汽车电子EMC试验标准ISO11452-11解析
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2020.07.06
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1 概述

ISO11452-11描述了测试乘用车和商用车的电子零部件关于车外辐射源干扰的抗扰度的混响室法。被测设备DUT连同线束一起暴露在混响室内的电磁干扰信号中,外围设备可以放置在混响室内或混响室外。

本标准适用的电磁干扰信号仅限于连续的窄带电磁场。

本试验采用调谐模式法。

2 术语和定义

2.1 ACF(antenna characterization factor)

天线特征因子。天性特性中平均接收功率与正向功率的比值。

2.2 CCF(chamber characterization factor)

暗室特征因子。在某个调谐点上旋转DUT和支持设备,归一化所接收的平均功率。

2.3 CLF(chamber loading factor)

暗室负载因子。天线特征因子和暗室特征因子的比值。

2.4 LUF(lowest usable frequency)

最低可用频率。满足场均匀性要求的最低频率。

2.5 MLF(maximum chamber loading factor)

最大暗室负载因子。用附录B.7定义的方法证明场均匀性的最大暗室负载因子。

2.6 混响室(reverberation chamber)

高Q值屏蔽室(腔),它的边界条件通过1个或多个步进旋转调谐器改变。

2.7 支持设备(support equipment)

与DUT电磁兼容测试有关的设备,包括负载模拟器、线束、电源(电池)以及DUT监测设备(光纤接口模块、电视摄像机等)。

2.8 试验台

一般为聚苯乙烯块,距离地面高度不小于最低频率的1/4波长。

2.9 调谐器

一种大的金属反射器,当它旋转或移动时,能够改变混响室的电磁场边界条件。

2.10 工作区域

混响室内的空间体积,能够包含试验台、DUT、线束、支持设备以及接收天线。

3 试验条件

本试验适用的频率范围为LUF~18GHz。

要明确试验频段范围内的试验严酷等级,推荐的试验严酷等级如下:

其它试验条件应符合ISO11452-1中的相关规定,包括如下内容:

试验温度:(23±5)℃

供电电压:12V系统为(13±1)V;24V系统为(26±2)V

驻留时间:不小于1秒

信号调制方式

4 试验场地

4.1 通用要求

本试验在混响室内进行。

4.2 混响室

混响室要足够大,以便其工作区域能容纳DUT、测试台、支持设备和接收天线等。

注:混响室的尺寸会影响最低可用频率(LUF)。

混响室的工作区域一般为长方体形状,但一般没有硬性要求。

混响室内最少有一个用来改变电磁场的机械式调谐器,相对于暗室的尺寸和有效工作区域来说,调谐器应尽可能地大。另外,调谐器的形状要保证调谐器工作一个循环能够得到一个非重复电磁场。

完成初始配置后,要按照附录B的要求调整特性参数,而且要满足B.2表中关于场一致性的要求。经过最初调整后,混响室的LUF被确定。如果有任何重要改变,必须重新对混响室的特性参数进行调整。一般来说,调谐器的改变应该被视为重要改动。

