本标准等同采用国际无线电干扰特别委员会出版物CISPR 12:1997(第四版)《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》
本标准取代GB 《车輛、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电干扰特性的测量方法及允许值》。
本标准对GB 作出的重大技术变动情况如下:
1. GB 未将车辆囷装置列入定义而仅举例说明车辆和装置包括的一些产品(但说明不限于举例的产品);本标准给出车辆、装置的定义并列举它们包括嘚产品(亦说明不限于举例的产品)。
2. GB 未明确规定其适用环境而本标准明确规定了其适用环境为居住环境。
3. 本标准对术语作了全新的定義仅保留GB 中的“点火噪声抑制器”和“电阻性分电器电刷”两条术语。
4. 本标准增加了30MHz~1000MHz频率范围内的窄带骚扰限值 并说明150 kHz~30 MHz频段的限徝尚在考虑。
5. 本标准删去了GB 中引用VDE 0879的关键内容“干扰抑制器的检验”和附录B“插入损耗值”
6. 本标准与GB 在附录方面的重大差异如下:
1)标准的附录A(测量结果的统计分析)新增了“子频段范例”;
2)新增附录“鞭天线校准——等效电容替代法”(作为标准的附录B)和“天线囷馈线的维护与校准”(作为提示的附录C)以及“确定高压点火系统的点火噪声抑制器衰减特性的测量方法”(作为提示的附录F);
3)删詓GB 附录D(参考件)“干扰抑制设备的指南”和附录E(参考件)“车辆辐射干扰的路边测量”。
本标准由全国无线电干扰标准化技术委员会提出并归口
本标准起草单位:上海电器科学研究所、中国汽车技术研究中心。
本标准参加起草单位:天津摩托车技术中心、上海汽车工業技术中心、上海通用汽车有限公司
本标准主要起草人:杨自佑、徐立、许毅、隋修武、缪文泉、章一舫。
1)鉴于CISPR的各个国家委员会和其他成员组织在一些技术问题上都具有某种特殊的利益因此,由分会拟定的关于这些技术问题的正式决议或协议都尽可能地表达了国际協商的一致意见
2)这些决议或协议以推荐出版物的形式供国际上使用,并在这个意义上为CISPR的各个国家委员会和其他成员组织所接受。
3)为了促进国际上的统一CISPR希望所有的国家委员会在本国许可的情况下,均应采用CISPR推荐出版物作为它们的国家标准CISPR推荐出版物和相应的各国标准之间的任何分歧,均应尽可能地在各国标准中说明清楚
出版物CISPR 12由CISPR D分会(关于机动车辆和内燃发动机的干扰)起草。
本出版物第㈣版取代了1990年的第三版本出版物形成了一个技术修订版。
本出版物内容以下列文件为基础:
有关表决批准本出版物的全部资料均可从上表所列的投票报告中获得
本出版物的主要内容是依据下述CISPR推荐出版物18/5号提出的:
CISPR推荐出版物18/5号——车辆、机动船和由火花点火发动机驱動的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法
a)需要规定车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置产生的无线电骚扰的限值和测量方法;
b)要将关于这个课题的最新资讯在CISPR 12中陈述;
c)CISPR 12还应包含抑制无线电骚扰的相关指导材料。
1)CISPR 12的本版本用于规定车辆、机动船和由火花點火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法;
2)推荐出版物18/5号作为CISPR 12第四版的第4章、第5章、第6章
(该推荐出版物替代18/4号推薦出版物)
本出版物包含下列CISPR推荐出版物和报告的内容:
CISPR推荐出版物和报告 |
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第4章、第5章、第6章 |
推荐出版物46/1号(部分) |
本标准规定的限值将為居住环境中使用的广播接收机在30 MHz~1000 MHz频率范围内提供保护。
本标准对距离车辆或装置10m内的居住环境中使用的新型无线电发射和接收机不提供足够的保护
注1:经验表明:符合本标准可以为用于居住环境中的其他发射类型(包括特定频率范围以外的无线电发射)的接收机提供滿意的保护。
本标准适用于可能对无线电接收造成干扰的宽带和窄带电磁能量发射源
a)内燃发动机、电驱动装置或两者共同驱动的车辆(见3.1);
b)内燃发动机、电驱动装置或两者共同驱动的机动船;
注2:对于本标准,机动船被认为是车辆的一个分类除非有特别的规定。
c)配备有火花点火内燃发动机的装置(见3.2)
本标准包括宽带发射和窄带发射的限值和测量方法。
本标准不适用于飞行器牵引系统(火車、有轨电车和无轨电车)或未最终完成的车辆。
注3:在车辆上使用的接收机的保护见CISPR 25
2 引用标准 下列标准所包含的条文,通过在本标准Φ引用而构成为本标准的条文本标准出版时,所示版本均为有效所有标准都会被修订。采用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版夲的可能性
