汽車電子BCI法與空間輻射法等效性研究

岳木林（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福州 350015）

汽車電子BCI法與空間輻射法等效性研究

岳木林
（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福州 350015）

首先通過理論分析了線纜在電場中產(chǎn)生的電流大小，其次使用帶狀線裝置產(chǎn)生均勻場強(qiáng)，通過測量找出線纜感應(yīng)電流與場強(qiáng)之間的傳輸函數(shù)關(guān)系，從而驗證了BCI法與空間輻射場的等效性，這為將來我國汽車電子BCI法制定合適的試驗限值提供了參考。

等效性；BCI；帶狀線；空間輻射

引言

BCI作為空間輻射抗擾度的一種替代法，在汽車電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。舉個現(xiàn)實(shí)的例子，一部移動電話放置在汽車的儀表盤上，非常接近儀表下的電子設(shè)備，電子設(shè)備與輻射騷擾源（移動電話）之間的距離有時甚至小至幾厘米，會產(chǎn)生很大的輻射場，這時產(chǎn)生的輻射通過空間耦合至電子設(shè)備的線束，轉(zhuǎn)換為線纜電流，從而影響至電子設(shè)備的性能。

一直以來，我國在制定相應(yīng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)時，都是參照或照搬國外的標(biāo)準(zhǔn)，知其然而不知其所以然，沒有對BCI技術(shù)與空間輻射場的等效性進(jìn)行研究。

在ISO 11452系列標(biāo)準(zhǔn)中，能夠產(chǎn)生空間輻射場強(qiáng)的方法有天線輻射法、帶狀線法和橫電磁波小室法等，考慮頻率覆蓋范圍及實(shí)現(xiàn)難易程度，作為初次研究，故本文采用帶狀線法來實(shí)現(xiàn)。通過帶狀線裝置來產(chǎn)生輻射場強(qiáng)，研究線纜感應(yīng)電流與空間輻射場強(qiáng)之間的傳輸函數(shù)關(guān)系，這種方法更能代表現(xiàn)實(shí)條件。

1 帶狀線法分析

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17619及ISO 11452-5中介紹的帶狀線法有50 Ω阻抗系統(tǒng)和90 Ω阻抗系統(tǒng)，考慮到一般測試系統(tǒng)都是采用50 Ω，并且?guī)罹€橫截面大一些，場均勻性好，故采用（h=150 mm，阻抗為50 Ω）帶狀線來進(jìn)行試驗，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

在圖1中，帶狀線接頭的一端輸入激勵功率，另外一接頭端接寬帶匹配負(fù)載（50 Ω負(fù)載），帶狀線裝置內(nèi)將形成橫電磁波（TEM波），見圖2。從圖中可看出，這種電磁場主要集中在帶狀線的中心線附近，場均勻性強(qiáng)，因此，這塊區(qū)域是測試的區(qū)域；而在兩側(cè)及中心線上方場強(qiáng)弱且不均勻。

2 線纜在空間電場耦合原理

電磁干擾耦合途徑中最常見的是電磁波在線纜上產(chǎn)生干擾。常見的空間線纜在電磁波耦合模型見圖3。在圖中，X-Z平面組成一個矩形回路，長度為l，高度為h1。平面電磁波沿z軸以速度V傳播，其電場分量E向x軸，磁場分量向y軸。閉合矩形回路中的感應(yīng)電壓記為Vi。

平面波電場的感應(yīng)電壓幅值為：

其中：

E0為電場強(qiáng)度，單位為V/m；

h1為矩形回路的高度，單位為m；

l為矩形回路的長度，單位為m；

β為平面波相位常數(shù)，并且β=2π/λ，λ=c/f；

c為光度3×10 m/s2；f為頻率，單位為Hz。

由公式（1）可知，線纜的感應(yīng)電壓Vi主要由空間輻射電場強(qiáng)度E0、線纜據(jù)接地平板的距離h1，線纜長度l和頻率f所決定。在汽車電子領(lǐng)域，一般使用線纜中的感應(yīng)電流來表示，整個矩形環(huán)路的感應(yīng)電流Ii如下所示：

其中：

Ii為線纜感應(yīng)電流，單位為A；

Z為整個矩形回路對接地平面的阻抗。

圖1 50 Ω 帶狀線原理設(shè)計圖

在頻率較高條件下，整個回路的阻抗Z可等效于單根線置于接地平面上的特性阻抗Zs。在真空條件下，雙圓柱平行傳輸線的阻抗Z0如下所示：

因此，可得到單根線置于接地平板上的特性阻抗為：

其中：

h1為線纜據(jù)接地平板的距離，單位為m；

D為線纜的直徑，單位為m。

由公式（1）和公式（4）可推出：

3 試驗平臺搭建

圖2 橫電磁波場分布圖

圖3 平面波耦合模型

通過帶狀線裝置能夠產(chǎn)生均勻的電場，為了更好地模擬在測試過程中線纜上可能產(chǎn)生的射頻電流，特自制該裝置，見圖4。該裝置采用兩個同軸連接器，同軸連接器的接地端與帶狀線的接地平板相連接，輸出端接50Ω同軸負(fù)載。根據(jù)BCI及帶狀線法測試布置的要求，同軸連接器到接地平板的距離H設(shè)置為50 mm。兩同軸連接器之間采用非屏蔽的線纜進(jìn)行連接，模擬BCI及帶狀線測試中使用的實(shí)際線纜，線纜長度L為1 000 mm，線徑D為2 mm。

