近远场公式

近场与远场

分界指标	距离 (r) 与 波长 (λ)
核心公式	$r=\lambda /2\pi$
近场特性	电场与磁场相互独立
远场特性	平面波，波阻抗 377Ω
关键变量	频率 (f)、天线尺寸 (D)

近场（Near-field）与远场（Far-field）描述了电磁场随离开辐射源距离增加而发生的物理性质演变。在不同的区域，电磁场的分量比例（波阻抗）和衰减速率有着本质区别。

分界判据公式

根据电磁辐射理论，场区主要通过以下公式进行划分：

1. 临界分界点 (The 2π Rule)

对于点源或小型辐射体，近场与远场的一般分界距离为：

$r=\frac{\lambda }{2\pi }\approx 0.16\lambda$

• 当 $r<\lambda /2\pi$ 时，处于近场区（感应场区）。
• 当 $r>\lambda /2\pi$ 时，处于远场区（辐射场区）。

2. 针对大尺寸天线的弗劳恩霍夫距离

若辐射体尺寸 $D$ 大于波长，分界点需考虑其几何尺寸：

$r_{far}=\frac{2D^2}{\lambda }$

其中 $D$ 为天线的最大几何尺寸。

场区物理特性对比

特性	近场区 (Near-field)	远场区 (Far-field)
场分量关系	电场（E）与磁场（H）相互独立	E 与 H 相互垂直且同相（平面波）
能量性质	主要是无功功率（电/磁能量交换）	主要是有功功率（能量向外辐射）
衰减速率	较快（按 $1/r^2$ 或 $1/r^3$ 衰减）	较慢（按 $1/r$ 衰减）
波阻抗 (Zw)	随源的性质而定 (E-field 或 H-field)	恒等于真空本质阻抗 $120\pi \approx 377\Omega$

工程师视角下的 EMC 意义

1. 波阻抗与屏蔽策略

• 高压小电流源（电场源）： 在近场呈现高阻抗（$Z_w\gg 377\Omega$）。此时使用金属薄膜或高导电性材料（如铜、铝）利用**反射损耗**进行屏蔽最为有效。
• 低压大电流源（磁场源）： 在近场呈现低阻抗（$Z_w\ll 377\Omega$）。普通铜箔屏蔽效果差，需使用高导磁材料（如坡莫合金、硅钢片）利用**吸收损耗**或磁通路分流。

2. 测试距离的选择

• 3米/10米法： 在辐射发射（RE）测试中，我们通常在 3m 或 10m 处架设天线。对于 $30\text{MHz}$（波长 10m）的信号，3m 距离处于近场/远场过渡区；而对于更高频（如 $1\text{GHz}$），则完全处于远场区。

3. 诊断工具的应用

• 近场探头： 工程师在实验室使用手持电场/磁场探头扫描 PCB，利用的就是近场电场与磁场解耦的特性，以便精准定位哪个元件或哪条走线是骚扰源。

参见

• 麦克斯韦方程式
• 电磁兼容
• 波长公式
• 阻抗
• 波特图