Fig. 1. Schéma de principe utilisé dans cette étude. La variation temporelle de la quantité physique dans un conducteur de circuit tridimensionnel avec des éléments de circuit (la figure est un plan (2D) mais peut aussi être une configuration 3D). En outre, la composante somme qui est à l'origine du bruit électromagnétique peut être quantifiée. Crédit :Université d'Osaka
Un groupe de chercheurs de l'Université d'Osaka dirigé par le professeur Masayuki Abe et le professeur Hiroshi Toki de la Graduate School of Engineering Science a développé un simulateur de circuit 3D de haute précision dans le domaine temporel pour quantifier le bruit électromagnétique (EM) et élucider son origine , permettant la disposition des circuits électroniques et électriques pour réduire le bruit EM.
Dans notre vie de tous les jours, les appareils électriques ordinaires démarrent lorsqu'ils sont branchés sur une prise de courant. Lorsqu'un appareil est branché, la "différence" de potentiel est appliquée à la prise, et le circuit électrique dans le produit est entraîné. Cependant, Le bruit EM provient de la "somme" des potentiels, quelque chose auquel nous ne prêtons normalement pas beaucoup d'attention. Comme il est difficile de visualiser pourquoi, où, et lorsque la "somme" du potentiel génère dans les circuits électriques, les traitements du bruit sont donnés sur la base d'un simple savoir-faire. Les résultats de cette recherche ont permis de quantifier non seulement la "différence" de grandeur physique, qui est normalement utilisé dans la théorie des circuits conventionnelle, mais aussi la "somme" de la grandeur physique, qui peut être à l'origine de phénomènes de bruit EM (Fig.1). Alors que nos vies deviennent de plus en plus pratiques en raison de la propagation des appareils alimentés à l'électricité, le risque de problèmes causés par le bruit électromagnétique a également augmenté. Par conséquent, visualiser le processus de génération du bruit EM et comprendre comment il se produit sont très importants dans la conception de circuits de pointe.
Dans cette étude, le groupe a développé une méthode de calcul pour quantifier la « somme » des grandeurs physiques, qui provoque du bruit EM, ainsi qu'un simulateur permettant de visualiser l'origine du phénomène de bruit. Spécifiquement, ils ont pu calculer directement l'équation intégrale différentielle partielle simultanée avec les variables de potentiel scalaire, charger, potentiel vecteur, et actuel, qui sont des grandeurs physiques EM dans les conducteurs tridimensionnels constituant le circuit (Fig.2). Par ailleurs, le groupe a développé un algorithme qui connecte les éléments du circuit (sources de tension, résistances, etc.) à des limites arbitraires en tant qu'entrées. La méthode développée dans cette recherche permet de visualiser comment les grandeurs physiques dans les matériaux conducteurs électriques se propagent et évoluent dans le temps. Par conséquent, il est possible de comprendre intuitivement pourquoi, où, et lorsque le bruit EM est généré, et développer une conception de circuit qui élimine fondamentalement l'origine du bruit électromagnétique.
Fig.2. Équations et variables utilisées dans cette étude. La quantité physique utilisée en électromagnétisme est calculée comme une variable. Les équations 1 et 2 représentent le potentiel obtenu à partir des équations de Maxwell, dont les sources sont la charge et le courant. En outre, la relation entre le courant et la charge est exprimée en utilisant l'équation continue dans l'équation 3, et la relation entre le potentiel et le courant est exprimée en utilisant la loi d'Ohm dans l'équation. 4. En résolvant ces équations simultanément, des phénomènes dans le circuit peuvent être décrits. Crédit :Université d'Osaka
Fig.3. Résultats expérimentaux et résultats de calculs numériques obtenus par cette méthode de recherche et des méthodes conventionnelles. Lorsque la différence de potentiel est 0, le bruit EM n'est pas généré, et la différence de potentiel générée indique l'EM généré en pliant le câblage du circuit. On peut voir que cette méthode de recherche reproduit l'expérience avec une grande précision. Crédit :Université d'Osaka
Cette méthode prend également en compte la forme du conducteur qui détermine les caractéristiques du circuit avec une grande précision. Dans l'expérience de démonstration, la technologie de calcul développée dans cette étude a été observée pour reproduire fidèlement la forme d'onde de l'expérience (Fig.3). À l'avenir, le groupe utilisera cette technologie de recherche pour élucider le phénomène de bruit électromagnétique causé par la « somme » des potentiels générés dans divers conducteurs de circuit couramment utilisés et appliquera les résultats à la conception de circuits silencieux.
Le groupe de recherche vise à réaliser une société « sans bruit », et s'attendent à ce que leurs théories et leurs calculs puissent conduire à des équipements silencieux à faible consommation d'énergie. Ils poursuivent activement leurs efforts pour réaliser une infrastructure silencieuse et souhaitent mener à la fois des recherches fondamentales et appliquées sur le bruit EM en vue de la mise en œuvre sociale d'équipements qui réduisent le bruit EM. Les professeurs Abe et Toki recherchent des partenaires du domaine industriel dans divers domaines pour tout, de la recherche fondamentale au développement appliqué.
L'article "Formulation dans le domaine temporel d'un circuit plan multicouche couplé à des circuits à paramètres localisés à l'aide des équations de Maxwell, " a été publié le 29 novembre dans Rapports scientifiques .
