Sustainable design of hybrid (textile-materials) active conductive structures in frequency-selective surface systems (FSS) with dominant incident wave absorption coefficient or reflected beam directing capabilities of electromagnetic radiation (PEM)
Zrównoważone projektowanie hybrydowych (tekstylno-tworzywowych), aktywnych struktur przewodzących powierzchni selektywnych częstotliwościowo (FSS) o dominującym współczynniku pochłaniania fali padającej lub zdolnościach kierunkowania wiązki odbitej
Project type: Research and development
Keywords: powierzchnie selektywne częstotliwościowo pole elektromagnetyczne zrównoważone projektowanie Przędza elektroprzewodząca haft techniczny tkanina
Keywords (english): frequency-selective surface systems electromagnetic radiation sustainable design electroconductive yarn technical embroidery woven fabric
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 16/01/2025 - 15/01/2028
Funding institution: Narodowe Centrum Nauki
Program name: OPUS
Project manager: Marcin Barburski
Funding value: 1 964 248,00 PLN
Total project value: 1 964 248,00 PLN
Celem naukowym projektu jest uzyskanie hybrydowych (tekstylno-tworzywowych), aktywnych struktur przewodzących w układach powierzchni selektywnych częstotliwościowo (FSS) o dominującym współczynniku pochłaniania fali padającej lub zdolnościach kierunkowania wiązki odbitej promieniowania elektromagnetycznego (PEM) o określonym zakresie częstotliwości wykorzystanych do ograniczenia natężenia promieniowania elektromagnetycznego. Planowane działania będą zmierzać do ograniczenia natężenia promieniowania elektromagnetycznego w ujęciu szerokopasmowego lub selektywnego ekranowania. Działaniami naukowymi przewidzianymi w projekcie będą badania dotyczące projektowania nowych rodzajów struktur selektywnych częstotliwościowo wykonanych w oparciu o tekstylne substraty oraz zrealizowanych przy użyciu technologii włókienniczych takich jak haftowanie i tkanie. Nowatorski charakter zaproponowanych badań polega na realizacji oraz badaniu właściwości innowacyjnych, hybrydowych struktur filtracyjnych FSS. Struktury te będą łączyły wykorzystanie różnych technik wytwórczych (techniki i technologie włókiennicze, implementacje urządzeń półprzewodnikowych, laminowanie, napawanie itp.) w celu uzyskania unikatowych właściwości związanych z selektywnym przepuszczaniem lub blokowaniem fali elektromagnetycznej dla konkretnego zakresu lub dla konkretnej wartości częstotliwości. Główną charakterystyką otrzymanych, nowych materiałów powinna być ich bezodbiciowość lub możliwość kształtowania kierunku wiązki odbitej fali EM. Charakter badań przewidzianych w projekcie będzie również uwzględniał wykorzystanie najnowszych technik badawczych symulacji komputerowej związanych z wykorzystaniem metody elementów skończonych (FEM) oraz modelowaniem parametrycznym przy użyciu zastępczych modeli obwodowych. Mało jest doniesień literaturowych podejmujących to wyzwanie a zdecydowanie brakuje modeli symulacyjnych wielowarstwowych struktur FSS z uwzględnieniem morfologii powierzchni podłoża oraz przebiegów implementacji elementów przewodzących w postaci oddzielnych przędz o zdefiniowanych właściwościach. Badania naukowe przewidziane do realizacji w ramach niniejszego projektu mają wpływ na rozwój dwóch dyscyplin naukowych: dyscypliny inżynierii materiałowej oraz dyscypliny automatyka, elektronika, elektrotechnika i technologie kosmiczne. Zdaniem autorów projektu połączenie unikatowych właściwości struktur przewodzących z materiałami włóknistymi, wykonanymi z włókien naturalnych oraz przędz posiadających właściwości elektroprzewodzące, może otworzyć drogę do tworzenia zupełnie nowych w skali światowej rozwiązań układów hybrydowych. Projekt zostanie zrealizowany według następującego planu badań: 1. Modelowanie i wstępne zaprojektowanie hybrydowych struktur w wariantach służących redukcji materiałów składowych. 2. Pomiary właściwości elektroprzewodzących zrealizowanych materiałów składowych i konstrukcji wynikowych. 3. Symulacja komputerowa skuteczności ekranowania zaprojektowanych struktur FSS. 4. Walidacja modeli na podstawie pomiarów elektromagnetycznych zrealizowanych struktur. 5. Optymalizacja metod projektowych i wybór struktur z uwagi na ich zastosowania użytkowe. Działania projektowe będą prowadzone w interdyscyplinarnym zespole badawczym, łączącym specjalistów włókienniczych technik materiałowych oraz specjalistów z badań i modelowania elektromagnetycznego nowych materiałów.
The scientific goal of the project is to develop hybrid (textile-polymer) active conducting structures on selectively frequency-dependent surfaces (FSS) with a dominant absorption coefficient for incident waves or the ability to control the direction of reflected electromagnetic radiation (EMR) within a specified frequency range. The planned research activities aim to reduce electromagnetic radiation in broadband or through selective shielding. Scientific efforts within the project will focus on designing novel frequency-selective structures based on textile substrates and realized using textile technologies such as embroidery and weaving. The innovative aspect of the proposed research lies in realizing and investigating the properties of hybrid FSS filter structures. These structures will combine various manufacturing techniques (textile and semiconductor device implementations, lamination, soldering, etc.) to achieve unique properties related to selective transmission or blocking electromagnetic waves within specific frequency ranges. The primary characteristic of the resulting new materials should be their reflectionlessness or the ability to shape the direction of reflected EMR beams. The research project will also incorporate state-of-the-art computer simulation techniques, including finite element method (FEM) simulations and parametric modeling using equivalent circuit models. There is a lack of literature addressing this challenge, particularly in terms of multi-layered FSS simulation models that consider substrate surface morphology and the arrangement of conductive elements in the form of separate threads with defined properties. The scientific investigations planned for this project will impact the development of two scientific disciplines: materials engineering and automation, electronics, electrical engineering, and space technologies. Combining the unique properties of conducting structures with fibrous materials made from natural fibers and threads possessing conductive properties could pave the way for entirely new globally scalable hybrid system solutions. The project will follow the following research plan: 1. Modeling and preliminary design of hybrid structures with variants aimed at reducing constituent materials. 2. Measurements of the electrical properties of the implemented constituent materials and resulting structures. 3. Computer simulation of the shielding effectiveness of the designed FSS structures. 4. Model validation based on electromagnetic measurements of realized structures 5. Optimization of design methods and selection of several structures for their practical applications. The project activities will be carried out by an interdisciplinary research team, combining experts in textile material techniques and specialists in the electromagnetic modeling of new materials.
Go back