零部件傳導發(fā)射（電壓法）的測量不確定度評定

許向國，李華

（中國汽車工程研究院股份有限公司，重慶 401122）

引言

如何評價車載電子零部件的傳導發(fā)射是否符合相關(guān)要求，降低實驗室的測試風險，對傳導發(fā)射的測量不確定度進行評定，顯得尤為重要，在實驗室合格評定的過程中，實驗室必須滿足CNAS-CL01-G003《測量不確定度要求》。CISPR25-2021[1]對車載零部件的輻射騷擾、傳導騷擾（電壓法和電流法）的測量不確定度提出了新的要求，本文以汽車零部件的傳導測量系統(tǒng)為例進行分析，系統(tǒng)地分析了影響傳導發(fā)射結(jié)果的各影響量，提出了傳導發(fā)射（電壓法）測量不確定度的數(shù)學模型。針對各分量進行不確定度分析和評估，計算各分量的標準不確定度，然后其合成標準不確定度和擴展不確定度，最后給出將測量系統(tǒng)不確定度引入最終結(jié)果判定的方法。

1 電源端子的傳導發(fā)射測試方法

汽車零部件產(chǎn)生的射頻傳導發(fā)射（電壓法）測量是利用人工電源網(wǎng)絡(luò)（簡稱AN）測量車載零部件的電源端口的傳導電壓信號，信號通過同軸電纜發(fā)送測量接收機，通過測量接收機讀取樣品發(fā)射的信號強度值。測試布置如圖1所示。測量接收機的正弦波電壓準確度、脈沖響應、以及本底噪聲均應滿足CISPR16-1-1[2]的要求。

圖1 電源端子的傳導發(fā)射測試布置

2 數(shù)學模型

根據(jù)測試方法以及測試鏈路進行分析，對該測試鏈路建立如下數(shù)學模型：

式中：

V—被測量電壓。

下面逐一對式（1）中的影響量進行分析，并評定主要輸入量的標準不確定度。

3 不確定度來源

3.1 接收機的電壓讀數(shù)準確性的修正VR

接收機對電壓值的測量是一個具備對同一被測量進行重復性測量的條件，因此對于接收機的電壓讀數(shù)的準確性修正VR可以用A類標準不確定度評定方法進行評定。即對同一測量量進行n次（n≥10）測量，然后利用貝塞爾公式求得單次測量試驗標準差。以傳導信號源作為測量對象，在頻率為5 MHz的頻點獨立進行10次測量，不計算獲得標準偏差為：

3.2 對接收機正弦波電壓的修正δVSW

根據(jù)校準結(jié)果，按照CISPR16-4-2[4]的方法，設(shè)δVSW的修正估計值為零，服從±0.5 dB的矩形分布，由此可得：

3.3 脈沖幅度響應的修正δVPA

根據(jù)規(guī)定接收機脈沖幅度響應符合ΔδVPA=±1.5 dB的CISPR16-1-1的容差要求，修正值δVPA的估計值為0，具有半寬度為1.5 dB的矩形概率分布，包含因子

脈沖幅度響應修正值δVPA的標準不確定度計算如下：

3.4 對接收機脈沖重復頻率響應的修正δVPR

CISPR16-1-1規(guī)定的接收機對脈沖重復頻率的響應的允差隨重復頻率的變化而變化，根據(jù)校準報告可得接收機滿足CISPR16-1-1的允差要求，那么δVPR的估計值為0，且服從半寬度為1.5 dB（該值被認為是CISPR16-1-1允差的典型值）的矩形分布，由此可得：

3.5 測試頻率步進的修正δFSTP

根據(jù)CISPR25-2021附錄K.3的評估方法，最大誤差約為-1.9dB，因此誤差范圍[0,-1.9] dB。由頻率步進δFSTP引入的誤差修正值的估計值為0 dB，假設(shè)頻率步進引入的誤差部分服從半寬度a=0.95 dB的矩形分布。因此

3.6 AN的電壓分壓系數(shù)FAN

人工電源網(wǎng)絡(luò)的電壓分壓系數(shù)的擴展不確定度和包含因子都可以從校準報告獲得。根據(jù)校準報告結(jié)果對于低壓人工網(wǎng)絡(luò)U（FAN）=0.24 dB，高壓人工電源網(wǎng)絡(luò)U（FAN）=0.25 dB服從正態(tài)分布，包含因子k=2，因此，其標準不確定度計算如下：

