1.电源/地平面电磁场辐射机理
1.1多层PCB简介
现代超大规模集成电路使得封装密度极大地提高、互连线大量集中，从而导致一系列复杂设计问题的出现，如噪声、串扰、寄生电容等。所以，印制电路板设计必须致力于使信号线长度最小以及避免平行路线等。在大量互连和交叉需求的情况下，电路板要达到一个满意的性能，就必须将板层扩大到两层以上，因而出现了多层电路板。多层电路板的层数可从4层到50层以上，典型的4层板结构如下图所示。
第1层为信号层，放置高频元件和传输线，第2层为地层，第3层为电源层，第4层为信号层，放置低频元件和传输线。
六层板结构如下图所示，第1、2层为信号层，第3层为地层，第4层为电源层，第5、6层为信号层。
1.2电源/地平面结构分析
在高速多层印制电路板设计中，采用电源/地平面供电，电源/地平面又常常称为参考平面，电源/地平面的结构如下图所示。通常来说，PCB布线中将电源平面和地平面设计成紧邻的平行板电容器，目的是形成耦合电容，并与PCB板上的去耦电容共同作用，降低电源平面阻抗，为电流提供了一条低阻抗电流通路，同时获得较宽的滤波效果。这种低阻抗通路提高了高速功率传输的效率、高速信号传输的质量并减小了高速信号的EMI问题。但是在更高的频率上，这些平板的尺寸变得可以和介质中的波长相比拟，整个电源地结构将类似一个谐振腔，会发生谐振现象。
谐振腔是中空的金属腔，电磁波在腔内以某些特定频率振荡腔壁(边界)制约着腔内的电磁波的形态。谐振腔内产生的电磁波，受到了金属腔壁的制约，金属腔壁成为电磁场存在的边界，因而讨论导体界面的边界条件十分重要。谐振腔问题就是有界空间的电磁波传播问题，它们属于电磁场的边值问题。在理想的无耗谐振腔内，任何电磁扰动一旦发生就永不停歇，当扰动频率恰使腔内的平均电能和平均磁能相等时便发生谐振，这个频率称为谐振频率。腔内的电磁场可根据谐振腔的边界条件求解麦克斯韦方程组而得出，它是一组具有一定正交性的电磁场模式的叠加。按波导两端被短路的观点，腔内的电磁场也可认为是波在腔壁上来回反射而形成的驻波场。当腔长等于某种模式的1/2波导波长整数倍时，该模式发生谐振，称为谐振模。
电源/地平面属于扁平结构，上下的金属平面在z方向构成电壁，能够约束电磁场在z方向传播，同时由于金属平面对于有效介电常数的影响，在金属平面边缘构成磁壁，能够约束电磁场在xy方向的传播。由于z方向叠层非常小，电磁场沿着z方向无变化，也就是在z方向不存在谐振，所以只需要考虑xy方向。在中低频时，电源/地平面对被当作一个理想电容来看待，其等效串联电阻和等效串联电感都很小。在频率很高的情况下，电源地平面对变成了一个谐振腔，当电磁场的频率和 xy方向的金属平面尺寸满足一定关系的时候，电磁场就发生谐振现象，这个时候对应的频率就是谐振频率，这个时候的场分布就是谐振模式。在谐振频率点附近，电源/地平面的阻抗变得很大，如果信号工作频率或者其高次谐波正好在这个谐振频率上，那么整个系统就是一个巨大的干扰辐射源。
1.3电源/地平面的边缘辐射
电源/地平面对构成了平行板谐振腔。对于PEC(理想电导体)边界，即边缘短路的情况下，在PCB边缘处电场总是等于零，这种结构平面的边缘不会向外辐射电磁场。对于PMC(理想磁导体)边界，即边缘开路的情况下，场的最大值位于边缘，因此电源噪声能导致严重的电磁场辐射。因此电源噪声与电源/地平面结构的谐振模式关系密切。
在高速数字电路中，当数字集成电路加电工作时，它内部的门电路输出会发生从高电平到低电平或者从低电平到高电平的切换，即0和1间的转换。在变化的过程中门电路中的晶体管将不停地导通和截止，这时会有电流从所接电源流入门电路，或者从门电
路流入地线，使电源线或者地线上的电流产生不平衡，从而产生一个瞬间变化的电流△I，这个电流在流经回流路径上存在的电感时会形成交流电压降，进而引起噪声。导致电源噪声的源头有两种：
(1)同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise，SSN)是指当多个器件同时处于开关状态，产生瞬间变化的电流，在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起的噪声。
(2)信号透过过孔换层走线时，参考平面发生改变，返回电流不连续所引起的地弹。当过孔开关电流的谐波分量与电源/地平面平面组成的谐振腔的固有频率一致时，平面就会产生谐振，在谐振频率附近，PCB平面会向周围辐射大量的电磁波，该电磁辐射是通过PCB边缘向外辐射，即边缘辐射，如下图所示。
1.4微带天线辐射机理
典型的PCB结构含有大量的过孔，每一个过孔即可以作为激励源也可以作为其他过孔的接受体，同时也是PCB边缘反射能量的接受体。过孔可以等效成一根同轴电缆，将能量馈入PCB板之间。PCB电源/地平面的辐射原理与微带天线本质相同，微带天线的结构如下图所示。
微带天线的辐射机理可由矩形微带贴片来理解。如下图所示，贴片尺寸为W×L，介质基片厚度为h<<λ0，λ0为自由空间波长。微带贴片可看作为宽W长L的一段微带传输线，其终端(W边)处因为呈现开路，将形成电压波腹。一般取L≈λm/2，λm为微带线上波长。
于是另一端(W边)处也呈电压波腹此时电场可近似表达为(设沿贴片宽度和基片厚度方向电场无变化)：
天线的辐射由贴片四周与接地板间的窄缝形成。由等效原理知，窄缝上的电场的辐射可由面磁流的辐射来等效。等效的面磁流密度为：
可以看到，沿两条W边的磁流是同向的，故其辐射场在贴片法线方向(z轴)同相相加，呈最大值，且随偏离此方向的角度的增大而减小，形成边射方向图。沿每条L边的磁流都由反对称的两部分构成，它们在H面(yz平面)上各处的辐射相互抵消；而两条L边的磁流又彼此呈反对称分布，因而在E面(xz平面)上各处，它们的场也都相消，在其它平面上这些磁流的辐射不会完全相消，但与沿两条W边的辐射相比，都相当弱。