隨著車輛中電子部件的增多，汽車廠商將部件外包的趨勢也日益明顯。承擔(dān)電子部件生產(chǎn)的部件廠商必須負(fù)責(zé)其產(chǎn)品的測試，而隨著車內(nèi)環(huán)境日益復(fù)雜，汽車廠商對部件測試的要求也越來越高。本文旨在通過介紹汽車電子部件EMI抗擾性測試的各種方法及其優(yōu)缺點，幫助測試工程師正確選擇*佳的測試手段。

    多年以來，電磁干擾(EMI)效應(yīng)一直是現(xiàn)代電子控制系統(tǒng)中備受關(guān)注的一個問題。尤其在今天的汽車工業(yè)中，車輛采用了許多關(guān)鍵的和非關(guān)鍵(critical and non-critical)的車載電子模塊，例如引擎管理模塊、防抱死系統(tǒng)、電子動力轉(zhuǎn)向功能模塊(electrical power steering functions)、車內(nèi)娛樂系統(tǒng)和熱控制模塊。

    同時，車輛所處的電磁環(huán)境也更加復(fù)雜。車上的電子元件必須與射頻發(fā)射機(jī)共存，這些發(fā)射機(jī)有些安裝和設(shè)置得比較恰當(dāng)(例如應(yīng)急服務(wù)車輛中)，有些卻并非如此(例如一些出廠后安裝的CB發(fā)射器和車載移動電話)。此外，車輛還可能進(jìn)入一些外部發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場區(qū)域，強(qiáng)度可達(dá)幾十甚至幾百福特每米。汽車業(yè)在多年前就已意識到這些問題，所有有名廠商都已采取一定措施，通過制定測試標(biāo)準(zhǔn)和立法要求，力圖借此減少電磁干擾的影響。因此，今天的車輛對這種干擾都具備了較強(qiáng)的抵抗能力。但EMI對車載模塊的性能影響非常大，因此必須繼續(xù)對其保持警惕。

    車輛及其部件的測試是一個高度專業(yè)的領(lǐng)域，一向由廠商自己完成。在有些國家，許多車輛廠商會共同資助那些專業(yè)的測試實驗室。隨著車輛中使用的子部件日益增多，汽車廠商將部件外包的趨勢也日趨明顯，因此，EMC測試開始逐漸變成部件廠商的責(zé)任。在諸如ISO 11452 (國際標(biāo)準(zhǔn)化組織) 和 SAE J1113 (汽車工程師協(xié)會)等汽車部件抗擾性測試國際標(biāo)準(zhǔn)的子章節(jié)中，都描述了頻率存在重疊的多種不同測試方法和測試級別。在沒有任何更高的立法要求時，車輛廠商們就可以在這些通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定其測試要求。即當(dāng)某汽車廠商欲為其部件供應(yīng)商制定部件級別的測試要求時，他可以從包含多種測試方法、測試頻率范圍和測試級別的清單上選擇合適的款項來構(gòu)成他自己的測試標(biāo)準(zhǔn)。*終，一個為多家汽車廠商提供子部件的廠家就有可能必須根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同的方法，在同一個頻率范圍內(nèi)測試同樣的部件。

    為了滿足客戶的測試需求，部件廠商可以采用一系列針對ISO 11452 和SAE J1113中包含的RF測試規(guī)范而設(shè)計的汽車部件測試系統(tǒng)來幫助完成工作。這些測試系統(tǒng)通常都是自含(self-contained)系統(tǒng)，遵循所有標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的***別測試規(guī)范。采用這樣的系統(tǒng)之后，部件廠商在對多個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試時，用到的許多測試儀器都是相同的，因而能節(jié)省大量資金。以下我們將討論幾種RF測試方法和汽車廠商測試需求中所規(guī)定的一些測試參數(shù)，并探討部件廠商怎樣才能根據(jù)不同客戶的測試需求搭建相應(yīng)的測試系統(tǒng)，達(dá)到只測試需要項目的目的。

