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汽车暗室ALSE场地确认方法解析

2017-03-17

汽车暗室

ALSE场地确认方法解析


技术专家介绍

技术专家


专家介绍

袁书传


    上电科EMC场地确认总工程师

    上电科EMC外场项目测试总监督人

    EMC场地确认国际标准研究带头人


    主要负责检测所EMC场地确认国际标准的研究,及时关注场地确认标准的最新发展变化动态,使检测所始终走在EMC场地确认标准各领域的最尖端;


负责检测所场地确认项目的所有项目计划制定,测试进度,项目质量,后期跟踪;负责检测所EMC场地确认检测设备更新、研发;

 


背景介绍

        在追逐个性化的年代,汽车电子产品充当了追随者以及引领者,正因如此,电子产品功能越多的情况下,产品所用电路集成程度就越来越高,为了避免产品自身或对外界的电磁干扰,对汽车电子产品的检测就势在必行

        汽车零部件ALSE场地确认方法参考标准CISPR25_419_CD,分析了CISPR25_419_CD标准提供的场地确认方法与CISPR16-1-4中提及的场地NSA测试的区别,以及各自测试方法的意义。主要介绍CISPR25_419_CD标准中长线法的测试方法,以及如何符合场地要求,并分析场地确认测试出现不符合是应该如何处理。



概述

        根据国际及国内标准要求,检测汽车电子产品需在电波暗室内进行,这种检测用汽车产品的电波暗室简称为ALSE,而如何验证ALSE性能是否满足要求?是否可以采用CISPR16-1-4中所列常规暗室的性能确认方法?通过标准可以发现CISPR16-1-4中场地确认方法测试发射及接收天线是3m或10m,如图1所示,实际测试时EUT到天线的距离也是3m或10m,如图2所示,而汽车零部件产品CISPR25规定的EUT到天线的距离为1m,且测试桌铺有黄铜,黄铜与实验室屏蔽壳体搭接,如图3。

图1:CISPR16-1-4场地确认测试图

图2:GB9254标准中EUT测试示意图

图3:CISPR25标准中EUT测试布置图

        从图1及图2场地确认及EUT实际测试相互关联中可知如果用CISPR16-1-4中的场地确认方法来验证汽车零部件测试场地会不合时宜,因此汽车零部件测试用暗室迫切需要有一套新的场地确认方法,D分会成立研究组来解决此问题是在这种背景下应用而生的。

    在D分会工作组的推动下,新的CISPR25_419_CD中提到的场地确认方法变动已经很小了,(由CISPR成员团体中被提名的专家组成起草小组,并由起草小组草拟工作

草案(WDs)。这些非常粗略的草案通常不会流传到起草小组之外。当这些草案标准成熟了,他们经过委员会草案(CD)阶段(在此阶段他们在ISO成员中流传以获取分析和评价),国际标准草案(DIS) 阶段和最终版国际标准草案(FDIS) 阶段,后两阶段都在正式发行国际标准(IS)之前进行,并将进行ISO 成员的正式投票。在所有阶段,均将实施验证活动以确保草案标准能满足设计规范的要求,在后期阶段(典型的是CD和DIS阶段)确认活动可吸收标准的实际用户参与),在CISPR25_419_CD前还出现过CISPR25_391_CD;CISPR25_400_CD文稿,其中391与400间差异较大,400与419变化很小,也说明CISPR25_419_CD已经得到很大认可,将来的变动会更小。


EMC场地确认方法

及关键指标

        根据CISPR25_419_CD标准中可以得出,汽车零部件暗室(简称ALSE)场地确认方法有两种,两种方法任一方法验证都符合要求,具体见下图4,图5。

图4:ALSE场地确认方法

图5:ALSE场地确认两种测试方法的确认程序图

        参考测量法:

        需要验证的ALSE场地与标准OTA场地或者标准暗室间的比较,比较结果在150kHz-1GHz中481个频点内有90%的频点在±6dB内,则ALSE场地符合标准要求。测试所用的天线为在<30M时, 用小型单杆天线作为发射天线 ,在>30M时,分别用小型双锥(30-200M)及小型偶极子天线(200-1000M) 具体如图6所示。

                图6:参考测量法测试天线及布置图

        长线法:

        在150k-1000M时发射天线为同一个,发射装置是用一根50cm长,4mm粗的实心黄铜充当发射天线,铜棒固定在两个带N型接头的L型铝板上。测试最终结果与标准给定的值比较,481个频点中至少90%的频点落在±6dB,则可判断符合标准要求。长线法发射天线装置见图7

图7:长线法装置


        参考测量法与长线法比较:

        参考测量法标准中给定需要与开阔场或电波暗室比较,不同的电波暗室测试数据可能不一样,且操作中用到的小型偶极子天线没有给定,而长线法测试给定了发射天线自制的材质,尺寸,操作相对简单,且是与标准给定的仿真参考值比较,目前更有可比性,因此本文主要介绍长线法测试。


