汽车零部件辐射骚扰试验测量不确定度评定方法分析

丁敏 张萍 邹爱华

摘 要：本文介绍了一种汽车零部件辐射骚扰试验的测量不确定评定方法，评定过程基于3米法半电波暗室，根据标准GB/T6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014中的要求，全面的分析了在30 MHz～6 GHz频段对试验结果产生不确定度的来源，并对每个不确定分量进行了评定。

关键词：汽车电子;辐射骚扰;测量不确定度

0 引言

在EMC测试的国内外标准中，对测量不确定度的评定方法越来越重要，但是由于测试距离、场地等的差异性，在CISPR 16-4-2的辐射发射测量不确定度评定方法中，多个参数的评定是在3 m，10 m以及30 m测试距离下进行的，不适用于测试距离为1 m的汽车零部件。本文将尝试给出一种汽车零部件辐射骚扰测试（30 MHz～6 GHz）测量不确定度的评定方法，对实验室间试验数据比对有一定的意义。

1 测量系统的布置

按照 CISPR 25 的标准要求，将被测样品放在测试桌上，采用 50 mm 高的绝缘材料支撑，接收天线距离被测物线束 1 m，天线的相位中心指向线束中心（1 G 以上指向被测件），用屏蔽电缆将天线接收到的场强连接至接收机，将被测件调整至测试模式，用接收机测量此时被测样品的辐射骚扰场强。在测试过程中，测试天线类型及其工作频段可参考表1：

2 测量不确定度的评定

2.1 数学模型

测量量E可以用以下數学模型表示：

2.2 不确定度输入量的计算- A类不确定度

2.2.1 接收机读数Vr

该不确定度分量主要是由于接收机读数的影响因素造成的，这些因素包括整个测量系统的不稳定性，接收机底噪以及坐标分辨率改变而引起的误差，可以采用A类评定方法。

将信号发生器的输出端连接至接收机的输入端，测试信号频率为1 000 MHz，电压为40 dBμV，进行连续测量10次（每次测量前均重新接线），得到测量值：40.03，40.04，40.10，40.03，39.99，39.95，39.96，39.94，39.97，40.00 （dBμV）。

2.3 不确定度输入量的计算- B类不确定度[1]

2.3.1 天线和接收机之间的衰减ac

该不确定度分量主要是由接收机和天线之间连接的衰减偏差造成的，ac 的评定可采用计量报告中所给扩展不确定度，其衰减偏差的限值e=±0.1 dB，其半宽为0.1 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.2 天线系数Fa

该不确定度分量主要是由宽带天线因子校准偏差所引起的，u（Fa）的评定采用校准报告中所给出不确定度值：

2.3.3 正弦波电压δVsw

该不确定度分量主要是由于接收机正弦波电压测量值不准确产生的，u（δVsw）的评定可采用计量报告中所给出值，其正弦波电压测量误差限值e=±0.6 dB，由此其半宽区间为0.6 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.4 脉冲幅值响应δVpa

该不确定度分量主要是由于接收机脉冲幅值响应测量值不准确产生的，接收机的校准计量证书中表明其脉冲幅值响应的扩展不确定度为0.7 dB，可以看作服从矩形分布，以零为中心，半宽区间为0.7 dB，所以：

2.3.5 脉冲重复率响应δVpr

该不确定度分量主要是由于接收机脉冲重复率响应不准确而造成的，从接收机的计量报告中得知脉冲重复率响应的扩展不确定度为±0.8 dB，可以看作是服从矩形分布，以零为中心，半宽为0.8 dB，所以：

2.3.6 接收机本底噪声δVnf

该不确定度分量主要是由测量接收机本底噪声所引起的，当频率小于1 GHz时，δVnf估计值应为0，且服从半宽度为1.1 dB的矩形分布;当测量频率在1 GHz～6 GHz之间时，δVnf估计值为0，且服从半宽度为0.5 dB的矩形分布。从而可以得到：

2.3.7 接收机和天线之间的失配δM

该不确定度分量主要是由于接收机和宽带天线之间的失配所引起的，为了减少底噪对测试数据的影响，实验室大多选择全测试频段使用外置预放大器。因此，需要考量两项失配的不确定度，一项是天线端口和预放输入端口之间，另一项是预放输出端口和接收机输入端口之间的失配。

天线端口和预放输入端口的失配误差δM± =+1.3/-1.5（dB），该不确定度分量的宽度为δM+ -δM-=1.3+1.5=2.8 dB，估计值为0，并且服从U形分布，从而可得：

