Figura 1. Diagrama esquemático usado neste estudo. A variação de tempo da quantidade física em um condutor de circuito tridimensional com elementos de circuito (a figura é um plano (2D), mas também pode ser uma configuração 3D). Além disso, o componente de soma que é a origem do ruído eletromagnético pode ser quantificado. Crédito:Universidade de Osaka
Um grupo de pesquisadores da Universidade de Osaka liderado pelo Prof. Masayuki Abe e Prof. Hiroshi Toki da Escola de Graduação em Ciências da Engenharia desenvolveu um simulador de circuito 3-D de alta precisão no domínio do tempo para quantificar o ruído eletromagnético (EM) e elucidou sua origem , permitindo layout de circuito eletrônico e elétrico para reduzir o ruído EM.
Em nosso dia-a-dia, aparelhos elétricos comuns iniciam quando conectados a uma tomada de tensão. Quando um aparelho é conectado, a "diferença" de potencial é aplicada ao plugue, e o circuito elétrico do produto é acionado. Contudo, O ruído EM se origina da "soma" dos potenciais, algo a que normalmente não prestamos muita atenção. Uma vez que é difícil visualizar o porquê, Onde, e quando a "soma" de potencial é gerada nos circuitos elétricos, os tratamentos de ruído são realizados simplesmente com base no know-how. Os resultados desta pesquisa permitiram quantificar não só a "diferença" da quantidade física, que é normalmente usado na teoria do circuito convencional, mas também a "soma" da quantidade física, que pode atuar como a origem dos fenômenos de ruído EM (Fig.1). Como nossas vidas estão se tornando cada vez mais convenientes devido à disseminação de dispositivos movidos a eletricidade, o risco de problemas causados por ruído EM também aumentou. Portanto, visualizar o processo de geração de ruído EM e entender como ele ocorre são muito importantes no projeto de circuitos de ponta.
Neste estudo, o grupo desenvolveu um método de cálculo para quantificar a "soma" das quantidades físicas, que causa ruído EM, bem como um simulador que pode visualizar a origem do fenômeno de ruído. Especificamente, eles foram capazes de calcular diretamente a equação integral diferencial parcial simultânea com as variáveis de potencial escalar, cobrar, potencial de vetor, e atual, que são grandezas físicas EM nos condutores tridimensionais que constituem o circuito (Fig.2). Além disso, o grupo desenvolveu um algoritmo que conecta os elementos do circuito (fontes de tensão, resistores, etc.) em limites arbitrários como entradas. O método desenvolvido nesta pesquisa permite visualizar como as quantidades físicas em materiais condutores elétricos se propagam e mudam ao longo do tempo. Como resultado, é possível entender intuitivamente o porquê, Onde, e quando o ruído EM é gerado, e desenvolver um projeto de circuito que elimine fundamentalmente a origem do ruído EM.
Figura 2. Equações e variáveis utilizadas neste estudo. A quantidade física usada no eletromagnetismo é calculada como uma variável. As Equações 1 e 2 representam o potencial obtido a partir das equações de Maxwell, cujas fontes são carregadas e atuais. Além disso, a relação entre a corrente e a carga é expressa usando a equação contínua na Eq.3, e a relação entre potencial e corrente é expressa usando a lei de Ohm na Eq. 4. Resolvendo essas equações simultaneamente, fenômenos no circuito podem ser descritos. Crédito:Universidade de Osaka
Fig.3. Resultados experimentais e resultados de cálculos numéricos obtidos por este método de pesquisa e métodos convencionais. Quando a diferença de potencial é 0, o ruído EM não é gerado, e a diferença de potencial gerada indica o EM gerado ao dobrar a fiação do circuito. Pode-se perceber que este método de pesquisa reproduz o experimento com alta precisão. Crédito:Universidade de Osaka
Este método também considera a forma do condutor que determina as características do circuito com alta precisão. No experimento de demonstração, observou-se que a tecnologia de cálculo desenvolvida neste estudo reproduz de perto a forma de onda do experimento (Fig.3). No futuro, o grupo usará esta tecnologia de pesquisa para elucidar o fenômeno de ruído EM causado pela "soma" dos potenciais gerados em vários condutores de circuito comumente usados e aplicar as descobertas ao projeto de circuito silencioso.
O grupo de pesquisa tem como objetivo realizar uma sociedade "silenciosa", e esperam que suas teorias e cálculos possam levar a equipamentos silenciosos e com baixo consumo de energia. Eles estão buscando ativamente esforços para realizar uma infraestrutura silenciosa e desejam realizar pesquisas básicas e aplicadas sobre ruído EM para a implementação social de equipamentos que reduzam o ruído EM. O Prof. Abe e o Prof. Toki estão à procura de parceiros da área industrial em vários campos para tudo, desde a pesquisa básica ao desenvolvimento aplicado.
O artigo "Formulação no domínio do tempo de um circuito plano multicamadas acoplado a circuitos de parâmetros concentrados usando equações de Maxwell, "foi publicado em 29 de novembro em Relatórios Científicos .
