CN112946379B - 一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法，包括：S1，布置线束传输特性测试***；S2，将电磁信号注入线束，通过线束传输特性测试***得到线束传输特性参数测试结果。所述电磁信号为实际外界电磁信号，由复杂电磁环境回放***产生，再通过BCI探头注入到待测线束中。本发明以多种车载以太网线束为研究对象，采用网络分析仪实时测量线束的传输特性参数变化，研究了标准大电流注入法、外界复杂电磁环境BCI注入线束法与线束的特性参数的对应关系；为企业或实验室提供一种将实际环境中的复杂电磁信号注入车载以太网线束的方法，为研究实际环境中车载以太网线束的抗扰性提供参考依据。

Description

一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法
技术领域
本发明属于电磁兼容测试领域，尤其是涉及一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法。
背景技术
以GPS、V2X、3G/4G为主的无线通信连接已经打通汽车与外部连接的通道，汽车内部的连接方式也急需升级，众多的国内外车企将目光投向了车载以太网通信技术。由于传统的CAN总线已经无法满足日益增加的车辆功能需求，而车载以太网通信具有高带宽、低成本、低延时等优势，得到行业内一致青睐。
但是其信息传输***电磁兼容可靠性、安全性需要得到进一步的验证，然而相关测试方法却尚无可供参考的成熟标准。因此，需要针对以太网线束的电磁抗干扰性能研究一套行之有效的测试方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电磁信号注入车载以太网线束的测试方法，以为研究车载以太网线束的抗扰性提供参考依据。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法，包括：
S1，布置线束传输特性测试***；
S2，将电磁信号注入线束，通过线束传输特性测试***得到线束传输特性参数测试结果。
进一步的，所述线束传输特性测试***包括矢量网络分析仪和测试夹具，将待测线束的输入端口和输出端口均连接到测试夹具的一端，测试夹具的另一端通过校准线信号连接矢量网络分析仪。
进一步的，所述电磁信号为标准干扰信号，由BCI测试***产生，再通过BCI探头注入到待测线束中；所述BCI测试***包括信号连接的信号源和功放，所述功放信号连接BCI探头，所述BCI探头为环状结构，套设在待测线束外侧。
进一步的，所述电磁信号为实际外界电磁信号，由复杂电磁环境回放***产生，再通过BCI探头注入到待测线束中；所述复杂电磁环境回放***包括依次信号连接的IQR数据记录仪、信号源和功放，所述功放信号连接BCI探头，所述BCI探头为环状结构，套设在待测线束外侧；所述IQR数据记录仪中存储的是采集的实际外界电磁环境信号。
进一步的，所述线束传输特性参数包括：
参数S11，表示发射端信号反射成分的大小；
参数S12或S21，表示发射端与接收端信号的馈入损失；
参数Sdd，表示差分信号输入，差分信号输出；
参数Sdc，表示差分信号输入，共模信号输出。
相对于现有技术，本发明所述的方法具有以下优势：
本发明以多种车载以太网线束为研究对象，采用网络分析仪实时测量线束的传输特性参数变化，研究了标准大电流注入法、外界复杂电磁环境BCI注入线束法与线束的特性参数的对应关系；为企业或实验室提供一种将实际环境中的复杂电磁信号注入车载以太网线束的方法，为研究实际环境中车载以太网线束的抗扰性提供参考依据。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为线束传输特性测试***布置图；
图2为线束的现场布置图；
图3为标准BCI信号注入线束测试***示意图；
图4为实际外界电磁信号注入线束测试***示意图；
图5为线束1米时传输特性参数变化情况示意图；
图6为线束2米时传输特性参数变化情况示意图；
图7为线束3米时传输特性参数变化情况示意图；
图8为线束5米时传输特性参数变化情况示意图；
图9为线束7米时传输特性参数变化情况示意图；
图10为线束10米时传输特性参数变化情况示意图；
图11为非屏蔽层线束标准BCI干扰信号线束注入时的测试结果图；
图12为单层铝箔屏蔽加地线标准BCI干扰信号注入时的测试结果图；
图13为单铝箔35％编织线束标准BCI干扰信号注入时的测试结果图；
图14为单铝箔65％编织线束标准BCI干扰信号注入时的测试结果图；
图15为单铝箔95％编织线束标准BCI干扰信号注入时的测试结果图；
图16为双铝箔90％编织线束标准BCI干扰信号注入时传输特性参数变化情况示意图；
图17为非屏蔽层-浙江金华电磁环境注入时的测试结果图；
图18为单层铝箔屏蔽加地线-浙江金华电磁环境注入时的测试结果图；
图19为单层铝箔35％编织-北京房山电磁环境注入时的测试结果图；
图20为单层铝箔65％编织-北京房山电磁环境注入时的测试结果图；
