現代社會(huì )中，機動(dòng)車(chē)除了作為代步工具外，還集成了越來(lái)越多的電子零部件，為駕乘人員帶來(lái)更舒適便捷的行車(chē)體驗。但機動(dòng)車(chē)電子零部件的可靠性，特別是如何保證整車(chē)所集成的各種功能能夠在惡劣的電磁干擾中維持正常工作，達到電磁兼容成為一個(gè)問(wèn)題。機動(dòng)車(chē)零部件的電磁兼容試驗的重要性就凸顯出來(lái)了。
在對機動(dòng)車(chē)零部件進(jìn)行EMC抗干擾測試時(shí)，BCI（大電流注入）抗干擾測試作為一個(gè)比較經(jīng)典的測試方法，一直被各大汽車(chē)企業(yè)作為規范廣泛采用。其優(yōu)點(diǎn)在于良好的測試重復性，較嚴酷的測試強度和無(wú)需破壞線(xiàn)束結構的便利。
但作為BCI測試的注入設備，電流注入鉗存在缺陷。由于其電器結構呈感性，在高頻時(shí)呈現高阻抗，使注入效率大大降低，無(wú)法進(jìn)行較高頻率的測試。目前的國際標準中，BCI方法的使用頻率一般不超過(guò)400 MHz，而企業(yè)標準中，也僅有幾家日系廠(chǎng)商的規范，如本田標準使用到400 MHz以上，但也因為各種原因效果不盡理想。
在2011版的ISO 11452-4（E）中，提出了一個(gè)新的測試設備 — Tubular Wave Coupler(TWC)，即管狀波耦合器。由于TWC呈電容特性，使其在高頻部分擁有良好的響應，TWC注入法是模擬較高頻率射頻信號耦合到試驗樣品的線(xiàn)束上，可以視為BCI注入的高頻擴展。而這一新的測試方法成功地將測試頻率的上限擴展到3GHz。
本文將詳細分析TWC的結構、校驗和使用，并比較該設備與BCI注入設備的耦合效率。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法1、TWC的結構
管狀波耦合器是一個(gè)有兩個(gè)輸入端子的同軸結構系統，中間是管狀的耦合裝置。它由內外兩個(gè)同一軸心的管狀電極組成，可以將電磁干擾像電流環(huán)一樣耦合到被測樣品的線(xiàn)束，保留了無(wú)需破壞樣品線(xiàn)束結構的優(yōu)點(diǎn)。內外電極之間用硬絕緣材料填充，兩個(gè)輸入端子一個(gè)連接功放作為信號輸入，另一個(gè)則接50 Ω終端阻抗。同軸輸入端子的內芯和內電極連接，外電極與屏蔽層連接，中間的旋鈕用于將耦合器鎖緊。
儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )根據內外電極的直徑和長(cháng)度，將其分為不同型號，用來(lái)配合各種不同尺寸的線(xiàn)束。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法2、TWC的工作原理
當對樣品進(jìn)行測試時(shí)，管狀耦合器閉合，被測線(xiàn)束穿過(guò)TWC的內導體，干擾信號注入同軸輸入端子，把產(chǎn)生的橫電磁波通過(guò)管狀的內電極與線(xiàn)束之間的分布電容，耦合到線(xiàn)束上。可見(jiàn)，相對于電流注入環(huán)的電感型耦合，TWC采取了高頻響應更好的電容型耦合。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法3、TWC的校驗和測試
3.1 TWC耦合系數的校驗
TWC耦合系數的校驗和BCI電流注入環(huán)的校驗方法相似（見(jiàn)圖3），區別在于其使用的阻抗類(lèi)型為150 Ω，而非校驗電流環(huán)時(shí)使用50 Ω。目前各個(gè)儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商都會(huì )在校驗夾具的兩個(gè)端子上配備50/150 Ω阻抗適配器，使測試人員能夠在50 Ω的信號發(fā)生器和終端阻抗對TWC進(jìn)行校驗。
