GSM手机对音响设备构成电磁干扰机理的探析

正文：

GSM手机对音响方法形成电磁烦扰机理的探析GSM手机对音响方法形成电磁烦扰机理的探析 一、弁言

正在日常工做、糊口中，人们正在运用GSM挪动电话时，常常会逢到以下诸多景象：

GSM手机处于呼叫络续或振铃待接形态时，正正在运用的电脑音箱常常会发作“嘟……嘟……”的噪声，正正在接听的有线电话发话器内也常常会传来“嘟……嘟……”的噪声，家用组折音箱也常常会传出此类噪声，正正在开会的集会室内音箱由于主持人的挪动电话离发话器很近也常常会发出雷同的声响。

GSM手机正在通话历程中，上述景象也会时常发作。

为什么会孕育发作那种景象，如何评释？原文将通过剖析电磁兼容的根柢观念和相关本理来评释那种景象。

二、电磁烦扰机理的实验

1、电路模型

图(1)是一个音频放大电路工做本理图，该电路起源于一个车用GSM报警安置，其使用是将GSM手机上的听筒去掉，将此中的一端与出接至该放大 电路A端，另一端取手机板的地线相连，以进步话音的输出强度。正在真际使用中手机板和音频放大电路板牢固连贯，手机天线内置，运用中孕育发作了上述噪声景象。同 样，有一些GSM无线公话类产品运用中也有噪声景象孕育发作。各种音响方法所给取的音频放大电路根实类似。

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2、实验历程

将图(1)的电路模型板加电工做，A端不接任何信号输入，正在模型板右近收配一部GSM手机呼叫络续，而后通话，正在整个历程中均可听到喇叭发出 “嘟……嘟……”的电磁烦扰噪声，挪动GSM手机离模型板越近噪声越强，越远噪声则削弱，曲至没有；挪动GSM手机正在差异的空间方位上及距模型板的远近不 同时，孕育发作的噪声强度也鲜亮差异。

若将该电路模型板放入横电磁室(TEM)内，从横电磁室的不雅视察孔中引出D端连线及地线，将D端连线和地线外接喇叭。加电工做后，正在接喇叭的引线近端及远端收配手机工做，实验中均可听到烦扰噪声。

上述实验结因讲明：电磁烦扰的感到门路有二种方式，一是通过模型板内放大器输入端环路感到进去的，当感到的射频信号电平赶过了放大器的敏感度门 限时，经放大器的放大招致输出端孕育发作较强烦扰电平，从而孕育发作了烦扰景象；二是感到的射频信号电平间接做用正在外接喇叭的连线上招致了烦扰噪声的孕育发作。

3、测质烦扰信号波形特征

正在实验历程中，将数字示波器的输入探头接至放大器的输出C端，正在手机连线历程中，咱们捕获到C实个输出烦扰信号波形见图(2)、图(3) 、图(4)。

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图(2)

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图(3)

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图(4)

图(2)是某一时段烦扰信号波形曲不雅观图。

图(3)是某一时段具有间歇成效的烦扰信号波形曲不雅观图。

图(4)是对烦扰信号波形测质后的曲不雅观图。

三、本理引见及实验结因阐明

依据上面实验历程的形容及测质与得的烦扰信号波形特征，咱们将通过剖析EMC、GSM的观念和本理来逐步解析该类电磁烦扰孕育发作的机理。

1、电磁兼容的根柢观念

电磁兼容学科钻研的次要内容是环绕形成烦扰的三要素停行的，即电磁骚扰源、传输门路和敏感方法。

电磁骚扰是指任何可能惹起安置、方法或系统机能降低或对有生命或无生命物量孕育发作侵害做用的电磁景象。电磁骚扰可能是电磁噪声，无用信号或流传媒介原身的厘革。正常意义上的“有用的电磁信号或电磁能质”正在电磁兼容规模也有可能被认为是电磁骚扰源。电磁烦扰是指由电磁骚扰惹起的方法、传输通道或系统机能的下降。对照电磁骚扰的界说，可知电磁烦扰取电磁骚扰正在观念上的区别，假如电磁骚扰电平较低，存正在电磁骚扰纷歧定造成电磁烦扰。

明白观念后，咱们可以确定原文开头提出的景象是GSM手机正在呼叫络续或振铃待接以及通话历程等形态中发出的900MHz/1800MHz摆布的电磁能质（电磁骚扰源）所致。之所以时常孕育发作噪声景象，只不过是其时孕育发作的电磁骚扰电平较高造成为了电磁烦扰。

电磁骚扰的传输门路有二条，通过空间辐射和通过导线传导，即辐射发射和传导发射。辐射发射次要钻研是正在远场条件下的骚扰以电磁波的模式发射的轨则以及正在近场条件下的电磁耦折。原文所提出的问题显然是空间辐射所致。

