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2021年第1期 安全与电磁兼容
引言
近年来，伴随电动汽车及智能网联汽车的进步与发展，汽车用电子装置越来越多，汽车内外的电磁环境越来越恶劣，要解决的电磁兼容问题更加复杂[1]。ISO/DIS 11452-9:2020规定了一种电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法——便携式发射机模拟法，模拟车辆中安装的各种智能网联设备对车辆的影响，对保证智能网联汽车的安全行驶至关重 要[2]。随着LTE、5G WiFi 等新兴宽带通信的迅速发展， ISO 11452-9: 2012规定的三种天线已无法保证测试高效进行。另外，第一版中未给出发射天线处净功率的计算及测量方法，实际测试中无法实现净功率测量。
ISO 11452-9的新版本修订工作于2018年6月启动，2019年通过了两轮的CD（Committee Draft）审查，2020年7月启动DIS（Draft International Standard）审查。ISO/DIS 11452-9:2020对测试频率范围、试验方法、试验布置、附录、宽带噪声源的生成方法都进行了技术调整[3]。
1 新旧标准技术差异
ISO/DIS 11452-9:2020与ISO 11452-9:2012主要的技术差异见表1。
摘要
对比了ISO/DIS 11452-9:2020与ISO 11452-9:2012在测试频率范围、试验方法、试验布置等方面的主要技术差异。详细分析了ISO/DIS 11452-9:2020的试验布置说明、发射天线、分块扫描方式的新要求，着重介绍了新增加的关于净功率表征程序的测试方法，以及任意波发生器产生宽带噪声信号的测试方法，并对试验室的应对方式提出了建议。关键词
便携式发射机；净功率；任意波发生器Abstract
The main technical differences between ISO / DIS 11452-9:2020 and ISO 11452-9:2012 in test frequency range, test method and test arrangement are compared. This paper analyzes the new requirements of ISO / DIS 11452-9:2020, including the test layout, transmitting antenna and block scanning mode. It focuses on the newly added test method of net power characterization procedures and the test method of broadband noise signal generated by arbitrary wave generator, and puts forward some suggestions for the laboratory.
Keywords
portable transmitter; net power; arbitrary wave generator
表1 ISO/DIS 11452-9:2020
的主要技术更改ISO/DIS 11452-9新要求解读
ISO/DIS 11452-9 New Requirements Interpretation
中国汽车技术研究中心有限公司 丁一夫 季国田 李海鹏 冯家煦
30SAFETY & EMC  No.1 2021
2 新增内容详细解析
2.1  试验布置说明
新能源汽车常用的高压供电系统的抗扰性能受到广泛重视，ISO/DIS 11452-9:2020中增加了高压供电系统的试验布置说明及图示。便携式发射机模拟法的试验布置如图1。高压供电系统的试验布置为图1中的连接2。
不同类型的DUT 采用不同的布置方式进行测试：低压部件使用连接1；电机及控制器使用连接1、连接2和连接4；逆变器/充电机使用连接1、连接2和连接3。2.2  发射天线
抗扰信号的模拟采用信号发生器、功率放大器和天线进行。ISO 11452-9:2012推荐了几种类型