在實(shí)際測試中，試驗布置見圖5，使用電流測量探頭來測量線纜中的電流值。當(dāng)對帶狀線裝置輸入端輸入一定的功率時，在帶狀線內(nèi)會產(chǎn)生均勻的電場，電場會通過空間耦合的方式，耦合至線纜中，通過測量線纜中射頻電流，找出電場與射頻電流之間的關(guān)系。

4 試驗結(jié)果分析

由于帶狀線產(chǎn)生的場強(qiáng)一般比較高，故該試驗需在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。本節(jié)試驗先根據(jù)ISO 11452-5的校準(zhǔn)方法，以場強(qiáng)50 V/m為例對帶狀線進(jìn)行全頻段（1ˉ400 MHz）進(jìn)行校準(zhǔn)。射頻測試系統(tǒng)將校準(zhǔn)好的射頻功率輸入帶狀線裝置，通過電流測量探頭測量線纜的電流值。

在實(shí)際測量中，電流測量探頭位于線纜中間位置，測量結(jié)果見圖6中實(shí)測值；通過公式（5）可以通過理論計算出，在E0為50 V/m時，線纜上的感應(yīng)電流值見圖6中理論值。

通過圖6可以看出，在1ˉ400 MHz頻率范圍內(nèi)，理論值和實(shí)測值基本上是吻合的，但是在一些頻點(diǎn)還存在差異，主要是由于當(dāng)帶狀線裝置內(nèi)放入EUT后，特性阻抗發(fā)生變化，從而影響到場均勻性。

將圖6測量得到的電流值進(jìn)行分析，進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果見圖7，從中可以得到如下公式：

當(dāng)1 MHz≤f≤85 MHz時：

當(dāng)85 MHz≤f≤130 MHz時：

當(dāng)130 MHz≤f≤400 MHz時：

其中：

I為線纜感應(yīng)電流值，單位為dBuA；

圖4 線纜射頻電流測量裝置

圖5 線纜在帶狀線裝置中射頻電流測量

圖6 線纜上感應(yīng)電流

圖7 線纜感應(yīng)電流歸一化值

f為頻率，單位為MHz；

E為電場場強(qiáng)，單位為V/m。

為了驗證公式（6）、（7）和（8）的可用性，以電場強(qiáng)度E為10 V/m進(jìn)行驗證試驗。首先根據(jù)公式計算值，當(dāng)E 為10 V/m時，線纜上理論電流值與E為50 V/m的線纜電流值相差14 dB，通過電流測量探頭測量得到的線纜實(shí)際電流值見圖7。從圖7可看出，E為10 V/m時，線纜電流值在理論值附近波動，說明該公式是可行的，具有一定實(shí)際意義。

5 結(jié)束語

使用帶狀線裝置產(chǎn)生均勻電場，設(shè)計了線纜射頻電流測量裝置，通過理論計算及實(shí)際測量，來驗證輻射電場與線纜感應(yīng)電流具有等效性；通過對線纜實(shí)際電流進(jìn)行分析，找出輻射場強(qiáng)與感性電流的傳輸函數(shù)關(guān)系，為將來我國汽車電子BCI法制定合適的試驗限值提供了參考。

［1］ GB/T 17619-1998， 機(jī)動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值［S］.

［2］ ISO 11452-5：2002， Road vehicles-Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 5： Stripline［S］.

［3］ J.L.諾爾曼·維奧萊特，唐納德·R.T.懷特，邁克爾·F.維奧萊特.電磁兼容性手冊［M］.潘飛凡 譯.北京：電子工業(yè)部第十研究所，130～137.

［4］梁健.汽車電器輻射抗擾度測試方法及帶狀線的研制［D］： ［碩士論文］.南京：東南大學(xué)， 2007.

岳木林（1982，10-），男，EMC工程師，工程碩士，從事電子產(chǎn)品EMC檢測和研究工作。

An Equivalent Study Between BCI Method and Space Radiation Method for Automotive Electronics

YUE Mu-lin
（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350015）

This paper theoretically analyzes the current magnitude generated by cables in the electric field， followed by the use of strip line device to produce uniform field.The equivalence between BCI method and space radiation method is verified by measuring and trying to figure out the transmission function relationship between cables induced current and field intensity.This provides a reference for the future development of determining suitable test limit value of BCI method for automotive electronics in China.

equivalence； BCI； strip line； space radiation

TN98

A

1004-7204（2016）03-0009-04