Per progettare dispositivi elettromagnetici (EM) silenziosi, è necessario chiarire il meccanismo alla base del rumore EM e vengono eseguiti calcoli teorici e simulazioni al computer per la valutazione predittiva dei dispositivi. Due ricercatori dell'Università di Osaka hanno sviluppato un algoritmo per il calcolo numerico del rumore EM (interferenza) nei circuiti elettrici.

Il rumore EM è un problema che si è dimostrato difficile da risolvere. Causato da interferenze da linee di trasmissione e parti di collegamento, sono stati adottati vari approcci per ridurlo, come l'aggiunta di filtri e/o dispositivi passivi ai circuiti o l'utilizzo della simmetria della configurazione.

L'algoritmo sviluppato in questo studio è per la simulazione al computer di circuiti elettrici in cui le linee di trasmissione sono collegate a modelli a elementi concentrati. Generalmente, la soluzione di problemi lungo una linea di trasmissione viene eseguita utilizzando equazioni alle derivate parziali, mentre la soluzione di problemi in un circuito a costante concentrata utilizza equazioni differenziali ordinarie. Per collegare queste due diverse equazioni differenziali e risolvere questi problemi, la coppia di ricercatori, Prof. Masayuki Abe e Prof. Hiroshi Toki, ha introdotto la matrice di incidenza trovata nella teoria dei circuiti e nell'impedenza nel dominio del tempo, l'ultimo dei quali è un nuovo concetto.

In precedenza, questa soluzione richiedeva un metodo per sostituire i circuiti a costante concentrata con linee di trasmissione, ma questo nuovo metodo non richiede tale sostituzione, consentendo calcoli più pratici. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .

Sulla base dei risultati dei calcoli che utilizzano questo algoritmo, i due ricercatori hanno dimostrato che il rumore EM potrebbe essere ridotto utilizzando la configurazione simmetrica a 3 linee del circuito. Il loro metodo di calcolo è per linee di trasmissione multiconduttore unidimensionali, ma hanno già sviluppato un algoritmo di calcolo anche in linee di trasmissione multiconduttore bidimensionali e tridimensionali (in attesa di brevetto), rendendo possibile l'avanzamento della sua ricerca applicata.

Questo metodo di calcolo può anche essere sviluppato in un metodo di calcolo per gli effetti ritardanti del rumore EM (e dei segnali), difficili da calcolare con le tradizionali simulazioni al computer. Attualmente, i ricercatori stanno sviluppando un algoritmo computazionale per calcolare questi effetti di ritardo. Oltre all'analisi dei domini di tempo e frequenza del rumore EM, questo algoritmo sarà utilizzato per varie applicazioni, come la generazione di calore da rumore, metamateriali, e analisi dell'antenna.

"Infine, miriamo a sviluppare una "infrastruttura EM senza rumore". Oltre a migliorare le prestazioni del dispositivo, vorremmo realizzare una società in cui le persone possano utilizzare attrezzature ad alto valore aggiunto, come apparecchiature a bassissimo consumo energetico e a bassissimo calore disperso, " dice il Prof. Abe. "In particolare, chiariremo teoricamente una struttura silenziosa dei circuiti elettronici e dimostreremo che una drastica riduzione del rumore EM può portare a una svolta che consente un basso consumo energetico."

Il prof. Toki dice, "Il nostro obiettivo è utilizzare il nostro metodo per sviluppare la tecnologia avanzata in una tecnologia di uso generale e stabilire linee guida per lo sviluppo del concetto di dispositivi elettronici silenziosi in progetti con impatto sia sociale che economico".