Prace badawcze w zakresie projektowania anten, które są prowadzone w Instytucie Elektroniki, związane są z rozwojem nowoczesnych systemów łączności bezprzewodowej. Należą do nich systemów przeznaczonych do pracy w pobliżu ciała człowieka. Wymagają one opracowywania nowych konstrukcji anten, oraz doskonalenia narzędzi umożliwiających ich projektowanie. Kolejnym bodźcem do rozwoju tego kierunku badawczego jest rozwój technologii materiałowych umożliwiających wykonanie anten, jak np. technologia tekstylnych materiałów przewodzących.
Kierunki badań
Zastosowanie algorytmów automatycznej optymalizacji do projektowania anten
Kierunek realizowany jest w zespole, do którego należą: dr hab. inż. Łukasz Januszkiewicz, prof. Paolo Di Barba, dr hab. inż. Sławomir Hausman.
Problem naukowy, który został podjęty przez zespół badawczy polega na opracowaniu metodologii umożliwiającej automatyczną optymalizację anten z wykorzystaniem programu do symulacji elektromagnetycznych metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu oraz algorytmów automatycznej optymalizacji. Ponadto badania koncentrują się na doborze oraz opracowywaniu nowych algorytmów optymalizacyjnych, które umożliwiają redukcję nakładu obliczeń.
Opracowanie modeli ciała do projektowania anten przeznaczonych do pracy w pobliżu ciała.
Kierunek realizuje: dr hab. inż. Łukasz Januszkiewicz.
Dokładne numeryczne modele ciała nie posiadają swoich odpowiedników fizycznych. Aby rozwiązać ten problem prowadzone są badania nad opracowaniem modeli całego ciała wykorzystujących proste bryły (walec, prostopadłościan) o jednorodnej strukturze do odwzorowania całego ciała lub jego fragmentu. Dzięki temu, takie modele można wykorzystać w procesach automatycznej optymalizacji anten nasobnych w za pomocą symulacji elektromagnetycznych. Ich odpowiednik fizyczny można wykonać za pomocą tanich i dostępnych materiałów. Modele tego typu znajdują zastosowanie do badania parametrów anten nasobnych oraz do badania tłumienia w kanale radiowym obejmującym ciało człowieka.
Wykorzystanie technologii tekstylnych w technice antenowej.
Kierunek realizują: dr hab. inż. Łukasz Januszkiewicz, dr hab. inż. Ewa Skrzetuska
Anteny tekstylne dzięki zastosowanym materiałom mogą być zintegrowane z odzieżą użytkownika. Ich projektowanie wymaga zarówno uwzględnienia obecności ciała w pobliżu, jak również wymagań technologicznych związanych z zastosowaniem elastycznych materiałów przewodzących i izolujących. Anteny tego rodzaju, mogą być wykonywane z tkanin, włóknin lub przędzy i nici. Są dzięki temu bardzo lekkie i elastyczne. W przypadku tych anten, prace naukowe dotyczą zarówno zagadnień elektromagnetycznych związanych z projektowaniem struktury promieniującej, jak i zagadnień technologicznych związanych z doborem materiałów tekstylnych o odpowiednio dużej przewodności lub opracowywaniem metod łącznia materiałów tekstylnych i części metalowych prowadnic falowych.
Analiza wpływu promieniowania anten systemów łączności bezprzewodowej na środowisko.
Kierunek badawczy realizuje dr hab. inż. Łukasz Januszkiewicz wraz z dr Markiem Czerwińskim z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
Podjętym problemem naukowym jest badanie oddziaływania fal elektromagnetycznych na roślinność łąk. W ramach wstępnych prac zidentyfikowano wskaźniki wpływu promieniowania elektromagnetycznego na zbiorowiska roślin oraz obszary dla których takie oddziaływanie może występować. Rezultat wstępnych prac został opublikowany w czasopiśmie Ecological Indicators (140 pkt.)
[Marek Czerwiński, Łukasz Januszkiewicz, Alain Vian, Amparo Lázaro, "The influence of bioactive mobile telephony radiation at the level of a plant community – Possible mechanisms and indicators of the effects", Ecological Indicators, Volume 108, January 2020, 105683 (lista JCR, Impact Factor: 4.49)]
0
Osiągnięcia, patenty i publikacje
Poniżej wymieniono najważniejsze osiągnięcia badawcze (w porządku chronologicznym) oraz podano publikacje w których zostały opisane wyniki tych prac.
Metoda pomiaru parametrów elektrycznych materiałów tekstylnych w zakresie wielkich częstotliwości
S. Hausman, Ł. Januszkiewicz, M. Michalak, T. Kacprzak, I. Krucińska, „High Frequency Dielectric Permittivity of Nonwovens”, Fibres and Textiles in Eastern Europe, Vol. 14, No. 5 (59), 2006, str. 60 – 63
Projekt anteny tekstylnej typu V
Ł. Januszkiewicz, S. Hausman, T. Kacprzak, „Antena mikrofalowa dla systemów tekstronicznych”, Przegląd Elektrotechniczny, 2009, Nr: 06/2009, str. 42-45
Szyk anten tekstylnych do kompensacji wpływu ciała na parametry łącza radiowego
Ł. Januszkiewicz, “The analysis of textile antenna array radiation pattern,” 18-th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Vilnius, 2010, str. 1-4
Projekt tekstylnego czujnika częstości oddechowej
Zgłoszenie patentowe: Izabella Krucińska, Ewa Skrzetuska, Sławomir Hausman, Łukasz Januszkiewicz, nr P.408711 (data zgłoszenia: 30.06.2014r.) „Tekstylny czujnik do monitorowania częstotliwości oddechu”.
