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[摘 要]笔者结合实际工作经验，主要针对混合动力汽车电磁兼容仿真研究。
[关键词]电磁兼容 网络研制 天线测量仿真
中图分类号：TE154 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0098-01
根据ISO 7637-2：2004和ISO 16750-2：2012中的规定，抛负载脉冲分为脉冲5a和脉冲5b脉冲5a是由抛负载发生器发出的脉冲波形，对于插电式混合动力汽车零部件来说，试验原理是相同的，区别可能只在于干扰电压的幅度等参数的设置，在最大输出的范围内，试验设备可以覆盖传统汽车和插电式混合动力汽车，无需进行整改，可以直接使用。
对于脉冲5b，是在脉冲5a的基础上增加了一个脉冲限幅网络，而限幅电压值的选取取决于实车上装载的限幅器的电压值，在传统汽车上，一般厂商的取值大多为35V，也有部分是40V，因此在试验过程中，实验室准备了两个限幅网络，分别限幅在35V和40V上，以应对各个车厂的试验要求。而在插电式混合动力汽车上，由于存在高压/低压等多种电源类型，所以若有限幅网络的话，其抑制电压值也有可能与传统汽车的值不同，且各整车厂商由于技术壁垒的存在，也不可能在短时间内统一车载电源的电压值，以及抑制电压值。所以在插电式混合动力汽车的车载设备试验中，可能会需要很多限幅网络来应对各种需求。因此，便捷的方式就是研制一个可变电压的限幅网络，为了之一目的，所以先使用软件对抛负载发生器以及限幅网络的电路进行软件仿真，从而可以在研制网络的过程中有效地控制输出波形的参数以及抑制电压的确定。
使用MATLAB软件首先设计脉冲5b的电路，按照一般抛负载脉冲的发生原理设计放电电路，如图1中红框的部分，由于在试验标准中并未给出相关电路和参数，在参考诸多企业标准，并且进行了大量的尝试后，可以得到了脉冲5a的输出波形。即图4中黄色曲线的波形，与标准中定义的脉冲5a波形一致。根据ISO 7637-2中对于抑制网络电路的规定，在原脉冲5a电路上加入抑制网络的电路，如图1中篮框中的电路。电路中的稳压二极管的参数取图3中的值，即反向截止电压29V，正向导通压降0.9V。该取值也是参考了部分整车生产厂商的企业标准选取的。图1中可以看到，并联在输出段的一致网络，可以视为一个反向连接的二极管串联三个正向连接的二极管，从参数计算上应该可以截止在32V左右，从仿真的结果来看，比较好地吻合设置的参数，因此，在实际研制过程中，只要通过调整正向、反向连接的二极管数量，就可以控制实际的抑制电压了。
网络研制完成后进行校准，在计量校准报告中可以看到，实际输出的波形也与仿真值比较吻合，符合理论依据，达到令人满意的效果。
在辐射发射测试过程中，受试产品可以认为是一个辐射源，通过天线来测量其发出的电磁场强度来确定其辐射大小，而针对电场和磁场分别使用不同的测量天线来测量，现举出一个典型的例子来仿真天线测量的情况，电场考虑用偶极子天线（对数天线可视为多个偶极子电线的和），磁场考虑用环形天线。
1 偶极子天线测量仿真
偶极子天线测量电场强度时需要将偶极子天线的长度与相对频率电磁波的波长相一致，单极等于四分之一波长时最为灵敏。以下使用单极长0.5米的偶极子天线为例来反正测量情况。
图2中给出的是偶极子天线的表面电流强度，不同颜色表示的不同强度，为相对值，不同的图彼此之间没有相对关系。
（a）注入信号频率为300MHz，即偶极子总长度2h等于时的表面电流λ；
（b）注入信号频率为300MHz，并分别在h坐标-0.25m和0.25m处加载100Ohm电阻时的表面电流；
（c）注入信号频率为600MHz，即偶极子总长度2h等于2λ时的表面电流；
（d）注入信号频率为600MHz，并分别在h坐标-0.25m和0.25m处加载100Ohm电阻时的表面电流；
