道路车辆 车辆对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法 第4部分：线束激励法 征求意见稿

1GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022道路车辆车辆对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第4部分：线束激励法GB/T33012的本部分规定了用于测试乘用车和商用车（不限定车辆动力系统，例如火花点火发动机、柴油发动机、电动机）用电子电气零部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法——线束激励法。大电流注入（BCI）法是将电流注入探头作为互感器，把电流注入到作为次级绕组的导线线束上的试验方法。管状波耦合器（TWC）法是利用定向耦合器原理将电磁波耦合到导线线束上的试验方法。TWC法是为汽车电子电气零部件对GHz范围（GSM频段、UMTS、ISM2.4GHz）内辐射骚扰的抗扰性试验而开发。该方法最适用于小尺寸（相对于波长）和屏蔽被测装置（DUT）。因为这些情况下主要耦合途径是线束。本部分所涉及的电磁骚扰仅限于连续窄带电磁场。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T33012.1道路车辆车辆对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第1部分：一般规定和术语（GB/T33012.1-2016，ISO11451-1:2005+A1:2008，MOD）3术语和定义GB/T33012.1界定的术语和定义适用于本文件。4试验条件BCI法和TWC法的适用频率范围与互感器（电流探头或管状波耦合器）的特性相关。覆盖试验频率范围可能需要不止一种类型的互感器。对于汽车电子电气系统试验，典型的适用频率范围如下：——BCI法适用频率为100kHz~1GHz。在400MHz~1GHz频率范围内，当其他试验方法不可行时，可使用BCI法，同时应与本文件的使用者达成一致，并记录在试验计划中；——TWC法的频率范围为400MHz~3GHz。用户应规定试验频率范围内的试验严酷等级。推荐的试验严酷等级见附录C。根据未调制波的等效均方根值来表示严酷等级。标准试验条件应符合GB/T33012.1的如下规定：——试验温度；——供电电压；——调制方式；——驻留时间；2GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022——频率步长；——试验严酷等级的定义；——试验信号质量。5试验场地试验应在屏蔽室内进行。车辆和所有其他导电结构例如屏蔽室的墙壁（除了车辆下方的接地平面）之间的距离应至少为0.5m。试验可以选择在室外试验场地进行。测试设备应符合(国家)有关电磁场传输的法律要求。警告：试验区域可能存在危险的电压和电磁场，应确保满足人体对射频能量曝露限值要求。6试验仪器6.1BCI法6.1.1概述BCI是使用电流注入探头将骚扰信号直接耦合到线束上进行抗扰性试验的一种方法。注入探头是电流互感器，试验时被测装置（DUT）的线束穿过探头，通过改变试验严酷等级和感应的骚扰信号频率进行抗扰性试验。使用的测试设备如下：——电流注入探头（探头组——电流测量探头（探头组——具有内部或外部调制功能的射频发生器；——功率放大器；——功率测量设备，用于测量前向和反向功率；——电流测量设备。应对安装在车辆上的每个独立系统进行BCI试验。6.1.2注入探头该试验需要一个或一组能覆盖试验频率范围的注入探头将测试信号耦合到DUT。不论系统负载大小，探头（探头组）在整个试验频率范围内都应能承受最高试验等级相应的输入功率。宜考虑试验等级和DUT电流带来的注入探头饱和。6.1.3电流测量探头电流测量探头（探头组）应能覆盖整个试验频率范围。6.1.4DUT的激励和监测DUT应按照试验计划要求，通过对电磁特性影响最小的执行机构进行操作，例如塑料按钮、带塑料管的气动执行机构。可使用光纤或高电阻导线连接到监测DUT电磁干扰反应的设备。可以使用其他类型的导线，但需特别注意尽量减少相互作用。应仔细记录此类线束的方向、长度和位置，以确保试验结果的可重复性。监控设备与DUT的任何电气连接都可能导致DUT出现故障。应特别注意避免这种影响。3GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:20226.2TWC法6.2.1概述本试验方法相当于将平面波等效耦合到车辆线束中。