¿Qué es el Software de Análisis de Campos Magnéticos?
Software de análisis de campos magnéticos es la simulación de campos magnéticos generados en equipos electrónicos, etc., mediante métodos de análisis numérico.
Los métodos de análisis de campos magnéticos incluyen métodos de análisis en el dominio del tiempo, métodos de análisis en el dominio de la frecuencia y métodos de red constante concentrada equivalente. El software de análisis de campos magnéticos se realiza desde la fase de diseño de los equipos electrónicos para evitar interferencias entre equipos electrónicos, etc. Es lo que se denomina contramedidas CEM.
El campo magnético se reproduce resolviendo numéricamente las ecuaciones de Maxwell en un ordenador, reproduciendo las condiciones de la estructura y las corrientes que se den.
Usos del Software de Análisis de Campos Magnéticos
El software de análisis de campos magnéticos se utiliza ampliamente en el diseño y desarrollo de productos como equipos electrónicos con el fin de aplicar medidas de CEM. También se refiere al diseño de productos para que no causen interferencias electromagnéticas o no estén sujetos a interferencias, y para que funcionen correctamente aunque estén sujetos a interferencias.
Con el rápido desarrollo de los equipos electrónicos, es preciso garantizar un funcionamiento sin interferencias electromagnéticas de forma inmediata en el equipo. Por ello, la simulación mediante análisis de campos magnéticos desempeña un papel importante en la fase de diseño de circuitos, placas y carcasas.
Principios de Análisis de Campos Magnéticos
A continuación se explican los principios de análisis de campos magnéticos utilizando como ejemplo el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo.
1. Método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo
Las ecuaciones de Maxwell se simplifican mediante el método de las diferencias (división del tiempo por el tiempo finito) y la respuesta temporal del campo electromagnético se obtiene mediante cálculo numérico. Todo el espacio a analizar se divide en una malla y las ecuaciones de Maxwell y el método de la diferencia se aplican a cada bloque dividido. Es superior para modelizar la respuesta transitoria de campos magnéticos y estructuras no homogéneas.
2. El Método de las Diferencias
Es uno de los métodos de discretización en el que la derivada se sustituye por una aproximación por diferencias (cociente de diferencias). Este método se utiliza desde hace mucho tiempo como método de análisis numérico. La ecuación diferencial se denomina ecuación en diferencias cuando la derivada de la ecuación diferencial se sustituye por la diferencia.
En el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo, la respuesta temporal de los campos electromagnéticos se obtiene numéricamente expandiendo las ecuaciones de Maxwell en ecuaciones en diferencias.
3. Ecuaciones de Maxwell
Son las ecuaciones básicas del electromagnetismo clásico que describen el campo electromagnético. Consta de cuatro ecuaciones, que se explican a continuación.
- Ecuación 1
Ley de Gauss, que establece que la presencia de una carga eléctrica genera líneas de fuerza eléctricas desde su entorno. - Ecuación 2
El flujo magnético tiene forma de bucle, que establece que el flujo magnético que surge siempre vuelve a su origen. - Ecuación 3
La ley de Faraday de la inducción electromagnética, que establece que cuando el flujo magnético cambia, se genera un campo eléctrico para impedir el cambio y se genera una fuerza electromotriz. - Ecuación 4
Ley de Ampere, que establece que cuando circula una corriente, se genera un campo magnético a su alrededor.
3. Modelización
Al realizar un análisis, se crea un modelo dividiendo la zona que se va a analizar en una malla. La finura y la escala de la malla influyen en la frustración del análisis en la creación del modelo.
Cuanto más fina se divide la malla, más precisos pueden ser los resultados del cálculo. Por otro lado, esto tiene la desventaja de que la carga de procesamiento del cálculo es mayor, lo que requiere una mayor potencia de procesamiento o lleva más tiempo de procesamiento.
Aunque debe establecerse una malla con una tosquedad adecuada, hay que tener cuidado, ya que la malla queda excluida del cálculo intermedio.
Tipos de Software de Análisis de Campos Magnéticos
Los métodos típicos de simulación utilizados en el software de análisis de campos magnéticos son los de dominio temporal o los de dominio frecuencial. Los primeros incluyen el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDHD), los segundos el método de los momentos (MoM) y el método de los elementos finitos.
1. Método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo
Excelente para analizar estados transitorios gracias al análisis en el dominio del tiempo. Se caracteriza por unos cálculos intuitivos y fáciles de comprender. En cambio, requiere una gran cantidad de memoria y un largo tiempo de cálculo, ya que se utiliza un gran espacio como objetivo de cálculo.
2. Método de Momentos
El conductor a analizar se divide en forma de malla y se calculan los valores de corriente de los bloques de precios, teniendo en cuenta la interacción electromagnética entre los bloques. Es adecuado para el análisis CEM de conductores uniformes, pero difícil para modelizar estructuras no uniformes. Este método se utiliza a menudo para calcular la radiación de las antenas.
3. Método de los Elementos Finitos
Este método divide en una malla toda la superficie de la estructura que se va a analizar. Tiene la ventaja de que permite modelizar estructuras no uniformes, pero es difícil de extender al cálculo de la radiación, como ocurre con el método de los momentos.