Kohinattomien sähkömagneettisten 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 aiheuttamien häiriöiden vähentämiseksi on käytetty erilaisia toimia kuten suotimien ja/tai passiivisten komponenttien lisäämistä piireihin.

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

Näiden kahden erilaisten yhtälöiden yhdistämiseksi ja ongelmien ratkaisemiseksi 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.

Algoritmin avulla tehtyjen laskelmien tulosten perusteella tutkijat osoittivat, että EM-kohinaa voidaan vähentää käyttämällä piirissä symmetristä kolmen linjan konfiguraatiota. Heidän laskentamenetelmänsä on yksiulotteisille monijohteisille siirtolinjoille, mutta he ovat jo kehittäneet laskenta-algoritmin kaksi- ja kolmiulotteisiin monijohteisisiin siirtolinjoihin.

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 antennianalyysiin.

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

Professori Tokin mukaan tavoitteenamme on käyttää menetelmää kehittämään edistynyttä teknologiaa yleiskäyttöön tarkoitetuksi tekniikaksi ja laatia suuntaviivat kohinattomien elektronisten laitteiden konseptin kehittämiseksi sekä yhteiskunnallisia että taloudellisia projekteja varten.

Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.2.2019