Elektromagnetska kompatibilnost i numeričke metode u elektronici

Laboratorij za radio-propagaciju se sastoji od dvije odvojene prostorije (cca. 7 m x 5 m i
3 m x 5 m) smještene na 6. katu zgrade FESB-a. Opremljen je s 6-GHz vektorskim mrežnim analizatorom i spektralnim analizatorom Anritsu, dvama 100- i 150-MHz osciloskopima,
10-MHz funkcijskim generatorom i niskonaponskim DC-izvorom. Od pasivne opreme u laboratoriju se nalazi više tipova antena za različita frekvencijska područja (0.1-18 GHz lijevak antena, 0.5-3 GHz dual discone-type antena, 5-GHz disk antena, itd.) te dvije Tesline zavojnice reda 100 kHz. Laboratorij za numeričke metode uključuje 4 PC računala.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

-Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand, France
-Wessex Institute of Technology, Southampton, UK
-Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, Germany
-Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne, Lausanne, Switzerland
-Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Magdeburg, Germany
-University of Edinburgh, Edinburgh, UK
-Roma Tre University, Rome, Italy
-Sapienza University, Rome, Italy
-University of Malardalen, Sweden

Opis dosadašnje suradnje s akademskim i drugim institucijama

Uspostavljena je suradnja s brojnim inozemnim institucijama (istraživački rad, bilateralne posjete, objavljivanje znanstvenih i stručnih publikacija, projekti).

Intenzivna suradnja na području elektromagnetske kompatibilnosti, antenskih sustava i prijenosnih linija ostvarena je s Université Blaise Pascal, s Wessex Institute of Technology (numeričke metode i izloženost ljudi elektromagnetskim poljima), s Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne (uzemljivački sustavi). U kooperaciji s Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg razvijaju se napredne formulacije u elektromagnetizmu u frekvencijskom/vremenskom području. Suradnja s Technische Universität Ilmenau ostvarena je na području modeliranja transkranijalne magnetske stimulacije. Recentna suradnja na području georadarskih sustava uspostavljena je s University of Edinburgh, Roma Tre University i Sapienza University Rome.

opis istraživanja

Metode teorijske i eksperimentalne analize u bioelektromagnetizmu, biomedicinskim primjenama elektromagnetskih polja, magnetohidrodinamici, fizici plazme, bežičnom prijenosu snage, elektromagnetskoj kompatibilnosti i stohastičkom elektromagnetizmu (BIOEMHDS)

Opis istraživanja za razdoblje od 5 godina

Istraživački rad će biti usmjeren na razvoj realističnih determinističkih i stohastičkih elektromagnetsko-toplinskih modela ljudske glave za izloženost poljima niskih i visokih frekvencija, uz bio-medicinske aplikacije vezane za transkranijalnu magnetsku stimulaciju (TMS) te električnu stimulaciju živaca (PENS i TENS).

Model mozga zasniva se na rješavanju Helmholtzove jednadžbe primjenom metode rubnih elemenata, metode konačnih elemenata i hibridnih metoda. Model živca temelji se na teoriji žičanih antena i odgovarajućoj Pocklingtonovoj integralnoj jednadžbi koja se rješava primjenom Galerkin-Bubnovljeve sheme indirektne metode rubnih elemenata (GB-IMRE). Vrednovanje rezultata provest će se usporedbom s drugim relevantnim metodama teorijske dozimetrije. Stohastičko modeliranje temeljit će se na primjeni metoda stohastičke kolokacije i stohastičkim konačnim elementima.

Istraživat će se radio-kanali za bežični prijenos snage između helikoidnih antena rezonantnom spregom na srednje udaljenosti, uz primjenu stohastičkih metoda u elektromagnetizmu.

Nadalje, razvit će se matematički model za određivanje frekvencijskog i vremenskog odziva antenskih sustava koji se koriste kod georadara, rješavanjem sustava prostorno-frekvencijskih jednadžbi Pocklingtonovog tipa i prostorno-vremenski ovisnih integralnih jednadžbi Hallenovog tipa. Također, razvit će se formulacija za proračun transmitiranog polja u mediju s gubicima. Razvijat će se metode analize georadarskih sustava primjenom ‘Time Reversal’ tehnika.

