車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的電磁兼容性研究

摘要：車載無(wú)線廣播作為關(guān)鍵信息傳輸載體，其技術(shù)路徑與電磁兼容性（EMC）問(wèn)題成為研究焦點(diǎn)。針對(duì)EMC問(wèn)題，研究了車輛上不同功能開啟時(shí)對(duì)車載無(wú)線廣播的影響，揭示電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路PWM調(diào)頻信號(hào)的高次諧波和開關(guān)噪聲是無(wú)線廣播頻段的主要電磁干擾源，并提出了車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)EMC問(wèn)題的解決方案，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)代應(yīng)急通信系統(tǒng)可靠性提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：車載無(wú)線廣播；電磁兼容性（EMC）；PWM調(diào)頻信號(hào)；開關(guān)噪聲；智能網(wǎng)聯(lián)

中圖分類號(hào)：U461" " " " 收稿日期：2025-03-11" " " "DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.04.009

Electromagnetic Compatibility Analysis of Vehicle-mounted

Wireless Broadcast Receiver Systems

Chen Mengjie" Huang Huan" Liu Haiming" Wang Weimin" Zhao Yanhua

CATARC Automotive Test Center（Wuhan）Co.，Ltd.，Wuhan 430050，China

Abstract：Vehicle-mounted wireless broadcasting serves as a crucial information transmission carrier， and its technical approaches and electromagnetic compatibility （EMC） issues have become the focus of research. Regarding EMC issues， the impact of the activation of different functions in vehicles on vehicle-mounted wireless broadcasting has been studied. It is revealed that the high-order harmonics and switching noise of the Pulse Width Modulation （PWM） frequency modulation signals in the motor drive circuit are the main electromagnetic interference sources in the wireless broadcasting frequency band. Moreover， solutions to the EMC issues of the vehicle-mounted wireless broadcasting receiving system are proposed， providing technical support for the reliability of the emergency communication system in the era of intelligent connected vehicles from a scientific research perspective.

Key words：Vehicle-mounted wireless broadcasting；Electromagnetic compatibility（EMC）；Pulse width modulation（PWM）frequency modulation signal；Switching noise；Intelligent connected

1 前言

災(zāi)難事件發(fā)生且地面互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法運(yùn)行時(shí)，廣播將是向公眾提供最后一英里信息的重要手段。2023年9月14日，廣電、工信、市場(chǎng)總局聯(lián)合發(fā)文，部署推動(dòng)無(wú)線廣播接收系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域安裝；其中提到：a.車載無(wú)線廣播接收終端是突發(fā)應(yīng)急狀態(tài)下確保民眾迅速有效接收權(quán)威應(yīng)急信息的重要基礎(chǔ)設(shè)施；b.車載無(wú)線廣播接收終端是傳遞中央聲音、保障國(guó)家政令暢通和意識(shí)形態(tài)安全的重要傳輸方式。因此，探討車載無(wú)線廣播在安裝過(guò)程中遇到的天線技術(shù)難題，以及安裝后整車收音機(jī)與整車及其車內(nèi)外零部件的電磁兼容性（EMC）問(wèn)題十分必要。

2 車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的技術(shù)路徑

車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)主要有四種技術(shù)路徑：調(diào)頻（FM）、調(diào)幅（AM）、數(shù)字音頻廣播（DAB）和網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)。

調(diào)幅技術(shù)通過(guò)改變高頻載波的振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。在車載設(shè)備中，天線捕捉到調(diào)制后的無(wú)線電波，經(jīng)過(guò)調(diào)諧電路篩選出特定頻率的信號(hào)，再通過(guò)檢波等步驟提取出音頻信號(hào)，最后通過(guò)放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

AM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是傳播距離較遠(yuǎn)，覆蓋范圍廣，但其抗干擾能力較弱，容易受到車內(nèi)電子設(shè)備和外界電磁環(huán)境的干擾，導(dǎo)致音質(zhì)下降，出現(xiàn)雜音或嘯叫等問(wèn)題，且音頻帶寬較窄，音質(zhì)相對(duì)較差[1]。

FM技術(shù)則是通過(guò)改變高頻載波的頻率來(lái)傳輸信號(hào)。由于干擾主要影響信號(hào)的幅度，通過(guò)限幅電路可以有效地去除干擾，因此FM信號(hào)較為穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。此外，F(xiàn)M廣播的音頻帶寬較寬，約為15 kHz，能夠傳輸高質(zhì)量的音樂(lè)節(jié)目。然而，F(xiàn)M的波長(zhǎng)較短，傳播距離有限，容易受到障礙物的影響[2]。

