В подведомственном Минобрнауки России Пензенском государственном университете могут улучшить мобильную связь. Ученые запатентовали вычислительный комплекс для моделирования печатных антенн для смартфонов. Именно благодаря им люди по всему миру получают и передают через мобильный телефон голосовую, тестовую и графическую информацию. С помощью предложения исследователей станет возможным создавать печатные платы нового поколения. Об этом сообщили на портале «Поиск».

В современных смартфонах, как правило, установлено несколько печатных антенн. Каждая из них отвечает за определенную задачу — интернет, GPS, Wi-Fi, сотовая связь и не только.

Прежде чем мы услышим на той стороне трубки голос звонящего нам, звук пройдет сложную цепочку, в которой печатная плата сыграет далеко не последнюю роль. Когда происходит вызов по мобильному телефону, смартфон преобразует голос в электрический сигнал. Он через радиоволны передается на ближайшую вышку сотовой связи. С нее по сети вышек информация — голос передается принимающей стороне в закодированной радиоволне. Ее преобразует мобильный телефон в электрический сигнал, а затем — в звук. Так нам удается через тысячи километров слышать и видеть близких нам людей. Именно в печатных платах происходит «преображение» голоса.

Такие антенны представляют собой диэлектрическую подложку с нанесенным на нее тонким слоем металла с высокой электрической проводимостью. В качестве диэлектрической подложки выступает однородный диэлектрик (изолятор). Он не меняет своих свойств в разных точках, не проводит электрический ток. Передает и получает сигнал (электромагнитные волны) — металлический проводник, сделанный из материала, требуемого для конкретной задачи.

 Поясним, подобные математические расчеты производятся с помощью задач дифракции. В современном мире задачи дифракции на проводящих поверхностях или только объемных диэлектриках исследованы в разных аспектах уже давно. Однако задачи, в которых волна рассеивается более сложным препятствием — частично экранированным диэлектриком, — новые.

Именно такие поверхности служат основой для печатных плат антенн.

Он добавил, что в существующих коммерческих программных пакетах продуктов есть реализованные численные методы решения подобных задач. Однако они все направлены на моделирование печатных антенн, в основе которых лежит однородный диэлектрик.

В Пензенском госуниверситете научный коллектив — канд. физ-мат. наук, доцент кафедры «Математика и суперкомпьютерное моделирование» Алексей Цупак и аспирант Олег Скворцов — запатентовал программу для ЭВМ, способную с высокой точностью определять рассеивание в неоднородных диэлектриках. Такой подход при моделировании печатных антенн может способствовать созданию смартфонов нового поколения.

Такой подход с использованием интегральных уравнений позволит исследовать свойства печатных антенн более сложной структуры. А значит — создавать устройства с новыми характеристиками.

Исследователи смогли проверить работу программы для ЭВМ «Вычислительный комплекс для решения векторной задачи дифракции электромагнитной волны на диэлектрическом теле произвольной формы, частично экранированном неплоским экраном».

Тестирование прошло совместно с одним из ведущих мировых производителей аппаратуры мобильной связи. Программу сравнили с их программными пакетами.

В программе ученых ПГУ решалась задача дифракции по предложенному методу, вычислялась диаграмма направленности волны. Она необходима при моделировании печатных антенн.

Так, с помощью предложенной программы основой таких антенн сможет стать неоднородный диэлектрик. В него могут войти материалы с различными свойствами. Это, предполагают исследователи, откроет новый виток не только в разработке смартфонов, но и в создании инновационных устройств радиолокации, в моделировании и разработке СВЧ-аппаратуры (микроволновые печи, антенны, волноводы и так далее).

Кроме того, с помощью этой программы можно исследовать задачу дифракции на теле сложной формы с неплоской поверхностью, на которой нанесен проводящий материал. Предлагаемые задачи новые. Теоретически до ученых ПГУ их никто не исследовал.

Предлагаемый метод интегральных уравнений устраняет проблемы, возникающие при моделировании с помощью классических численных методов.

В настоящее время программа зарегистрирована, исследование продолжается. Кроме того, реализованные в программе методы активно применяются на кафедре «Математика и суперкомпьютерное моделирование» ПГУ для разработки инновационного медицинского оборудования для диагностики рака молочной железы.