Om geruisloze elektromagnetische (EM) apparaten te ontwerpen, het is noodzakelijk om het mechanisme achter EM-ruis te verduidelijken en theoretische berekeningen en computersimulaties worden uitgevoerd voor de voorspellingsbeoordeling van apparaten. Twee onderzoekers van de Universiteit van Osaka ontwikkelden een algoritme voor numerieke berekening van EM-ruis (interferentie) in elektrische circuits.

EM-ruis is een probleem dat moeilijk op te lossen is gebleken. Veroorzaakt door interferentie van transmissielijnen en verbindingsdelen, verschillende benaderingen zijn genomen om het te verminderen, zoals het toevoegen van filters en/of passieve apparaten aan circuits of het gebruik van de symmetrie van de configuratie.

Het in deze studie ontwikkelde algoritme is bedoeld voor computersimulatie van elektrische circuits waarin transmissielijnen zijn verbonden met modellen met samengevoegde elementen. Gebruikelijk, de oplossing van problemen langs een transmissielijn wordt uitgevoerd met behulp van partiële differentiaalvergelijkingen, terwijl de oplossing van problemen in een gegroepeerd constant circuit gewone differentiaalvergelijkingen gebruikt. Om deze twee verschillende differentiaalvergelijkingen met elkaar te verbinden en deze problemen op te lossen, het paar onderzoekers, Prof. Masayuki Abe en Prof. Hiroshi Toki, introduceerde de incidentiematrix gevonden in circuittheorie en tijddomeinimpedantie, waarvan de laatste een nieuw concept is.

Eerder, deze oplossing vereiste een methode om gebundelde constante circuits te vervangen door transmissielijnen, maar deze nieuwe methode vereist niet zo'n vervanging, waardoor meer praktische berekeningen mogelijk zijn. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Op basis van de resultaten van berekeningen met dit algoritme, de twee onderzoekers toonden aan dat EM-ruis kon worden verminderd door de symmetrische 3-lijns configuratie van het circuit te gebruiken. Hun berekeningsmethode is voor eendimensionale meeraderige transmissielijnen, maar ze hebben ook al een berekeningsalgoritme ontwikkeld in twee- en driedimensionale meeraderige transmissielijnen (patent aangevraagd), waardoor het mogelijk wordt om haar toegepast onderzoek vooruit te helpen.

Deze rekenmethode kan ook worden ontwikkeld tot een rekenmethode voor de vertragende effecten van EM-ruis (en signalen), die moeilijk te berekenen zijn via conventionele computersimulaties. Momenteel, de onderzoekers ontwikkelen een computationeel algoritme om deze vertragende effecten te berekenen. Naast analyse van tijd- en frequentiedomeinen van EM-ruis, dit algoritme zal voor verschillende toepassingen worden gebruikt, zoals warmteopwekking door geluid, metamaterialen, en antenneanalyse.

"Eventueel, we willen een 'EM geluidloze infrastructuur' ontwikkelen. Naast het verbeteren van de apparaatprestaties, we willen een samenleving realiseren waarin mensen apparatuur met een hoge toegevoegde waarde kunnen gebruiken, zoals apparatuur met een ultralaag stroomverbruik en ultralage restwarmte, " zegt prof. Abe. "Specifiek, we zullen in theorie een geruisloze structuur van elektronische circuits ophelderen en aantonen dat drastische vermindering van EM-ruis kan leiden tot een doorbraak die een laag stroomverbruik mogelijk maakt."

Prof. Toki zegt, "Ons doel is om onze methode te gebruiken om geavanceerde technologie te ontwikkelen tot technologie voor algemene doeleinden en om richtlijnen vast te stellen voor het ontwikkelen van het concept van geruisloze elektronische apparaten in projecten met zowel sociale als economische impact."