（e）注入信号频率为150MHz，即偶极子总长度2h等于λ/2时的表面电流；
（f）注入信号频率为450MHz，即偶极子总长度2h等于3λ/2时的表面电流。
由上图可以观察到沿偶极子有着周期性的电流分布，这也是作为谐振天线的典型分布。当偶极子总长为注入信号半波长为的奇数倍（即2h=λ/2，3λ/2，5λ/2，...）时，具有最大的天线发射效率。当偶极子总长为注入信号波长为的整数倍（即2h=λ，2λ，3λ，...）时，馈电点的电流几乎为0，输入阻抗变得很大，此时偶极子变成毫无意义的天线。
对于电阻加载的效果，负载位置对偶极子天线很重要。当加载位置处于电流分布峰值区域时，电阻加载效果非常明显，这是因为该频率的注入信号在加载位置有较大的电流流过电阻，如图（a）和（b）所示；当加载位置处于电流分布较小的区域时，电阻加载对电流分布影响非常小，这是因为该频率的注入信号在加载位置几乎没有电流流过电阻，如图（c）和（d）所示。
从研究结果可以了解到电场发射测试的微观原理，为测试过程中的场地验证，日常自检等工作提供理论依据，同时也对产品整改提供了一种思路，即根据仿真结果中显示的针对辐射频率确定天线表面电流的分布，在指定位置提高阻抗来减小天线效率，從而达到滤波、减小电场强度的效果。
2 环形天线测量仿真
环形天线测量磁场时，天线周长与吸收的电磁波的波长有着密切的关系，如图3所示。
（a）注入信号频率为19.11MHz，即环周长C等于0.1λ时的表面电流；
（b）注入信号频率为95.54MHz，即环周长C等于0.5λ时的表面电流；
（c）注入信号频率为191.08MHz，即环周长C等于λ时的表面电流；
（d）注入信号频率为382.17MHz，即环周长C等于2λ时的表面电流。
环天线模型是在EMC发射源的典型模型，由图可见，与偶极子天线类似的，不同频率的信号沿环天线的表面电流强度也呈周期性模式。
因此在EMC发射整改过程中，不论电场还是磁场测试，针对不同发射频率的信号选择不同的滤波处理位置非常重要，可以很有效地降低辐射发射的场强大小。
[关键词]电磁兼容 网络研制 天线测量仿真
中图分类号：TE154 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0098-01
根据ISO 7637-2：2004和ISO 16750-2：2012中的规定，抛负载脉冲分为脉冲5a和脉冲5b脉冲5a是由抛负载发生器发出的脉冲波形，对于插电式混合动力汽车零部件来说，试验原理是相同的，区别可能只在于干扰电压的幅度等参数的设置，在最大输出的范围内，试验设备可以覆盖传统汽车和插电式混合动力汽车，无需进行整改，可以直接使用。
对于脉冲5b，是在脉冲5a的基础上增加了一个脉冲限幅网络，而限幅电压值的选取取决于实车上装载的限幅器的电压值，在传统汽车上，一般厂商的取值大多为35V，也有部分是40V，因此在试验过程中，实验室准备了两个限幅网络，分别限幅在35V和40V上，以应对各个车厂的试验要求。而在插电式混合动力汽车上，由于存在高压/低压等多种电源类型，所以若有限幅网络的话，其抑制电压值也有可能与传统汽车的值不同，且各整车厂商由于技术壁垒的存在，也不可能在短时间内统一车载电源的电压值，以及抑制电压值。所以在插电式混合动力汽车的车载设备试验中，可能会需要很多限幅网络来应对各种需求。因此，便捷的方式就是研制一个可变电压的限幅网络，为了之一目的，所以先使用软件对抛负载发生器以及限幅网络的电路进行软件仿真，从而可以在研制网络的过程中有效地控制输出波形的参数以及抑制电压的确定。
