信号を運ぶときに単純な導体がEM波を放射し始めるのはなぜですか？
回答:
フォローアップの質問...
しかし、私が理解していないのは、物理的実体である電子の流れがこれらのEM波の放出をもたらす理由
なぜ「放射線」が発生するのですか？
これはよくある（そして優れた）懸念事項であるため、具体的に見てみましょう。
これは簡単なワイヤで、すぐに電圧源に接続されています：
この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図
この時点で、ワイヤの左端（ソースに隣接）とグランド間の電位差は1ボルトです。
ソースの起電力（電圧）がワイヤのもう一方の端にまだ伝搬していないため、ワイヤの極端なもう一方の端はまだグラウンド（0の差）にあります。
時間が経つにつれて、ワイヤの電圧が低下します。
導体内の電子は、電界（電子の運動エネルギーに変換されるソースのポテンシャルエネルギー）によって加速されています。
電子が最後に到達すると*、物理的に継続することはできません。これ以上伝搬する導体はありません！
...しかし、これらの電荷にはワイヤの方向に運動量があります（たとえば、運動エネルギーがあります）。
充電がワイヤの端で突然停止すると、エネルギー保存法により、このエネルギーは「どこかに行く」必要があります-消えることはありません
答えは放射線です。エネルギーは、電磁波の形でワイヤの端から出ます。
*ワイヤの一端で動き始める同じ電子がワイヤの他端に到達する同じ電子であるとは限らないことに注意する必要がありますが、これは我々の議論にとって重要ではありません。
放射性降下物
多くのきちんとしたものがこれから落ちます。たとえば、この例のワイヤは、無限に多くの小さなワイヤで構成されていると考えることができます。これらのそれぞれについて、同じ振る舞いが当てはまります（放射が全長にわたって発生する理由です）。
あなたも見ることができる理由から放射結果の変化（電流の変化から、例えば）電磁界インチ
線形アンテナの仕組みを理解できます。この例では、電圧が遠端でピークになった瞬間に、ソースを0.0Vに戻すことを想像してください。これで同じ画像が得られますが、裏返され（右側が1.0V、左側が0.0V）、プロセスが再び開始されます。
このプロセスを繰り返し続けると、電子は一方の端からもう一方の端まで（ワイヤの長さ全体にわたって）無限に行き来します。それは完璧な線形アンテナ（「ラジエーター」）です。
ワイヤーが短すぎると動きが少なくなり、長すぎると動きが大きくなります。近くのセクションで電圧を下げると、電圧はワイヤをさらに下がっていきます（これらの単純な数値だけでは視覚化が困難な干渉結果）。
これで、トレース動作を直観できます...
私が理解しているのは、この場合、基板トレースが本質的にアンテナとして動作し始めているということですが、理由はわかりません。
低周波数（実際には、「デジタル」回路のエッジレートが低い）では、ソースが切り替わって電子が戻るように要求される前に、電子がワイヤの端に到達する時間があります。これは「集中要素」と呼ばれます。
ワイヤの両端の電圧は基本的に常に同じです。これは、電子工学入門の学生に教える行動です（ワイヤは等電位面=どこでも同じ電圧です）。
周波数が高くなると、トリップする時間が短くなり、ワイヤの各端の電圧が前の図に示されているように常に同じになることを保証できなくなります。
回路基板の設計では、集中要素からの放射を心配する必要はありません。簡単な近似は次のとおりです。
- シグナリングで最も速い立ち上がり時間（1 /エッジレート）を見つける= Tr
- このエッジに含まれる最大周波数= fを見つける
- 対応する波長よりも短い桁数でトラックを維持する
あれは：
ここで、c_mは媒体内の光の速度です（通常、FR-4 PCB上の銅の場合、c_mは約1.5e8です）。
厳密な数学的処理の代わりに、やや手を振って説明します。
電流が流れると、ワイヤの周囲に磁界が発生します（ワイヤの長さに垂直）。ただし、電磁波を効率的に発射するには、M電場と直角に（ワイヤの長さに沿って）電圧降下（E電場）も必要です。
低周波数では、電圧降下はワイヤのI 2 R損失のみによるものであり、これは通常それほど重要ではありません。ただし、周波数が上がると、2つの効果が出てきます。まず、ワイヤーの「スキン効果」の結果として、I 2 R損失が増加し始めます。第二に、ワイヤに沿った信号の有限伝播時間は、信号の変化に応じてワイヤの両端が異なる電圧になることを意味します。この2番目の効果は、信号の周波数が1/4波長がワイヤの長さと一致するポイントまで上昇すると特に顕著になります。
すべてのAC信号は導体からEM放射を放出しますが、このプロセスの効率は、信号の波長とアンテナの長さの比率に大きく依存します。周波数が高いほど波長が短くなり、通常のPCBにあるトレースの長さからより効率的に放射します。
電源ケーブルやオーディオケーブルなど、デバイスに接続されているケーブルがある場合、それはより低い周波数範囲を放射する長いアンテナのように見えます。
役立つ写真を次に示します。-
写真はディッシュアンテナを示していますが、非常に単純に、ワイヤやPCB上のトレースのようなアンテナです。ただし、ディッシュは特定の周波数で効率的に放射するように設計されています。 。
ワイヤ/ディッシュ/トレース/アンテナの近くに、インダクタやコンデンサと同じようにエネルギーを蓄積する電界と磁界が生成されます。これらの電界（アンテナに近い）はあまり遠くに放射しません。図では、点線が互いに重なり合って交差しています。この図は、EフィールドとMフィールドの間の「非互換性」を表しています。ここで使用する正しい単語を探しています...「一貫性がない」と思っていましたが、そうではないかもしれません。
距離が約1倍の波長に近づくにつれて増加し、アンテナが効率的であれば、EとMの部分は時間的に「整列」し始めます。つまり、振幅が一緒に上下します。その前に（近距離音場で）主にアンテナのLとCに起因する不整合の不協和音があります-EとMの電界は時間的に整合しておらず、実際、アンテナの周囲のEとMの電界は一見ほぼ無計画に位置合わせがずれている。
距離が長くなり、アンテナがその仕事をするのが得意である場合、いわゆる遠方界では、適切なEM波が生成されます。それはまだ私にとって非常に神秘的な現象です！
ご存知のように、ワイヤを流れる定常電流は磁場に囲まれています。磁場の強度は電流に比例します。おそらく誘導のメカニズムにも精通しているでしょう。変化する磁場は電場を作成します。拡張により、変化する電流はワイヤの外側に電界を発生させます。この特性は、2つの伝導コイル間でエネルギーを伝達するためによく使用されます。この電界の大きさは、電流の変化率、したがって周波数によって決まります。
変化する磁場は電場を生成するだけでなく、逆方向にも働きます。電磁石では、交流電場を使用して磁場を生成します。ほぼ「自由空間」（電流または電荷なし）であるワイヤの周りで、2つのフィールドは常に互いの周りに新しい世代を作成していますが、これらは実際にはこの説明が示すほど離散的ではありません。新世代は、波面を前向きに押し進めます。これが電磁波です。
関係する方程式の見かけの単純さにもかかわらず、電磁界の伝播の計算は、最も単純な理想化された形状でもかなり進んでいますが、メカニズムの知識から（および数学的にはマクスウェルの方程式の時間微分から）誘導するのは簡単ですワイヤの周りのEM波は電流の周波数に関連しています。電流の変化が波を引き起こしたからです。低周波電流を運ぶ導体も放射しますが、ほんのわずかです。