图21为单层铝箔95％编织-天津电磁环境注入时的测试结果图；
图22为双层铝箔95％编织-天津电磁环境注入时的测试结果图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明以多种类型的以太网线束为研究对象，采用网络分析仪实时测量以太网线束的传输特性参数变化，研究了标准大电流注入法(BCI)、外界复杂电磁环境BCI注入线束法与线束的特性参数的对应关系。
本发明方法旨在为企业或实验室提供一种将实际环境中的复杂电磁信号注入车载以太网线束的方法，为研究实际环境中车载以太网线束的抗扰性提供参考依据。
1.以太网线束的基本传输特性
以太网线束的传输特性通常由S参数表征，单条以太网线束的特性用S11、S21表示，两条线束的特性关系用S31、S41表示，而不同模式(差模和共模)的信号成分用Sdd、Scc、Scd、Sdc表示。
本发明的主要测试对象车载以太网线束与车载CAN线束类似，是双绞线结构，其信号也涉及到共模信号与差模信号。因此本发明通过研究Sdd11，Sdd12，Sdc11，Sdc12共四种传输特性参数，从而间接论证车载以太网线束的传输性能。
本发明涉及的S参数含义如下：
S11表示发射端信号反射成分的大小，其值越接近0(一般线束-25dB～-40dB)说明传递过程反射能量越小，也称为输入反射系数或回波损耗。
S12或S21表示发射端与接收端信号的馈入损失，值越接近1说明传递过程能量损失越小，也称为顺向穿透系数或***损耗。
Sdd表示差分信号输入，差分信号输出。
Sdc表示差分信号输入，共模信号输出。
2.以太网线束的传输特性测试方案设计
车载以太网线束为双绞线，具有两路输入端口和两路输出端口，故本发明选用的测试仪器是至少为四端口的网络分析仪，同时选用合适的测试夹具。良好的接触性对于线束的测试结果准确性至关重要，因此本发明将被测以太网线束平铺到测试桌，不可弯曲或捆扎。
以太网线束的传输特性测试布置如图1所示，整体包括四个部分：矢量网络分析仪，四根校准线，一套测试夹具以及被测以太网线束。
为了验证不同类型的以太网线束的性能之间的差异性，选取了6种不同的结构的线束，具体见表1。
表1被测线束类型
Figure BDA0002900359160000061
在进行线束布置过程中，尽量使线束平直、有序的铺在桌面上，将能量损失降到最低，保证测试结果的精度，如图2所示，为10米长度的以太网线束测试布置图。
3.线束受电磁抗扰(BCI)测试方案设计
目前，国家标准GB/T 33012.4-2016《道路车辆车辆对窄带辐射电磁能的抗扰试验方法第4部分：大电流注入法》是一项非常成熟的标准，但是标准中涉及的干扰信号均为标准信号(AM,PM)，而实际外界电磁信号对线束干扰更具有实际意义。
为研究车内复杂电磁环境线束传输参数特性及线束性能，本节除研究了标准BCI方法外，还提出了实际外界复杂电磁环境信号通过BCI方式注入线束的研究方案。
3.1标准BCI信号注入线束方案
在标准大电流注入法中，线束作为被测设备的一部分，在试验中的作用主要是监控被测设备的工作状态是否出现异常。而本发明的研究对象是线束本身，因此，对其注入干扰信号时，将借助第1小节搭建的***来监控线束的性能。具体***布置如图3所示。
BCI测试***主要由信号源和功放组成，通过BCI探头将标准信号按照一定的功率要求注入到线束中，考虑到网分可承受的功率较小，本发明选用15mA,25mA,30mA三个功率等级。
3.2实际外界电磁信号注入线束方案
与3.1测试***类似，实际外界电磁信号存储在IQR数据记录仪里面，通过信号源(SMBV100A)仪器之间的联调，将外界实际的电磁信号也通过BCI方式注入到线束中，如图4所示。
在进行试验之前，需要到某典型地点将电磁环境采集到IQR数据记录仪中。采集的方案本发明不再赘述。
本发明选取的三个典型地点，见下表2：
表2外界电磁环境地点选取
Figure BDA0002900359160000071
4实验验证及结论
4.1线束的传输特性与线束长度的对应关系
由于线束类型较多，仅列出某一种线束的传输特性测试结果，其他类型的线束趋势走向均保持一致，
下面以非屏蔽层线束为例，线束长度分别为1米，2米，3米，5米，7米，10米，图5-图10分别表示不同线束长度下的传输特性参数变化情况。
通过比较不同线束传输特性(Sdd11，Sdd12，Sdc11，Sdc12)，本发明得出结论如下：
1.Sdd12随着线束长度的增减，功率值逐渐降低，说明以太网线束的***损耗与线束的长度成反比；
2.Sdd11与线束长度没有明显的对应关系，然而在低频范围内(2GHz以下)，回波损耗的波动幅度很大；
3.Sdc12在线束长度较低情况下，波动频率较低，在线束为1米情况下非常平滑，随着线束长度的增加，在某些的频段范围内如2.1GHz～3.8GHz，4.5GHz～5.2GHz等***损耗的波动幅度较大。
本发明通过对测试结果的分析比对，认为以太网线束不同的传输特性参数与其长度存在着某种关联性，在进行车型开发中尽量选用较合理的线束长度，不可随意对待。
4.2标准BCI方法注入线束
