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汽车元件的EMI抗扰性测试

时间:04-02 来源:mwrf 点击:

图3:干扰直接注入法测试装置。

根据ISO 11452-3和 SAE J1113/24中的规定,TEM单元只是一段简单的封闭传输线,在其一端馈入一定的RF功率,并在另一端接一个负载阻抗。随着传输线中电磁波的传播,导体间就建立起一个电磁场。TEM(即横电磁波)描述的是在这类单元的作用区域内产生的占主导地位的电磁场。当传输线长度给定时,在一定的截面积上,场强均匀,且易测量或计算。EUT就放置在TEM单元的作用区域内。TEM单元一般呈箱体形式,内带一个隔离面,箱体的墙面作为传输线的一端,隔离面(或称隔膜,septum)作为另一端。TEM单元的几何构造对传输线的特性阻抗有决定性的影响。箱体是封闭的,除了很小的泄漏以外,单元外没有电磁场,因此这种单元可以不加外屏蔽地应用于任何环境。其主要缺点是其存在频率上限,这一上限频率与其物理尺寸称反比(见表1)。当频率高于此上限时,其内部电磁场的结构中开始出现高次模,场的均匀性,尤其是在由TEM单元的确切尺寸决定的谐振频率处的场均匀性,也开始变差。TEM单元能够测量的最大EUT尺寸受其内部可用的场强均匀区域体积的限制,因此最大EUT尺寸和该单元可测的最高频率之间有着直接关系。TEM单元的最低测量频率可到DC,这也是它与辐射天线测量法的不同之处。

带状线法和三平面法

这两种方法与TEM单元法有本质的区别。TEM单元法属于封闭型测量方法,而带状线法和三平面法所采用的测试装置则是开放式传输线。也就是说,在采用这两种方法时,最大场虽然位于平面之间,但仍有能量辐射到测试装置外部,因此测试必须在一间屏蔽室内进行。ISO 11452-5 和 SAE J1113/23中均对带状线测试有所描述,而三平面测试只在 SAE J1113/25中提到。

在带状线测试中,被测部件模块只对连接它与相关设备的电缆装置暴露,并不暴露在平面间的最大场强处。带状线平面作为传输线的源导体,其下放置1.5米的电缆装置,测试的参考地平面则作为另一端导体。带状线产生的场会在电缆装置中感应出经向电流,然后耦合入EUT。因此,带状线测试几乎算是辐射场测试和传导测试这两种方法的混合。

三平面测试装置中,一个有源内导体被两个外平面夹在中间,产生的阻抗可通过计算得到。被测模块放置于中心导体和一个外平面之间,中心导体的另一面置空。由于整个测试装置的结构是对称的,因此可在置空的这一面与EUT呈镜像位置的地方放置一个场强探头。和TEM单元测试一样,带状线测试和三平面测试装置均有一个受其尺寸限制的频率上限。在等于或高于由该理尺寸决定的谐振频率时,就会产生不受控制的电磁场高次模。这三种方法相对于辐射天线法的优势就在于,采用这三种方法时,只需要不多的功率就能够产生比辐射天线法大得多的场强,因为场强等于导体平面之间的电压除以它们之间的距离。

传导干扰测试

第二类测试方法叫做传导干扰测试,它不需在被测模块放置之处施加电磁场,而是直接将RF干扰施加在电缆装置或接入被测部件模块的装置中。这样一来,随着RF电流在电路结构(例如一块印制电路板PCB)中传输,部件模块与外部装置的连接处就会产生一个电流,从而在电子线路中造成干扰。这种方法与辐射场测试法虽然结果类似,但二者之间没有任何等同之处,因此这两种方法都常用于进行完整测试,有时两种测试的频率范围还有重叠。传导干扰测试最常采用的两种耦合方法有电流注入法(bulk current injection,BCI)和直接注入法,前者需要向EUT中注入干扰电流,并控制注入电流的大小,后者则注入功率并控制注入功率的大小。
表1:TEM单元法的频率上限。

电流注入法(BCI)

BCI法在ISO 11452-4和SAE J1113/4中均有描述,采用该方法时,将一个电流注入探头放在连接被测件的电缆装置之上,然后向该探头注入RF干扰。此时,探头作为第一电流变换器,而电缆装置作为第二电流变换器,因此,RF电流先在电缆装置中以共模方式流过(即电流在装置的所有导体上以同样的方式流通),然后再进入EUT的连接端口。

真正流过的电流由电流注入处装置的共模阻抗决定,而在低频下这几乎完全由EUT和电缆装置另一端所连接的相关设备对地的阻抗决定。一旦电缆长度达到四分之一波长,阻抗的变化就变得十分重要,它可能降低测试的可重复性(见图2)。此外,由于电流注入探头会带来损耗,因而需要较大的驱动能力才能在EUT上建立起合理的干扰水平。尽管如此,BCI法还是有一个很大的优点,那就是其非侵入性,因为探头可以简单地夹在任何直径不超过其最大可接受直径的电缆上,而不需进行任何直接的电缆导体连接,也不会影响电缆所连接的工作电路。

直接注入法

BCI法对驱动能力要求过高,而且在测试过程中与相关设备的隔离也不好,直接注入法的目的就是克服BCI法的这两个缺点。具体做法是将测试设备直接连接到EUT电缆上,通过一个宽带人工网络(Broadband Artificial Network,BAN)将RF功率注入EUT电缆,而不干扰EUT与其传感器和负载的接口(见图3),该BAN在测试频率范围内对EUT呈现的RF阻抗可以控制。BAN在流向辅助设备的方向至少能够提供500W的阻塞阻抗。干扰信号通过一个隔直电容,直接耦合到被测线上。ISO 11452-7和SAE J1113/3中描述了该方法。

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