Kalkulator głębokości skóry pomaga określić, jak daleko prąd przemienny przenika przez przewodnik.
Głębokość ta, zwana głębokością skóry, zależy od częstotliwości, rezystywności i przepuszczalności materiału.
Jest to niezbędne przy projektowaniu przewodów, anten i obwodów RF, gdzie rozkład prądu wpływa na straty i wydajność.
Zastosowana formuła
δ = √(ρ / (π × f × μ₀ × μ r ))
Lub :
δ = głębokość skóry (m)
ρ = rezystywność materiału (Ω·m)
f = częstotliwość sygnału (Hz)
μ₀ = przepuszczalność próżni (H/m)
μ r = względna przepuszczalność materiału
Wyjaśnienie
Głębokość skóry wskazuje, jak daleko prąd przemienny może przeniknąć przez przewodnik.
Wyższa częstotliwość lub większa przepuszczalność zmniejsza tę głębokość, koncentrując prąd blisko powierzchni i zwiększając straty.
Informacje te mają kluczowe znaczenie w przypadku kabli, obwodów RF i komponentów, w których efektywny opór zależy od rozkładu prądu.
Używać
To narzędzie jest używane przez inżynierów RF, projektantów obwodów i techników do:
- Ocena strat w przewodnikach wysokiej częstotliwości.
- Wybierz odpowiedni materiał na kable i anteny.
- Zoptymalizuj projekt obwodu i zminimalizuj wpływ rezystancji powierzchniowej.
Przykład obliczeń
Dla przewodnika miedzianego (ρ = 1,678 μΩ cm, μ r ≈ 1) przy częstotliwości 2 GHz :
Zamień ρ na Ω·m: ρ = 1,678 × 10⁻⁸ Ω·m
δ = √(1,678 × 10⁻⁸ / (π × 2×10⁹ × 4π×10⁻⁷ × 1)) ≈ 1,46 μm
Dlatego prąd wnika w powierzchnię miedzi na głębokość około 1,46 μm.
Wskazówki obliczeniowe
- Przed obliczeniem sprawdź jednostkę częstotliwości (MHz lub GHz).
- W przypadku materiałów niestandardowych należy poprawnie wprowadzić rezystywność i przepuszczalność względną.
- Przy wysokiej częstotliwości głębokość skóry staje się bardzo płytka; należy to uwzględnić przy projektowaniu przewodów i ścieżek PCB.
Dlaczego to obliczenie jest ważne
Znajomość głębokości skóry pozwala przewidzieć straty Joule’a i prawidłowo dobrać rozmiary przewodników w obwodach RF i mikrofalowych.
Pomaga także porównać różne materiały i zoptymalizować wydajność systemów wysokiej częstotliwości.
Korzyści
- Szybka ocena penetracji prądu w przewodniku.
- Pozwala wybrać najbardziej odpowiedni materiał, aby zminimalizować straty.
- Dotyczy wszystkich zakresów częstotliwości, od MHz do GHz.
Oczekiwany wynik: głębokość skóry δ wyrażona w μm (lub nm, jeśli jest bardzo mała), wskazująca, jak daleko prąd przemienny przechodzi przez materiał.