多年以來(lái)，電磁干擾(EMI)效應一直是現代電子控制系統中備受關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。尤其在今天的汽車(chē)工業(yè)中，車(chē)輛采用了許多關(guān)鍵的和非關(guān)鍵(critical and non-critical)的車(chē)載電子模塊，例如引擎管理模塊、防抱死系統、電子動(dòng)力轉向功能模塊(electrical power steering functions)、車(chē)內娛樂(lè )系統和熱控制模塊。

        同時(shí)，車(chē)輛所處的電磁環(huán)境也更加復雜。車(chē)上的電子元件必須與射頻發(fā)射機共存，這些發(fā)射機有些安裝和設置得比較恰當(例如應急服務(wù)車(chē)輛中)，有些卻并非如此(例如一些出廠(chǎng)后安裝的CB發(fā)射器和車(chē)載電話(huà))。此外，車(chē)輛還可能進(jìn)入一些外部發(fā)射機產(chǎn)生的強電磁場(chǎng)區域，強度可達幾十甚至幾百福特每米。汽車(chē)業(yè)在多年前就已意識到這些問(wèn)題，所有著(zhù)名廠(chǎng)商都已采取一定措施，通過(guò)制定測試標準和立法要求，力圖借此減少電磁干擾的影響。因此，今天的車(chē)輛對這種干擾都具備了較強的抵抗能力。但EMI對車(chē)載模塊的性能影響非常大，因此必須繼續對其保持警惕。

        車(chē)輛及其部件的測試是一個(gè)高度專(zhuān)業(yè)的領(lǐng)域，一向由廠(chǎng)商自己完成。在有些國家，許多車(chē)輛廠(chǎng)商會(huì )共同資助那些專(zhuān)業(yè)的測試實(shí)驗室。隨著(zhù)車(chē)輛中使用的子部件日益增多，汽車(chē)廠(chǎng)商將部件外包的趨勢也日趨明顯，因此，EMC測試開(kāi)始逐漸變成部件廠(chǎng)商的責任。在諸如ISO 11452 (國際標準化組織) 和 SAE J1113 (汽車(chē)工程師協(xié)會(huì ))等汽車(chē)部件抗擾性測試國際標準的子章節中，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(méi)有任何更高的立法要求時(shí)，車(chē)輛廠(chǎng)商們就可以在這些通用標準的基礎上制定其測試要求。即當某汽車(chē)廠(chǎng)商欲為其部件供應商制定部件級別的測試要求時(shí)，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(lái)構成他自己的測試標準。最終，一個(gè)為多家汽車(chē)廠(chǎng)商提供子部件的廠(chǎng)家就有可能必須根據不同的標準，采用不同的方法，在同一個(gè)頻率范圍內測試同樣的部件。

        為了滿(mǎn)足客戶(hù)的測試需求，部件廠(chǎng)商可以采用一系列針對ISO 11452 和SAE J1113中包含的RF測試規范而設計的汽車(chē)部件測試系統來(lái)幫助完成工作。這些測試系統通常都是自含(self-contained)系統，遵循所有標準中規定的Z高級別測試規范。采用這樣的系統之后，部件廠(chǎng)商在對多個(gè)標準進(jìn)行測試時(shí)，用到的許多測試儀器都是相同的，因而能節省大量資金。以下我們將討論幾種RF測試方法和汽車(chē)廠(chǎng)商測試需求中所規定的一些測試參數，并探討部件廠(chǎng)商怎樣才能根據不同客戶(hù)的測試需求搭建相應的測試系統，達到只測試需要項目的目的。

RF測試方法

        要想測試一個(gè)汽車(chē)部件的RF抗擾性，必須通過(guò)一種與車(chē)內干擾出現方式相當的方式向其施加RF干擾。這就引入了第一個(gè)變量。汽車(chē)可能會(huì )暴露在一個(gè)外場(chǎng)中，也可能攜帶有會(huì )產(chǎn)生干擾信號的發(fā)射機和天線(xiàn)，但無(wú)論如何，干擾場(chǎng)都可以直接作用于部件所處的位置。例如，當該部件安裝在儀表盤(pán)上或附近的開(kāi)放式區域時(shí)，它所產(chǎn)生的干擾就比當它被安裝在車(chē)輛底盤(pán)附近甚或是在引擎箱內這樣的屏蔽區時(shí)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(chē)輛的配線(xiàn)系統。

