电磁兼容三要素的辩证认识和应用

从电磁兼容发生、发展的历史中解读哲学思想对科学发现的指导作用，引进的外来科学技术如果不能和本地的传统哲学思想相结 合，将成为无根之木、瓶中插花。大道同源，本文独创性地把中国的传统哲学和电磁兼容理论相结合，指导电磁兼容工程师深入地思考， 才能渐入道技合一的理想境界。

概述：电磁兼容的理论基础是电磁兼容三要素，所有的教科书都一样，给出了三要素是什么：系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个 因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。怎么用三要素解决问题：抑制干扰源的发射；阻断耦合路径；降低敏感设备对干扰源的敏感度。理论很简单，实践中却很难把握，因为它还有很深奥的哲学思辨不为人熟知。本文将进一步探讨为什么有三要素，怎么辩证地认识三 要素，怎么灵活地运用三要素。用西方哲学的逻辑表达：任何一个电磁干扰现象的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；其 次有传播干扰能量的途径和通道；第三还必须有被干扰对象的响应。用东方哲学的辩证论述：干扰和被干扰相对而生，由耦合路径相济而 成。缺少任何一个条件电磁干扰和被干扰的现象就不会发生，这就给了人们解决电磁兼容问题的基本思想，既绝利一源，烦恼寂灭。

为什么电磁兼容现象有三要素？中国人恐怕没有不知道《道德经》的，这个古典哲学引申出的三五之道已经说明了这个问题，道德经第四十二章：道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和。…… 道生于对物质统一性的认识！一生于阴阳两物的共性，二生于三种事物都有的阴阳两面性，三生于万物都存在的阴、阳、和三种和道浑圆一体的相对属性。万物都有两面性，背负着阴而怀 抱着阳，阴阳相冲和而合而为一个有机整体。……由此最朴素的唯物哲学出发，阴、阳、和三要素组合能生出万物，当然也能生出电磁兼 容现象，电和磁也是阴阳相对的物质属性，电磁互感的和就是耦合路径，由此辩证地推论耦合路径仅仅是干扰源和被干扰源有交感、有相 互作用时的能量转换通道，电磁干扰源和敏感设备就是一对有相互作用的干扰源和被干扰源，相对而生，相形而成。因此电磁干扰源、耦 合路径、敏感设备三个要素相互依存、相互作用演变出电磁兼容现象的零零总总。

电磁兼容也是对立的矛盾统一体，中国的古典哲学发展到现在的代表就是***的《矛盾论》：任何事物都是对立的矛盾统一体，都有矛盾的两个方面……“人的认识物质，就是认识物质的运动形式，因为除了运动的物质以外，世界上什么也没有，而物质的运动则必取一定的形式。对于物质的每一种运动形式，必须注意它和其它各种运动形式的共同点。但是，尤其重要的，成为我们认识事物的基础的东西， 则是必须注意它的特殊点，就是说，注意它和其他运动形式的质的区别。只有注意了这一点，才有可能区别事物。任何运动形式，其内部 都包含著本身特殊的矛盾。这种特殊的矛盾，就构成一事物区别于他事物的特殊的本质。这就是世界上诸种事物所以有千差万别的内在的 原因，或者叫做根据。”当物质的运动形态表现为电子流动的差别的时候，或者到人们有能力观察和分别出物质运动的电和磁的分别的时 候，就有了电和磁的矛盾，最早人们通过摩擦发现了“电”的生灭，观察到自然界中磁石的吸引和排斥，经过无数的努力人们才发现电和 磁之间的联系，地球本身就是一个电磁体。法拉第跳出了牛顿以来物质实体的思想束缚，从物性上重新认识电和磁，创立了电磁感应定 律，确认了电和磁对立统一，同时又可以向矛盾的对立面互相转移的辩证关系。

