Mit dem Eindringtiefenrechner lässt sich ermitteln, wie weit ein Wechselstrom in einen Leiter eindringt.
Diese Tiefe, Skin- Tiefe genannt, hängt von der Frequenz, dem spezifischen Widerstand und der Permeabilität des Materials ab.
Es ist wichtig für die Gestaltung von Leitern, Antennen und HF-Schaltkreisen, bei denen die Stromverteilung Verluste und Effizienz beeinflusst.
Verwendete Formel
δ = √(ρ / (π × f × μ₀ × μ r ))
Oder :
δ = Hauttiefe (m)
ρ = spezifischer Widerstand des Materials (Ω·m)
f = Signalfrequenz (Hz)
μ₀ = Vakuumdurchlässigkeit (H/m)
μ r = relative Permeabilität des Materials
Erläuterung
Die Eindringtiefe gibt an, wie weit Wechselstrom in einen Leiter eindringen kann.
Höhere Frequenzen oder größere Permeabilität verringern diese Tiefe, wodurch sich der Strom in der Nähe der Oberfläche konzentriert und die Verluste steigen.
Diese Informationen sind von entscheidender Bedeutung für Kabel, HF-Schaltkreise und Komponenten, bei denen der effektive Widerstand von der Stromverteilung abhängt.
Verwenden
Dieses Tool wird von HF-Ingenieuren, Schaltungsdesignern und Technikern verwendet, um:
- Bewerten Sie Verluste in Hochfrequenzleitern.
- Wählen Sie das passende Material für Kabel und Antennen.
- Optimieren Sie das Schaltungsdesign und minimieren Sie Oberflächenwiderstandseffekte.
Berechnungsbeispiel
Für einen Kupferleiter (ρ = 1,678 μΩ cm, μ r ≈ 1) bei einer Frequenz von 2 GHz :
Konvertieren Sie ρ in Ω·m: ρ = 1,678 × 10⁻⁸ Ω·m
δ = √(1,678 × 10⁻⁸ / (π × 2×10⁹ × 4π×10⁻⁷ × 1)) ≈ 1,46 μm
Der Strom dringt daher bis zu ca. 1,46 μm in die Kupferoberfläche ein.
Berechnungstipps
- Überprüfen Sie vor der Berechnung die Frequenzeinheit (MHz oder GHz).
- Geben Sie für benutzerdefinierte Materialien den spezifischen Widerstand und die relative Permeabilität korrekt ein.
- Bei hoher Frequenz wird die Hauttiefe sehr gering; Berücksichtigen Sie dies bei der Gestaltung von Leiterplattenleitern und -bahnen.
Warum diese Berechnung wichtig ist
Die Kenntnis der Skin-Tiefe ermöglicht die Vorhersage von Joule-Verlusten und die korrekte Dimensionierung von Leitern in HF- und Mikrowellenschaltkreisen.
Es hilft auch, verschiedene Materialien zu vergleichen und die Effizienz von Hochfrequenzsystemen zu optimieren.
Vorteile
- Schnelle Beurteilung der Stromdurchdringung in einem Leiter.
- Ermöglicht die Auswahl des am besten geeigneten Materials, um Verluste zu minimieren.
- Anwendbar auf alle Frequenzbereiche von MHz bis GHz.
Erwartetes Ergebnis: Eindringtiefe δ ausgedrückt in μm (oder nm, wenn sehr klein) und gibt an, wie weit der Wechselstrom durch das Material fließt.