Usługi Centrum Inżynierii Pól Elektromagnetycznych i Technik Wysokich Częstotliwości

Centrum Inżynierii Pól Elektromagnetycznych i Technik Wysokich Częstotliwości Wydziału Elektrycznego ZUT powstało w 2021 roku w celu integracji i wsparcia prac z pogranicza inżynierii pól elektromagnetycznych i materiałowej. Współtworzy je siec sześciu laboratoriów i pracowni naukowo-badawczych. W tym unikalnym miejscu prowadzone są szeroko pojęte badania nad zastosowaniem pola elektromagnetycznego w bardzo szerokim zakresie częstotliwości – od pól stałych poprzez częstotliwości radiowe, mikrofalowe, terahercowe kończąc za zakresie podczerwieni. Działalność Centrum ukierunkowywana jest na prowadzenie badań i prac rozwojowych w ramach wielu obszarów strategicznych, odnoszących się do poprawy bezpieczeństwa, wzrostu efektywności energetycznej maszyn i urządzeń czy układów transmisji, rozwoju złożonych i bezprzewodowych sieci sensorycznych, w tym do monitoringu środowiskowego czy technicznego konstrukcji SHM oraz odzysku energii (Energy Harvesting) ze środowiska elektromagnetycznego.

Jeden z głównych obszarów działalności Centrum realizowany jest w Pracowni Badań i Certyfikacji EMC, gdzie prowadzone są głównie badania kompatybilności elektromagnetycznej. Mają one na celu sprawdzenie czy urządzenia nie emitują zbyt wysokiego poziomu pola elektromagnetycznego oraz czy są wystarczająco odporne na działanie zewnętrznych zakłóceń. Urządzenia takie jak: telewizor, komputer, pralka, telefon komórkowy wykorzystują w swoim działaniu pola elektromagnetyczne. Ważne jest więc, żeby urządzenia te wzajemnie się nie zakłócały, czyli były kompatybilne elektromagnetycznie. W przypadku braku spełnienia zasad kompatybilności elektromagnetycznej mogłoby dochodzić do niekomfortowych lub wręcz niebezpiecznych sytuacji, np. zakłócenia pracy urządzeń elektronicznych do kontroli lotu w samolocie lub urządzeń medycznych w szpitalu pod wpływem działania telefonu komórkowego przekraczającego dopuszczalne normy emisji. Unikalną funkcjonalność Pracowni w skali kraju stanowi możliwość przeprowadzania pomiarów mikrofalowych, w tym badania emisji elektromagnetycznej urządzeń w zakresie do 40 GHz (większość laboratoriów w Polsce dokonuje pomiarów emisji do 6-18 GHz). Uzupełniając powyższą funkcjonalność o spektroskopię terahercową (w ramach Laboratorium Anten i Technik Wysokich Częstotliwości) maksymalna częstotliwość rośnie do 5THz.

W Centrum prowadzone są również badania nad tym, jak materiały się zachowują w polu elektromagnetycznym. Badania materiałów dielektrycznych przeprowadzane są za pomocą metody mikrofalowej oraz spektroskopii terahercowej, natomiast magnetyczne materiały przewodzące ogólnego i specjalnego użytku (np. stale konstrukcyjne, stale maszynowe czy kompozyty magnetyczne) badane są z użyciem głównie pól magnetycznych niskich częstotliwości oraz metod rezonansowych. Analiza dynamiki przebiegu procesu magnesowania pozwalają na ocenę właściwości stali, a także zaawansowania jej zniszczenia. Proces produkcji stali ma ogromne znaczenie na to jak trudno, czy też jak łatwo, magnesuje się dany materiał. Zatem wiedza o tym, jak materiał się magnesuje pozwala nie tylko na ocenę jego bieżącej kondycji, ale także pośrednio na nadawanie odpowiednich właściwości magnetycznych. W konsekwencji możliwe jest wytwarzanie materiałów o specjalnych właściwościach do budowy maszyn i urządzeń, jak najlepiej dostosowanych do potrzeb danego zastosowania przy jednoczesnej minimalizacji późniejszego zapotrzebowania na energię. Te i wiele innych tematów jest przedmiotem analiz pracowników Centrum, a jego laboratoria wyposażone są w specjalistyczny sprzęt to generacji dowolnych przestrzennych pól magnetycznych i pomiarów ich wartości od pól stałych do rzędu MHz.

Innym aspektem działalności pracowników Centrum są badania związane z termowizją. Jest to technika, która bazuje na wykorzystaniu specjalistycznych kamer zdolnych do detekcji podczerwieni w celu analizy promieniowania emitowanego w tym zakresie przez różne obiekty. Badania termowizyjne prowadzone w Centrum obejmują przede wszystkim termografię aktywną, czyli taką, która zakłada wykorzystanie zewnętrznego źródła energii do podgrzania, lub ochłodzenia badanego obiektu w celu wytworzenia w nim obserwowalnych różnic temperatury. W Laboratorium Aktywnej Termografii znajduje się unikalny zbiór systemów opartych na różnych zewnętrznych źródłach energii: lampach halogenowych, promiennikach IR, laserze, mikrofalach dużej i małej mocy oraz układzie chłodzenia opartym na ogniwach Peltiera. Dwa ostatnie źródła są obecnie stosowane w niewielu ośrodkach na świecie, a badania prowadzone w Centrum w tym zakresie należy uznać za pionierskie. Dotychczas pracownicy Centrum prowadzili badania termowizyjne w zakresie badania materiałów i konstrukcji różnego rodzaju: kompozytów węglowych, szklanych oraz bazaltowych, stali konstrukcyjnych, struktur żelbetowych ze zbrojeniem, a nawet wydruków 3D.

Kolejnym działaniem Centrum Inżynierii Pól Elektromagnetycznych i Technik Wysokich Częstotliwości jest opracowywanie nowych urządzeń/struktur mikrofalowych i terahercowych, w tym wysoce innowacyjnych metamateriałów. Są to sztuczne, wytworzone przez człowieka struktury, których wybrane właściwości materiałowe nie występują w naturze. Pozwala to na zaprojektowanie i uzyskanie nowych możliwości oddziaływania na propagującą się falę elektromagnetyczną. Metamateriały i ich planarne wersje - metapowierzchnie - mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w telekomunikacji (przyszłościowe systemy komunikacji bezprzewodowej 6G pracujące na pasmach milimetrowych), systemach pomiarowych, selektywnych strukturach pochłaniających i systemach obrazujących (do soczewkowania fal elektromagnetycznych). W Centrum projektowane i badane są takie metapowierzchnie działające w zakresie mikrofalowym i terahercowym.