使用MATLAB软件首先设计脉冲5b的电路，按照一般抛负载脉冲的发生原理设计放电电路，如图1中红框的部分，由于在试验标准中并未给出相关电路和参数，在参考诸多企业标准，并且进行了大量的尝试后，可以得到了脉冲5a的输出波形。即图4中黄色曲线的波形，与标准中定义的脉冲5a波形一致。根据ISO 7637-2中对于抑制网络电路的规定，在原脉冲5a电路上加入抑制网络的电路，如图1中篮框中的电路。电路中的稳压二极管的参数取图3中的值，即反向截止电压29V，正向导通压降0.9V。该取值也是参考了部分整车生产厂商的企业标准选取的。图1中可以看到，并联在输出段的一致网络，可以视为一个反向连接的二极管串联三个正向连接的二极管，从参数计算上应该可以截止在32V左右，从仿真的结果来看，比较好地吻合设置的参数，因此，在实际研制过程中，只要通过调整正向、反向连接的二极管数量，就可以控制实际的抑制电压了。
网络研制完成后进行校准，在计量校准报告中可以看到，实际输出的波形也与仿真值比较吻合，符合理论依据，达到令人满意的效果。
在辐射发射测试过程中，受试产品可以认为是一个辐射源，通过天线来测量其发出的电磁场强度来确定其辐射大小，而针对电场和磁场分别使用不同的测量天线来测量，现举出一个典型的例子来仿真天线测量的情况，电场考虑用偶极子天线（对数天线可视为多个偶极子电线的和），磁场考虑用环形天线。
1 偶极子天线测量仿真
偶极子天线测量电场强度时需要将偶极子天线的长度与相对频率电磁波的波长相一致，单极等于四分之一波长时最为灵敏。以下使用单极长0.5米的偶极子天线为例来反正测量情况。
图2中给出的是偶极子天线的表面电流强度，不同颜色表示的不同强度，为相对值，不同的图彼此之间没有相对关系。
（a）注入信号频率为300MHz，即偶极子总长度2h等于时的表面电流λ；
（b）注入信号频率为300MHz，并分别在h坐标-0.25m和0.25m处加载100Ohm电阻时的表面电流；
（c）注入信号频率为600MHz，即偶极子总长度2h等于2λ时的表面电流；
（d）注入信号频率为600MHz，并分别在h坐标-0.25m和0.25m处加载100Ohm电阻时的表面电流；
（e）注入信号频率为150MHz，即偶极子总长度2h等于λ/2时的表面电流；
（f）注入信号频率为450MHz，即偶极子总长度2h等于3λ/2时的表面电流。
由上图可以观察到沿偶极子有着周期性的电流分布，这也是作为谐振天线的典型分布。当偶极子总长为注入信号半波长为的奇数倍（即2h=λ/2，3λ/2，5λ/2，...）时，具有最大的天线发射效率。当偶极子总长为注入信号波长为的整数倍（即2h=λ，2λ，3λ，...）时，馈电点的电流几乎为0，输入阻抗变得很大，此时偶极子变成毫无意义的天线。
对于电阻加载的效果，负载位置对偶极子天线很重要。当加载位置处于电流分布峰值区域时，电阻加载效果非常明显，这是因为该频率的注入信号在加载位置有较大的电流流过电阻，如图（a）和（b）所示；当加载位置处于电流分布较小的区域时，电阻加载对电流分布影响非常小，这是因为该频率的注入信号在加载位置几乎没有电流流过电阻，如图（c）和（d）所示。
从研究结果可以了解到电场发射测试的微观原理，为测试过程中的场地验证，日常自检等工作提供理论依据，同时也对产品整改提供了一种思路，即根据仿真结果中显示的针对辐射频率确定天线表面电流的分布，在指定位置提高阻抗来减小天线效率，從而达到滤波、减小电场强度的效果。
2 环形天线测量仿真
环形天线测量磁场时，天线周长与吸收的电磁波的波长有着密切的关系，如图3所示。
（a）注入信号频率为19.11MHz，即环周长C等于0.1λ时的表面电流；
（b）注入信号频率为95.54MHz，即环周长C等于0.5λ时的表面电流；
（c）注入信号频率为191.08MHz，即环周长C等于λ时的表面电流；
（d）注入信号频率为382.17MHz，即环周长C等于2λ时的表面电流。
环天线模型是在EMC发射源的典型模型，由图可见，与偶极子天线类似的，不同频率的信号沿环天线的表面电流强度也呈周期性模式。
因此在EMC发射整改过程中，不论电场还是磁场测试，针对不同发射频率的信号选择不同的滤波处理位置非常重要，可以很有效地降低辐射发射的场强大小。