除采用GB/T 的定义外,本标准还采用下列专门的定义:
4 骚扰限值4.1 适用限值电平的确定
宽带发射的限值见图2。测量时只需要选择图2中的一种带宽。为了更准确地确萣限值应使用图2给出的限值计算公式。若测量距离为3 m则限值应增加10dB1)。
窄带发射的限值见图3它适用于峰值或准峰值检波器测量,满足CISPR 25:1995第2章规定的窄带发射要求的车辆被认为也满足本条款所规定的窄带限值要求,不必再进行测量若测量距离为3 m,则限值应增加10dB2)
1) 采鼡不同的检波器模式和测量距离时,若测量结果发生矛盾本标准规定采用准峰值检波器及10 m测量距离为准。
2) 采用不同的测量距离时若测量结果发生矛盾,本标准规定采用10m测量距离为准
注:1 GHz~18 GHz频段的测量方法尚在考虑。
5.1 测量设备的要求
测量仪器应符合GB/T 6113.1的要求手动或自动頻率扫描方式均可使用。并应专门考虑过载、线性度、选择性和对脉冲的正常响应等特性
注:频谱分析仪和扫频接收机特别适用于骚扰測量。对于相同的带宽频谱分析仪和扫频接收机的峰值检波器方式所显示的峰值均大于准峰值。由于峰值检波比准峰值检波扫描速度快所以发射测量采用峰值检波更方便。
在采用准峰值限值时为了提高效率也可使用峰值检波器测量。任何测量的峰值等于或超过相应单個采样型试验限值时则使用准峰值检波器重新测量。
应按照所用的CISPR频段和检波方式来调整频谱分析仪或扫频接收机的扫描速率。最小掃描时间/频率(即最快的扫描速率)列于表1
频段定义根据GB/T 6113.1。本标准不使用A频段和B频段 |
注:某些信号(例如低重复率的信号)可能需要較慢的扫描速率或多次扫描以确保测出最大幅值。 |
应选择测量仪器的带宽使仪器的本底噪声值至少比限值低6dB。推荐的仪器带宽见表2
注:当测量仪器的带宽大于窄带信号带宽时,所测得的信号幅值将不会受影响而当测量仪器带宽减小时,宽带脉冲噪声的指示值将减小
表2 推荐的测量仪器带宽(6dB)
(本标准不使用该频段) |
若用频谱分析仪进行峰值测量,其视频带宽至少为分辨率带宽的3倍
基准天线为GB/T 6113.1所述嘚1m长垂直极化鞭天线,鞭天线的端电压与接地板(或地网)有关接地板(或地网)的尺寸和形状要与天线设计相称,其尺寸和形状则由忝线制造商来确定
鞭天线应通过一个有源或无源耦合单元(或耦合器)与测量仪器连接。耦合单元提供高阻抗到低阻抗的阻抗变换它鈳安装在接地板(或地网)之下(优先)或之上、以便用50Ω同轴馈线将天线输出传送至测量仪器输入端。
基准天线为平衡偶极子天线(见GB/T 6113.1),采用自由空间天线系数频率等于或高于80 MHz时,天线长度应为谐振长度;频率低于80 MHz时天线长度应等于80 MHz的谐振长度,并使用一个适当的變换装置使天线与馈线匹配。还应配备一个平衡-不平衡变换器与测量仪器输入端连接
只要能归一化到基准天线,任何线性极化的接收忝线均可采用
使用扫描测量仪自动接收系统进行测量时,须采用宽带天线如果在测量场地的实际测试环境中宽带天线的输出能归一化箌基准天线的输出,则这种宽带天线可用于辐射电平的测量
注:当采用宽带天线时,应满足GB/T 6113.1对复杂天线的要求考虑的因素包括:
(1)該天线的有效口径,包括它的极化响应(水平和垂直平面);
(2)随频率移动的相位中心的影响;
(3)地面反射特性的影响(包括可能在特殊频率点如大约500 MHz的垂直极化和900 MHz的
水平极化产生的多路径电磁波反射)。
替代天线校准见附录C
在不包括辐射源的情况下,由天线、馈線和测量仪器组成的测量系统在30 MHz~1000 MHz频率范围内,其测量电场强度的准确度为±3dB(见GB/T 6113.1)频率准确度应优于±1%。
注:为确保本标准规定的測量处在指定的容许偏差范围内应考虑测量设备的所有有关特性 (例如频率和幅值的稳定性,镜象抑制交叉调制,过载电平选择性,时间常数信噪比),以及那些对天线和馈线有影响的特性
应定期检查测量系统的变化情况以保证测量的重复性,并要以较短的周期檢查测量仪器的输入/输出特性
注:在30 MHz~1000 MHz的范围内,有±3dB的测量偏差是合理的(见附录C的C12)这些偏差是由于地面的电导率的变化和影响偅复性的其他因素所产生的。
5.2 测量场地的要求
5.2.1.1 试验场应是一个没有电磁波反射物以车辆或装置与天线之间的中点为圆心,最小半径为30m的圓形平面空旷场地测量设备的特殊安排规定在5.2.1.2中,见图4和图7
注:在5.2.1.1和图4中规定的场地要求是将GB/T 6113.1应用于大型汽车的情况。
在长度和宽宽仩小于2m的车辆和装置可以在GB/T 6113.1的图16或图17所示尺寸的开阔试验场(OATS)上测量。
5.2.1.2 测量设备、测量棚或装有测量设备的车辆可置于试验场内但呮能处在图4用交叉阴影线标示的允许区域内。
为了保证没有足以影响测量值的外界噪声或信号要在测试前后,车辆或装置没有运转的状態下测量环境噪声这两次测量到的环境噪声电平(已知的无线电发射除外)应比第4章规定的骚扰限值至少低6dB。
5.2.2 装有吸波材料的屏蔽室(ALSE)的要求
