1研究背景辐射抗干扰测试是汽车电子零部件EMC 测试的一个重要测试项目，国际知名汽车企业如通用、福特、大众、标致、丰田等都对该测试项目做了详细规定，这些企业标准对辐射抗扰度测试项目的规定主要依据国际标准ISO 11452-2。
测试系统中大部分的成本为功率放大器的成本，部分检测机构为了节省系统成本，选取较小功率的放大器，而一些汽车企业的标准测试场强为200V /m，有些企业标准的测试场强甚至更高，小功率的放大器完全不能满足这些企业标准的测试要求。而一些检测机构为了达到较高的测试场强而购置高功率的放大器，增加了整个测试系统的成本。因此我们在规划零部件辐射抗干扰测试能力时，首要问题是功率放大器的配置参数是否满足使用需求。
本文依据实际测试系统项目规划经历，通过电磁场的理论计算，结合一些实验室实际测试数据，说明规划汽车电子零部件辐射抗干扰测试系统如何合理配置功率放大器。
2电场强度的理论计算
汽车电子零部件辐射抗扰度测试时，测试天线
1.待测样品
2.线束
3.模拟负载
4.电源
5.人工电源网络
6.接地平板
7.绝缘支撑
8.发射天线
9.检测系统10.同轴电缆(50Ω)11.墙板连接器12.信号发生器和功率放大器13.射频吸波材料
图1汽车电子零部件辐射抗干扰测试布置图
[1]
收稿日期:2013-04-03
汽车电子辐射抗干扰测试功率放大器的选择
胡鹏博，路影，陈文强，韦兴民，冯擎峰(吉利汽车研究院，浙江杭州311228)
摘要：辐射抗干扰测试是汽车电子零部件EMC (Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容)最重要的测试项目之一。本文运用电磁场理论知识结合试验室的测试数据，对测试系统所需的功率放大器的功率进行计算分析，为试验室EMC 测试系统配置提供依据。
关键词：辐射；汽车电子;EMC；功率放大器中图分类号:U463.68文献标识码:A 文章编号:1003-8639(2013)10-0053-03Selection of Power Amplifier for Radiated Immunity Test of Automotive Electronics
HU Peng⁃bo,LU Ying,CHEN Wen⁃qiang,WEI Xing⁃min,FENG Qing⁃feng
(Geely Automobile Research Institute,Hangzhou 311228,China)
Abstract :The radiated immunity test is one of the most important tests for EMC of automotive electronic components.In this article,the amplifier's power required by a test system is calculated and analyzed by using electromagnetic field theory and laboratory test data,thus providing basis for EMC test system configuration in the laboratory.
Key words :radiation;automotive electronics;EMC (Electro Magnetic Compatibility);power amplifier
. All Rights Reserved.
距离待测样品线束或待测样品的距离为1m (频率在1GHz 以下测试时天线的相位中心正对待测样品线束的中心,1GHz 以上测试时天线的相位中心正对待测样品)，主流汽车辐射抗扰度测试系统(自由场法)起始频率为400MHz (1GHz 以上测试一般用大电流注入法测试)，另外有少数企业标准的自由场法测试起始频率为200MHz。根据电磁波的波长计算公式λ=c /f (λ：波长;c ：电磁波的波速，可以近似等同为光速;f ：电磁波的频率),200MHz 电磁波的波长为1.5m。根据天线的近场及远场的界定公式d =λ/2π，可以计算出d =0.24m，而天线与被测样品间的测试距离为1m，频率为400MHz 及以上，波长更短，此时测试距离与d 间的数量级更大，则可以根据天线的远场特性对功率放大器的理论场强加以分析计算。
2.1天线模型及理论场强
辐射抗干扰测试及校准都是以参考点的场强为依据的，以此建立天线模型。
如图2所示，在O 点有一发射功率为P (W)的各向同性的天线，由各向同性的天线特性可知距离O 点距离为r (m)的能量分布在以O 为圆心,r 为半径的球
面区域S 上。选取球面上任意一
点Q (可视为场强校准时的参考点)，则Q 点的功率密度P r 为
P r =
P
4πr 2
(1)根据电磁波的相关理论可知，功率密度可由该点的电场(E-field)和磁场(H-field)定义如下[2]
