车载无线电子产品电磁兼容测试方法

孔宪辉

(上海电器设备检测所有限公司，上海 200061)

车联网的出现是在互联网阶段的人与人之间的互联和沟通，过渡到车载产品上面进行了车联网间通讯，随着硬件设施的日益完善，自动驾驶的软硬件结合预示着车联网的时代已经到来，智能车载通信电子产品在不断地融入现有车辆中去。在车联网的概念之下，通过信息技术实现车与车载电子产品的互联可以实现车联监控、路径规划、安全控制以及自动驾驶功能，从而完善城市交通体系，最打造出智慧城市。随着车联网布局进程加速，车载无线电子产品的检测显得日益，因此专业的电磁兼容检测将会为智能交通环境下的道路安全工作做出重要贡献。

1 车载无线电子产品特性

1.1 测试需求

随着车载电子产品在逐步向智能化，为符合汽车电子产品标准的要求，无信通信电子产品在应用于汽车场景时需要进行相应的汽车电子法规测试。使车载无线电子设备能够在车联网汽车上得到更好的应用。汽车厂商对于汽车电子零部件的电磁兼容特性要求，已经在向着无线电子产品融合。

1.2 车载无线电子产品测试的特殊性

车载无线电子产品在测试过程中，需要体现产品的工作特性，以满足产品在实际应用过程中的场景模拟情况，EMC 测试要求产品的全部功能实现时进行测试，然而EMC 测试过程中，被测设备一般处于半电波暗室或者是屏蔽室中，无线信号被外部的吸波材料所屏蔽。在测试过程中需要引入被测试设备的外部电磁环境对其工作性能的基本要求，同时为满足测试过程中的环境噪声低于测试限值的6dB 需求，不能使外部无用射频信号进入到测试环境中。[1]

测试过程中，车载无线电子产品的无线通信模式，其中包括射频带宽、豁免频段、调制方式、功率控制等，多个方面对于测试形成差异性的测试数据，如何考量车载通信产品的电磁兼容测试性能表现显得尤为重要。

1.3 测试模型

车载无线电子产品测试EMC 性能，具有两种测试标准体系作为参考依据。其一是影音视频类产品的EMC 性能测试，选用类似于EN55035EN55032 测试标准体系作为测试体系，其二是车载电子产品测试EMC 性能测试标准体系，选用CISPR25ISO11452 系列标准作为测试体系。

2 测试布置要求

2.1 通信网络连接的建立

车载无线电子产品一般具有收音机、导航定位、蓝牙、蜂窝通信等相应的无线技术加载到产品中，因此测试过程中要实现多个产品功能。在EMC 测试的半电波暗室或者屏蔽室中要实现产品信号的功能引入，该信号引入可以采用两种方式来实现。[2]

在测试场地与外部实网信号之间使用信号放大器，将测试场地保证实网信号的导入从而进行测试；采用通信综测仪、矢量信号发生器等进行虚拟信号模拟，达到产品功能实现以进行测试。

2.2 通信网络硬件布置

DUT 的FM 收音机类功能，一般采用FM 信号发生器进行模拟布置，其中监控方式一般会选择音频分析仪对其信号电平的抗扰程度进行系统的监控措施，测试过程中，由于FM 频率较低传输的波长较长，可以在远端布置FM 发射天线进行布置，整体测试布置不会影响到EMC 的测试布局。

DUT 具有卫星定位，通信交互功能时，测试应对卫星信号、通信信号进行频段豁免和通信信号功率进行限制，防止出现失真造成接收机混频器饱和状态出现以至于被测量值，出现测量值失真。

EMC 测试的一个基本原则就是让DUT 工作在典型工况下，因此测试过程中应该对每种通信功能都应该处于特定的工作模式下，为实现暗室中测试环境，可使用矢量信号源和通信综测仪进行模拟仿真实际信号，也可以采用外接天线穿过暗室的方式用实网进行测试。

测试导航信号、只具备接收功能产品的EMI 测试项目时，应将DUT 调节至接收模式下，通过模拟信号（或实际信号），实现定位功能，并可以EUT 信噪比（信噪比值一般要求在30 以上达到稳定定位要求）监控处于稳定状态下。

