汽车电子BCI法与空间辐射法等效性研究

岳木林（福建省产品质量检验研究院，福州 350015）

汽车电子BCI法与空间辐射法等效性研究

岳木林
（福建省产品质量检验研究院，福州 350015）

首先通过理论分析了线缆在电场中产生的电流大小，其次使用带状线装置产生均匀场强，通过测量找出线缆感应电流与场强之间的传输函数关系，从而验证了BCI法与空间辐射场的等效性，这为将来我国汽车电子BCI法制定合适的试验限值提供了参考。

等效性；BCI；带状线；空间辐射

引言

BCI作为空间辐射抗扰度的一种替代法，在汽车电子领域得到了广泛应用。举个现实的例子，一部移动电话放置在汽车的仪表盘上，非常接近仪表下的电子设备，电子设备与辐射骚扰源（移动电话）之间的距离有时甚至小至几厘米，会产生很大的辐射场，这时产生的辐射通过空间耦合至电子设备的线束，转换为线缆电流，从而影响至电子设备的性能。

一直以来，我国在制定相应的电磁兼容标准时，都是参照或照搬国外的标准，知其然而不知其所以然，没有对BCI技术与空间辐射场的等效性进行研究。

在ISO 11452系列标准中，能够产生空间辐射场强的方法有天线辐射法、带状线法和横电磁波小室法等，考虑频率覆盖范围及实现难易程度，作为初次研究，故本文采用带状线法来实现。通过带状线装置来产生辐射场强，研究线缆感应电流与空间辐射场强之间的传输函数关系，这种方法更能代表现实条件。

1 带状线法分析

在标准GB/T 17619及ISO 11452-5中介绍的带状线法有50 Ω阻抗系统和90 Ω阻抗系统，考虑到一般测试系统都是采用50 Ω，并且带状线横截面大一些，场均匀性好，故采用（h=150 mm，阻抗为50 Ω）带状线来进行试验，结构图见图1。

在图1中，带状线接头的一端输入激励功率，另外一接头端接宽带匹配负载（50 Ω负载），带状线装置内将形成横电磁波（TEM波），见图2。从图中可看出，这种电磁场主要集中在带状线的中心线附近，场均匀性强，因此，这块区域是测试的区域；而在两侧及中心线上方场强弱且不均匀。

2 线缆在空间电场耦合原理

电磁干扰耦合途径中最常见的是电磁波在线缆上产生干扰。常见的空间线缆在电磁波耦合模型见图3。在图中，X-Z平面组成一个矩形回路，长度为l，高度为h1。平面电磁波沿z轴以速度V传播，其电场分量E向x轴，磁场分量向y轴。闭合矩形回路中的感应电压记为Vi。

平面波电场的感应电压幅值为：

其中：

E0为电场强度，单位为V/m；

h1为矩形回路的高度，单位为m；

l为矩形回路的长度，单位为m；

β为平面波相位常数，并且β=2π/λ，λ=c/f；

c为光度3×10 m/s2；f为频率，单位为Hz。

由公式（1）可知，线缆的感应电压Vi主要由空间辐射电场强度E0、线缆据接地平板的距离h1，线缆长度l和频率f所决定。在汽车电子领域，一般使用线缆中的感应电流来表示，整个矩形环路的感应电流Ii如下所示：

其中：

Ii为线缆感应电流，单位为A；

Z为整个矩形回路对接地平面的阻抗。

图1 50 Ω 带状线原理设计图

在频率较高条件下，整个回路的阻抗Z可等效于单根线置于接地平面上的特性阻抗Zs。在真空条件下，双圆柱平行传输线的阻抗Z0如下所示：

因此，可得到单根线置于接地平板上的特性阻抗为：

其中：

h1为线缆据接地平板的距离，单位为m；

D为线缆的直径，单位为m。

由公式（1）和公式（4）可推出：

3 试验平台搭建

图2 横电磁波场分布图

图3 平面波耦合模型

通过带状线装置能够产生均匀的电场，为了更好地模拟在测试过程中线缆上可能产生的射频电流，特自制该装置，见图4。该装置采用两个同轴连接器，同轴连接器的接地端与带状线的接地平板相连接，输出端接50Ω同轴负载。根据BCI及带状线法测试布置的要求，同轴连接器到接地平板的距离H设置为50 mm。两同轴连接器之间采用非屏蔽的线缆进行连接，模拟BCI及带状线测试中使用的实际线缆，线缆长度L为1 000 mm，线径D为2 mm。