Antena tekstylna wykonana techniką rozpylania magnetronowego
Ł. Januszkiewicz, S. Hausman, I. Nowak, I. Krucińska, “Textile vee antena made with PVD process”, International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2014, Vol. 46, Issue - 2, str. 361 – 365
Iwona Nowak, Izabella Krucińska, Łukasz Januszkiewicz, “Metallic Electroconductive Transmission Lines Obtained on Textile Substrates by Magnetron Sputtering”, FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2019; 27, 3(135): 51-57 (Impact Factor: 0,677)
Analiza wpływu ułożenia anten tekstylnych na ciele na ich parametry
Ł. Januszkiewicz, “The analysis of influence of textile antenna location on its performance,” 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Lisbon, 2015, str. 1-5
Uproszczone modele ciała do badania anten tekstylnych
Ł. Januszkiewicz, S. Hausman, “Simplified human phantoms for narrowband and ultra-wideband body area network modelling”, COMPEL - The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 2015, vol. 34:2, str. 439-447
Ł. Januszkiewicz, S. Hausman, “Simplified human phantoms for wireless body area network modelling,” 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Lisbon, 2015, str. 1-4,
Tekstroniczny system do lokalizacji ludzi w budynkach za pomocą czujników inercyjnych i podczerwieni
Ł. Januszkiewicz, J. Kawecki, R. Kawecki and P. Oleksy, "Wireless indoor positioning system with inertial sensors and infrared beacons," 2016 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Davos, 2016, pp. 1-3
Projekt anteny o poszerzonym paśmie dla systemów tekstronicznych
Ł. Januszkiewicz, P. Di Barba, S. Hausman, “Optimization of wearable microwave antenna with simplified electromagnetic model of the human body”, Open Physics, 2017, Vol.15(1): str. 1055-1060
Projekt anteny dwupasmowej dla systemów tekstronicznych
Ł. Januszkiewicz, P. Di Barba, S. Hausman, "Hierarchical paradigm for automated optimal design of dual-band wearable antenna with simplified human body models", COMPEL - The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 2018, Vol. 37 Issue: 5, str. 1597-1608,
Sposób realizacji połączeń elektrycznych między elementami tekstylnymi i przewodami elektrycznymi
Patent: Ł. Januszkiewicz, E. Skrzetuska, I. Krucińska, Patent PL 228966 B1, „Sposób wykonania połączenia elektrycznego między ścieżkami elektroprzewodzącymi wykonanymi na podłożu tekstylnym i przewodami elektrycznymi”, udzielenie: 30.05.2018 WUP 05/18
Projekt anteny trójpasmowej dla systemów tekstronicznych
Ł. Januszkiewicz, „Trójpasmowa antena nasobna przeznaczona do pracy w pasmach 5g oraz ISM”, Przegląd Telekomunikacyjny – Wiadomości Telekomunikacyjne, 2019, rocznik , nr 6, str. 233-236,
System tekstroniczny do lokalizacji ludzi w budynkach
J. Kawecki, P. Oleksy, L. Januszkiewicz, "Inertial Sensors Integrated with Clothing to Localize People Inside Buildings", Int. Journal Of Electronics And Telecommunications, 2020, Vol. 66, NO. 1, str. 53-58
J. Kawecki, P. Oleksy, Ł. Januszkiewicz, S. Hausman, „System lokalizacji ludzi wewnątrz budynków wykorzystujący czujniki inercyjne zintegrowane z odzieżą”, Przegląd Telekomunikacyjny – Wiadomości Telekomunikacyjne, 2019, rocznik , nr 6, str. 245-248,
Optymalizacja szyku antenowego dla systemów tekstronicznych
Ł. Januszkiewicz, P. Di Barba, S. Hausman, „Optimal Design of Switchable Wearable Antenna Array for Wireless Sensor Networks”, Sensors, vol. 20, 2020, str. 2795
Ł. Januszkiewicz, P. D. Barba and S. Hausman, "Optimal Synthesis of Wearable Antenna Array for Interference Reduction in 700MHz Band," 2019 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF), Nancy, France, 2019, pp. 1-2,
Uzyskane patenty:
Łukasz Januszkiewicz, Sławomir Hausman, Tomasz Kacprzak, Jadwiga Bilska, Marina Michalak, Izabella Krucińska, Pat.216923, „Antena tekstylna”, udzielenie: 30.05.2014, WUP 05/14
Łukasz Januszkiewicz, Ewa Skrzetuska, Izabella Krucińska, Pat.228966, „Sposób wykonania połączenia elektrycznego między ścieżkami elektroprzewodzącymi wykonanymi na podłożu tekstylnym i przewodami elektrycznymi”, udzielenie: 30.05.2018, WUP 05/18
Izabella Krucińska, Ewa Skrzetuska, Sławomir Hausman, Łukasz Januszkiewicz, Pat.235486 , „Tekstylny czujnik do monitorowania częstotliwości oddechu”, udzielenie: 24.04.2020, WUP 12/2020
0
Perspektywy
Dalsze prace badawcze dotyczą projektowania systemów bezprzewodowych funkcjonujących w pobliżu ciała człowieka z wykorzystaniem technologii piątej generacji. Opracowywane są konstrukcje anten na potrzeby tzw. Internetu rzeczy. Rozwijane są ponad to modele ciała służące do optymalizacji tych systemów.
Prowadzenie tych prac jest możliwe dzięki posiadaniu w zespole Instytutu Elektroniki kompetencji oraz know-how w obszarach:
- modelowania numerycznego zagadnień elektromagnetycznych
- projektowania anten oraz ich torów zasilających
- komputerowej optymalizacji elementów mikrofalowych
- mikrofalowej techniki pomiarowej.
0