电磁波趋肤效应

电磁波与趋肤效应电磁波与趋肤效应I.波动⽅程上⼀篇⽂章⾥提到了⼀维波动⽅程，也根据麦克斯韦⽅程推得了电磁场的三维波动⽅程，揭⽰了电磁波的存在。

(1)⽽傅⾥叶级数告诉我们：复杂的振动可以看作是简谐振动之和。

因此研究电磁波的简谐运动具有代表性，但这⾥要把振动和波结合到⼀起，即为简谐波的波动⽅程。

上式括号中的加减号分别表⽰波沿x轴的负⽅向和正⽅向传播，利⽤欧拉公式可以把上式写成复数形式，λ是波长，A是振幅，为⼀常数，φ是初相。

当然写成复数形式后两者不再相等，但是可以认为是等价的。

即(2)令x=0时，上式就是某个质点振动的函数；令t=0时，上式是波在空间各点的振动情况。

显然式(2)是式(1)的⼀个解。

把(2)式代⼊(1)式有于是可知a=1/v，⽽上⽂讲过，时变电磁场在⽆源空间，即ρ=0，J=0处满⾜三维波动⽅程，即(3)(4)于是可以知道便是电磁波传播的速度。

真空中的介电常数和磁导率分别近似为ε0=1/36π×10-9F/m，µ0=4π×10-7H/m，所以真空中的光速为事实上只要⽐较式(1)两端的单位，或者(3)式、(4)式的单位就可见端倪。

例如(3)式，电场的单位为V/m，关于位移求两次偏微商后▽2E的单位是V/m3，关于时间求两次偏微商后?2H/?t2的单位是V/m·s2，为了使等式成⽴，µε具有s2/m2的单位。

在各种介质中，µε往往不是与位置⽆关的常数，所以约定下⾯的讨论均假定介质为各向同性、均匀、线性的理想介质。

满⾜式(3)和式(4)的波振的表达式为(5)(6)上两式假设了初相为0，不影响讨论的⼀般性，得到复数形式的麦克斯韦⽅程。

(7)(8)学习电磁场和电磁波课程时，结合已学过的电路分析的知识来理解麦克斯韦⽅程很有好处。

但是对于(8)式，中间的那个形式很多初学者可能会认为电流相加类似于RC并联，那么串联呢？实际上跟串并联没有关系，(8)式的右端告诉我们实际上是实数与虚数相加（位移电流⽐传导电流相位超前90度，当然这不意味着位移电流和传导电流空间上正交，注意区分）。

集肤效应1。

解释集肤效应(skin effect)又叫趋肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应。

电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。

频率越高，趋肤效用越显著。

因为当导线流过交变电流时，在导线内部将产生与电流方向相反的电动势？？。

由于导线中心较导线表面的磁链大，在导线中心处产生的电动势就比在导线表面附近处产生的电动势大。

这样作用的结果，电流在表面流动，中心则无电流，这种由导线本身电流产生之磁场使导线电流在表面流动。

集肤效应是电磁学，涡流学（涡旋电流）的术语。

这种现象是由通电铁磁性材料，靠近未通电的铁磁性材料，在未通电的铁磁性材料表面产生方向相反的磁场，有了磁场就会产生切割磁力线的电流，这个电流就是所谓的涡旋电流，这个现象就是集肤效应。

2。

影响及应用在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。

此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。

在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。

考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。

集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。

与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。

正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。

同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。

skin effect定义在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于他的截面上。

严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率（di/dt）为零时才成立。

趋肤效应计算定义：良导体中的电磁波局限于导体表面附近的区域，这种现象称为趋肤效应。

计算：工程上常用趋肤深度δ（或穿透深度）来表征电磁波的趋肤程度，其定义为电磁波的幅值衰减为表面值的1/e （或0.368）时电磁波所传播的距离。

按此定义有1/e e αδ-=故1δα==其中f 为电磁波的频率，μ为磁导率，∂为电导率。

故对转换成dB 的公式为：10lg eαδ-=-x dB 所以电磁波衰减xdB 时的深度为：δ＝10log 10x e -- ＝()log 1010e x -- ＝()log 1010e x -- ＝log 1010e x 然后通过公式log log log x b x a a b= 可算出，趋肤深度δ与衰减程度x dB 之间的关系为：δ（m ） 铝的μ约为4π×710-，∂为3.72×710（S/m ），因此可很容易算出铝的趋肤深度051015202530354005101520253035404550556065707580859095100厚度（微米）衰减（d B ） 2.4G 铝的趋肤深度Matlab 程序f=2.4*10^9u=4*pi*10^(-7)a1=3.72*10^7for x=0:0.1:100y1=1000000*x/(10*sqrt(pi*f*u*a1)*log10(exp(1))); %1000000是把米换为微米。

plot(y1,x)hold on;end。

电磁波的趋肤效应
电磁波的趋肤效应是指电磁波在导体表面的传播特性，表现为在高频情况下，电磁波会在导体表面形成一层感应电流，这些电流会产生与电场方向相反的磁场，从而抑制电磁波进一步向导体内部的传播。

