車載通信終端電磁輻射抗擾（ALSE）的測試研究與實現

原 覺，劉 建，何 瑩

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

隨著現代汽車工業的進步和競爭，電子技術在汽車產業中應用廣泛。電子零部件的大量應用提高了汽車的安全性能，但也帶來了電磁干擾的風險，影響汽車上的敏感設備工作，從而影響駕駛安全。車載通信終端T-BOX的電磁兼容性是汽車電子認證項目中的重要組成部分，主要測試內容是在半電波暗室中模擬汽車上其他電子設備產生輻射發射，試驗驗證T-BOX在此電磁環境下工作狀態是否能符合國際電磁兼容性標準以及企業的相關標準，進一步確保T-BOX的使用安全性。

1 當今汽車電子發展的現狀和背景

隨著汽車工業的快速發展，汽車上的電子零部件占總成本的三成以上。在這些電子零部件中，汽車的電磁兼容性問題至關重要，這對汽車電子設備的可靠性和用戶的人身安全都產生了重大影響。因此，全球許多國家都非常注重汽車電子設備的電磁兼容性測試，特別是電磁輻射抗擾測試。目前，世界上普遍采用的標準汽車電子設備電磁輻射抗擾測試方法包括半波暗室法、橫電磁波小室法、大電流注入法和帶狀線法等[1][2]。本文使用半電波暗室法對車載通信終端的電磁兼容性中的輻射抗擾性能進行研究，以保障車載通信終端在車內嚴峻的電磁環境下能夠正常工作。

2 現如今國內外研究現狀

我國汽車電磁兼容性標準制定工作起步較晚，目前仍處于初期階段。汽車電磁兼容標準通常有國際標準、國家標準和企業標準三種類型[3]。汽車的電磁干擾測試是我國汽車電磁兼容技術研究工作的開始。從20世紀80年代開始，由于汽車的安全性越來越受到人們的重視，我國開始對汽車的電磁抗干擾進行了第一次測試實驗[4]。在1994年，我國汽車技術研究中心在國內第一次進行在汽車無線電磁干擾方面的測試實驗，并對當時國內的各種車型都進行了測試調查，當時的調查結果顯示我國車輛的合格率只有24%，有一部分汽車測試結果的嚴重超標。2001年再次進行了測試調查，此次的結果也不盡人意，僅有36%的車輛達到了標準[5][6]。許多發達國家已經形成了相對完整的汽車電磁兼容性研究體系，其中包括國際標準化組織、國際電工委員會、國際無線電干擾特別委員會等組織，相關標準得到了幾乎所有汽車和汽車電子電器零部件廠商的認可[7][8]。能夠對汽車整車或是汽車零部件進行電磁兼容性測試認證。有些走在電磁兼容性前端的公司也總結了一些汽車電磁兼容的設計原則。一些第三方測試認證機構以及一些車廠也建立了自己的電磁兼容測試實驗室，一些國外經濟勢力雄厚的公司還還把目光放在了中國，帶動了我國的電磁兼容性技術研究。例如，美國的Intertek（天祥）集團于2006年在上海投資建立了完整的電磁兼容測試機構，其中還包括兩個半電波暗室，而后當時世界上最大的第三方認證機構——法國的Bureau Veritas Group（必維）集團在2010年也來到上海建立了電磁兼容實驗室，同時花重金建造了四個半電波暗室[9]。

3 試驗驗證

3.1 試驗標準要求

根據要求和國際標準ISO11452-2中的半電波暗室法（ALSE法），實驗內容如下：

測試設備應滿足ISO CISPR 16-1-1和ISO CISPR 16-2-4中的要求。

對于頻率在200～1 000 MHz的測試，發射天線的位置應該處于被測樣品線束的中間位置正前方1 000 mm。對于頻率≥1 000 MHz的測試，發射天線的位置不再對著測試線束的中間，應向右平移750 mm對著被測樣品。

測試的線束長度應該為1 700～2 000 mm。被測樣品和測試的線束一般呈彎曲狀態。測試線束的彎曲角度一般為90°～135°，測試線束一般都放置在50 mm絕緣墊上。

①測試一般使用替代法進行，根據ISO 11452-2的要求進行校準與測試。②前向功率將作為電磁場的特征參數，并且需將其運用到實際的測試中。③全部調制方式的駐留時間（用于每種射頻調制的時間）應大于2 s。④測試的天線方向分為垂直極化和水平極化兩個方向進行。⑤當被測樣品的測試頻率≥1 000 MHz時，應對其X、Y、Z三個方向分別進行測試。⑥由表1數據可知，在各個頻率范圍內，Leve 1注入的干擾信號均小于Leve 2的信號，所以Leve 2為實驗等級更高的標準。

表1 半電波暗室輻射抗擾方法測量T-BOX對電磁場的抗擾度要求等級

根據標準ISO 11452-2可知，當頻率為200～1 000 MHz時，T-BOX只需要X方向的測試。當測試頻率為200～1 0 0 0 M H z范圍時，只需測試發射天線的水平極化，當頻率為400～1 000 MHz時，只需測試發射天線為垂直極化；當頻率為1 000～3 000 MHz時，T-BOX需要進行X、Y、Z三個方向的測試；當測試頻率為1 000～3 000 MHz時，發射天線水平極化和垂直極化都需要進行測試。

