電磁兼容三要素的哲學(xué)思辨

摘要：從電磁兼容發(fā)生、發(fā)展的歷史中解讀哲學(xué)思想對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的指導(dǎo)作用，引進(jìn)的外來(lái)科學(xué)技術(shù)如果不能和本地的傳統(tǒng)哲學(xué)思想相結(jié)   合，將成為無(wú)根之木、瓶中插花。大道同源，本文獨(dú)創(chuàng)性地把中國(guó)的傳統(tǒng)哲學(xué)和電磁兼容理論相結(jié)合，指導(dǎo)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(yáng)

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(shū)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(wèn)題，必須存在三個(gè) 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(wèn)題：抑制干擾源的發(fā)射；阻斷耦合路徑；降低敏感設(shè)備對(duì)干擾源的敏感度。理論很簡(jiǎn)單，實(shí)踐中卻很難把握，因?yàn)樗€有很深?yuàn)W的哲學(xué)思辨不為人熟知。本文將進(jìn)一步探討為什么有三要素，怎么辯證地認(rèn)識(shí)三 要素，怎么靈活地運(yùn)用三要素。用西方哲學(xué)的邏輯表達(dá)：任何一個(gè)電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生必須具備三個(gè)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(duì)象的響應(yīng)。用東方哲學(xué)的辯證論述：干擾和被干擾相對(duì)而生，由耦合路徑相濟(jì)而 成。缺少任何一個(gè)條件電磁干擾和被干擾的現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，這就給了人們解決電磁兼容問(wèn)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(guó)人恐怕沒(méi)有不知道《道德經(jīng)》的，這個(gè)古典哲學(xué)引申出的三五之道已經(jīng)說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題，道德經(jīng)第四十二章：道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。萬(wàn)物負(fù)陰而抱陽(yáng)，沖氣以為和。…… 道生于對(duì)物質(zhì)統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)！ 一生于陰陽(yáng)兩物的共性，二生于三種事物都有的陰陽(yáng)兩面性，三生于萬(wàn)物都存在的陰、陽(yáng)、和三種和道渾圓一體的相對(duì)屬性。萬(wàn)物都有兩面性，背負(fù)著陰而懷 抱著陽(yáng)，陰陽(yáng)相沖和而合而為一個(gè)有機(jī)整體。……由此最樸素的唯物哲學(xué)出發(fā)，陰、陽(yáng)、和三要素組合能生出萬(wàn)物，當(dāng)然也能生出電磁兼 容現(xiàn)象，電和磁也是陰陽(yáng)相對(duì)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(shí)的能量轉(zhuǎn)換通道，電磁干擾源和敏感設(shè)備就是一對(duì)有相互作用的干擾源和被干擾源，相對(duì)而生，相形而成。因此電磁干擾源、耦 合路徑、敏感設(shè)備三個(gè)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(duì)立的矛盾統(tǒng)一體，中國(guó)的古典哲學(xué)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(duì)立的矛盾統(tǒng)一體，都有矛盾的兩個(gè)方面……“人的認(rèn)識(shí)物質(zhì)，就是認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式，因?yàn)槌诉\(yùn)動(dòng)的物質(zhì)以外，世界上什么也沒(méi)有，而物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)則必取一定的形式。對(duì)于物質(zhì)的每一種運(yùn)動(dòng)形式，必須注意它和其它各種運(yùn)動(dòng)形式的共同點(diǎn)。但是，尤其重要的，成為我們認(rèn)識(shí)事物的基礎(chǔ)的東西， 則是必須注意它的特殊點(diǎn)，就是說(shuō)，注意它和其他運(yùn)動(dòng)形式的質(zhì)的區(qū)別。只有注意了這一點(diǎn)，才有可能區(qū)別事物。任何運(yùn)動(dòng)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(wàn)別的內(nèi)在的 原因，或者叫做根據(jù)。”當(dāng)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)表現(xiàn)為電子流動(dòng)的差別的時(shí)候，或者到人們有能力觀察和分別出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的電和磁的分別的時(shí) 候，就有了電和磁的矛盾，最早人們通過(guò)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(guò)無(wú)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(gè)電磁體。法拉第跳出了牛頓以來(lái)物質(zhì)實(shí)體的思想束縛，從物性上重新認(rèn)識(shí)電和磁，創(chuàng)立了電磁感應(yīng)定   律，確認(rèn)了電和磁對(duì)立統(tǒng)一，同時(shí)又可以向矛盾的對(duì)立面互相轉(zhuǎn)移的辯證關(guān)系。