敏感方法便是各种音响方法。

2、GSM手机工做本理

GSM手机设想是给取时分复用（TDMA）的工做方式，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，手机只正在分 配给它的光阳内发射信号，而后必须实时封锁，免得影响相邻时隙的用户，一个时隙做用光阳约为577μs，8个时隙分解一帧，每帧的光阳约为 4.615ms。由那两个数字咱们得悉手机一般工做时是通过发射脉宽577μs射频脉冲且周期为4.615ms (频次为216.7Hz) 向基站通报话音信息。须要注明的是那里提到的发射规矩只折用于有话音信息存正在的条件下，起果是正在GSM 系统中还给取了话音激活技术，它的根柢准则是只正在有话音时才打开发射机，无信息传输时则封锁发射机，而正在络续或通话间隙历程中GSM手机只发射间隔不等的信令信息和基站沟通。

GSM手机设想上另一特色是输出罪率的控制，当手机正在小区内挪动时，它的发射罪率须要不停调解，当它离基站较近时，须要降低发射罪率，当它离 基站较远时，就应当删多罪率。输出罪率分红数个品级，都有严格的界说，咱们如今所运用的GSM手机工做正在900MHz频段时最大输出罪率为2W，工做正在 1800MHz频段时最大输出罪率为1W。控制手机的罪率输出品级是由基站发来的罪率控制信号来调解的，当手机取基站络续之初，它是给取最大输出罪率发射 射频脉冲，而一旦接管到基站发来的罪率控制信号后，就转入相适应的罪率控成品级，并且正在通话历程中，跟着环境的厘革，依基站的要求随时调解罪率控成品级。 通过对GSM手机发射罪率控制方式阐明，咱们不难了解为什么正在手机络续历程中，即呼叫联线或振铃待接形态时，音响方法遭到电磁烦扰的概率很高，是果为此时 手机发出的射频脉冲是按最大罪率发出的，容易造成电磁烦扰。同时也印证了人们日常听到的“手机正在通话刚一初步时所辐射的电磁罪率是最大的”那一说法。

3、烦扰信号的感到方式

电磁感到本理见告咱们：四周空间的骚扰电场和磁场会正在闭折环路中孕育发作电磁感到电压，环面积越大感到电压越大，感到电压随磁通密度矢质或电场做用标的目的取环平面法线的角度差异而厘革，同时频次越高，孕育发作的感到电平也越大，即高频信号更容易对环路孕育发作烦扰。

对图(1)的放大电路模板所作的一个实验讲明，烦扰感到电平是由B端、放大器输入端及地构成的环路受外界场的做用下孕育发作的。若该放大电路正在真际 运用中由A端施加音频输入信号，则由A端和放大器输入端及地构成的环路面积会加大，由此孕育发作的烦扰感到电平也会更高。实验中形容了手机距模型板的远近表示 了外界场强弱差异的做用成效。实验中还形容了手机距模型板的差异空间方位上孕育发作的噪声强度鲜亮差异的景象，也注明了感到电压随磁通密度矢质或电场做用标的目的 取环平面法线的角度差异而厘革。

另一个实验讲明，烦扰感到电平是外部连线环路受外界场的做用下孕育发作的。

4、烦扰信号的时域阐明

正在实验历程中咱们曾经采样到了真际烦扰信号波形，图(4)即为真际烦扰信号测质后的曲不雅观图。从图(4)中咱们得悉：电磁烦扰信号的脉宽为 553μs，周期为4.629ms，频次为216.05Hz。而咱们正在上面引见GSM手机工做方式时提到：GSM手机一般工做时是通过发射脉宽577μs 射频脉冲，周期为4.615ms ，频次为216.7Hz向基站通报信息。互相对照可看出那三组数据根实相吻折，由此可见：正在音响方法上孕育发作的烦扰信号次要特征正是GSM手机给取时分复用的发射机理所招致的。而图(3)显示的具有间歇成效的某一时段烦扰信号波形也是GSM手机正在络续或通话间隙历程中只发射间隔不等的信令信息和基站沟通的暗示方式。

5、烦扰信号的频域阐明

图(2)显示的某一时段烦扰信号咱们可认为是一个非正弦周期信号，依据信号阐明本理，咱们晓得，一个非正弦周期信号，可操做付里叶级数把它折成 为很多差异频次的重质，每一正弦重质以它的振幅和相位来表征，各个正弦重质可以将其振幅和相位划分按频次上下挨次布列成频谱，通过频谱就能理解信号的频次 特性。

