的設(shè)備搭建試驗系統(tǒng)，都會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

以上問題會引起測試系統(tǒng)與軟件中補償參數(shù)產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致測試系統(tǒng)輸出水平與測試要求不同，以及在同一測試要求中產(chǎn)生不同的測試輸出水平，造成測試系統(tǒng)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生多次試驗現(xiàn)象不一致的情況，從而引起大量不必要的重復(fù)試驗，甚至?xí)?dǎo)致分析人員對試驗結(jié)果的誤判。

由于上述潛在問題的存在，分析人員往往需要定期校驗測試系統(tǒng)中各個設(shè)備的參數(shù)，并與軟件中的參數(shù)進行比對。但由于測試系統(tǒng)中設(shè)備繁多，這種校驗方法耗時費力。

本文設(shè)計了1種期間核查方法，可以定期對測試系統(tǒng)進行高效且簡單的驗證，及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素。

2 測試系統(tǒng)期間核查設(shè)計原理

2.1 測試系統(tǒng)工作原理

目前，便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)是通過軟件控制信號干擾源，模擬手機等便攜式發(fā)射機的頻段及調(diào)制方式輸出干擾信號。干擾信號通過便攜式發(fā)射機測試天線以近場輻射的方式，對被測試的電子零部件進行抗干擾測試。圖1為便攜式發(fā)射機測試技術(shù)的原理框架圖。圖2為便攜式發(fā)射機測試監(jiān)控及控制系統(tǒng)原理框圖。

在測試期間，分析人員可以通過功率探頭采集定向耦合器端前向和反向功率并反饋至軟件，由軟件計算出天線饋入點前向和反向功率，并進一步計算出天線饋入點凈功率，再通過軟件控制信號干擾源，以達到調(diào)節(jié)凈功率的目的。

衡量便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)的主要參數(shù)為天線饋入點凈功率PAN和電壓駐波比（VSWR）。天線饋入點凈功率PAN是衡量測試水平的唯一標準。而天線饋入點電壓駐波比KVSWR是反映系統(tǒng)傳輸效率的參數(shù)，其為衡量便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)穩(wěn)定性的依據(jù)參數(shù)。

2.2 期間核查設(shè)計原理

天線饋入點電壓駐波比KVSWR作為衡量便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)穩(wěn)定性的依據(jù)，并非測量值，其大小的變化無法量化，無法有效說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了更好的說明系統(tǒng)有效性，需要尋找1個量化的測量值來說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

便攜式發(fā)射機天線饋入點電壓駐波比KVSWR與天線饋入點前向功率PAF及天線饋入點凈功率PAN的關(guān)系可以通過式1來表示。

式中，PAF為天線饋入點前向功率，單位W;PAN為天線饋入點凈功率，單位W。

由式1可知，在天線饋入點凈功率PAN為定值的情況下，天線饋入點電壓駐波比KVSWR只與天線饋入點前向功率PAF有關(guān)。而天線饋入點前向功率PAF在測試系統(tǒng)中為計算值，PAF可以通過功率探頭端前向功率PF去除同軸電纜傳輸損耗，以及定向耦合器的耦合因子得到。在測試系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，同軸電纜傳輸損耗及定向耦合器的耦合因子皆為定值，所以天線饋入點電壓駐波比KVSWR最終只與功率探頭端前向功率PF有關(guān)。

此外，若測試系統(tǒng)中的定向耦合器使用錯誤，或者軟件中的定向耦合器參數(shù)與實際設(shè)備不匹配，則會導(dǎo)致功率探頭端前向功率PF只與軟件中定向耦合器參數(shù)相關(guān)，而與實際系統(tǒng)中的設(shè)備參數(shù)無關(guān)。此時無法通過前向功率PF來判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故需要引入新的依據(jù)進行判定。系統(tǒng)中功率放大器的輸出功率僅與輸入信號源功率Psignal有關(guān)，而前向功率PF是功率放大器輸出功率通過定性耦合器轉(zhuǎn)換得到的。因此，在得到相同的前向功率PF情況下，如果實際系統(tǒng)定向耦合器參數(shù)發(fā)生改變，則輸入信號源功率Psignal一定會發(fā)生改變。因此，分析人員還需要通過輸入信號源功率Psignal進行此類問題的判定。

測試系統(tǒng)期間的核查基于天線饋入點凈功率PAN為定值的情況下，視PF及Psignal均為定值作為原則。以此為依據(jù)，設(shè)定功率探頭端前向功率PF及信號源功率Psignal的有效判定范圍，在其后的測試系統(tǒng)運行過程中，采集并記錄功率探頭端前向功率PF及信號源功率Psignal，并將其與有效判定范圍作比較。若測量值超出了有效判定范圍，且形態(tài)趨勢發(fā)生改變，則說明系統(tǒng)存在潛在的不穩(wěn)定性風(fēng)險，必須在進行排除后，才能開始測試，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和最終測試結(jié)果的可重復(fù)性。

另外，由于采集的功率探頭端前向功率PF及信號源功率Psignal均為測試軟件已有的監(jiān)控參數(shù)，所以無須添加額外的設(shè)備及算法。

3 測試系統(tǒng)期間核查實現(xiàn)