幾種RF測試方法

    要想測試一個汽車部件的RF抗擾性，必須通過一種與車內(nèi)干擾出現(xiàn)方式相當(dāng)?shù)姆绞较蚱涫┘覴F干擾。這就引入了**個變量。汽車可能會暴露在一個外場中，也可能攜帶有會產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機(jī)和天線，但無論如何，干擾場都可以直接作用于部件所處的位置。例如，當(dāng)該部件安裝在儀表盤上或附近的開放式區(qū)域時，它所產(chǎn)生的干擾就比當(dāng)它被安裝在車輛底盤附近甚或是在引擎箱內(nèi)這樣的屏蔽區(qū)時造成的危害要大得多。另一方面，為了供電和信號連接的需要，所有電子模塊都連到車輛的配線系統(tǒng)。

   而配線裝置相當(dāng)于一個有效的天線，能夠與RF干擾耦合，不論部件安裝在什么地方，RF電流都可能通過其接插件傳導(dǎo)到部件中。鑒于此，我們通常采用的測試方法有兩組：輻射干擾測試和傳導(dǎo)干擾測試。

輻射干擾測試

    所有的輻射測試法都不外向被測裝置施加一個強(qiáng)度得到校準(zhǔn)的RF場，這樣，就能將RF電流和電壓引入裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后這些RF電流和電壓又會出現(xiàn)在有源器件的敏感節(jié)點上，從而在電子線路中造成干擾。不同方法在施加RF場的方式上有所不同，它們各有其優(yōu)、缺點和局限性。

微波暗室中的輻射天線測量法

    *簡單明了的產(chǎn)生RF場的方法就是向一個天線灌入能量，并將其指向被測設(shè)備(EUT)。天線能夠?qū)F能量轉(zhuǎn)化為一個輻射場，并使其充滿測試區(qū)域。由于需要在很寬的頻譜范圍內(nèi)產(chǎn)生高電平的RF信號，為了避免與附近的其他合法無線電用戶相互干擾，測試應(yīng)該在一個屏蔽室中進(jìn)行。但這會引入墻壁的反射，從而改變室內(nèi)的場分布。為解決這一問題，需要對屏蔽室的表面進(jìn)行電波消聲處理，創(chuàng)造一個“吸波室(absorber lined chamber)”環(huán)境，而這又會極大增加測試設(shè)備的成本。測試時使用的天線在被測頻率范圍內(nèi)應(yīng)該具有較寬的頻率響應(yīng)。車輛測試中的測試頻率可能從10kHz到18GHz，因此需要的天線也有許多種不同的類型。此外，加之于EUT上的場也應(yīng)該盡可能均勻并且受到良好控制。測試時的場可能會影響暗室的規(guī)格，因此天線不能離EUT過近，方向性也不能太強(qiáng)，否則產(chǎn)生的場會只集中于EUT的某一個區(qū)域。同時，天線和EUT距離過近還會導(dǎo)致二者互感增大，從而加大天線上所加信號的控制難度。被測對象的物理尺寸越大，這一距離要求就越難滿足。另外，根據(jù)公式P = (E · r)2/30 watts(當(dāng)天線具備單元增益時)，天線離EUT越遠(yuǎn)，達(dá)到某個給定場強(qiáng)時需要的功率就越大。

    注意，該公式給出的是場強(qiáng)和距離的平方率關(guān)系，即當(dāng)某個給定距離上的場強(qiáng)從10 V/m增大到20 V/m時，需要的功率是原來的4倍，或者說當(dāng)場強(qiáng)從10 V/m增大到20 V/m時，在給定功率下，距離只有原來的四分之一。EUT位置處的場強(qiáng)通過一個各向同性的寬帶場傳感器來測量，各向同性是為了保證傳感器對方向不敏感，而寬帶則是為了保證它在不同頻率下均能得到正確的測量值。

