Описание научного проекта группы

Данное исследование представляет собой комплекс оригинальных научно-технических и конструктивно-технологических решений в области радиофизики и электроники и направлено на изучение современных технологий и электродинамических устройств для беспроводного сбора "свободной" электромагнитной энергии в диапазонах радиочастотного и микроволнового спектра, широко используемого в настоящее время для мобильной связи и телекоммуникаций. Такая "свободная" энергия возникает при автоматизации процесса трансфера (приема-передачи) различной информации и является результатом электромагнитных потерь как в активных устройствах, так и в линиях передачи.
Актуальность и новизна предлагаемого исследования определяется значительным возрастанием уровня распространения радиочастотной и микроволновой энергии в окружающей среде при переходе к сверхплотным сетям 5G и выше, а также поддержкой массовых технологий MIMO IEEE 802.11ac с автоматизированным формированием лучей антенных систем, что является основополагающим фактором для возможности использования такой "свободной" энергии для подзарядки маломощной нательной и носимой электроники. 

Предложенные в данном исследовании новые оригинальные научно-технические и конструктивно-технологические решения позволят обеспечить возможность достижения характеристик и параметров предлагаемых устройств электродинамики и миниатюрных антенн на уровне лучших мировых аналогов, что будет представлять интерес среди потенциальных заказчиков российских и зарубежных предприятий, компаний и фирм. Компьютерное моделирование параметров и характеристик исследуемых устройств планируется проводить на основе современных программных пакетов, в частности, СOMSOL Multiphysics, AWR Design Environment, Ansoft HFSS, CST Studio Suite. Изготовление макетов устройств и их экспериментальные исследования планируется выполнить на базе "Мастерской инноваций" и научно-учебной лаборатории "Микроволновой и оптоэлектронной инженерии" МИЭМ НИУ ВШЭ.  По результатам исследования и разработки оригинальных научно-технических и проектно-технологических решений планируется их апробация в виде докладов на Международных Российских и зарубежных научных конференциях, публикаций в журналах с высоким индексом цитирования по спискам WoS, Scopus, РИНЦ, подачи заявок на РИД.

Цель, задачи и актуальность исследования

Целью исследования является поиск оригинальных научно-технических и конструктивно-технологических решений в области высокоэффективного беспроводного трансфера (приема-передачи) электромагнитной энергии для высокоскоростных мобильных и нательных устройств Интернета вещей (IoT/IIoT) и киберфизических систем.

В ходе выполнения исследования предполагается решение следующих научно-технические и конструктивно-технологических задач:

• анализ известных физических особенностей, конструкций и технологий малогабаритных электродинамических частотно-селективных и антенных модулей на основе метаматериалов и замедляющих систем, применяющихся для устройств интернета вещей (IoT, IIoT) и киберфизических систем, их преимуществ, недостатков и тенденций дальнейшего развития;
• исследование возможностей создания комбинированных и гибридных устройств с габаритными размерами, значительно меньшими рабочих длин волн, обладающих улучшенными электрическими характеристиками и низкой стоимостью;
• аналитические и численные расчеты для исследования параметров и характеристик современных мобильных и нательных антенных и ректенных систем на основе микрополосковых электродинамических структур на однослойных и многослойных печатных и гибких подложках;
• компьютерное моделирование гибких нательных и носимых чувствительных элементов и излучателей, антенн и ректенн на основе патч-структур с модифицированными грибовидными метаматериалами;
• компьютерное моделирование интеллектуальных RFID-систем на основе антенных и ректенных структур с различной поляризацией;
• экспериментальные исследования макетов разработанных и изготовленных радиочастотных и микроволновых частотно-селективных электродинамических антенных и ректенных устройств и сравнение полученных характеристик с результатами аналитических расчетов и компьютерного моделирования.