汽车辐射27
2021年第2期 安全与电磁兼容
引言
随着智能化终端等射频电气产品的使用、车辆后装电器产品装车均会使汽车车内电磁环境更复杂，车载电器产品（仪表、车载主机、空调控制面板等）能否在复杂电磁环境中稳定工作直接影响到消费者的安全体验，采用何种测试方法能够精确稳定模拟该类干扰源成为目前电磁兼容测试难点之一。
国内外普遍采用便携式发射机测试方法进行车内窄带电磁辐射抗干扰试验，测试标准主要依据 ISO 11451-3-2015：“道路车辆-车辆对窄带辐射电磁能抗扰性试验方法第3部分：车载发射机模拟”、 ISO 11452-9-2012：“道路车辆. 电气电子部件对窄带辐射电磁能抗扰性试验方法第9部分：便携式发射机”，整车车内复杂电磁环境抗扰度标准制修订较少，主要集中在零部件级别的电磁兼容测试；国内法规测试中增加了车外辐射抗扰度测试要求，针对车内电磁环境测评目前还没有相应的标准法规。最新ISO 11452-9修订版本在ISO 11452-9：2012版本的基础上引进商用天线进行干扰模拟，测试频段由26~5 85
0 MHz 变为142~ 6 000 MHz [1]。
本文依据电子电气类产品测试标准ISO 11452-9：2012中的测试方法，以手机通信2G/3G/4G/5G 频段内的功率大小为基准，采用便携式模拟天线的发射与实际手机通信状态的电磁辐射情况进行对比分析。
1 便携式发射机电磁干扰测试
1.1 测试系统及要求
便携式发射机辐射抗扰度主要利用试验室测试环境或空旷场地，通过测试系统施加电磁干扰对整车车内进行辐射抗扰度测试。测试位置一般选用手机常放置位置，如档位前方、中控台杯架中间等，如图1所示，具
摘要
为研究与分析便携式发射机测试过程中部分频段驻波比高、反射功率大、模拟真实性差等问题，基于ISO 11452-9-2012零部件电子电气便携式发射机抗扰度测试方法，搭建了整车环境下的试验平台，分析真实发射机、商用发射天线、信号回放等不同测试方法的优劣势。结果表明，为提高测试的真实、高效性，建议测试时引入商用发射天线，部分频段的测试增加车内电磁信号回放方式。关键词
便携式发射机；辐射抗扰度；电磁环境；手持式蝶形天线Abstract
In order to study and analyze the problems of high standing wave ratio, high reflected power, and poor simulation authenticity in some frequency bands during the test of portable transmitters, this article is based on ISO 11452-9-2012 electronic and electrical portable transmitter immunity test method, build a test platform in the whole vehicle environment, analyze the advantages and disadvantages of different test methods such as real transmitters, commercial transmitting antennas, and signal playback. In order to improve the efficiency of the test, it is recommended to introduce a commercial transmitting antenna for the test, and add the electromagnetic signal playback method in the car for the test in some frequency bands.