电磁兼容简史，我想尽我所能说的简单有哲理，从人们对电和磁分别的认识到电磁兼容普遍的产品规范，是一条什么样的历史轨迹？神秘、好奇、无所不能、泛滥成灾、兼容并蓄。科学的认识电从摩擦开始，玻璃和丝绸摩擦可以吸引小纸屑，塑胶和毛皮摩擦也可以吸引小 纸屑，玻璃与丝绸摩擦所生的电，可被塑胶与毛皮摩擦所生的电中和，还有清晰的闪电现象。人们清楚地认识到有两种不同而且相反的 电，电不是神的专利了，科学家通过实验获得了神力，人们创造一定的条件就可以发生和消灭电，发现了电的公式和定理。当人们有了伏 特电池可以产生出比较持久的电，电的特性研究才被竞相展开，这其中一个最伟大的科学家之一就是法拉第，法拉第从1821年到1831年孜孜不倦地从事电磁感应实验，他不满足于从18世纪中后期到19世纪30年代以来各种电学现象与规律不统一的结果。法拉第坚信：电流 产生磁场是一种感应，那么就一定会有磁转为电的反感应。经过仔细地思索，再加上实验的验证，法拉第终于意识到成功的关键所在—运 动才能产生电流。电磁感应定律的核心：只要能持续不断地使线圈在磁场中作切割磁力线的运动，电就源源不断地被感应出来。法拉第善 于运用直觉把握住各种现象的本质、设计合理的实验进行观察与总结，奠定了电化学、电动力学的基础，他的场论思想突破了牛顿力学的 束缚，用开创了一项完全不同于以往思想的新的分支学科。

麦克斯韦继承了法拉第开创的事业，1861年和1862年，麦克斯韦发表了四篇论文，在论文中，他以充足的理论数据、严谨的推理证明，用新的数学方法，建立了著名的麦克斯韦方程，如下图所示，奠定了电磁学的理论基础。变化的磁场能够激发电场，而反过来，变化的电 场能激发磁场，得出了光也是电磁波的推论。

德国青年物理学家赫兹确信，麦克斯韦的理论比传统的牛顿理论更令人信服，只是缺乏事实依据难以令人信服。于是他决定用实验来证实 这一点，1886年，赫兹经过反复设计实验方案，发明了一种电波环，用这种电波环作了一系列的实验。如下图所示，赫兹决定不去直接测量电磁波的速度，而是用驻波的方法先测出一个驻波波节的间距即半个波长，然后再根据开耳芬的振荡频率公式计算出电磁驻波的频率，由此算出电磁波速，证明电磁波和光波的特性一致。在教室的一面墙上钉上一块高4米宽2米的锌皮，用来反射电磁波，以形成驻波。为了测量和检查这条驻波，他使用了一个检验器，实际上相当于感应丝圈，形状与感应平衡器中的谐振器大体相同。他用直线型振荡器作 为波源，放在离锌皮13米远的地方；把检验器装在小车上，使它能随小车沿驻波方向前后移动。检验器在各种位置上对电磁驻波有不同的 反应，处于波节处不会产生火花，然后由弱渐强，处于波腹处产生最强的火花。赫兹根据这个反应测量出了两个波节之间的长度为4.8 米，此为半个波长。然后赫兹测定了电磁波的频率与波长，算出它的传播速度：每秒30万公里，果然与光速一样，这与麦克斯韦的预言相 符。1889年，赫兹的科学专著《论电力射线》出版，这是他最重要的著作之一。在这部著作中，赫兹报道了他的实验，用事实向人们证明，光从其本质上说也是一种电磁波。赫兹反复用实验验证完善麦克斯韦的电磁场理论，他的实验方法开创了电磁波发生、发射、接收、 检波的先河，就是今天电磁兼容实验的基础，他使用的装置就是最简单的电磁兼容三要素单元，LC发射单元、自由空间、C型天线和火花隙检波器。