测试导航信号、只具备接收功能产品的EMS 测试项目时，应将DUT 调节至接收模式下，通过模拟信号（或实际信号），实现定位功能，敏感现象监测样机的信噪比，信噪比值波动不应超过1。图1 为测试EMS 时，DUT 测试布置理论图。

图1 测试布置示意图

3 电磁干扰测试

3.1 测试难点

车载无线电子产品在测试通信产品功能时，经常会出现谐波失真现场，导致测试数据无法满足测试限值要求，在有意发射的频段中，过大的射频信号功率会使EMC 测试设备中的接收机混频器过载从而导致谐波失真，最终导致测试数据无法真实的体现出产品发射的电磁辐射干扰数据。谐波失真测试数据举例如图2。

图2 测试谐波失真数据

3.2 测试方法研究

汽车电子类产品测试EMI 项目时，需要样品使用LISN 供电，并且被测试设备放置在模拟的接地平面上。车载无线电子产品应用原有的汽车电子零部件产品的测试布置外，还需进行通信链路的搭建。测试搭建过程中，完成产品供电连接够，在进行通信链路的搭建。确认测试通信链路连接的频率、带宽、调制方式等相应参数。

测试通信产品功能EMI 时，根据DUT 宣称最大功率，选择对应频率的带阻滤波器增加至天线和测量接收机之间。（若没有带阻滤波器，在测量环境噪声条件满足的情况下，也可以采用接收机内置衰减器或者是前置衰减器进行测试）。选择带阻滤波器和衰减器时，应注意保证输入滤波器或衰减器的最大输入值小于DUT 辐射发射到天线端口的功率值。在测量高于发射频率的辐射发射值时，建议采用分段测量的方式进行检测。选用大于DUT 通信频率且小于DUT 发射的二倍频率之间的高通滤波器进行测试，用来防止混频器过载造成的谐波失真。经过该方法测试的EMI 测试数据如图3。

图3 陷波器导入后的测试结果

3.3 豁免频段

测试过程中，车载无线电子产品由于其无线通信特性的问题，会有部分有意发射频段超出，电磁干扰测试的限值。测试过程中，应先确认测试过程中有意发射的频段，在其有意发射频段周围确定测试豁免规则。引用3GPP 法规中的通信产品EMC测试方法准则，一般确认好有意发射信号的带宽值再增加一个常量因子作为豁免频段的计算方式。其中常量n 取值一般取为2.5 或3。目前按照国际标准法规中，蜂窝通信频段一般取值选取2.5 作为系数值，而ISM 频段中的免费开放频段一般选系数3 作为系数值。

现阶段最新的标准研究对于新型5G 技术频谱系带应用于车载无线电子通信模块中，法规正在进行标准化研究工作，其中提议的5G 频带基于文件ETSITS138101-1V16.4.0（2020-07），5G 频带的技术规范中的两个频率范围：

FR1：410MHz 至7125MHz

FR2：24.25GHz 至52.6GHz

目前研究阶段只考虑FR1 频率范围（频率高达5.925GHz），并且不包括FR2 频率范围（24.25 至52.6GHz）。其中相关参数正在逐步进行试验研究中，对于原有的汽车电子产品2.5GHz 的测试频率得到了新一步的提升阶段，其频段参数设置将在新版的CISPR25 标准进行更新。

4 电磁抗扰测试

4.1 测试难点

测试车载无线电子产品抗扰度测试时，如何实现样品的全部通信功能；如何合理的进行通信产品功能判定；以及如何在测试过程中，保证DUT 天线接收到的干扰信号不会造成设备的交调互调效应是车载无线电子产品EMS 测试中最重要的问题点。

4.2 测试方法研究

测试通信产品功能EMS 时，先确认样机工作模式，记录下通信频率及带宽数据，测试样机应调节至最大功率发射模式下工作，确认通信连接状态（监控参数稳定在连续发射的稳定状态下，即DUT 监控参数符合厂商宣称值范围内）。测试过程中，为避免DUT 接收天线处于过载模式造成的DUT 损坏，应对于接收天线工作频段进行豁免（豁免频段应由厂商宣称，天线接收频率范围段）。测试实施可选用带阻滤波器加载在功放输出端口和天线之间，也可以直接在测试过程中跳过该频率范围段。

