Qu’est-ce que l’analyse des champs magnétiques ?
L’analyse des champs magnétiques est la simulation des champs magnétiques générés dans les équipements électroniques, etc., à l’aide de méthodes d’analyse numérique.
Les méthodes d’analyse des champs magnétiques comprennent les méthodes d’analyse dans le domaine temporel, les méthodes d’analyse dans le domaine fréquentiel et les méthodes de réseau équivalent à constante concentrée. L’analyse des champs magnétiques est effectuée dès le stade de la conception des équipements électroniques afin d’éviter les interférences entre les équipements électroniques, etc.
Le champ magnétique est reproduit en résolvant numériquement les équations de Maxwell sur un ordinateur, en reproduisant les conditions de la structure et les courants à donner.
Utilisations de l’analyse des champs magnétiques
L’analyse des champs magnétiques est largement utilisée dans la conception et le développement de produits tels que les équipements électroniques afin de mettre en œuvre des mesures de CEM. Elle fait également référence à la conception des produits de manière à ce qu’ils ne provoquent pas d’interférences électromagnétiques ou qu’ils ne soient pas soumis à des interférences, et à ce qu’ils fonctionnent correctement même lorsqu’ils sont soumis à des interférences.
Avec le développement rapide de l’équipement électronique, la performance sans CEM doit être assurée immédiatement sur l’ordinateur. C’est pourquoi la simulation par analyse des champs magnétiques joue un rôle important dans la phase de conception des circuits, des cartes et des boîtiers.
Principe de l’analyse des champs magnétiques
Dans ce qui suit, les principes de l’analyse des champs magnétiques sont expliqués à l’aide de la méthode des différences finies dans le domaine temporel, à titre d’exemple.
1. Méthode des différences finies dans le domaine temporel
Les équations de Maxwell sont simplifiées par la méthode des différences (division du temps par le temps fini) et la réponse temporelle du champ électromagnétique est obtenue par calcul numérique. L’ensemble de l’espace à analyser est divisé en un maillage et les équations de Maxwell ainsi que la méthode des différences sont appliquées à chaque bloc divisé. Cette méthode est supérieure pour modéliser la réponse transitoire des champs magnétiques et des structures inhomogènes.
2. Méthode des différences
Il s’agit d’une des méthodes de discrétisation dans laquelle la dérivée est remplacée par une approximation différentielle (quotient différentiel). Cette méthode est utilisée depuis longtemps comme méthode d’analyse numérique. L’équation différentielle est appelée équation différentielle si la dérivée de l’équation différentielle est remplacée par la différence.
Dans la méthode du domaine temporel à différences finies, la réponse temporelle des champs électromagnétiques est obtenue numériquement en développant les équations de Maxwell en équations aux différences.
3. Équations de Maxwell
Il s’agit des équations de base de l’électromagnétisme classique qui décrivent le champ électromagnétique. Elles se composent de quatre équations, qui sont expliquées ci-dessous.
- Équation 1
La loi de Gauss stipule que la présence d’une charge électrique génère des lignes de force électriques à partir de son environnement. - Formule 2
Le flux magnétique est bouclé, ce qui signifie que le flux magnétique qui jaillit revient toujours à sa source. - Équation 3
La loi de Faraday sur l’induction électromagnétique stipule que, lorsque le flux magnétique change, un champ électrique est généré pour empêcher le changement et une force électromotrice est générée. - Équation 4
La loi d’Ampère stipule que, lorsqu’un courant circule, un champ magnétique est généré autour de lui.
4. Modélisation
Lors d’une analyse, un modèle est créé en divisant la zone à analyser en un maillage. La finesse et l’échelle du maillage influencent la frustration de l’analyse lors de la création du modèle.
Plus le maillage est fin, plus les résultats des calculs peuvent être précis. D’un autre côté, cela présente l’inconvénient d’augmenter la charge de traitement des calculs, ce qui nécessite une plus grande puissance de traitement ou un temps de traitement plus long.
Bien qu’il faille définir une maille d’une grosseur appropriée, il faut faire attention car la maille est exclue du calcul dans l’intervalle.
Types d’analyse des champs magnétiques
Les méthodes de simulation typiques utilisées dans l’analyse des champs magnétiques sont les méthodes dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquentiel. La première comprend la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDHD), la seconde la méthode des moments (MoM) et la méthode des éléments finis.
1. Méthode des différences finies dans le domaine temporel
Excellente pour l’analyse des états transitoires grâce à l’analyse dans le domaine temporel. Elle se caractérise par des calculs intuitifs et faciles à comprendre. En revanche, elle nécessite beaucoup de mémoire et le temps de calcul est long car un grand espace est utilisé comme cible de calcul.
2. Méthode des moments
Le conducteur à analyser est divisé en mailles et les valeurs de courant des blocs de prix sont calculées, en tenant compte de l’interaction électromagnétique entre les blocs. Cette méthode convient à l’analyse CEM des conducteurs uniformes, mais elle est difficile à utiliser pour modéliser des structures non uniformes. Cette méthode est souvent utilisée pour calculer le rayonnement des antennes.
3. Méthode des éléments finis
Cette méthode divise toute la surface de la structure à analyser en un maillage. Elle présente l’avantage de pouvoir modéliser des structures non uniformes mais elle est difficile à étendre au calcul du rayonnement, comme c’est le cas avec la méthode des moments.