電磁兼容之美

摘要：從現(xiàn)象到本質(zhì)描述了電磁兼容的概貌、屬性，理解電磁兼容的關鍵是整體地觀察平衡狀態(tài)，學習電磁兼容的關鍵是了解電磁現(xiàn)象的 相互關系，從不同的方面展示了電磁兼容和諧之美。

前言：

有很多美好的事物不是我們主動去尋找，而是被動接受的。電磁兼容這個事物是在我們大多數(shù)人還沒有搞清楚它是什么的時候就強 制實施了，不久我們看到了它的美麗容顏，感受到它無窮的魅力。看著電視被屏幕上的干擾條紋感到困擾，聽著收音機被喇叭里的噪聲感到煩躁，這似乎已經(jīng)是我們很多年以前的記憶了。國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義是：系統(tǒng)或設備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時不對其他系統(tǒng)和設備造成干擾。我們現(xiàn)在隨意使用電腦、看著電視再講著電話，而不再擔心互相干擾，這就是實現(xiàn)電磁兼容的 結果。電磁兼容這種美好的事務卻是國家強制進行3C認證帶來的，  3C標志即中國強制性產(chǎn)品認證制度的標志。該制度是我國政府為保護廣大消費者人身和動植物生命安全、保護環(huán)境、保護國家安全，依照法律法規(guī)實施的一種產(chǎn)品合格評定制度。由國家認監(jiān)委于2001年12月3日對外發(fā)布。自2002年5月1日起，開始受理第一批列入強制性產(chǎn)品認證目錄的19大類132種產(chǎn)品的認證申請。按照強制性    產(chǎn)品認證制度的安排，自2003年5月1日起，《目錄》內(nèi)產(chǎn)品將統(tǒng)一使用強制性產(chǎn)品認證標志，強制認證的執(zhí)法監(jiān)督工作開始實施，未獲   得強制性產(chǎn)品認證證書和未加施3C認證標志的產(chǎn)品不得出廠銷售、進口和在經(jīng)營活動中使用，這便成了日后被人們稱為“市場準入證”強 制認證，它包括的內(nèi)容是電氣安全性能、電磁兼容性，后來又增加了RoHS六項有害物質(zhì)檢測，構成了現(xiàn)在產(chǎn)品安全市場管理體系。

理解電磁兼容：

日本文獻對電磁兼容有如下描述：“電磁兼容是一門獨立的學科，隨著電磁能量利用的發(fā)展，它將研究、預測并控制變化 著的地球和天體周圍的電磁環(huán)境，為了協(xié)調(diào)環(huán)境所采取控制方法、各項電氣規(guī)程的制定以及電磁環(huán)境的協(xié)調(diào)電磁能量的合理應用等?！?電磁兼容在人們的印象中就像道德經(jīng)里說的“玄之又玄”神妙莫測，電磁兼容學科涉及的范圍很廣，它是技術的綜合，包括工程學、自然科 學、醫(yī)學、經(jīng)濟學、社會學等多方面的基礎科學理論有機整合，且其理論體系也有一定的特殊性，故本學科到了中國也叫和諧電磁學。我 至今還記得很久以前看過的一次日全食，從月亮背后的太陽上噴發(fā)出來的日餌讓我大開眼界，我想我們的祖先也是看到了這種景象創(chuàng)造出 來“電”這個字符吧。大部分人沒有去過北極，但是看過拍攝的北極光的視頻，非常神奇的變幻飄渺光束從天而降，中國的古人也觀察到 這個現(xiàn)象，他們只能從中原的地方看到光束從北極星的方向降落到北方的山上，當時可能還認為那是天上的北極仙翁顯靈，古人還是客觀地用“磁”這個符號來表述，特定的山石與天的感應。中國的自然哲學家老子在2000多年前說：“道可道，非常道；名可名，非常名。   ”用現(xiàn)代語言說：道，可以說出一個道理，但不是長久不變的道理。名，可以說出一個名稱，但不是長久不變的名稱。他已經(jīng)明確預示  了，我們對自然事物的認識是不斷變化的，我們賦予他們概念的意義也是不斷變化的，現(xiàn)在我們知道其實這就是太陽噴發(fā)出的“電”到達 地球與“磁”相激發(fā)出的可見光。人們給了它一個名稱“極光”，它也是一種電磁波，極光最易出現(xiàn)的時期是春分和秋分兩個節(jié)氣來臨之前，且春秋兩季出現(xiàn)頻率更甚夏冬。但2007年美國國家航空航天局“THEMIS”任務的資料顯示，在春分和秋分兩節(jié)氣時地球位置與磁力線交錯最甚，而非因四季交替影響才有此結果。我們的現(xiàn)代科學在400年的時間里取得了驚人的成就，人們的生活方式發(fā)生了天翻地覆的  變化，這一切源于對電和磁能量的不斷認識和開發(fā)應用，人類生存的自然環(huán)境也遭到很大的破壞，不得不動員全社會的力量維護電磁和  諧。有中國特色的和諧電磁學可以這樣描述：電磁兼容是一門綜合的學科，它研究人類認識宇宙的電磁環(huán)境，運用電、磁、電動力學等可 利用的技術方法，管理控制人類制造的電子產(chǎn)品對電磁能量應用的規(guī)范，達到自然環(huán)境、人類和生物機體、制造設備的電磁和諧。

