車載無線電子產(chǎn)品電磁兼容測試方法

孔憲輝

(上海電器設(shè)備檢測所有限公司，上海 200061)

車聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是在互聯(lián)網(wǎng)階段的人與人之間的互聯(lián)和溝通，過渡到車載產(chǎn)品上面進(jìn)行了車聯(lián)網(wǎng)間通訊，隨著硬件設(shè)施的日益完善，自動(dòng)駕駛的軟硬件結(jié)合預(yù)示著車聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代已經(jīng)到來，智能車載通信電子產(chǎn)品在不斷地融入現(xiàn)有車輛中去。在車聯(lián)網(wǎng)的概念之下，通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車載電子產(chǎn)品的互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)車聯(lián)監(jiān)控、路徑規(guī)劃、安全控制以及自動(dòng)駕駛功能，從而完善城市交通體系，最打造出智慧城市。隨著車聯(lián)網(wǎng)布局進(jìn)程加速，車載無線電子產(chǎn)品的檢測顯得日益，因此專業(yè)的電磁兼容檢測將會(huì)為智能交通環(huán)境下的道路安全工作做出重要貢獻(xiàn)。

1 車載無線電子產(chǎn)品特性

1.1 測試需求

隨著車載電子產(chǎn)品在逐步向智能化，為符合汽車電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，無信通信電子產(chǎn)品在應(yīng)用于汽車場景時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的汽車電子法規(guī)測試。使車載無線電子設(shè)備能夠在車聯(lián)網(wǎng)汽車上得到更好的應(yīng)用。汽車廠商對于汽車電子零部件的電磁兼容特性要求，已經(jīng)在向著無線電子產(chǎn)品融合。

1.2 車載無線電子產(chǎn)品測試的特殊性

車載無線電子產(chǎn)品在測試過程中，需要體現(xiàn)產(chǎn)品的工作特性，以滿足產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過程中的場景模擬情況，EMC 測試要求產(chǎn)品的全部功能實(shí)現(xiàn)時(shí)進(jìn)行測試，然而EMC 測試過程中，被測設(shè)備一般處于半電波暗室或者是屏蔽室中，無線信號被外部的吸波材料所屏蔽。在測試過程中需要引入被測試設(shè)備的外部電磁環(huán)境對其工作性能的基本要求，同時(shí)為滿足測試過程中的環(huán)境噪聲低于測試限值的6dB 需求，不能使外部無用射頻信號進(jìn)入到測試環(huán)境中。[1]

測試過程中，車載無線電子產(chǎn)品的無線通信模式，其中包括射頻帶寬、豁免頻段、調(diào)制方式、功率控制等，多個(gè)方面對于測試形成差異性的測試數(shù)據(jù)，如何考量車載通信產(chǎn)品的電磁兼容測試性能表現(xiàn)顯得尤為重要。

1.3 測試模型

車載無線電子產(chǎn)品測試EMC 性能，具有兩種測試標(biāo)準(zhǔn)體系作為參考依據(jù)。其一是影音視頻類產(chǎn)品的EMC 性能測試，選用類似于EN55035EN55032 測試標(biāo)準(zhǔn)體系作為測試體系，其二是車載電子產(chǎn)品測試EMC 性能測試標(biāo)準(zhǔn)體系，選用CISPR25ISO11452 系列標(biāo)準(zhǔn)作為測試體系。

2 測試布置要求

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)連接的建立

車載無線電子產(chǎn)品一般具有收音機(jī)、導(dǎo)航定位、藍(lán)牙、蜂窩通信等相應(yīng)的無線技術(shù)加載到產(chǎn)品中，因此測試過程中要實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品功能。在EMC 測試的半電波暗室或者屏蔽室中要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信號的功能引入，該信號引入可以采用兩種方式來實(shí)現(xiàn)。[2]

在測試場地與外部實(shí)網(wǎng)信號之間使用信號放大器，將測試場地保證實(shí)網(wǎng)信號的導(dǎo)入從而進(jìn)行測試；采用通信綜測儀、矢量信號發(fā)生器等進(jìn)行虛擬信號模擬，達(dá)到產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)以進(jìn)行測試。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)硬件布置

