便攜式發射機測試系統的期間核查方法

張銘

在便攜式發射機試驗中，有時會出現同類產品試驗現象不一致的情況，而測試系統的不穩定是產生這一現象的原因之一。通過便攜式發射機測試系統工作原理，對該現象進行簡單分析，設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的穩定性。關鍵詞：便攜式發射機測試系統;期間核查方法;穩定性

0 前言

便攜式發射機測試作為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、對講機等便攜式發射機設備在工作時產生的高頻電磁干擾的抗干擾能力。隨著車聯網及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標準中。

便攜式發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，除了樣品本身設計更改的情況外，有時會出現被測試樣件多次試驗現象不一致的情況。此時，分析人員需要耗費大量的人力及物力去排查原因，在有些時候甚至會影響到產品研發及生產進度。

1 試驗現象不復現問題分析

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

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

以上問題會引起測試系統與軟件中補償參數產生偏差，導致測試系統輸出水平與測試要求不同，以及在同一測試要求中產生不同的測試輸出水平，造成測試系統的不穩定，產生多次試驗現象不一致的情況，從而引起大量不必要的重復試驗，甚至會導致分析人員對試驗結果的誤判。

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中各個設備的參數，并與軟件中的參數進行比對。但由于測試系統中設備繁多，這種校驗方法耗時費力。

本文設計了1種期間核查方法，可以定期對測試系統進行高效且簡單的驗證，及時發現不穩定因素。

2 測試系統期間核查設計原理

2.1 測試系統工作原理

目前，便攜式發射機測試系統是通過軟件控制信號干擾源，模擬手機等便攜式發射機的頻段及調制方式輸出干擾信號。干擾信號通過便攜式發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為便攜式發射機測試技術的原理框架圖。圖2為便攜式發射機測試監控及控制系統原理框圖。

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，以達到調節凈功率的目的。

衡量便攜式發射機測試系統的主要參數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是反映系統傳輸效率的參數，其為衡量便攜式發射機測試系統穩定性的依據參數。

2.2 期間核查設計原理

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

便攜式發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。而天線饋入點前向功率PAF在測試系統中為計算值，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。在測試系統穩定的情況下，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。

此外，若測試系統中的定向耦合器使用錯誤，或者軟件中的定向耦合器參數與實際設備不匹配，則會導致功率探頭端前向功率PF只與軟件中定向耦合器參數相關，而與實際系統中的設備參數無關。此時無法通過前向功率PF來判定系統的穩定性，故需要引入新的依據進行判定。系統中功率放大器的輸出功率僅與輸入信號源功率Psignal有關，而前向功率PF是功率放大器輸出功率通過定性耦合器轉換得到的。因此，在得到相同的前向功率PF情況下，如果實際系統定向耦合器參數發生改變，則輸入信號源功率Psignal一定會發生改變。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，設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，且形態趨勢發生改變，則說明系統存在潛在的不穩定性風險，必須在進行排除后，才能開始測試，以保證系統的穩定性和最終測試結果的可重復性。

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控參數，所以無須添加額外的設備及算法。

3 測試系統期間核查實現

3.1 期間核查測試頻率、信號的調制方式及測試水平

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）法規要求，并結合SCHWARZBECK便攜式發射機天線的有效工作頻率，分析人員設計了關于便攜式發射機測試期間核查的測試頻率，如表1所示。測試將未調制的正弦波（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內沒有金屬，且保持1 100 mm長度垂直于地平面，測試系統各個轉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，以每周至少1次的頻次，應至少持續核查3周。在確保相同設備、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。

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的容差范圍，試驗可依據輻射抗擾度測試（RI）的容差范圍+/-3.0 dB[6]及電場強度與其相關聯的前向功率的關系，驗證方法測量結果的容差范圍，可判定容差范圍為+/-1.5 dB。

相關人員需要定期對測試系統進行期間核查，并記錄和比較結果，以確保期間核查數據的可追溯性。

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進行比較。若數據均在測量值評判依據+/-1.5 dB范圍內，且形態趨勢與評判依據相似，則可快速確定便攜式發射機測試系統穩定可靠。

此外，為了保證便攜式發射機系統長期穩定有效，可以根據《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，相關人員對已進行過期間核查的原測試系統分別更換原測試系統中的低損耗同軸電纜和定向耦合器，確保更換部件參數與原系統部件參數存在差異，來模擬測試系統潛在的不穩定因素，并通過期間核查方法來發現測試系統問題。圖6為原便攜式發射機測試系統的簡化布置圖。

在僅更換原測試系統低損耗同軸電纜后，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下限，且形態趨勢發生改變。圖7 為期間核查測量值Psignal與評判依據的比較。圖8 為期間核查測量值PF與評判依據的比較。

查可以看出，測量值PF未發生變化，但測量值Psignal整體低于評判依據下限，與僅更換原測試系統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是否存在不穩定因素，并找出具體原因。

5 總結

目前，運用便攜式發射機測試系統期間核查方法的測試系統已穩定運行了4年。期間，相關人員共進行了70余次測試驗證，測試涵蓋了收音機、遙控智能鑰匙、儀表盤、安全氣囊等產品，在產品開發的測試中發現了同類產品相關潛在電磁兼容問題，并及時對該類產品進行了整改，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.