La pregunta de seguimiento ...
pero lo que no entiendo es por qué el flujo de electrones que son entidades físicas resultan en la emisión de estas ondas EM
¿Por qué ocurre la "radiación"?
Miremos esto específicamente, porque es una preocupación común (y excelente).
Aquí hay un cable simple, conectado instantáneamente a una fuente de voltaje:
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
En este momento, la diferencia de potencial entre el extremo izquierdo del cable (adyacente a la fuente) y la tierra es de 1 voltio.
El otro extremo del cable todavía está en tierra (diferencia 0) porque la fuerza electromotriz (voltaje) de la fuente aún no se ha propagado al otro extremo del cable.
A medida que pasa el tiempo, aumenta el voltaje en el cable:
simular este circuito
Los electrones en el conductor están siendo acelerados por el campo eléctrico (la energía potencial de la fuente se convierte en energía cinética en los electrones).
Cuando los electrones llegan al final *, no pueden continuar físicamente, ¡no hay más conductor para propagarse!
... pero estas cargas tienen impulso en la dirección del cable (por ejemplo, hay energía cinética).
Cuando las cargas se detienen abruptamente al final del cable, la ley de conservación de energía requiere que esta energía "vaya a algún lado", ¡no puede simplemente desaparecer!
La respuesta es la radiación . La energía deja el extremo del cable en forma de onda electromagnética.
* Cabe señalar que los mismos electrones que comienzan a moverse en un extremo del cable no son necesariamente los mismos electrones que alcanzan el otro extremo del cable, pero esto no es material para nuestra discusión.
Las consecuencias
Muchas cosas buenas se caen de esto. Por ejemplo, podría pensar que el cable en nuestro ejemplo está compuesto de infinitos cables más pequeños. Para cada uno de estos, el mismo comportamiento sería válido (razón por la cual se produce radiación en toda la longitud).
También puede ver por qué la radiación resulta de un cambio en el campo electromagnético (por ejemplo, de un cambio en la corriente).
Puedes entender cómo funcionan las antenas lineales. En nuestro ejemplo, ahora imagine que justo en el momento en que el voltaje alcanza su punto máximo en el otro extremo, cambiamos la fuente a 0.0V. Ahora tendría la misma imagen pero volteada (1.0V a la derecha, 0.0V a la izquierda) y el proceso comenzaría nuevamente.
Siga repitiendo este proceso y los electrones estarían corriendo sin parar de un lado a otro (en toda la longitud del cable). Esa es una antena lineal perfecta ("radiador").
Si el cable fuera demasiado corto, habría menos movimiento y si fuera demasiado largo, habría demasiado. El voltaje seguirá aumentando más abajo en el cable a medida que reduce el voltaje en la sección cercana (resultados de interferencia, que es difícil de visualizar con solo estas simples figuras).
Ahora puedes intuir el comportamiento de rastreo ...
Lo que entiendo es que la traza de la placa está empezando a comportarse esencialmente como una antena en este caso, pero no sé el motivo.
A bajas frecuencias (en realidad, bajas velocidades de borde en circuitos "digitales"), los electrones tienen tiempo para llegar al final del cable antes de que la fuente se encienda y se les pida a los electrones que regresen. Esto se llama un "elemento agrupado".
El voltaje en cada extremo del cable es básicamente siempre el mismo. Este es el comportamiento que enseñamos a los estudiantes introductorios de electrónica (un cable es una superficie equipotencial = mismo voltaje en todas partes).
A medida que aumenta la frecuencia, tienen cada vez menos tiempo para realizar el disparo y ya no se puede garantizar que el voltaje en cada extremo del cable sea siempre el mismo que se muestra en las figuras anteriores.
En el diseño de placas de circuito, no necesita preocuparse demasiado por la radiación de los elementos agrupados. Una aproximación simple es:
- Encuentre el tiempo de aumento más rápido (1 / velocidad de borde) en su señalización = Tr
- Encuentre la frecuencia máxima contenida en este borde = f
- Mantenga las pistas en un orden de magnitud más corto que la longitud de onda correspondiente
Es decir:
F= 12 Tr
λ = cmetroF
lt r a c k< λ10= TrCmetro5 5
donde c_m es la velocidad de la luz en el medio (típicamente para un cobre sobre FR-4 PCB c_m es aproximadamente 1.5e8).