現代社會中(zhong)，機動車(che)(che)除了(le)作為代(dai)步工具外，還集成了(le)越(yue)來越多的電(dian)子(zi)零(ling)部(bu)(bu)件，為(wei)駕乘人員帶來(lai)更舒適便捷的(de)(de)行車體(ti)驗(yan)。但機(ji)動(dong)車(che)(che)電子零部件的(de)可靠性，特別(bie)(bie)是(shi)如何保(bao)證整(zheng)車(che)所集成的各種(zhong)功能能夠在惡(e)劣(lie)的(de)電磁(ci)(ci)干擾中維持正常(chang)工(gong)作(zuo)，達(da)到電磁兼(jian)容成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)。機動(dong)車零(ling)部(bu)件的電磁(ci)兼(jian)容(rong)試(shi)驗(yan)的(de)重要(yao)性就(jiu)凸顯出來了。
在對機動車零(ling)部件進(jin)行(xing)EMC抗干擾(rao)測(ce)試時，BCI（大(da)電流注(zhu)入(ru)）抗(kang)(kang)干擾(rao)測試作(zuo)為一個比較經(jing)典的測(ce)試方法，一(yi)直(zhi)(zhi)被各大汽車企(qi)業作為規范(fan)廣(guang)泛采(cai)用。其優點(dian)在于(yu)良好(hao)的測試重(zhong)復(fu)性(xing)，較嚴酷(ku)的測試強(qiang)度和(he)無需(xu)破(po)壞(huai)線束(shu)結構的便利。
但(dan)作(zuo)為(wei)BCI測(ce)試的注入設備(bei)，電流注(zhu)入鉗(qian)存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian)。由(you)(you)于(yu)其電器結(jie)構呈感(gan)性，在高頻時呈現高(gao)阻抗，使注入(ru)效(xiao)(xiao)率大(da)(da)大(da)降低(di)，無法(fa)進行較(jiao)高(gao)頻率的測試(shi)。目前的國際(ji)標準中，BCI方(fang)法的(de)使用頻率一般(ban)不超過(guo)400 MHz，而(er)企(qi)業標(biao)準中(zhong)，也僅有(you)(you)幾家(jia)日(ri)系廠商(shang)的規(gui)范，如本田標準(zhun)使用(yong)到400 MHz以(yi)上，但也因(yin)為各(ge)種(zhong)原因(yin)效果不盡(jin)理想。
在(zai)2011版的(de)ISO 11452-4（E）中(zhong)，提出了一(yi)個新(xin)的測試設備(bei) — Tubular Wave Coupler(TWC)，即管狀波(bo)耦合(he)器。由(you)于TWC呈電(dian)容(rong)特(te)性，使(shi)其在高頻(pin)部分擁(yong)有(you)良好的響應(ying)，TWC注(zhu)入法(fa)是模擬(ni)較高頻率射頻信號(hao)耦合到(dao)試驗樣(yang)品(pin)(pin)的線(xian)束(shu)上，可以視(shi)為(wei)BCI注入(ru)的高頻(pin)擴(kuo)展。而這(zhe)一(yi)新的測試(shi)方法成(cheng)功(gong)地將(jiang)測試頻(pin)率的上限擴展(zhan)到3GHz。
本文(wen)將(jiang)詳(xiang)細分(fen)析TWC的結(jie)構、校驗(yan)和使用(yong)，并(bing)比(bi)(bi)較(jiao)該設(she)備與(yu)BCI注(zhu)入設備的(de)耦合(he)效(xiao)率。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法(fa)1、TWC的(de)結(jie)構(gou)
管狀波耦合器是(shi)一(yi)個有(you)兩(liang)個輸入端(duan)子的(de)同軸(zhou)結(jie)構系統，中間(jian)是管狀的耦(ou)合(he)裝置。它由內外(wai)兩(liang)(liang)個(ge)同一軸心的管狀(zhuang)電極(ji)組成，可以將(jiang)電磁(ci)干擾像電(dian)流環(huan)(huan)一樣耦(ou)合(he)到被測樣品的線束(shu)，保留了無需破(po)壞樣品線束(shu)結構(gou)的優點。內(nei)(nei)外電(dian)極(ji)之間(jian)用硬絕緣材(cai)料填充，兩個輸入端(duan)子一個(ge)連接功(gong)放(fang)(fang)作(zuo)為信(xin)號輸(shu)入，另(ling)一(yi)個則接(jie)(jie)50 Ω終端阻抗。同軸輸入端子的內(nei)芯和內電(dian)極連(lian)接(jie)，外電極與屏蔽(bi)層(ceng)連接，中(zhong)間的旋鈕用(yong)于(yu)將耦合(he)器(qi)鎖緊。
