汽车电子辐射发射的测量不确定度评定

李华，李晓智，黄雪梅

（中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122）

引言

根据标准JJF 1059.1-2012对测量不确定度的定义为：根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[1]。它反映的是测量结果可能偏离真实值的范围大小，是测量结果可信度的指标。根据GB/T 27025-2019的要求：开展检测的实验室应评定测量不确定度[2]。由于汽车电子辐射发射测试过程的复杂性，因此本文仅以喇叭天线的测量不确定度评定为例，阐述汽车电子辐射发射测量不确定度评定的方法。

1 汽车电子辐射发射测试系统

汽车电子辐射发射测试系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分主要由半电波暗室提供测量环境，测量接收机和接收天线构成的测量系统，由于考虑到环境底噪，在进行1 GHz以上的频段进行测试时，会用到40 dB预置放大器。由于汽车电子辐射发射测量不确定度评定的内容过多，因此本文仅以1 GHz的频段的测量工不确定度评定为例。因此本文的呈现的数学模型，测试布置图、测试链路分析图，均针对1 GHz以上频率段的辐射发射测试。本文中用到的主要仪器设备见表1，系统布置图见图1，系统链路分析图如图2。

图1 测试系统布置图[3]

图2 测试系统链路分析图

表1 测试仪器设备表

2 测量不确定度的评定

2.1 建立数学模型并确定不确定度传播率

根据测试系统链路以及实际测试设备情况进行分析，由于本实验室对于汽车电子专用的预置放大器的校准是与连接线缆一起进行得到的校准结果参数。因此数学模型与CISPR25中的模型有差异，建立数学模型如下：

式中：

E—被测量电场强度。

根据测试链路，列出数学模型中的相关参量，以及参数说明如表2。

表2 参量说明表

被测量的估计值E的合成标准不确定度的计算公式如下：

式中：

u(xi)—输入量xi的标准不确定度；

r(xi，xj)—输入量xi与xj之间的相关系数；

r(xi，xj)u(xi)u(xj)=u(xi，xj)；

u(xi，xj)—输入量与之间的协方差。

由于该数学模型（式（1））中各参量彼此不相关，被测的电场结果E的值为各参量线性相加，因此灵敏系数：

2.2 标准不确定度值的评定

标准不确定度的评定方法有以下两类：标准不确定度A类评定方法和标准不确定度B类评定方法。

标准不确定度A类的评定方法是对被测量重复进行n（n≥10）次测量，然后运用统计分析的方法进行数学统计分析,然后通过试验标准差得到其标准不确定度的值。实际评定过程中时用稳定的信号源通过优质同轴电缆发射一个稳定的射频信号，然后利用接收机的重复读取该信号的大小。然后利用贝塞尔公式，求取该试验的标准偏差。然后根据该试验偏差求取单次试验的偏差。

标准不确定度B类的评定方法是通过经验估计、极值计算、校准参数的溯源、设备的技术参数手册、设备检定要求等获得其真值的可能的半宽度为a的区间。然后通过半宽度的a以及符合的概率分布函数，计算得出其标准不确定度的值。

根据前面的阐述以及测试系统的链路分析，本数学模型中的参数只有接收机的电压读数符合标准不确定度A类评定的方法，其余参数均适用于标准不确定度B类评定的方法。

汽车电子辐射发射测试中涉及天线众多，并且天线的水平和垂直极化方向上的天线因子、天线方向性、天线交叉极化响应、天线平衡性等均有差异，因此对于汽车电子辐射发射的测量不确定度评定，要分为水平、垂直两个极化方向上进行。

通过同轴电缆用信号源发送频率为2 GHz强度为66 dB的射频信号到测量接收机，重复10次读取信号强度值，并分析计算。接收机的电压读数的标准不确定如表3。

表3 标准不确定度A类评定结果表

根据喇叭天线的特性，天线在其水平或垂直极化方向的交叉极化响应、平衡性的对于测量结果的影响几乎可以忽略不计，并且为定高度扫描，并且天线方向性影响在两个极化方向上几乎一致，根据实际分析，其在水平和垂直方向上的标准不确定分量均相等。因此得到如表4的标准不确定度B类评定结果表。

表4 标准不确定度B类评定结果表

2.3 合成标准不确定度并计算扩展不确定度

设合成标准不确定度服从标准正态分布，取包含概率为95 %，此时包含因子k=2。计算扩展不确定度U(E)=2uc(E)=4.45 dB。

3 评定的要点与注意事项

3.1 汽车电子辐射发射的评定要点

汽车电子辐射发射的评定要点，可以分为以下几点；

1）因为测试过程中不同的频段会涉及到不同的接收天线，而天线的特性又不同，因此在测量不确定度评定的过程中，要分为频段、分天线、分极化方向进行。

2）标准不确定度分量的评估方法不一样，有的参数是通过查询校准证书相关参数、有的参数是根据极限值的计算得到的，有的参数是通过经验估计得出的，有的参数又是通过画图分析得来的。因此在进行标准测量不确定度B类评定的过程中，要注意方法的适用性，概率分布函数的选择的正确性。不确定时，可以参考标准CISPR16-4-2中的内容。

3）在计算扩展不确定度的过程中，测量扩展不确定度数据需要与被测量的测量结果末位对齐，一般为两位小数。并在数据处理过程中，采取“只入不舍”的方式进行。

4 意见建议

检测活动中最为重要的便是保证试验的方法正确性、结果的复现性，因此建议如下：

1）规范操作。在断、接与接收机相通的链路时，需带静电防护手套，接同轴线缆的过程中注意接头两端的同心度，一定要保证接头连接可靠性。

2）试验室在日常开展汽车电子电磁兼容测试活动的过程中，应定期测试环境的底噪，并者定期用性能稳定梳状信号源验证测试系统的稳定性、可靠性。每次设备校准或期间核查活动之后，实验室均需重新评估测量不确定度的值。

5 结语

测量不确定度值的大小反映的是测量结果可信度的重要参数。在汽车电子辐射发射测量过程中，对于测量结果的影响因素多，测量过程繁琐、复杂，所以对其进行测量不确定度评定的过程也较为复杂，因此电磁兼容实验室可参照本文的思路对实验室汽车电子辐射发射项目进行测量不确定度评定。