Utilizzo dell'effetto pelle per Intra

L'effetto pelle è un termine che descrive la tendenza della densità di corrente delle correnti ad alta frequenza a diventare "affollate" verso le pelli superficiali (confini superficiali) di un materiale conduttore. La misura in cui si forma la densità di corrente verso la superficie è correlata alla profondità della corrente a radiofrequenza primaria sotto la superficie, da qui il termine profondità della pelle.

Per le applicazioni in corrente continua (CC) e in corrente alternata (CA) a frequenza più bassa (ad esempio, al di sotto di un megahertz, dove la profondità della pelle ha generalmente valori dimensionali maggiori), la sezione trasversale della maggior parte dei conduttori sarà completamente coinvolta nel trasferimento di corrente. Questo pieno coinvolgimento provoca una densità uniforme di distribuzione della corrente su tutta la sezione trasversale del conduttore.

Figura 1

Sempre più a frequenze più elevate, la presenza (e la posizione) del flusso magnetico influisce sulla distribuzione della densità di corrente attraverso la sezione trasversale del conduttore (Figura 2).

figura 2

Per le descrizioni pratiche, la combinazione delle caratteristiche del materiale, della frequenza (che insieme determina la profondità della pelle) e della distribuzione del modello di flusso determinerà la ridistribuzione della densità di corrente attraverso la sezione trasversale. La distribuzione del modello di flusso che circoscrive il conduttore è l'influenza motivante per dirigere le alterazioni applicate alla densità di corrente.

Figura 3

Poiché il fattore motivante per la densità di corrente è la forma e la presenza formativa del flusso ad alta frequenza, la direzione della distribuzione della densità di corrente nella sezione trasversale di un conduttore sarà alterata dalla posizione del flusso. Nella Figura 4, la densità del flusso si forma intensamente al confine tra due conduttori che trasportano la corrente (e formano il flusso) in una relazione di fase opposta. A causa della correlazione tra il flusso e la distribuzione della densità di corrente alle alte frequenze, ciò suggerisce che le densità di corrente nei due conduttori saranno “affollate” nelle due superfici specifiche contrapposte che corrispondono alla distribuzione della densità di flusso.

Figura 4

L'esame dell'effetto e dell'influenza sopra illustrati suggerisce che nei circuiti stampati multistrato, la disposizione degli strati piani che propagano correnti ad alta frequenza in direzioni opposte può essere efficace nello stabilire la partizione degli effetti di accoppiamento di modo comune all'interno dell'asse Z. Questa proiezione presuppone che esista un numero sufficiente di profondità della pelle attivamente disponibili all'interno di ciascuno strato piano negli spettri di frequenza di interesse.

Per enfatizzare la formazione dell'effetto pelle, maggiore è la frequenza, minore è la profondità della pelle – e più il materiale è conduttivo e/o permeabile (a frequenza più alta), minore è la profondità della pelle. Data questa osservazione, in termini di effetto pelle, le profondità della pelle più piccole si verificano con la maggior parte dei materiali conduttivi a permeabilità più elevata (assumendo che la permeabilità sia evidente come una caratteristica del materiale ad alta frequenza) e alle frequenze più alte.

Figura 5

Per illustrare l'entità dell'effetto pelle, la Figura 6 descrive la percentuale di cattura di corrente verso la superficie, espressa come percentuale della densità di corrente in relazione alla profondità della pelle. La conclusione a cui si arriva è che sono necessarie 5 profondità della pelle per catturare circa il 99% della densità di corrente.

Figura 6

Figura 7

L'importanza dell'effetto pelle come vantaggio caratteristico alle frequenze più elevate verso le partizioni intra-piano (all'interno dell'asse Z di un circuito stampato) può essere riconosciuta esaminando la profondità della pelle del rame ricotto nella tabella mostrata nella Figura 8.

Figura 8

Tenendo presente che un peso di rame nel piano di un circuito stampato di un'oncia rappresenta uno spessore di circa 1,4 mil, si osserva che con distribuzioni di frequenza spettrali più elevate, i piani all'interno dei circuiti stampati possono essere utilizzati per segnali, categorie di segnali e potenza partizionamento all'interno dei circuiti stampati.