预置放大器输出端口（Output）和接收机输入端口（Input）之间的失配误差δM± =+1.2/-1.4（dB），服从U形分布，估计值为0，从而可得：

2.3.8 天线系数的频率内插δFaf

该不确定度分量主要是由于天线校准点之间的频率间隔和天线因子随频率的变化所引起的不确定度影响，可以看作是服从以零为中心，半宽为0.3 dB的矩形分布，所以：

2.3.9 天线方向性的差异δFadir

该不确定度分量主要是由于天线工作时的方向性偏差所产生的不确定影响，该不确定度分量的评定可以看作是服从以零为中心，半宽为1.0 dB的矩形分布，所以：

2.3.10 天线相位中心的位置δFaph

测量天线的相位中心位置会随频率的变化而变化，该变化产生的不确定性所造成的偏差引起了δFaph的不确定度影响。

对于双锥天线的相位中心位置的修正量δFaph可忽略不计。

对于对数周期天线（200 MHz～1 GHz），修正因子δFaph的评定可以看作是服从以零为中心，半宽区间为1 dB的矩形分布，所以：

对于或双脊波导喇叭天线，该不确定度分量在评定时，可以看作是服从以零为中心的矩形分布，半宽区间的计算可以考虑在测试距离上误差±0.1 m所产生的影响。此时，測试场强和测试距离成反比例关系。

假设E=k/d，其中，E为场强（单位V/m），k为反比例系数，d为测试距离（单位m）。测试距离误差为0.1 m时，

在汽车电子辐射骚扰试验中，天线距离测试样件1 m，此时：

2.3.11 交叉极化δFacp

对于双锥天线（30 MHz～200 MHz）和双脊波导喇叭天线（1 GHz～6 GHz），交叉极化可以忽略不计，对于对数周期天线，该分量符合估计值为0，半宽度为0.9 dB的矩形分布，具体分量计算如下：

2.3.12 平衡δFabal

该不确定度分量主要是由于天线工作时不平衡所引起的不确定度，水平极化和垂直极化时，该不确定度分量的评定可以看作是服从矩形分布，半宽区间不同，具体分量计算如下所示：

2.3.13 场地的不理想δAN

该不确定度分量主要是由于场地归一化衰减值与理论值偏差引起的不确定度影响，由场地校准报告中的结果可知，该不测量确定度分量的评定可以看作是服从以零为中心的三角分布。

2.3.14 测量距离δd

该不确定度分量主要是由于天线和被测样件之间测量距离的偏差而造成的不确定度影响，该分量的评定可以看作是服从以零为中心的矩形分布，同样的，其半宽区间的计算可以考虑在测试距离上误差±0.1 m所造成的影响，测试场强和测试距离成反比例关系。

2.3.15 试验桌的高度δh

该不确定度分量主要是由于测试桌的高度与标准中规定的高度之间的偏差而产生的不影响，如果测试桌的高度与标准中所要求的高度相差小于0.01 m，该不确定度分量的评定可以看作是服从以置信概率为95%扩展不确定度为0.1 dB的分布，所以：

2.3.16 天线系数的高度偏差δFah

该不确定度分量是由于天线与其在接地平面内的镜像发生互耦从而导致天线系数发生变化产生的，其修正量随着频率的增加而减小，频率在300 MHz以上可以忽略不计;频率小于300 MHz时，δFah符合估计值为0 的矩形分布，具体半宽度需根据双锥天线系数和对数周期天线系数分别进行评估具体如下：

2.3.17 试验桌材料δANT

2.4 合成不确定度和扩展不确定度的计算

在确认各不确定度分量u（xi）以及灵敏系数Ci之后，可以使用公式计算出合成标准不确定度。假设测量结果不确定度的置信水平为95%，此时包含因子k=2，从而可用公式U=2uc（y）得到各频段的扩展不确定度[2]。

具体评定结果一览表如表2所示：

3 结语

本文对汽车电子辐射骚扰试验30 MHz～6 GHz频段的测量不确定度评定方法进行了研究，搭建出了数学模型，并给出了评定实例，从而得出了测量结果的不确定度。由于影响汽车电子辐射骚扰试验最终测量结果的因素较多，因此给测量不确定度的评定带来了一定的困难。通过合理全面的测量不确定度分析评定，会让实验室间进行比对试验或者进行能力验证时，测试数据的比对更有参考性。

参考文献：

[1]GB/T 6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第4-2 部分：不确定度、统计学和限值建模测量设备和设施的不确定度.

[2]JJF 1059-2012，测量不确定度的评定与表示[S].