TEM單元法

    根據(jù)ISO 11452-3和 SAE J1113/24中的規(guī)定，TEM單元只是一段簡單的封閉傳輸線，在其一端饋入一定的RF功率，并在另一端接一個負(fù)載阻抗。隨著傳輸線中電磁波的傳播，導(dǎo)體間就建立起一個電磁場。TEM(即橫電磁波)描述的是在這類單元的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的占主導(dǎo)地位的電磁場。當(dāng)傳輸線長度給定時，在一定的截面積上，場強(qiáng)均勻，且易測量或計算。EUT就放置在TEM單元的作用區(qū)域內(nèi)。TEM單元一般呈箱體形式，內(nèi)帶一個隔離面，箱體的墻面作為傳輸線的一端，隔離面(或稱隔膜，septum)作為另一端。TEM單元的幾何構(gòu)造對傳輸線的特性阻抗有決定性的影響。箱體是封閉的，除了很小的泄漏以外，單元外沒有電磁場，因此這種單元可以不加外屏蔽地應(yīng)用于任何環(huán)境。其主要缺點是其存在頻率上限，這一上限頻率與其物理尺寸稱反比。當(dāng)頻率高于此上限時，其內(nèi)部電磁場的結(jié)構(gòu)中開始出現(xiàn)高次模，場的均勻性，尤其是在由TEM單元的確切尺寸決定的諧振頻率處的場均勻性，也開始變差。TEM單元能夠測量的*大EUT尺寸受其內(nèi)部可用的場強(qiáng)均勻區(qū)域體積的限制，因此*大EUT尺寸和該單元可測的*高頻率之間有著直接關(guān)系。TEM單元的*低測量頻率可到DC，這也是它與輻射天線測量法的不同之處。

帶狀線法和三平面法

   這兩種方法與TEM單元法有本質(zhì)的區(qū)別。TEM單元法屬于封閉型測量方法，而帶狀線法和三平面法所采用的測試裝置則是開放式傳輸線。也就是說，在采用這兩種方法時，*大場雖然位于平面之間，但仍有能量輻射到測試裝置外部，因此測試必須在一間屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。ISO 11452-5 和 SAE J1113/23中均對帶狀線測試有所描述，而三平面測試只在 SAE J1113/25中提到。

    在帶狀線測試中，被測部件模塊只對連接它與相關(guān)設(shè)備的電纜裝置暴露，并不暴露在平面間的*大場強(qiáng)處。帶狀線平面作為傳輸線的源導(dǎo)體，其下放置1.5米的電纜裝置，測試的參考地平面則作為另一端導(dǎo)體。帶狀線產(chǎn)生的場會在電纜裝置中感應(yīng)出經(jīng)向電流，然后耦合入EUT。因此，帶狀線測試幾乎算是輻射場測試和傳導(dǎo)測試這兩種方法的混合。

    三平面測試裝置中，一個有源內(nèi)導(dǎo)體被兩個外平面夾在中間，產(chǎn)生的阻抗可通過計算得到。被測模塊放置于中心導(dǎo)體和一個外平面之間，中心導(dǎo)體的另一面置空。由于整個測試裝置的結(jié)構(gòu)是對稱的，因此可在置空的這一面與EUT呈鏡像位置的地方放置一個場強(qiáng)探頭。和TEM單元測試一樣，帶狀線測試和三平面測試裝置均有一個受其尺寸限制的頻率上限。在等于或高于由該理尺寸決定的諧振頻率時，就會產(chǎn)生不受控制的電磁場高次模。這三種方法相對于輻射天線法的優(yōu)勢就在于，采用這三種方法時，只需要不多的功率就能夠產(chǎn)生比輻射天線法大得多的場強(qiáng)，因為場強(qiáng)等于導(dǎo)體平面之間的電壓除以它們之間的距離。