汽車零部件輻射騷擾試驗測量不確定度評定方法分析

丁敏 張萍 鄒愛華

摘 要：本文介紹了一種汽車零部件輻射騷擾試驗的測量不確定評定方法，評定過程基于3米法半電波暗室，根據標準GB/T6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014中的要求，全面的分析了在30 MHz～6 GHz頻段對試驗結果產生不確定度的來源，并對每個不確定分量進行了評定。

關鍵詞：汽車電子;輻射騷擾;測量不確定度

0 引言

在EMC測試的國內外標準中，對測量不確定度的評定方法越來越重要，但是由于測試距離、場地等的差異性，在CISPR 16-4-2的輻射發射測量不確定度評定方法中，多個參數的評定是在3 m，10 m以及30 m測試距離下進行的，不適用于測試距離為1 m的汽車零部件。本文將嘗試給出一種汽車零部件輻射騷擾測試（30 MHz～6 GHz）測量不確定度的評定方法，對實驗室間試驗數據比對有一定的意義。

1 測量系統的布置

按照 CISPR 25 的標準要求，將被測樣品放在測試桌上，采用 50 mm 高的絕緣材料支撐，接收天線距離被測物線束 1 m，天線的相位中心指向線束中心（1 G 以上指向被測件），用屏蔽電纜將天線接收到的場強連接至接收機，將被測件調整至測試模式，用接收機測量此時被測樣品的輻射騷擾場強。在測試過程中，測試天線類型及其工作頻段可參考表1：

2 測量不確定度的評定

2.1 數學模型

測量量E可以用以下數學模型表示：

2.2 不確定度輸入量的計算- A類不確定度

2.2.1 接收機讀數Vr

該不確定度分量主要是由于接收機讀數的影響因素造成的，這些因素包括整個測量系統的不穩定性，接收機底噪以及坐標分辨率改變而引起的誤差，可以采用A類評定方法。

將信號發生器的輸出端連接至接收機的輸入端，測試信號頻率為1 000 MHz，電壓為40 dBμV，進行連續測量10次（每次測量前均重新接線），得到測量值：40.03，40.04，40.10，40.03，39.99，39.95，39.96，39.94，39.97，40.00 （dBμV）。

2.3 不確定度輸入量的計算- B類不確定度[1]

2.3.1 天線和接收機之間的衰減ac

該不確定度分量主要是由接收機和天線之間連接的衰減偏差造成的，ac 的評定可采用計量報告中所給擴展不確定度，其衰減偏差的限值e=±0.1 dB，其半寬為0.1 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.2 天線系數Fa

該不確定度分量主要是由寬帶天線因子校準偏差所引起的，u（Fa）的評定采用校準報告中所給出不確定度值：

2.3.3 正弦波電壓δVsw

該不確定度分量主要是由于接收機正弦波電壓測量值不準確產生的，u（δVsw）的評定可采用計量報告中所給出值，其正弦波電壓測量誤差限值e=±0.6 dB，由此其半寬區間為0.6 dB，包含因子k=2，所以：

2.3.4 脈沖幅值響應δVpa

該不確定度分量主要是由于接收機脈沖幅值響應測量值不準確產生的，接收機的校準計量證書中表明其脈沖幅值響應的擴展不確定度為0.7 dB，可以看作服從矩形分布，以零為中心，半寬區間為0.7 dB，所以：

2.3.5 脈沖重復率響應δVpr

該不確定度分量主要是由于接收機脈沖重復率響應不準確而造成的，從接收機的計量報告中得知脈沖重復率響應的擴展不確定度為±0.8 dB，可以看作是服從矩形分布，以零為中心，半寬為0.8 dB，所以：

2.3.6 接收機本底噪聲δVnf

該不確定度分量主要是由測量接收機本底噪聲所引起的，當頻率小于1 GHz時，δVnf估計值應為0，且服從半寬度為1.1 dB的矩形分布;當測量頻率在1 GHz～6 GHz之間時，δVnf估計值為0，且服從半寬度為0.5 dB的矩形分布。從而可以得到：

2.3.7 接收機和天線之間的失配δM

該不確定度分量主要是由于接收機和寬帶天線之間的失配所引起的，為了減少底噪對測試數據的影響，實驗室大多選擇全測試頻段使用外置預放大器。因此，需要考量兩項失配的不確定度，一項是天線端口和預放輸入端口之間，另一項是預放輸出端口和接收機輸入端口之間的失配。

天線端口和預放輸入端口的失配誤差δM± =+1.3/-1.5（dB），該不確定度分量的寬度為δM+ -δM-=1.3+1.5=2.8 dB，估計值為0，并且服從U形分布，從而可得：