如果在电波暗室1)中的测量结果与5.2.1要求的开阔试验场(OATS)所测量的结果具有相关性则可以使用电波暗室。
注:这样的试验室洇有稳定的电性能,可全天候试验、有环境可控和测量重复性好的优点
环境噪声电平应比第4章规定的骚扰限值至少低6dB,环境噪声电平必須定期验证或者在试验结果显示出有不合格的可能性时进行验证
5.2.3 天线位置的要求
在30MHz~1000MHz频率范围内的每一个测量频率点上,应分别进行水岼极化和垂直极化的测量(见图5、图6)在150kHz~30MHz频率范围内的每一个测量频率点上,则仅进行垂直极化的测量
应避免天线单元与天线支架戓升降系统之间的电耦合。
按天线和馈线的几何形状关系来分析亦要求馈线与天线单元之间没有电耦合。
注:对偶极子天线高度为3m时饋线下降至地平面之前,馈线形状应水平地向后延伸6m(或测量距离为3m时向后延伸1.8m)其他的馈线形状也可采用,只要它们可表明不影响测量结果或者这些影响可以包括在设备的校准中
在30MHz~1000MHz频率范围内,测量距离为10m时天线中心离地面或地板(或水面)的高度为3.00m±0.05m;测量距離为3m时,高度为1.80m±0.05m
在150kHz~30MHz频率范围内,天线的平衡网络应尽可能地接近地面或地板用最大长宽比为7:1的导线搭接到地面或地板上。
1)此處所指的电波暗室即为装有吸波材料的屏蔽室
天线到车辆或装置边缘的金属部分的水平距离优先选用10.0m±0.2m。作为一种替代只要满足5.2.3.4的要求,也可选用3.00m±0.05m距离进行测量
在相同的极化方向,在车辆的每一侧使用鞭天线
1 水平距离是从偶极予天线中心到船用装置(或分别试验嘚发动机)最近的外缘。
允许使用辅助天线但如果二根天线相互面对,则一根应处于垂直极化而另一根应处于水平极化
以车辆或装置與辅助天线之间的中点为圆心的空旷场地也应符合5.2.1.1所述的试验场要求。
5.2.3.4 复合天线位置(仅适用于3m测量距离)
在3m距离时如果车辆或装置的長度大于3dB天线波束宽度值,就需要确定复合天线位置
对于水平极化和垂直极化测量应采用同样的位置。
注:1 曲型对数周期天线的3dB天线波束宽度近似为60°。在3m距离时这种天线将产生大约3.5m的照射宽度,即天线中心线两侧各1.75m因此,7m长车辆的每一侧要求三个天线位置以便定量确定该车辆的辐射特性。
2 对于有些车辆的发动机尺寸和位置正在考虑简化测量方法以减少天线的位置数。
在车辆或装置干燥时或雨停10 minの后进行的测量应采用图2或图3所示的限值。
外置的发动机或装置除通常与水接触的那些表面以外,其他表面都应是干燥的
如果有些凊况限定在下雨或雨停后10min之内进行测量,若所测得的电平低于图2或图3所示限值10dB以下则认为车辆或船是符合本标准的要求。
如果对符合性歭有任何异议应以干燥条件下进行的测量为准。
在潮湿条件下测量合格应保持有效直到对它可能产生异议并在干燥条件下的测量证明鈈合格为止。对于这类情况在认为合格的期间售出的车辆、装置或机动船,不需要作改进
在潮湿条件下的测量符合标准时,还应特别紸意批量生产的监督
注:露水或轻度受潮可能严重影响具有塑料外壳的装置测得的结果。
应在车辆左右两侧进行测量(见图5和图6)
在進行测量时,所有和动力系统一起自动接通的电气设备都应尽可能处在典型的正常工作状态,发动机应处于正常工作温度
同一车辆(混合车)中的不同动力系统,应分别进行测试
5.3.2.1 在每次测量时,装有内燃发动机的车辆的发动机应按表3规定运转:
表3 内燃发动机运转速度
5.3.2.2 對于装有驱动电机的车辆每次测量时按下述规定运转:
(1)车辆在空载的转鼓试验台或车轴上,以20 km/h的恒速驱动如果车速低于20 km/h,以最大車速驱动
注:再生制动尚在考虑。
(2)仅用峰值检波器进行测量
5.3.2.3 如果可能,辅助发动机应按预定的正常方式运转并应与主发动机分别進行测量
对具有几个发动机的车辆要进行多次测量,测量中要将几个发动机顺序地放置在天线正前方具体要视辅助发动机的部位而定。
受试装置应在正常工作位置和高度以怠速空载的状态下测量其最大骚扰辐射值在可行的场合下,应在三个正交平面测量
根据情况,吔应考虑下述条件:
(1)若装置的工作位置和高度可变动受试装置火花塞的位置应高出地面1.0m±0.2m。
(2)测量时操作人员不应在测量场地內。必要时可用非金属装置在尽可能远的地方操作使受试装置保持正常的位置和规定的发动机转速。
舷内机动船应在咸水或淡水中测量测量场地布置见图7。发动机或驱动电机按5.3.2规定的条件运转
试验场应是一个没有电磁波反射物,以受试发动机与天线之间的中点为圆心最小半径为30 m的圆形平面空旷水面,测量设备的特殊安排规定在5.3.4.1和5.3.4.2中对天线高度的规定5.2.3.1。
当分别测量时舷内、船尾驱动装置和舷外发動机或驱动电机应安装在非金属船或非金属试验架上,并按对舷内机动船规定的类似方法进行测量
测量设备安置在地面上,装有测量设備的测量棚或车辆只可以处在图7所示用交叉阴影线标示的允许区域内无测量设备的测量棚或车辆,则可放在图7中用阴影线或交叉阴影线標示的试验场区域内
测量设备应安装在试验场内的非金属船或非金属试验架上,但仅限于放置在图7中用阴线或交叉阴影线标示的允许区域内
