车载通信终端电磁辐射抗扰（ALSE）的测试研究与实现

原 觉，刘 建，何 莹

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

0 引言

随着现代汽车工业的进步和竞争，电子技术在汽车产业中应用广泛。电子零部件的大量应用提高了汽车的安全性能，但也带来了电磁干扰的风险，影响汽车上的敏感设备工作，从而影响驾驶安全。车载通信终端T-BOX的电磁兼容性是汽车电子认证项目中的重要组成部分，主要测试内容是在半电波暗室中模拟汽车上其他电子设备产生辐射发射，试验验证T-BOX在此电磁环境下工作状态是否能符合国际电磁兼容性标准以及企业的相关标准，进一步确保T-BOX的使用安全性。

1 当今汽车电子发展的现状和背景

随着汽车工业的快速发展，汽车上的电子零部件占总成本的三成以上。在这些电子零部件中，汽车的电磁兼容性问题至关重要，这对汽车电子设备的可靠性和用户的人身安全都产生了重大影响。因此，全球许多国家都非常注重汽车电子设备的电磁兼容性测试，特别是电磁辐射抗扰测试。目前，世界上普遍采用的标准汽车电子设备电磁辐射抗扰测试方法包括半波暗室法、横电磁波小室法、大电流注入法和带状线法等[1][2]。本文使用半电波暗室法对车载通信终端的电磁兼容性中的辐射抗扰性能进行研究，以保障车载通信终端在车内严峻的电磁环境下能够正常工作。

2 现如今国内外研究现状

我国汽车电磁兼容性标准制定工作起步较晚，目前仍处于初期阶段。汽车电磁兼容标准通常有国际标准、国家标准和企业标准三种类型[3]。汽车的电磁干扰测试是我国汽车电磁兼容技术研究工作的开始。从20世纪80年代开始，由于汽车的安全性越来越受到人们的重视，我国开始对汽车的电磁抗干扰进行了第一次测试实验[4]。在1994年，我国汽车技术研究中心在国内第一次进行在汽车无线电磁干扰方面的测试实验，并对当时国内的各种车型都进行了测试调查，当时的调查结果显示我国车辆的合格率只有24%，有一部分汽车测试结果的严重超标。2001年再次进行了测试调查，此次的结果也不尽人意，仅有36%的车辆达到了标准[5][6]。许多发达国家已经形成了相对完整的汽车电磁兼容性研究体系，其中包括国际标准化组织、国际电工委员会、国际无线电干扰特别委员会等组织，相关标准得到了几乎所有汽车和汽车电子电器零部件厂商的认可[7][8]。能够对汽车整车或是汽车零部件进行电磁兼容性测试认证。有些走在电磁兼容性前端的公司也总结了一些汽车电磁兼容的设计原则。一些第三方测试认证机构以及一些车厂也建立了自己的电磁兼容测试实验室，一些国外经济势力雄厚的公司还还把目光放在了中国，带动了我国的电磁兼容性技术研究。例如，美国的Intertek（天祥）集团于2006年在上海投资建立了完整的电磁兼容测试机构，其中还包括两个半电波暗室，而后当时世界上最大的第三方认证机构——法国的Bureau Veritas Group（必维）集团在2010年也来到上海建立了电磁兼容实验室，同时花重金建造了四个半电波暗室[9]。

3 试验验证

3.1 试验标准要求

根据要求和国际标准ISO11452-2中的半电波暗室法（ALSE法），实验内容如下：

测试设备应满足ISO CISPR 16-1-1和ISO CISPR 16-2-4中的要求。

对于频率在200～1 000 MHz的测试，发射天线的位置应该处于被测样品线束的中间位置正前方1 000 mm。对于频率≥1 000 MHz的测试，发射天线的位置不再对着测试线束的中间，应向右平移750 mm对着被测样品。

测试的线束长度应该为1 700～2 000 mm。被测样品和测试的线束一般呈弯曲状态。测试线束的弯曲角度一般为90°～135°，测试线束一般都放置在50 mm绝缘垫上。

①测试一般使用替代法进行，根据ISO 11452-2的要求进行校准与测试。②前向功率将作为电磁场的特征参数，并且需将其运用到实际的测试中。③全部调制方式的驻留时间（用于每种射频调制的时间）应大于2 s。④测试的天线方向分为垂直极化和水平极化两个方向进行。⑤当被测样品的测试频率≥1 000 MHz时，应对其X、Y、Z三个方向分别进行测试。⑥由表1数据可知，在各个频率范围内，Leve 1注入的干扰信号均小于Leve 2的信号，所以Leve 2为实验等级更高的标准。