P r =E×H (2)
而根据电磁波的远场特性可知
E
120π
=H (3)其中120π为波阻抗。综上，可将公式(1)转化为
E 2
120π=P 4πr 2
(4)即可得出
E =30P
√
r
(5)
2.2功率放大器功率与场强间的关系
实际测试时，辐射抗干扰测试系统所产生的有用信号为线束中心范围内及待测样品覆盖范围内的场强信号，天线(图1)的后端、甚至天线的侧面产生的场强对系统来讲都是无用能量损耗，这部分消耗得越多，则系统无效成本增加越大。
辐射抗干扰测试系统所用的发射天线是有方向
性的，它能将大部分电磁波能量(即我们所需要的场强)按照一定的方向发射出去。如图3所示。
在这个特定的方
向上，天线将能量
(场强)通过波束的
形式积聚在一定的范围内，这个范围可作为布置待测产品线束或待测样品的测试区域。天线对电磁波的聚集性可以天线的增益来体现。根据天线的理论，定义各向同性的天线增益G a =1，而其它天线的增益定义为：天线产生于某一点的电场强度的平方同各向同性天线产生的电场强度在同一点的电场强度的平方之比。因此，辐射抗干扰测试系统所产生的辐射场强理论公式为
E =30P I G a
√
d
(6)
式中:P I ——天线的吸收功率(并非功放的有效
功率);G a ——
—系统天线的增益;d ———测试距离。由公式(6)可得
P I =E 2d 230G a
汽车天线(7)定义天线的总输入功率为P T ，根据电磁波及天线的相关理论可知
P I =P T ×(1-F 2)(8)
式中:F ———天线反射系数。
F =VSWR -1VSWR +1
(9)VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)即电压驻波比，系统的固有特性，与系统匹配相关的参数。
定义功率放大器的输出功率为P a (1dB 功率即有效功率)，定义射频能量由其能量传输通道引起的功率损耗为L ，可得
P T =P a L
(10)
综上可得出功率放大器的有效输出功率P c 与场强的关系为
P a =E 2d 2L
30G a [1-(
VSWR -1VSWR +1
)2
](11)
下面根据公式(11)理论计算测试距离1m (汽车电子辐射抗干扰测试天线距离待测样品的距离为1m)，场强值为100V /m、200V /m 时所需功率放大器的有效功率输出功率值。按照ISO 11452-2的标准要求，选取对数周期天线与喇叭天线的相关参数进行理论计算。如表1、表2所示
。
图2各向同性天
线发射模型图3某款发射天线在220MHz
的方向图. All Rights Reserved.
在实际测试中产生的场强，还受到其他因素的影响，这些因素包括阻抗匹配、工程施工、暗室环境、地面反射以及仪器实际性能和参数等[3]。同时天线的极化方式的不同，产生相同场强所需功放的
有效功率输出亦不相同。因此，上述推导的公式计
算只能作为参考，在测试系统设计中，需要以经过实际验证的系统为基础，进行综合考虑。
3功率放大器有效功率实际值
下面依据上述两款天线，按照汽车电子零部件辐射抗干扰测试的标准布置，分别记录这两款天线达到指定场强所需功率放大器的有效输出功率，见表3、表4。
4理论值与实际值的对比
由图4、图5可以看出理论计算所得功率值与实际校准时所需功率并不完全一致，但是在一定的程
度上能得出以下结论。
1)STLP 9128D 天线达到指定场强所需功率放大器的功率，实际校准功率比理论计算功率要大，特别是在低频段(相对)实际值比理论值要大很多，但是随着频率的增加，实际所需功率值与理论计算值比较一致。
2)BBHA 9120E 天线达到指定场强所需功率放大器的功率，实际校准功率比理论计算所需功率值要小，而且，随着频率的增加，实际值与理论值变化趋势一致。
3)一般情况下，达到相同场强，高频天线所需的功率比低频(相对)天线所需的功率要小。5
结论
通过上述理论计算、校准数据及分析结果，汽车电子辐射抗干扰测试在其测试频率范围内，规划或升级辐射抗干扰测试能力，需根据所规划的测试频段、测试场强的实际情况，合理匹配功率放大器(其它如信号源、功率监测系统、发射天线也是重要的设备，但是设备参数一般都是已规定的，因此对系统成本影响不大)，才能保证整个测试系统的性价比。对功率放大器的配置应注意以下几点。
1)功率放大器的输出功率应以1dB 功率为准(即线性功率)。
2)达到相同的测试场强，天线的水平极化所需的有效功率与垂直极化所需有效功率不一定是一致的，因此规划或升级辐射抗干扰测试系统时，除
图5
理论与实际值对比图(200V /m )
频率/MHz
10020040010002000
水平极化水平极化水平极化水平极化水平极化
目标场强/(V /m)100.0100.0100.0100.0100.0
实际测试场强/(V /m)100.6
100.2101.3100.5100.8
功放有效输
出功率/W 225.8126.765.251.245.7
