電磁兼容三要素的哲學思辨

摘要：從電磁兼容發(fā)生、發(fā)展的歷史中解讀哲學思想對科學發(fā)現(xiàn)的指導作用，引進的外來科學技術(shù)如果不能和本地的傳統(tǒng)哲學思想相結(jié)   合，將成為無根之木、瓶中插花。大道同源，本文獨創(chuàng)性地把中國的傳統(tǒng)哲學和電磁兼容理論相結(jié)合，指導電磁兼容工程師深入地思考， 才能漸入道技合一的理想境界。

關(guān)鍵詞：電磁兼容、三要素、陰陽

概述：電磁兼容的理論基礎(chǔ)是電磁兼容三要素，所有的教科書都一樣，給出了三要素是什么：系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問題，必須存在三個 因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。怎么用三要素解決問題：抑制干擾源的發(fā)射；阻斷耦合路徑；降低敏感設(shè)備對干擾源的敏感度。理論很簡單，實踐中卻很難把握，因為它還有很深奧的哲學思辨不為人熟知。本文將進一步探討為什么有三要素，怎么辯證地認識三 要素，怎么靈活地運用三要素。用西方哲學的邏輯表達：任何一個電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生必須具備三個基本條件：首先應(yīng)該具有干擾源；其 次有傳播干擾能量的途徑和通道；第三還必須有被干擾對象的響應(yīng)。用東方哲學的辯證論述：干擾和被干擾相對而生，由耦合路徑相濟而 成。缺少任何一個條件電磁干擾和被干擾的現(xiàn)象就不會發(fā)生，這就給了人們解決電磁兼容問題的基本思想，既絕利一源，煩惱寂滅。

為什么電磁兼容現(xiàn)象有三要素？

中國人恐怕沒有不知道《道德經(jīng)》的，這個古典哲學引申出的三五之道已經(jīng)說明了這個問題，道德經(jīng)第四十二章：道生一，一生二，二生三，三生萬物。萬物負陰而抱陽，沖氣以為和。…… 道生于對物質(zhì)統(tǒng)一性的認識！ 一生于陰陽兩物的共性，二生于三種事物都有的陰陽兩面性，三生于萬物都存在的陰、陽、和三種和道渾圓一體的相對屬性。萬物都有兩面性，背負著陰而懷 抱著陽，陰陽相沖和而合而為一個有機整體。……由此最樸素的唯物哲學出發(fā)，陰、陽、和三要素組合能生出萬物，當然也能生出電磁兼 容現(xiàn)象，電和磁也是陰陽相對的物質(zhì)屬性，電磁互感的和就是耦合路徑，由此辯證地推論耦合路徑僅僅是干擾源和被干擾源有交感、有相 互作用時的能量轉(zhuǎn)換通道，電磁干擾源和敏感設(shè)備就是一對有相互作用的干擾源和被干擾源，相對而生，相形而成。因此電磁干擾源、耦 合路徑、敏感設(shè)備三個要素相互依存、相互作用演變出電磁兼容現(xiàn)象的零零總總。

電磁兼容也是對立的矛盾統(tǒng)一體，中國的古典哲學發(fā)展到現(xiàn)在的代表就是毛澤東的《矛盾論》：任何事物都是對立的矛盾統(tǒng)一體，都有矛盾的兩個方面……“人的認識物質(zhì)，就是認識物質(zhì)的運動形式，因為除了運動的物質(zhì)以外，世界上什么也沒有，而物質(zhì)的運動則必取一定的形式。對于物質(zhì)的每一種運動形式，必須注意它和其它各種運動形式的共同點。但是，尤其重要的，成為我們認識事物的基礎(chǔ)的東西， 則是必須注意它的特殊點，就是說，注意它和其他運動形式的質(zhì)的區(qū)別。只有注意了這一點，才有可能區(qū)別事物。任何運動形式，其內(nèi)部 都包含著本身特殊的矛盾。這種特殊的矛盾，就構(gòu)成一事物區(qū)別于他事物的特殊的本質(zhì)。這就是世界上諸種事物所以有千差萬別的內(nèi)在的 原因，或者叫做根據(jù)。”當物質(zhì)的運動形態(tài)表現(xiàn)為電子流動的差別的時候，或者到人們有能力觀察和分別出物質(zhì)運動的電和磁的分別的時 候，就有了電和磁的矛盾，最早人們通過摩擦發(fā)現(xiàn)了“電”的生滅，觀察到自然界中磁石的吸引和排斥，經(jīng)過無數(shù)的努力人們才發(fā)現(xiàn)電和 磁之間的聯(lián)系，地球本身就是一個電磁體。法拉第跳出了牛頓以來物質(zhì)實體的思想束縛，從物性上重新認識電和磁，創(chuàng)立了電磁感應(yīng)定   律，確認了電和磁對立統(tǒng)一，同時又可以向矛盾的對立面互相轉(zhuǎn)移的辯證關(guān)系。

