GSM手机对音响设备构成电磁干扰机理的探析一引言在日常要点

1、GSM手机对音响设备组成电磁搅乱机理的探析一、序言在平常要点GSM手机对音响设备组成电磁搅乱机理的探析一、序言在平常要点6/6GSM手机对音响设备组成电磁搅乱机理的探析一、序言在平常要点GSM手机对音响设备组成电磁搅乱机理的探析一、序言在平常工作、生活中，人们在使用GSM搬动电话时，经常会碰到以下诸多现象：GSM手机处于呼叫接续或振铃待接状态时，正在使用的电脑音箱经常会发生“嘟嘟”的噪声，正在接听的有线电话话筒内也经常会传来“嘟嘟”的噪声，家用组合音箱也经常会传出此类噪声，正在开会的会议室内音箱由于主持人的搬动电话离话筒很近也经常会发出同样的声响。GSM手机在通话过程中，上述现象也会经常发生。

2、为什么会产生这类现象，如何讲解？本文将经过说明电磁兼容的基本看法和相关原理来讲解这类现象。二、电磁搅乱机理的实验1、电路模型图(1)是一个音频放大电路工作原理图，该电路本源于一个车用GSM报警装置，其应用是将GSM手机上的听筒去掉，将其中的一端取出接至该放大电路A端，另一端与手机板的地线相连，以提高话音的输出强度。在实质应用中手机板和音频放大电路板固定连接，手机天线内置，使用中产生了上述噪声现象。同样，有一些GSM无线公话类产品使用中也有噪声现象产生。各样音响设备所采用的音频放大电路基本近似。2、实验过程将图(1)的电路模型板加电工作，A端不接任何信号输入，在模型板周边操作一部GSM手机呼叫接

3、续，今后通话，在整个过程中均可听到喇叭发出“嘟嘟”的电磁搅乱噪声，搬动GSM手机离模型板越近噪声越强，越远噪声则减弱，直至没有；搬动GSM手机在不同样样的空间方向上及距模型板的远近不同样样时，产生的噪声强度也显然不同样样。若将该电路模型板放入横电磁室(TEM)内，从横电磁室的察看孔中引出D端连线及地线，将D端连线和地线外接喇叭。加电工作后，在接喇叭的引线近端及远端操作手机工作，实验中均可听到搅乱噪声。上述实验结果表示：电磁搅乱的感觉路子有二种方式，一是经过模型板内放大器输入端环路感觉进去的，当感觉的射频信号电平高出了放大器的敏感度门限时，经放大器的放大概使输出端产生较强搅乱电平，从而产生了搅乱

4、现象；二是感觉的射频信号电平直接作用在外接喇叭的连线上以致了搅乱噪声的产生。3、测量搅乱信号波形特色在实验过程中，将数字示波器的输入探头接至放大器的输出C端，在手机连线过程中，我们捕获到C端的输出搅乱信号波形见图(2)、图(3)、图(4)。（图2）（图3）图(2)是某一时段搅乱信号波形直观图。图(3)是某一时段拥有间歇奏效的搅乱信号波形直观图。图(4)是对搅乱信号波形测量后的直观图。三、原理介绍及实验结果剖析依照上面实验过程的描述及测量获得的搅乱信号波形特色，我们将经过说明EMC、GSM的看法和原理来渐渐剖析该类电磁搅乱产生的机理。1、电磁兼容的基本看法电磁兼容学科研究的主要内容是围绕组成搅乱

5、的三要素进行的，即电磁骚扰源、传输路子和敏感设备。电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声，无用信号或流传媒介自己的变化。一般意义上的“适用的电磁信号或电磁能量”在电磁兼容领域也有可能被认为是电磁骚扰源。电磁搅乱是指由电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。比较电磁骚扰的定义，可知电磁搅乱与电磁骚扰在看法上的差异，若是电磁骚扰电平较低，存在电磁骚扰不用然形成电磁搅乱。明确看法后，我们可以确定本文开头提出的现象是GSM手机在呼叫接续或振铃待接以及通话过程等状态中发出的900MHz/1800MHz左右的电磁能量（电磁