在实际测试中，试验布置见图5，使用电流测量探头来测量线缆中的电流值。当对带状线装置输入端输入一定的功率时，在带状线内会产生均匀的电场，电场会通过空间耦合的方式，耦合至线缆中，通过测量线缆中射频电流，找出电场与射频电流之间的关系。

4 试验结果分析

由于带状线产生的场强一般比较高，故该试验需在屏蔽室内进行。本节试验先根据ISO 11452-5的校准方法，以场强50 V/m为例对带状线进行全频段（1¯400 MHz）进行校准。射频测试系统将校准好的射频功率输入带状线装置，通过电流测量探头测量线缆的电流值。

在实际测量中，电流测量探头位于线缆中间位置，测量结果见图6中实测值；通过公式（5）可以通过理论计算出，在E0为50 V/m时，线缆上的感应电流值见图6中理论值。

通过图6可以看出，在1¯400 MHz频率范围内，理论值和实测值基本上是吻合的，但是在一些频点还存在差异，主要是由于当带状线装置内放入EUT后，特性阻抗发生变化，从而影响到场均匀性。

将图6测量得到的电流值进行分析，进行归一化处理，结果见图7，从中可以得到如下公式：

当1 MHz≤f≤85 MHz时：

当85 MHz≤f≤130 MHz时：

当130 MHz≤f≤400 MHz时：

其中：

I为线缆感应电流值，单位为dBuA；

图4 线缆射频电流测量装置

图5 线缆在带状线装置中射频电流测量

图6 线缆上感应电流

图7 线缆感应电流归一化值

f为频率，单位为MHz；

E为电场场强，单位为V/m。

为了验证公式（6）、（7）和（8）的可用性，以电场强度E为10 V/m进行验证试验。首先根据公式计算值，当E 为10 V/m时，线缆上理论电流值与E为50 V/m的线缆电流值相差14 dB，通过电流测量探头测量得到的线缆实际电流值见图7。从图7可看出，E为10 V/m时，线缆电流值在理论值附近波动，说明该公式是可行的，具有一定实际意义。

5 结束语

使用带状线装置产生均匀电场，设计了线缆射频电流测量装置，通过理论计算及实际测量，来验证辐射电场与线缆感应电流具有等效性；通过对线缆实际电流进行分析，找出辐射场强与感性电流的传输函数关系，为将来我国汽车电子BCI法制定合适的试验限值提供了参考。

［1］ GB/T 17619-1998， 机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值［S］.

［2］ ISO 11452-5：2002， Road vehicles-Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 5： Stripline［S］.

［3］ J.L.诺尔曼·维奥莱特，唐纳德·R.T.怀特，迈克尔·F.维奥莱特.电磁兼容性手册［M］.潘飞凡 译.北京：电子工业部第十研究所，130～137.

［4］梁健.汽车电器辐射抗扰度测试方法及带状线的研制［D］： ［硕士论文］.南京：东南大学， 2007.

岳木林（1982，10-），男，EMC工程师，工程硕士，从事电子产品EMC检测和研究工作。

An Equivalent Study Between BCI Method and Space Radiation Method for Automotive Electronics

YUE Mu-lin
（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350015）

This paper theoretically analyzes the current magnitude generated by cables in the electric field， followed by the use of strip line device to produce uniform field.The equivalence between BCI method and space radiation method is verified by measuring and trying to figure out the transmission function relationship between cables induced current and field intensity.This provides a reference for the future development of determining suitable test limit value of BCI method for automotive electronics in China.

equivalence； BCI； strip line； space radiation

TN98

A

1004-7204（2016）03-0009-04