오사카대학의 칸노 타카마 박사 후기과정 3학년들의 연구그룹은 전자·전기기기의 오동작이나 발열의 원인이 되는 전자 노이즈 현상을 정량화하기 위한 이론을 고안하고, 그 발생 메카니즘을 해명하고 , 전자기 노이즈가 발생하지 않는 회로 구조를 이론적으로 도출하는 데 성공했다.
전기 회로에서는 주위의 도체(환경)와 전자 간섭하여 전자 노이즈가 발생하지만, 원인의 특정은 어렵고, 숙련 기술자의 경험이나 노하우를 바탕으로 대책이 행해져 왔다. IoT 등 미래의 전기 기기의 보급에 따라 전자기 노이즈의 발생 메커니즘 해명이 중요한 과제였다.
이번 연구에서는 전자기 노이즈 현상의 기술을 위해 전기 회로를 신호의 왕복로인 2개의 도선으로 나타내고, 환경을 1개의 도선으로 나타낸 3본선 회로를 사용.그 결과, 신호를 나타내는 일반 모드와 전자기 간섭을 나타내는 공통 모드의 공식화가 가능해졌다.게다가 3본선 회로의 입력이나 출력에서의 접속 관계를 고려해, 각 모드의 동작을 나타내는 방정식을 도출.그 결과, 회로와 환경의 기하학적 위치 관계와, 접속되는 소자와의 전기적인 접속 관계에 의해, 공통 모드가 노멀 모드로 변환되어, 전자기 노이즈가 발생하는 것을 이론적으로 증명했다.
이것은 다양한 회로의 기하학적 구조 및 전기적 연결 조건에서의 이론 계산을 가능하게 하였다.그 결과, 전자기 노이즈를 없애기 위해서는, 회로가 환경에 대하여 기하학적으로 대칭인 구조를 갖고, 또한 회로와 환경이 전기적으로 대칭으로 접속된 구조가 유일한 해로 판명.또한, 전자기 노이즈 현상의 정량화와 시간적 추적이 가능해져, 현상을 직감적으로 이해할 수 있게 되었다.
이번 연구 성과는 기존의 경험적 접근이 아니라 이론적 접근이기 때문에 전자기 노이즈의 원인을 근본적으로 제거할 수 있을 가능성이 있다고 한다.
논문 정보:【Scientific Reports】Mechanism of Common-mode Noise Generation in Multi-conductor Transmission Lines