Keywords
portable transmitter; radiated immunity; electromagnetic environment; hand held butterfly antenna
整车环境下便携式发射机测试方法研究与分析
Research and Analysis of Portable Transmitter Test Method in Vehicle Environment
中国汽车工程研究院股份有限公司 张柏年 黄雪梅 王淙 胡宝林
图1 发射机对整车车内电子器件影响图
28SAFETY & EMC No.2 2021
如图4所示，基于便携式发射机的车内干扰信号回放测试方法，信号采集设备对车内信号或信号进行录存，通过矢量信号发生器将车内信号调制发射，进行模拟测试[4]。
2 便携式发射机天线特性分析
当下手机辐射信号的模拟是重要的研究方向，各类射频天线设计，旨在能够模拟手机等产品发射功率，验证其他类电子产品或车辆功能性能。有相关研究表明，在手机、对讲机等小型移动设备周围的辐射功率仅有几瓦，但该类设备能够产生100 V/m 以上电场强度。目前测试使用较多的天线为SBA9913+420NJ，带宽频段可达到360 MHz~3 GHz ；SBA9919+422NJ 天线频带宽度可达到800 MHz~6 GHz，具有良好重复性及天线增益，可以与被测样品及车辆表面近距离接触，天线周围可以产生极高场强。
查阅相关设备资料[5]，SBA9919+422NJ 天线的场强分布图如图6所示，在频率一定情况下，天线与被测产品的距离逐渐靠近，场强会逐渐增加。仿真结果可以看出，该类天线具有宽频带、增益高、天线中心处场强大等特点。
实际测试过程中车内测试环境较为复杂，天线在接触距离过近时，会因为空间问题、车辆电子电器产品表面反射，引起驻波比（VSWR）极高，造成有效功率
被反射，出现场强不稳定现象。
体位置可根据企业要求制定（车内具体方位请见图2）。模拟便携式发射机测试系统主要包含功率放大器、信号发生器、功率计、射频开关、发射天线等，频率覆盖 26 MHz~6 GHz 范围内，其工作原理为标准信号源用于产生波形，通过功率放大器及发射天线将调制信号放大至标准要求峰值功率（见图3）。表1给出了部分整车车内的发射机典型特性[2-3]。
1.2 测试方法
基于便携式发射机的辐射抗扰度测试（见图3），车辆放置于电波暗室，汽车电子电器处于正常工作状态（仪表功能显示正常、播放MP3音乐，雨刮、空调等正常工作），抗扰天线位于中控台杯架中间，设置信号源调制方式为PM（217 Hz，50%），功率等级设置为峰值功率1 W，驻留时间设置为2 s，天线距离产品表面高度不小于5 cm，采用探头测量试验过程中天线辐射场强值。
表1
天线在车内的发射机典型特性
图
2 整车车内天线测试位置示例图3
便携式发射机电磁干扰测试系统
图
4 信号采集回放测试框图
图5 真实发射机测试框图
如图5所示，商用发射机（手机或对讲机）测试方法较为简单，将手机类产品放置在中控台杯架中间，电波暗室通过向暗室内发射一个通信信号，使得手机处于通话状态，通过手机信号辐射能量评价车内电子电器产品工作情况。
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3 不同测试方案比对分析
便携式发射机试验目的是为模拟实际测试环境及功率强度，在实验过程中经常遇到因驻波比高等情况影响试验准确性，一般标准要求VSWR 小于2[6-7]，本文结合便携式发射机的辐射抗扰度不同测试方法对比分析，进行逐一解析，分析其优缺点，提出意见与建议。3.1 商用发射机与便携式发射机测试的对比分析
如图7所示，在整车环境下，为分析模拟天线与商用发射机之间的差异，选用某款手机类产品，将其放置在整车档杆附近。
为保证测试结果一致性和可比较性，手机试验测试环境与便携式手持天线测试环境都在电波暗室内进行；车辆工况设置两者保持一致。
（1）手机处于正常通话中或与车辆互连播放歌曲，采用场强探头测试手机在工作过程中的辐射场强大小。
（2）在环境不变的情况下利用实验室测试系统，调制波形天线输出1 W 峰值场强，采用场强探头测量在天线中心、天线主瓣附近的电场强度。
如图8、图9所示，两者结果对比分析表明，手机产品在工作过程中存在一定电磁辐射场，与模拟天线测量之间量级差异较大，模拟天线测试更为严格，实际测试过程中，模拟天线测试方法，车辆更容易暴露问题。3.2 电磁信号采集回放测试及对比分析
电磁信号采集回放模拟方法主要是针对车外道路典型环境给出的，针对汽车车内电磁环境采集测试可参考该方法。整个测试环境与便携式发射机测试方法相
同，将采集到的信号通过测试系统进行放大经发射天线 辐射[8]。
电磁环境信号采集使用数据记录仪和矢量信号发生器，数据记录仪存储车内电磁环境信号，矢量信号发生器用于标准信号、标准场景信号、典型场景信号、复杂场景信号的回放。