欣賞電磁兼容：

電場和磁場的關系以前學習的時候都是單獨研究的，只知道導線切割磁場可以產(chǎn)生電流，穿過導線的電流周圍又可以產(chǎn)生 磁場，沒有理解電和磁的辯證關系。丹麥科學家奧斯特于1820年發(fā)現(xiàn)電流的磁效應，第一次揭示了磁與電存在著聯(lián)系，從而把電學和磁學  聯(lián)系起來。為了解釋永磁和磁化現(xiàn)象，安培提出了分子電流假說。安培認為，任何物質(zhì)的分子中都存在著環(huán)形電流，稱為分子電流，而分 子電流相當一個基元磁體。當物質(zhì)在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流做的取向是無規(guī)則的，它們對外界所產(chǎn)生的磁效應互相抵消，故 使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效于基元體的各個分子電流將傾向于沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。安培的假說還說 明了磁體的N、S兩種磁極不能單獨存在的原因，因為基元磁體的兩個極對應于環(huán)形電流所在平面的兩個側面，顯然這兩個側面是不能單獨存在的。近代物理表明：原子核外電子除繞核運動外，電子自身還有自旋。分子、原子等微觀粒子內(nèi)這些電子的運動均構成等效的分子電 流。按照近代的觀點，電荷在（不論其運動與否）其周圍激發(fā)電場。而運動電荷（電流）在其周圍激發(fā)磁場。與電場是一種特殊的物質(zhì)一 樣，磁場也是一種特殊物質(zhì)，在磁場中的運動電荷（電流）受到該磁場給予的作用力（磁場力）。電流I1和I2之間的相互作用，是I1的磁 場給其場中的電流I2以作用；反過來I2的磁場又給其場中電流I1以作用。電流之間的相互作用是通過磁場來傳遞的。永磁體之間的磁現(xiàn)象，來源于永磁體中分子電流所激發(fā)的磁場和磁場給永磁體內(nèi)分電流的作用力。是不是覺得很繞彎，對于微觀的物質(zhì)現(xiàn)象總是令人費解， 其實就是我們觀察到的物質(zhì)運動的一體兩面的表現(xiàn)，就像在一個平面上畫上X和Y軸，水平方向表示分子運動的一致性，在地球上就表現(xiàn)為  N、S兩種磁極，垂直方向表示分子運動的方向，表現(xiàn)為正、負電流。如果通過中國傳統(tǒng)哲學來理解更加簡單，老子說：“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?！比f物都有兩面性，背負著陰而懷抱著陽，陰陽相沖和而合為一體。中國古代所 謂的道就是現(xiàn)代科學苦苦追尋的物質(zhì)運動統(tǒng)一的規(guī)律，電對應著陽，磁對應著陰。如下圖所示，太極圖描述的陰陽辯證關系也適用于電和 磁。電的累積、消散產(chǎn)生磁，磁的累積、消散產(chǎn)生電，電和磁的相互轉換伴隨的能量轉移就構成了我們設計電子產(chǎn)品的核心，變幻出無窮 的絢麗色彩，令人目不暇接、愛不釋手。如下圖所示陰陽之道的動態(tài)太極模型，放下片面、單方面思維，放眼宇宙，放開胸懷，才能欣賞 到電、磁一體、兼容、動態(tài)、平衡、和諧之美。

