54、趋肤深度与波导：原理、特性与应用

趋肤深度与波导：原理、特性与应用

趋肤效应与趋肤深度

在导体中，由于交变电流的运动和几何形状等因素，会产生趋肤效应。这使得交变电流在导体外部的密度大于中心部分，导致交变电流不能均匀有效地利用导体的整个横截面。这意味着导体对交流电的电阻与对直流电的电阻不同。

随着频率的增加，感应电流回路对局部电流密度的影响越来越显著。结果是，电流流动的层随着频率的增加而变薄，趋肤深度与频率相关。

对于常用于电力线的铝，在50Hz时趋肤深度为11 - 12mm。对于直径约3cm的粗电力线，大部分电流将集中在约1cm厚的外层，而中心部分的作用较小。因此，有时电力线会制成空心的，因为中心部分对整体导电性的贡献不大。或者，会使用钢丝作为中心芯，外面包裹铝套。钢丝芯增加了导线的强度，而与铝相比钢丝导电性较差这一特点影响不大，因为中心的电流密度仍然相当小。

在传输大量电力（高电流）时，有时不采用一根特别粗的导线，而是在一条电力线的三相中各增加两根（“双导线”）或三根（“三导线”）线路。两根或三根导线之间保持10 - 20cm的恒定距离，其中一个原因是减少整体的趋肤效应。

电磁波入射到金属表面

当射频范围内的电磁波垂直入射到金属表面时，会发生什么呢？

麦克斯韦方程组在某些条件下会导出以下波动方程：
[
\frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial t^2}=c^2\frac{\partial^2 \vec{E}}{\partial z^2} \quad (16.1)
]
其中
[
c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_r\eps