这种现象对于电磁波的应用有着重要的意义，因为趋肤效应可以有效地减小电磁波的能量损失和干扰，同时也可以提高导体的信号传输能力。

在无线通信、交通信号控制、医学诊断和治疗等领域，趋肤效应有着广泛的应用。

具体来说，趋肤效应的大小取决于电磁波频率和导体的材料特性，当电磁波频率越高时，电磁波会越容易被限制在导体表面附近；同时，导体的电导率越高，则趋肤效应越显著。

这也是为什么在高频电路中常常采用铜质导体以提高信号传输的原因之一。

除了减小电磁波的能量损失和干扰外，趋肤效应还可以用来制造电阻器、电感器和电容器等元器件。

例如，在制造高频电阻器时，可以利用导体表面的趋肤效应，将导体以圆环的形式排列，并按一定规律分层，从而实现电阻器比较精确的阻值。

趋肤效应也被应用于医学诊疗领域。

例如，高频电磁波可以利用趋肤效应，将电磁波限制在病人皮肤表面附近，从而实现非接触式的热疗、物理治疗和生物电诊断，避免了传统接触式电极带来的不适和交叉感染的可能性。

总之，趋肤效应是电磁波在导体表面传播的重要特性，具有广泛的应用领域和潜在的发展前景。

未来随着无线通信和医学技术的不断发展，趋肤效应的应用将会变得越来越重要。

集肤效应电磁原理引言电磁辐射是我们日常生活中不可避免的存在，它包括了广播电视信号、无线网络、手机通信等。

然而，长期接触电磁辐射对人体健康可能产生潜在的影响。

集肤效应是电磁场作用于人体时的一种现象，本文将深入探讨集肤效应的电磁原理。

什么是集肤效应集肤效应，又称肤效应或肤吸收效应，是指当人体暴露在高频电磁场中时，电磁波会更多地被人体的表面层吸收。

这是由于电磁波在物质中传播时会发生衰减，而人体表面的皮肤具有较强的吸收能力。

因此，集肤效应是人体暴露在电磁场中时辐射吸收的主要方式。

集肤效应的原理集肤效应的产生原理是电磁波在物质中传播时的衰减过程。

电磁波在物质中传播时会与物质中的电荷相互作用，导致电磁波的能量逐渐减弱。

在高频电磁场中，电磁波的衰减主要是通过电磁波与物质中的电子发生相互作用来实现的。

具体而言，当电磁波穿过人体的皮肤时，电磁波的电场和磁场会与人体内部的电荷发生作用。

电磁波的电场会导致人体内部的电子发生振动，而磁场会导致电子在人体内部形成涡流。

这些振动和涡流会吸收电磁波的能量，从而使电磁波的能量逐渐减弱。

集肤效应的影响因素集肤效应的程度受到多种因素的影响，下面列举了一些主要的影响因素：1. 电磁波频率集肤效应的程度与电磁波的频率有关。

一般来说，高频电磁波的集肤效应更为明显。

这是因为高频电磁波的波长较短，能够更容易地被人体的表面层吸收。

2. 电磁波强度电磁波的强度也会影响集肤效应的程度。

当电磁波强度较高时，其能量传递给人体的速度更快，集肤效应也更为明显。

3. 电磁波方向电磁波的方向对集肤效应的程度也有影响。

当电磁波垂直于人体表面时，集肤效应最为显著。

而当电磁波平行于人体表面时，集肤效应较弱。

4. 人体暴露时间人体暴露在电磁场中的时间越长，集肤效应的累积效应就越明显。

长期暴露在电磁场中可能对人体健康产生潜在的风险。

如何降低集肤效应对人体的影响虽然集肤效应是电磁辐射的一种现象，但我们可以采取一些措施来降低集肤效应对人体的影响：1. 减少电磁波暴露时间尽量减少长时间暴露在电磁场中的情况，例如减少使用手机、电脑等电子设备的时间。

