趋肤效应计算公式_趋肤效应和趋肤深度

趋肤效应计算公式

当导线通过交流电时，因导线的内部和边缘部分所交链的磁通量不同，致使导线表面上的电流产生不均匀分布，相当于导线有效截面减少，这种现象称为趋肤效应。

开关变压器工作频率一般在20kHz以上，随着元器件的改善，工作频率的提高，趋肤效应影响越大。因此，在设计绕组选择电流密度和线径时必须考虑趋肤效应引起的有效截面的减小。

导线通有高频交变电流时，有效截面的减少可以用穿透深度来表示。穿透深度的意义是：由于趋肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度，计算公式为：

趋肤效应和趋肤深度

虽然趋肤效应为在任何射频频率下操作导体或半导体的工作，或者说事实上除直流情况之外的所有工作当中均需了解的一种重要现象，但趋肤效应和趋肤深度之一话题却鲜被谈及。本质上，“趋肤效应”一词用于描述电流在导体内的分布方式随频率及材料特性的变化。据观察，信号频率越高，导体内的电荷分布越趋向于导体表面近处。无论是单纯线缆、同轴电缆、微带还是天线导体，所有导体中均存在这一现象。

趋肤效应导致导体的射频电阻性损耗，但仅发生于其内有正在传播的射频能量的电流流动的导体中。在波导、同轴电缆/连接器及天线中，趋肤效应通常发生于传输线内壁的外表面。在某些微带线和带状线结构中，情况较为复杂，这是因为承载电流的导体为与电介质的接触的内表面，而非电镀外表面。一般而言，由于导体表面处的电阻更大，因此趋肤深度越小，射频损耗越大。在数个参数已知的情况下，可以计算出电流在导体内的分布情况。趋肤深度是指电荷在导体内传播时大多数电荷所在的厚度。由于趋肤深度为频率以及导体电阻率和磁导率相互作用的结果，因此不同导体材料的射频损耗随频率变化的特征不同。例如，铜的电阻率为1.678μΩ/cm，相对磁导率为0.999991；金的电阻率为2.24μΩ/cm，相对磁导率为1；镍的电阻率为6.84μΩ/cm，相对磁导率为600。铜、金、镍在1GHz下的趋肤深度分别为2.06μm、2.38μm及0.170μm。因此，镍的射频损耗最严重，而铜和金的射频损耗要小得多。

从趋肤现象中可得出一些有趣的结论：首先，导体的磁导率可极大地影响材料的射频损耗；其次，在很高的频率下，大多数电荷仅在表面附近的薄层内传播，因此在这些频率下，即使采用非常薄的导体，也不会影响插入损耗性能。

然而，导体的射频损耗并不完全由频率、相对磁导率和电阻率决定，其表面状况对射频损耗也具有非常大的影响。对于在表面附近传播的电流而言，一个极其粗糙和不平整的表面相当于增加了其传播路径的长度，因此此类表面将导致更大的电阻性损耗。这便是薄膜射频和高精度毫米波应用将表面粗糙度视作一个主要考虑因素的原因。与此相反，在所有宽带应用中，随频率的增高，导体或传输线的插入损耗和衰减度反而越来越低。

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