大阪大学の神野崇馬博士後期課程3年生らの研究グループは、電子・電気機器の誤動作や発熱の原因となる電磁ノイズ現象を定量化するための理論を考案し、その発生メカニズムを解明して、電磁ノイズが発生しない回路構造を理論的に導出することに成功した。

 電気回路では周りの導体(環境)と電磁干渉し電磁ノイズが発生するが、原因の特定は困難で、熟練技術者の経験やノウハウをもとに対策が行われてきた。IoTなど将来的な電気機器の普及に伴い、電磁ノイズの発生メカニズム解明が重要課題であった。

 今回の研究では、電磁ノイズ現象の記述のために、電気回路を信号の往復路である2本の導線で表し、環境を1本の導線で表した3本線回路を使用。その結果、信号を表すノーマルモードと、電磁干渉を表すコモンモードの定式化が可能になった。さらに、3本線回路の入力や出力での接続関係を考慮し、各モードの振る舞いを表す方程式を導出。その結果、回路と環境の幾何学的な位置関係と、接続される素子との電気的な接続関係により、コモンモードがノーマルモードに変換され、電磁ノイズが発生することを理論的に証明した。

 これにより、様々な回路の幾何学的構造と電気的接続条件での理論計算が可能になった。その結果、電磁ノイズをなくすには、回路が環境に対して幾何学的に対称な構造を有し、かつ回路と環境が電気的に対称に接続された構造が唯一の解と判明。さらに、電磁ノイズ現象の定量化と時間的追跡が可能になり、現象を直感的に理解できるようになった。

 今回の研究成果は、従来の経験的なアプローチではなく、理論的アプローチであるため電磁ノイズの原因を根本的に除去できる可能性があるとしている。

論文情報:【Scientific Reports】Mechanism of Common-mode Noise Generation in Multi-conductor Transmission Lines

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