Ennustaminen siitä, miten sähkömagneettiset aallot toimivat vuorovaikutuksessa pienimpien asteikkojen kanssa

Anonim

UCLA Samueli -insinöörit ovat kehittäneet uuden työkalun mallintamisessa, miten älypuhelimissa ja muissa viestintälaitteissa käytettävät magneettiset materiaalit toimivat vuorovaikutteisesti datan mukana tulevien tulevien radiosignaalien kanssa. Se ennustaa tarkasti nämä vuorovaikutukset nanometrin asteikkoon, joka tarvitaan korkealaatuisten viestintätekniikoiden rakentamiseen.

Työkalun avulla insinöörit voivat suunnitella uusia radiofrekvenssiin perustuvia komponentteja, jotka pystyvät kuljettamaan suuria määriä tietoja nopeammin ja vähemmän häiriöitä. Tulevat käyttötarkoitukset sisältävät älypuhelimet implantoitavien terveystarkkailulaitteiden käyttöön.

Magneettiset materiaalit voivat houkutella tai torjua toisiaan polaarisen suuntautumisensa perusteella. Positiiviset ja negatiiviset päät vetävät toisiaan, kun taas kaksi positiivista tai kaksi negatiivia torjuvat. Kun radioaallon kaltainen sähkömagneettinen signaali kulkee tällaisten materiaalien läpi, magneettinen materiaali toimii kuin portinvartija, antaen halutulle signaalille, mutta pidättää muut. Ne voivat myös vahvistaa signaalia tai vaimentaa signaalin nopeutta ja voimakkuutta.

Insinöörit ovat käyttäneet näitä gatekeeper-kaltaisia ​​tehosteita, joita kutsutaan "aalto-materiaalivuorovaikutuksiksi", jotta viestintätekniikoissa käytettävät laitteet toimisivat vuosikymmenien ajan. Näitä ovat esimerkiksi kiertovesipumput, jotka lähettävät signaaleja tietyissä suunnissa tai taajuusselektiiviset rajoittimet, jotka vähentävät melua estämällä ei-toivottujen signaalien voimakkuus.

Nykyiset suunnittelutyökalut eivät ole kattavia ja riittävän tarkkoja, jotta saadaan kokonaiskuva magneettisuudesta dynaamisissa järjestelmissä, kuten implantoitavissa laitteissa. Työkaluilla on myös rajoituksia kulutuselektroniikan suunnittelussa.

"Uusi laskenta-apuvälineemme ratkaisee nämä ongelmat antamalla elektroniikkasuunnittelijoille selkeän tien kohti mahdollisten materiaalien hyödyntämistä viestintälaitteissa", sanoo Yuanxun "Ethan" Wang, sähkö- ja tietotekniikan professori, joka johti tutkimusta. "Liitä aallon ominaisuudet ja magneettinen materiaali, ja käyttäjät voivat helposti mallintaa nanomittakaavan vaikutuksia nopeasti ja tarkasti. Tietämyksemme mukaan tämä malliryhmä on ensimmäinen, joka sisältää kaikki kriittiset fysiikat, jotka ovat välttämättömiä dynaamisen käyttäytymisen ennustamiseksi."

Tutkimus julkaistiin IEEE Transactions in Microwave Theory and Techniques -lehden kesäkuussa 2018 julkaistussa lehdissä.

Laskentatyökalu perustuu menetelmään, joka yhdessä ratkaisee tunnetut Maxwellin yhtälöt, jotka kuvaavat sähkö- ja magneettisuunnittelua sekä Landau-Lifshitz-Gilbert-yhtälöä, joka kuvaa kuinka magnetisaatio liikkuu kiinteän kohteen sisällä.

Tutkimuksen johtava kirjailija Zhi Yao on Wangin laboratorion tutkijatohtori. Tekijät ovat Rustin Umut Tok, Wangin laboratorion jatko-opiskelija ja UCLA: n sähkö- ja tietotekniikan professori Tatsuo Itoh sekä Sähkötekniikan Northrop Grumman -taiteen puheenjohtaja. Itoh on myös Yosan yhteistyöneuvonantaja.

Tiimi pyrkii parantamaan työkalua erilaisten magneettisten ja ei-magneettisten materiaalien mukaan. Nämä parannukset voisivat johtaa siihen, että siitä tulee "universaali ratkaisija", joka pystyy ottamaan huomioon kaikenlaisen sähkömagneettisen aallon, joka on vuorovaikutuksessa kaikentyyppiseen materiaaliin.

Wangin tutkimusryhmä sai äskettäin 2, 4 miljoonan dollarin avustuksen puolustus Advanced Research Project Agencyilta laajentamaan työkalun mallinnuskapasiteettia lisäämään materiaalin ominaisuuksia.

menu
menu