的天线：360~2 700 MHz 小型宽带天线、380~1 910 MHz 四分之一波长套筒单极子天线、单极子天线。由于各单极子天线的工作带宽相对较窄，需要准备多套不同工作频率的天线，使用便利性一般。
此外，ISO/DIS 11452-9:2020中增加了216~223 MHz、
220~225 MHz、815~849 MHz、UMTS（3G 通信）、LTE（4G 通信）、5G WiFi 等新频段，ISO 11452-9:2012中的测试天线已无法保证测试高效进行。因此，ISO/DIS 11452-9:2020推荐了多个新型测试天线对应不同测试频段，详见表2。
表2 
发射天线类型
图1 
便携式发射机模拟法试验布置
2.3  分块扫描方式
ISO/DIS 11452-9:2020细化了分块测试的驻留时间，增加了扫描测试法的扫描速率等相关要求，其中驻留时间为2 s 或更长时间，扫描速率应在测试计划中确定。
人工操作尽量距离发射天线0.5 m 以上，如果有条件，建议使用测试仪器测量人员所在位置的接收场强，以保证满足ICNIRP（国际非电离辐射防护委员会）要求的限值，实测公众暴露电场强度与标准限值间的差异如图2。
汽车天线公众暴露电场强度测试在距发射天线0.5 m 处进行，
图2 
公众暴露电场强度与标准限值对比
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2021年第1期 安全与电磁兼容
由图2可以看出，部分频段的发射场强不满足ICNIRP 1998的要求，且基本不能满足GB 8702-2014《电磁环境控制限值》的防护规定，所以试验过程中人员不应手持天线，应远离测试区域，建议将天线置于支架上。2.4  净功率的测试方法
由于标准规定的试验过程中，预设的天线端净功率P NA 是通过功率探头读取的正向功率P FM 计算得出，无法得出精确的净功率；而其他抗扰试验标准中都有功率校准的步骤，可精确获取净功率。为保证测试的准确度，需要通过读取正向功率P FM 和反向功率P RM 计算净功率P NA ，并需要精确测量路径损耗。ISO/DIS 11452-9:2020在附录A 中详细说明了天线端净功率的测试方法。2.4.1 正向功率
图3中，若计算P NA 和P FM 之间的关系，首先应明确二者的信号传输路径是1→2→3→4→5，计算步骤如下：
（1）节点3的正向功率P F3和节点5测试所得P FM 之间的关系，是通过耦合系数CF F 和节点4到节点5的线缆衰减A 45形成，P FM =P F3×A 45×CF F ；
（2）节点3和节点2之间有耦合器的传输衰减DC ，P F3=P F2 /DC ；
（3）节点2和节点1之间的线缆衰减为A 12，A 12包含节点2和节点1的所有转接头、适配器、开关、穿
墙板等引入的衰减，P F2=P F1/A 12；
（4）在节点1处，反射系数ρ2=(P F1-P NA )/P F1，所以P F1=P NA /(1-ρ2)
综上所述，可以得出正向功率P FM 的计算公式（1）：()()
F NA
FM 2451CF P P A DC ρ⋅=
⋅−
（1）2.4.2 反射功率
试验中的反射功率也应该测量，以确保试验系统处于正常状态。
参照以上分析，反射功率P R1到功率探头测量的P RM 的信号传输路径是1→2→6→7，计算公式如式（2）：
()
2R 1267NA
RM 2
1CF A A P P ρρ⋅⋅⋅⋅=
−
（2）
2.4.3 电压驻波比
如果路径上有失配情况，会造成电压驻波比（VSWR ）过大，线性计算就存在较大的误差。为保证计算结果的准确性，应该严格控制路径上VSWR 的值。
标准中采用网络分析仪测量VSWR ，来控制计算精度，根据P NA 和P FM 之间的路径是1→2→3→4→5，分段连接网络分析仪测试：
（1）节点1和节点2，包含实际试验中用到的转接 头、开关、适配器等射频器件，验证所有接头处的VSWR  < 1.1，测试并计算A 12的值，要求A 12 < 4 dB ；
（2）节点2和节点3，此时节点4和节点6端接50 Ω 负载，验证该段节点2、节点3的VSWR  < 1.3，测试并计算DC 的值，要求DC  < 0.5 dB ；
（3）节点3和节点4，此时节点2端接网络分析仪校准所用的50 Ω负载，节点6端接50 Ω负载，验证节点4的VSWR < 1.5，测试并计算CF F ，要求CF F  > 20 dB ；
（4）节点1，测量并计算ρ值，测试时应注意试验不要在有金属接地板的测试桌上进行，人员要远离天线。
