Vähemmän kohinaa

Pulssisignaali indusoi sarjan pulsseja siirtolinjalla (vasemmalla). Siirtolinjan järjestelyn ja yhdistetyn piirikytkennän parantaminen tarjoaa "kohinattoman" signaalin siirron (oikea). Credit: Osaka University

Kohinattomien sähkömagneettisten (EM) laitteiden suunnittelemiseksi on tarpeen selventää EM-kohinan mekanismia ja teoreettisia laskelmia sekä tietokone simulaatioita laitteiden ennustearviointia varten.

Kaksi tutkijaa Osaka-yliopistossa on kehittänyt algoritmin EM-kohinan (häiriön) numeeriseksi laskemiseksi sähköisissä piireissä.

EM-kohina on ongelma, joka on osoittautunut vaikeaksi ratkaista. Siirtolinjojen ja liitososien aiheuttamasta häiriöiden vähentämiseksi on käytetty erilaisia toimia kuten suodattimien ja/tai passiivisten komponenttien lisääminen piireihin tai rakenteen symmetriaa hyödyntäen.

Tässä tutkimuksessa kehitetty algoritmi on tarkoitettu sellaisten sähköisten piirien tietokonesimulointiin, joissa siirtolinjoihin voidaan käyttää keskitettyjen elementtien malleja. Yleensä pitkin siirtolinjaa tapahtuvien ongelmia ratkotaan käyttäen osittaisia differentiaaliyhtälöitä, kun taas keskitetyissä vakiopiireissä käytetään tavallisia differentiaaliyhtälöitä.

Näiden kahden erilaisten yhtälöiden yhdistämiseksi ja näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkijapari, professorit Masayuki Abe ja Hiroshi Toki esittävät esiintyvyysmatriisin joka löytyy piiriteoriasta sekä aika-alue impedanssin, joka on uusi käsite.

Aiemmin tämä ratkaisu vaati menetelmää korvata keskitetyt vakiopiirit siirtolinjoilla, mutta tämä uusi menetelmä ei vaadi tällaista korvaamista, mikä mahdollistaa käytännölliset laskelmat.

Tutkimuksen tulokset julkaistiin Scientific Reports -lehdessä.

Tämän algoritmin avulla tehtyjen laskelmien tulosten perusteella nämä kaksi tutkijaa osoittivat, että EM-kohinaa voidaan vähentää käyttämällä piirissä symmetristä kolmen linjan konfiguraatiota.

Heidän laskentamenetelmämsä on yksiulotteisille monijohteisille transmissio linjoille mutta he ovat jo kehittäneet laskenta-algoritmin kaksi- ja kolmiulotteisissa monijohteissa siirtolinjoissa.

Tätä laskentamenetelmää voidaan myös kehittää laskentamenetelmäksi EM-kohinan (ja signaalien) hidastaville vaikutuksille, joita on vaikea laskea tavanomaisilla tietokonesimulaatioilla.

Tällä hetkellä tutkijat kehittävät laskennallista algoritmia näiden hidastavien vaikutusten laskemiseksi.

EM-kohinan aika- ja taajuusalueiden analysoinnin lisäksi tätä algoritmia käytetään erilaisiin sovelluksiin, kuten lämmön syntymiseen kohinasta, metamateriaaleille ja antennianalyysit.

”Lopulta pyrimme kehittämään EM-häiriöttömän infrastruktuurin, toivoo professori Abe.

Professori Toki sanoo: ”Tavoitteenamme on käyttää menetelmäämme kehittämään edistynyttä teknologiaa yleiskäyttöön tarkoitetuksi tekniikaksi ja laatia suuntaviivat kohinattomien elektronisten laitteiden konseptin kehittämiseksi sekä yhteiskunnallisia että taloudellisia projekteja varten.”

Aiheesta aiemmin:

Kohina tehostaa heikkoja signaaleja