DAB采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制后發(fā)送。發(fā)送端可以通過(guò)信道編碼加入糾錯(cuò)碼，增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能力，從而提供更好的音質(zhì)。此外，數(shù)字信號(hào)處理還能提供節(jié)目信息、交通信息等附加數(shù)據(jù)服務(wù)。不過(guò)，目前中國(guó)僅在少數(shù)試點(diǎn)城市建設(shè)了數(shù)字廣播信號(hào)塔，覆蓋范圍有限[3]。

網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)主要依賴于2/3/4/5G蜂窩基站進(jìn)行廣播。用戶通過(guò)廣播APP選擇節(jié)目或音頻內(nèi)容時(shí)，應(yīng)用會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如HTTP）向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器將音頻數(shù)據(jù)以數(shù)字流的形式發(fā)送給車載設(shè)備。這種技術(shù)內(nèi)容豐富多樣，互動(dòng)性強(qiáng)，功能強(qiáng)大，且在全國(guó)范圍內(nèi)覆蓋廣泛，除了一些極端區(qū)域如沙漠等。然而，一旦基站受到攻擊，備用基站的接入能力有限，難以迅速恢復(fù)全國(guó)范圍的信號(hào)接收。圖1給出了電磁波對(duì)車載接收系統(tǒng)的電磁干擾示意圖。

3 車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的現(xiàn)狀

全球范圍內(nèi)，車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的技術(shù)要求因地區(qū)而異。歐盟規(guī)定車輛必須配備數(shù)字音頻廣播（DAB），但對(duì)AM/FM廣播并無(wú)強(qiáng)制要求，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為ETSI EN 303 340，頻率規(guī)劃涵蓋Band III和L-band[4]；美國(guó)則規(guī)定，若車輛裝有車載收音機(jī)，則必須同時(shí)安裝緊急警報(bào)系統(tǒng)（EAS），電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)為SAE J1455，頻率范圍為88～108 MHz[5]；日本目前對(duì)車載收音機(jī)沒(méi)有強(qiáng)制性規(guī)定。在中東地區(qū)，阿聯(lián)酋和沙特阿拉伯逐步實(shí)施了DAB的強(qiáng)制安裝要求，但對(duì)AM/FM廣播同樣未作強(qiáng)制規(guī)定。

我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 28046.2（適用于中短波和FM廣播）以及YD/T 3402—2023，但目前尚未強(qiáng)制要求安裝DAB接收終端[6]。從現(xiàn)狀來(lái)看，車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展仍面臨一定的不確定性，這主要源于技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的難點(diǎn)。其核心技術(shù)涵蓋調(diào)頻接收、數(shù)字信號(hào)處理以及天線設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。調(diào)頻接收技術(shù)的關(guān)鍵在于接收靈敏度、選擇性以及自動(dòng)增益控制；數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)則通過(guò)數(shù)字處理器對(duì)廣播信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，以提升信號(hào)質(zhì)量；而天線的類型與安裝位置對(duì)信號(hào)接收性能有著顯著影響。

此外，車載廣播系統(tǒng)還需應(yīng)對(duì)多徑干擾（如移動(dòng)效應(yīng)、陰影效應(yīng)和延遲效應(yīng)）以及多普勒效應(yīng)（如頻率偏移、信號(hào)失真和疊加效應(yīng)）等挑戰(zhàn)，同時(shí)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾（即EMC問(wèn)題）也十分突出。

4 車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的EMC問(wèn)題

傳導(dǎo)干擾是指外部干擾通過(guò)電源線或信號(hào)線等路徑侵入收音機(jī)電路，分為差模傳導(dǎo)和共模傳導(dǎo)兩種類型。研究表明，差模噪聲主要源于電路內(nèi)部的開關(guān)動(dòng)作（如DC-DC轉(zhuǎn)換器），而共模噪聲則多由接觸電位差或電容耦合引發(fā)[7-8]。現(xiàn)代車輛中廣泛使用的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，其開關(guān)頻率通常在2.2～2.4 MHz之間，其二次諧波（4.4～4.8 MHz）與AM波段（520～1710 kHz）的三次諧波存在重疊，可能導(dǎo)致信號(hào)干擾[9]；此外，新能源汽車中的電機(jī)系統(tǒng)（如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、雨刮器、剎車踏板等）產(chǎn)生的電磁頻率與AM頻段相同，進(jìn)一步加重了干擾問(wèn)題[10]。有研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈在點(diǎn)火瞬間會(huì)產(chǎn)生高壓脈沖（峰值可達(dá)30 kV），其高頻諧波（1～100 MHz）通過(guò)電源線耦合至收音機(jī)電路，從而繞過(guò)電源濾波器的低頻抑制范圍[11]。