電磁兼容簡史

我想盡我所能說的簡單有哲理，從人們對電和磁分別的認識到電磁兼容普遍的產(chǎn)品規(guī)范，是一條什么樣的歷史軌跡？神秘、好奇、無所不能、泛濫成災、兼容并蓄。科學的認識電從摩擦開始，玻璃和絲綢摩擦可以吸引小紙屑，塑膠和毛皮摩擦也可以吸引小 紙屑，玻璃與絲綢摩擦所生的電，可被塑膠與毛皮摩擦所生的電中和，還有清晰的閃電現(xiàn)象。人們清楚地認識到有兩種不同而且相反的   電，電不是神的專利了，科學家通過實驗獲得了神力，人們創(chuàng)造一定的條件就可以發(fā)生和消滅電，發(fā)現(xiàn)了電的公式和定理。當人們有了伏 特電池可以產(chǎn)生出比較持久的電，電的特性研究才被競相展開，這其中一個最偉大的科學家之一就是法拉第，法拉第從1821年到1831年孜孜不倦地從事電磁感應(yīng)實驗，他不滿足于從18世紀中后期到19世紀30年代以來各種電學現(xiàn)象與規(guī)律不統(tǒng)一的結(jié)果。法拉第堅信：電流   產(chǎn)生磁場是一種感應(yīng)，那么就一定會有磁轉(zhuǎn)為電的反感應(yīng)。經(jīng)過仔細地思索，再加上實驗的驗證，法拉第終于意識到成功的關(guān)鍵所在—運 動才能產(chǎn)生電流。電磁感應(yīng)定律的核心：只要能持續(xù)不斷地使線圈在磁場中作切割磁力線的運動，電就源源不斷地被感應(yīng)出來。法拉第善 于運用直覺把握住各種現(xiàn)象的本質(zhì)、設(shè)計合理的實驗進行觀察與總結(jié)，奠定了電化學、電動力學的基礎(chǔ)，他的場論思想突破了牛頓力學的 束縛，用開創(chuàng)了一項完全不同于以往思想的新的分支學科。

麥克斯韋繼承了法拉第開創(chuàng)的事業(yè)，1861年和1862年，麥克斯韋發(fā)表了四篇論文，在論文中，他以充足的理論數(shù)據(jù)、嚴謹?shù)耐评碜C明，用新的數(shù)學方法，建立了著名的麥克斯韋方程，如下圖所示，奠定了電磁學的理論基礎(chǔ)。變化的磁場能夠激發(fā)電場，而反過來，變化的電 場能激發(fā)磁場，得出了光也是電磁波的推論。

德國青年物理學家赫茲確信，麥克斯韋的理論比傳統(tǒng)的牛頓理論更令人信服，只是缺乏事實依據(jù)難以令人信服。于是他決定用實驗來證實 這一點，1886年，赫茲經(jīng)過反復設(shè)計實驗方案，發(fā)明了一種電波環(huán)，用這種電波環(huán)作了一系列的實驗。如下圖所示，赫茲決定不去直接測量電磁波的速度，而是用駐波的方法先測出一個駐波波節(jié)的間距即半個波長，然后再根據(jù)開耳芬的振蕩頻率公式計算出電磁駐波的頻率，由此算出電磁波速，證明電磁波和光波的特性一致。在教室的一面墻上釘上一塊高4米寬2米的鋅皮，用來反射電磁波，以形成駐波。 為了測量和檢查這條駐波，他使用了一個檢驗器，實際上相當于感應(yīng)絲圈，形狀與感應(yīng)平衡器中的諧振器大體相同。他用直線型振蕩器作 為波源，放在離鋅皮13米遠的地方；把檢驗器裝在小車上，使它能隨小車沿駐波方向前后移動。檢驗器在各種位置上對電磁駐波有不同的 反應(yīng)，處于波節(jié)處不會產(chǎn)生火花，然后由弱漸強，處于波腹處產(chǎn)生最強的火花。赫茲根據(jù)這個反應(yīng)測量出了兩個波節(jié)之間的長度為4.8 米，此為半個波長。然后赫茲測定了電磁波的頻率與波長，算出它的傳播速度：每秒30萬公里，果然與光速一樣，這與麥克斯韋的預言相 符。1889年，赫茲的科學專著《論電力射線》出版，這是他最重要的著作之一。在這部著作中，赫茲報道了他的實驗，用事實向人們證明，光從其本質(zhì)上說也是一種電磁波。赫茲反復用實驗驗證完善麥克斯韋的電磁場理論，他的實驗方法開創(chuàng)了電磁波發(fā)生、發(fā)射、接收、 檢波的先河，就是今天電磁兼容實驗的基礎(chǔ)，他使用的裝置就是最簡單的電磁兼容三要素單元，LC發(fā)射單元、自由空間、C型天線和火花隙檢波器。