为此，需要采用一个两端开路的50Ω同轴短线，一个内部为管状的导体及其匹配终端，以在其内部产生横电磁波（TEM），被测线束穿过这个波耦合器的内导体。这对DUT形成两个骚扰分量，一个是由电缆耦合的TEM分量，另一个是耦合器和DUT之间连接电缆内部的一次TEM的散射所产生的辐射分量。使用设备如下：——管状波耦合器；——具有内部或外部调制功能的射频发生器；——功率放大器；——功率测量设备，用于测量前向和反向功率。应对安装在车辆上的每个独立系统进行TWC试验。6.2.2管状波耦合器管状波耦合器用于将骚扰耦合到测试线束中。它应能够将试验频率范围内的试验能量耦合到线束中，并应具有足够高的耦合率和额定功率。6.2.350Ω负载电阻50Ω负载电阻用于匹配管状波耦合器的输出，其额定功率应大于等于施加的前向功率。6.2.4DUT的激励和监测详见6.1.4。7试验布置7.1BCI法BCI试验有两种试验方法：替代法和闭环法（分别详见7.1.1和7.1.2）。7.1.1替代法除非试验计划中另有规定，线束上电流注入探头的安装位置距离车辆上被测DUT的连接器或出线孔（150±50）mm。当连接DUT的线束有多个分支时，电流注入探头应在距离分支节点（150±50）mm处针对每路分支进行试验。在这种试验条件下，如使用测量探头，其位置不变。使用预先标定的前向功率（详见8.3.1.2.2）注入电流，在注入探头的工作频率范围内监测非预期事件。每个事件发生时，记录探头在不同频点注入的最小前向功率,并作为抗扰性阈值。可选择在电流注入探头和DUT之间安装一个电流测量探头。测量探头可以提供额外有用的信息，但也可能改变试验条件。若使用了该测量探头，测得的电流值不能用于确定DUT的工作状态，但应记录以用于研究非预期事件发生的原因以及被测系统改进后试验条件的变化。测试布置示例见图1所示。4GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022单位为毫米5——射频注入探头；6——射频电流测量探头（可选7——DUT；8——频谱分析仪或等效仪器（可选9——其他车辆设备；图1BCI试验布置示例-替代法7.1.2带功率限制的闭环法除非试验计划中另有规定，否则注入探头应置于距离DUT连接器（900±50）mm处。除非试验计划中另有规定，否则电流测量探头应置于距离DUT连接器（50±10）mm处。车辆和相关设备安装在图2所示的试验位置。GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022单位为毫米5——射频注入探头；7——DUT；9——其他车辆设备；注：建议在注入探头和电流测量探头的同轴电缆上安装合适的铁氧体扼流圈。图2BCI测试布置示例-闭环法7.2TWC法TWC和线束之间的耦合以及反射能量会影响此方法的测量结果。除非在测试计划中另有规定，管状波耦合器应放置在距连接器或车辆上被测DUT出线孔(100±10)mm处，且与车辆的任何金属部分隔离。连接高频设备的端口应离DUT更近。50Ω负载电阻应与车辆的任何金属部件隔离放置，距离线束至少200mm，并连接到TWC的第二个端口。当连接DUT的线束有多个分支时，管状波耦合器应在距离分支节点（100±10）mm处针对每路分支进行试验。车辆和相关设备安装在图3所示的试验位置。6GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022单位为毫米5——TWC；7——DUT；8——其他车辆设备；9——线束；图3TWC试验布置示例8试验过程8.1概述与整车线束和DUT相关的骚扰源整体布置代表了标准试验条件。与标准试验条件的任何偏差，应在试验前达成一致，并记录在试验报告中。8.2试验计划试验计划应在试验前制定，包括以下内容：——试验布置；——试验方法；——频率范围；GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022——DUT工作模式；——DUT判定准则；——试验严酷等级；——DUT监测条件；——注入和测量探头位置；——TWC位置；——带有多个连接器和或多个分支线束的注入条件；——试验报告内容；——标准试验的任何特殊说明和更改。每个DUT应根据道路安全性和可用性确定的最典型的工作条件下进行试验，例如至少在待机模式和所有执行器被激励的模式下进行试验。8.3试验方法8.3.1BCI法8.3.1.1概述规定了两种BCI法：——替代法；——带功率限制的闭环法。8.3.1.2替代法8.3.1.2.1概述替代法基于使用前向功率作为参考参数进行标定和测试。此方法分两个阶段执行：——标定（在夹具上——车辆试验。