3.7 AN電壓分壓系數(shù)的頻率內(nèi)插的修正δFANFI

對于低壓人工電源網(wǎng)絡(luò)電壓分壓系數(shù)的頻率內(nèi)插δFANFI修正值的估計值為0，其分布服從半寬度為0.21 dB的矩形概率分布。對于高壓人工網(wǎng)絡(luò)，其分布服從半寬度為0.29 dB的矩形概率分布。因此：

3.8 AN阻抗δZAN

δZAN服從三角分布，通過極值計算可以得到，δZAN服從[-2.7，+2.6]的三角分布，由此可得：

3.9 外部接口板與接收機之間的衰減的修正LEXC

由于被測同軸電纜的測試過程與參考電纜測試過程完全一致，因此同軸線纜的衰減值的準確程度依賴于接收機示值的準確程度。因此：

3.10 外部接口板與接收機之間的衰減頻率內(nèi)插δLEXCFI

由頻率內(nèi)插導致的不確定度可以通過畫出衰減系數(shù)與頻率的變化曲線來評估不確定的范圍。根據(jù)曲線分析可得：對于同軸線纜的頻率內(nèi)插δLEXCFI修正值的估計值為0，其分布服從半寬度為0.24 dB的矩形概率分布。因此：

3.11 內(nèi)部接口板與人工網(wǎng)絡(luò)AN之間的衰減的修正LINC

由于接口板到人工網(wǎng)絡(luò)AN之間的同軸線纜的校準方式和接口板到接收機之間的同軸線纜的校準方式一樣，因此u（LEXC）=u（LINC），即：

3.12 內(nèi)部接口板與人工網(wǎng)絡(luò)AN之間的衰減的頻率內(nèi)插δLINCFI

標準不確定度的評定方法和外部接口板與接收機之間的衰減頻率內(nèi)插一樣，根據(jù)校準數(shù)據(jù)畫出衰減和頻率的曲線圖，據(jù)圖分析。根據(jù)曲線分析可得：對于同軸線纜的頻率內(nèi)插δLINCFI修正值的估計值為0，其分布服從半寬度為0.057 dB的矩形概率分布。因此：

3.13 外部接口板連接器與接收機之間的失配的修正MBKre

根據(jù)CISPR25的假設(shè)，Γe的值在最壞的情況下接收和接口板的反射系數(shù)的模等于0.2。假設(shè)接到接收機上的電纜匹配良好（|S11|≤1、|S22|≤1），其衰減可忽略（|S21|≈1），因此可以得到：MBKre±=20lg[1±0.04] 即

根據(jù)CISPR16-4-2可得MBKre的概率分布近似為U型分布，其寬度不大于（MBKre+-MBKre-）、標準差（標準不確定度）不大于半寬度a除以由此可得：

3.14 內(nèi)部接口板連接器與人工網(wǎng)絡(luò)AN之間的失配的修正MANBK

根據(jù)CISPR 25-2021的假設(shè)，在最壞的情況下接收和接口板的反射系數(shù)的模等于0.2，因此內(nèi)部接口板連接器與人工網(wǎng)絡(luò)AN之間的失配所引入的標準不確定度分量和外部接口板連接器與接收機之間的失配所引入的標準不確定度分量相等，因此：

4 合成標準不確定度和擴展不確定度

根據(jù)以上各標準不確定度分量匯總見參量匯總?cè)绫?所示。

表1 標準不確定度分量匯總表

合成標準不確定度，根據(jù)公式：

將（2）～（18）式對應各式帶入（19）式中即可得到合成標準不確定度。

對于低壓人工電源網(wǎng)絡(luò)：

假設(shè)合成標準不確定度服從標準正態(tài)分布，包含概率為95.45 %，此時包含因子k=2計算擴展不確定度。

U（V）=2uc（V） （20）

將（19）式的結(jié)果帶入（20）式可得：

對低壓人工電源網(wǎng)絡(luò)：U（V）=3.62 dB

對高壓人工電源網(wǎng)絡(luò)：U（V）=3.62 dB

5 結(jié)論

本文分析了影響車載零部件電源端子的傳導發(fā)射騷擾測量的影響量，并評定了各個分量的標準不確定度，最后給出了車載零部件的傳導發(fā)射（電壓法）的合成標準不確定度和擴展不確定度。

在下列情況下，測量結(jié)果的報告應該有測量的結(jié)果和測量結(jié)果的不確定度兩部分。

1）當測量不確定度與檢測結(jié)果的有效性或應用有關(guān)時；

2）當客戶或產(chǎn)品標準有要求時；

3）當測量不確定度影響與規(guī)范限的符合性時。

其結(jié)果應表示如下：

V=測試結(jié)果±U（V）k=2。