電磁兼容簡(jiǎn)史

我想盡我所能說(shuō)的簡(jiǎn)單有哲理，從人們對(duì)電和磁分別的認(rèn)識(shí)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(wú)所不能、泛濫成災(zāi)、兼容并蓄。科學(xué)的認(rèn)識(shí)電從摩擦開(kāi)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(rèn)識(shí)到有兩種不同而且相反的   電，電不是神的專利了，科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(dāng)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(jìng)相展開(kāi)，這其中一個(gè)最偉大的科學(xué)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(shí)驗(yàn)，他不滿足于從18世紀(jì)中后期到19世紀(jì)30年代以來(lái)各種電學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律不統(tǒng)一的結(jié)果。法拉第堅(jiān)信：電流   產(chǎn)生磁場(chǎng)是一種感應(yīng)，那么就一定會(huì)有磁轉(zhuǎn)為電的反感應(yīng)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)地思索，再加上實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，法拉第終于意識(shí)到成功的關(guān)鍵所在—運(yùn) 動(dòng)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(chǎng)中作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，電就源源不斷地被感應(yīng)出來(lái)。法拉第善 于運(yùn)用直覺(jué)把握住各種現(xiàn)象的本質(zhì)、設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察與總結(jié)，奠定了電化學(xué)、電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，他的場(chǎng)論思想突破了牛頓力學(xué)的 束縛，用開(kāi)創(chuàng)了一項(xiàng)完全不同于以往思想的新的分支學(xué)科。

麥克斯韋繼承了法拉第開(kāi)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(yán)謹(jǐn)?shù)耐评碜C明，用新的數(shù)學(xué)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(xué)的理論基礎(chǔ)。變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)電場(chǎng)，而反過(guò)來(lái)，變化的電 場(chǎng)能激發(fā)磁場(chǎng)，得出了光也是電磁波的推論。

