大电流注入（BCI）的应用与优势

BCI不仅是一个非常有用的测试方法，而且它的应用也非常简便。只要将它的电流注入感应器[它基本上就是一个简单的RF电流变换器（有时称为电流互感器）]夹钳在被测电缆上即可。在航空、军事和汽车工业中它是一个很受欢迎并常被采用的技术。在这些工业的EMC标准中（比如民用航空的DO160；DEF STAN（英国国防标准）59-41的DCS02测试的第三部分；汽中工业中采用的SAEJ1113-4和ISO11452-4：1995）。它也是EN61000-4-6中所介绍的一种用于符合性测试的替代方法。本章后面还要就它作进一步的介绍。

显然，飞机和汽车都不可能会有拖在它们后面的电网电源或数据电缆。但航空、军事和汽车工业仍然愿意使用BCI方法是因为它们能保证这些工业的整体产品在安装有新型的电子系统以后仍是能满足整体辐射抗扰度测试要求。它们既被大量用于设计和研制测试，也被大量用于最终的符合性测试。

这里所要做的只是将飞机、坦克车或汽车（不论什么车辆）暴露在RF场中，并测量因此而进入它们的接线装置中的RF电流。然后，对每个装置计算出它们各自的比例因数（scaling fac_- tor）。并据此来计算装置中的RF电流值。比如说，在一个给定频率下，该车辆需要承受30V/m的场强，那么可以使用计算出来的比例因数对相应的线束中的RF电流大小进行计算，并将计算结果（RF电流）来作为与那些线束相连接的电子单元的测试技术规范。

英国的Warwick大学的Rover高技术中心编制了一套软件。该软件系统可以用来控制对一个电子系统电缆的BCI测试，并通过对测试结果的分析来给出一个统计上很有可能通过整个车辆辐射场测试的新系统。

当然，这个技术也可以应用于其他工业领域来节省系统集成的花费和帮助提高一个项目的（EMC）符合性程度。它也可以用在一个装置中来帮助定位造成符合性测试失败的单个线束和/或也为寻找出造成符合性测试失败的、与该线束相连接的单个电子单元提供了保证。

我们将上面所描述的那一类传统的BCI测试方法图示于图4-5-2中。图中，一个RF电流感应器（一个夹钳式元器件）是用来将一个电流感应到被测电缆中，而图中的第二个夹钳式RF电流感应器是用来对电缆中的所注入的RF电流进行采样而设立的。它将所获得的采样以信号方式反馈回信号发生器或功率放大器的控制电路，以确保无论电缆的RF阻抗处在什么条件下都能注入所规定的电流。这个类型的RF电平控制系统经常被称之为调整环。

图4-5-2 传统BCI测试方法

（图中所示为手动方法，计算机替代方法）

有好几家公司（比如EMC Hire Ltd）就生产有用于BCI测试的专用BCI感应器。图4-5-3中显示了两种由Rovel高技术中心研制的、用于汽车线束的BCI探头。一个探头由一个RF功率放大器来驱动并产生注入电流，第二个探头用于调整环。

图4-5-3 带有校准环的BCI测试装置的照片

（Rover先进技术中心，Warwick大学）

当将本篇第1章中所介绍的自制电流探头用于BCI测试中时，虽然既可以用来作为电流注入钳也可以用来作为读出电流钳（监测钳），但在频率低于10MHz以下时，它们不会那么有效。一般地讲，要使它们在频率低于10MHz以下时仍具有良好的注入和读出性能的话，它们需要采用由相当大的铁氧体和/或具有良好低频性能的铁氧体材料制成。多匝钳可以避免所需要的高压驱动（意味着更为昂贵的RF放大器）。假如希望将频率范围下延到100kHz以下时，硅-铁合金、钼金属或其他类型材料制成的钳心的性能会优于铁氧磁心。

电流钳通常都会尽可能的设置在靠近电缆进入EUT的位置上。这样做的好处是在它们进入到EUT电路以前电缆的损耗不会对较高频率造成衰减。(www.xing528.com)

BCI的典型使用是将一个共模电流注入一根电缆或一个电缆束以模拟一个辐射照射RF场。但它也可以用在一根电缆或一束电缆中的单个导体上来模拟传导差模骚扰。例如，来自连接到相同导体上的其他电子单元的骚扰就是后者的情况。它在制定产品的传导RF发射技术规范时非常有用。比如说，在对一个新的、与已有测量仪器享用同一个AC或DC配电网络的开关电源制定技术规范时就非常有用。

当使用BCI来作为一个EUT的辐射场测试的替代方法对EUT外部的电缆进行测试时，为了简化起见，可以假定电缆的共模阻抗为150Ω。此时，只要将V/m除以150就可以很容易地将V/m场强转换成以安培（A）rms为单位的注入电流。因此这里的转换系数是6～7mA/（V/m）。因此，3V/m的场强可以考虑为与18～21mA rms的注入RF电流等效。

在电缆存在谐振的场合，上述的150Ω共模RF阻抗也许不成立。因为在谐振情况下，阻抗既可以变得很高也可以变得很低。采用调整环的BCI测试结果可以由于电缆的谐振的存在而愚弄了测试人员。这是因为高阻抗谐振可以引起RF功率放大器的大幅度提升以试图获得所规定的测试电流。为此恐怕要求一个非常大功率的放大器才有可能避免波形的削弱。这个情况对大多数的实际电磁环境来讲是不现实的。并且还会由此而造成严重的超值（过）测试的可能。

因此，假如RF功率放大器的输出电压上升太多，就必须降低注入电流。这就要求使用一个示波器、RF电压表或频谱分析仪来对RF功率放大器的输出进行监测。虽然往往有可能只需要使用功率放大器的输出功率指示仪表（假如功率放大器本身带有一个的话）即可。但要注意的是：有些这类指示仪表的读出只是输出电压（事实上有许多就是如此），而不是实际输出功率。

