金属线或导线中频率依赖性的电导率简介
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Pasternack博客

金属线或导线中频率依赖性的电导率简介

近一个世纪以来,人们都已经了解到,导电金属的导电性随频率的变化而变化。尽管如此,人们对频率依赖的电导率背后的现象并没有很好地理解。早期就有人观察到,与金属或合金的直流电导率相比,金属传输线和导线的衰减以及电阻损耗似乎远远高于预期。对此情况进行了研究,并进一步发现,在较高的频率下,各金属似乎呈现降低的电导率,但是某些金属电导率的下降情况似乎比其他金属要大得多。

影响金属线和导线中频率依赖性电导率的因素有很多,但主要因素是趋肤效应,它也受金属导体的磁导率的影响。基本思路是,导体中的交流电流会在导体内部和外部产生磁场,从而在导体内部产生与电流强度变化相反的电场。这就导致电子通过导体向导体表面迁移。由于趋肤效应,在导体表面形成一个梯度,电子浓度越高,内部到达导体的电子越少。

导体表面98%的电子或包含的电子的深度称为趋肤深度。趋肤深度是金属导体的频率、磁导率和介电常数的函数,但在频率低于1/(电阻率*相对介电常数)时,包括介电常数的项通常可以忽略不计。不良固态导体是个例外,其趋肤深度似乎接近渐近值。

然而,在良好导体中,趋肤深度在兆赫范围内可以高达数十毫米,而超过10GHz时,则为几毫米分之一。例如,10GHz左右的铜的表皮深度约为0.2毫米,但由于某些导体的磁导率有一系列列出的值,因此这种计算可能会有所不同。另一方面,相对磁导率高得多的铁,在与铜相当的频率下,其趋肤深度要小得多。