        而配線(xiàn)裝置相當于一個(gè)有效的天線(xiàn)，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(guò)其接插件傳導到部件中。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(gè)強度得到校準的RF場(chǎng)，這樣，就能將RF電流和電壓引入裝置的內部結構，然后這些RF電流和電壓又會(huì )出現在有源器件的敏感節點(diǎn)上，從而在電子線(xiàn)路中造成干擾。不同方法在施加RF場(chǎng)的方式上有所不同，它們各有其優(yōu)、缺點(diǎn)和局限性。

微波暗室中的輻射天線(xiàn)測量法

        簡(jiǎn)單明了的產(chǎn)生RF場(chǎng)的方法就是向一個(gè)天線(xiàn)灌入能量，并將其指向被測設備(EUT)。天線(xiàn)能夠將RF能量轉化為一個(gè)輻射場(chǎng)，并使其充滿(mǎn)測試區域。由于需要在很寬的頻譜范圍內產(chǎn)生高電平的RF信號，為了避免與附近的其他合法無(wú)線(xiàn)電用戶(hù)相互干擾，測試應該在一個(gè)屏蔽室中進(jìn)行。但這會(huì )引入墻壁的反射，從而改變室內的場(chǎng)分布。為解決這一問(wèn)題，需要對屏蔽室的表面進(jìn)行電波消聲處理，創(chuàng )造一個(gè)“吸波室(absorber lined chamber)"環(huán)境，而這又會(huì )極大增加測試設備的成本。測試時(shí)使用的天線(xiàn)在被測頻率范圍內應該具有較寬的頻率響應。車(chē)輛測試中的測試頻率可能從10kHz到18GHz，因此需要的天線(xiàn)也有許多種不同的類(lèi)型。此外，加之于EUT上的場(chǎng)也應該盡可能均勻并且受到良好控制。測試時(shí)的場(chǎng)可能會(huì )影響暗室的規格，因此天線(xiàn)不能離EUT過(guò)近，方向性也不能太強，否則產(chǎn)生的場(chǎng)會(huì )只集中于EUT的某一個(gè)區域。同時(shí)，天線(xiàn)和EUT距離過(guò)近還會(huì )導致二者互感增大，從而加大天線(xiàn)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(mǎn)足。另外，根據公式P = (E · r)2/30 watts(當天線(xiàn)具備單元增益時(shí))，天線(xiàn)離EUT越遠，達到某個(gè)給定場(chǎng)強時(shí)需要的功率就越大。

        注意，該公式給出的是場(chǎng)強和距離的平方率關(guān)系，即當某個(gè)給定距離上的場(chǎng)強從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，需要的功率是原來(lái)的4倍，或者說(shuō)當場(chǎng)強從10 V/m增大到20 V/m時(shí)，在給定功率下，距離只有原來(lái)的四分之一。EUT位置處的場(chǎng)強通過(guò)一個(gè)各向同性的寬帶場(chǎng)傳感器來(lái)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ISO 11452-3和 SAE J1113/24中的規定，TEM單元只是一段簡(jiǎn)單的封閉傳輸線(xiàn)，在其一端饋入一定的RF功率，并在另一端接一個(gè)負載阻抗。隨著(zhù)傳輸線(xiàn)中電磁波的傳播，導體間就建立起一個(gè)電磁場(chǎng)。TEM(即橫電磁波)描述的是在這類(lèi)單元的作用區域內產(chǎn)生的占主導地位的電磁場(chǎng)。當傳輸線(xiàn)長(cháng)度給定時(shí)，在一定的截面積上，場(chǎng)強均勻，且易測量或計算。EUT就放置在TEM單元的作用區域內。TEM單元一般呈箱體形式，內帶一個(gè)隔離面，箱體的墻面作為傳輸線(xiàn)的一端，隔離面(或稱(chēng)隔膜，septum)作為另一端。TEM單元的幾何構造對傳輸線(xiàn)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(méi)有電磁場(chǎng)，因此這種單元可以不加外屏蔽地應用于任何環(huán)境。其主要缺點(diǎn)是其存在頻率上限，這一上限頻率與其物理尺寸稱(chēng)反比。當頻率高于此上限的時(shí)候，其內部電磁場(chǎng)的結構中開(kāi)始出現高次模，場(chǎng)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(chǎng)均勻性，也開(kāi)始變差。TEM單元能夠測量的最大EUT尺寸受其內部可用的場(chǎng)強均勻區域體積的限制，因此最大EUT尺寸和該單元可測的最高頻率之間有著(zhù)直接關(guān)系。TEM單元的z低測量頻率可到DC，這也是它與輻射天線(xiàn)測量法的不同之處。