6、骚扰源）所致。之因此经常产生噪声现象，只可是是当时产生的电磁骚扰电平较高形成了电磁搅乱。电磁骚扰的传输路子有二条，经过空间辐射和经过导线传导，即辐射发射和传导发射。辐射发射主要研究是在远场条件下的骚扰以电磁波的形式发射的规律以及在近场条件下的电磁耦合。本文所提出的问题显然是空间辐射所致。敏感设备就是各样音响设备。2、GSM手机工作原理GSM手机设计是采用时分复用（TDMA）的工作方式，每个频点（信道）占用200kHz带宽，分八个时隙，八个用户共享一个频点，手机只在分配给它的时间内发射信号，今后必定及时关闭，省得影响相邻时隙的用户，一个时隙作用时间约为577s，8个时隙合成一帧，每帧的时间约为4

7、.615ms。由这两个数字我们得知手机正常工作时是经过发射脉宽577s射频脉冲且周期为4.615ms(频率为216.7Hz)向基站传达话音信息。需要说明的是这里提到的发射规则只适用于有话音信息存在的条件下，原因是在GSM系统中还采用了话音激活技术，它的基本源则是只在有话音时才打开发射机，无信息传输时则关闭发射机，而在接续或通话缝隙过程中GSM手机只发射间隔不等的信令信息和基站沟通。GSM手机设计上另一特色是输出功率的控制，当手机在小区内搬动时，它的发射功率需要不断调整，当它离基站较近时，需要降低发射功率，当它离基站较远时，就应该增加功率。输出功率分成数个等级，都有严格的定义，我们现在所使用的G

8、SM手机工作在900MHz频段时最大输出功率为2W，工作在1800MHz频段时最大输出功率为1W。控制手机的功率输出等级是由基站发来的功率控制信号来调整的，当手机与基站接续之初，它是采用最大输出功率发射射频脉冲，而一旦接收到基站发来的功率控制信号后，就转入相适应的功率控制等级，并且在通话过程中，随着环境的变化，依基站的要求随时调整功率控制等级。经过对GSM手机发射功率控制方式剖析，我们不难理解为什么在手机接续过程中，即呼叫联线或振铃待接状态时，音响设备碰到电磁搅乱的概率很高，是由于此时手机发出的射频脉冲是按最大功率发出的，简单形成电磁搅乱。同时也印证了人们平常听到的“手机在通话刚一开始时所辐射

9、的电磁功率是最大的”这一说法。3、搅乱信号的感觉方式电磁感觉原理见告我们：周围空间的骚扰电场和磁场会在闭合环路中产生电磁感觉电压，环面积越大感觉电压越大，感觉电压随磁通密度矢量或电场作用方向与环平面法线的角度不同样样而变化，同时频率越高，产生的感觉电平也越大，即高频信号更简单对环路产生搅乱。对图(1)的放大电路模板所做的一个实验表示，搅乱感觉电平是由B端、放大器输入端及地组成的环路受外界场的作用下产生的。若该放大电路在实质使用中由A端施加音频输入信号，则由A端和放大器输入端及地组成的环路面积会加大，由此产生的搅乱感觉电平也会更高。实验中描述了手机距模型板的远近表现了外界场强弱不同样样的作用奏效

10、。实验中还描述了手机距模型板的不同样样空间方向上产生的噪声强度显然不同样样的现象，也说了然感觉电压随磁通密度矢量或电场作用方向与环平面法线的角度不同样样而变化。另一个实验表示，搅乱感觉电平是外面连线环路受外界场的作用下产生的。4、搅乱信号的时域剖析在实验过程中我们已经采样到了实质搅乱信号波形，图(4)即为实质搅乱信号测量后的直观图。从图(4)中我们得知：电磁搅乱信号的脉宽为553s，周期为4.629ms，频率为216.05Hz。而我们在上面介绍GSM手机工作方式时提到：GSM手机正常工作时是经过发射脉宽577s射频脉冲，周期为4.615ms，频率为216.7Hz向基站传达信息。相互比较可看出这

11、三组数据基实情符合，因此可知：在音响设备上产生的搅乱信号主要特色正是GSM手机采用时分复用的发射机理所以致的。而图(3)显示的拥有间歇奏效的某一时段搅乱信号波形也是GSM手机在接续或通话缝隙过程中只发射间隔不等的信令信息和基站沟通的表现方式。5、搅乱信号的频域剖析图(2)显示的某一时段搅乱信号我们可认为是一个非正弦周期信号，依照信号剖析原理，我们知道，一个非正弦周期信号，可利用付里叶级数把它分解为好多不同样样频率的重量，每一正弦重量以它的振幅和相位来表征，各个正弦重量可以将其振幅和相位分别按频率高低依次排列成频谱，经过频谱就能认识信号的频率特色。其数学表达式为：式中：为直流项，是基波的角频率，