        长线法测试方法:

        长线法测试频段为150kHz-1000MHz,在整个测试频段发射天线均为同一个长线法装置,装置对空间辐射是有50cm长的黄铜棒来实现,黄铜棒只有一个是模拟汽车零部件DUT测试时的线束对空间的辐射,接收天线则根据不同频段有不同,具体为在150kHz-30MHz时是采用单级杆状天线,30MHz-200MHz时为双锥天线,200MHz-1000MHz时为对数周期天线,测试时不同的频段设置不同测试步进,如表1所示:

表1:测试频率,天线,步进对应关系


        测试时,接收天线端及发射天线端都需要用到带磁扣的同轴线缆,同轴线缆上用到磁扣的数量要求每间隔20cm有一个,磁扣的阻抗要求为25MHz时为50Ω,100MHz时为110Ω,挑选磁扣时先要了解线缆的外径尺寸,因此,磁扣在选择上需要满足尺寸及阻抗双项要求。磁扣的作用为降低线缆对空间的辐射(线缆对地的共模容性感应),同时也可吸收空间电磁波对线缆的耦合(磁扣工作机理是将电磁能转化为热量),避免对数据的影响,磁扣选择如表2所示:

表2:磁扣型号,尺寸,及特性阻抗对应表


        测试系统连接方式:

        信号发生器通过同轴线缆与10dB衰减器(10dB衰减器的作用为起到阻抗匹配,减少阻抗失配产生的驻波)连接后连接到长线法装置,长线法装置另一端口连接50Ω终端阻抗,接收天线通过线缆连接到接收机,接收机通过GPIB-USB连接到测试电脑,具体连接下图8所示:

图8:测试系统连接图

      

        长线法测试程序:

        在进行性能测试之前先将发射线缆及接收线缆直通,直通时需包含10dB衰减器。此时测试结果记录为M0

        测量时,长线法装置一端L型板端接50欧姆终端,另一端则是与带连接有10dB衰减器的发射线缆连接,发射线缆另一端信号发生器连接。接收线缆一端与接收天线连接,另一端与接收机连接,此时测试结果为MA

        单级杆状天线只需测垂直极化,双锥天线以及对数周期天线则需测试水平及垂直两个极化方向。

        Eeq=120dB(μv)+(MA-M0)+KAF, Eeq为等效场强,KAF为天线系数

        △Long Wire Method=Eeq.max – Eeq .max .ref   △ in dB, Eeq.max值为Eeq ,Eeq. max.ref为理论标准值,标准上已给定 

        标准中理论值Eeq . max.ref的来源为通过仿真建模得来,具体建模为在0.15M-30M时无接地金属板仅有测试桌面上的参考金属板,30M-1000M时桌面上的参考金属板与暗室屏蔽壳体搭接接地,搭接方式为在参考金属板的中心位置通过100mm宽的金属带与屏蔽壳体搭接。仿真时的桌面金属板尺寸为长x宽x高:2.5m x1m x1 m,这个尺寸也是CISPR25 DUT测试时要求的标准尺寸。仿真模型图见图9

图9:理论参考值仿真建模图


        测试结果计算:

        将△值与±6比较,统计落在此区间里的频率点数,既统计满足△值落在±6的频率点数,并将此点数与总数481比较,如果大于90%,则可理解为场地符合要求。具体计算公式如下:

图7:长线法装置


        150kHz-1000MHz实际测试布置图如表3所示:

表3:150kHz-1000MHz测试布置图


        与之相对应的测试结果如表4所示:

表4:150kHz-1000MHz测试结果图

        表4的结果可以看出在150kHz-1000MHz里只有35个频点没有落在理论参考值的±6dB内,既大于90%的频点都在±6dB内,场地符合标准要求。


ALSE场地确认

分析及对策

        暗室性能评估方法主要是看最后的测试数据结果是否满足标准要求,既测试频点有90%的点落在参考值的±6dB内。如果测试结果不符合,则可以检查是否有连接10dB衰减器,50Ω匹配电阻是否端接,及测试线缆是否有加磁扣,磁扣阻抗是否符合阻抗要求。以及金属板是否有良好接地,长线法装置铝板是否跟参考接地板搭接良好。这些细微的因素都有可能导致结果不符合,因此建议在测试前先进行接地阻抗的测试。


结语

        ALSE场地性能确认位于EMC射频测试的前端,直接关系到辐射发射测试结果的准确性,在产品的EMC认证测试中,无论是国内的3C认证、欧洲的CE认证、美国的FCC认证、加拿大的IC认证还是日本的VCCI认证等,辐射发射测试都是非常重要的必测项目,同时也是各实验室之间需要不断比对以保证一致性的项目,确保EMC场地方面的持续有效性,进一步保证企业产品的辐射发射测量结果的一致性和可靠性,这也是CISPR25_419_CD文件所在的D分会工作组推出该标准的意义