一、电场与磁场电场（E场）产生于两个具有不同电位的导体之间。电场的单位为m/V，电场强度正比于导体之间的电压，反比于两导体间的距离。磁场（H场）产生于载流导体的周围，磁场的单位为m/A，磁场正比于电流，反比于离开导体的距离。当交变电压通过网络导体产生交变电流时，会产生电磁（EM）波，E场和H场互为正交同时传播，如图1所示。❖ 
图1 产生电磁（EM）波，E场和H场互为正交同时传播电磁场的传播速度由媒体决定；在自由空间等于光速3×108 m /s。在靠近辐射源时，电磁场的几何分布和强度由干扰源特性决定，仅在远处是正交的电磁场。当干扰源的频率较高时，干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与被干扰者之间的距离r＞λ/2π 时，则干扰信号可以认为是辐射场即远场，它以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。干扰信号以泄漏和耦合形式，通过绝缘支撑物等（包括空气）为媒介，经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。当干扰源的频率较低时，干扰信号的波长λ比被干扰对象的结构尺寸长，或者干扰源与干扰对象之间的距离r＜λ/2π，则干扰源可以认为是近场，它以感应场形式进入被干扰对象的通路。近场耦合用电路的形式来表达就是电容和电感，电容代表电场耦合关系，电感或互感代表磁场耦合关系。这样辐射干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。图2是辐射场中近场、远场、磁场、电场与波阻抗的关系图。❖ 
图2 辐射场中近场、远场、磁场、电场与波阻抗的关系图二、天线检测信号的方法天线具有两种转换的功能：转换电磁波为电路可以使用的电压和电流，转换电压和电流为发射到空间的电磁波。信号是通过电磁波传输到空间中的，电磁波由分别用V/m和A/m来度量的电场和磁场构成。依据要检测的场的种类，天线具有特定的结构。如图3（a）所示的设计来拾取电场的天线由棒子和金属板构成，而如图3（b）所示的用来拾取磁场的天线则由线环构成。有时电子电气产品中的一部分（如电缆、长印制线等）就会无意识地具有这样的特性而成为天线。EMC其中一个很重要的任务就是关注并消减这些无意识的天线。当电场（V/m）碰上天线时，它沿长度方向感应一个相对于地的电压值（m·V/m=V）。与天线互连的接收机检测天线与地之间的电压。这种天线模型也可以等效为测量空间中电位的电压表的一条引线，另一条电压表引线是电路的地。❖ 
图3 用来拾取电场和磁场的天线形状一些天线由线环构成。这些天线探测磁场而不是电场，它们是磁场天线。正像流过线圈的电流可以产生穿过线圈的磁场一样，当磁场通过线圈时线圈中也会感应出电流。磁场天线的两端被固定在一个接收电路上，这样可以由环天线引入的电流来探测磁场。磁场一般垂直于场的传播方向，所以环面应该与波传播方向平行来检测场。辐射电场的天线具有两个互相绝缘的单元。最简单的电场天线是偶极子天线，它的名字非常自然地暗示了它有两个单元。两个导体元作用类似电容器极板，只是电容板间的场是辐射到空间中，而不是被限制在两极板之间。另外，构成磁场天线的线圈类似电感，它的场被辐射到空间而不是禁锢在一个封闭的磁路中。三、天线的形成及对电磁场的辐射❖ 
图4 电场天线形成原理正如前面提到的，电场天线可以与电容相关联。如图4（a）所示为简单的平行板电容器，当电荷堆积在板上时，板间就会产生电场。如果板被展开并置于同一个平面，板之间的电场就会伸展到空间中。相同的情形就发生在如图4（b）所示的电场偶极子天线上。天线每部分的电荷在天线两极之间就会产生一个进入空间的场，偶极子天线的两臂之间具有一个固有的电容，如图4（c）所示。需要有电流来给偶极子臂充电，天线上每部分的电流朝相同的方向流动，这样的电流被称为天线模电流。这个条件很特殊，因为它导致了辐射的产生。当应用到天线两极的信号振荡时，场保持不断换向并将波发送到空间中。❖ 
