1. 课程导入与电磁兼容基础

在电子产品设计中，PCB 辐射发射（Radiated Emission，RE）是最常见、也最容易被低估的电磁兼容问题之一。很多工程师第一次接触 EMC 测试时，会遇到这样的场景：功能完全正常的一块板子，在电波暗室里却因为 30 MHz～1 GHz 频段内某几个频点超标而无法通过认证。此时问题往往不在芯片本身，而在于高速信号在 PCB 上形成的电流回路、连接器与线缆构成的"无意天线"，以及参考平面被切割后产生的共模驱动电压。本课程的目标，就是帮助你把"辐射发射"从一个只能靠整改试错的黑盒问题，转化为可以建模、可以预测、可以定量优化的工程问题。

1.1 从工程背景理解辐射发射

电磁兼容（EMC）包含两个方向：电磁干扰（EMI）与电磁敏感度（EMS）。辐射发射属于 EMI 中的发射部分，关注的是设备对外界产生的电磁能量是否超过限值。以常见的 CISPR 22 / CISPR 32 或 GB 9254 为例，信息技术设备在 10 m 测量距离下，Class B 限值在 30～230 MHz 约为 30 dBμV/m，在 230 MHz～1 GHz 约为 37 dBμV/m。这些数字看起来抽象，但换算成场强后，对应的电场强度只有几十微伏每米量级——也就是说，一块 PCB 上毫安级的共模电流，就足以让整机超标。

辐射发射的物理本质可以概括为：变化的电流产生变化的电磁场，当电流回路的尺寸与波长可比时，回路便成为有效辐射天线。差模辐射来自信号电流与其回流构成的环路，辐射强度正比于回路面积、电流变化率（di/dt）和频率的平方；共模辐射则来自线缆或大面积导体上的共模电流，其辐射效率通常远高于差模，是整机超标的主要来源。理解这两条路径，是后续建模与仿真的出发点。

1.2 电磁兼容的基本概念与工程语言

在进入建模之前，需要统一几个基本概念。第一是干扰源、耦合路径与敏感设备三要素，辐射发射问题中，干扰源通常是高速数字信号或开关电源，耦合路径是 PCB 走线、参考平面与线缆，敏感设备则是测试天线或邻近设备。第二是时域与频域的对应关系：一个上升时间为 t_r 的周期性方波，其频谱包络在 1/(π·t_r) 处开始以 -40 dB/dec 滚降，这正是辐射发射测试中高频段超标往往由快速边沿引起的原因。第三是近场与远场的区分：在距离小于 λ/(2π) 的区域为近场，电场与磁场需分别考虑；在远场，电场与磁场通过波阻抗 377 Ω 关联，测试标准通常规定在远场条件下测量。

工程上还常用到几个关键量：电场强度 E（dBμV/m）、共模电流 I_cm（μA 或 mA）、转移阻抗 Z_t（Ω/m）以及天线系数 AF（dB/m）。它们之间的关系可以简化为：E = I_cm × L × f / (r × 常数)。这个关系式虽然简化，但已经能解释为什么"缩短线缆、降低共模电流、减小回路面积"是整改中最有效的三个方向。

1.3 辐射发射的物理本质：从电流到电磁波

从麦克斯韦方程出发，辐射场由电流密度和电荷密度的时变项产生。对于 PCB 上的实际结构，可以将其等效为若干基本辐射单元：电小偶极子（对应短走线或过孔）、电小环天线（对应信号-回流回路）以及长线天线（对应连接线缆）。差模辐射主要对应环天线模型，共模辐射主要对应偶极子或长线天线模型。

一个值得记住的工程结论是：共模辐射的效率通常比差模高 2～3 个数量级。原因在于，差模电流在相邻的去路与回路中方向相反，远场辐射相互抵消；而共模电流在所有导体上同向流动，无法抵消。因此，在实际整改中，即使共模电流只有差模电流的百分之一，其辐射贡献也可能与差模相当甚至更大。这也是为什么连接器处的共模电压、地平面分割、屏蔽层端接方式往往成为仿真与测试的重点。

1.4 课程目标与学习路径

本课程围绕"建模—仿真—验证—优化"的闭环展开，共 30 章。前 6 章建立电磁兼容与辐射发射的基础概念，包括频谱分析、天线模型、近场与远场、共模与差模分解；第 7～14 章进入 PCB 结构建模，涵盖走线、参考平面、过孔、连接器与线缆的等效建模方法；第 15～22 章介绍仿真工具链与求解器选择，包括矩量法、有限元法、时域有限差分法的适用场景与网格设置；第 23～28 章通过典型案例，演示从模型搭建、激励设置、边界条件到结果判读的完整过程；最后两章讨论仿真与实测的 correlation 方法，以及如何将仿真结果转化为可执行的整改措施。

学习本课程不需要你预先掌握复杂的电磁场数学，但需要你具备基本的电路分析能力、了解 PCB 叠层与走线的基本概念，并愿意动手搭建模型、观察参数变化对结果的影响。建议在学习过程中，始终把"这个模型对应现实中的哪个结构、哪个参数对应哪条物理规律"作为自问自答的习惯。