DUT 的FM 收音機(jī)類功能，一般采用FM 信號發(fā)生器進(jìn)行模擬布置，其中監(jiān)控方式一般會(huì)選擇音頻分析儀對其信號電平的抗擾程度進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控措施，測試過程中，由于FM 頻率較低傳輸?shù)牟ㄩL較長，可以在遠(yuǎn)端布置FM 發(fā)射天線進(jìn)行布置，整體測試布置不會(huì)影響到EMC 的測試布局。

DUT 具有衛(wèi)星定位，通信交互功能時(shí)，測試應(yīng)對衛(wèi)星信號、通信信號進(jìn)行頻段豁免和通信信號功率進(jìn)行限制，防止出現(xiàn)失真造成接收機(jī)混頻器飽和狀態(tài)出現(xiàn)以至于被測量值，出現(xiàn)測量值失真。

EMC 測試的一個(gè)基本原則就是讓DUT 工作在典型工況下，因此測試過程中應(yīng)該對每種通信功能都應(yīng)該處于特定的工作模式下，為實(shí)現(xiàn)暗室中測試環(huán)境，可使用矢量信號源和通信綜測儀進(jìn)行模擬仿真實(shí)際信號，也可以采用外接天線穿過暗室的方式用實(shí)網(wǎng)進(jìn)行測試。

測試導(dǎo)航信號、只具備接收功能產(chǎn)品的EMI 測試項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)將DUT 調(diào)節(jié)至接收模式下，通過模擬信號（或?qū)嶋H信號），實(shí)現(xiàn)定位功能，并可以EUT 信噪比（信噪比值一般要求在30 以上達(dá)到穩(wěn)定定位要求）監(jiān)控處于穩(wěn)定狀態(tài)下。

測試導(dǎo)航信號、只具備接收功能產(chǎn)品的EMS 測試項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)將DUT 調(diào)節(jié)至接收模式下，通過模擬信號（或?qū)嶋H信號），實(shí)現(xiàn)定位功能，敏感現(xiàn)象監(jiān)測樣機(jī)的信噪比，信噪比值波動(dòng)不應(yīng)超過1。圖1 為測試EMS 時(shí)，DUT 測試布置理論圖。

圖1 測試布置示意圖

3 電磁干擾測試

3.1 測試難點(diǎn)

車載無線電子產(chǎn)品在測試通信產(chǎn)品功能時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諧波失真現(xiàn)場，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)無法滿足測試限值要求，在有意發(fā)射的頻段中，過大的射頻信號功率會(huì)使EMC 測試設(shè)備中的接收機(jī)混頻器過載從而導(dǎo)致諧波失真，最終導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)無法真實(shí)的體現(xiàn)出產(chǎn)品發(fā)射的電磁輻射干擾數(shù)據(jù)。諧波失真測試數(shù)據(jù)舉例如圖2。

圖2 測試諧波失真數(shù)據(jù)

3.2 測試方法研究

汽車電子類產(chǎn)品測試EMI 項(xiàng)目時(shí)，需要樣品使用LISN 供電，并且被測試設(shè)備放置在模擬的接地平面上。車載無線電子產(chǎn)品應(yīng)用原有的汽車電子零部件產(chǎn)品的測試布置外，還需進(jìn)行通信鏈路的搭建。測試搭建過程中，完成產(chǎn)品供電連接夠，在進(jìn)行通信鏈路的搭建。確認(rèn)測試通信鏈路連接的頻率、帶寬、調(diào)制方式等相應(yīng)參數(shù)。

測試通信產(chǎn)品功能EMI 時(shí)，根據(jù)DUT 宣稱最大功率，選擇對應(yīng)頻率的帶阻濾波器增加至天線和測量接收機(jī)之間。（若沒有帶阻濾波器，在測量環(huán)境噪聲條件滿足的情況下，也可以采用接收機(jī)內(nèi)置衰減器或者是前置衰減器進(jìn)行測試）。選擇帶阻濾波器和衰減器時(shí)，應(yīng)注意保證輸入濾波器或衰減器的最大輸入值小于DUT 輻射發(fā)射到天線端口的功率值。在測量高于發(fā)射頻率的輻射發(fā)射值時(shí)，建議采用分段測量的方式進(jìn)行檢測。選用大于DUT 通信頻率且小于DUT 發(fā)射的二倍頻率之間的高通濾波器進(jìn)行測試，用來防止混頻器過載造成的諧波失真。經(jīng)過該方法測試的EMI 測試數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 陷波器導(dǎo)入后的測試結(jié)果