图5 电场天线辐射形成示意图偶极子上的电荷和电流产生的场互相垂直。如图5（a）所示，在天线上施加电压，电场E从正电荷方向指向负电荷方向。天线上的充电电流产生磁场H，方向为环绕着金属线并满足右手定则，如图5（b）所示。上帝创造了这个规律，当电子沿着金属线移动时，就会产生环绕着金属线的磁力“风”。将右手拇指指向电流的方向，环绕在金属线上的手指方向就是磁场方向。磁场的环绕导致了天线的电感特性。天线因此是一个既具有来自于电荷分布的电容，又具有来自于电流分布的电感特性的电抗性器件。如图5（c）所示，E和H场是互相垂直的。它们以互相链接循环的方式从天线散布到空间中。当天线上的信号振荡时就形成了波。横电磁（TEM）波是在E和H的相互垂直的情况下产生的。天线也可以将一个TEM波通过互易性的原理来转换回电流和电压，天线具有发射和接收的互补性。天线的辐射情况如图6所示。天线的电抗部分在天线周围的电场和磁场中储存能量。电抗性的功率在天线的电源和电抗性元件间进行后向和前向的交换。❖ 
图6 辐射的功率流正如在L-C电路中的电压和电流具有90°的相位差，如果天线的电阻可以忽略，天线的E场（由电压产生）和H场（由电流产生）具有90°的相位差。在一个电路中，只有当负载的阻抗有实的分量，引起电流和电压同相时，实的功率才能释放出来。这个情况也适用于天线。天线具有一些小电阻值，所以存在于天线中产生消耗的实的功率成分。为了出现辐射，E场和H场一定是同相的，如图5（c）所示。对于起电容和电感作用的天线来说，辐射是如何发生的呢？同相分量是传播延时的结果。来自于天线的波并不是在空间中的所有点同时瞬时形成，而是以光速来传播。在远离天线的距离上，这个延时就导致了同相的E场和H场成分产生。这样，E场和H场具有不同的分量，包含了场的能量储存（虚部）部分或辐射（实部）部分。虚部部分由天线的电容和电感来决定，并主要存在于近场中。实部部分由称为辐射电阻的东西来决定，它是由于传输延迟产生的，并存在于距离天线很远的远场中。接收天线（如那些在EMC测试中所使用的），可以被放置在距离源很近的位置，这时它们的近场效应的影响就大于远场辐射的影响。在这种情况下，接收和发射天线间就通过电容和互感进行耦合，这样接收天线就成了发射部分的负载。四、反射的重要性当人看向一面镜子时，会联想到电磁辐射的反射效应。为什么波会从金属表面反射回来呢？这些辐射的反射结果是什么呢？反射的基础是金属表面的场边界条件。对于E场和H场的场边界条件如图6所示。在金属的内部，当受电场影响时，电荷会自由移动，当有时变磁场存在时会有电流产生。金属附近的电荷会引起金属表面电荷的迁移。E场的任何切向分量都会引起电荷的移动，直至 E 的切向分量为零。影响的结果是位于金属表面之下的等效镜像或虚电荷，如图7（c）所示。镜像不是真实的，而是对实际结果有等价效果的电荷的表征。时变磁场会在理想导体中感应一个电流。电流会抵抗磁场，以使没有法向分量可以穿透金属表面。这样如图7（c）所示的电流镜像就使得H的法向分量在金属表面消失。❖
图7 电场反射原理图
镜像效应非常重要，因为天线经常在导电表面附近，如地球、汽车或飞机的金属板，电路板地平面，产品的金属外壳，EMC测试时的参考接地板等。辐射到空间的场是来源于天线和镜像的场的总和。如果考察偶极子的E场，是很容易看到这种效应的。图8（a）中显示一个平行于导体的偶极子和它的镜像。当偶极子垂直于地平面时，具有反向电荷的偶极子镜像存在于它的下面，如图8（b）所示。在这两个例子中，空间中一些点的场是来自于偶极子和它的镜像场的总和。当场从偶极子辐射到金属体上时，如图8（c）所示，反射就可以解释为从镜像传出的波。❖ 
图8 偶极子天线镜像原理由此原理，如图9所示的单极天线也可以等效成偶极子天线，具有一半偶极子天线长度的单极天线由于地平面镜像的作用，使其具有偶极子天线的等效长度，即偶极子天线的长度为单极天线长度的2倍。❖ 
图9 单极天线和偶极子天线辐射模型五、天线阻抗与频率的关系天线阻抗是频率的函数。天线上电流和电荷的分布是随着频率而变化的。偶极子上的电流一般是一个由频率确定的关于天线位置的正弦函数。由于信号的波长依赖于频率，在某个频率上天线的长度等于一个波长的几分之几。偶极子上的电流对于不同的频率分别为1/2和1倍的波长，如图10（a）和图10（b）所示。对于1/2波长的情况（单极天线为1/4波长），激励源上的电流是最大的，因此在这个频率天线的输入阻抗是最小的，等于天线的电阻值（实际电阻+辐射电阻）。在天线的长度为一个波长的情况，源的电流为零，因此，输入阻抗为无限大。阻抗与频率的关系图如图10（c）所示。❖ 
图10 天线阻抗频率特性