Konačno, razvit će se sofisticirane numeričke metode (varijante metode konačnih elemenata i metode rubnih elemenata) za rješavanje diferencijalnih jednadžbi magnetohidrodinamike (Grad-Shafranovljeva jednadžba i difuzijska jednadžba za struju uz druge tipove transportnih jednadžbi) koje se koriste u fuzijskim istraživanjima kod analize tokamaka.

Posebna pozornost obratit će se na razvoj naprednih determinističko-stohastičkih modela za analizu georadara te biomedicinskih aplikacija elektromagnetskih polja.

U okviru problema elektromagnetske kompatibilnosti razvijat će se determinističko-stohastički modeli kanala munje i uzemljivačkih sustava vjetroelektrana primjenom teorije antena.

Program rada za razdoblje od 5 godina

Radni paket 01: Analiza izloženosti ljudskog tijela elektromagnetskim poljima

Determinističko modeliranje izloženosti ljudi poljima niskih frekvencija primjenom sofisticiranih numeričkih metoda.
Determinističko modeliranje izloženosti ljudi poljima visokih frekvencija primjenom sofisticiranih numeričkih metoda.
Stohastičko modeliranje izloženosti ljudi poljima niskih frekvencija.
Stohastičko modeliranje izloženosti ljudi poljima visokih frekvencija.
Toplinska dozimetrija primjenom determinističko-stohastičkih postupaka.

Radni paket 02: Biomedicinske aplikacije elektromagnetskih polja

Determinističko modeliranje izloženosti mozga elektromagnetskim poljima u okviru tretmana transkranijalnom magnetskom stimulacijom (TMS) zasnovano na metodi momenata.
Stohastičko modeliranje izloženosti mozga elektromagnetskim poljima u okviru tretmana transkranijalnom magnetskom stimulacijom (TMS) primjenom stohastičke kolokacije.
Determinističko modeliranje električne stimulacije živaca (PENS i TENS) primjenom teorije prijenosnih linija i teorije antena.
Stohastičko modeliranje električne stimulacije živaca (PENS i TENS) primjenom stohastičke kolokacije.

Radni paket 03: Bežični prijenos snage

Analiza radio-kanala za bežični prijenos snage između helikoidnih antena rezonantnom spregom na srednje udaljenosti, primjenom stohastičkih metoda u elektromagnetizmu.
Analiza izloženosti ljudi elektromagnetskim poljima kod bežičnog prijenosa snage

Radni paket 04: Analiza georadara

Determinsitičko modeliranje frekvencijskog odziva antenskih sustava koji se koriste kod georadara rješavanjem sustava prostorno-frekvencijskih jednadžbi Pocklingtonovog tipa.
Determinističko modeliranje transmitiranog polja u mediju s gubicima u frekvencijskom području.
Stohastičko modeliranje frekvencijskog odziva antenskih sustava koji se koriste kod georadara primjenom stohastičke kolokacije.
Stohastičko modeliranje transmitiranog polja u mediju s gubicima u frekvencijskom području.
Determinsitičko modeliranje vremenskog odziva antenskih sustava koji se koriste kod georadara, rješavanjem sustava prostorno-vremenski ovisnih integralnih jednadžbi Hallenovog tipa.
Determinističko modeliranje transmitiranog polja u mediju s gubicima u frekvencijskom području.
Stohastičko modeliranje vremenskog odziva antenskih sustava koji se koriste kod georadara primjenom stohastičke kolokacije.
Stohastičko modeliranje transmitiranog polja u mediju s gubicima u vremenskom području.
Razvoj metode analize georadarskih sustava primjenom ‘Time Reversal’ tehnika.

Radni paket 05: Fizika plazme

Razvoj sofisticiranih determinističkih numeričkih metoda (varijante metode konačnih elemenata i metode rubnih elemenata) za rješavanje diferencijalnih jednadžbi magnetohidrodinamike (Grad-Shafranovljeva jednadžba i difuzijska jednadžba za struju uz druge tipove transportnih jednadžbi) koje se koriste u fuzijskim istraživanjima kod analize tokamaka.
Metode stohastičke analize u fizici plazme.

Radni paket 06: Elektromagnetska kompatibilnost

Determinističko modeliranje kanala munje primjenom teorije antena.
Determinističko modeliranje uzemljivačkih sustava vjetroelektrana primjenom teorije antena.
Stohastičko modeliranje kanala munje primjenom teorije antena.
Stohastičko modeliranje uzemljivačkih sustava vjetroelektrana primjenom teorije antena.
Modeliranje realističnih antenskih sustava za primjene u kontroli zračnog prometa