3.3 豁免頻段

測試過程中，車載無線電子產(chǎn)品由于其無線通信特性的問題，會(huì)有部分有意發(fā)射頻段超出，電磁干擾測試的限值。測試過程中，應(yīng)先確認(rèn)測試過程中有意發(fā)射的頻段，在其有意發(fā)射頻段周圍確定測試豁免規(guī)則。引用3GPP 法規(guī)中的通信產(chǎn)品EMC測試方法準(zhǔn)則，一般確認(rèn)好有意發(fā)射信號的帶寬值再增加一個(gè)常量因子作為豁免頻段的計(jì)算方式。其中常量n 取值一般取為2.5 或3。目前按照國際標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中，蜂窩通信頻段一般取值選取2.5 作為系數(shù)值，而ISM 頻段中的免費(fèi)開放頻段一般選系數(shù)3 作為系數(shù)值。

現(xiàn)階段最新的標(biāo)準(zhǔn)研究對于新型5G 技術(shù)頻譜系帶應(yīng)用于車載無線電子通信模塊中，法規(guī)正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，其中提議的5G 頻帶基于文件ETSITS138101-1V16.4.0（2020-07），5G 頻帶的技術(shù)規(guī)范中的兩個(gè)頻率范圍：

FR1：410MHz 至7125MHz

FR2：24.25GHz 至52.6GHz

目前研究階段只考慮FR1 頻率范圍（頻率高達(dá)5.925GHz），并且不包括FR2 頻率范圍（24.25 至52.6GHz）。其中相關(guān)參數(shù)正在逐步進(jìn)行試驗(yàn)研究中，對于原有的汽車電子產(chǎn)品2.5GHz 的測試頻率得到了新一步的提升階段，其頻段參數(shù)設(shè)置將在新版的CISPR25 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新。

4 電磁抗擾測試

4.1 測試難點(diǎn)

測試車載無線電子產(chǎn)品抗擾度測試時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)樣品的全部通信功能；如何合理的進(jìn)行通信產(chǎn)品功能判定；以及如何在測試過程中，保證DUT 天線接收到的干擾信號不會(huì)造成設(shè)備的交調(diào)互調(diào)效應(yīng)是車載無線電子產(chǎn)品EMS 測試中最重要的問題點(diǎn)。

4.2 測試方法研究

測試通信產(chǎn)品功能EMS 時(shí)，先確認(rèn)樣機(jī)工作模式，記錄下通信頻率及帶寬數(shù)據(jù)，測試樣機(jī)應(yīng)調(diào)節(jié)至最大功率發(fā)射模式下工作，確認(rèn)通信連接狀態(tài)（監(jiān)控參數(shù)穩(wěn)定在連續(xù)發(fā)射的穩(wěn)定狀態(tài)下，即DUT 監(jiān)控參數(shù)符合廠商宣稱值范圍內(nèi)）。測試過程中，為避免DUT 接收天線處于過載模式造成的DUT 損壞，應(yīng)對于接收天線工作頻段進(jìn)行豁免（豁免頻段應(yīng)由廠商宣稱，天線接收頻率范圍段）。測試實(shí)施可選用帶阻濾波器加載在功放輸出端口和天線之間，也可以直接在測試過程中跳過該頻率范圍段。

4.3 結(jié)果判定

EMS 測試過程中，應(yīng)對DUT 進(jìn)行產(chǎn)品功能監(jiān)控。

4.3.1 性能判據(jù)A（持續(xù)現(xiàn)象）

語音通信，對DUT 當(dāng)CF 為1 kHz，Bw 為200 的音額BPF測量時(shí)，上行和下行語音輸出電平應(yīng)至少比記錄的參構(gòu)中平低35 dB。

試驗(yàn)后，DUT 應(yīng)正常工作，沒有用戶控制功能的喪失或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失，目保持通信連接。如果DUT 是移動(dòng)或便攜MS，還應(yīng)進(jìn)行空閑模式下的試驗(yàn)，且發(fā)信機(jī)不應(yīng)誤操作。

如果DUT 只是發(fā)信機(jī)，應(yīng)在備用模式下進(jìn)行試驗(yàn)，以保證發(fā)信機(jī)不產(chǎn)生誤操作。

測試過程中，通信過程中不能出現(xiàn)用戶可以察覺的通信質(zhì)量的降低。且測試過程中的吞吐量、通信質(zhì)量、誤碼率等重要參數(shù)不能受到電磁輻射干擾的影響。且被測樣機(jī)不能出現(xiàn)通信誤操作。