校驗時(shí)，終端阻抗和功率探頭應能在所使用的頻率范圍內有足夠高的額定功率，如有必要的話(huà)，可在功率探頭前加衰減器以保護探頭。首先，無(wú)論是BCI法還是TWC法的試驗，都是用替代法實(shí)現的，也就是說(shuō)用前向功率作為參量進(jìn)行校驗和測試。ISO11452-4:2011（E）中，TWC的測試等級是以功率dBm為單位，實(shí)際測試的目標值為注入到夾具中的功率值，該功率值與TWC和夾具的關(guān)系如下：如果把夾具的耦合系數記為F，校驗得到數據的絕對值記為|S21|，那TWC的實(shí)際插入損耗IL則為：
IL|dB = | S21| - F|dB
在對DUT進(jìn)行試驗時(shí)，所需要的實(shí)際前向功率Pforward為：
Pforward|dBm = Ptest|dBm + IL|dB
其中Ptest|dBm為目標測試等級。
3.2 TWC的測試
被測樣品應使用1 700 mm(0 ~ 300)長(cháng)的線(xiàn)束。并和樣品一起布置在50 mm高的非導電介質(zhì)上。參考測試計劃和樣品的實(shí)際安裝環(huán)境需考慮外殼和輔助設備是否接地。對于多捆線(xiàn)束或多個(gè)接口的樣件，沒(méi)有放入TWC的線(xiàn)束應和被測線(xiàn)束保持至少100 mm的距離。區別于BCI的三個(gè)測試位置，TWC只需放置在距離被測件（100±10） mm的位置，并與接地平面保持隔離。射頻輸入端連接到接近被測樣品的那個(gè)端子，另一端連接50 Ω終端負載，終端負載要與受試線(xiàn)束至少有200 mm的距離，并且也與接地平面隔離。試驗布置可以參考ISO 11452-4:2011（E）。
測試布置完成后根據ISO 11452-4：2011（E）的要求，選擇需要的目標等級功率，將之前校驗得到的TWC耦合系數補償在測試軟件中，就可以進(jìn)行正常的替代法測試。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法4、TWC與BCI干擾效果的比較
為直觀(guān)表述BCI和TWC法各自的頻率響應，以及在對同時(shí)覆蓋的頻率進(jìn)行測試時(shí)，使用何種耦合方法的選擇性提供幫助，可以在同一個(gè)夾具上，分別用BCI注入環(huán)和TWC做對比。
在100 MHz~2 GHz的頻率范圍內調整功放的輸出功率為5 W恒定值，然后在夾具上測量實(shí)際的有效耦合功率，然后比較兩種方法的耦合效果。
可以看到在低頻范圍內，BCI注入環(huán)的實(shí)際干擾效果要優(yōu)于TWC。但在400 MHz以上，尤其是900 MHz以上的時(shí)候，TWC的功率耦合效率相對穩定，并且要明顯優(yōu)于BCI。
當然，實(shí)際使用時(shí)，由于不同型號的注入設備之間的差異，以及被測樣品的傳輸阻抗等因素，其注入效果可能是非線(xiàn)性的。但總體而言，對于TWC在較高頻率的良好響應，使測試人員在EMC試驗的選擇性上將會(huì )有較大的拓展。
解析ISO11452中的 TWC 測試方法5、結語(yǔ)
由于在高頻時(shí)，波長(cháng)很短，注入的干擾能量很容易通過(guò)被測線(xiàn)束和受試設備對外界形成射頻回路，從而影響實(shí)際的干擾效果，所以該方法能否替代自由場(chǎng)仍有待研究。但TWC優(yōu)秀的高頻耦合效率，讓1 GHz以上的機動(dòng)車(chē)零部件EMC測試不再僅僅只依靠電波暗室法來(lái)實(shí)現。
*早在DaimlerChrysler的企業(yè)標準DC-11225以及大眾汽車(chē)的TL82166中提出TWC測試方法，但因為該方法并沒(méi)有被國際標準所涵蓋，幾乎沒(méi)有被各個(gè)實(shí)驗室所使用。如今ISO 11452 - 4：2011（E）已將其納入，很有可能在不久之后，TWC將和BCI一樣成為機動(dòng)車(chē)零部件EMC測試的主流試驗方法之一。