帶狀線(xiàn)法和三平面法

        這兩種方法與TEM單元法有本質(zhì)的區別。TEM單元法屬于封閉型測量方法，而帶狀線(xiàn)法和三平面法所采用的測試裝置則是開(kāi)放式傳輸線(xiàn)。也就是說(shuō)，在采用這兩種方法時(shí)，最大場(chǎng)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進(jìn)行。ISO 11452-5 和 SAE J1113/23中均對帶狀線(xiàn)測試有所描述，而三平面測試只在 SAE J1113/25中提到。

        在帶狀線(xiàn)測試中，被測部件模塊只對連接它與相關(guān)設備的電纜裝置暴露，并不暴露在平面間的最大場(chǎng)強處。帶狀線(xiàn)平面作為傳輸線(xiàn)的源導體，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體。帶狀線(xiàn)產(chǎn)生的場(chǎng)會(huì )在電纜裝置中感應出經(jīng)向電流，然后耦合入EUT。因此，帶狀線(xiàn)測試幾乎算是輻射場(chǎng)測試和傳導測試這兩種方法的混合。

        三平面測試裝置中，一個(gè)有源內導體被兩個(gè)外平面夾在中間，產(chǎn)生的阻抗可通過(guò)計算得到。被測模塊放置于中心導體和一個(gè)外平面之間，中心導體的另一面置空。由于整個(gè)測試裝置的結構是對稱(chēng)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(gè)場(chǎng)強探頭。和TEM單元測試一樣，帶狀線(xiàn)測試和三平面測試裝置均有一個(gè)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(shí)，就會(huì )產(chǎn)生不受控制的電磁場(chǎng)高次模。這三種方法相對于輻射天線(xiàn)法的優(yōu)勢就在于，采用這三種方法時(shí)，只需要不多的功率就能夠產(chǎn)生比輻射天線(xiàn)法大得多的場(chǎng)強，因為場(chǎng)強等于導體平面之間的電壓除以它們之間的距離。

傳導干擾測試

        第二類(lèi)測試方法叫做傳導干擾測試，它不需在被測模塊放置之處施加電磁場(chǎng)，而是直接將RF干擾施加在電纜裝置或接入被測部件模塊的裝置中。這樣一來(lái)，隨著(zhù)RF電流在電路結構(例如一塊印制電路板PCB)中傳輸，部件模塊與外部裝置的連接處就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)電流，從而在電子線(xiàn)路中造成干擾。這種方法與輻射場(chǎng)測試法雖然結果類(lèi)似，但二者之間沒(méi)有任何等同之處，因此這兩種方法都常用于進(jìn)行完整測試，有時(shí)兩種測試的頻率范圍還有重疊。傳導干擾測試最常采用的兩種耦合方法有電流注入法(bulk current injection，BCI)和直接注入法，前者需要向EUT中注入干擾電流，并控制注入電流的大小，后者則注入功率并控制注入功率的大小。

電流注入法(BCI)

        BCI法在ISO 11452-4和SAE J1113/4中均有描述，采用該方法時(shí)，將一個(gè)電流注入探頭放在連接被測件的電纜裝置之上，然后向該探頭注入RF干擾。此時(shí)，探頭作為第一電流變換器，而電纜裝置作為第二電流變換器，因此，RF電流先在電纜裝置中以共模方式流過(guò)(即電流在裝置的所有導體上以同樣的方式流通)，然后再進(jìn)入EUT的連接端口。

        真正流過(guò)的電流由電流注入處裝置的共模阻抗決定，而在低頻下這幾乎全由EUT和電纜裝置另一端所連接的相關(guān)設備對地的阻抗決定。一旦電纜長(cháng)度達到四分之一波長(cháng)，阻抗的變化就變得十分重要，它可能降低測試的可重復性。此外，由于電流注入探頭會(huì )帶來(lái)?yè)p耗，因而需要較大的驅動(dòng)能力才能在EUT上建立起合理的干擾水平。盡管如此，BCI法還是有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，那就是其非侵入性，因為探頭可以簡(jiǎn)單地夾在任何直徑不超過(guò)其最大可接受直徑的電纜上，而不需進(jìn)行任何直接的電纜導體連接，也不會(huì )影響電纜所連接的工作電路。