本标准规定的限值适用于宽带发射和窄带发射,应在30 MHz~1000 MHz整个频率范围内评定骚扰特性
5.5.1 应在整个频率范围内进行扫描测量。点频测量仅适用于6.4所述的情况
5.5.2 为了统计评定,宽带准峰值的测量结果应表示为dB(μV/m)
5.5.3 根据图2所示的带宽之一将宽带峰值测量的结果表示为dB(μV/m/带宽)。
对于用峰值检波器进行宽带测量时图2所示限值加上修正系数20 lg(带宽(kHz)/120 kHz)或20 lg(带宽(MHz)/1MHz)就可作为非120 kHz或非1 MHz的带宽时的限值。
5.5.4 对于窄带測量的测量结果应表示为dB(μV/m)
6 评定方法6.1 评定总则
测量结果的统计分析1)
A1 车辆或装置的数量
為了以80%的置信度保证大量生产的车辆或装置中,有80%的产品符合规定的限值L应满足下列条件:
式中:X—n个车辆或装置上测量结果的算术平均值;
…………………………(A2)
式中:Xi—单个车辆或装置的测量结果;
k—随n而定的统计系数,由表A1给定;
Sn—n个车辆或装置测量结果的标准偏差;
…………………………(A3)
式中:L—规定的骚扰限值
Sn,Xi,XL都以相同的对数单位表示(例如:dB(μV/m)或dB(μV)等)。
如果第一次的n个车辆戓装置样品不能满足规定值则应对第二次的N个车辆或装置样品进行测量,并将所有结果作为由n+N个样品产生的结果加以评定
A2 用于分析的孓频段 为便于分析,0.15 MHz~30 MHz频率范围至少分成22个子频段;30 MHz~1000 MHz频率范围至少分成14个子频段每个倍频程(2:1的频率比率)近似具有3个子频段。对於那些限值不为常数(即倾斜的)的区间每个子频段的最高频率与最低频率的比率应不大于1.34。子频段的范例见表A2
A3数据采集 在每个子频段内进行扫描测量,以确定其最大发射电平(即特性电平)按第6章的方法将每个子频段的特性电平与该子频段内典型频率点的限值进行仳较作出评定。
(本标准不采用低于 30 MHz 的子频段)
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1) 本附录以 CISPR 推荐标准46/1(部分)为根据。
鞭天线校准——等效电容替代法1)
等效电容替代法采用模拟天线代替实际的鞭天线辐射单元模拟天线的主要元件是一个电容器,其电容量等于鞭天线戓单极子天线的自身电容这个模拟天线由信号源馈给信号,从耦合器或天线的底部单元输出采用如图B1所示的试验布置进行测量,天线系数(AF)由公式(B1)给出其单位为dB(1/m)。
式中:VD—测得的信号发生器输出电平单位为dB(μV);
VL—测得的耦合器输出电平,单位为dB(μV);
Ch—高喥修正系数(用于有效高度)单位为dB(m)。
对于通常用于EMC测量的1m鞭天线有效高度(he)为0.5 m时,高度修正系数(Ch)为-6 dB(m)自身电容(Ca)为10pF。
注:囿效高度高度修正系数和特殊尺寸的鞭天线自身电容的计算见B3。
应采用下列两种方法中的一种来校准:网络分析仪法或信号发生器和无線电噪声计法这两种方法都采用同样的模拟天线。制作模拟天线的指南见B2应在足够的频率点上进行测量,以便获取天线工作频率范围內或9 kHz~30 MHz频率范围内的一条平滑的天线系数-频率曲线两者取较小者。
B1.1 网络分析仪法
a)用测量中使用的电缆来校准网络分析仪;
b)按图B1a)所示設置被校准的天线和测量设备;
c)试验通道的信号电平VD(dB(μV))减去基准通道的信号电平VL(dB(μV))再减去Ch(对于1m的鞭天线为-6dB),即可得到校准系数单位为dB(1/m)。
注:因为网络分析仪通道阻抗非常接近50 Ω,而网络分析仪在校准中会修正任何误差。因此,用网络分析仪不需要衰减器如果需要,也可以使用衰减器但这将使网络分析仪的校准变复杂。
B1.2 无线电噪声计和信号发生器法
a)按图B1b)所示设置被校准的天线和测量设备;
b)用如图所示所连接的设备和端接在T型连接器(A)上的50Ω终端负载,在射频端口(B)测量被接收的信号电压VL,单位为dB(μV);
c)保持信号发生器射频输出不变将50Ω终端负载转接到射频端口(B)上,再将接收机输入电缆转接到T型连接器(A)上测量驱动信号电压VD,單位为dB(μV);
d)VD减去VL再减去Ch(对于1m的鞭天线为-6dB),即得到天线系数单位为dB(1/m)。
50Ω终端负载应具有很小的驻波比(SWR)(小于1.05:1)无线电噪声计应校准并具有小的驻波比(小于2)。信号发生器的输出具有稳定的频率和幅值
注:信号发生器不需要校准,因为它被用作传递标准
B2 模拟天线的一些考虑 注:用作模拟天线的电容器应安装在小金属盒内或金属架上。引线应尽可能短但不长于8mm,并保持与金属盒或金屬架的表面接近建议的间距为5 mm~10 mm。
B3 鞭天线(单极子天线)特性公式 下列公式用于确定特殊尺寸的鞭天线或单极子天线的有效高度、自身电容和高度修正系数它们仅适用于长度小于λ/4的鞭天线。
…………………………(B2)
……………………(B3)
………………………(B4)
式中:he—忝线的有效高度m;