輻射干擾主要來(lái)源于電力電子器件的電磁輻射以及結(jié)構(gòu)諧振效應(yīng)。S Marksell提到，汽車中的點(diǎn)火系統(tǒng)和其他電子設(shè)備（如ECU）會(huì)發(fā)射電磁噪聲，包括線束、高頻開關(guān)電路和微處理器電路等，這些噪聲可能通過(guò)輻射或傳導(dǎo)方式影響收音機(jī)的信號(hào)接收[12]；文獻(xiàn)[13]通過(guò)三維全波電磁仿真（FDTD）和近場(chǎng)掃描技術(shù)，分析了SiC MOSFET在開關(guān)過(guò)程中的輻射特性。當(dāng)開關(guān)峰值電流超過(guò)10 A時(shí)，輻射強(qiáng)度在2.4～3 GHz頻段達(dá)到-20 dBm以上，且主要通過(guò)封裝寄生電感（如源漏極間雜散電感）耦合到外部環(huán)境。

以下是根據(jù)GB/T 18655—2018《車輛用于保、護(hù)船車和車載內(nèi)接燃收機(jī)的無(wú)限線值電和騷測(cè)擾量特性方法》的測(cè)試數(shù)據(jù)，限值參考GB/T 18655—2018表4：騷擾限值示例-整車法，F(xiàn)M頻段。其試驗(yàn)布置參考GB/T 18655—2018附錄D[5]。圖2是FM頻段的樣車底噪和只有高壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

高壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在FM頻段（76～108 MHz）的輻射噪聲水平明顯高于樣車的底噪聲，這可能是來(lái)源于電機(jī)控制器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、高壓線纜等在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻開關(guān)噪聲（PWM信號(hào)），這些噪聲通過(guò)輻射路徑傳播，被天線接收，導(dǎo)致FM頻段的輻射噪聲增加[14]。

在高壓系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，分別開啟危險(xiǎn)報(bào)警器、前排閱讀燈和剎車燈的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。危險(xiǎn)報(bào)警器開啟時(shí)，電磁干擾（EMI）在90～108 MHz范圍內(nèi)顯著增強(qiáng)，這可能是由于其高頻閃爍信號(hào)（如LED或繼電器開關(guān)）在FM頻段內(nèi)產(chǎn)生諧波干擾。前排閱讀燈開啟時(shí)，在76～108 MHz頻段內(nèi)干擾水平較低，但在88～95 MHz范圍內(nèi)存在輕微干擾，這可能源于LED驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)噪聲。剎車燈開啟時(shí)，電磁干擾在95 MHz附近顯著增加，這與其高亮度LED或鹵素?zé)舻男盘?hào)強(qiáng)度較高有關(guān)。

圖4展示了高壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，前雨刮、門鎖和喇叭操作對(duì)電磁干擾的影響。前雨刮電機(jī)作為高功率設(shè)備，其電刷火花或換向噪聲可能產(chǎn)生低頻干擾。門鎖系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路或繼電器開關(guān)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，而喇叭的驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)噪聲則可能在76～108 MHz頻段內(nèi)引發(fā)干擾。

在樣車高壓系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，其主副駕座椅電機(jī)開啟狀態(tài)下的測(cè)試情況如圖5所示。

圖5a中藍(lán)色曲線是主駕電機(jī)水平方向運(yùn)動(dòng)，可見其信號(hào)呈現(xiàn)周期性脈沖特征，可能是電機(jī)在開環(huán)切換（如啟動(dòng)、停止或方向切換）的瞬間，電流變化率（di/dt）最大，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電路中的MOSFET或IGBT開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生高頻瞬態(tài)噪聲，也可能是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)頻率（通常為幾十赫茲）的諧波分量。灰色曲線是主駕電機(jī)垂直方向運(yùn)動(dòng)，通常負(fù)載較大，驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)元件（如MOSFET）在高電流下工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生寬帶噪聲。紅色曲線為主駕靠背電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通常負(fù)載較小，但其驅(qū)動(dòng)電路中的PWM調(diào)頻信號(hào)（如10～20 kHz）可能產(chǎn)生高次諧波（如第5～10次諧波）。

