E-mark认证中对EMC要求理解偏差的纠正

ECE R 10及E-mark认证测试中的常见问题

　　随着中国汽车的发展，进行出口认证的车辆逐年增长，在出口国的审核中，电磁兼容方面大部分认可欧洲E-mark认证试验。

　　E-mark认证是根据欧洲经济委员会(ECE)在日内瓦签署和颁布的ECE法规实施的对汽车及部件的批准制度。E-mark认证测试规范参照ECE R10第五版，E-mark认证在世界范围内拥有很好的认知度，特别是在东欧国家。另外，国家汽车标准委员会电子与电磁兼容分标委目前计划以ECE R10第三版为蓝本制定国家强制性标准。

　　ECE R10.05对于汽车整车EMC试验项目见表1。

　　目前国内进行E-mark认证的机构有很多，在交流过程中发现，不同认证机构或检测机构对标准测试方法的理解不同，甚至有些不符合法规要求或测试技术规范，造成认证试验方法的差异甚至错误。

　　调研了认证机构对试验方法理解的偏差(详见表2)，后文将针对宽、窄带辐射发射以及辐射抗扰度试验参考点及场探头位置的选择等方面进行分析。

　　试验方法分析

　　宽带辐射发射

　  全频段峰值扫描，14个频段最大峰值处进行准峰值扫描

　　ECE R10中规定：“在30~1 000 MHz全频段范围内，应按CISPR 12规定的间隔进行测试⋯⋯作为替代方法，可以把该频段分成14个：30~34 MHz，34~45 MHz，45~60 MHz，60~80 MHz，80~100 MHz，100~130 MHz，

　　130~170 MHz，170~225 MHz，225~300 MHz，300~400 MHz，400~525MHz，525~700 MHz，700~850 MHz，850~1 000 MHz，并且在这些频段内产生最大发射的14个频点上进行测量。以14个频段中的每个频段读数(天线水平极化和垂直极化及天线位于车辆左侧和右侧)相对于限值的最大值作为特征读数，并在该频率下进行测量。”

　　认证机构通常认为14个特征频点的测量值最重要，所以使用全频段的峰值扫描，然后在14个频段中峰值最大值的频点进行准峰值测量。但是这种做法存在误区：峰值最大值的频点并不能说明其准峰值测量值最大。

图 1 实际测量中峰值测量和准峰值测量值比较

　　实际测量中这种情况是常见的。图1中，峰值测量数据频点A的峰值测量值明显低于频点B、C的测量值，但频点A的准峰值测量值却高于频点B、C的测量值。显然，如果车辆宽带辐射发射测量根据峰值的最大值选择B频点作为特征频点是错误的，另外，准峰值最大值的A频点如果超过准峰值限值，认证机构的这种做法就出现漏点现象，将不合格的车辆判定为合格车辆。

　　理论上，峰值所表现的就是测量波形的瞬时最大值。对应的峰值检波器要求电路充电足够快，且放电足够慢。峰值的大小只取决于信号的幅度。因此在测量的时候选择峰值检波扫描，只要所有信号的峰值都处在限值的下方，则EUT是判为合格，无需进一步测量。准峰值所表现的是测量信号能量的大小。由于准峰值检波器的充电时间要比放电时间快得多，因此信号的重复频率越高，得出的准峰值也就越高，在GB 9254-1998中提到过在测量接收机上所示的读数在限值附近波动时，则读数的观察时间应不少于15 s，记录最高读数，而孤立的瞬间高值忽略不记。准峰值检波器还能以线性方式响应不同幅度的信号。因此，准峰值既可以反映信号的幅度，也能反映出信号的时间分布。

　　峰值、准峰值、平均值检波的特点见图2，当某种频点代表的脉冲的重复率较高时，会出现该频点准峰值测量值接近峰值测量值的现象。在车辆运行状态时，由于雨刮电机等产生重复性信号，这种现象十分普遍。

