传输线中趋肤效应的介绍及仿真 卢秋朋 图文(精).doc

研究与设计电子测量技术ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY第38卷第6期2015年6月传输线中趋肤效应的介绍及仿真*卢秋朋张清鹏秦润杰(天津市特种设备监督检验技术研究院天津 300192摘要:受趋肤效应的影响,在导线中分别流经高频电流和直流电流时,在导线横街面上的电流密度分布情况截然不同。详细介绍了趋肤效应的理论基础、考虑趋肤深度时导线电阻的计算公式,并利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件分别对圆形导线和矩形导线2种导线在不同频率情况下的趋肤效应进行了建模仿真,得出了导线的趋肤效应现象图。并通过对比不同频率时导线横截面的电流密度分布情况,验证了随着频率的升高,趋肤深度将越小,导线的电阻损耗越大。关键词:趋肤效应;趋肤深度;Ansoft Maxwell;仿真中图分类号:TM15 文献标识码:A 国家标准学科分类代码: and simulation of skin effect of transmission lineLu Qiupeng Zhang Qingpeng Qin Runjie(Tianjin Special Equipment Inspection Institution,Tianjin 300192,ChinaAbstract:Affected by the influence of skin effect,the current density distribution on the conductor cross-section pletely different when there is high frequency current and direct current flowing through the conductor this article,the theoretical basis of skin effect and the calculation formula of conductor resistance were the help of Ansoft Maxwell ic field simulation software,a circular wire and a rectangular wire weremodeled and simulated,and the figures of skin effect under different current frequency were is also provedthat with the increase of current frequency,the skin depth will be smaller and the resistance loss of the wire will begreater paring the current density distribution on the conductor cross-section under different :skin effect;skin depth;Ansoft Maxwell;simulation 收稿日期:2014-10*基金项目:国家质检总局科技计划(2012QK293项目1 引 言趋肤效应是电子系统频率不断提高以后电子工程师经常遇到的困扰之一。受趋肤效应的影响,传输线中的阻性损耗会急剧增加,影响数字系统的性能,如:降低信号幅度,从而影响噪声容限;减慢边沿变化率,进而影响时序容限。许多学者已经对趋肤效应与导体电阻之间的关系进行了研究,文献[1]通过直接求解传输线中的电流分布分析了传输线的趋肤效应,推导了孤立圆导线单位长度的电阻计算公式。文献[2]通过求解Maxwell电磁场方程组,推导出了矩形母线矢量磁位满足的二维微分方程,并通过有限元仿真得到孤立导体、单相双导体及三相三导体的集肤效应系数曲线。文献[3]在考虑趋肤效应和邻近效应的基础上,利用有限元法对电缆群不同排列方式和接地方式下的导体交流损耗和金属屏蔽层涡流损耗进行了计算。文献[4]通过对ANSYS在电磁场中集肤效应仿真的理论基础、具体步骤、注意要点等进行了论述,得出模拟分析的圆形导线的集肤效应现象图,文献[5]利用积分方程数值分析方法研究了矩形截面导体的趋肤效应,推导出了积分方程法的计算方法和步骤,最后分析了频率和导体厚度对交流损耗的影响。虽然很多学者对传输线的趋肤效应进行了研究,但是他们的主要研究方向多是偏向于复杂的理论分析和求解计算。所以在此基础上,为了更直观的了解趋肤效应对导线横截面电流密度分