Le calculateur de profondeur de peau permet de déterminer la distance à laquelle un courant alternatif pénètre dans un conducteur.
Cette profondeur, appelée skin depth ou profondeur de peau, dépend de la fréquence, de la résistivité et de la perméabilité du matériau.
Elle est essentielle pour la conception de conducteurs, antennes et circuits RF, où la répartition du courant influe sur les pertes et l’efficacité.
Formule utilisée
δ = √(ρ / (π × f × μ₀ × μr))
où :
δ = profondeur de peau (m)
ρ = résistivité du matériau (Ω·m)
f = fréquence du signal (Hz)
μ₀ = perméabilité du vide (H/m)
μr = perméabilité relative du matériau
Explication
La profondeur de peau indique jusqu’où le courant alternatif peut pénétrer dans un conducteur.
Une fréquence plus élevée ou une perméabilité plus grande réduit cette profondeur, concentrant le courant près de la surface et augmentant les pertes.
Cette information est cruciale pour les câbles, circuits RF et composants où la résistance effective dépend de la répartition du courant.
Utilisation
Cet outil est utilisé par les ingénieurs RF, les concepteurs de circuits et les techniciens pour :
- Évaluer les pertes dans les conducteurs à haute fréquence.
- Choisir le matériau approprié pour les câbles et antennes.
- Optimiser le design des circuits et minimise les effets de résistance superficielle.
Exemple de calcul
Pour un conducteur en cuivre (ρ = 1,678 μΩ·cm, μr ≈ 1) à une fréquence de 2 GHz :
Convertir ρ en Ω·m : ρ = 1,678 × 10⁻⁸ Ω·m
δ = √(1,678 × 10⁻⁸ / (π × 2×10⁹ × 4π×10⁻⁷ × 1)) ≈ 1,46 μm
Le courant pénètre donc jusqu’à environ 1,46 μm à la surface du cuivre.
Conseils de calcul
- Vérifiez l’unité de fréquence (MHz ou GHz) avant le calcul.
- Pour les matériaux personnalisés, entrez correctement la résistivité et la perméabilité relative.
- À haute fréquence, la profondeur de peau devient très faible ; prenez cela en compte dans la conception des conducteurs et traces PCB.
Pourquoi ce calcul est important
Connaître la profondeur de peau permet de prédire les pertes par effet Joule et de dimensionner correctement les conducteurs dans les circuits RF et micro-ondes.
Il aide également à comparer différents matériaux et à optimiser l’efficacité des systèmes à haute fréquence.
Avantages
- Évaluation rapide de la pénétration du courant dans un conducteur.
- Permet de choisir le matériau le plus adapté pour minimiser les pertes.
- Applicable à toutes les gammes de fréquences, de MHz à GHz.
Résultat attendu : profondeur de peau δ exprimée en μm (ou nm si très petite), indiquant jusqu’où le courant alternatif traverse le matériau.