Skin Effect(표면효과)란?

고주파 신호를 다룰 때, 한 가지 알아두어야 할 것이 바로 금속에서의 표면효과이다.
표면효과란 주파수가 올라갈수록 교류전류는 금속의 내부가 아니라 표면에 집중되어 흐른다는 것을 의미한다.
저주파에서는 금속의 내부를 전하가 이동하면서 신호가 오가지만, 고주파에서는 도체 표면을 따라 전하가 오간다. 

이 성질이 특별히 설계에 제한이 되는 요소는 아니지만, 구조설계 시 나름대로 고려해야할 부분이 된다.
예를 들어 이 성질을 잘 이용하면 굳이 도전율이 좋은 금이나 은을 전체에 사용할 필요 없이 외부에 Coating함으로써
고주파의 전도율을 높일 수 있다.

이것은 3D simulation시에 더욱 유용하게 활용되는데, 고주파에서는 금속 내부에 Field가 존재하지 않기 때문에 금속
내부는 아예 계산하지 않음으로써 많은 시간을 절약할 수 있다. 

1. 표피효과의 발생원인

- 직류전류가 전선을 통과할 때는 일정한 전류밀도로 흐름.
- 주파수가 있는 교류는 교번자속으로 인한 유도기전력이 발생함.
- 따라서, 전류는 도체의 중심부로 흐르기 어려워 도체의 외부 표면을 따라 흐름.

2. 표피효과의 영향

- 도체 내부로 들어갈수록 전류밀도가 감소함.
- 위상각이 늦어지게 되어 전류가 도체 외부로 집중됨.
- 전력의 손실이 증가되어 송전 용량이 감소됨.

3. 실효교류저항 및 표피작용 저항비.
3.1. 실효교류저항

- 전송로에 직류보다 교류(실효치)가 흐를 때 전력손실이 많아짐.
- 실효교류저항은 전송로의 평균전력손실을 전류의 2승의 평균치로 나눈 값.

3.2. 표피작용 저항비.

- 실효교류저항을 직류저항으로 나눈 값을 표피작용 저항비라고 함.
- 표피작용 저항비(R/Ro)는 전선단면적이 커질수록, 주파수가 증대될수록 높음.

(m = 2π루트(2fμ/ρ), μ : 투자율, ρ : 고유 저항, f : 주파수)

- 표피효과는 주파수가 높을수록, 전선의 단면적이 클수록, 도전율과 투자율이 높을수록 커짐.

자료출처 : http://jncis.egloos.com/3356290

※ 이 자료는 필자의 리포트를 포스팅 한 것이며, 다른 블로그 및 자료에서 중복되는 내용이 있음을 알려드립니다.
    절대 참고자료 외에 사용을 금합니다. 이상입니다.