Pertanyaan tindak lanjut ...
tetapi yang tidak saya mengerti adalah mengapa aliran elektron yang merupakan entitas fisik menghasilkan emisi dari gelombang EM ini
Mengapa "radiasi" terjadi?
Mari kita lihat ini secara khusus, karena ini adalah masalah umum (dan sangat baik).
Ini adalah kabel sederhana, yang terhubung langsung ke sumber tegangan:
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Pada saat ini, perbedaan potensial antara ujung kiri kabel (berdekatan dengan sumber) dan arde adalah 1 volt.
Ujung kawat yang ekstrim masih ada di tanah (perbedaan 0) karena gaya gerak listrik (tegangan) dari sumber belum merambat ke ujung kawat yang lain.
Seiring berjalannya waktu, tegangan turun kawat meningkat:
mensimulasikan rangkaian ini
Elektron dalam konduktor sedang dipercepat oleh medan listrik (energi potensial dari sumber diubah menjadi energi kinetik dalam elektron).
Ketika elektron mencapai ujung *, mereka tidak dapat secara fisik melanjutkan - tidak ada lagi konduktor untuk disebarkan!
... tetapi muatan ini memiliki momentum ke arah kawat (misalnya ada energi kinetik).
Ketika tuduhan tiba-tiba berhenti di ujung kawat, konservasi hukum energi mensyaratkan bahwa energi ini harus "pergi ke suatu tempat" - tidak bisa hilang begitu saja!
Jawabannya adalah radiasi . Energi meninggalkan ujung kawat dalam bentuk gelombang elektro-magnetik.
* Perlu dicatat bahwa elektron yang sama yang mulai bergerak di satu ujung kabel belum tentu elektron yang sama yang mencapai ujung lain dari kawat, tetapi ini bukan bahan untuk diskusi kita.
Kejatuhan
Banyak hal-hal yang rapi keluar dari ini. Sebagai contoh, Anda dapat menganggap kawat dalam contoh kami terdiri dari banyak kabel yang lebih kecil. Untuk masing-masing ini, perilaku yang sama akan berlaku (itulah sebabnya radiasi terjadi sepanjang seluruh).
Anda juga dapat melihat mengapa radiasi dihasilkan dari perubahan medan elektromagnetik (misalnya dari perubahan arus).
Anda dapat memahami cara kerja antena linier. Dalam contoh kita, sekarang bayangkan bahwa pada saat ketika tegangan memuncak di ujung, kita mengalihkan sumber kembali ke 0,0V. Anda sekarang akan memiliki gambar yang sama tetapi terbalik (1,0V di sebelah kanan, 0,0V di sebelah kiri) dan proses akan dimulai lagi.
Terus ulangi proses ini dan elektron akan terus berjalan bolak-balik (sepanjang seluruh kabel) tanpa henti dari satu ujung ke ujung lainnya. Itu antena linear yang sempurna ("radiator").
Jika kawat terlalu pendek, akan ada lebih sedikit gerakan dan jika terlalu lama, akan ada terlalu banyak. Tegangan akan terus meningkat lebih jauh ke bawah kawat saat Anda mengurangi tegangan di bagian terdekat (hasil interferensi, yang sulit untuk divisualisasikan hanya dengan angka-angka sederhana ini).
Sekarang Anda dapat melacak perilaku intuitif ...
Apa yang saya pahami adalah bahwa jejak papan pada dasarnya mulai berperilaku sebagai antena dalam kasus ini, tetapi saya tidak tahu alasannya.
Pada frekuensi rendah (benar-benar, kecepatan tepi rendah dalam sirkuit "digital"), elektron memiliki waktu untuk mencapai ujung kabel sebelum sumbernya diputar dan elektron diminta untuk kembali. Ini disebut "elemen yang disatukan".
Tegangan di setiap ujung kawat pada dasarnya selalu sama. Ini adalah perilaku yang kami ajarkan kepada siswa elektronik pengantar (kawat adalah permukaan yang ekuipotensial = tegangan yang sama di mana-mana).
Dengan meningkatnya frekuensi, mereka semakin sedikit waktu untuk melakukan perjalanan dan tegangan pada setiap ujung kawat tidak lagi dapat dijamin akan selalu sama seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya.
Dalam desain papan sirkuit, Anda tidak perlu terlalu khawatir tentang radiasi dari elemen yang disatukan. Perkiraan sederhana adalah:
- Temukan waktu naik tercepat (laju 1 / tepi) dalam pensinyalan Anda = Tr
- Temukan frekuensi maksimum yang terkandung di tepi ini = f
- Menyimpan urutan magnitudo lebih pendek dari panjang gelombang yang sesuai
Itu adalah:
f= 12 Tr
λ = cmf
lt r a c k< λ10= Trcm5
di mana c_m adalah kecepatan cahaya dalam medium (biasanya untuk tembaga lebih dari FR-4 PCB c_m adalah sekitar 1.5e8).