皮膚深度計算ツール
周波数と材料特性の関数として、導体内の電磁界の表皮深さ（浸透深さ）を計算します。
公式
\delta = \sqrt{\frac{2}{\omega \mu \sigma}} = \sqrt{\frac{1}{\pi f \mu_0 \mu_r \sigma}}
参考: Griffiths, "Introduction to Electrodynamics" 4th ed., Chapter 9
仕組み
表皮の深さは、交流電流が導体にどれだけ深く浸透するかを表す無線周波数 (RF) エンジニアリングにおける重要なパラメータです。周波数が高くなると、表皮効果により電流が導体の表面近くに集中する傾向があります。この現象は、導体内の磁場が変化すると渦電流が発生し、一次電流が導体の外層に押し出されるためです。表皮の深さ (δ) は、周波数 (f)、自由空間の透磁率 (μ0)、材料の相対透磁率 (μr)、電気伝導率 (σ) といったいくつかの重要な材料特性に依存します。数学的には、表皮の深さは、電流密度が表面値の 1/e (約 37%) に低下する深さを表します。銅などの良質な導体では、周波数が高くなるとこの影響が顕著になり、RF やマイクロ波アプリケーションの信号伝送、電力損失、導体設計に大きな影響を与えます。
計算例
実践的なヒント
- ✓RF用途には、導電率が高く透磁率が低い導体材料を選択してください
- ✓高周波回路には、より薄い銅層または特殊なRF基板を使用してください
- ✓表面導電率を最適化するための電気めっき技術を検討してください
よくある間違い
- ✗高周波回路設計における表皮深度の影響を無視すると、予期しない信号減衰が発生する
- ✗周波数に依存する電流分布を考慮せずに導体の厚さを均一にする
- ✗深さによる指数関数的減衰の代わりに線形電流浸透を想定
よくある質問
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