汽车暗室ALSE场地确认方法解析
2017-03-17
汽车暗室
ALSE场地确认方法解析
技术专家介绍
技术专家
专家介绍
袁书传
南宫NG·28EMC场地确认总工程师
南宫NG·28EMC外场项目测试总监督人
EMC场地确认国际标准研究带头人
主要负责检测所EMC场地确认国际标准的研究，及时关注场地确认标准的最新发展变化动态，使检测所始终走在EMC场地确认标准各领域的最尖端；
负责检测所场地确认项目的所有项目计划制定，测试进度，项目质量，后期跟踪；负责检测所EMC场地确认检测设备更新、研发；
背景介绍
在追逐个性化的年代，汽车电子产品充当了追随者以及引领者，正因如此，电子产品功能越多的情况下，产品所用电路集成程度就越来越高，为了避免产品自身或对外界的电磁干扰，对汽车电子产品的检测就势在必行。
汽车零部件ALSE场地确认方法参考标准CISPR25_419_CD，分析了CISPR25_419_CD标准提供的场地确认方法与CISPR16-1-4中提及的场地NSA测试的区别，以及各自测试方法的意义。主要介绍CISPR25_419_CD标准中长线法的测试方法，以及如何符合场地要求，并分析场地确认测试出现不符合是应该如何处理。
概述
根据国际及国内标准要求，检测汽车电子产品需在电波暗室内进行，这种检测用汽车产品的电波暗室简称为ALSE，而如何验证ALSE性能是否满足要求？是否可以采用CISPR16-1-4中所列常规暗室的性能确认方法？通过标准可以发现CISPR16-1-4中场地确认方法测试发射及接收天线是3m或10m，如图1所示，实际测试时EUT到天线的距离也是3m或10m，如图2所示，而汽车零部件产品CISPR25规定的EUT到天线的距离为1m，且测试桌铺有黄铜，黄铜与实验室屏蔽壳体搭接，如图3。
图1：CISPR16-1-4场地确认测试图
图2：GB9254标准中EUT测试示意图
图3：CISPR25标准中EUT测试布置图
从图1及图2场地确认及EUT实际测试相互关联中可知如果用CISPR16-1-4中的场地确认方法来验证汽车零部件测试场地会不合时宜，因此汽车零部件测试用暗室迫切需要有一套新的场地确认方法，D分会成立研究组来解决此问题是在这种背景下应用而生的。
在D分会工作组的推动下，新的CISPR25_419_CD中提到的场地确认方法变动已经很小了，（由CISPR成员团体中被提名的专家组成起草小组，并由起草小组草拟工作
草案（WDs）。这些非常粗略的草案通常不会流传到起草小组之外。当这些草案标准成熟了，他们经过委员会草案（CD）阶段（在此阶段他们在ISO成员中流传以获取分析和评价），国际标准草案(DIS) 阶段和最终版国际标准草案(FDIS) 阶段，后两阶段都在正式发行国际标准（IS）之前进行，并将进行ISO 成员的正式投票。在所有阶段，均将实施验证活动以确保草案标准能满足设计规范的要求，在后期阶段（典型的是CD和DIS阶段）确认活动可吸收标准的实际用户参与），在CISPR25_419_CD前还出现过CISPR25_391_CD;CISPR25_400_CD文稿，其中391与400间差异较大，400与419变化很小，也说明CISPR25_419_CD已经得到很大认可，将来的变动会更小。
EMC场地确认方法
及关键指标
根据CISPR25_419_CD标准中可以得出，汽车零部件暗室（简称ALSE）场地确认方法有两种，两种方法任一方法验证都符合要求，具体见下图4，图5。
图4：ALSE场地确认方法
图5：ALSE场地确认两种测试方法的确认程序图
参考测量法：
需要验证的ALSE场地与标准OTA场地或者标准暗室间的比较，比较结果在150kHz-1GHz中481个频点内有90%的频点在±6dB内，则ALSE场地符合标准要求。测试所用的天线为在<30M时， 用小型单杆天线作为发射天线 ，在>30M时，分别用小型双锥（30-200M）及小型偶极子天线（200-1000M） 具体如图6所示。
图6：参考测量法测试天线及布置图
长线法：
在150k-1000M时发射天线为同一个，发射装置是用一根50cm长，4mm粗的实心黄铜充当发射天线，铜棒固定在两个带N型接头的L型铝板上。测试最终结果与标准给定的值比较，481个频点中至少90%的频点落在±6dB，则可判断符合标准要求。长线法发射天线装置见图7
图7：长线法装置
参考测量法与长线法比较：
参考测量法标准中给定需要与开阔场或电波暗室比较，不同的电波暗室测试数据可能不一样，且操作中用到的小型偶极子天线没有给定，而长线法测试给定了发射天线自制的材质，尺寸，操作相对简单，且是与标准给定的仿真参考值比较，目前更有可比性，因此本文主要介绍长线法测试。