其数学表达式为：

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式中：

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为曲流项，

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是基波的角频次，

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为n次谐波的角频次，

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为n次谐波的振幅，

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为n次谐波的初相角。

原例中，咱们没必要颠终数学运算，只是依据那一本理，应用数字示波器中的快捷付立叶转换（FFT）数学运算罪能停行时域至频域的转换。

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（图5）

图(5)即为对图(1)所涌现的烦扰信号时域波形应用FFT罪能转调换得的信号频谱分布的曲不雅观图。

图(5)中反映的烦扰信号波形中所包孕的基涉及各次谐波成份列表如下：

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由此可见，烦扰信号中多次谐波重质落正在人耳能够敏感鉴另外300Hz～3400Hz领域内，人们即可听到由那些谐波重质分解孕育发作“嘟……嘟……”的噪声了。

对图(3)所示的烦扰脉冲波形串及其他显现的原文没有展示的瞬态烦扰脉冲，咱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很是富厚，有一局部谐波重质落正在300Hz～3400Hz领域内。

通过对烦扰信号的时域和频域阐明，咱们对听到的“嘟……嘟……” 烦扰噪声能有愈加明晰的认识，人们真际上听到的是时快时慢差异调子的烦扰噪声！

四、应对门径

了解了烦扰信号的感到方式，咱们就可以依据详细的真际状况回收差异的门径克制孕育发作的那类电磁烦扰景象。

（1）挪动“电磁骚扰源”的位置

正在某些项宗旨使用中，可通过挪动电磁骚扰源的位置来打消孕育发作的电磁烦扰噪声。原文前面提到的车用GSM报警安置由于手机板给取了内置天线方式，运用时孕育发作了烦扰噪声，将天线移至安置之外，再拉开一定的距离，即打消了电磁烦扰噪声。

（2）屏蔽

屏蔽用于割断空间的辐射通路。假如宗旨是避免敏感方法受外“场”的烦扰，则应当屏蔽敏感方法。应付电场、磁场、电磁场等差异的辐射场，由于屏蔽 机理差异给取的办法也不尽雷同。原文所提的外部场均属于高频电场和高频磁场，给取电阻率小的良导体资料屏蔽便可。以车用GSM报警安置为例，咱们只是将内 置手机天线移至安置外壳上，而正在该安置的塑料壳内层涂上一层屏蔽涂料就处置惩罚惩罚了问题。正在某些相似的场折下，确定了音频放大器及其输入电路后，正在其四周回收屏 蔽门径是即简略又真用的好选择。虽然，假如外接喇叭或音箱要给取屏蔽线。

（3）变动音频放大电路的设想

图(1)的放大电路是给取信号单端对地的传输方式，那是个不平衡电路，若正在真际使用中将放大器电路设想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，则外部骚扰源对每根信号线对地环路孕育发作的共模烦扰电平的确相等，正在放大器输入端由信号线两端孕育发作的共模电压转换成的差模 电压互相对消，造成不了烦扰电压。给取平衡信号传输方式一方面删多了电路的复纯程度，另一方面要确保那两根连线的布线方式及正在印制板上的走线要折法，不然 的话，当那两根线对地形成的各自环路面积相差很大时，正在放大器的输入端也容易孕育发作较高的差模电压。设想中还要思考烦扰电压已正在平衡信号接入的前级串进去的 可能性。那种设想方式正在某些使用中具有一定的意义。GSM手机便是给取平衡信号线连贯听筒。

五、小结

至此，造成整个电磁烦扰的物理历程可概括地叙述为：正在某一特按时段，由手机发出的900MHz/1800MHz较强的电磁能质做用正在音频放大器 的输入环路上或外接音箱（喇叭）的无屏蔽连线环路上，从而孕育发作了间歇的或周期的烦扰信号，那些烦扰信号中含有富厚的谐波重质，此中的一局部谐波重质落正在 300Hz～3400Hz领域内，人们便听到从喇叭中传出的“嘟……嘟……”的噪声。

通偏激析咱们晓得敏感的音频放大电路或外接音箱（喇叭）的无屏蔽连线环路容易遭到外部高频电场或磁场烦扰，CDMA手机和其他的高频无线电发射 方法发出的电磁能质以及从某些方法辐射出较强的纯散高频电磁能质都将对其造成烦扰，孕育发作的烦扰信号波形可依据真际的辐射做用机理（或参照放大器的内正在特 性）阐明得出，那里不正在赘述。

客不雅观世界上存正在大质的电磁烦扰景象，原文只是依据人们能够觉获得的一个普遍景象通过一个详细真例比较深刻地提醉了孕育发作那一景象的物理历程，以供人们正在阐明详细电磁烦扰景象时参考。