趨膚效應(yīng)

對(duì)于每個(gè)電氣參數(shù)，必須考慮其數(shù)值有效時(shí)的頻率范圍。傳輸線的串聯(lián)電阻也不例外。與其他參數(shù)一樣，它也是頻率的函數(shù)。圖4.10畫出了RG-58/U和等效串聯(lián)電阻與頻率的函數(shù)曲線。圖中采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸。圖4.10以相同的坐標(biāo)軸繪出了感抗WL的曲線。

當(dāng)頻率低于W=R/L時(shí)，電阻超過感抗，電纜表現(xiàn)為一個(gè)RC傳輸線。當(dāng)頻率高于W=R/L時(shí)，電纜是一個(gè)低損耗傳輸線。

當(dāng)頻率高于0.1MHZ時(shí)，串聯(lián)電阻開始增大。這導(dǎo)致更多的衰減，但相位保持線性。這種電阻的增加稱為趨膚效應(yīng)（SKIN EFFECT）。

傳播因數(shù)的實(shí)部和虛部（（R+JWL）（JWC））1/2在圖4.11中繪出，損耗單位為標(biāo)培，相位單位為RAD（弧度）。1奈培等于8.69DB的損耗。圖中顯示了RC區(qū)域、固定衰減區(qū)域和趨膚效應(yīng)區(qū)域。如圖所示，相對(duì)于RC區(qū)域和趨膚效應(yīng)區(qū)域，低損耗區(qū)域非常窄。

是什么導(dǎo)致了趨膚效應(yīng)，它與導(dǎo)體外表層有什么關(guān)系呢？

1、趨膚效應(yīng)的機(jī)理

在低頻時(shí)，電流在導(dǎo)體內(nèi)部的分布密度是均勻的。從導(dǎo)線的截面圖看，中心和邊緣區(qū)域電流的流量是相同的。

在高頻時(shí)，導(dǎo)線表面的電流密度變大，而中心區(qū)域幾乎沒有電流流過。電流分布的變化如圖4.12所示，低頻時(shí)電流均勻地填滿整個(gè)導(dǎo)線，高頻時(shí)電流只從接近導(dǎo)線表面的地方流過。

為了形象地證明高頻條件下電流的分布，首先假設(shè)導(dǎo)線縱向切成多層同心的長(zhǎng)管，就像樹樁上的年輪。

自然對(duì)稱的形狀可以阻止電流在環(huán)間流動(dòng)，所以必須無誤差地切割，所有電流絕對(duì)平行于導(dǎo)線的中心軸。

現(xiàn)在導(dǎo)線被切成許多環(huán)，我們可以分別考慮每個(gè)環(huán)的電感。靠近中心的環(huán)，像長(zhǎng)而薄的管道，比外部的環(huán)有更大的電感。我們知道，在高頻條件下，電流將從電感更低的通路流過。因此，高頻條件下可以預(yù)計(jì)從外環(huán)通路流過的電流比內(nèi)環(huán)更多。實(shí)際上正是如此。在高頻條件下，絕大多數(shù)的電流聚集在靠近導(dǎo)體的外表面。

趨膚效應(yīng)的作用力甚至比僅僅基于各個(gè)環(huán)管電感的預(yù)測(cè)作用更顯著，實(shí)際上，環(huán)管間的互感也迫使電流緊貼著導(dǎo)線的外表面流過。

電流滲透的平均深度，稱為趨膚深度。在高頻條件下，趨膚深度是相當(dāng)薄的。隨著向內(nèi)部的接近，在趨膚效應(yīng)作用下，導(dǎo)體內(nèi)部電流密度按指數(shù)規(guī)律下降，平均電流深度是頻率W、導(dǎo)體的磁介系數(shù)U、電阻系數(shù)P的函數(shù)：