傳輸線與波導

集膚效應(skin effect)

集膚效應是高頻電流傾向擠進導體外緣那層薄薄「皮膚」、捨棄內部的現象。在直流時,電流均勻分布於整條電線的橫截面;但隨頻率上升,電線自身的磁場把電流往外推,到了吉赫頻段,電流只在比一張紙還薄的表層流動。電流降到表面值約 37% 處的深度稱為集膚深度——銅在 1 GHz 時只有數微米。

其後果是:導體的有效電阻隨頻率上升,因為電流被擠進越來越小的面積。這就是為何高頻電纜常鍍銀(只有表面重要)、為何音響線標榜「純銅芯」多半是行銷話術、以及為何電力工程師採用多股的利茲線或中空導體。集膚效應是傳輸線損耗的主要來源之一,也是長電纜會把銳利數位邊緣磨圓鈍的關鍵原因。

δ = √(2 / (ωμσ)) (skin depth)

集膚深度與 1/√f 成正比——頻率變四倍,集膚深度減半。在 50/60 Hz 電力頻率下它有數毫米,因此只對極粗的導體才重要;到了射頻頻段則居於主導地位。

又称
skin depth集膚效應趨膚效應