3.2 樣品選擇及輔助測試儀器

通過對標準及驗證思路進行考慮，本次實驗選用帶有衛星通信及移動網絡端口的車載通信終端（T-BOX）進行測試。在電波暗室外通過同軸線纜和射頻傳輸線連接內部發射天線及各個模塊組合為整套抗擾性測試單元。整套實驗設備樣品儀器選取介紹如下。

（1）電波暗室。這是標準所規定優先選用的試驗場地，要求電波暗室有合適的尺寸，能維持被試品以足夠空間的均勻場域，必要時可在電波暗室里安裝一些吸收材料來削弱室內的反射強度，維護場的均勻性。另有一間輔助屏蔽室，用于安放場強發生設備（信號發生器、功率放大器）、監視設備和對被試品的操控設備。

（2）電磁干擾濾波器。要確保濾波器接在線路上不會引起意外的諧振。

（3）射頻信號發生器。要能夠覆蓋相關的試驗頻段（按標準要求，上限頻率應能達到3 GHz以上），能以1 kHz的正弦波進行幅度調制，調幅深度達到80%。

（4）功率放大器。用于放大未調制和已調制的信號，并提供天線建立電磁場，使之達到所需等級。

（5）發射天線。用以產生所需的電磁場。在標準所規定的200～1 000 MHz頻段內使用低頻喇叭天線。在1～3 GHz的頻率范圍，則采用高頻喇叭天線產生電磁場。

（6）監視水平和垂直極化的場強探頭（或各向同性的監視天線）。用以監視被試設備這一邊的射頻輻射電磁場強度。其置于被測電磁場中的前置放大器和光電轉換部分要有足夠的抗干擾能力，再通過一根光纖電纜（對于經過充分濾波的信號連接線也可使用）與室外指示器連接。

（7）用于記錄功率電平的場強測試設備。通過場強測試設備可進一步控制信號發生器送到功率放大器的信號幅度，最終使加在被試品上的場強維持穩定。值得注意的是，要保證場強測試設備有足夠的抗干擾能力。

（8）CMW500綜合測試儀。用于組建網絡，連接被測車載數據終端（T-BOX），能夠提供穩定的網絡連接，同時可監控通信質量。

3.3 樣機常規功能的調試

在實驗之前，需先對T-BOX進行常規性功能檢測，以確保樣機都能正常工作。

3.4 試驗環境搭建及暗室環境搭建

根據相關的標準要求，搭建相應的測試環境。實驗室的搭建要在未通電的情況下進行，防止因人為的原因導致輔材的損壞。

圖1 環境搭建框圖

輻射抗擾性暗室內測試環境如圖2所示。

如圖3所示，PC工具為監測界面，當環境搭建完成后，通過觀察PC工具各項功能是否工作正常，若正常則開始抗擾性測試，若有功能不正常則需通過對搭建的環境進行排查，尋找其不正常的原因。

圖3 暗室外測試環境

3.5 試驗的測試過程

（1）低頻測試：測試開始先將喇叭天線垂直極化正對線束的中間，在距離線束1 m的位置，發射頻段為200～1 000 MHz，測試T-BOX的X面工作情況；200～1 000 MHz頻段測試完成后將喇叭天線改為水平極化，發射頻段為400～1 000 MHz，繼續測試T-BOX的X面工作情況。

（2）高頻測試：低頻測試完成后將低頻喇叭天線換成高頻喇叭天線，同時位置向右平移750 mm，天線分別處于垂直極化和水平極化發射頻率為1 000～2 000 MHz、2 000～3 000 MHz，對T-BOX的X三個面進行測試。

（3）雷達波測試：雷達波的測試與高頻測試相同，只需將發射頻率改為1 200～1 400 MHz、2 700 MHz～3 000 GHz。

3.6 結果分析

根據相關要求，本次實驗測試了WCDMA、FDDBand3、TDD Band41和SLEEP四種模式，在實驗過程中，通過計算機控制指令使喇叭天線發射不同頻率，關注PC測試界面是否會出現異常。在測試過程中，若樣品始終未出現異常情況，則達到了通過的標準。

4 結束語

車載電子設備面臨的電磁環境越來越復雜，可能會導致異常工作或零部件損壞，因此測試整個車輛的電磁性能以提高電子設備的抗干擾能力非常重要。本次測試驗證車載通信終端在半波暗室中受到輻射干擾時的工作狀態。通過理論知識學習，進而結合具體試驗進行實踐驗證，了解為什么進行電磁兼容性的測試背景和意義，介紹了電磁輻射抗擾半電波暗室法，以及ISO 11452-2和相關企業的標準。對T-BOX進行常規性功能驗證和環境搭建框圖繪制并進行實驗，驗證了車載通信終端在半波暗室中受到輻射干擾時的工作狀態。■