细节决定电磁兼容测试结果

摘要：电磁兼容测试是衡量产品电磁兼容性能的一种重要手段。进行电磁兼容测试，要依照相关标准，综合考虑测试样件的状态，注重测试期间的细节，才能保证测试结果的正确性和可重复性。本文通过仪表的自由场测试和鼓风机的传导发射测试说明细节对测试结果的决定性影响。
引言
随着汽车电子产品在新车型开发和汽车性能改进过程中使用比例的逐年上升[1,2]，汽车的电子化程度已成为衡量现代汽车水平的重要标志。为了发现和避免电子产品之间的电磁兼容性问题，几乎所有国家和地区都规定汽车电子产品在装车前要进行电磁兼容(EMC)测试。
EMC测试又分为自由场、大电流注入、传导发射、辐射发射、静电放电等测试项目。每一个EMC测试项目都包括测量仪器、试验场所和测试方法。测量仪器和试验场地由测试项目决定，测试方法以各类EMC标准和规范为依据，并以标准规定的极限值作为判据。
应该指出的是电磁兼容测试并不仅仅是根据标准的规定进行的简单操作。同样的测量仪器、场地和测试步骤，不同的人操作得出的结果可能大相径庭，这主要取决于操作人员对测试标准的理解和测试现场的布置等因素。在电磁兼容测试中，细节在很大程度上会影响测试结果。
1 测试案例
本文给出两个测试案例，都是由于细节不同，导致测试结果完全相反。

1.1 仪表 - 自由场测试
某型号仪表按照GMW 3097：2012[3]标准进行自由场测试(对应标准3.4.2 RI ，Anechoic Chamber章节，测试频段为400MHz-1GHz，辐射场强度为100V/m，天线极化方向为垂直极化)。
测试步骤为：
(1)场强校准，利用场强探头校准400MHz-1GHz频段天线垂直极化时的辐射场强度100V/m。
(2)进行测试现场布置，并将仪表调整为工作状态后，关闭暗室门。
(3)利用替代法进行CW调制模式下的自由场测试，通过监控设备观察仪表在测试期间的功能状态。
测试期间，仪表功能被辐射场严重干扰，出现黑屏的现象。然而，同一样件在第二天进行重复测试时，仪表却没有任何被干扰的现象。对比两次测试，样件在测试前工作状态均正常，现场布置和测试方法都符合GMW 3097：2012的要求，但测试结果却截然不同。
进一步研究两次测试的细节，发现在进行第一次测试时，为了更清晰的监控仪表界面的状态，现场布置完成后又将仪表正面向右轻微倾斜，与桌面边沿成15°角(正对墙角的摄像头)，而第二次测试时，仪表与桌面基本平行。将样件恢复15°倾斜，重复进行自由场测试，仪表界面再次出现黑屏的现象，与第一次测试的结果相符。

1.2 鼓风机-传导发射测试
对某型号鼓风机按照GB 18655：2010[4]标准6.2节来自零部件/模块的传导发射——电压法进行传导发射测试。鼓风机供电电源为蓄电池，电源线和地线长度截取为25cm(GB 18655：2010标准中要求样件到人工网络连接口的长度为20~40cm)。
测试步骤为：
(1)按照标准进行现场布置，然后断开鼓风机供电电源负极与人工网络之间的连接，测试地线背景噪声。为了保证测试结果的可信度，背景噪声应至少比电磁干扰测试的限值低6dB。
(2)连接供电电源，鼓风机工作，扫描电源线传导发射噪声，传导发射噪声低于限值要求，则测试通过。
(3)交换两个人工网络的50Ω负载与设备测试线的位置，重复步骤(2)，测量地线背景噪声和传导噪声。
在测试期间，测试设置和测试步骤都遵循了GB 18655：2010的要求，但分析测试结果时，发现电源线传导噪声的峰值在30MHz-40MHz部分频点接近GB 18655：2010的等级3的限值要求，在34.6MHz峰值达到50.4dBμV，距离18655：2010的等级3在本频段的限值52dBμV只有1.6dBμV。而地线传导噪声的峰值却远远低于传导噪声的峰值限值。在32.6MHz峰值达到34.6dBμV，距离限值有17.4dBμV。与电源线传导噪声的测试结果差距很大，如图3所示。


为了验证是否存在鼓风机内部信号发射时间大于驻留时间等因素导致电源线传导噪声峰值测试结果不准确，对电源线传导发射噪声进行重复测试，结果峰值数据居然随测试次数增加逐渐下降。对测试现场进行干扰排查，发现鼓风机风速下降。而鼓风机风速下降是由蓄电池电量降低引起的。
一般汽车用鼓风机的功率在80W-100W左右，但当转速保持在最大时，其功率甚至可以达到200W左右，电流可到15A左右。在测试前蓄电池的初始电压为12.2V，试运行10分钟，测试期间大约运行了大约20分钟。鼓风机能量消耗，导致测量蓄电池电压下降，现场排查时蓄电池电压已经降至8.7V。


更换电压为12.7V的蓄电池，重新进行电源线传导噪声测试，与电池电压降低时的测试结果进行对比：
在蓄电池电量充足时，电源线传导噪声峰值在30-40MHz有五个频点超出了GB 18655：2010等级3的限值要求，测试未通过。在蓄电池电量不足时，电源线传导噪声峰值和平均值均低于GB 18655：2010等级3的限值要求，测试通过。在蓄电池电量充足与电量不足两种状态下，电源线传导噪声测试的结果截然相反。
2 结论
测试环境、现场布置和样件功能状态对电磁兼容测试的结果都会产生影响。虽然电磁兼容测试标准对相关信息都进行了定义，但是在进行电磁兼容测试时，还是必须综合考虑测试样件的现状，要善于发现测试期间可能遇到的问题，并且能用科学的解决问题，从而不断地积累经验，保证测试结果的准确性。
参考文献：
[1] 汪卫东.国外汽车电子技术的发展与国内汽车电子产品市场现状及预测[J].内燃机，2004,4
[2] 陈天殷.汽车电子技术的现状与展望[J].内燃机，2012(12)
[3] GM. GMW 3097 General Specification for Electrical/Electronic Components and Subsystems, Electromagnetic Compatibility，2012
[4] GB. GB18655-车辆、船和内燃机-无线电骚扰特性-用于保护车载接收机的限值和测量方法，2010