4.3 结果判定

EMS 测试过程中，应对DUT 进行产品功能监控。

4.3.1 性能判据A（持续现象）

语音通信，对DUT 当CF 为1 kHz，Bw 为200 的音额BPF测量时，上行和下行语音输出电平应至少比记录的参构中平低35 dB。

试验后，DUT 应正常工作，没有用户控制功能的丧失或存储数据的丢失，目保持通信连接。如果DUT 是移动或便携MS，还应进行空闲模式下的试验，且发信机不应误操作。

如果DUT 只是发信机，应在备用模式下进行试验，以保证发信机不产生误操作。

测试过程中，通信过程中不能出现用户可以察觉的通信质量的降低。且测试过程中的吞吐量、通信质量、误码率等重要参数不能受到电磁辐射干扰的影响。且被测样机不能出现通信误操作。

数据通信、测试过程中，通信过程中不能出现用户可以察觉的通信质量的降低。且测试过程中的吞吐量、通信质量、误码率等重要参数不能受到电磁辐射干扰的影响，且被测样机不能出现通信误操作。

4.3.2 性能判据B（瞬态现象）

试验后，用户设备在通信过程中不能出现用户可以察觉的通信质量的降低。

如果整个试验由一系列小的试验组成，试验结束后，受试设备应没有用户控制功能丧失和存储数据的丢失，并且通信连接能够保持。

除了在业务模式下确认上述性能，还应进行空闲模式下的试验，试验过程中发信机不应出现误操作。

4.3.3 性能判据C（间断现象）

试验中，性能可以允许降级，功能可以丧失;DUT 发信机在空闲状态时不应出现误操作。试验后，功能可以由操作者恢复，恢复后，性能没有降级，DUT 能正常运行。[3]

5 测试注意事项

对于DUT 包含通信功能设备建立通信连接时，由于EMC 测试系统一般为50 欧姆的负载系统进行测试，因此空闲的天线端口为防止干扰进入应对端口接好50 欧姆端接负载，用以保障负载均衡。通过天线辐射连接的方式，进行模拟信号测试两者之间会在屏蔽室内持续进行收发上下行信号，在天线连接建立通讯时，在选用通讯辅助测试天线过程中，建议采用方向性较强的定向天线进行测试，通讯链路建立连接后，应在保障通讯质量的情况下，尽量使通讯发射端口背离测试系统天线，具体的电磁兼容测试案例如图4。

图4 车载无线电子产品测试布置图

测试通信产品时EMI、EMS 测试过程中，不同的功率设置会导致测试结果一致性较差的问题存在。因此，引用通信信道阻塞等测试方式中的信号电平设置方式，先对EMC 测试布置完成后，通过调解射频基站的信号强度测试出DUT 的接收灵敏度。测试时信号（如GNSS 定位信号、蜂窝通信信号）强度以接收灵敏度为基准值进行调节，一般以接收灵敏度值增加3dB 为基准信号电平。通信产品的测试信道一般选用高、中、低三种典型信道进行测试，分析测试结果。对于测试过程中的射频信号的带宽选择，也可以选择典型带宽型式进行相应的检测。测试时，选用测试的样机调制方式也是要同步进行分析与测试。一般来讲复杂调制信号对于信号质量在受到干扰时测试表现会更差。

结束语

一般情况下，针对车载无线电子产品的EMC 测试用以满足测试被测试产品是否能够满足智能联网型汽车的电磁兼容性要求，以保证车载无线电子零部件能够到达产品应用需求。文中的测试方法能够有效的将其产品全部功能实现EMC 测试，进行有效的EMC 性能评估，发现产品的缺陷，又合理地验证了其能否满足整车测试需求。当今的车联网电信产业发展过程中，汽车正逐步走向智能化，这对产品需求和测试方法的一致性也有了更新更高的要求。