便携式发射机测试系统的期间核查方法

张铭

在便携式发射机试验中，有时会出现同类产品试验现象不一致的情况，而测试系统的不稳定是产生这一现象的原因之一。通过便携式发射机测试系统工作原理，对该现象进行简单分析，设计了以功率探头端前向功率PF及信号源功率Psignal为评判依据的期间核查方法。通过有效性验证，证明此方法可有效反映测试系统的稳定性。关键词：便携式发射机测试系统;期间核查方法;稳定性

0 前言

便携式发射机测试作为1种汽车电磁兼容辐射抗扰度测试方式，可以验证汽车电子零部件对手机、对讲机等便携式发射机设备在工作时产生的高频电磁干扰的抗干扰能力。随着车联网及5G通讯的推广，该项测试目前越来越受到如福特汽车[1]、通用汽车[2]、大众汽车[3]等在内的广大汽车厂商的重视，并纷纷将其收录在电磁兼容试验企业标准中。

便携式发射机测试作为对汽车电子零部件功能验证试验，需要验证同一产品不同阶段的电磁兼容性能。在不同时期的验证试验中，除了样品本身设计更改的情况外，有时会出现被测试样件多次试验现象不一致的情况。此时，分析人员需要耗费大量的人力及物力去排查原因，在有些时候甚至会影响到产品研发及生產进度。

1 试验现象不复现问题分析

便携式发射机测试作为汽车电磁兼容试验中的1个环节，需要长期高负荷运转。这容易导致测试系统中设备的性能缓慢下降，如同轴电缆传输损耗、定向耦合器因数变化等，从而导致设备性能改变。然而，实验室设备一般会以年为单位进行校准检测，当分析人员发现此类问题时，为时已晚。

此外，当测试系统与电磁兼容试验中其他抗干扰试验共用设备组件时，测试布置需要反复变更，在布置变更过程中可能会出现线路端口连接不当甚至连接端口损坏的情况。由于便携式发射机天线较为脆弱，在系统搭建时，相关人员无意识地对系统天线进行磕碰，会对便携式发射机天线的参数产生影响。同时，软件中设备参数的输入错误，甚至使用错误的设备搭建试验系统，都会对测试结果产生影响。

以上问题会引起测试系统与软件中补偿参数产生偏差，导致测试系统输出水平与测试要求不同，以及在同一测试要求中产生不同的测试输出水平，造成测试系统的不稳定，产生多次试验现象不一致的情况，从而引起大量不必要的重复试验，甚至会导致分析人员对试验结果的误判。

由于上述潜在问题的存在，分析人员往往需要定期校验测试系统中各个设备的参数，并与软件中的参数进行比对。但由于测试系统中设备繁多，这种校验方法耗时费力。

本文设计了1种期间核查方法，可以定期对测试系统进行高效且简单的验证，及时发现不稳定因素。

2 测试系统期间核查设计原理

2.1 测试系统工作原理

目前，便携式发射机测试系统是通过软件控制信号干扰源，模拟手机等便携式发射机的频段及调制方式输出干扰信号。干扰信号通过便携式发射机测试天线以近场辐射的方式，对被测试的电子零部件进行抗干扰测试。图1为便携式发射机测试技术的原理框架图。图2为便携式发射机测试监控及控制系统原理框图。

在测试期间，分析人员可以通过功率探头采集定向耦合器端前向和反向功率并反馈至软件，由软件计算出天线馈入点前向和反向功率，并进一步计算出天线馈入点净功率，再通过软件控制信号干扰源，以达到调节净功率的目的。

衡量便携式发射机测试系统的主要参数为天线馈入点净功率PAN和电压驻波比（VSWR）。天线馈入点净功率PAN是衡量测试水平的唯一标准。而天线馈入点电压驻波比KVSWR是反映系统传输效率的参数，其为衡量便携式发射机测试系统稳定性的依据参数。

2.2 期间核查设计原理

天线馈入点电压驻波比KVSWR作为衡量便携式发射机测试系统稳定性的依据，并非测量值，其大小的变化无法量化，无法有效说明系统的稳定性。因此，为了更好的说明系统有效性，需要寻找1个量化的测量值来说明系统的稳定性。

便携式发射机天线馈入点电压驻波比KVSWR与天线馈入点前向功率PAF及天线馈入点净功率PAN的关系可以通过式1来表示。

式中，PAF为天线馈入点前向功率，单位W;PAN为天线馈入点净功率，单位W。

由式1可知，在天线馈入点净功率PAN为定值的情况下，天线馈入点电压驻波比KVSWR只与天线馈入点前向功率PAF有关。而天线馈入点前向功率PAF在测试系统中为计算值，PAF可以通过功率探头端前向功率PF去除同轴电缆传输损耗，以及定向耦合器的耦合因子得到。在测试系统稳定的情况下，同轴电缆传输损耗及定向耦合器的耦合因子皆为定值，所以天线馈入点电压驻波比KVSWR最终只与功率探头端前向功率PF有关。