图 2 峰值、准峰值、平均值检波的特点

　　全频段准峰值扫描

　　效率是测试技术中非常重要的指标之一。30 MHz~1 GHz频段中峰值检波器、准峰值检波器、平均值检波器的测量时间见表3。

　　如果采用准峰值全频段进行扫描，每一条扫描曲线耗时近6 h，测试中要求车辆进行两个侧面及两种天线极化方式的测量，总测量时间将达到24 h。通常检测机构为了节省测量时间，会采用增加步长减少测试频点的方法，这种做法违背了奈奎斯特定理，可能导致漏频，与测试原则相悖。

　　由图2可知，峰值测量值是大于准峰值测量值的；如果峰值测量值不大于准峰值限值的话，可以确定这类频点的准峰值测量值一定小于其准峰值限值的。这种方法是ECE R10引用的CISPR 12中所认可的。

　　因此，车辆宽带辐射的扫描方法应该首先采用峰值检波器进行全频段的扫描，在峰值测量值大于准峰值限值的频点，进行准峰值测量，确认所有频点都小于限值，再进行14个频段的特征值测量，这样才是符合ECE R10的要求及测试技术规范的方法。

　　窄带辐射发射

　　窄带辐射发射过程中，参考表3可知，采用平均值检波器的测量时间不长，无需先使用峰值检波器进行测量，所以窄带辐射发射的正确扫描方法应为：全频段进行平均值扫描，确认所有测量值在限值以下，找出14个频段的特征值即可。

　  参考点的选择

　　在车辆辐射抗扰试验中，认证机构认为参考点应选择前轴往后0.2 m处，或者前挡风玻璃与引擎盖交界点向内(1±0.2)m处，二者中更靠近天线的点为车辆参考点。而ECE R10中定义场强的要求时取试验室参考点(试验室参考点为试验区域中心)，二者定义不同。车辆参考点及试验室参考点的测试布置参见图3。

（a）车辆参考点

（b）试验室参考点

图3 车辆参考点和试验室参考点测试布置图比较

　　对于大部分电气设备位于车辆仪表板附近的来说，选择试验室参考点比选择车辆参考点更加严酷，实际测试结果见图4。

图4 不同参考点选择在车辆仪表板产生的场强比较图

　　由图4可以看出，选择试验室参考点进行标定后，在车辆仪表板处产生的场强在20 MHz~2 GHz频段上基本上都大于30 V/m，所以如果选择了车辆参考点进行测试，相当于降低ECE R10的场强限值，不符合ECER10的要求。

　　探头的选择

　　虽然ECE R10中要求使用四探头法进行场的标定(布置图见图5)，但是通常认证机构认可使用单一探头在四个位置进行测量，实际上，使用单一探头的测量过程和四探头法在测试技术上是不相同的。

图5 四探头标定布置图

　　四探头法要求四个探头同时放置于参考线上，标定时，四个探头读数的平均值达到30 V/m，然后记录前向功率，实际车辆测试中使用该前向功率进行测量；单一探头的测试过程中，该探头在四个位置上分别达到30 V/m，分别记录前向功率；实际车辆测试时，使用四个前向功率的平均值进行测量。这两种方式实际上存在误差。

　　假设在理想情况下，达到规定场强和所需前向功率有一定的比例关系A(实际上地面反射、暗室性能都对这种情况有较大影响)，四个位置的比例关系分别为A1、A2、A3和A4。设规定场强为E，所需前向功率分别为P1、P2、P3和P4，则使用功率平均值时，各个位置达到的场强为见公式(1)：

　　在误差时，需要E'=E，但是达到这个条件需要P1=P2=P3=P4，或者存在更复杂的关系，而在实际的测量中，二者也是存在误差的，如图6所示。

图 6 四探头法和单探头法达到规定场强所需前向功率的比较

　　由图6可以看出，采用不同数量的探头达到标定场强所需要的前向功率明显是不同的，最大差值近300 W，而且在100 MHz以上单探头法的功率偏大，造成试验等的提高，也就是使用1个探头4个位置的方法和标准方法还是有一定的误差，在实际试验过程中，应该使用4个探头同时测量的方法才是对ECE R10的正确解读。