便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的期間核查方法

張銘

在便攜式發(fā)射機(jī)試驗(yàn)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)同類產(chǎn)品試驗(yàn)現(xiàn)象不一致的情況，而測(cè)試系統(tǒng)的不穩(wěn)定是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因之一。通過(guò)便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)工作原理，對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，設(shè)計(jì)了以功率探頭端前向功率PF及信號(hào)源功率Psignal為評(píng)判依據(jù)的期間核查方法。通過(guò)有效性驗(yàn)證，證明此方法可有效反映測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng);期間核查方法;穩(wěn)定性

0 前言

便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試作為1種汽車電磁兼容輻射抗擾度測(cè)試方式，可以驗(yàn)證汽車電子零部件對(duì)手機(jī)、對(duì)講機(jī)等便攜式發(fā)射機(jī)設(shè)備在工作時(shí)產(chǎn)生的高頻電磁干擾的抗干擾能力。隨著車聯(lián)網(wǎng)及5G通訊的推廣，該項(xiàng)測(cè)試目前越來(lái)越受到如福特汽車[1]、通用汽車[2]、大眾汽車[3]等在內(nèi)的廣大汽車廠商的重視，并紛紛將其收錄在電磁兼容試驗(yàn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。

便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試作為對(duì)汽車電子零部件功能驗(yàn)證試驗(yàn)，需要驗(yàn)證同一產(chǎn)品不同階段的電磁兼容性能。在不同時(shí)期的驗(yàn)證試驗(yàn)中，除了樣品本身設(shè)計(jì)更改的情況外，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)被測(cè)試樣件多次試驗(yàn)現(xiàn)象不一致的情況。此時(shí)，分析人員需要耗費(fèi)大量的人力及物力去排查原因，在有些時(shí)候甚至?xí)绊懙疆a(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)進(jìn)度。

1 試驗(yàn)現(xiàn)象不復(fù)現(xiàn)問(wèn)題分析

便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試作為汽車電磁兼容試驗(yàn)中的1個(gè)環(huán)節(jié)，需要長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。這容易導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)中設(shè)備的性能緩慢下降，如同軸電纜傳輸損耗、定向耦合器因數(shù)變化等，從而導(dǎo)致設(shè)備性能改變。然而，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備一般會(huì)以年為單位進(jìn)行校準(zhǔn)檢測(cè)，當(dāng)分析人員發(fā)現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)，為時(shí)已晚。

此外，當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)與電磁兼容試驗(yàn)中其他抗干擾試驗(yàn)共用設(shè)備組件時(shí)，測(cè)試布置需要反復(fù)變更，在布置變更過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)線路端口連接不當(dāng)甚至連接端口損壞的情況。由于便攜式發(fā)射機(jī)天線較為脆弱，在系統(tǒng)搭建時(shí)，相關(guān)人員無(wú)意識(shí)地對(duì)系統(tǒng)天線進(jìn)行磕碰，會(huì)對(duì)便攜式發(fā)射機(jī)天線的參數(shù)產(chǎn)生影響。同時(shí)，軟件中設(shè)備參數(shù)的輸入錯(cuò)誤，甚至使用錯(cuò)誤的設(shè)備搭建試驗(yàn)系統(tǒng)，都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。

以上問(wèn)題會(huì)引起測(cè)試系統(tǒng)與軟件中補(bǔ)償參數(shù)產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)輸出水平與測(cè)試要求不同，以及在同一測(cè)試要求中產(chǎn)生不同的測(cè)試輸出水平，造成測(cè)試系統(tǒng)的不穩(wěn)定，產(chǎn)生多次試驗(yàn)現(xiàn)象不一致的情況，從而引起大量不必要的重復(fù)試驗(yàn)，甚至?xí)?dǎo)致分析人員對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的誤判。

由于上述潛在問(wèn)題的存在，分析人員往往需要定期校驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的參數(shù)，并與軟件中的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)。但由于測(cè)試系統(tǒng)中設(shè)備繁多，這種校驗(yàn)方法耗時(shí)費(fèi)力。

本文設(shè)計(jì)了1種期間核查方法，可以定期對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行高效且簡(jiǎn)單的驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素。

2 測(cè)試系統(tǒng)期間核查設(shè)計(jì)原理

2.1 測(cè)試系統(tǒng)工作原理

目前，便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是通過(guò)軟件控制信號(hào)干擾源，模擬手機(jī)等便攜式發(fā)射機(jī)的頻段及調(diào)制方式輸出干擾信號(hào)。干擾信號(hào)通過(guò)便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試天線以近場(chǎng)輻射的方式，對(duì)被測(cè)試的電子零部件進(jìn)行抗干擾測(cè)試。圖1為便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試技術(shù)的原理框架圖。圖2為便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試監(jiān)控及控制系統(tǒng)原理框圖。

在測(cè)試期間，分析人員可以通過(guò)功率探頭采集定向耦合器端前向和反向功率并反饋至軟件，由軟件計(jì)算出天線饋入點(diǎn)前向和反向功率，并進(jìn)一步計(jì)算出天線饋入點(diǎn)凈功率，再通過(guò)軟件控制信號(hào)干擾源，以達(dá)到調(diào)節(jié)凈功率的目的。