數(shù)據(jù)通信、測試過程中，通信過程中不能出現(xiàn)用戶可以察覺的通信質(zhì)量的降低。且測試過程中的吞吐量、通信質(zhì)量、誤碼率等重要參數(shù)不能受到電磁輻射干擾的影響，且被測樣機(jī)不能出現(xiàn)通信誤操作。

4.3.2 性能判據(jù)B（瞬態(tài)現(xiàn)象）

試驗(yàn)后，用戶設(shè)備在通信過程中不能出現(xiàn)用戶可以察覺的通信質(zhì)量的降低。

如果整個(gè)試驗(yàn)由一系列小的試驗(yàn)組成，試驗(yàn)結(jié)束后，受試設(shè)備應(yīng)沒有用戶控制功能喪失和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失，并且通信連接能夠保持。

除了在業(yè)務(wù)模式下確認(rèn)上述性能，還應(yīng)進(jìn)行空閑模式下的試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中發(fā)信機(jī)不應(yīng)出現(xiàn)誤操作。

4.3.3 性能判據(jù)C（間斷現(xiàn)象）

試驗(yàn)中，性能可以允許降級，功能可以喪失;DUT 發(fā)信機(jī)在空閑狀態(tài)時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)誤操作。試驗(yàn)后，功能可以由操作者恢復(fù)，恢復(fù)后，性能沒有降級，DUT 能正常運(yùn)行。[3]

5 測試注意事項(xiàng)

對于DUT 包含通信功能設(shè)備建立通信連接時(shí)，由于EMC 測試系統(tǒng)一般為50 歐姆的負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行測試，因此空閑的天線端口為防止干擾進(jìn)入應(yīng)對端口接好50 歐姆端接負(fù)載，用以保障負(fù)載均衡。通過天線輻射連接的方式，進(jìn)行模擬信號測試兩者之間會(huì)在屏蔽室內(nèi)持續(xù)進(jìn)行收發(fā)上下行信號，在天線連接建立通訊時(shí)，在選用通訊輔助測試天線過程中，建議采用方向性較強(qiáng)的定向天線進(jìn)行測試，通訊鏈路建立連接后，應(yīng)在保障通訊質(zhì)量的情況下，盡量使通訊發(fā)射端口背離測試系統(tǒng)天線，具體的電磁兼容測試案例如圖4。

圖4 車載無線電子產(chǎn)品測試布置圖

測試通信產(chǎn)品時(shí)EMI、EMS 測試過程中，不同的功率設(shè)置會(huì)導(dǎo)致測試結(jié)果一致性較差的問題存在。因此，引用通信信道阻塞等測試方式中的信號電平設(shè)置方式，先對EMC 測試布置完成后，通過調(diào)解射頻基站的信號強(qiáng)度測試出DUT 的接收靈敏度。測試時(shí)信號（如GNSS 定位信號、蜂窩通信信號）強(qiáng)度以接收靈敏度為基準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般以接收靈敏度值增加3dB 為基準(zhǔn)信號電平。通信產(chǎn)品的測試信道一般選用高、中、低三種典型信道進(jìn)行測試，分析測試結(jié)果。對于測試過程中的射頻信號的帶寬選擇，也可以選擇典型帶寬型式進(jìn)行相應(yīng)的檢測。測試時(shí)，選用測試的樣機(jī)調(diào)制方式也是要同步進(jìn)行分析與測試。一般來講復(fù)雜調(diào)制信號對于信號質(zhì)量在受到干擾時(shí)測試表現(xiàn)會(huì)更差。

結(jié)束語

一般情況下，針對車載無線電子產(chǎn)品的EMC 測試用以滿足測試被測試產(chǎn)品是否能夠滿足智能聯(lián)網(wǎng)型汽車的電磁兼容性要求，以保證車載無線電子零部件能夠到達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用需求。文中的測試方法能夠有效的將其產(chǎn)品全部功能實(shí)現(xiàn)EMC 測試，進(jìn)行有效的EMC 性能評估，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷，又合理地驗(yàn)證了其能否滿足整車測試需求。當(dāng)今的車聯(lián)網(wǎng)電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，汽車正逐步走向智能化，這對產(chǎn)品需求和測試方法的一致性也有了更新更高的要求。