表3Schwarzbeck STLP 9128D 天线功率输出数据
(实际校准数据)极化方式注：上述选取的频率点为特定的频点，实际场强校准时测试频点按照对数步进、线性步进(测试时两种步进方式任选其一)有多个频点需测试。
表4Schwarzbeck BBHA 9120E 天线功率输出数据
(实际校准数据)频率/MHz 10002000300040005000
水平极化水平极化水平极化水平极化水平极化
目标场强/(V /m)200.0200.0200.0200.0200.0
实际测试场强/(V /m)205.3201.6202.3201.1200.8
功放有效输出功率/W 142.889.668.361.254.6
极化方式图4理论与实际值对
比图(100V /m
)
(下转第60页)
序
号
频率/MHz 场强/(V /m)测试距离/m 功率损耗天线增益/dBi VSWR /dB
功放有效输出功率/W
1
100100.01.02.27.02.5149.62
200100.01.02.08.62.595.03
400100.01.01.89.22.074.04
1000100.01.01.59.81.855.15
2000100.01.01.410.41.647.2表1
Schwarzbeck STLP 9128D 天线功率输出数据(理论)表2Schwarzbeck BBHA 9120E 天线功率输出数据(理论)
序
号
频率/MHz 场强/(V /m)测试距离/m 功率损耗天线增益/dBi VSWR /dB
功放有效输出功率/W
11000200.01.01.512.51.6158.7
22000200.01.01.415.01.6131.0
33000200.01.01.215.81.6106.6
44000200.01.01.217.41.697.8
55000200.01.01.117.61.688.6
. All Rights Reserved.
彩视觉效果失真。A 车型人物脸部肤(评价素材为黄人种的脸部截取图片)还原有失真感觉,B 车型人物脸部肤视觉效果比较接近真实感。参考文献:
[1]ITU-T Rec.P.910，多媒体视频质量主观评价方法[S].[2]ITU-R.BT.802，视频质量主观评价图像序列[S].
[3]高新波，路文.视觉信息质量评价方法[M].西安：西安
电子科技大学出版社.
附：专家审稿意见及作者回复
审稿专家董辉意见:①可否说明评价人数的根据;②文中3章中例子似应有总分;③国外名厂家的评价条件依据是ISO 6658，也是车载多媒体视频品质的主观评价。
作者范学回复:①评价人数一般越多越好，这
样可以避免个体偏差带来的影响，但人员多了会导致评价时间过长。本文推荐为10人以上，我们实际评价的项目会比较多，每一类都有几种标准图片，故考虑试验的方便性，人员不宜过多。②文中3章中的例子是我们进行实车评价的案例。此图截取了实车评价报告的一部分，最终版报告是计算总体平均分，也是5分制。由于此涉及公司机密，故只能给出部分供大家参考。其评价思路与本文介绍一致，只是增加了不少评价图像，细化了一些评价项目。③ISO 6658是感官评价的一份标准，是所有主观感官类评价的总体框架。由于其涉及范围过广，故其针对具体评价指标及项目不能起到引导作用。多媒体的视频主
观评价，我们推荐参考ITU-T Rec.P.910《多媒体视频质量主观评价方法》、ITU-R.BT.802《视频质量主观评价图像序列》，更为专业。
(编辑文珍)非特殊要求，否则应满足规划场强时两种不同的极化方式的有效功率的需求。
3)达到相同的场强，低频段(相对)所需功率放大器的功率比高频段所需功率放大器的功率要高，因此规划或升级辐射抗干扰测试能力时，必须
结合测试频段、测试场强综合考虑功率放大器的有
效功率需求。国际知名汽车企业的汽车电子零部件EMC 的标准主流测试频段为400MHz~2GHz，因此在保有一定的测试余量情况下,400MHz~1GHz 的测试频段，有效输出为500W 的功率放大器(当然也需考虑发射天线的增益，从系统成本考虑，一般
不会考虑低增益天线)能满足200V /m 的测试要求,1~2GHz 的测试频段，有效输出功率为200W 能满足200V /m 的测试要求。参考文献:
[1]ISO 11452-2-2004,Road vehicles Component test methods
for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy.Part2:Absorber-lined shielded enclosure[S].
[2]Jin Au Kong.吴季，译.电磁波理论[M].北京：电子工
业出版社,2003.
[3]阚润田.电磁兼容测试技术[M].北京：人民邮电出版社,
(上接第55页)
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