接下来的发展就是八仙过海各显神通了，人们不断地变换赫兹发明的这个玩具的玩法，用它来传输信息和电能，诞生了现代人无法离开的 无线电通信和广播，远距离无线输电的游戏规则还没有成熟，碰到的难题就是电磁兼容，至今无法大规模的使用。马可尼开创了无线通 信，特斯拉开创了交流电传输，他们的故事找机会再讲，不过都是变换这三个要素的形式和工作状态，实现不同的功能。科学的世界观被 人们普遍接受之后，人们的创造热情被激发起来，在电磁场理论指导下，新的产品、新的业务不断涌现，很快空中的无线电波拥挤不堪， 人们开始认识到电磁波的危害“无线电干扰”，于是不得不坐下来制定一个技术规范，约束制造电子产品的“无线电干扰”行为，这就是 现在的电磁兼容认证的来历。

电磁兼容辩证思维：从电子工程师转换到电磁兼容工程师角色有一个深切的体会，解决电磁兼容问题的时候必须有辩证的思维，电子企业研发工程师难以理解自己的产品开发的时候没有什么问题，为什么到了电磁兼容实验室去认证就发现有问题，自己测试的结果和认证检测 的结果总是不像其他指标那样有较好的一致性，如何端正自己的态度？如何正确理解这些现象？如何从纷繁复杂的乱象中理出电磁兼容对 策？实验室人员常常拿出厚厚英文标准给研发工程师看，令他们哑口无言，为什么要订立这么复杂的电磁兼容标准？我们已经论述了每一 个电磁兼容现象都是由电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备三个要素和合产生，缺一不可，绝一既灭。近年科学技术的进步，人们微观发现 能力提高，如果以频率特性为组织单元，电子产品犹如一个不断进行电磁转换的生命体，可以观察到从产品内部到系统间层层叠叠的三要素密码，像DNA密码一样三个电磁兼容要素密码决定一个产品的频谱特征。

每一个系统层面都可以找出三要素，每一个要素都包含系统全息的特性；每一个要素都是针对电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备三个要素 属性划分，而不论电路形式；每一个要素可能包含更深层次的三要素，每一个系统层面的三要素可能只是更高系统层面的某一个要素；干 扰源和敏感源是相对的，必须通过对应的传输路径相联系，必须统一在同一个系统层面；要测量或者检验三要素的某一个要素，必须在同 一个系统层面保持另外两个要素的标准化和一致性。

灵活运用三要素理论就能理解电磁兼容测试结果，检验电磁骚扰就放在标准的传输路径和敏感源的环境构成相互联系的电磁兼容三要素系 统，干扰源由敏感源显示，在接收机仪表盘上读出，不同的被测设备就这样可以在统一的电磁兼容三要素系统中被测量和评估。电磁兼容 标准是为了规范这个测量和比较的过程，被测设备和实验室之间是个体和系统的关系，电磁兼容检测的干扰测试，接收机设置、天线、实 验场地被标准化，干扰的特性才能由接收机读出，所谓以阴显阳。抗干扰测试，干扰发射设备、耦合路径被标准化，被测设备的敏感性才 能由干扰机读出，所谓以阳显阴。

结语：坚信物质的统一信念，深刻理解电磁兼容发生、发展的轨迹，深刻理解三要素源于太极阴阳，掌握三要素的辩证关系，就为分辨复杂的电磁兼容现象，解决电磁兼容问题打好了坚实的基础，而且在将来电磁兼容学习和进阶的道路上，还要不断围绕三要素展开哲学思辨。这形成了以科学的相对论为基础的电磁兼容思维，遇到复杂的、纷扰的问题时，即时回到三要素上来，相当于再次初始化或者刷新思 维，避免钻入牛角尖。中医一辈子就在对人体的阴阳辩证施治，电磁兼容工程师也是一辈子对电子产品的三要素辩证整改，掌握电磁兼容 三要素辩证关系的电磁兼容思维，不仅仅是电磁兼容初学者的敲门砖，也是资深电磁兼容工程师的内功心法。

审核编辑：郭婷