仅仅试着使输出电压不要超过规定的值的几个百分点就可能会导致测试时间的延长。因此，最好是预先设置具有较大的工程裕度，从而避免造成太大的超值（过）测试（比如说工程裕度设置为+100%），并使用具有足够大额定功率的RF功率放大器。即便在绝大多数情况下，我们并不会使用它的全部功率，但我们仍需要一个额定功率足够大的放大器，其目的是要能够获得必需的输出电压。

与上述相类似，与实际应用中的相比一个低阻抗电缆谐振能造成测试电流过低，并由此造成使用的测试值过低（欠测试）的情况（虽然在使用每V/m的场强时，6～7mA的注入电流在大多数应用中显然是已足够了，而不必过于担心是否会出现欠测试的情况）。但是在使用BCI来模拟差模传导骚扰的场合，比如说，使用同一个电网分配网络电源运行的开关电源（来代替模拟外部场的影响），噪声的源阻抗有时的确会很低，特别是频率在1MHz以下的情况。因此注入一个低阻抗谐振的电流会变得很高。这一点在制订测试计划时是所必须考虑到的。从而应选用具有足够额定功率的功率放大器和BCI感应器。

EN61000-4-6和DEF STAN 59-41 DC S02都试图通过使用一个替代方法来建立RF驱动电平，以回避传统BCI的超值（过渡）测试/测试不足（欠测试）的问题。并同时试图彻底消除调整环。

这个替代方法可以简单描述如下：首先在各个测试频率上将所希望的测试电流注入到一个短（非谐振）电缆时所需要的驱动电压记录在案（该短电缆终止于校准用50Ω终端器）；然后，只要将与每个测试频率一一对应的驱动电压简单的逐个重新播放进入要测试的实际电缆即可。根本不需要使用调整环中的第二个探头。将BCI用于符合性测试的更为详细的内容，请参阅本章后面的有关内容。

当然，所谓的置换法也意味着，在被测电缆的实际电流与在标定用短电缆中所产生的标定电流很可能会有相当大的差异。但这个测试方法在使用中出现超值（过度）测试的可能性很小，所以可以比较放心地讲，他更代表EUT/电缆在RF场中的实际暴露状况。这个方法在用于辐射场的符合性测试时更加接近于EN61000-4-3所使用的方法。因此单凭这一点就可以讲，当将BCI作为一个替代方法于辐射场测时（比如大装置的现场测试）将是有好处的。有些测试实验室早就知道，当进行与符合性相关的测试时，使用调整环方法会造成测量误差，而上述的置换法则不会。而且在EN61000-4-6中也明确地指出了这一点。因为一个产品的CE标志所代表的完全是产品制造厂商的责任（跟它们所使用的测试实验室无关），所以，测试前检查所选用的测试实验室采用的是何种测试方法永远都是一个良好的工程实践。

假如使用BCI来模拟来自共享同一个电网电源设备的差模传导骚扰时，恐怕还要根据具体的应用对上面所描述的置换方法（以及后面还要介绍的）做些修改。在有些应用中也许调整环可能会更适合一些。因为在符合性测试中没有要求进行这些测试（至今），所以也就没有标准方法可遵循。

在使用BCI方法时所出现的一个问题是它没有方向性（没有指向特性）。因此在用它进行测试时对辅助设备上运用的要求与被测试EUT本身的要求一样。在辅助设备很敏感（耐受性很差）的场合，它可以通过在BCI注入感应器的辅助设备一侧安装一个200mm或更长的夹钳式铁氧体抑制器来形成某种程度的保护（对辅助设备）。在屏蔽室内用BCI进行测试时，应将辅助设备设置在屏蔽室的外部。并通过安装在屏蔽室分隔壁上的穿壁式滤波器的连接器来完成EUT和辅助设备间的互连接。这样做也是一个保护辅助设备的好方法。但在使用的是特制的150Ω室引出型滤波器情况下除外。因为这些特殊滤波器将会明显地改变电缆的共模阻抗，并使所进行的测试及其结果根本就不具有任何代表性。

尽管在频率超过100MHz时使用传导测试方法来模拟辐射场的暴露状况会存在有许多问题，但BCI方法仍经常在频率高达400MHz的应用中使用。即便辐射测试并不适合的大型产品情况下也是这样（比如现场辐射抗扰度测试）。当电缆被RF激励时会有与它们相关的场的存在。这些场可以很容易寻找出EUT本身的薄弱位置。虽然它们基本上是以无法控制的方式出现的。为了将BCI方法用于高达400MHz的同时仍使它具有某种程度的可重复性，主要的是要保证被测电缆稳定的处在电流感应器的中心部位。假如被测电缆没有用填充发泡材料使其固定于中心部位，那么要想其他的办法或适当的中心固定装置将其固定于感应器的中心部位。装置本身的可在复原程度、以及特别是电缆的布线、钳的设置位置和与金属结构间的距离也都是影响测试可重复性的非常重要的因素。要记住，在400MHz频率上，半波长为37.5cm。在频率从它的最低逐步上升到它的最高的400MHz过程中，它的波长将从它的最长缩短到最短的75cm（所以它的半波长就为37.5cm）。与此同时，一个谐振电缆的阻抗也将从它的最小值达到它的最大值。

将大量的RF功率注入典型的BCI钳可以使它变得非常之热，甚至于导致它的损坏。DRA公司（现在是QinetiQ公司）研制了一种不使用铁氧体的BCI。它可以承受频率从10kHz～400MHz的高频率而不会过热。