此外，若测试系统中的定向耦合器使用错误，或者软件中的定向耦合器参数与实际设备不匹配，则会导致功率探头端前向功率PF只与软件中定向耦合器参数相关，而与实际系统中的设备参数无关。此时无法通过前向功率PF来判定系统的稳定性，故需要引入新的依据进行判定。系统中功率放大器的输出功率仅与输入信号源功率Psignal有关，而前向功率PF是功率放大器输出功率通过定性耦合器转换得到的。因此，在得到相同的前向功率PF情况下，如果实际系统定向耦合器参数发生改变，则输入信号源功率Psignal一定会发生改变。因此，分析人员还需要通过输入信号源功率Psignal进行此类问题的判定。

测试系统期间的核查基于天线馈入点净功率PAN为定值的情况下，视PF及Psignal均为定值作为原则。以此为依据，设定功率探头端前向功率PF及信号源功率Psignal的有效判定范围，在其后的测试系统运行过程中，采集并记录功率探头端前向功率PF及信号源功率Psignal，并将其与有效判定范围作比较。若测量值超出了有效判定范围，且形态趋势发生改变，则说明系统存在潜在的不稳定性风险，必须在进行排除后，才能开始测试，以保证系统的稳定性和最终测试结果的可重复性。

另外，由于采集的功率探头端前向功率PF及信号源功率Psignal均为测试软件已有的监控参数，所以无须添加额外的设备及算法。

3 测试系统期间核查实现

3.1 期间核查测试频率、信号的调制方式及测试水平

参照《道路车辆 电气_电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第1部分》（ISO 11452-1-2005）法规要求，并结合SCHWARZBECK便携式发射机天线的有效工作频率，分析人员设计了关于便携式发射机测试期间核查的测试频率，如表1所示。测试将未调制的正弦波（CW）信号作为输入信号。测试净功率PAN为3 W。

3.2 期间核查测试布置

如图3所示，分析人员将便携式发射机天线置于半电波暗室中，确保测试天线的振子端距离地平面及周围1 m内没有金属，且保持1 100 mm长度垂直于地平面，测试系统各个转接头之间连接牢固紧密。

3.3 期间核查实例

前向功率PF及输入信号源功率Psignal作为期间核查的评判依据，以每周至少1次的频次，应至少持续核查3周。在确保相同设备、相同场地等条件下，并确保测量值在有效的情况下，分析人员将几组测量值取平均值，作为期间核查的评判依据。

由于在《检测和校准实验室能力的通用要求》（ISO/IEC17025：2005-5-15）标准[5]中并未给出期间核查评判依据的容差范围，试验可依据辐射抗扰度测试（RI）的容差范围+/-3.0 dB[6]及电场强度与其相关联的前向功率的关系，验证方法测量结果的容差范围，可判定容差范围为+/-1.5 dB。

相关人员需要定期对测试系统进行期间核查，并记录和比较结果，以确保期间核查数据的可追溯性。

如图4和图5所示，以频率范围在1 000 MHz至2 700 MHz的期间核查为例，当净功率PN为3 W时，分析人员使用电磁兼容试验软件EMC32，记录前向功率PF及输入信号源功率Psignal。分析人员对记录的测量值与期间核查的评判依据进行比较。若数据均在测量值评判依据+/-1.5 dB范围内，且形态趋势与评判依据相似，则可快速确定便携式发射机测试系统稳定可靠。

此外，为了保证便携式发射机系统长期稳定有效，可以根据《检测和校准实验室认可准则》（ISO/IEC17025：2005-5-15）标准的要求，以及便携式发射机测试的频繁程度，来决定期间核查的频次。在一般情况下，核查频率为每月至多4次，每个季度至少1次。

4 期间核查有效性验证

为了验证期间核查方法的有效性，相关人员对已进行过期间核查的原测试系统分别更换原测试系统中的低损耗同轴电缆和定向耦合器，确保更换部件参数与原系统部件参数存在差异，来模拟测试系统潜在的不稳定因素，并通过期间核查方法来发现测试系统问题。图6为原便携式发射机测试系统的简化布置图。

在仅更换原测试系统低损耗同轴电缆后，通过期间核查可以看出，测量值PF及Psignal在某些频率点均低于评判依据下限，且形态趋势发生改变。图7 为期间核查测量值Psignal与评判依据的比较。图8 为期间核查测量值PF与评判依据的比较。

查可以看出，测量值PF未发生变化，但测量值Psignal整体低于评判依据下限，与仅更换原测试系统低损耗同轴电缆情况完全不同（图10）。

以此可见，此種期间核查方法可行有效，可快速分析出测试系统是否存在不稳定因素，并找出具体原因。

5 总结

目前，运用便携式发射机测试系统期间核查方法的测试系统已稳定运行了4年。期间，相关人员共进行了70余次测试验证，测试涵盖了收音机、遥控智能钥匙、仪表盘、安全气囊等产品，在产品开发的测试中发现了同类产品相关潜在电磁兼容问题，并及时对该类产品进行了整改，从而避免了不必要的损失。

[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检测和校准实验室认可准则[S].中国实验室国家认可委员会， 2005.

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