为保证反射功率测试结果的正确性，应验证节点6的VSWR < 1.5，验证并计算CF R ，要求CF R  > 20 dB。
这里需要注意的是，如果节点1和节点2之间是一条线缆，该线缆不应过长，以满足142 MHz~6 GHz 频率范围内线缆衰减小于4 dB 的要求。由图4不同长度的实际线缆衰减测试结果可知，测试情况下同轴电缆长
度不要超过6 m。线缆的转接头不要超过1个，才能满足线缆衰减要求。
2.5  任意波发生器
ISO/DIS 11452-9:2020在资料性附录F 中新增了作为宽带噪声源的任意波发生器的说明。任意波发生器的作用是产生随机宽带信号。原则上宽带信号可以通过不同的方式生成。对于通信系统（如LTE、IEEE802.11、IMT2000）的干扰源，正交频分复用（OFDM）方案更合适。如不考虑相位，正交频分复
用产生的干扰信号在频域上相似，但是在时域中有很大差异。
任意波发生器的原理可分为两类：
图3 
净功率测量框图
图4 
实测线缆衰减
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（1）使用宽带信号发生器，并经过附带的带通滤波器限制频带内的物理噪声、伪噪声；
（2）使用具有适当脉冲形状的脉冲发生器。然而，真正的随机噪声生成需使用白噪声源（如半导体二极管中的散粒噪声）。带通滤波器将噪声发生器输出的频谱内容限制在所需的频带内，如图5。滤波器的特性决定了所生成的信号频谱。为满足极限频率边缘的斜率要求，需使用更高阶的滤波器。
真正的随机噪声源可由存储在任意波发生器内存中的随机数序列代替。为使带通滤波器更容易实现，可以对样本序列进行预处理。因此，在任意波发生器输出端实际只需要一个抗混叠滤波器。当选择足够大的任意波发生器采样频率时，该滤波器的设计要求并不与需求的真正随机噪声相同。抗混叠滤波器的边沿频率通常是采样频率的一半。抗混叠滤波器是一个低通滤波器，用于将输出电平中的混叠频率分量降低到几乎为零的程度。
现有任意波发生器没有内置的抗混叠滤波器。在这种情况下，镜像频率将出现在频谱的较高频率端，如 图6。为避免这些频谱分量，需要使用外部抗混叠滤 波器。
3 结语
ISO/DIS 11452-9:2020新增了净功率表征程序以及任意波发生器产生宽带噪声信号的测试方法。试验室应进行系统的升级改造，以满足ISO/DIS 11452-9:2020的要求，改造建议如下：
（1）应优先使用独立测试系统，不要和ISO 11452-2:2019的测试系统共用，并需将测试系统放置在暗室内
进行测试，以使VSWR 以及功放输出到天线的线缆衰减符合标准要求。
（2）功率探头应配上峰值功率探头、峰值包络功率探头，使用不同探头应做好净功率表征测试程序中规定的测试。
（3）试验室可与客户沟通增加调制方式，例如DSB （双边带）调制等。
（4）试验过程中应使用天线支架，避免人手接触天线，试验人员远离试验区域。
参考文献
[1] 韩烨，高新杰，邱振宇，等.电动汽车电磁兼容性测评发展趋势[J].安全与电磁兼容, 2019(5): 17-19, 50.
[2]
Yifu D, Guangyu Z, Zhiguo Z, et al. Analysis on the adaptability of the international radiation immunity test method to intelligent connected vehicle[C]//Asia Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility. Singapore: IEEE, 2018:  45-51.[3]
ISO/DIS 11452-9:Road vehicles - Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 9: Portable transmitters[S]. 2020.[4]
环境保护部辐射环境监测技术中心. GB 8702-2014 电磁环境控制限值[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2015.
编辑：刘新霞
图5 随机噪声生成原理图与滤波频谱
（a）原理图
（b）滤波频谱
图6 伪噪声信号的频谱
（a）无抗混叠滤波器
（b）有抗混叠滤波器