表1 半电波暗室辐射抗扰方法测量T-BOX对电磁场的抗扰度要求等级

根据标准ISO 11452-2可知，当频率为200～1 000 MHz时，T-BOX只需要X方向的测试。当测试频率为200～1 0 0 0 M H z范围时，只需测试发射天线的水平极化，当频率为400～1 000 MHz时，只需测试发射天线为垂直极化；当频率为1 000～3 000 MHz时，T-BOX需要进行X、Y、Z三个方向的测试；当测试频率为1 000～3 000 MHz时，发射天线水平极化和垂直极化都需要进行测试。

3.2 样品选择及辅助测试仪器

通过对标准及验证思路进行考虑，本次实验选用带有卫星通信及移动网络端口的车载通信终端（T-BOX）进行测试。在电波暗室外通过同轴线缆和射频传输线连接内部发射天线及各个模块组合为整套抗扰性测试单元。整套实验设备样品仪器选取介绍如下。

（1）电波暗室。这是标准所规定优先选用的试验场地，要求电波暗室有合适的尺寸，能维持被试品以足够空间的均匀场域，必要时可在电波暗室里安装一些吸收材料来削弱室内的反射强度，维护场的均匀性。另有一间辅助屏蔽室，用于安放场强发生设备（信号发生器、功率放大器）、监视设备和对被试品的操控设备。

（2）电磁干扰滤波器。要确保滤波器接在线路上不会引起意外的谐振。

（3）射频信号发生器。要能够覆盖相关的试验频段（按标准要求，上限频率应能达到3 GHz以上），能以1 kHz的正弦波进行幅度调制，调幅深度达到80%。

（4）功率放大器。用于放大未调制和已调制的信号，并提供天线建立电磁场，使之达到所需等级。

（5）发射天线。用以产生所需的电磁场。在标准所规定的200～1 000 MHz频段内使用低频喇叭天线。在1～3 GHz的频率范围，则采用高频喇叭天线产生电磁场。

（6）监视水平和垂直极化的场强探头（或各向同性的监视天线）。用以监视被试设备这一边的射频辐射电磁场强度。其置于被测电磁场中的前置放大器和光电转换部分要有足够的抗干扰能力，再通过一根光纤电缆（对于经过充分滤波的信号连接线也可使用）与室外指示器连接。

（7）用于记录功率电平的场强测试设备。通过场强测试设备可进一步控制信号发生器送到功率放大器的信号幅度，最终使加在被试品上的场强维持稳定。值得注意的是，要保证场强测试设备有足够的抗干扰能力。

（8）CMW500综合测试仪。用于组建网络，连接被测车载数据终端（T-BOX），能够提供稳定的网络连接，同时可监控通信质量。

3.3 样机常规功能的调试

在实验之前，需先对T-BOX进行常规性功能检测，以确保样机都能正常工作。

3.4 试验环境搭建及暗室环境搭建

根据相关的标准要求，搭建相应的测试环境。实验室的搭建要在未通电的情况下进行，防止因人为的原因导致辅材的损坏。

图1 环境搭建框图

辐射抗扰性暗室内测试环境如图2所示。

如图3所示，PC工具为监测界面，当环境搭建完成后，通过观察PC工具各项功能是否工作正常，若正常则开始抗扰性测试，若有功能不正常则需通过对搭建的环境进行排查，寻找其不正常的原因。

图3 暗室外测试环境

3.5 试验的测试过程

（1）低频测试：测试开始先将喇叭天线垂直极化正对线束的中间，在距离线束1 m的位置，发射频段为200～1 000 MHz，测试T-BOX的X面工作情况；200～1 000 MHz频段测试完成后将喇叭天线改为水平极化，发射频段为400～1 000 MHz，继续测试T-BOX的X面工作情况。

（2）高频测试：低频测试完成后将低频喇叭天线换成高频喇叭天线，同时位置向右平移750 mm，天线分别处于垂直极化和水平极化发射频率为1 000～2 000 MHz、2 000～3 000 MHz，对T-BOX的X三个面进行测试。

（3）雷达波测试：雷达波的测试与高频测试相同，只需将发射频率改为1 200～1 400 MHz、2 700 MHz～3 000 GHz。

3.6 结果分析

根据相关要求，本次实验测试了WCDMA、FDDBand3、TDD Band41和SLEEP四种模式，在实验过程中，通过计算机控制指令使喇叭天线发射不同频率，关注PC测试界面是否会出现异常。在测试过程中，若样品始终未出现异常情况，则达到了通过的标准。

4 结束语

车载电子设备面临的电磁环境越来越复杂，可能会导致异常工作或零部件损坏，因此测试整个车辆的电磁性能以提高电子设备的抗干扰能力非常重要。本次测试验证车载通信终端在半波暗室中受到辐射干扰时的工作状态。通过理论知识学习，进而结合具体试验进行实践验证，了解为什么进行电磁兼容性的测试背景和意义，介绍了电磁辐射抗扰半电波暗室法，以及ISO 11452-2和相关企业的标准。对T-BOX进行常规性功能验证和环境搭建框图绘制并进行实验，验证了车载通信终端在半波暗室中受到辐射干扰时的工作状态。■