h—鞭天线辐射单元的实际高度,m;
Ca—鞭天线的自身电容pF;
a—鞭天线辐射单元的平均半径,m;
Ch—高度修正系数dB(m)。
天線和馈线的维护与校准1)
本附录包含一个符合5.1.2所述的天线和馈线的校准方法的示例它可作为推荐的校准方法。恰当的天线和馈线校准方法对于说明馈线损耗和失配误差以及表征宽带天线(如果使用)的特性是非常重要的因为馈线用的同轴电缆容易受到很多的磨损和可能被误用,当需要替换电缆时应使用推荐的校准方法。
本附录也具有指导性旨在帮助那些可能不熟悉天线和馈线校准方法的人员。其他方法例如跟踪发生器法、网络分析仪法或者窄带信号源法,同样可满足要求本附录没有涉及的内容并非排斥对它们的应用。
C1 维护 天线囷电缆的分别校准或组合校准由用户选择然而,推荐分别校准因为:
C2 校准或重新校准C2.1 电场强度
F=R+AF+T …………………………(C1)
式中:F—电场强度,dB(μV/m);
R—测量仪器读数dB(μV);
AF—天线系数(见C4或C5的定义),dB(1/m);
T—馈线系数(见C6的定义)dB。
对于用宽带峰值检波器测量F和R的单位分别是dB(μV/m/kHz和dB(μv/kHz)。
C4 天线系数 说明天线基准点的場强与带负载的天线端电压2)之间关系的系数称为天线系数用AF来表示,单位为dB(1/m)天线系数应包括平衡-不平衡变换器、阻抗匹配器、任何夨配损耗和在天线谐振频率之外工作等诸因素所造成的影响。
C5 替代天线 替换天线的天线系数即为基准天线(谐振偶极子天线)的天线系数减去替代天线相对于基准天线的增益(dB)
C6 馈线 作为频率函数的馈线损耗系数是已知的,该系数用T来表示即
…………………………(C2)
注:推荐的馈线是双层编织或实心屏蔽的同轴电缆,以获得合适的屏蔽允许把馈线损耗和失配误差计入测量仪器的校准中嘚电缆中去。若做到这一点就可以将T从公式C1中去除。
C7 校准设备 校准设备的主要功能是提供一个具有重复性的射频(RF)场用于替代天线与基准偶极子天线作比较
C8 替代天线系数的确定 如果使用替代天线(见C5),则天线系数应通过在预定的试验环境中用替代方法來确定基准天线应为偶极子天线(见C3)。替代方法要测量的辐射场是由C7规定的发射天线和校准信号发生器产生的
C9 试验的幾何条件 替代天线应置于其预定的试验位置。替换时应使偶极子天线的基准点放置在替代天线的基准点相同位置上。
C10 测量程序 所采用的程序是按C9所述布置用基准天线测量基准场,得到测量仪的读数(通常是电压);然后用替代天线取代基准忝线测出第二个读数。
C11 频率 确定天线系数值所需要的频率点数取决于被評定的替代天线为充分描述这个函数,应考虑取足够多的频率点数
C12 整个系统校验 由天线、馈线电缆、测量仪器和读出装置组成的整个測量系统应通过测量由C7所述的用宽带脉冲发生器和天线产生的脉冲电场来校验。应定期进行这种系统校验以便可以检测出系统性能的任哬变化(见图C1)。
ANSI C63.5:1988电磁兼容——电磁干扰(EMI)控制辐射发射测量——天线的校准
1)本附录以CISPR报告56号为根据。
影响点火噪声发射的机动车辆的结构特点1)
为了指导产品试验和认可应该注意车辆結构上的某些差异对点火噪声发射不一定有显著的影响。因此对一种变型车辆的测量可认为是具有代表性的,而且就影响点火噪声发射來说这样的变型车辆也可作为评估陆路车辆设计特性的基础。
D1 下列结构的差异2)对点火噪声发射影响不大
a)两扇门或四扇门的车辆,戓者车辆全长相似的旅行汽车;
D2 预期下列结构差异2)对点火噪声发射可能有显著影响:
1)本附录以CISPR报告65号为根据
点火噪声抑制器插入损耗的测量1)
测量点火噪声抑制器插入损耗有以下两种方法。
式中:E1——未装抑制器时点火系统产苼的场强,dB(μV/m);
E2——同一点火系统装上抑制器(或抑制器组)后所产生的场强dB(μV/m)。
注:按第5章的规定测量场强
E3 箱式法(点火噪声抑制器插入损耗的50/75Ω实验室测量法)
E3.1 一般条件和测量限制
3)本附录以CISPR报告37/2号为根据。
确定高压点火系统的点火噪声抑制器衰减特性的测量方法
本附录规定的测量方法用于评价内燃发动机点火系统高压部件中使用的点火噪声抑制器的效能例如,抑制性高压连接器阻尼火花塞。
F2 点火噪声抑制器的要求 制造商和用户之间对点火噪声抑制器的要求必须达成一致意见
F3 测量配置 测量配置如图F1和F2所示。
F4 测量程序 按F5的规定安装测量火花塞
1—符合F5要求的测量火花塞所提供的火花间隙
4—無抑制元件和不带屏蔽的高压阻尼线
6—带电源的晶体管点火线圈系统和脉冲频率发生器(负端接地)
7—金属薄板的墙面和地面
8—桌面及其支承(非金属)
10—峰值电压测量仪(例如示波器)
12—F3所述的带通风的压力室
a是测量距离(见F3)。
图F1 测量配置(侧视图)
1—符合F5要求的测量火花塞所提供的火花间隙
4—无抑制元件和不带屏蔽的高压阻尼线
6—带电源的晶体管点火线圈系统和脉冲频率发生器(负端接地)
7—金属薄板的墙面和地面
8—桌面及其支承(非金属)
10—峰值电压测量仪(例如示波器)
12—F3所述的带通风的压力室
a是测量距离(见F3)。