衡量便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的主要參數(shù)為天線饋入點(diǎn)凈功率PAN和電壓駐波比（VSWR）。天線饋入點(diǎn)凈功率PAN是衡量測(cè)試水平的唯一標(biāo)準(zhǔn)。而天線饋入點(diǎn)電壓駐波比KVSWR是反映系統(tǒng)傳輸效率的參數(shù)，其為衡量便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性的依據(jù)參數(shù)。

2.2 期間核查設(shè)計(jì)原理

天線饋入點(diǎn)電壓駐波比KVSWR作為衡量便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性的依據(jù)，并非測(cè)量值，其大小的變化無(wú)法量化，無(wú)法有效說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，為了更好的說(shuō)明系統(tǒng)有效性，需要尋找1個(gè)量化的測(cè)量值來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

便攜式發(fā)射機(jī)天線饋入點(diǎn)電壓駐波比KVSWR與天線饋入點(diǎn)前向功率PAF及天線饋入點(diǎn)凈功率PAN的關(guān)系可以通過(guò)式1來(lái)表示。

式中，PAF為天線饋入點(diǎn)前向功率，單位W;PAN為天線饋入點(diǎn)凈功率，單位W。

由式1可知，在天線饋入點(diǎn)凈功率PAN為定值的情況下，天線饋入點(diǎn)電壓駐波比KVSWR只與天線饋入點(diǎn)前向功率PAF有關(guān)。而天線饋入點(diǎn)前向功率PAF在測(cè)試系統(tǒng)中為計(jì)算值，PAF可以通過(guò)功率探頭端前向功率PF去除同軸電纜傳輸損耗，以及定向耦合器的耦合因子得到。在測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，同軸電纜傳輸損耗及定向耦合器的耦合因子皆為定值，所以天線饋入點(diǎn)電壓駐波比KVSWR最終只與功率探頭端前向功率PF有關(guān)。

此外，若測(cè)試系統(tǒng)中的定向耦合器使用錯(cuò)誤，或者軟件中的定向耦合器參數(shù)與實(shí)際設(shè)備不匹配，則會(huì)導(dǎo)致功率探頭端前向功率PF只與軟件中定向耦合器參數(shù)相關(guān)，而與實(shí)際系統(tǒng)中的設(shè)備參數(shù)無(wú)關(guān)。此時(shí)無(wú)法通過(guò)前向功率PF來(lái)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故需要引入新的依據(jù)進(jìn)行判定。系統(tǒng)中功率放大器的輸出功率僅與輸入信號(hào)源功率Psignal有關(guān)，而前向功率PF是功率放大器輸出功率通過(guò)定性耦合器轉(zhuǎn)換得到的。因此，在得到相同的前向功率PF情況下，如果實(shí)際系統(tǒng)定向耦合器參數(shù)發(fā)生改變，則輸入信號(hào)源功率Psignal一定會(huì)發(fā)生改變。因此，分析人員還需要通過(guò)輸入信號(hào)源功率Psignal進(jìn)行此類問(wèn)題的判定。

測(cè)試系統(tǒng)期間的核查基于天線饋入點(diǎn)凈功率PAN為定值的情況下，視PF及Psignal均為定值作為原則。以此為依據(jù)，設(shè)定功率探頭端前向功率PF及信號(hào)源功率Psignal的有效判定范圍，在其后的測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，采集并記錄功率探頭端前向功率PF及信號(hào)源功率Psignal，并將其與有效判定范圍作比較。若測(cè)量值超出了有效判定范圍，且形態(tài)趨勢(shì)發(fā)生改變，則說(shuō)明系統(tǒng)存在潛在的不穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，必須在進(jìn)行排除后，才能開始測(cè)試，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和最終測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性。

另外，由于采集的功率探頭端前向功率PF及信號(hào)源功率Psignal均為測(cè)試軟件已有的監(jiān)控參數(shù)，所以無(wú)須添加額外的設(shè)備及算法。

3 測(cè)試系統(tǒng)期間核查實(shí)現(xiàn)

3.1 期間核查測(cè)試頻率、信號(hào)的調(diào)制方式及測(cè)試水平

參照《道路車輛 電氣_電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法 第1部分》（ISO 11452-1-2005）法規(guī)要求，并結(jié)合SCHWARZBECK便攜式發(fā)射機(jī)天線的有效工作頻率，分析人員設(shè)計(jì)了關(guān)于便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試期間核查的測(cè)試頻率，如表1所示。測(cè)試將未調(diào)制的正弦波（CW）信號(hào)作為輸入信號(hào)。測(cè)試凈功率PAN為3 W。

3.2 期間核查測(cè)試布置

如圖3所示，分析人員將便攜式發(fā)射機(jī)天線置于半電波暗室中，確保測(cè)試天線的振子端距離地平面及周圍1 m內(nèi)沒(méi)有金屬，且保持1 100 mm長(zhǎng)度垂直于地平面，測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)轉(zhuǎn)接頭之間連接牢固緊密。

