摘要

屏蔽電纜的屏蔽效果對于汽車的汽車內(nèi)的電磁環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。在本文中，使用不同的方法來測量高壓屏蔽電纜的屏蔽效能。通過比較不同方法的結(jié)果，可以得到不同測試方法的特點(diǎn)。研究表明，不同方法對結(jié)果的影響主要與所關(guān)注的頻率密切相關(guān)。

01 引言

隨著電動汽車的發(fā)展，使用了大量的電氣電子器件，這使得車內(nèi)的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜。使用屏蔽電纜可以減少器件的射頻電磁發(fā)射，并且提高相關(guān)器件的電磁抗干擾能力。對于高壓器件，如動力電池，電機(jī)控制器以及車載充電機(jī)，會用到屏蔽電纜進(jìn)行連接。除此之外，隨著電動汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，越來越多的高速數(shù)字系統(tǒng)被應(yīng)用于汽車上，高速數(shù)字系統(tǒng)的傳輸線也使用屏蔽線束。

汽車屏蔽線束屏蔽效能的測試方法包括線注入法和三軸法。通常根據(jù)電纜的電氣長度來定義屏蔽效能，表面轉(zhuǎn)移阻抗反映了電短時的屏蔽效能，屏蔽衰減表示電長時的屏蔽效能。

使用線注入法時，可以將注入線附著在被測電纜表面的不同位置，如果電纜的屏蔽層均勻，則在不同位置的測試結(jié)果應(yīng)具有一致性。線注入法可以在遠(yuǎn)端和近端進(jìn)行測試，也可以使用匹配電路。除了線注入法以外，三同軸法也可以用作屏蔽效能測試。當(dāng)使用三同軸法時，可以使用匹配電路，阻尼電阻或終端匹配電阻。這些因素都可能會對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，在本文中，使用30mm2高壓屏蔽電纜來分析這些因素的影響。

02 表面轉(zhuǎn)移阻抗

A．線注入法

根據(jù)IEC62153-4-6采用線路注入方法測試。被測電纜的特性阻抗為12Ω，耦合長度Lc為0.5m，因此截止的上限頻率為



式中，εr2表示電纜的電介質(zhì)的介電常數(shù)，εr1表示注入線的電介質(zhì)的介電常數(shù)。加號和減號分別對應(yīng)于近端測試和遠(yuǎn)端測試。測試樣件的近端截止頻率約為100MHz，遠(yuǎn)端的截止頻率約為300MHz。
測試的布置圖如圖1所示，四個不同位置注入時的測試結(jié)果如圖2所示。可以看出，該電纜的屏蔽層的均勻性較好。


圖1.測試布置圖


圖2.四個位置測試結(jié)果

當(dāng)使用近端和遠(yuǎn)端進(jìn)行測試時候，得到的測試結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出來，在低頻段小于30MHz時，測試曲線基本重合，高頻段出現(xiàn)差異。在低頻時，該電路為集總元件電路，因此近端和遠(yuǎn)端方法之間沒有區(qū)別。然而，在30MHz以上時，需要考慮波傳播過程，近端和遠(yuǎn)端傳播距離不同使得注入信號衰減不同，因此造成了測試結(jié)果上的差異。


圖3.遠(yuǎn)端和近端測試結(jié)果比對

圖4.匹配電路對于結(jié)果的影響

當(dāng)使用匹配電路進(jìn)行測試時候，得到的測試結(jié)果如圖4所示，從圖中可以看出，帶有匹配電路的測試值與沒有匹配電路的測試結(jié)果相比高一些。隨著頻率的增加，差異變得越來越明顯。這是因?yàn)樵诟哳l下，需要考慮波傳播過程，在沒有匹配電路的情況下，更多的能量被反射掉，因此測得的值相對較低。

B．三同軸法

根據(jù)IEC62153-4-3：2013，屏蔽電纜也可以通過三同軸方法進(jìn)行測量。當(dāng)樣本長度為0.5m時，上限頻率約為50MHz。


圖5.測試布置圖

圖6. ABC方法對比

方法A使用匹配電路和阻尼電阻，以及終端電阻，方法B使用終端電阻，方法C中未加電阻。圖6表明，在低頻時，三個曲線重合，高頻的值有差異。在高頻下，方法C具有比方法B大的值，這是因?yàn)槿鄙俳K端電阻，在端接點(diǎn)處的能量損耗較小意味著有更多能量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口2。方法A的問題在于，使用不同的電阻會導(dǎo)致電路中出現(xiàn)諧振，因此會有更多能領(lǐng)進(jìn)入端口2。

03 屏蔽衰減

屏蔽衰減是對電長電纜來定義的，根據(jù)IEC62153-4-4：2015下限截止頻率為



式中，εr1代表電纜的電介質(zhì)的介電常數(shù)，εr2代表次級電路的介電常數(shù)。0.5m長電纜的截止頻率約為600MHz。


圖7. 屏蔽衰減

根據(jù)IEC62153-4-4：2015的三同軸方法對屏蔽衰減進(jìn)行測試。屏蔽衰減值在-70dB附近波動，并且沒有隨頻率變化的趨勢。屏蔽層的編織足夠緊密，并用鋁箔可以使得在高達(dá)3GHz的頻率下，仍然具有良好的屏蔽效果。

04 結(jié)論




從以上數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，對于0.5m樣品，不同的測試方法在低于30MHz的頻率下沒有區(qū)別，因?yàn)樵谠擃l率范圍整個測試電路為集總參數(shù)電路。盡管通常認(rèn)為在頻率高于30MHz且低于截止頻率的測試電路在電氣上仍然考慮為集總參數(shù)電路，但該研究表明波傳播的影響卻不能忽略。波傳播過程解釋了不同因素在高頻段對于測試結(jié)果的影響。