德國(guó)青年物理學(xué)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(shí)依據(jù)難以令人信服。于是他決定用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí) 這一點(diǎn)，1886年，赫茲經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。如下圖所示，赫茲決定不去直接測(cè)量電磁波的速度，而是用駐波的方法先測(cè)出一個(gè)駐波波節(jié)的間距即半個(gè)波長(zhǎng)，然后再根據(jù)開(kāi)耳芬的振蕩頻率公式計(jì)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(lái)反射電磁波，以形成駐波。 為了測(cè)量和檢查這條駐波，他使用了一個(gè)檢驗(yàn)器，實(shí)際上相當(dāng)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(yuǎn)的地方；把檢驗(yàn)器裝在小車上，使它能隨小車沿駐波方向前后移動(dòng)。檢驗(yàn)器在各種位置上對(duì)電磁駐波有不同的 反應(yīng)，處于波節(jié)處不會(huì)產(chǎn)生火花，然后由弱漸強(qiáng)，處于波腹處產(chǎn)生最強(qiáng)的火花。赫茲根據(jù)這個(gè)反應(yīng)測(cè)量出了兩個(gè)波節(jié)之間的長(zhǎng)度為4.8 米，此為半個(gè)波長(zhǎng)。然后赫茲測(cè)定了電磁波的頻率與波長(zhǎng)，算出它的傳播速度：每秒30萬(wàn)公里，果然與光速一樣，這與麥克斯韋的預(yù)言相 符。1889年，赫茲的科學(xué)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(bào)道了他的實(shí)驗(yàn)，用事實(shí)向人們證明，光從其本質(zhì)上說(shuō)也是一種電磁波。赫茲反復(fù)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完善麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，他的實(shí)驗(yàn)方法開(kāi)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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，他使用的裝置就是最簡(jiǎn)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(lái)的發(fā)展就是八仙過(guò)海各顯神通了，人們不斷地變換赫茲發(fā)明的這個(gè)玩具的玩法，用它來(lái)傳輸信息和電能，誕生了現(xiàn)代人無(wú)法離開(kāi)的 無(wú)線電通信和廣播，遠(yuǎn)距離無(wú)線輸電的游戲規(guī)則還沒(méi)有成熟，碰到的難題就是電磁兼容，至今無(wú)法大規(guī)模的使用。馬可尼開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線通   信，特斯拉開(kāi)創(chuàng)了交流電傳輸，他們的故事找機(jī)會(huì)再講，不過(guò)都是變換這三個(gè)要素的形式和工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同的功能。科學(xué)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(lái)，在電磁場(chǎng)理論指導(dǎo)下，新的產(chǎn)品、新的業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，很快空中的無(wú)線電波擁擠不堪， 人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到電磁波的危害“無(wú)線電干擾”，于是不得不坐下來(lái)制定一個(gè)技術(shù)規(guī)范，約束制造電子產(chǎn)品的“無(wú)線電干擾”行為，這就是 現(xiàn)在的電磁兼容認(rèn)證的來(lái)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(gè)深切的體會(huì)，解決電磁兼容問(wèn)題的時(shí)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(kāi)發(fā)的時(shí)候沒(méi)有什么問(wèn)題，為什么到了電磁兼容實(shí)驗(yàn)室去認(rèn)證就發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，自己測(cè)試的結(jié)果和認(rèn)證檢測(cè) 的結(jié)果總是不像其他指標(biāo)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(fù)雜的亂象中理出電磁兼容對(duì) 策？實(shí)驗(yàn)室人員常常拿出厚厚英文標(biāo)準(zhǔn)給研發(fā)工程師看，令他們啞口無(wú)言，為什么要訂立這么復(fù)雜的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)？我們已經(jīng)論述了每一 個(gè)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(gè)要素和合產(chǎn)生，缺一不可，絕一既滅。近年科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(gè)不斷進(jìn)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(gè)電磁兼容要素密碼決定一個(gè)產(chǎn)品的頻譜特征。

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

靈活運(yùn)用三要素理論就能理解電磁兼容測(cè)試結(jié)果，檢驗(yàn)電磁騷擾就放在標(biāo)準(zhǔn)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(jī)儀表盤(pán)上讀出，不同的被測(cè)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(cè)量和評(píng)估。電磁兼容 標(biāo)準(zhǔn)是為了規(guī)范這個(gè)測(cè)量和比較的過(guò)程，被測(cè)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室之間是個(gè)體和系統(tǒng)的關(guān)系，電磁兼容檢測(cè)的干擾測(cè)試，接收機(jī)設(shè)置、天線、實(shí) 驗(yàn)場(chǎng)地被標(biāo)準(zhǔn)化，干擾的特性才能由接收機(jī)讀出，所謂以陰顯陽(yáng)。抗干擾測(cè)試，干擾發(fā)射設(shè)備、耦合路徑被標(biāo)準(zhǔn)化，被測(cè)設(shè)備的敏感性才 能由干擾機(jī)讀出，所謂以陽(yáng)顯陰。

結(jié)語(yǔ)：堅(jiān)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(yáng)，掌握三要素的辯證關(guān)系，就為分辨復(fù)雜的電磁兼容現(xiàn)象，解決電磁兼容問(wèn)題打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且在將來(lái)電磁兼容學(xué)習(xí)和進(jìn)階的道路上，還要不斷圍繞三要素展開(kāi)哲學(xué)思辨。這形成了以科學(xué)的相對(duì)論為基礎(chǔ)的電磁兼容思維，遇到復(fù)雜的、紛擾的問(wèn)題時(shí)，即時(shí)回到三要素上來(lái)，相當(dāng)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(duì)人體的陰陽(yáng)辯證施治，電磁兼容工程師也是一輩子對(duì)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(xué)者的敲門磚，也是資深電磁兼容工程師的內(nèi)功心法。