5 测试仪器和仪表

5.1 各向同性电场探头

电场探头能够在三个正交轴向上测量电场强度。

5.2 射频信号发生器

射频信号发生器需能够覆盖规定的测试频段和调制模式。

5.3 发射和接收天线

使用满足频率要求的线性极化天线分别发射和接收信号,天线效率最少为75%。为了覆盖混响室的频段可以使用多个天线。

5.4 功率放大器

功率放大器用来放大射频信号,并给发射天线提供足够的功率来产生规定的场强。

5.5 频谱分析仪

频谱分析仪要能够覆盖规定的频段,并和接收天线配合在有或没有DUT的情况下对混响室进行特征描述。

5.6 定向耦合器

定向耦合器要能够覆盖规定的频段,能够处理功率放大器的射频输出而不发生损坏,它与功率计配合测量输送到发射天线的正向功率。

5.7 功率计

功率计能够覆盖规定的频段,与定向耦合天线测量输送到发射天线的正向功率。

5.8 计算机控制

为满足附录B中规定的暗室特征,需要用装有专用软件的计算机连接并控制射频测试设备和调谐器,同时软件也需记录测试时的相关特征信息。

5.9 DUT的激励和监测

DUT要按照试验计划中的规定进行操作,并且它的执行机构要尽可能减少对电磁场特性的影响,如采用塑料按键、塑料管等。

可以使用光纤或高阻抗导线连接监测DUT对于电磁场干扰反应的仪器。如果使用其它类型的导线,则需要非常小心以尽可能减小互相之间的影响。导线的朝向、长度和位置都要文档化以保证测试结果的可重复性。

DUT与监测设备之间的任何电气连接都可能导致DUT故障,因此要采取措施避免这种影响。

6 测试布置

6.1 通用要求

一般来说,混响室应按下图布置。

在LUF频率,混响室的有效工作区域距离暗室表面、天线或调谐器最少1/4波长的距离,DUT和线束都要位于有效工作区域内。

DUT、试验台和支持设备占据的空间不能超过整个暗室空间的8%。

所有非必要的射频吸收材料都要从暗室中移走(比如木桌、地毯、多余的设备等)。

暗室内的设备(DUT、线束、支持设备、接地平面等)可能会导致暗室过载,所以在测试前需要对其进行验证。验证方法参考附录C。

6.2 接地平面和DUT的接地

如果DUT外壳没有连接到车上的金属架构,那么DUT和线束应按以下方法放置:

直接放在试验台上(没有接地平面),或者

与放在测试台上的接地平面绝缘。

如果DUT的外壳在车上与金属架构连接,那么在测试时DUT的外壳要连接到接地平面。DUT的接地要模拟车上的真是配置。

试验台的接地平面应使用铜、黄铜或镀锌钢制成。接地平面的最小尺寸取决于被测系统的尺寸,要能够容纳所有的线束和系统组件。接地平面要放置在暗室的有效工作区域内,并且距离任何墙面和调谐器不小于LUF的1/4波长。接地平面与暗室之间通过绑定带连接且二者之间的直流电阻不大于2.5mΩ。另外,绑定带之间的距离不大于0.3m。

6.3 电源和人工网络

如果需要使用直流电源给电池充电,那么直流电源应放在测试暗室外,所有进入暗室的电源线都要经过滤波。从暗室滤波器到电池之间的导线要采用屏蔽措施。室内的直流电源引线要沿着墙和地板铺设以尽量减少电磁场与它们之间的耦合。

如果不使用接地平面,那么也不需要使用人工网络,DUT的电源线可直接连接到电池端子。

如果使用接地平面,那么DUT的每一条电源线都要通过5uH/50Ω的人工网络连接到电源。人工网络的数量取决于DUT在车上的安装方式。

对远端接地(电源回流线大于200mm)的DUT来说,需要使用两个人工网络。1个用于电源正极线,1个用于电源回流线。

对局部接地(电源回流线小于200mm)的DUT来说,只需要使用1个人工网络。DUT的电源回流线不超过200mm且直接连接到接地平面。电源负极在人工网络外壳接地线附近连接到接地平面。

人工网络直接放在接地平面上,且人工网络外壳连接到接地平面。

人工网络的测量端口通过50Ω负载端接。

6.4 DUT和线束的位置

除非在试验计划中规定,否则线束长度为(1700,2000)mm。线束应能够体现出实际的安装状态(屏蔽、非屏蔽、双绞线等)。线束长度要在测试报告中记录。

线束应按照“U”型放置,以保证DUT和负载模拟器之间的线束长度为(1500±75)mm。线束弯曲角度为(90,135)度。

如果使用了接地平面,DUT和线束应放置在不导电、低介电常数的支撑材料上,距离接地平面(50±5)mm。

6.5 负载模拟器的位置

负载模拟器最好直接放在接地平面上。如果负载模拟器有金属外壳,那么外壳要绑定到接地平面。

除此之外,负载模拟器也可以挨着接地平面放置(负载模拟器外壳邦定到接地平面)。如果DUT的线束通过一个邦定到接地平面的射频边界,那么负载模拟器也可以放到测试暗室外。