图F2 测量配置(顶视图)
F5 无抑制元件的测量火花塞
评价点火噪声抑制器应使用测量火花塞它是火花塞组件的部件;亦可用其他的方法(例如阻尼点吙电缆)来评价。
F6 测量配置举例 由于抑制元件的几何尺寸是极其不同的所以制造商和用户之间应对连接件(见图F4示例中第2个零件)达成┅致意见。
1—符合F5要求的测量火花塞所提供的火花间隙
a是测量距离(见F3)
注:连接到吸收钳的高压阻尼线应尽可能短。
F6.2 分电器转子的连接
1—符合F5要求的测量火花塞所提供的火花间隙
4—无抑制元件和不带屏蔽的高压阻尼线
16—金属薄板墙面(7)金属接地平面(15),连接配件(19)和原有轴端(18)要作射频意义上的电气连接
a是测量距离(见F3)
图F5 分电器转子测量配置侧视图
1—苻合F5要求的测量火花塞所提供的火花间隙
4—无抑制元件和不带屏蔽的高压阻尼线
16—金属薄板墙面(7),金属接地平面(15)连接配件(19)囷原有轴端(18)要作射频意义上的电气连接
图F6 分电器转子测量配置顶视图
F6.3 带有集中式点火噪声和抑制器的分电器盖的连接
由于分电器盖的幾何尺寸是极其不同的,所以制造商和用户之间应对整个测量配置达成一致意见
F6.4 高压阻尼线的连接
高压阻尼线总成应以它们的原有长度l來进行测量;选择测量距离a=l+120 mm。EUT和无抑制作用的高压阻尼线之间应以防接触的绝缘材料来防护它到吸收钳的最小距离应为50 mm。
1—符合F5要求的測量火花塞所提供的火花间隙
8—桌面及其支承(非金属)
17—防护绝缘物的和成品防护盖
a是测量距离(见F6.4.1)
l是高压阻尼线总成的长度。
图F7 高压阻尼线总成的测量配置测视图
这些高压阻尼线应优先以0.5 m的测量距离来进行测量
EUT的长度是从火花塞连接件(图F1示例中第2个零件)测量箌点火系统(图F1示例中第6个零件)。
F7 参考文献 ISO 道路车辆——M14×1.25平座火花塞及其气缸盖安装孔
超构材料具有强大的电磁波参量調控与分辨功能可以构成多功能的超薄平面光学元件。由于超构材料的制造工艺与集成电路芯片的制造工艺是一致的而目前集成电路嘚工艺节点尺寸已达到了10nm以下的精度,因此大规模制备基于超构材料的多功能电磁参量调控元件也不存在根本性的障碍用超构材料取代單一功能的传统红外光学元件,并与红外探测芯片结合势必革新传统的红外成像探测系统架构,导致结构更为紧凑、功能更为多样的红外探测成像系统出现而这也契合了红外探测芯片和成像系统的未来发展趋势:在系统紧凑化、轻量化的基础上实现更多的功能。以下對近年来国内、外在将超构材料与红外探测芯片结合、压缩成像系统体积并实现新型探测功能方面的代表性工作进行了回顾与梳理。
3.1 超构材料调控探测芯片的光谱响应
日本三菱电子公司高等技术研究所的Shinpei Ogawa等人从2012年开始发表了一系列论文报道了如何将超构材料吸收体集成在基于掺杂多晶硅的热电堆探测器像元上,实现波长选择型探测和偏振选择型探测如图13(a)、图13(b)所示,论文采用了圆形金属槽阵列作为具有波長选择功能的超构材料吸收体从图13(c)可以看出,超构材料吸收体只在某个峰值波长附近较窄的波长范围内具有高吸收率而通过调节金属槽阵列的单元周期,可以调控峰值吸收波长因此,超构材料吸收体起到了波长可调的吸收式窄带滤光片的作用如果将超构材料吸收体與热电堆探测器的像元进行集成,如图13(d)、图13(e)所示就可以实现波长可调的窄带热探测。需要指出的是热探测材料对入射光的波长是没有汾辨能力的,因此传统的热探测器的光谱响应是宽带的而要实现窄带热探测,一般要依赖外加的分立式窄带滤光片超构材料吸收体的引入,使热探测器在像元层次上具有独立分辨电磁波长的能力可以在不依赖分立式窄带滤光片的前提下便实现窄带探测,这使得基于热探测像元阵列的非制冷红外焦平面有了更大的设计自由度图13(f)展示了如何构建像元阵列,并独立调控每个像元上集成的吸收体的吸收波长从而实现中红外波段的多波长探测功能。图13(g)给出了两个像元的响应率与入射光波长的关系曲线即光谱响应率。这两个像元分别集成了具有不同吸收波长的吸收体因此,它们的光谱响应率的峰值也分别位于不同的波长处图13(h)则给出了8个像元的峰值响应波长。可以看出通过调节金属槽阵列的单元周期,像元的峰值响应波长可以覆盖整个中红外波段集成超构材料吸收体的热电堆像元的制造工艺流程如图13(i)所示,该流程采用了与CMOS兼容的工艺因此可以利用集成电路芯片的生产线进行大规模生产。
图13 利用二维周期性金属圆槽阵列调控热电堆探測器的红外光谱响应
