后续问题...

但我不明白为什么作为物理实体的电子流动会导致这些电磁波的发射

为什么会产生“辐射”？

让我们具体看看这个，因为它是一个常见的（和优秀的）问题。

这是一条简单的电线，可立即连接到电压源：

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

此时，导线左端（靠近源极）与地之间的电位差为 1 伏。

电线的另一端仍然接地（0 差），因为电源的电动势（电压）尚未传播到电线的另一端。

随着时间的推移，电线下的电压会增加：

^{模拟这个电路}

导体中的电子被电场加速（源的势能转化为电子的动能）。

当电子到达终点*时，它们就无法物理继续——没有更多的导体可以传播！

...但是这些电荷在导线的方向上有动量（例如有动能）。

当电荷在电线末端突然停止时，能量守恒定律要求这种能量必须“去某个地方”——它不能就这么消失！

答案是辐射。能量以电磁波的形式离开电线末端。

*应该注意的是，在导线的一端开始移动的相同电子不一定是到达导线另一端的相同电子，但这对我们的讨论无关紧要。

后果

很多整洁的东西都由此产生。例如，您可以将我们示例中的电线视为由无数条更小的电线组成。对于这些中的每一个，相同的行为都适用（这就是辐射发生在整个长度上的原因）。

您还可以了解为什么辐射是由电磁场的变化（例如，电流的变化）引起的。

您可以了解线性天线的工作原理。在我们的示例中，现在假设就在远端电压达到峰值的那一刻，我们将电源切换回 0.0V。您现在将拥有相同的图片，但翻转了（右侧为 1.0V，左侧为 0.0V），该过程将再次开始。

不断重复这个过程，电子将无休止地从一端到另一端来回运行（在整个导线长度上）。那是一个完美的线性天线（“辐射器”）。

如果线太短，移动就会减少，如果太长，移动就会太多。当您降低附近部分的电压时，电压将继续沿着电线进一步增加（干扰结果，仅用这些简单的数字很难想象）。

现在您可以直观地跟踪行为...

我的理解是，在这种情况下，电路板走线基本上开始充当天线，但我不知道原因。

在低频下（实际上是“数字”电路中的低边沿速率），电子有时间到达导线末端，然后再切换源并要求电子返回。这称为“集总元素”。

导线每一端的电压基本总是相同的。这是我们教给电子入门学生的行为（电线是等电位面 = 各处电压相同）。

随着频率的增加，它们跳闸的时间越来越少，并且无法再保证导线两端的电压始终如前图所示。

在电路板设计中，您不必太担心集总元件的辐射。一个简单的近似是：

1. 在您的信令中找到最快的上升时间（1/边沿速率） = Tr
2. 找到这条边中包含的最大频率 = f
3. 保持跟踪比相应波长短一个数量级

那是：

$$f = \frac{1}{2T_r}$$

$$\lambda = \frac{c_m}{f}$$

$$l_{轨道} < \frac{\lambda}{10} = \frac{T_rc_m}{5}$$

其中 c_m 是介质中的光速（通常对于 FR-4 PCB 上的铜，c_m 约为 1.5e8）。

这里没有严格的数学处理，而是有点挥手的解释：

当有电流流过它时，任何电线周围都有一个磁场（垂直于电线的长度）。然而，有效地发射电磁波还需要与 M 场（沿导线长度）成直角的电压降（E 场）。

在低频下，唯一的电压降是由于导线中的 I ² R 损耗，这通常不是很显着。但是，随着频率的升高，您会产生两种影响。首先，由于导线中的“趋肤效应”，I ² R 损耗开始上升。其次，信号沿导线的有限传播时间意味着随着信号的变化，导线的末端处于不同的电压。当信号的频率上升到 1/4 波长与导线长度相匹配的点时，第二个效应变得特别显着。

所有交流信号都从其导体发射电磁辐射，但这一过程的效率很大程度上取决于信号波长与天线长度之比。更高的频率具有更短的波长，并且从您在普通 PCB 上找到的迹线长度更有效地辐射。

如果您有一根电缆连接到您的设备，例如电源线或音频线，那看起来就像一根较长的天线，可能会发射较低的频率范围。

这是一张可能有帮助的图片：-

图片显示的是碟形天线，但很简单，它就像一根导线或 PCB 上的迹线一样的天线，但请记住，碟形天线旨在以特定频率有效发射，而迹线和导线可能会在多个波长下“共振” .

靠近电线/碟子/走线/天线，会产生电场和磁场，就像电感器和电容器一样储存能量 - 这些场（靠近天线）不会辐射很远。请注意图片中的虚线相互重叠和相交——图片试图表示 E 和 M 字段之间的“不兼容”。我正在寻找在这里使用的正确词......我认为“不连贯”但也许不是，也许有一个更好的词而不是不兼容。

随着距离向相当于约 1 x 波长的方向增加，如果天线有效，则 E 和 M 部分开始及时“对齐”，即它们的幅度一起上升和下降。在此之前（在近场中）存在不对准的杂音，这主要是由于天线的 L 和 C - E 和 M 场没有及时对准，事实上，天线周围的 E 和 M 场可以似乎几乎是随意地错位。

随着距离的增加，如果天线能够很好地完成其工作，在所谓的远场中，就会产生适当的 EM 波。这对我来说仍然是一个非常神秘的现象！