學習電磁兼容：

剛入門電磁兼容的讀者都有一種誤解，認為電磁兼容就是電和磁的組合，教科書也大多是這么講的。傳統(tǒng)科學在它的各門 學科中，不管是化學、生物學、物理學，還是社會科學，總是企圖把觀察對象的種種元素-化合物和酶、細胞、運動、自由競爭的個體，  等等，一一孤立起來，然后，希望通過概念或實驗把它們重新放在一起以產(chǎn)生整體或系統(tǒng)-細胞、人體、社會等等，并希望成為可以理解  的新學科，不斷發(fā)現(xiàn)新的元素增加進去，科學的門類便越來越多，越來越復雜，不符合”大道至簡“的原則，人為造成了后人學習的困難 和障礙。前面已經(jīng)提到電磁兼容是一門新興的綜合的科學，它會不會也成為人們趕時髦整合起來的一門新學科呢？在中國電磁兼容首先從 檢測認證普及，而不像國外是從產(chǎn)品使用中分析災難事故的原因引起關注，因此我們至今仍然停留在電磁兼容認證的考試和應考對策階  段。我們不能夠滿足于對電磁兼容表面的認識，認真地探求電磁兼容的真理，不能夠滿足于選擇電磁兼容的一種工作，不斷探索未知的領域，挑戰(zhàn)工作能力的極限，去適應不斷發(fā)展變化的環(huán)境。做電磁兼容檢測的、做產(chǎn)品電磁兼容設計的、做電磁兼容認證咨詢的、做電磁兼 容儀器及材料的等等都是電磁兼容工作，如果有機會去親身體驗和學習交流，一定能發(fā)現(xiàn)他們是如何互相聯(lián)系、彼此依存的?，F(xiàn)在我們懂 得，對于理解整體或系統(tǒng)來說，我們需要的不僅是理解其元素，還需要理解它們之間的相互關系：比如說，電磁兼容的測試設備和被測設 備相互作用，生產(chǎn)廠家工程技術人員和檢測機構檢測技術人員的精神過程的相互作用，以及社會系統(tǒng)的管理和消費的相互作用等等，這需 要根據(jù)它們自身的方法和特點來對我們的觀察對象進行考察。電磁兼容學科要把電和磁當作一個整體去把握，我的理解電和磁是電子產(chǎn)品 不可分割的一體兩面，兼容指的是電子產(chǎn)品在發(fā)揮它設計功能時與其他電子產(chǎn)品或者周圍環(huán)境的和諧統(tǒng)一，兼容主要體現(xiàn)在互相作用上， 比如認證、監(jiān)管模式就深入到社會、法制學科，因此相對于單一學科要復雜的多。在對電磁兼容不斷深入的學習、研究中，我們可以感悟 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。宏觀上可以感悟到電磁  兼容各行業(yè)的系統(tǒng)整體性，相生相克的微妙關系，電磁兼容具有簡約完整的美麗！