儀器生產廠家(jia)會根據內外電極(ji)的直徑和(he)長度，將其(qi)分為不同型號(hao)，用來配(pei)合各種不同尺寸的(de)線束。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法2、TWC的(de)工作(zuo)原(yuan)(yuan)理
當對樣品(pin)進(jin)行測(ce)(ce)試時，管(guan)狀耦合器閉合(he)(he)，被(bei)(bei)測線束(shu)穿過(guo)TWC的內導體(ti)，干(gan)擾信(xin)號(hao)注(zhu)(zhu)入同軸輸入端子(zi)，把產生的(de)(de)橫(heng)電磁波通(tong)(tong)過管狀的內電極與線束(shu)之間的分布電(dian)容，耦合到線(xian)束上(shang)。可(ke)見，相對于(yu)電流注入環的電(dian)感型(xing)耦合，TWC采(cai)取了高頻(pin)響(xiang)應(ying)更好的電容(rong)型耦合(he)。
解析ISO11452中(zhong)的 TWC 測(ce)試方法(fa)3、TWC的(de)校驗和(he)測試(shi)
3.1 TWC耦(ou)合(he)系數的校驗
TWC耦合系(xi)數的校(xiao)驗和BCI電流注(zhu)入環的(de)校驗方法相似(si)（見(jian)圖3），區別在于(yu)其(qi)(qi)使用的阻抗類型(xing)為(wei)150 Ω，而非校驗電(dian)流環(huan)(huan)時使(shi)用(yong)50 Ω。目前(qian)各個儀器(qi)生(sheng)產廠商都(dou)會在校驗夾具的兩個端子上配備(bei)50/150 Ω阻抗適配(pei)器(qi)，使測試人(ren)員(yuan)能夠在50 Ω的信號發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)器(qi)和終端(duan)(duan)阻抗(kang)對(dui)TWC進行(xing)校(xiao)驗。
校(xiao)驗(yan)時，終端阻抗和(he)功率探(tan)頭應能在所(suo)使用的頻率(lv)范(fan)圍(wei)內(nei)有足夠(gou)(gou)高的額定(ding)功率，如(ru)有必要(yao)的(de)話，可(ke)在功率探頭(tou)前(qian)加衰減器(qi)以保護探頭。首先，無論是BCI法還(huan)是TWC法(fa)的試驗(yan)，都是(shi)用替(ti)代法(fa)實現的，也就是說用前(qian)向(xiang)功(gong)率(lv)作為參(can)量進行(xing)校(xiao)驗(yan)和測(ce)(ce)試(shi)。ISO11452-4:2011（E）中，TWC的測試等(deng)級(ji)是以(yi)功率(lv)dBm為(wei)單位，實際測(ce)試(shi)的(de)目標值為注(zhu)入(ru)到(dao)夾具(ju)中(zhong)的功率值(zhi)，該功率值與TWC和(he)夾具的關(guan)系(xi)如下：如果(guo)把夾具的(de)耦合系數記(ji)為(wei)F，校(xiao)驗得到數(shu)據的絕對值記(ji)為(wei)(wei)|S21|，那TWC的實(shi)際插入損(sun)(sun)耗(hao)IL則(ze)為：
IL|dB = | S21| - F|dB
在(zai)(zai)對(dui)(dui)DUT進行(xing)試驗(yan)時，所需要的(de)實際前(qian)(qian)向(xiang)功率Pforward為：
Pforward|dBm = Ptest|dBm + IL|dB
其中Ptest|dBm為目(mu)標(biao)測試(shi)等級。
3.2 TWC的測試
被測樣(yang)品應(ying)使用1 700 mm(0 ~ 300)長的線束(shu)。并和樣(yang)品一(yi)(yi)起布置在50 mm高的非導電(dian)介質上。參考(kao)測試計劃(hua)和樣品(pin)的實際安裝環(huan)境(jing)需考慮(lv)外殼和輔(fu)助設備(bei)是否接地(di)。對(dui)于(yu)多捆線束或多(duo)個(ge)接(jie)口的(de)樣(yang)(yang)件，沒有放入TWC的線束(shu)應和被測(ce)線(xian)束保持至(zhi)少100 mm的距離(li)(li)。區(qu)別(bie)于(yu)BCI的三個(ge)測試位置，TWC只(zhi)需(xu)放置(zhi)在(zai)距離被測(ce)件（100±10） mm的(de)(de)位置，并與接地平(ping)面保持隔(ge)離。射(she)頻輸入端(duan)連接到接近(jin)被測樣品(pin)的(de)那個端子(zi)，另(ling)一端(duan)連接50 Ω終端(duan)負載，終端負(fu)載要(yao)與(yu)受(shou)試線束(shu)至少(shao)有(you)200 mm的距(ju)離，并且也與(yu)接地平面隔離(li)。試(shi)驗布(bu)置可(ke)以參考(kao)ISO 11452-4:2011（E）。