3.3 期間核查實(shí)例

前向功率PF及輸入信號(hào)源功率Psignal作為期間核查的評(píng)判依據(jù)，以每周至少1次的頻次，應(yīng)至少持續(xù)核查3周。在確保相同設(shè)備、相同場(chǎng)地等條件下，并確保測(cè)量值在有效的情況下，分析人員將幾組測(cè)量值取平均值，作為期間核查的評(píng)判依據(jù)。

由于在《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》（ISO/IEC17025：2005-5-15）標(biāo)準(zhǔn)[5]中并未給出期間核查評(píng)判依據(jù)的容差范圍，試驗(yàn)可依據(jù)輻射抗擾度測(cè)試（RI）的容差范圍+/-3.0 dB[6]及電場(chǎng)強(qiáng)度與其相關(guān)聯(lián)的前向功率的關(guān)系，驗(yàn)證方法測(cè)量結(jié)果的容差范圍，可判定容差范圍為+/-1.5 dB。

相關(guān)人員需要定期對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行期間核查，并記錄和比較結(jié)果，以確保期間核查數(shù)據(jù)的可追溯性。

如圖4和圖5所示，以頻率范圍在1 000 MHz至2 700 MHz的期間核查為例，當(dāng)凈功率PN為3 W時(shí)，分析人員使用電磁兼容試驗(yàn)軟件EMC32，記錄前向功率PF及輸入信號(hào)源功率Psignal。分析人員對(duì)記錄的測(cè)量值與期間核查的評(píng)判依據(jù)進(jìn)行比較。若數(shù)據(jù)均在測(cè)量值評(píng)判依據(jù)+/-1.5 dB范圍內(nèi)，且形態(tài)趨勢(shì)與評(píng)判依據(jù)相似，則可快速確定便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

此外，為了保證便攜式發(fā)射機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定有效，可以根據(jù)《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則》（ISO/IEC17025：2005-5-15）標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試的頻繁程度，來(lái)決定期間核查的頻次。在一般情況下，核查頻率為每月至多4次，每個(gè)季度至少1次。

4 期間核查有效性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證期間核查方法的有效性，相關(guān)人員對(duì)已進(jìn)行過(guò)期間核查的原測(cè)試系統(tǒng)分別更換原測(cè)試系統(tǒng)中的低損耗同軸電纜和定向耦合器，確保更換部件參數(shù)與原系統(tǒng)部件參數(shù)存在差異，來(lái)模擬測(cè)試系統(tǒng)潛在的不穩(wěn)定因素，并通過(guò)期間核查方法來(lái)發(fā)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)問(wèn)題。圖6為原便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的簡(jiǎn)化布置圖。

在僅更換原測(cè)試系統(tǒng)低損耗同軸電纜后，通過(guò)期間核查可以看出，測(cè)量值PF及Psignal在某些頻率點(diǎn)均低于評(píng)判依據(jù)下限，且形態(tài)趨勢(shì)發(fā)生改變。圖7 為期間核查測(cè)量值Psignal與評(píng)判依據(jù)的比較。圖8 為期間核查測(cè)量值PF與評(píng)判依據(jù)的比較。

查可以看出，測(cè)量值PF未發(fā)生變化，但測(cè)量值Psignal整體低于評(píng)判依據(jù)下限，與僅更換原測(cè)試系統(tǒng)低損耗同軸電纜情況完全不同（圖10）。

以此可見，此種期間核查方法可行有效，可快速分析出測(cè)試系統(tǒng)是否存在不穩(wěn)定因素，并找出具體原因。

5 總結(jié)

目前，運(yùn)用便攜式發(fā)射機(jī)測(cè)試系統(tǒng)期間核查方法的測(cè)試系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行了4年。期間，相關(guān)人員共進(jìn)行了70余次測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試涵蓋了收音機(jī)、遙控智能鑰匙、儀表盤、安全氣囊等產(chǎn)品，在產(chǎn)品開發(fā)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)了同類產(chǎn)品相關(guān)潛在電磁兼容問(wèn)題，并及時(shí)對(duì)該類產(chǎn)品進(jìn)行了整改，從而避免了不必要的損失。

[1]Ford Motor Company. Rev3 electromagnetic compatibility specification for low and high voltage electrical/electronic components and subsystems[S]. FMC1278， 2018.

[2]General Motors. General specification for electrical/electronic components and subsystems， electromagnetic compatibility[S]. GMW-3097， 2019.

[3]VOLKSWAGEN. Electromagnetic compatibility of electronic components for motor vehicles[S]. TL 81000， 2018.

[4]ISO 11452-1 road vehicles-module test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy， part 1 general principals and terminology[S]. International Organization for Standardization， 2005.

[5]ISO/IEC17025：2005檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則[S].中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)， 2005.

[6]Ford automotive EMC laboratory recognition program[S]. AEMCLRP， 2006.