圖5b中藍(lán)色曲線和灰色曲線為副駕電機(jī)水平方向和靠背運(yùn)動(dòng)，其噪聲源可參考主駕座椅電機(jī)。紅色曲線是樣車后備箱開閉時(shí)的EMC測(cè)試結(jié)果，在FM頻段其電平信號(hào)明顯劇增，呈現(xiàn)窄帶脈沖特征。后備箱的開啟和關(guān)閉通常由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的MOSFET或IGBT開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生高頻瞬態(tài)噪聲，類似于座椅電機(jī)[15]。

除了FM頻段會(huì)受到車內(nèi)不同電子元器件工作時(shí)的電磁干擾外，DAB頻段也有類似的現(xiàn)象。圖6是DAB（171.00 MHz～1.49 GHz）頻段的樣車底噪和只有高壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)候的EMC數(shù)據(jù)，圖中可以明顯看到高壓系統(tǒng)在該頻段也會(huì)產(chǎn)生和FM頻段類似的明顯噪聲。下面將通過(guò)分別單獨(dú)開啟不同的功能來(lái)進(jìn)一步探究其在DAB頻段更大的干擾源及其內(nèi)部干擾機(jī)理（圖7、圖8）。

圖7和圖8分別是主駕座椅電機(jī)運(yùn)行、前雨刮開到最大擋、副駕座椅電機(jī)運(yùn)行、電動(dòng)遮陽(yáng)簾開啟、后備箱開閉、喇叭開啟、前除霜開啟和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，其DAB頻段的EMC測(cè)試結(jié)果。可以看到在171～245 MHz之間有明顯的尖峰，有的甚至超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，主駕座椅電機(jī)（圖7a～圖7c）、前雨刮（圖7d）、副駕座椅電機(jī)（圖7e～圖7f）、電動(dòng)遮陽(yáng)簾（圖8a）和后備箱開閉（圖8b）的工作原理都是通過(guò)控制模塊調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度或啟停，其電磁干擾主要來(lái)源于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)噪聲和PWM調(diào)頻信號(hào)的高次諧波[16]（圖8c）。喇叭通過(guò)電磁線圈驅(qū)動(dòng)振膜振動(dòng)，產(chǎn)生聲音，驅(qū)動(dòng)電路通常使用PWM信號(hào)控制音量，其電磁干擾也和PWM信號(hào)的高次諧波有關(guān)（圖8d）；前除霜系統(tǒng)通過(guò)加熱元件（如電阻絲）加熱擋風(fēng)玻璃，去除霜霧，控制模塊調(diào)節(jié)加熱元件的電流，其加熱元件的開關(guān)噪聲可能產(chǎn)生高頻瞬態(tài)噪聲（圖8e）；電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)輔助方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，控制模塊根據(jù)方向盤扭矩調(diào)節(jié)電機(jī)輸出，其電流的快速變化容易產(chǎn)生瞬態(tài)脈沖噪聲（圖8f）。

5 車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的EMC優(yōu)化措施

為了解決車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)和車載電子設(shè)備間的相互干擾，可采取以下優(yōu)化措施。在車載收音機(jī)電路板上覆蓋銅箔屏蔽層，構(gòu)建閉合的電磁屏障，減少外部輻射干擾[17]。利用濾波技術(shù)的EMC優(yōu)化措施如下：在電源線和信號(hào)線上增加共模電感和濾波電容，抑制高頻噪聲[18]；通過(guò)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[19];增加RC吸收電路或TVS二極管，抑制開關(guān)瞬態(tài)噪聲[20]；優(yōu)化PWM調(diào)頻信號(hào)的頻率和占空比，減少高次諧波的產(chǎn)生。

6 結(jié)語(yǔ)

車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)作為國(guó)家應(yīng)急信息傳輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，其技術(shù)路徑和EMC問(wèn)題亟待解決。本文通過(guò)分析AM、FM、DAB和網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，探討了車載廣播系統(tǒng)在傳導(dǎo)干擾和輻射干擾方面的主要問(wèn)題，并提出了優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、加強(qiáng)濾波與屏蔽措施以及改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的解決方案。研究表明，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)噪聲和PWM調(diào)頻信號(hào)的高次諧波是干擾的主要來(lái)源，尤其是在FM和DAB頻段內(nèi)，干擾水平顯著高于樣車底噪。未來(lái)，需進(jìn)一步研究高效抗干擾技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)制定，以提升車載無(wú)線廣播接收系統(tǒng)的性能與可靠性，確保其在應(yīng)急狀態(tài)下的信息傳輸能力。

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作者簡(jiǎn)介：

陳夢(mèng)杰，女，1998年生，助理工程師，研究方向?yàn)槠嚰傲悴考碾姶偶嫒菪詼y(cè)試。