本节对表1的6种线束分别进行了标准BCI干扰信号线束注入，不同线束类型的测试结果如图11-16所示。
BCI采用了三个严酷等级，分别为15mA,25mA,35mA,其中干扰频段范围为1MHz～400MHz，具体问题现象整理如下表3。
表3标准BCI注入线束结果
Figure BDA0002900359160000081
Figure BDA0002900359160000091
由上表整理测试结果，初步得出以下结论：
1.不同类型线束在标准BCI波形抗扰下，四种特性参数(Sdd11，Sdd12，Sdc11，Sdc12)均在不同频点内，有能量泄露，线束的屏蔽层处理有待进一步完善；
2.干扰频段虽然是1MHz～400MHz，但是试验结果可以看到在400MHz以外的仍然有问题频点，说明线束在干扰频点的邻频范围内也有能量泄露；
3.不同类型的线束干扰频点数量及范围有异同，因此线束的类型、物理结构、工艺完善度与屏蔽效能息息相关。
4.3实际外界电磁信号注入线束
通过外场采集不同地点的电磁环境，利用BCI方式将信号注入到线束中，具体的选取地点，中心频点以及带宽等见表2由于典型信号多分布在1GHz以下，因此线束的频率范围主要为9kHz～1GHz，具体测试结果如图17～22所示。
具体测试结果整理如下表4所示：
表4外界电磁环境信号BCI注入线束结果
Figure BDA0002900359160000101
由上表整理测试结果，初步可以得出以下结论：
1.与标准BCI干扰信号相比，外界复杂电磁信号对线束的传输特性参数数量有差异，例如在标准BCI干扰信号注入线束中，Sdd11，Sdd12，Sdc11，Sdc12四种参数均受到不同程度的影响。在外界电磁环境信号注入线束过程中，非屏蔽层线束仅有Sdc11，Sdc12受到影响，单层铝箔屏蔽加地线和单铝箔65％编织线束分别只有一种传输特性参数受到影响。
2.与标准BCI干扰信号相比，外界复杂电磁信号对线束的干扰频点较少。初步分析来看，标准信号更严苛，总能达到功率峰值点；而实际电磁环境是采集某一段的信号，峰值较分散具有一定的离散性，因此严酷等级相对较弱。
最佳实施方式，
首选，需要到某典型地点将电磁环境采集到IQR数据记录仪中。其次，通过信号源(SMBV100A)仪器之间的联调，将外界实际的电磁信号也通过BCI方式注入到线束中。进而实现将实际环境中的复杂电磁信号注入到线束中。并通过实验证明了将实际复杂电磁环境信号注入车载以太网线束方法的可行性。
本发明以多种车载以太网线束为研究对象，针对线束的传输特性参数进行复杂电磁环境信号注入车载以太网方法的研究。
本发明的电磁干扰源主要为两种：一种是标准BCI干扰信号，一种是外界电磁环境干扰信号。经过对比试验发现，两种干扰信号都能对线束产生一定程度的干扰，两种信号各有不同的试验意义，标准BCI干扰源更加严酷适合研发测试，外界电磁环境干扰信号更具有实际参考价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电磁信号注入车载以太网线束及测试方法，其特征在于，包括：
S1，布置线束传输特性测试***；
S2，将电磁信号注入线束，通过线束传输特性测试***得到线束传输特性参数测试结果；
所述线束传输特性测试***包括矢量网络分析仪和测试夹具，将待测线束的输入端口和输出端口均连接到测试夹具的一端，测试夹具的另一端通过校准线信号连接矢量网络分析仪；
所述电磁信号为标准干扰信号，由BCI测试***产生，再通过BCI探头注入到待测线束中；所述BCI测试***包括信号连接的信号源和功放，所述功放信号连接BCI探头，所述BCI探头为环状结构，套设在待测线束外侧；
注入所述标准干扰信号时，将借助步骤S1中搭建的***来监控线束的性能；所述干扰信号的频段为1MHz～400MHz，若试验结果在400MHz以外的区域中存在问题频点，则线束在干扰频点的邻频范围内有能量泄露；
所述BCI测试***主要由信号源和功放组成，通过BCI探头将标准信号按照一定的功率要求注入到线束中，并选用15mA,25mA,30mA三个功率等级；
所述线束传输特性参数包括：参数S11，表示发射端信号反射成分的大小；参数S12或S21，表示发射端与接收端信号的馈入损失；参数Sdd，表示差分信号输入，差分信号输出；参数Sdc，表示差分信号输入，共模信号输出；
不同的线束传输特性参数与线束长度存在关联性，在进行车型开发中需要选用较相对应的线束长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电磁信号为实际外界电磁信号，由复杂电磁环境回放***产生，再通过BCI探头注入到待测线束中；所述复杂电磁环境回放***包括依次信号连接的IQR数据记录仪、信号源和功放，所述功放信号连接BCI探头，所述BCI探头为环状结构，套设在待测线束外侧；所述IQR数据记录仪中存储的是采集的实际外界电磁环境信号。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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