理论上，与便携式发射机测试方法相比，电磁环境采集回放方法更能贴近实际情况，可解决由于信号调
制方式带来的模拟差异问题，模拟实际测试功率。将 图10与图8对比，在测试条件一致情况下，两者测试采集场强大小相近。
3.3 多类型天线性能的对比分析
ISO 11452-9-2012中便携式发射机测试天线，包括：
360~2 700 MHz 的小型宽带蝶形天线、单极子天线。单极子天线由于工作带宽相对较窄，需要准备多套不同频
图6 SBA9919+422NJ 天线在
1 W 输入功率下场强分布
图7
手持式碟形天线测试图示
图
8 手持式碟形天线测试结果场强图
图9 某手机产品测试结果场强图
图10 电磁信号采集回放结果场强测试图
30SAFETY & EMC No.2 2021
点天线，使用便利性一般；小型宽带蝶形天线频段较宽，测试过程中存在驻波比较高，功率反射较大等问题。
最新修订版ISO 11452-9针对不同频段给出了天线类型作为参考，包含宽带套筒天线（700~3 200 MHz）、折叠偶极子天线（142~240 MHz）、微波宽带偶极子天线（2 ~6 GHz）、高频宽带套筒天线（2.4~6 GHz），同时标准给出了天线模型与仿真结果[9]，如图11所示。建议实验室在后期测试中可采用多类型天线测试，解决天线驻波比高、以及目前手机、对讲机、类产品更新升级和优化、频段不断拓宽的问题。
ISO 11452-9最新修订版采用天线距离产品表面 5 cm 的情况下，通过测试人员（人员做好防护前提下）或者机械结构在产品表面移动天线，取得良好的测试 效果[10]。
4 结论
（1）由于天线外形及频宽对试验结果存在影响，可根据ISO 11452-9修订版本选用多类型商用天线进行测试。通过三种方法比对测试分析。
（2）考虑测试经济成本，针对手机类产品、对讲机类产品因自身结构等原因辐射能力较低，工作频段可采用真实发射机进行替代测试。
（3）便携式模拟和电磁环境采集回放两种测试结果相近，但考虑蝶形天线存在短板，建议可采用新版标准中推荐天线进行测试，该种测试方法更严格，车内电磁环境采集回放测试布置较为复杂，可以作为测试附加验证，以保证整个试验完整性。
通过三种测试方案对比分析，目前试验主要采用手持式蝶形天线。
参考文献
[1] ISO 11451-3:2015 Road vehicles - Vehicle test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 3: On-board transmitter simulation[S]. 2015.
[2] 滕添益. 电磁辐射强度的采集与复现技术在汽车测试上的应用[J]. 质量与标准化, 2019(10): 53-56.
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吕飞燕, 吴桐, 小林康浩. 近距离射频骚扰抗扰度的试验方法探讨[J]. 安全与电磁兼容, 2020(3): 33-35.
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ISO 11452-9-2012: Road vehicles - Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 9: Portable transmitters[S]. 2012.
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张超, 苏宗文, 李澍, 等.电磁兼容抗扰度试验布置验证的研究[J].中国医疗设备, 2019(9): 20-23.
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[9]
何志辉, 尹建文, 黄涛, 等.整车辐射抗扰度发射天线探讨[J]. 安全与电磁兼容, 2019(4): 48-51.
[10] ISO/DIS 11452-9:2020(E) Road vehicles - Component test
methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy - Part 9: Portable transmitters[S]. 2020.
编辑：余琼
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图
11 不同类型天线及仿真结果图
（a）宽带偶极子天线形状
（b）宽带偶极子天线仿真图
（c） 折叠偶极子天线形状
（d） 折叠偶极子天线仿真图
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