电磁辐射强度的采集与复现技术在汽车测试上的应用

文/滕添益

【机动车专栏】

随着汽车电子技术的发展，车辆上各种复杂电子器件的数量越来越多，车载电子器件本身的电磁辐射问题不仅会影响车辆周围的无线电设备，还会通过传导或者辐射的方式影响车辆上电子部件工作的可靠性，这直接关系到车辆的行驶安全。另外，日益复杂的外部电磁环境，使得车载电子设备的抗干扰能力成为车辆可靠性与安全性的重要衡量指标。

现如今，常用的车辆抗扰度测试方法是在半电波暗室内部进行的[1]。车辆被放置在底盘测功机上，通过模拟车辆的运动状态，评判车辆动态工况下的抗电磁辐射性能。依据的标准通常是参考ISO 11451“道路车辆 来自窄带辐射电磁能的电气骚扰的车辆试验方法”系列标准或ECE R10.05《电磁兼容性方面批准车辆的统一规定》[2]。标准中电磁辐射强度的值给出了恒定的值，如：30 V/m。

但是，实际外部电磁场环境中车辆所受到的电磁干扰与实验室产生的电磁辐射强度有着怎样的关系？如何对比两者的强度？这不是一件容易的事。因此，建立外部电磁环境与实验室电磁环境的对比方法是非常重要的。

一、车辆电磁环境数据采集

1. 电磁环境采集的方法

电磁环境数据的采集即是对电磁环境的特征量通过预测、测试和分析等手段进行直接或间接的获取。根据采集的数据来源，可以将采集类型分为3种：资料数据采集、模拟数据采集和现场采集。其中，现场采集是指运用测试设备构建采集系统，并直接在系统上采集数据，这些数据就是资料数据的基础。用车辆进行外场电磁辐射强度数据的采集可以利用现场采集的方式。

在整车电磁兼容抗扰度测试中，主要由3种测试内容组成（见表1）。

表1 机动车整车电磁兼容抗扰度测试方法与标准

其中，车外辐射源抗扰度测试模拟的是外部环境中的电磁辐射强度；车载发射机抗扰度测试模拟的是车辆上的无线电发射设备发出的电磁辐射强度；大电流注入抗扰度测试模拟的是整车线束中通过传导方式或自由空间辐射耦合进入线束的电磁能量[5][6]。

汽车外部电磁环境采集主要关注环境中存在的电磁辐射能量。由于车辆本身存在大量的金属部件，自由空间的电磁辐射会因为金属材料对于电磁波的反射造成电磁场的不均匀性。所以，电磁辐射强度探头放置的位置对于测量值的影响很大，测量的不确定度会非常高。因此，采用这种方式存在一定的局限性。

车辆上的线束就像车辆的神经网络，选取车辆线束上的固定位置，在线束上夹上电流探头就能够监测线束上耦合到的干扰电流值。通过对干扰电流值的测量就能衡量自由空间辐射场对于车辆产生的实际干扰强度。

2. 电流探头的布置

在布置电流探头时，选取合适的线束非常重要。不同长度与位置的线束对于耦合到空间电磁干扰的能力是不同的。根据车辆上走线的位置和长度，在实际布置中选取燃油泵电子模块线束（PEM）、无钥匙进入系统线束（KVM）、气囊控制块线束（RCM）和防抱死刹车系统线束（ABS）。

图1 车内电流探头布置位置示意图

准备好车辆，进行探头布置，剥开车内饰板后露出线束，在线束上夹上电流探头，利用同轴电缆将4个位置的探头与集线盒进行连接，集线盒再与接收机相连。车辆在行驶中利用接收机的最大值保持功能，记录某一段特定长度道路上的电磁辐射强度。

3. 数据的采集

在数据采集时可以不考虑电流探头的探头因子。因为，在实验室进行电磁辐射强度复现时是直接比对接收机上的值，故在测量时可以忽略探头因子。

电磁辐射强度的数据采集点选择了G60沪昆高速浙江省兰溪市游埠镇路段某处的短波发射站。道路上的车辆时常会受到干扰，并出现车辆异常的情况。

在测试时，同时利用电磁辐射强度探头对环境中的电磁辐射强度进行测量，将测量结果作为参考数据，以便在实验室复现时进行参考。测量的位置为：路面上高度为1 m处的电磁辐射强度和车内中控台上的电磁辐射强度（见图2）。

图2 电磁辐射强度探头布置位置

二、测试结果的分析与实验室复现

1. 结果分析

通过电流探头测量得到的数据单位为dB A。测量发现该短波发射站的信号频率主要有3个频点，分别为：7.3 MHz、11.77 MHz和15.17 MHz。信号发射的时间也不同。采集到的现场电磁辐射强度数据详见表2。

表2 外场电流探头值dBμA

在现场进行数据采集时，车辆在15.17 MHz频率的照射下有故障出现。故障现象为车辆发动机转速波动、仪表盘信号指示灯闪烁。各频率点对应的电磁辐射强度见表3。

图3 实验室辐射抗扰度布置照片

图4 实验室线路连接示意图

表3 外场电磁辐射强度记录V/m

对实际探测到的电流探头值、电磁辐射强度的频率与数据进行分析可知，高强度电磁场的产生与车辆故障现象是有直接关系的。辐射强度也已经超过了国际标准定义的30 V/m的电磁辐射强度[7]。

2. 实验室电磁辐射强度复现

当车辆回到实验室后，就可以利用车辆上的电流探头进行实验室电磁环境下的数据采集与比对。由于外场的干扰频率集中在短波频段，所以，实验室选用的辐射发射天线为整车带状线。

测试前，需要利用测试电缆把各个电流探头接到实验室的接收机上，并在电缆上套上磁环以抑制低频情况下的电缆表面电流，避免对测试数据造成影响。实验室采集电流探头读数时，需要连接较长的同轴电缆。所以，在测试前同时需要对电缆进行衰减系数的校准，补偿到测试软件内，以求更准确地测量到电流探头的数据[8][9]。测试布置详见图3，实验室线路连接详见图4。

测试过程中通过射频信号源产生对应频率的信号，并由射频功率放大器进行放大后输出到整车带状线，使得整车带状线产生电磁场，由电磁辐射强度探头对电磁辐射强度进行监测，以准确测量实验室里产生的电磁辐射强度。

当天线发出的电磁辐射强度达到100 V/m时，记录下各位置电流探头的数值，并和外场数据进行比较。

在实验室的测试过程中，车辆出现与外场一致的故障现象。

表4 外场采集数据与实验室复现数据比较dBμA

由试验数据可知，在7.3 MHz和11.77 MHz的频率点，实验室电磁辐射强度达到100 V/m时，电流探头上的数值基本上和外场测得的数值接近，复现了外场电磁辐射强度；但是在15.17 MHz频率点，由于采用10 kW的功率放大器已经输出到最大功率（见图5），所以，实验室产生的电磁辐射强度还没有达到外场所产生的电磁辐射强度。

图5 在15.17MHz频率下的实验室电磁辐射强度与外场电磁辐射强度比对图

三、结 语

电磁辐射强度的采集与复现在电磁兼容测试领域一直是一个比较前沿的工作，采用车上主要线束上耦合电流的方式采集车辆实际受到的电磁干扰是可行的。利用电流探头能够准确地测得外场的电磁辐射强度，并能够依据采集到的电流数据在实验室复现所需要的电磁辐射强度。以电流探头采集电磁辐射强度的方法相比于直接用电磁辐射强度探头探测环境的方向有着更好的准确性和不受周边金属物体干扰的特性，是一种准确有效的测量电磁辐射强度方法。

信息专递——

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