沿着利用超构材料调控热探测器像元光谱响应的思路Shinpei Ogawa等人进一步开发了基于SOI二极管的双色成像热探测器。如图14(a)所示该探测器采用 “金属天线阵列-介质层-金属背板”(即MIM结构)的超构材料吸收体实现对入射光波长的选择。上层的金属天线为圆盘型以确保對入射光的偏振态不敏感吸收。同时在MIM结构中还留出了若干释放孔,用于形成悬空的支撑结构如图14(b)所示。由于MIM结构的超构材料吸收体對入射光的局域化功能很强释放孔的存在对吸收体的吸收谱影响并不大。如图14(c)所示通过调节上层圆盘型金属天线的尺寸,便可以灵活調控吸收体的吸收波长集成超构材料吸收体的完整像元结构及其典型光谱响应曲线如图14(d)、图14(e)所示。基于这种像元结构作者制作了相应嘚焦平面阵列,如图14(f)所示焦平面阵列的像元间距(pixel-pitch)为50μm,像元阵列的大小为320×240整个焦平面阵列的尺寸为20.0mm×19.0mm。为实现实时的双色成像探测像元阵列被划分为左右两半,通过调控上层金属天线的结构和大小将左半边像元阵列的探测波长设定为4.7μm,右半边像元阵列的探测波長设定为7.6μm为了验证双色成像探测功能,作者将一个辐射体与一个中心波长为4.7μm的窄带滤光片的组合作为探测目标对该探测目标的成潒效果如图14(g)所示。可以看到只有左半边像元阵列可以对目标进行成像,而右半边像元阵列对探测目标没有响应这也就验证了双色成像探测的功能。
图14 基于超构材料的双色红外成像探测芯片
超构材料不但可以分辨入射光的频率还可以分辨入射光的偏振态,上述目标只需偠在亚波长单元的结构中引入不对称性即可实现例如,Shinpei Ogawa等人于2014年报道了采用椭圆形金属槽阵列作为具有偏振态选择功能的超构材料吸收體如图15(a)、图15(b)所示。由于椭圆形金属槽具有结构不对称性只有在入射光的电场分量平行于椭圆的短轴时才会激发谐振,因此其具有分辨偏振态的能力如图15(c)所示。而如果将这种超构材料吸收体与热电堆探测器像元进行集成如图15(d)、图15(e)所示,就可以调控像元响应与入射光偏振态的关系即偏振光谱响应。从图15(f)可以看出集成超构材料吸收体的热电堆探测器像元对两种偏振态的响应是不同的,即其具有了独立嘚偏振态分辨能力对于焦平面探测器而言,这意味着可以灵活设置像元阵列中每个像元所响应的偏振态如果将像元阵列中四个相邻的潒元规定为一个超像元,并将其中每个像元所响应的偏振态按图15(g)所示的方式进行设置就可以根据它们的读出信号,按照斯托克斯公式计算出入射光的偏振度和偏振角这也是分焦平面式偏振成像探测的原理。
图15 利用二维椭圆金属槽阵列调控热电堆探测器的红外偏振/光谱响應
基于相同的思路Shinpei Ogawa等人于2015年报道了采用基于条形金属槽阵列的偏振敏感型超构材料吸收体,如图16(a)、图16(b)所示由于条型金属槽同样具有结構的不对称性,因此其也具有对入射光偏振态的分辨能力图16(c)、图16(d)给出了集成条状金属槽阵列的热电堆探测器像元,而这种像元对两种入射光偏振态的光谱响应如图16(e)、图16(f)所示
图16 利用一维周期性金属槽阵列调控热电堆探测器的红外偏振/光谱响应
本文作者与同事从2012年开始发表叻一系列论文,报道了将超构材料吸收体集成在基于双材料悬臂梁的热形变探测器像元上实现波长选择型探测和偏振选择型探测的工作。如图17(a)、图17(b)所示热形变探测器的像元由“25nm金薄膜+100nm氮化硅薄膜”的双材料悬臂梁结构组成,臂长为500μm宽为100μm,且两端固定在入射红外咣的照射下,悬臂梁吸收光能并将其转化为热能导致温度升高。在温升的作用下金薄膜与氮化硅薄膜之间的受热膨胀程度差异将导致懸臂梁发生弯曲形变,而这种弯曲形变的程度与入射光的光强成正比因此,通过测量双材料悬臂梁结构的形变量就可以读出入射红外咣的光强。与其他类型的热探测器一样热形变探测器对入射光的波长和偏振态也不具备分辨能力。因此在双材料悬臂梁上集成了基于納米槽天线阵列的超构材料吸收体,如图17(c)所示由于纳米槽天线在结构上具有不对称性,因此只有当入射光的偏振态垂直于纳米槽时才能激发起电磁谐振,即对入射光的偏振态具有分辨能力当入射光的偏振态垂直于纳米槽时,电磁谐振的峰值波长与纳米槽的长度线性相關如图17(d)所示,即对入射光的波长具有分辨能力为了测量悬臂梁的形变量,采用了基于光纤的法布里-帕罗干涉仪结构如图17(e)所示。在该結构中悬臂梁是一个反射面,光纤端面是另一个反射面两个反射面之间的间距(即干涉仪的腔长),受到悬臂梁弯曲形变的调控通过光纖向干涉仪注入1550nm的测试光,并根据干涉仪反射回的光的强度便可以推算出干涉仪的腔长变化量,即悬臂梁的弯曲形变量我们用输出光波长为6μm的中红外量子级联激光器作为光源,对该热形变探测器进行了测试集成在悬臂梁上的纳米槽天线的峰值吸收波长也设定为6μm。圖17(f)给出了纳米槽天线的吸收系数和探测器的电压响应率与入射光波长的关系图17(g)给出了入射光在受到斩波器的调制时,探测器的响应率随調制频率的变化曲线
图17 利用基于纳米槽天线的超构材料吸收体调控热形变探测器的红外偏振/光谱响应
美国杜克大学的Willie Padilla等人于2017年报道了将超构材料吸收体与基于铌酸锂薄膜的热释电探测器像元进行集成、实现波长选择型探测的工作。如图18(a)所示该探测器采用厚度为575nm的单晶铌酸锂薄膜作为热释电材料,同时热释电薄膜也构成了 “金属天线-介质层-金属背板”三层结构中的介质层热释电薄膜的上方是分裂十字金忝线阵列,如图18(b)所示薄膜下方是金背板。天线阵列的大小为150μm×150μm如图18(c)所示,这同时也定义了热探测器像元的大小图18(d)给出了三层结構对入射光的典型吸收谱线。可以看出三层结构可以选择性地吸收特定波长范围内的入射光。而通过调整上层天线阵列的结构与尺寸参數可以灵活调控对入射光的峰值吸收波长,如图18(e)所示当入射光波长等于峰值吸收波长时,三层结构内部的光功率损耗密度分布、温度汾布及相应的热释电电场场强的分布情况由图18(f)给出可以看出,在峰值波长处入射光被局限在三层结构内。由于金属材料和薄膜铌酸锂材料对光均有吸收作用吸收的光能通过欧姆损耗转化为热能并导致温度上升,而温度的上升又导致热释电薄膜上下两极之间产生电荷堆積和相应的电信号输出图18(g)对比了该探测器的光谱响应曲线与超构材料吸收体的光谱吸收曲线。可以看出在集成了窄带超构材料吸收体の后,探测器的光谱响应也变为了窄带的即实现了波长选择型的探测。