电磁波发射接收与趋肤效应
电磁波发射接收与趋肤效应是电磁波与物体相互作用的两个重要现象。

电磁波发射是指发射机将电能转化为电磁波，并通过空气或其他介质传播到接收器或目标物体。

发射机通过电流在导线中的流动产生电磁场，并将电磁场辐射出去。

这些辐射的电磁波可以是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同频率范围的波长。

电磁波接收是指接收器或目标物体吸收或反射传播过来的电磁波并转化为电能或其他形式的能量。

接收器通常根据需要选择特定波长或频率的电磁波，并利用天线等装置将电磁波转化为电流或电压信号。

这些信号可以进一步处理和利用，例如在无线通信、雷达、遥感等领域中。

趋肤效应是电磁波特别是高频电磁波在物体表面产生的一种现象。

当高频电磁波传播到物体表面时，由于电磁波的频率高和波长短，其电场和磁场会在物体表面导体上发生快速变化，导致表面电荷在电场作用下发生移动。

这种移动的电荷在电磁场的响应下形成感应电流，进一步引发辐射和吸收效应。

这也是高频电磁波在物体表面上迅速衰减的原因之一。

趋肤效应对于高频电磁波的传播和接收有重要影响。

因为趋肤效应使得高频电磁波能够更好地在物体表面传播，所以在无线通信、雷达和高频电路设计中常常利
用趋肤效应来控制电磁波的传输和接收。

同时，趋肤效应也可以用于提高电磁波的吸收效率，例如在电磁波热治疗中利用趋肤效应将高频电磁波能量吸收到人体组织中。

ATM物探仪（音频大地电磁测深）原理一、电磁波:地球物理勘探，简称物探。

分为电法、磁法和电磁法三种。

本质上都是电法，因为磁场也是电场感应而来。

物探电磁法分为两种：一）连续电磁波电磁波不间断（频率域即有很多不同频率的电磁波可作为工作频率进行选择，比如我们可以选择长波（音频范围的电磁波），另外还有微波、红外线等短波等）连续电磁波按产生方式还分为:1、人工场源电磁波又叫可控源音频大地电磁CSAMT,需人工产生发射电磁场。

优点：信号强，精度高，测量时间短。

缺点：近场效应，近处不准，设备大，转场不便，施工电极敷设需要挖较大的坑深埋，设备造价高。

2、天然音频大地电磁波ATM，天然音频大地的英文简称，是此次介绍的重点内容，它主要利用天然产生的电磁波(简称天电)进行地下介质电阻率异常的测量，省掉人工发射电磁波环节。

优点：测量简单，施工效率高。

无需发电设备，转场方便，适合矿区扫面，靶区筛查。

随着数据分析的发展，现在ATM在中国有较好的应用发展趋势。

该法最早由法国、俄罗斯提出。

2000年中南大学何继善院士在此基础上进一步探索，提出广域电磁法，电磁测深由原来的简化的平面波模型回归现在的曲面波模型，并因此获国家科技进步一等奖。

目前大地电磁测深技术无论理论与应用，我国已经有所领先。

缺点：精度较低，单次数据采集时间长。

天然场源电磁波又分长波、中波及短波，其中音频大地电磁波属于长波，是ATM法的工作波段，下节详细介绍。

二）瞬变电磁（时间域，时间为变量）瞬变电磁的电磁波属于间断脉冲型，利用接通、间断电流产生交变电磁波，进行地下介质电阻率异常的测量，与连续电磁波比，属于另一大类，与ATM无关，不多介绍。

见图二、ATM天然音频大地电磁波的波形电场波与磁场波（简称电波与磁波）互相垂直正交，且都垂直于传播方向，其中磁场波由电场波感应产生。

这样，电磁波测量电波与磁波两组信息，与单独的电法与磁法来说，信息量是翻倍提高的。

天然场源电磁波，也叫天电，主要由太阳风、地球磁暴及地球雷电区经几千或几万公里传播而来。

剖析-趋肤深度和趋肤效应当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“⽪肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表⾯，电流密度越⼤，导体内部实际上电流较⼩。

结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。

这⼀现象称为趋肤效应(skin effect)趋肤效应，是在任何射频频率下操作导体或半导体，或者说，事实上除直流之外的所有应⽤中都需要了解的⼀种重要现象。

然⽽，趋肤效应和趋肤深度的话题却鲜被触及。

本质上，“趋肤效应”⼀词⽤于描述电流在导体内的分布⽅式随频率及材料特性的变化。

据观察，信号频率越⾼，导体内的电荷分布越趋向于导体表⾯近处。

⽆论是单纯线缆、同轴电缆、微带还是天线导体，所有导体中均存在这⼀现象。

趋肤效应导致导体的射频电阻性损耗，但仅发⽣于其内有正在传播的射频能量的电流流动的导体中。

在波导、同轴电缆/连接器及天线中，趋肤效应通常发⽣于传输线内壁的外表⾯。

在某些微带线和带状线结构中，情况较为复杂，这是因为承载电流的导体为与电介质的接触的内表⾯，⽽⾮电镀外表⾯。

⼀般⽽⾔，由于导体表⾯处的电阻更⼤，因此趋肤深度越⼩，射频损耗越⼤。

在数个参数已知的情况下，可以计算出电流在导体内的分布情况。

趋肤深度是指电荷在导体内传播时⼤多数电荷所在的厚度。

由于趋肤深度是频率以及导体电阻率和磁导率相互作⽤的结果，因此不同导体材料的射频损耗随频率变化的特征不同。

例如，铜的电阻率为1.678µΩ/cm，相对磁导率为0.999991；⾦的电阻率为2.24µΩ/cm，相对磁导率为1；镍的电阻率为6.84µΩ/cm，相对磁导率为600。

铜、⾦、镍在1GHz下的趋肤深度分别为2.06µm、2.38µm及0.170µm。

因此，镍的射频损耗最严重，⽽铜和⾦的射频损耗要⼩得多。

从趋肤现象中可得出⼀些有趣的结论：⾸先，导体的磁导率可极⼤地影响材料的射频损耗；其次，在很⾼的频率下，⼤多数电荷仅在表⾯附近的薄层内传播，因此在这些频率下，即使采⽤⾮常薄的导体，也不会影响插⼊损耗性能。