直接注入法

        BCI法對驅動(dòng)能力要求過(guò)高，而且在測試過(guò)程中與相關(guān)設備的隔離也不好，直接注入法的目的就是克服BCI法的這兩個(gè)缺點(diǎn)。具體做法是將測試設備直接連接到EUT電纜上，通過(guò)一個(gè)寬帶人工網(wǎng)絡(luò )(Broadband Artificial Network，BAN)將RF功率注入EUT電纜，而不干擾EUT與其傳感器和負載的接口(見(jiàn)圖3)，該BAN在測試頻率范圍內對EUT呈現的RF阻抗可以控制。BAN在流向輔助設備的方向至少能夠提供500W的阻塞阻抗。干擾信號通過(guò)一個(gè)隔直電容，直接耦合到被測線(xiàn)上。ISO 11452-7和SAE J1113/3中描述了該方法。

汽車(chē)部件EMI測試的測試參數

        在車(chē)輛部件的EMI測試中，根據不同車(chē)輛廠(chǎng)商所提出的不同要求，除了引入干擾信號的基本方法有所不同以外，還有許多參數也會(huì )有所不同。但不論RF干擾怎樣產(chǎn)生，這些參數都是相關(guān)的。

頻率范圍

        受測試方法本身及其所用換能器(transducer)的限制，上述的每一種方法都只適用于一個(gè)既定的頻率范圍。列出了本文中討論的各種方法在相應標準中公布的適用頻率范圍。測試過(guò)程中，通常需要使測試信號在整個(gè)頻率范圍內掃描變化或步進(jìn)變化，監測此時(shí)EUT與其應有功能和性能的差異來(lái)得到測試結果。每次測試的最小滯留時(shí)間一般為2秒，如果EUT的時(shí)間常數較大，滯留時(shí)間可能更長(cháng)。如果采用軟件控制的測試信號發(fā)生器，那么測試信號通常不是掃描過(guò)整個(gè)頻率范圍，而是采用步進(jìn)方式，因此還要定義頻率步進(jìn)的步長(cháng)。滯留時(shí)間和頻率步長(cháng)二者共同決定了執行單次掃描所需花費的時(shí)間，從而也決定了整個(gè)測試所需的時(shí)間。

幅度控制

        不論采用哪種測試方法，對施加在EUT上的測試信號幅度都必須小心控制。幅度控制的方法按照原理不同通常可分為兩類(lèi)，一類(lèi)叫閉環(huán)控制法，一類(lèi)叫開(kāi)環(huán)控制法。在帶狀線(xiàn)測試和TEM單元測試時(shí)，可以通過(guò)已知的凈輸入功率和傳輸線(xiàn)的參數來(lái)計算得到的場(chǎng)。但除了這兩種方法以外，都需要利用閉環(huán)法來(lái)實(shí)現幅度控制。在輻射干擾測試中，干擾信號的單位采用伏特/米(volts/meter)，在電流注入測試中，單位采用微安(milliamps)，在直接功率注入測試中，單位采用瓦特(watts)。

閉環(huán)法

        采用閉環(huán)控制法時(shí)，一個(gè)場(chǎng)強儀或電流監控探頭一直監測著(zhù)施加在EUT上的激勵，據此將功率調整到目標值。該方法存在一個(gè)問(wèn)題，那就是EUT的介入打亂了我們用作干擾激勵的電磁場(chǎng)，因此找不到一個(gè)能夠正確反映出我們得到的場(chǎng)強，并對所有類(lèi)型EUT普遍適用的位置來(lái)放置場(chǎng)強儀，在微波暗室中進(jìn)行輻射干擾測試時(shí)這一問(wèn)題尤其明顯。當測試頻率使得EUT尺寸與波長(cháng)可以相比擬時(shí)，在某些位置上場(chǎng)的分布可能會(huì )出現大幅下降。如果場(chǎng)強儀剛好放置在一個(gè)這樣的位置上，那么當我們根據場(chǎng)強儀的讀數來(lái)維持需要的電磁場(chǎng)強度時(shí)，勢必會(huì )在EUT附近的位置上造成嚴重的過(guò)測(over-testing)。BCI測試中也存在類(lèi)似問(wèn)題，當EUT的共模輸入阻抗與測試信號諧振時(shí)，要維持需要的電流就會(huì )造成過(guò)測(over-testing)。實(shí)際上，在這樣的環(huán)境下，許多時(shí)候放大器都無(wú)法提供維持規定電平所需的功率，而一旦放大器過(guò)載，還會(huì )造成更多的測試問(wèn)題。