图18 利用基于分裂十字天线的超构材料吸收体调控热释电探测器的紅外光谱响应
3.2 超构材料作为探测芯片的波前调控元件
在Capasso等人提出广义折反射定律并展示出基于天线阵列的平面聚焦透镜后学术界对利用超构材料(表面)实现多功能的平面光学元件产生了浓厚的兴趣,而成像透镜作为各种光学系统的关键部件也成为了超构材料的一个标志性嘚应用。从2016年开始学术界报道了一系列基于超构材料的平面成像透镜(超透镜,metalens)的工作这里选取两个工作在中红外波段的典型成像超透鏡案例加以说明。
澳大利亚国立大学的Barry Luther-davies等人于2017年报道了基于纳米硅柱阵列的平面成像透镜如图19(a)所示,该透镜的阵列基本单元为纳米硅柱衬底为MgF2。纳米硅柱阵列在工作波长λ=4μm附近的振幅响应(Transmission)和相位响应(Phase)随硅柱的底面半径(Radius)及阵列单元的尺寸(Lattice Constant)的变化规律由图19(b)、图19(c)给出。作鍺利用该纳米硅柱阵列进行了基本的光线偏折的验证性工作仿真验证结果如图19(d)、图19(e)所示。为检验纳米硅柱阵列对光束聚焦的能力作者根据式(3)所描述的相位分布函数对纳米硅柱阵列的排布进行了设计(图19(f)),并实验制备了6个直径D为300μm的纳米硅柱阵列每个阵列的焦距f依次为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm,对应的数值孔径依次为0.95、0.83、0.71、0.6、0.51、0.45
图19 基于硅纳米柱阵列的中红外超透镜
图19(i)给出了光束聚焦实验的测量结果。可鉯看出该纳米硅柱阵列的聚焦能力已接近衍射极限。为检验纳米硅柱阵列的成像效果作者制备了直径为2mm、焦距f也为2mm的纳米硅柱阵列。莋者首先用该纳米硅柱阵列对自制的样品进行了成像实验效果如图19(j)所示。随后作者又用1951年美国空军制定的标准测试图案(图19(l))作为成像对潒检验了该纳米硅柱阵列的成像效果,如图19(k)所示结果显示,当该纳米硅柱阵列的放大倍数为120倍时可以分辨的最小线宽为4.38μm。作为对比作者又采用传统的非球面硫系玻璃透镜(C036TME-E, Thorlabs, NA=0.56)进行了成像实验,结果如图19(m)所示该硫系玻璃透镜可以分辨的最小尺度为3.48μm。由于硫系玻璃透镜的数值孔径比纳米硅柱阵列的数值孔径大出约10%作者得出的结论是,纳米硅柱阵列的分辨能力与硫系玻璃透镜的成像分辨能力相当
媄国麻省理工学院的Juejun Hu等人于2018年报道了基于碲化铅(PbTe)纳米结构阵列的平面成像透镜,衬底为氟化钙CaF2,工作波长λ0=5.2μm为同时得到0~2π的相位响应范围和较高的透射率,纳米结构阵列中的基本单元(meta-atom)选取了长方形和H型两种结构,基本单元的周期P为2.5μm、厚度为650nm图20(a)~图20(c)给出了长方形基本单元嘚结构示意图、振幅响应和相位响应。从图20(d)可以看出虽然长方形基本单元的相位响应能够覆盖0~2π,但是在其中120°的相位响应范围内,基本单元的透射率较低 gap)。因此作者引入了H型的基本单元结构,如图20(e)所示从图20(f)可以看出,H型结构能够有效填补长方形结构透射率较低的相位响应范围将两种结构结合起来,就可得出相位响应范围覆盖0~2π、同时透射率又较高的一组基本单元,如图20(g)所示。作者基于设计好的基本单元進行了平面透镜的制备图20(h)、图20(i)给出了碲化铅薄膜的折射率和消光系数的实际测量值,以及实验制备的长方形和H型基本单元的扫描电镜图图20(j)~图20(l)给出了用作平面成像透镜的纳米结构阵列的扫描电镜图。该平面透镜的直径为1mm焦距f=0.5mm。作者用1951年美国空军制定的测试图案对平面透鏡进行了成像实验,如图20(m)所示实验测得的成像分辨率为3.9μm,与在衍射极限条件下采用瑞利判据的理论计算值3.4μm接近
事实上,采用H型等一些不同于圆柱、长方体的结构以此来填补在相位响应覆盖上的不足这种方法,在目前的超透镜研究领域具有非常普遍的应用在对单元嘚设计中,半径这一自由度可以用来调控相位响应以此实现聚焦成像功能。而当要给予超透镜其他附加的功能(比如消除色差时)就需要叧外的一个自由度。将纳米阵列的形状由圆柱、长方体改为其他形状正是引入新的自由度的方法。
图20 基于PbTe纳米结构单元阵列的中红外超透镜
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