趨膚效應計算公式_趨膚效應和趨膚深度

趨膚效應計算公式

當導線通過交流電時，因導線的內部和邊緣部分所交鏈的磁通量不同，致使導線表面上的電流產生不均勻分布，相當于導線有效截面減少，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應。

開關變壓器工作頻率一般在20kHz以上，隨著元器件的改善，工作頻率的提高，趨膚效應影響越大。因此，在設計繞組選擇電流密度和線徑時必須考慮趨膚效應引起的有效截面的減小。

導線通有高頻交變電流時，有效截面的減少可以用穿透深度來表示。穿透深度的意義是：由于趨膚效應，交變電流沿導線表面開始能達到的徑向深度，計算公式為：

趨膚效應和趨膚深度

雖然趨膚效應為在任何射頻頻率下操作導體或半導體的工作，或者說事實上除直流情況之外的所有工作當中均需了解的一種重要現(xiàn)象，但趨膚效應和趨膚深度之一話題卻鮮被談及。本質上，“趨膚效應”一詞用于描述電流在導體內的分布方式隨頻率及材料特性的變化。據觀察，信號頻率越高，導體內的電荷分布越趨向于導體表面近處。無論是單純線纜、同軸電纜、微帶還是天線導體，所有導體中均存在這一現(xiàn)象。

趨膚效應導致導體的射頻電阻性損耗，但僅發(fā)生于其內有正在傳播的射頻能量的電流流動的導體中。在波導、同軸電纜/連接器及天線中，趨膚效應通常發(fā)生于傳輸線內壁的外表面。在某些微帶線和帶狀線結構中，情況較為復雜，這是因為承載電流的導體為與電介質的接觸的內表面，而非電鍍外表面。一般而言，由于導體表面處的電阻更大，因此趨膚深度越小，射頻損耗越大。在數(shù)個參數(shù)已知的情況下，可以計算出電流在導體內的分布情況。趨膚深度是指電荷在導體內傳播時大多數(shù)電荷所在的厚度。由于趨膚深度為頻率以及導體電阻率和磁導率相互作用的結果，因此不同導體材料的射頻損耗隨頻率變化的特征不同。例如，銅的電阻率為1.678μΩ/cm，相對磁導率為0.999991；金的電阻率為2.24μΩ/cm，相對磁導率為1；鎳的電阻率為6.84μΩ/cm，相對磁導率為600。銅、金、鎳在1GHz下的趨膚深度分別為2.06μm、2.38μm及0.170μm。因此，鎳的射頻損耗最嚴重，而銅和金的射頻損耗要小得多。

從趨膚現(xiàn)象中可得出一些有趣的結論：首先，導體的磁導率可極大地影響材料的射頻損耗；其次，在很高的頻率下，大多數(shù)電荷僅在表面附近的薄層內傳播，因此在這些頻率下，即使采用非常薄的導體，也不會影響插入損耗性能。

然而，導體的射頻損耗并不完全由頻率、相對磁導率和電阻率決定，其表面狀況對射頻損耗也具有非常大的影響。對于在表面附近傳播的電流而言，一個極其粗糙和不平整的表面相當于增加了其傳播路徑的長度，因此此類表面將導致更大的電阻性損耗。這便是薄膜射頻和高精度毫米波應用將表面粗糙度視作一個主要考慮因素的原因。與此相反，在所有寬帶應用中，隨頻率的增高，導體或傳輸線的插入損耗和衰減度反而越來越低。

責任編輯：YYX