8.3.1.2.2标定应定期标定特定试验电平（电流），同时记录50Ω标定夹具上产生特定电流所需的前向功率，使用的频率步长不大于GB/T33012.1中规定的最大频率步长。为了能使用更小的频率步长，允许在标定频率之间进行插值。标定应使用未调制的正弦波射频信号进行。标定文件中记录的前向和反向功率值应根据要求包含在试验报告中。标定夹具的一端连接50Ω(大功率）负载，另一端连接50Ω的射频功率测量设备，并串接足够功率的50Ω衰减器来保护功率测量设备（见附录A）。8.3.1.2.3车辆试验车辆和相关设备安装在图1所示的试验位置。根据试验计划中预先确定的标定值向车辆施加试验信号进行试验。当使用包含多个分支的线束时，宜使用注入探头夹在每个分支进行重复试验。可选择在电流注入探头和DUT之间安装一个电流测量探头，它可以为调查非预期事件发生的原因及被测系统改进后试验条件的变化提供额外有用的信息。需注意监测探头可能会影响注入电流。8GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:20228.3.1.3带功率限制的闭环法8.3.1.3.1概述带功率限制的闭环法基于使用前向功率作为参考参数进行标定和测试。此方法分两个阶段执行：——标定（在夹具上——DUT测试。功率限值PCWl使用标定夹具确定。使用限值-频率曲线确定施加于DUT的干扰电流Idisturbance。8.3.1.3.2标定本程序适用于确定DUT试验的功率限值。应在实际试验之前标定特定试验电平（电流见附录A）。在使用DUT进行实际测试之前，应确定各试验频率在50Ω标定夹具上产生特定电流所需的前向功率（见附录A）。应使用未调制的正弦波射频信号进行标定。试验报告的标定文件应根据要求记录前向功率值和反向功率值。标定夹具的一端连接50Ω(大功率）负载，另一端连接50Ω射频功率测量设备，并串接足够功率的50Ω衰减器来保护功率测量设备（见附录A）。将电流试验信号电平施加到夹具上，并记录相应的前向功率（Pcal）。功率限值为：式中：PCWl——功率限值；Pcal——电流达到试验信号电平时夹具上施加的前向功率；k——系数，取值为4，除非试验计划中另有规定。8.3.1.3.3车辆试验试验布置见图2。试验程序采用带功率限制（PCWl）的闭环法。每个频率的试验步骤如下。增加施加在电流注入探头的前向功率，并测量注入电流（Iref），直到:——测量的电流达到规定的试验等级；——或前向功率达到功率限值（PCWl）。在任何一种情况下，都需记录达到的电流（Iref）和施加的前向功率（Pref）。当发现DUT抗扰性阈值时，应记录失效电流（Ifault）和施加的前向功率（Pfault）。当使用的线束包含多个分支时，应将注入探头和电流测量探头分别夹在每个分支距DUT连接器（900±50）mm和（50±10）mm处分别测试。8.3.2TWC法TWC法采用替代法进行试验。该方法以基于使用前向功率作为参考参数进行标定和测试，因此测试方法分两步：——使用标定夹具标定；GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:2022——车辆试验。8.3.2.1标定标定时应测量在特性阻抗为150Ω的标定夹具中使用的管状波耦合器的插入损耗，步长不大于GB/T33012.1中规定的最大频率步长。为了能使用更小的频率步长，允许在标定频率之间进行插值。标定夹具应包括一个与测量设备的50Ω阻抗匹配的宽带匹配网络。标定夹具制造商应给出该匹配网络的修正系数，其最大不确定度为1.5dB。由于管状波耦合器和标定夹具是线性系统，因此宜使用网络分析仪测量耦合器的插入损耗。使用网络分析仪进行标定的布置如图4所示。可使用测试功率来分析耦合器插入损耗，但不是必须的。对于满功率标定，应考虑标定夹具的最大功率承受能力。网络分析仪应与所有连接到管状波耦合器的电缆和标定夹具一起进行标定,或者电缆应适当考虑去嵌入处理，如电缆完整的二端口特性描述。应测量S参数S21。1——管状波耦合器；5——绝缘支架；6——同轴电缆（网络分析仪输出图4管状波耦合器标定布置耦合器的插入损耗由下式给出：式中：ILTWC——管状波耦合器的插入损耗，单位为分贝（dB|S21|——S21参数幅值，单位为分贝（dB）；Ccf——标定夹具的校正系数，单位为分贝（dB）。GB/T33012.4—XXXX/ISO11451-4:20228.3.2.2车辆试验车辆和相关设备安装在图3所示的试验位置。DUT试验的前向功率Pfr应按以下公式计算：式中：pt——根据测试计划所需的测试功率，单位为分贝毫瓦（dBmpfr——前向功率，单位为分贝毫瓦（dBm）；ILTWC——所用管状波耦合器的插入损耗，单位为分贝（dB）。