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什么是趨膚效應(yīng)

冬至子 ? 來源:射頻美學(xué) ? 作者:RF Technologies ? 2022-11-12 17:26 ? 次閱讀

01 什么是趨膚效應(yīng)

由于導(dǎo)體內(nèi)部的感抗對(duì)交流電的阻礙作用比表面更大,交流電通過導(dǎo)體時(shí),各部分的電流密度不均勻,導(dǎo)體表面電流密度大(減少了截面積,增大了損耗),這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。 交流電的頻率越高,趨膚效應(yīng)越顯著,頻率高到一定程度,可以認(rèn)為電流完全從導(dǎo)體表面流過。

實(shí)際應(yīng)用:空心導(dǎo)線代替實(shí)心導(dǎo)線,節(jié)約材料;在高頻電路中使用多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線編織成束來削弱趨膚效應(yīng)。

02 直流電流的分布

在直流電路中,導(dǎo)線的全部橫截面積全部用來傳輸電流,電流均勻分布在整個(gè)橫截面的。

J 0 =I/s(其中J0為直流電流密度,I為直流電流的大小,s為導(dǎo)線的橫截面積)。對(duì)于一個(gè)半徑為a的圓柱形導(dǎo)體,其直流電阻R DC =L/πa^2^σ(其中L為圓柱形導(dǎo)體的長度,a為圓柱形導(dǎo)體的半徑,σ為圓柱形導(dǎo)體的電導(dǎo)率)。

圖片

03 交流電流的分布

由于交變的帶電粒子流形成了一個(gè)交變磁場,該磁場會(huì)激發(fā)一個(gè)電場(根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律),與此電場相伴的電流和初始電流的方向相反。對(duì)于圓形導(dǎo)線,這種效應(yīng)在導(dǎo)線的中心部位最強(qiáng),造成中心部位的電阻增加,電流趨向于導(dǎo)體的表面。

圖片

其中z方向的電流密度Jz幅值可以近似可以用下列公式表示:

圖片。

其中a為半徑,I為導(dǎo)體中的總電流,p ^2^ =-jωμσ,δ為趨膚深度。

δ滿足下列公式。

圖片

它表示的是電流密度作為頻率f、磁導(dǎo)率μ和電導(dǎo)率σ的函數(shù)在空間的衰弱。

在高頻條件下(f≧500MHz)的歸一化電阻和電抗可以表示如下:

R/R DC ≈a/(2δ);

(ωL)/R DC ≈a/(2δ)。

成立條件:δ≤a。

通常情況下,導(dǎo)體的相對(duì)磁導(dǎo)率等于1(μ=1),由于趨膚深度δ反比于頻率的平方根,所以在低頻時(shí)趨膚深度很大,而隨著頻率的提高則迅速減小。

審核編輯:劉清

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