Figura 1. Diagrama esquemático utilizado en este estudio. La variación en el tiempo de la cantidad física en un conductor de circuito tridimensional con elementos de circuito (la figura es un plano (2D) pero también puede ser una configuración 3D). Además, se puede cuantificar el componente de suma que es el origen del ruido electromagnético. Crédito:Universidad de Osaka
Un grupo de investigadores de la Universidad de Osaka, dirigido por el profesor Masayuki Abe y el profesor Hiroshi Toki de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Ingeniería, desarrolló un simulador de circuito 3-D de alta precisión en el dominio del tiempo para cuantificar el ruido electromagnético (EM) y esclareció su origen. , permitiendo el diseño de circuitos electrónicos y eléctricos para reducir el ruido EM.
En nuestro día a día Los aparatos eléctricos ordinarios se encienden cuando se enchufan a una toma de corriente. Cuando un aparato está enchufado, la "diferencia" de potencial se aplica al enchufe, y se activa el circuito eléctrico del producto. Sin embargo, El ruido EM se origina a partir de la "suma" de potenciales, algo a lo que normalmente no prestamos mucha atención. Dado que es difícil visualizar por qué, dónde, y cuando la "suma" de potencial se genera en circuitos eléctricos, los tratamientos contra el ruido se proporcionan basándose simplemente en los conocimientos técnicos. Los resultados de esta investigación han permitido cuantificar no solo la "diferencia" de cantidad física, que se utiliza normalmente en la teoría de circuitos convencional, sino también la "suma" de la cantidad física, que puede actuar como el origen de los fenómenos de ruido EM (Figura 1). A medida que nuestras vidas se vuelven cada vez más convenientes debido a la propagación de dispositivos que funcionan con electricidad, también ha aumentado el riesgo de problemas causados por el ruido electromagnético. Por lo tanto, Visualizar el proceso de generación de ruido electromagnético y comprender cómo ocurre es muy importante en el diseño de circuitos de vanguardia.
En este estudio, el grupo desarrolló un método de cálculo para cuantificar la "suma" de cantidades físicas, que causa ruido EM, así como un simulador que puede visualizar el origen del fenómeno del ruido. Específicamente, pudieron calcular directamente la ecuación integral diferencial parcial simultánea con las variables de potencial escalar, cargar, potencial vectorial, y actual, que son magnitudes físicas EM en los conductores tridimensionales que constituyen el circuito (figura 2). Es más, el grupo desarrolló un algoritmo que conecta elementos del circuito (fuentes de voltaje, resistencias etc.) en límites arbitrarios como entradas. El método desarrollado en esta investigación permite visualizar cómo las cantidades físicas en los materiales conductores eléctricos se propagan y cambian a lo largo del tiempo. Como resultado, es posible comprender intuitivamente por qué, dónde, y cuando se genera ruido EM, y desarrollar un diseño de circuito que elimine fundamentalmente el origen del ruido EM.
Figura 2. Ecuaciones y variables utilizadas en este estudio. La cantidad física utilizada en electromagnetismo se calcula como variable. Las ecuaciones 1 y 2 representan el potencial obtenido de las ecuaciones de Maxwell, cuyas fuentes son carga y corriente. Además, la relación entre corriente y carga se expresa usando la ecuación continua en la ecuación 3, y la relación entre el potencial y la corriente se expresa usando la ley de Ohm en la ecuación. 4. Al resolver estas ecuaciones simultáneamente, Se pueden describir los fenómenos del circuito. Crédito:Universidad de Osaka
Fig. 3. Resultados experimentales y resultados de cálculo numérico obtenidos por este método de investigación y métodos convencionales. Cuando la diferencia de potencial es 0, el ruido EM no se genera, y la diferencia de potencial generada indica el EM generado al doblar el cableado del circuito. Se puede ver que este método de investigación reproduce el experimento con gran precisión. Crédito:Universidad de Osaka
Este método también considera la forma del conductor que determina las características del circuito con alta precisión. En el experimento de demostración, Se observó que la tecnología de cálculo desarrollada en este estudio reproduce fielmente la forma de onda del experimento (Figura 3). En el futuro, el grupo utilizará esta tecnología de investigación para dilucidar el fenómeno del ruido EM causado por la "suma" de los potenciales generados en varios conductores de circuitos de uso común y aplicará los hallazgos al diseño de circuitos silenciosos.
El grupo de investigación tiene como objetivo realizar una sociedad "silenciosa", y esperan que sus teorías y cálculos puedan conducir a equipos silenciosos con bajo consumo de energía. Están realizando esfuerzos para realizar una infraestructura silenciosa y desean realizar investigaciones básicas y aplicadas sobre el ruido EM para la implementación social de equipos que reduzcan el ruido EM. El profesor Abe y el profesor Toki están buscando socios del ámbito industrial en varios campos para todo, desde la investigación básica hasta el desarrollo aplicado.
El artículo "Formulación en el dominio del tiempo de un circuito plano multicapa acoplado con circuitos de parámetros agrupados utilizando ecuaciones de Maxwell, "fue publicado el 29 de noviembre en Informes científicos .