8.4试验报告试验报告应按照试验计划要求提交关于试验设备、模拟负载、试验场地、被测系统、频率、功率电平、系统间相互影响的详细信息以及试验相关的其他信息。与试验计划的任何偏差应在试验报告中记录。对于具有功率限制的BCI闭环法，试验报告中应包括以下附加信息：——Iref、Pref、Ifault、Pfault、PCWl的值；——试验布置的转移阻抗（电流注入探头平面上注入的电压值除以电流测量探头测得的电流值其测量或计算方法示例见附录B。GB/T33012.4—XXXX（规范性）标定配置（电流注入探头标定）使用标定夹具确定注入电流。电流注入探头校准的设备配置示例如图A.1所示。将注入探头安装在标定夹具的中心位置（见图A.2），并在测试频率范围内扫描，测量达到测试电流所需的前向功率。3——标定夹具；4——注入探头；6——频谱分析仪或等效设备；7——射频功率测量装置（2个）；图A.1电流注入探头标定配置示例GB/T33012.4—XXXX图A.2标定夹具示例标定夹具的物理尺寸应符合探头制造商的要求。GB/T33012.4—XXXX试验布置的转移阻抗B.1概述试验布置的转移阻抗由公式（B.1）定义：式中：ztr——试验布置的转移阻抗；Vind——电流注入探头在线束中感应的共模电压；Iind——测量点感应的共模电流。转移阻抗用来描述系统（DUT、线束和其它车辆负载）特性，与注入探头和电流测量探头无关，易于在不同实验室或使用不同试验线束开展的试验间进行比较。转移阻抗可以用B.2描述的网络分析仪测量，或按B.3描述的通过标定和试验中的注入功率和电流测量值进行推导。B.2用网络分析仪测量转移阻抗B.2.1参数关系定义图B.1入射波和反射波定义对于已知S参数的四端网络，入射波和反射波定义如下：对于网络分析仪的端口1，遵循式（B.2）和（B.3）：式中：a1——入射波；V1——电流注入探头在线束中感应的共模电压；I1——测量点感应的共模电流；GB/T33012.4—XXXXZC——特性阻抗（此处，ZC=50Ω)。对于网络分析仪的端口2，遵循式（B.4）和（B.5）：式中：a2——入射波；b2——反射波；V2——电流注入探头在线束中感应的共模电压；I2——测量点感应的共模电流；ZC——特性阻抗（此处，ZC=50Ω)。从物理上定义，入射波和反射波携带注入四端网络或从其输出的功率。入射波和反射波之间的关系用S参数表示为式（B.6）和（B.7）。当网络输出端接50Ω负载时：式中：S11——反射系数；S21——四端网络的传输系数。B.2.2电流注入探头标定GB/T33012.4—XXXX图B.2电流注入探头标定根据定义，电流注入探头的插入损耗可按式（B.8）和（B.9）计算：式中：ILCIP——电流注入探头插入损耗；|b2jig|——标定夹具端口感应的“反射”波量值；|a1inj|——电流注入探头的入射波量值；|s21inj|——电流注入探头传输系数值。电流注入探头对标定夹具感应电压vind，即夹具每个50Ω负载感应的电压为vind/2，由此得出：式中：|vind|——电流注入探头在标定夹具上的感应电压值。由此得出：B.2.3电流测量探头标定GB/T33012.4—XXXX图B.3电流测量探头标定使用转移阻抗ZTmprobe描述电流测量探头特性，计算式（B.11）如下：式中：ZTmprobe——电流测量探头的阻抗值；vret——电流测量探头端接50Ω负载的返回电压值；Iind——被测电流值。式中：2b2mprobe——电流测量探头测得的反射波量值。且22a1jig=50Iind2···············································(B.13)2式中：2a1jig——电流测量探头标定时注入到夹具内部的入射波量值。由式（B.11）和式（B.12）可得式（B.14）：2由式（B.13）和式（B.14）可得式（B.15）：式中：S21mprobeS——电流测量的正向传输因子值。B.2.4转移阻抗测量GB/T33012.4—XXXX图B.4转移阻抗测量试验布置的转移阻抗由式（B.16）定义：式中：ztr——试验布置的阻抗。由前面给出的公式，试验布置的转移阻抗可根据图B.4中S21测量值和探头特性按式（B.17）和（B.18）计算：式中：S21test——测试时注入探头和测量探头之间的传输因子。式中：GB/T33012.4—XXXXztrdB=20lgztr，单位为dBΩ;ILCIPdB=10lgILCIP，单位为dB；S21testdB=20lgS21test，单位为dB。B.3试验布置的转移阻抗计算试验布置的转移阻抗ztr也可以根据标定和试验的测量值计算得出。标定夹具转移阻抗为100Ω,其计算式（B.