Instytut Łączności

Seminarium dr. hab. Mariana Marciniaka, profesora IŁ-PIB z Zakładu Centralnej Izby Pomiarów Telekomunikacyjnych pokazało, że „epsilon bliskie zeru” (ENZ) to nie egzotyczna ciekawostka z fizyki materiałowej, ale realne narzędzie inżynierskie - od optoelektroniki po anteny mikrofalowe.

Elektryczna przenikalność jest parametrem, który charakteryzuje odpowiedź materiału na pole elektryczne. To ona decyduje, jak fala elektromagnetyczna zachowa się w ośrodku

- przypomniał prelegent, porządkując fundamenty.

Materiały ENZ to takie, w których rzeczywista przenikalność zbliża się do zera. W praktyce oznacza to bardzo nietypową propagację fali elektromagnetycznej: wydłużenie efektywnej długości fali w strukturze, zmiany fazy niemal bez zmiany amplitudy czy silne efekty  zakłócające (interferencyjne).

NZ, materiały o prawie zerowej przepuszczalności fal elektromagnetycznych, umożliwiają m.in. miniaturyzację anten, zwiększenie kierunkowości i kontrolę przepływu energii.

Badania nad prawie-zerową przenikalnością materiałów to obszar naukowej współpracy polsko-ormiańskiej . Wspólnie z naukowcami z Armenii naukowcy Instytutu Łączności badają zarówno naturalne materiały (jak ITO, czyli tlenek indowo - cynowy czy domieszkowane półprzewodniki), jak i struktur sztucznych - metamateriałów i wielowarstwowych układów metal-dielektryk (czyli metal-izolator)

Gdzie można zastosować wyniki tych badań?  Prof. Marciniak wskazuje na anteny mikrofalowe, stosowane np w nadawaniu satelitarnym, wyjaśniając to naturą fal elektromagnetycznych.

W mikrofalach konstruowanie materiałów ENZ jest znacznie łatwiejsze niż w optyce, bo długości fal są większe

- zauważył prelegent, wskazując na potencjał w projektowaniu anten radarowych i komunikacyjnych.

ENZ, materiały o prawie zerowej przepuszczalności fal elektromagnetycznych, umożliwiają m.in. miniaturyzację anten, zwiększenie kierunkowości i kontrolę przepływu energii.

Sercem seminarium była autorska metoda modelowania struktur wielowarstwowych, rozwijana przez prof. Hovika Baghdasaryana i jego zespół na Politechnice w Erywaniu.
Klasyczne podejście opiera się na superpozycji dwóch fal biegnących w przeciwnych kierunkach.Superioryzacja fal jest zjawiskiem nakładnia się fla na siebie – w tej samej amplitudzie się wzmacniają a w przeciwnej - mogą się nawet wygasić. Zespół badawczy zaproponował inne rozwiązanie.

Nie sumujemy dwóch fal propagujących. Reprezentujemy rozwiązanie jako jedno wyrażenie - i to daje większą elastyczność

- wyjaśniał dr Marciniak.

Metoda pozwala sprowadzić problem do układu równań różniczkowych zwyczajnych pierwszego rzędu - wygodniejszych numerycznie  i bezpośrednio analizować przepływ energii (wektor Poyntinga) w strukturze.

Wyniki pokazują, że nawet niewielkie zmiany parametrów warstwy o przenikalności bliskiej zeru mogą radykalnie zmienić charakter odbicia i transmisji.

Ciekawym wątkiem była analogia do mechaniki kwantowej.

Problemy mechaniki kwantowej, optyczne i elektromagnetyczne w ośrodkach o zmiennym współczynniku załamania są zaskakująco podobne

- podsumował dr. Marciniak.

Seminarium, choć bardzo głęboko specjalistyczne, pokazało, że problem znalezienia efektywnych, dostępnych cenowo i spełniających wymagania materiałów o prawie zerowej przenikalności fal elektromagnetycznych (ENZ) jest możliwe.  To nie tylko temat akademicki – zapewniali z przekonaniem naukowcy To realne narzędzie do projektowania nowej generacji struktur fotonicznych i mikrofalowych - od optyki po telekomunikację. A może i poza tymi obszarami.

Późnym wieczorem dotarliśmy w miejsce urocze i urokliwe – dookoła lasy i jeziora. Cisza i spokój. W eterze, tym „komórkowym” – także. Biała plama zasięgowa i pokryciowa w jednym i to w kolorze RAL 9016. Nasze telefony (i nie tylko nasze) pożerały baterie w tempie zawrotnym wciąż wskazując na ZERO kresek.