3.1 期間核查測試頻率、信號的調(diào)制方式及測試水平

參照《道路車輛 電氣_電子部件對窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗方法 第1部分》（ISO 11452-1-2005）法規(guī)要求，并結(jié)合SCHWARZBECK便攜式發(fā)射機天線的有效工作頻率，分析人員設(shè)計了關(guān)于便攜式發(fā)射機測試期間核查的測試頻率，如表1所示。測試將未調(diào)制的正弦波（CW）信號作為輸入信號。測試凈功率PAN為3 W。

3.2 期間核查測試布置

如圖3所示，分析人員將便攜式發(fā)射機天線置于半電波暗室中，確保測試天線的振子端距離地平面及周圍1 m內(nèi)沒有金屬，且保持1 100 mm長度垂直于地平面，測試系統(tǒng)各個轉(zhuǎn)接頭之間連接牢固緊密。

3.3 期間核查實例

前向功率PF及輸入信號源功率Psignal作為期間核查的評判依據(jù)，以每周至少1次的頻次，應(yīng)至少持續(xù)核查3周。在確保相同設(shè)備、相同場地等條件下，并確保測量值在有效的情況下，分析人員將幾組測量值取平均值，作為期間核查的評判依據(jù)。

由于在《檢測和校準實驗室能力的通用要求》（ISO/IEC17025：2005-5-15）標準[5]中并未給出期間核查評判依據(jù)的容差范圍，試驗可依據(jù)輻射抗擾度測試（RI）的容差范圍+/-3.0 dB[6]及電場強度與其相關(guān)聯(lián)的前向功率的關(guān)系，驗證方法測量結(jié)果的容差范圍，可判定容差范圍為+/-1.5 dB。

相關(guān)人員需要定期對測試系統(tǒng)進行期間核查，并記錄和比較結(jié)果，以確保期間核查數(shù)據(jù)的可追溯性。

如圖4和圖5所示，以頻率范圍在1 000 MHz至2 700 MHz的期間核查為例，當(dāng)凈功率PN為3 W時，分析人員使用電磁兼容試驗軟件EMC32，記錄前向功率PF及輸入信號源功率Psignal。分析人員對記錄的測量值與期間核查的評判依據(jù)進行比較。若數(shù)據(jù)均在測量值評判依據(jù)+/-1.5 dB范圍內(nèi)，且形態(tài)趨勢與評判依據(jù)相似，則可快速確定便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

此外，為了保證便攜式發(fā)射機系統(tǒng)長期穩(wěn)定有效，可以根據(jù)《檢測和校準實驗室認可準則》（ISO/IEC17025：2005-5-15）標準的要求，以及便攜式發(fā)射機測試的頻繁程度，來決定期間核查的頻次。在一般情況下，核查頻率為每月至多4次，每個季度至少1次。

4 期間核查有效性驗證

為了驗證期間核查方法的有效性，相關(guān)人員對已進行過期間核查的原測試系統(tǒng)分別更換原測試系統(tǒng)中的低損耗同軸電纜和定向耦合器，確保更換部件參數(shù)與原系統(tǒng)部件參數(shù)存在差異，來模擬測試系統(tǒng)潛在的不穩(wěn)定因素，并通過期間核查方法來發(fā)現(xiàn)測試系統(tǒng)問題。圖6為原便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)的簡化布置圖。

在僅更換原測試系統(tǒng)低損耗同軸電纜后，通過期間核查可以看出，測量值PF及Psignal在某些頻率點均低于評判依據(jù)下限，且形態(tài)趨勢發(fā)生改變。圖7 為期間核查測量值Psignal與評判依據(jù)的比較。圖8 為期間核查測量值PF與評判依據(jù)的比較。

查可以看出，測量值PF未發(fā)生變化，但測量值Psignal整體低于評判依據(jù)下限，與僅更換原測試系統(tǒng)低損耗同軸電纜情況完全不同（圖10）。

以此可見，此種期間核查方法可行有效，可快速分析出測試系統(tǒng)是否存在不穩(wěn)定因素，并找出具體原因。

5 總結(jié)

目前，運用便攜式發(fā)射機測試系統(tǒng)期間核查方法的測試系統(tǒng)已穩(wěn)定運行了4年。期間，相關(guān)人員共進行了70余次測試驗證，測試涵蓋了收音機、遙控智能鑰匙、儀表盤、安全氣囊等產(chǎn)品，在產(chǎn)品開發(fā)的測試中發(fā)現(xiàn)了同類產(chǎn)品相關(guān)潛在電磁兼容問題，并及時對該類產(chǎn)品進行了整改，從而避免了不必要的損失。

[1]Ford Motor Company. Rev3 electromagnetic compatibility specification for low and high voltage electrical/electronic components and subsystems[S]. FMC1278， 2018.

[2]General Motors. General specification for electrical/electronic components and subsystems， electromagnetic compatibility[S]. GMW-3097， 2019.

[3]VOLKSWAGEN. Electromagnetic compatibility of electronic components for motor vehicles[S]. TL 81000， 2018.

[4]ISO 11452-1 road vehicles-module test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy， part 1 general principals and terminology[S]. International Organization for Standardization， 2005.

[5]ISO/IEC17025：2005檢測和校準實驗室認可準則[S].中國實驗室國家認可委員會， 2005.

[6]Ford automotive EMC laboratory recognition program[S]. AEMCLRP， 2006.