電磁兼容三要素的哲學思辨
摘要：從電磁兼容發生、發展的歷史中解讀哲學思想對科學發現的指導作用，引進的外來科學技術如果不能和本地的傳統哲學思想相結 合，將成為無根之木、瓶中插花。大道同源，本文獨創性地把中國的傳統哲學和電磁兼容理論相結合，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。
關鍵詞：電磁兼容、三要素、陰陽
概述：電磁兼容的理論基礎是電磁兼容三要素，所有的教科書都一樣，給出了三要素是什么：系統要發生電磁兼容性問題，必須存在三個 因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設備。怎么用三要素解決問題：抑制干擾源的發射；阻斷耦合路徑；降低敏感設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象的發生必須具備三個基本條件：首先應該具有干擾源；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。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象就不會發生，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。
為什么電磁兼容現象有三要素？
中國人恐怕沒有不知道《道德經》的，這個古典哲學引申出的三五之道已經說明了這個問題，道德經第四十二章：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。…… 道生于對物質統一性的認識！ 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，陰、陽、和三要素組合能生出萬物，當然也能生出電磁兼 容現象，電和磁也是陰陽相對的物質屬性，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 互作用時的能量轉換通道，電磁干擾源和敏感設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、敏感設備三個要素相互依存、相互作用演變出電磁兼容現象的零零總總。
電磁兼容也是對立的矛盾統一體，中國的古典哲學發展到現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一體，都有矛盾的兩個方面……“人的認識物質，就是認識物質的運動形式，因為除了運動的物質以外，世界上什么也沒有，而物質的運動則必取一定的形式。對于物質的每一種運動形式，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的區別。只有注意了這一點，才有可能區別事物。任何運動形式，其內部 都包含著本身特殊的矛盾。這種特殊的矛盾，就構成一事物區別于他事物的特殊的本質。這就是世界上諸種事物所以有千差萬別的內在的 原因，或者叫做根據。”當物質的運動形態表現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現了“電”的生滅，觀察到自然界中磁石的吸引和排斥，經過無數的努力人們才發現電和 磁之間的聯系，地球本身就是一個電磁體。法拉第跳出了牛頓以來物質實體的思想束縛，從物性上重新認識電和磁，創立了電磁感應定 律，確認了電和磁對立統一，同時又可以向矛盾的對立面互相轉移的辯證關系。
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品規范，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，人們創造一定的條件就可以發生和消滅電，發現了電的公式和定理。當人們有了伏 特電池可以產生出比較持久的電，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象與規律不統一的結果。法拉第堅信：電流 產生磁場是一種感應，那么就一定會有磁轉為電的反感應。經過仔細地思索，再加上實驗的驗證，法拉第終于意識到成功的關鍵所在—運 動才能產生電流。電磁感應定律的核心：只要能持續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出來。法拉第善 于運用直覺把握住各種現象的本質、設計合理的實驗進行觀察與總結，奠定了電化學、電動力學的基礎，他的場論思想突破了牛頓力學的 束縛，用開創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的事業，1861年和1862年，麥克斯韋發表了四篇論文，在論文中，他以充足的理論數據、嚴謹的推理證明，用新的數學方法，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。變化的磁場能夠激發電場，而反過來，變化的電 場能激發磁場，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的牛頓理論更令人信服，只是缺乏事實依據難以令人信服。于是他決定用實驗來證實 這一點，1886年，赫茲經過反復設計實驗方案，發明了一種電波環，用這種電波環作了一系列的實驗。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的間距即半個波長，然后再根據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，實際上相當于感應絲圈，形狀與感應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，處于波節處不會產生火花，然后由弱漸強，處于波腹處產生最強的火花。赫茲根據這個反應測量出了兩個波節之間的長度為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，他的實驗方法開創了電磁波發生、發射、接收、 檢波的先河，就是今天電磁兼容實驗的基礎，他使用的裝置就是最簡單的電磁兼容三要素單元，LC發射單元、自由空間、C型天線和火花隙檢波器。
接下來的發展就是八仙過海各顯神通了，人們不斷地變換赫茲發明的這個玩具的玩法，用它來傳輸信息和電能，誕生了現代人無法離開的 無線電通信和廣播，遠距離無線輸電的游戲規則還沒有成熟，碰到的難題就是電磁兼容，至今無法大規模的使用。馬可尼開創了無線通 信，特斯拉開創了交流電傳輸，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，實現不同的功能。科學的世界觀被 人們普遍接受之后，人們的創造熱情被激發起來，在電磁場理論指導下，新的產品、新的業務不斷涌現，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規范，約束制造電子產品的“無線電干擾”行為，這就是 現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，電子企業研發工程師難以理解自己的產品開發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現有問題，自己測試的結果和認證檢測 的結果總是不像其他指標那樣有較好的一致性，如何端正自己的態度？如何正確理解這些現象？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？我們已經論述了每一 個電磁兼容現象都是由電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設備三個要素和合產生，缺一不可，絕一既滅。近年科學技術的進步，人們微觀發現 能力提高，如果以頻率特性為組織單元，電子產品猶如一個不斷進行電磁轉換的生命體，可以觀察到從產品內部到系統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品的頻譜特征。
每一個系統層面都可以找出三要素，每一個要素都包含系統全息的特性；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，每一個系統層面的三要素可能只是更高系統層面的某一個要素；干 擾源和敏感源是相對的，必須通過對應的傳輸路徑相聯系，必須統一在同一個系統層面；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果，檢驗電磁騷擾就放在標準的傳輸路徑和敏感源的環境構成相互聯系的電磁兼容三要素系 統，干擾源由敏感源顯示，在接收機儀表盤上讀出，不同的被測設備就這樣可以在統一的電磁兼容三要素系統中被測量和評估。電磁兼容 標準是為了規范這個測量和比較的過程，被測設備和實驗室之間是個體和系統的關系，電磁兼容檢測的干擾測試，接收機設置、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，干擾發射設備、耦合路徑被標準化，被測設備的敏感性才 能由干擾機讀出，所謂以陽顯陰。
結語：堅信物質的統一信念，深刻理解電磁兼容發生、發展的軌跡，深刻理解三要素源于太極陰陽，掌握三要素的辯證關系，就為分辨復雜的電磁兼容現象，解決電磁兼容問題打好了堅實的基礎，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品的三要素辯證整改，掌握電磁兼容 三要素辯證關系的電磁兼容思維，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功心法。
