ЭМП в проводниках. Скин-эффект
Если , то в , можно пренебречь «1»:
; откуда следует
. (9.1)
Анализ показывает, что при высоких частотах коэффициент затухания в проводнике достигает значительных величин (a пропорционален ). Соответственно глубина проникновения ЭМП в проводник (D°) составляет мкм (УВЧ) и мм (на ВЧ). Таким образом, ЭМП в проводник не проникает, концентрируясь в тонком поверхностном слое, называемом скин-слоем. Данное явление называют скин-эффектом (skin (англ.) – оболочка, кожа).
. (9.2) . (9.3)
При прохождении в проводнике расстояния равного l ЭМВ испытывает очень большое затухание . Поэтому можно говорить о том, что пространственная периодичность поля плоской ЭМВ в проводнике отсутствует. vгр®0.
. (9.4)
Волновое сопротивление проводника имеет примерно одинаковые по модулю активную и реактивную части, поскольку при tgd>10 для проводников d>84°. Комплексное волновое сопротивление проводника имеет индуктивный характер, поскольку отстает по фазе от на» 45°.
Например, для меди (Приложение 3) при частоте ЭМП 1МГц (l0= 300м) получаем: a = b =1,5×104(1/м), vф =420 (м/с), l= 4,2×10-4(м), D° =67(мкм), vгр =0, Zc =3,7×10-4× exp (-ip/4) (Ом)
Сопротивление проводников на высоких частотах
В случае постоянного тока сопротивление проводника цилиндрической формы можно описать формулой (a – радиус проводника):
. (9.5)
На высоких частотах (при сильном скин-эффекте) ЭМП концентрируется в тонком поверхностном слое, что приводит к уменьшению площади сечения проводника (Sэкв = S0 – Sвн), по которой протекает ток:
. (9.6)
Обобщая (9.6) для проводника с произвольной формой сечения, получим:
, (9.7)
где pr – периметр поперечного сечения проводника.