2. 电磁辐射基础与近场/远场划分

近场扫描之所以能定位辐射源，前提是理解探头在什么位置“看到”的是什么场。电磁场从源向外传播时，并非一开始就是标准的平面波：在靠近源头的区域，电场与磁场各自独立、相位不严格同步、幅度随距离急剧变化；只有离开源足够远，场才逐渐收敛为横电磁波（TEM），电场与磁场正交、同相，波阻抗稳定在自由空间值。近场与远场的分界，直接决定了扫描高度、探头选型、测量量（E 还是 H）以及定位算法的适用性。

一、从麦克斯韦方程到波阻抗

电磁场的基本行为由麦克斯韦方程组描述。对辐射源定位而言，最需要关注的是其中两个结论：变化的电场产生磁场（位移电流项），变化的磁场产生电场（法拉第定律）。正是这种相互激励使能量脱离源、以波的形式向外传播。工程上更常用的是由方程导出的波阻抗概念，即电场与磁场的横向分量之比：

Z = |E| / |H|   （单位：Ω）

自由空间（远场）：Z0 = √(μ0/ε0) ≈ 377 Ω
近场电偶极子主导：Z ≈ Z0 / (2πr/λ)  → 距离越近，Z 越大
近场磁偶极子主导：Z ≈ Z0 · (2πr/λ)  → 距离越近，Z 越小

这里 r 为观测点到源的距离，λ 为工作波长。可以看出：在近场区，波阻抗不再是常数，而是随距离和源类型剧烈变化。高阻抗场（电场主导）常见于高电压、小电流的节点，如开关节点、天线馈电端、未端接的走线；低阻抗场（磁场主导）常见于大电流回路，如电源回路、地回流路径、电感与变压器附近。这一区别是选择电场探头还是磁场探头的根本依据。

二、近场与远场的边界条件

近场与远场没有一条绝对锐利的界线，工程上通常用两个判据共同界定：

• 距离判据：r < λ/(2π) 视为近场，r > λ/(2π) 视为远场。λ/(2π) 常被称为“近场边界”，约等于 λ/6.28。
• 尺寸判据：当源的最大尺寸 D 远大于波长时，还需满足 r > 2D²/λ 才进入远场（夫琅禾费距离）。

实际判断时取两者中较大的距离作为远场起点。以常见频段为例：100 MHz 时 λ = 3 m，λ/(2π) ≈ 0.48 m；300 MHz 时 λ = 1 m，λ/(2π) ≈ 0.16 m；1 GHz 时 λ = 0.3 m，λ/(2π) ≈ 4.8 cm。这意味着在 GHz 频段，几厘米之外就已经进入远场，近场扫描必须把探头压得很低；而在几十 MHz 频段，半米以内都还算近场，扫描高度可以相对宽松。

三、近场/远场划分对扫描策略的影响

这一划分不是理论装饰，而是直接改变操作参数。在近场区，场分布与源电流分布高度相关，探头贴近 PCB 时能分辨出单个走线、过孔、连接器针脚的贡献，因此适合做辐射源定位；但近场测量值不能直接换算成远场辐射强度，因为波阻抗未知且随位置变化。在远场区，场已近似平面波，E 与 H 比值固定，可用标准天线做符合性测试，但空间分辨率低，难以指出具体是哪个器件在辐射。

因此近场扫描的典型策略是：在近场区定位，在远场区验证。定位阶段把磁场探头贴近板面（例如距板面 1～3 mm），逐点或逐区域采集幅度，找出热点；确认热点后再用远场天线在 3 m 或 10 m 法暗室中测量，判断是否超标。若近场热点明显但远场不超标，说明该热点是低效辐射结构（如小电流环路）；若近场一般但远场超标，则可能存在长线缆或大结构天线效应，需要重点排查线缆与机箱缝隙。

四、实际扫描中的参数选择

把上述关系落到操作上，可以形成几条明确的判断依据。第一，扫描高度：若目标频段为 1 GHz，λ/(2π) 仅约 4.8 cm，探头必须贴近板面，否则热点会被空间平均而模糊；若目标频段为 100 MHz，近场边界约 48 cm，探头可适当抬高，但为了分辨小环路仍建议贴近。第二，探头类型：先判断热点属于高阻还是低阻场。对开关电源的 SW 节点、时钟走线末端，优先用高阻抗电场探头；对电源输入回路、DC-DC 电感周围，优先用磁场探头。第三，数据解释：近场幅度图上的“热点”只代表该位置近场强，不等于远场辐射强。一个很小的电流环路可能近场读数很高，但因其辐射效率低，远场贡献有限；反之，一根长线缆的近场读数未必突出，却可能因天线效应在远场超标。

五、小结与操作检查

本节的核心逻辑是：麦克斯韦方程决定了场随距离的演化，波阻抗决定了近场中 E 与 H 谁占主导，λ/(2π) 与 2D²/λ 共同划定了近场与远场的边界，而这一边界又反过来约束了扫描高度、探头选型和结果解释方式。实际执行时，可先按以下顺序确认：计算目标频率的 λ 与 λ/(2π)；判断源尺寸是否满足远场距离判据；根据热点性质选择电场或磁场探头；在近场区完成定位后，再到远场区做符合性验证。这样既能发挥近场扫描高分辨率的优势，又能避免把近场读数误用为远场结论。