開(kāi)環(huán)法

        采用開(kāi)環(huán)法就能回避上述問(wèn)題。開(kāi)環(huán)法有時(shí)也叫做置換法。采用開(kāi)環(huán)法時(shí)，首先將一個(gè)既定強度的信號送入測試設備進(jìn)行校準設置。在每個(gè)頻率上，放大器的輸出功率均受一個(gè)輔助功率計的監控，當放大器輸出電平達到目標值時(shí)，對其進(jìn)行記錄。最后，在真實(shí)測試時(shí)，再將這個(gè)預校準的功率記錄進(jìn)行嚴格的重放。總的來(lái)說(shuō)，由于對施加在EUT上的場(chǎng)或電流(volts per meter 或 milliamps)的測量并不在測試的要求內，因此開(kāi)環(huán)法并不測量它們，只是對其進(jìn)行監控，以確認系統工作正常。但由于上節談到的原因，我們也不可能看到真正正確的測量值。在輻射干擾測試中，校準設置過(guò)程要求在EUT于微波暗室中應占據的準確位置上放置一臺場(chǎng)強儀。而在傳導干擾測試中，校準設備是一個(gè)阻抗值給定的負載，我們在其兩端測量功率或電流。開(kāi)環(huán)法所用到的功率參數包括凈功率，或者輸入換能器的前向功率和換能器反射回來(lái)的反向功率之差。在假設沒(méi)有其他重大損耗時(shí)，這個(gè)差值就等于真正送入EUT的功率。因此，在采用直接耦合器時(shí)，必須在每個(gè)頻率上測量?jì)蓚€(gè)功率。這時(shí)，可以利用一臺功率計對耦合器的前向輸出和反向輸出分別順序測量，也可以利用兩臺功率計同時(shí)測量。凈功率用于說(shuō)明換能器的電壓駐波比(VSWR)，因為當引入EUT時(shí)VSWR會(huì )發(fā)生變化。但當EUT與測試裝置嚴格匹配時(shí)，要保持凈功率所需的前向功率相對于校準所需的功率可能有較大變化。為避免過(guò)測，為保持所需凈功率而增大的前向功率不能超過(guò)2dB，即使2dB還不能滿(mǎn)足要求，也不應繼續增大，而只能將此記錄在測試報告中。

調制頻率和調制深度

        所有的RF抗擾性測試都需要在每個(gè)頻率上對EUT施加CW(未調連續波)和已調AM信號，而EUT的響應通常更易受已調干擾影響。一般情況下，測試標準中所規定的調制信號都是調制深度為80%，頻率為1kHz的正弦波。但也有個(gè)別的車(chē)輛廠(chǎng)商可能會(huì )有不同的要求。定義調制參數的目的是為AM和CW測試規定一個(gè)恒定的峰值電平。這一點(diǎn)與商用(IEC 61000-4 系列)RF抗擾性測試不同。在商用RF抗擾性測試中，調制信號的峰值功率比未調信號高5.3 dB。而在峰值電平恒定的測試中調制深度為80%的已調信號功率只有未調信號功率的0.407倍。ISO 11452中清楚地定義了這種信號的施加過(guò)程：

        ●在每個(gè)頻點(diǎn)上，線(xiàn)性或對數增大信號強度直到信號強度滿(mǎn)足要求(對開(kāi)環(huán)法指凈功率滿(mǎn)足要求，對閉環(huán)法則指測試信號的電平嚴格滿(mǎn)足要求)，根據 2 dB準則監測前向功率。

        ●按要求施加已調信號，并使測試信號保持時(shí)間等于EUT最小響應時(shí)間。

        ●緩慢降低測試信號強度，然后進(jìn)行下一個(gè)頻率的測試。

監測EUT

        在施加測試信號時(shí)，必須監測EUT的響應，并與其應達到的性能準則進(jìn)行比較，以確定被測件是否通過(guò)測試。由于不同EUT的功能和需要滿(mǎn)足的性能準則均不相同，因此本文不可能對這些監控方法進(jìn)行概括。但如果測試軟件能夠自動(dòng)完成部分或全部監測工作，那么整個(gè)測試就會(huì )更加簡(jiǎn)單可靠。監測過(guò)程可能只需簡(jiǎn)單地測量和記錄每個(gè)頻率點(diǎn)上的輸出電壓，也可能涉及一些特殊的EUT軟件，這些軟件能夠在測試發(fā)現錯誤時(shí)給出標記。