預置放大器輸出端口（Output）和接收機輸入端口（Input）之間的失配誤差δM± =+1.2/-1.4（dB），服從U形分布，估計值為0，從而可得：

2.3.8 天線系數的頻率內插δFaf

該不確定度分量主要是由于天線校準點之間的頻率間隔和天線因子隨頻率的變化所引起的不確定度影響，可以看作是服從以零為中心，半寬為0.3 dB的矩形分布，所以：

2.3.9 天線方向性的差異δFadir

該不確定度分量主要是由于天線工作時的方向性偏差所產生的不確定影響，該不確定度分量的評定可以看作是服從以零為中心，半寬為1.0 dB的矩形分布，所以：

2.3.10 天線相位中心的位置δFaph

測量天線的相位中心位置會隨頻率的變化而變化，該變化產生的不確定性所造成的偏差引起了δFaph的不確定度影響。

對于雙錐天線的相位中心位置的修正量δFaph可忽略不計。

對于對數周期天線（200 MHz～1 GHz），修正因子δFaph的評定可以看作是服從以零為中心，半寬區間為1 dB的矩形分布，所以：

對于或雙脊波導喇叭天線，該不確定度分量在評定時，可以看作是服從以零為中心的矩形分布，半寬區間的計算可以考慮在測試距離上誤差±0.1 m所產生的影響。此時，測試場強和測試距離成反比例關系。

假設E=k/d，其中，E為場強（單位V/m），k為反比例系數，d為測試距離（單位m）。測試距離誤差為0.1 m時，

在汽車電子輻射騷擾試驗中，天線距離測試樣件1 m，此時：

2.3.11 交叉極化δFacp

對于雙錐天線（30 MHz～200 MHz）和雙脊波導喇叭天線（1 GHz～6 GHz），交叉極化可以忽略不計，對于對數周期天線，該分量符合估計值為0，半寬度為0.9 dB的矩形分布，具體分量計算如下：

2.3.12 平衡δFabal

該不確定度分量主要是由于天線工作時不平衡所引起的不確定度，水平極化和垂直極化時，該不確定度分量的評定可以看作是服從矩形分布，半寬區間不同，具體分量計算如下所示：

2.3.13 場地的不理想δAN

該不確定度分量主要是由于場地歸一化衰減值與理論值偏差引起的不確定度影響，由場地校準報告中的結果可知，該不測量確定度分量的評定可以看作是服從以零為中心的三角分布。

2.3.14 測量距離δd

該不確定度分量主要是由于天線和被測樣件之間測量距離的偏差而造成的不確定度影響，該分量的評定可以看作是服從以零為中心的矩形分布，同樣的，其半寬區間的計算可以考慮在測試距離上誤差±0.1 m所造成的影響，測試場強和測試距離成反比例關系。

2.3.15 試驗桌的高度δh

該不確定度分量主要是由于測試桌的高度與標準中規定的高度之間的偏差而產生的不影響，如果測試桌的高度與標準中所要求的高度相差小于0.01 m，該不確定度分量的評定可以看作是服從以置信概率為95%擴展不確定度為0.1 dB的分布，所以：

2.3.16 天線系數的高度偏差δFah

該不確定度分量是由于天線與其在接地平面內的鏡像發生互耦從而導致天線系數發生變化產生的，其修正量隨著頻率的增加而減小，頻率在300 MHz以上可以忽略不計;頻率小于300 MHz時，δFah符合估計值為0 的矩形分布，具體半寬度需根據雙錐天線系數和對數周期天線系數分別進行評估具體如下：

2.3.17 試驗桌材料δANT

2.4 合成不確定度和擴展不確定度的計算

在確認各不確定度分量u（xi）以及靈敏系數Ci之后，可以使用公式計算出合成標準不確定度。假設測量結果不確定度的置信水平為95%，此時包含因子k=2，從而可用公式U=2uc（y）得到各頻段的擴展不確定度[2]。

具體評定結果一覽表如表2所示：

3 結語

本文對汽車電子輻射騷擾試驗30 MHz～6 GHz頻段的測量不確定度評定方法進行了研究，搭建出了數學模型，并給出了評定實例，從而得出了測量結果的不確定度。由于影響汽車電子輻射騷擾試驗最終測量結果的因素較多，因此給測量不確定度的評定帶來了一定的困難。通過合理全面的測量不確定度分析評定，會讓實驗室間進行比對試驗或者進行能力驗證時，測試數據的比對更有參考性。

參考文獻：

[1]GB/T 6113.402-2018/CISPR 16-4-2：2014無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范 第4-2 部分：不確定度、統計學和限值建模測量設備和設施的不確定度.

[2]JJF 1059-2012，測量不確定度的評定與表示[S].