12、为n次谐波的角频率，为n次谐波的振幅，为n次谐波的初相角。本例中，我们不用经过数学运算，可是依照这一原理，运用数字示波器中的快速付立叶变换（FFT）数学运算功能进行时域至频域的变换。（图5）图(5)即为对图(1)所表现的搅乱信号时域波形运用FFT功能变换获得的信号频谱分布的直观图。图(5)中反响的搅乱信号波形中所包含的基波及各次谐波成份列表以下：基波2次3次4次5次6次7次214.8Hz429.6Hz644.4Hz1.29kHz1.50kHz因此可知，搅乱信号中多次谐波重量落在人耳可以敏感分辨的300Hz3400Hz范围内，人们即可听到由这些谐波重量合成产生“嘟嘟”的噪声了。对图(3)所示的搅

13、乱脉冲波形串及其他出现的本文没有显现的瞬态搅乱脉冲，我们可以套用脉冲串序列或脉冲波形来确定其频谱成份，即可得出其所含的谐波成份特别丰富，有一部分谐波重量落在300Hz3400Hz范围内。经过对搅乱信号的时域和频域剖析，我们对听到的“嘟嘟”搅乱噪声能有更加清楚的认识，人们实质上听到的是时快时慢不同样样音调的搅乱噪声！四、对付措施理解了搅乱信号的感觉方式，我们就可以依照详尽的实质情况采用不同样样的措施控制产生的这类电磁搅乱现象。1）搬动“电磁骚扰源”的地址在某些项目的应用中，可经过搬动电磁骚扰源的地址来除掉产生的电磁搅乱噪声。本文前面提到的车用GSM报警装置由于手机板采用了内置天线方式，使用时产生

14、了搅乱噪声，将天线移至装置之外，再拉开必定的距离，即除掉了电磁搅乱噪声。2）障蔽障蔽用于切断空间的辐射通路。若是目的是防范敏感设备受外“场”的搅乱，则应该障蔽敏感设备。对于电场、磁场、电磁场等不同样样的辐射场，由于障蔽机理不同样样采用的方法也不尽同样。本文所提的外面场均属于高频电场和高频磁场，采用电阻率小的良导体资料障蔽即可。以车用GSM报警装置为例，我们可是将内置手机天线移至装置外壳上，而在该装置的塑料壳内层涂上一层障蔽涂料就解决了问题。在某些相似的场合下，确定了音频放大器及其输入电路后，在其周围采用障蔽措施是即简单又适用的好选择。自然，若是外接喇叭或音箱要采用障蔽线。3）更正音频放大电路的

15、设计图(1)的放大电路是采用信号单端对地的传输方式，这是个不平衡电路，若在实质应用中将放大器电路设计成平衡信号接入方式，音频信号也改成双线平衡传输方式进入放大器的输入端，则外面骚扰源对每根信号线对地环路产生的共模搅乱电平几乎相等，在放大器输入端由信号线两端产生的共模电压变换成的差模电压相互抵消，形成不了搅乱电压。采用平衡信号传输方式一方面增加了电路的复杂程度，另一方面要保证这两根连线的布线方式及在印制板上的走线要合理，不然的话，当这两根线对地组成的各自环路面积相差很大时，在放大器的输入端也简单产生较高的差模电压。设计中还要考虑搅乱电压已在平衡信号接入的前级串进去的可能性。这类设计方式在某些应用中拥有必定的意义。GSM手机就是采用平衡信号线连接听筒。五、小结至此，形成整个电磁搅乱的物理过程可概括地表达为：在某一特准时段，由手机发出的900MHz/1800MHz较强的电磁能量作用在音频放大器的输入环路上或外接音箱（喇叭）的无障蔽连线环路上，从而产生了间歇的或周期的搅乱信号，这些搅乱信号中含有丰富的谐波重量，其中的一部分谐波重量落在300Hz3400Hz范围内，人们便听到从喇叭中