測試布置完(wan)成后根(gen)據ISO 11452-4：2011（E）的要求，選擇需要(yao)的(de)目標等級功(gong)率，將(jiang)之前校驗得到的(de)TWC耦(ou)合系數補償在測(ce)試軟(ruan)件(jian)中，就可(ke)以(yi)(yi)進(jin)行正(zheng)常(chang)(chang)的(de)替代(dai)法(fa)測試。
解析ISO11452中的 TWC 測試(shi)方(fang)法4、TWC與BCI干擾(rao)效果(guo)的比(bi)較(jiao)
為直觀(guan)表述BCI和TWC法各自的頻率(lv)響應(ying)，以及(ji)在(zai)對同時(shi)覆蓋(gai)的頻(pin)率進行(xing)測試時，使(shi)(shi)用(yong)何種耦(ou)(ou)合方法(fa)的選擇(ze)性提供幫助，可以在同(tong)一(yi)個夾具上(shang)(shang)，分別(bie)用(yong)BCI注入(ru)環和TWC做(zuo)對比。
在100 MHz~2 GHz的頻率范(fan)圍內調整功放(fang)的(de)輸(shu)出功率為5 W恒(heng)定值(zhi)，然后(hou)在(zai)夾(jia)具(ju)上測(ce)量(liang)實際的有(you)效耦(ou)(ou)合(he)功(gong)率(lv)，然后比(bi)較兩種方法的(de)耦合效(xiao)果。
可(ke)以(yi)看(kan)到在低頻范圍(wei)內，BCI注(zhu)入(ru)環的實(shi)際干擾效(xiao)果(guo)要優(you)于(yu)(yu)TWC。但(dan)在400 MHz以上，尤其是(shi)900 MHz以(yi)上的(de)時候(hou)，TWC的(de)功率(lv)耦(ou)合效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)相(xiang)對穩定，并(bing)且要(yao)明顯優(you)于BCI。
當(dang)然，實(shi)際使用時，由(you)于(yu)不(bu)同型號的注(zhu)入(ru)設(she)備(bei)之間(jian)的(de)差異，以(yi)及(ji)被(bei)測(ce)(ce)樣(yang)品(pin)的傳輸阻抗等因素(su)，其(qi)注入效果(guo)可能(neng)(neng)是(shi)非線性(xing)的。但總體而言，對于(yu)(yu)TWC在較高頻率(lv)的良好響(xiang)應，使測試人(ren)(ren)員在EMC試驗的(de)選(xuan)擇性上(shang)將(jiang)會有較大的拓展。
解析ISO11452中(zhong)的 TWC 測試方(fang)法5、結(jie)語(yu)
由于(yu)在高(gao)頻時，波(bo)長很短(duan)，注入的干(gan)擾能量(liang)(liang)很容易通過被測(ce)線(xian)束和(he)受試設備對外界形(xing)成(cheng)射(she)頻回路，從(cong)而(er)影(ying)響實際的干擾效(xiao)果，所以該方法能否替(ti)代自由場仍(reng)有待研究。但(dan)TWC優秀的(de)高(gao)頻耦合效率，讓1 GHz以上的機(ji)動(dong)車零(ling)部(bu)件EMC測試(shi)不再僅僅只(zhi)依靠電波暗(an)室法來(lai)實(shi)現。
*早在DaimlerChrysler的企(qi)業(ye)標(biao)準DC-11225以(yi)及大眾(zhong)汽(qi)車的(de)TL82166中提出TWC測試方(fang)法(fa)，但因(yin)為該方法并(bing)沒(mei)有被(bei)國(guo)際標準(zhun)所(suo)涵(han)蓋(gai)，幾(ji)(ji)乎沒(mei)有(you)被各個(ge)實驗室(shi)所使用。如今(jin)ISO 11452 - 4：2011（E）已將(jiang)(jiang)其納入(ru)，很有可能(neng)(neng)在(zai)不(bu)久之(zhi)后(hou)，TWC將和BCI一樣(yang)成(cheng)為(wei)機動(dong)車零部件EMC測試的(de)主(zhu)流試驗方(fang)法之一。