應用電磁兼容：

首先產(chǎn)品電磁安全認證應用于社會實踐，做為市場準入的技術壁壘，規(guī)范產(chǎn)品的市場流通和國際貿(mào)易，產(chǎn)品電磁兼容標準 的完善和實施，推動了產(chǎn)品安全認證相關產(chǎn)業(yè)，如檢測認證實驗室、第三方認證實驗室、儀器設備制造、元器件制造等相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 制造業(yè)產(chǎn)品安全質(zhì)量管理體系的完善，消費品電磁兼容質(zhì)量的提高，就像本文開頭提到的人們已經(jīng)不再受到電磁干擾的困擾，而不覺得有 電磁兼容的存在。

接著是系統(tǒng)電磁兼容評估，物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，產(chǎn)品再一次整合成更大的系統(tǒng)產(chǎn)品的條件成熟，電磁波傳遞數(shù)據(jù)信息，做為聯(lián)接物與物之 間，物與人之間，無障礙、無失真的橋梁，應用電磁兼容的系統(tǒng)設計，在一定的空間范圍建立一個信息場，原來獨立的電子產(chǎn)品，電視、 計算機、手機等被整合到一個系統(tǒng)中，整體電磁兼容的矛盾便上升為主要矛盾，原來電視、計算機、手機等獨立產(chǎn)品的電磁兼容下降為次 要矛盾，起碼在這種系統(tǒng)應用中就是這樣。這樣說比較抽象，我們用一個實例來說明，下圖是一個酒店移動通信物聯(lián)網(wǎng)項目的示意圖。

一個客戶拿著手機在酒店里面活動，從大堂進電梯、從電梯到自己房間，通話持續(xù)著，不知不覺間跨越了好幾個室內(nèi)的無線發(fā)射單元，進 到自己登記的房間，空調(diào)已經(jīng)開在自己習慣的24度或者27度，光線也非常養(yǎng)眼，客房里電視也從云計算中心獲悉客戶的觀賞習慣或者還沒 看完的電視劇，他就跟回自己家一樣，沒有一點人在旅途的困擾，原來客戶一登記，酒店的服務系統(tǒng)就通過云計算中心獲得了客戶習慣數(shù) 據(jù)，或者客戶家里也有智能家居系統(tǒng)通過云計算中心直接對接，把客戶預定的房間調(diào)理的和客戶自己的臥室一樣。這個系統(tǒng)的電磁兼容由 什么決定呢？這主要跟軟件的系統(tǒng)設計有關，沒人使用的時候，房間里的無線發(fā)射單元功率很低，以滿足節(jié)能的要求，跟蹤客戶活動的路 徑，自動切換到使用的頻道，自動調(diào)整發(fā)射功率到最佳的通信狀態(tài)，發(fā)射功率控制的反饋回路，頻道切換的協(xié)調(diào)機制，還有現(xiàn)在最時髦的云計算服務等等，這是任何一個單元產(chǎn)品的電磁兼容測試所無法替代的。原來還層次分明的應用層、網(wǎng)絡層、感知層被光纖、wifi，有線和無線的融合為一個有機系統(tǒng)。電磁兼容被推上了一個新的臺階，系統(tǒng)電磁兼容評估，物聯(lián)網(wǎng)將會使電磁兼容整體之美呈現(xiàn)在人們的眼前。

結語：

電磁兼容和人類的生活已經(jīng)密不可分，進一步對于人類生命過程的微觀了解，我們的身體也不過是一個電磁兼容的和合體，人類社 會就是這些和合體的系統(tǒng)兼容。物聯(lián)網(wǎng)的應用就像擴展了人類的神經(jīng)系統(tǒng)到社會，電磁波充分運用在社會機體溝通中，電磁兼容技術規(guī)則 不可或缺，人類社會也將會進化為更加智能的有機系統(tǒng)。人類創(chuàng)造的物質(zhì)世界，當然也包括電子產(chǎn)品，不過是人類社會活動的產(chǎn)物，如果 不理解電磁兼容原理，也無法理解現(xiàn)在的物質(zhì)世界和社會現(xiàn)象。現(xiàn)在的物質(zhì)世界，在人類有意識的社會規(guī)范之下，處處呈現(xiàn)出電磁兼容整 體協(xié)調(diào)的美。