接下來的發(fā)展就是八仙過海各顯神通了，人們不斷地變換赫茲發(fā)明的這個玩具的玩法，用它來傳輸信息和電能，誕生了現(xiàn)代人無法離開的 無線電通信和廣播，遠距離無線輸電的游戲規(guī)則還沒有成熟，碰到的難題就是電磁兼容，至今無法大規(guī)模的使用。馬可尼開創(chuàng)了無線通   信，特斯拉開創(chuàng)了交流電傳輸，他們的故事找機會再講，不過都是變換這三個要素的形式和工作狀態(tài)，實現(xiàn)不同的功能。科學的世界觀被 人們普遍接受之后，人們的創(chuàng)造熱情被激發(fā)起來，在電磁場理論指導下，新的產(chǎn)品、新的業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，很快空中的無線電波擁擠不堪， 人們開始認識到電磁波的危害“無線電干擾”，于是不得不坐下來制定一個技術(shù)規(guī)范，約束制造電子產(chǎn)品的“無線電干擾”行為，這就是 現(xiàn)在的電磁兼容認證的來歷。

電磁兼容辯證思維：

從電子工程師轉(zhuǎn)換到電磁兼容工程師角色有一個深切的體會，解決電磁兼容問題的時候必須有辯證的思維，電子企業(yè)研發(fā)工程師難以理解自己的產(chǎn)品開發(fā)的時候沒有什么問題，為什么到了電磁兼容實驗室去認證就發(fā)現(xiàn)有問題，自己測試的結(jié)果和認證檢測 的結(jié)果總是不像其他指標那樣有較好的一致性，如何端正自己的態(tài)度？如何正確理解這些現(xiàn)象？如何從紛繁復雜的亂象中理出電磁兼容對 策？實驗室人員常常拿出厚厚英文標準給研發(fā)工程師看，令他們啞口無言，為什么要訂立這么復雜的電磁兼容標準？我們已經(jīng)論述了每一 個電磁兼容現(xiàn)象都是由電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備三個要素和合產(chǎn)生，缺一不可，絕一既滅。近年科學技術(shù)的進步，人們微觀發(fā)現(xiàn) 能力提高，如果以頻率特性為組織單元，電子產(chǎn)品猶如一個不斷進行電磁轉(zhuǎn)換的生命體，可以觀察到從產(chǎn)品內(nèi)部到系統(tǒng)間層層疊疊的三要素密碼，像DNA密碼一樣三個電磁兼容要素密碼決定一個產(chǎn)品的頻譜特征。

每一個系統(tǒng)層面都可以找出三要素，每一個要素都包含系統(tǒng)全息的特性；每一個要素都是針對電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備三個要素 屬性劃分，而不論電路形式；每一個要素可能包含更深層次的三要素，每一個系統(tǒng)層面的三要素可能只是更高系統(tǒng)層面的某一個要素；干 擾源和敏感源是相對的，必須通過對應(yīng)的傳輸路徑相聯(lián)系，必須統(tǒng)一在同一個系統(tǒng)層面；要測量或者檢驗三要素的某一個要素，必須在同 一個系統(tǒng)層面保持另外兩個要素的標準化和一致性。

靈活運用三要素理論就能理解電磁兼容測試結(jié)果，檢驗電磁騷擾就放在標準的傳輸路徑和敏感源的環(huán)境構(gòu)成相互聯(lián)系的電磁兼容三要素系 統(tǒng)，干擾源由敏感源顯示，在接收機儀表盤上讀出，不同的被測設(shè)備就這樣可以在統(tǒng)一的電磁兼容三要素系統(tǒng)中被測量和評估。電磁兼容 標準是為了規(guī)范這個測量和比較的過程，被測設(shè)備和實驗室之間是個體和系統(tǒng)的關(guān)系，電磁兼容檢測的干擾測試，接收機設(shè)置、天線、實 驗場地被標準化，干擾的特性才能由接收機讀出，所謂以陰顯陽。抗干擾測試，干擾發(fā)射設(shè)備、耦合路徑被標準化，被測設(shè)備的敏感性才 能由干擾機讀出，所謂以陽顯陰。

結(jié)語：堅信物質(zhì)的統(tǒng)一信念，深刻理解電磁兼容發(fā)生、發(fā)展的軌跡，深刻理解三要素源于太極陰陽，掌握三要素的辯證關(guān)系，就為分辨復雜的電磁兼容現(xiàn)象，解決電磁兼容問題打好了堅實的基礎(chǔ)，而且在將來電磁兼容學習和進階的道路上，還要不斷圍繞三要素展開哲學思辨。這形成了以科學的相對論為基礎(chǔ)的電磁兼容思維，遇到復雜的、紛擾的問題時，即時回到三要素上來，相當于再次初始化或者刷新思 維，避免鉆入牛角尖。中醫(yī)一輩子就在對人體的陰陽辯證施治，電磁兼容工程師也是一輩子對電子產(chǎn)品的三要素辯證整改，掌握電磁兼容 三要素辯證關(guān)系的電磁兼容思維，不僅僅是電磁兼容初學者的敲門磚，也是資深電磁兼容工程師的內(nèi)功心法。