长线法测试方法：
长线法测试频段为150kHz-1000MHz，在整个测试频段发射天线均为同一个长线法装置，装置对空间辐射是有50cm长的黄铜棒来实现，黄铜棒只有一个是模拟汽车零部件DUT测试时的线束对空间的辐射，接收天线则根据不同频段有不同，具体为在150kHz-30MHz时是采用单级杆状天线，30MHz-200MHz时为双锥天线，200MHz-1000MHz时为对数周期天线，测试时不同的频段设置不同测试步进，如表1所示：
表1：测试频率，天线，步进对应关系
测试时，接收天线端及发射天线端都需要用到带磁扣的同轴线缆，同轴线缆上用到磁扣的数量要求每间隔20cm有一个，磁扣的阻抗要求为25MHz时为50Ω，100MHz时为110Ω，挑选磁扣时先要了解线缆的外径尺寸，因此，磁扣在选择上需要满足尺寸及阻抗双项要求。磁扣的作用为降低线缆对空间的辐射（线缆对地的共模容性感应），同时也可吸收空间电磁波对线缆的耦合（磁扣工作机理是将电磁能转化为热量），避免对数据的影响，磁扣选择如表2所示：
表2：磁扣型号，尺寸，及特性阻抗对应表
测试系统连接方式：
信号发生器通过同轴线缆与10dB衰减器（10dB衰减器的作用为起到阻抗匹配，减少阻抗失配产生的驻波）连接后连接到长线法装置，长线法装置另一端口连接50Ω终端阻抗，接收天线通过线缆连接到接收机，接收机通过GPIB-USB连接到测试电脑，具体连接下图8所示：
图8：测试系统连接图
长线法测试程序：
在进行性能测试之前先将发射线缆及接收线缆直通，直通时需包含10dB衰减器。此时测试结果记录为M0
测量时，长线法装置一端L型板端接50欧姆终端，另一端则是与带连接有10dB衰减器的发射线缆连接，发射线缆另一端信号发生器连接。接收线缆一端与接收天线连接，另一端与接收机连接，此时测试结果为MA
单级杆状天线只需测垂直极化，双锥天线以及对数周期天线则需测试水平及垂直两个极化方向。
Eeq=120dB(μv)+（MA-M0）+KAF, Eeq为等效场强，KAF为天线系数
△Long Wire Method=Eeq.max – Eeq .max .ref △ in dB, Eeq.max值为Eeq ，Eeq. max.ref为理论标准值，标准上已给定
标准中理论值Eeq . max.ref的来源为通过仿真建模得来，具体建模为在0.15M-30M时无接地金属板仅有测试桌面上的参考金属板，30M-1000M时桌面上的参考金属板与暗室屏蔽壳体搭接接地，搭接方式为在参考金属板的中心位置通过100mm宽的金属带与屏蔽壳体搭接。仿真时的桌面金属板尺寸为长x宽x高：2.5m x1m x1 m，这个尺寸也是CISPR25 DUT测试时要求的标准尺寸。仿真模型图见图9
图9：理论参考值仿真建模图
测试结果计算：
将△值与±6比较，统计落在此区间里的频率点数，既统计满足△值落在±6的频率点数，并将此点数与总数481比较，如果大于90%,则可理解为场地符合要求。具体计算公式如下：
图7：长线法装置
150kHz-1000MHz实际测试布置图如表3所示：
表3：150kHz-1000MHz测试布置图
与之相对应的测试结果如表4所示：
表4:150kHz-1000MHz测试结果图
表4的结果可以看出在150kHz-1000MHz里只有35个频点没有落在理论参考值的±6dB内，既大于90%的频点都在±6dB内，场地符合标准要求。
ALSE场地确认
分析及对策
暗室性能评估方法主要是看最后的测试数据结果是否满足标准要求，既测试频点有90%的点落在参考值的±6dB内。如果测试结果不符合，则可以检查是否有连接10dB衰减器，50Ω匹配电阻是否端接，及测试线缆是否有加磁扣，磁扣阻抗是否符合阻抗要求。以及金属板是否有良好接地，长线法装置铝板是否跟参考接地板搭接良好。这些细微的因素都有可能导致结果不符合,因此建议在测试前先进行接地阻抗的测试。
结语
ALSE场地性能确认位于EMC射频测试的前端，直接关系到辐射发射测试结果的准确性，在产品的EMC认证测试中，无论是国内的3C认证、欧洲的CE认证、美国的FCC认证、加拿大的IC认证还是日本的VCCI认证等，辐射发射测试都是非常重要的必测项目，同时也是各实验室之间需要不断比对以保证一致性的项目，确保EMC场地方面的持续有效性，进一步保证企业产品的辐射发射测量结果的一致性和可靠性,这也是CISPR25_419_CD文件所在的D分会工作组推出该标准的意义。