如果负载模拟器放在接地平面上,负载模拟器的直流电源线需要通过人工网络连接。

6.6 发射天线的位置

发射天线的位置在表征和测试时应该是相同的。发射天线不得直接照射工作区域。如果可能的话,发射天线应该被定向到暗室的一个角落,把天线定向到调谐器也可以。发射天线应该使用非导体材料支撑,并且距离暗室的墙壁和角落不得小于LUF的1/4波长。

6.7 接收天线的位置

接收天线可以放在暗室有效工作区域的任意位置,并使用聚苯乙烯材料支撑。

接收天线应避免指向发射天线和有效工作区域的中心。

7 测试方法

7.1 测试计划

测试计划应包含以下内容:

试验装置;

频率范围;

测试频点或频率步长;

DUT工作模式;

DUT验收标准;

试验严酷等级;

DUT监测条件;

测试报告内容。

7.2 测试步骤

7.2.1 DUT的设置

按照标准的要求在暗室工作区域内安装DUT、线束以及相关仪器。

7.2.2 确定暗室负载效应

在测试之前,根据附录C确定每个测试频率处的混响室负载效应,包括计算负载系数FCLF以及暗室允许的最小脉冲宽度TP,min

确定负载效应时,场强可以比实际测试时小。

7.2.3 确定暗室正向功率需求

按以下公式计算在每个频点处产生特定场强所需的注入发射天线的正向功率:

在腔室特征化时,根据附录B在频点之间进行插补是允许的。

7.2.4 选择频率步长和调谐器驻留时间

频率步长和调谐器驻留时间要根据DUT的反应时间、敏感带宽以及监测设备的反应时间来确定,这两个参数都要在测试报告中记录。

最小步长应采用ISO11452-1中的值。

调谐器在每个频点处的驻留时间至少为2s,不包括测试设备的反应时间和旋转调谐器所需的时间。另外,考虑到在每个测试频点处使DUT在适当的模式下运行以及在低频调制下的关断时间,这都需要额外的驻留时间。

7.2.5 脉冲测试信号注意事项

腔室负载效应决定了在一个特定腔室中进行脉冲调制测试的最小脉冲宽度。

如果所需的脉冲宽度比由附录C得出的TP,min小10%,那么需要增加吸波器或增加脉冲宽度。如果增加吸波器,重复测量以及根据附录C计算腔室负载效应,直到用最少的吸波器来满足所需的时间常数。

7.2.6 DUT测试

(1)在每个频点处,施加所需的正向功率PForw,Test来得到测试场强。

(2)测试所需的调谐步数至少为根据附录B进行腔室特征化时所需的调谐步数。调谐器应该均匀地旋转以便在每个频点都能得到一个完整的旋转周。确保DUT在场中暴露合适的时间。

(3)监测并记录接收天线的接收功率的最大值和平均值,以保证产生测试所需的场强。使用PRec,Test,avg来确保暗室负载没有偏离确定的暗室负载系数,如果偏差大于3dB就应该采取措施消除这个偏差。

(4)监测进入发射天线的正向功率PForw,Test,并记录调谐器每个旋转周期内的平均值PForw,Test,avg。超过3dB的PForw,Test变化需要在测试报告中记录。

(5)根据测试计划调整载波。除非另有规定,需根据ISO11452-1进行峰值功率保护。

(6)监测DUT的任何异常。

(7)使用合适的天线和调制模式进行扫频,直到频率上限。

7.3 试验报告

测试结束后应出具测试报告,应包括测试设备、测试场所、被测系统、频率、测试等级、系统交互以及其它与测试相关的内容。

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