Problem zatem jest. Nie bagatelny, czego dowodem jest fakt, że na spotkaniu zjawiło się ponad 100 osób! Spotkanie wiejskie obejmowało wiele punktów (w tym tak mało przyjemnych jak podatki), ale zaczęliśmy od kwestii zgoła innej. Drażliwej, ale i arcyważnej. Czyli właśnie budowy nowej stacji bazowej. Wszyscy mieszkańcy, jak jeden mąż, zgodnie i chóralnie twierdzą, że problem z zasięgiem jest, dodzwonić się nie sposób, a o korzystaniu z internetu mowy nie ma w ogóle.

Wszyscy też jednogłośnie twierdzą, że nie są przeciwni nowoczesnym technologiom i budowie stacji bazowych tak co do zasady, ale… No właśnie ale! Tu właściwie zgodność mieszkańców się kończy, a zaczyna się podział. Społeczność lokalna jest stacją bazową podzielona. Klasyk poniekąd, zgodnie z zasadą NIMB (Not In My Backyard). Każdy chce dobrego zasięgu, ale nikt nie chce stacji bazowej widzieć za oknem. W ostatnim czasie miało nawet miejsce bardzo przykre wydarzenie: w istniejącej dziurze zasięgowej nie było możliwości wezwania pomocy medycznej do osoby, która zasłabła.

I faktycznie utworzyły i dość mocno okopały się dwa stronnictwa. Jedno zrzeszające tych, którzy chcą dobrego zasięgu i budowa stacji bazowej w przedmiotowej lokalizacji im nie przeszkadza bo to nie ich najbliższe sąsiedztwo. I drugie, do którego należą ci, którzy też chcą dobrego zasięgu, ale jednocześnie protestują przeciwko budowie, bo stacja bazowa o wysokości blisko 60 m znajdowałaby się w odległości około 120 m od ich domów. W tej sytuacji jedyne co mogliśmy zrobić to wyjaśnić zasady planowania stacji bazowych i zapewnić, że wybór lokalizacji jest zawsze optymalizowany i poprzedzony starannymi wyliczeniami. Brak optymalizacji będzie skutkował tym, że nadal planowana stacja bazowa nie pozwoli na zlikwidowanie białej plamy, a w efekcie należy spodziewać się budowy kolejnej stacji bazowej.

Padły też klasyczne zarzuty, że pole elektromagnetyczne w Polsce jest poza kontrolą, nie ma regulacji określających limity, że nikt niczego nie mierzy, a jak mierzy to stacje mają „skręcone moce”, że nie ma dostępu do wyników. W tym momencie cały na biało i w aureoli chwały wjechał system SI2PEM. I to właściwie była odpowiedź na wszystkie te i dalsze wątpliwości mieszkańców z tej kategorii. Niestety nie mieliśmy możliwości zaprezentowania funkcjonalności systemu SI2PEM na żywo. Z prostego powodu – brak zasięgu, brak internetu. A w tle konsternacja mieszkańców.

Po blisko dwóch godzinach ożywionej, acz bardzo grzecznej i spokojnej dyskusji, dobrnęliśmy do finału. Pożegnaliśmy mieszkańców zostawiając Ich z solidną porcją merytorycznej wiedzy i linkiem do systemu SI2PEM. Z zaciekawieniem będziemy śledzili losy białej dziury zasięgowej w Chojniczkach. SI2PEM prawdę nam powie.

Autor: Rafał Pawlak, kierownik Zakładu Badań Systemów i Urządzeń, Instytut Łączności - PIB

Projekt finansowany ze środków Ministerstwa Cyfryzacji. Publikacja wyraża jedynie poglądy autora/ów i nie może być utożsamiana z oficjalnym stanowiskiem Ministerstwa Cyfryzacji.

Udostępniamy praktyczny przewodnik, który przeprowadzi Cię przez proces ustalania obowiązku sprawozdawczego, rejestrację konta oraz raportowanie zasięgów i planów inwestycyjnych. Checklista zawiera kluczowe informacje o terminach aktualizacji danych oraz instrukcje postępowania w przypadku zmian w działalności telekomunikacyjnej. Zachęcamy do pobrania materiału, który pomoże zadbać o poprawność raportowanych informacji zgodnie z wymogami.

Podpisanie porozumienia o dofinansowanie oznacza rozpoczęcie nowego etapu rozwoju Krajowego Repozytorium Obiektów Nauki i Kultury KRONIK@ - platformy, która integruje miliony cyfrowych obiektów i umożliwia ich ponowne wykorzystanie przez obywateli, badaczy, instytucje kultury, edukacji i administracji publicznej.

W projekcie KRONIK@ 2.0 Instytut Łączności - PIB jest odpowiedzialny za kluczowe elementy infrastrukturalne i systemowe.

Do zadań Instytutu należy:

• zaprojektowanie i budowa dwóch Centrów Przetwarzania Danych - podstawowego oraz zapasowego - które zapewnią wysoką dostępność systemu, jego odporność na awarie oraz bezpieczeństwo przetwarzanych danych,
• rozwój nowych funkcjonalności portalu KRONIK@, obejmujących rozwiązania zwiększające efektywność wyszukiwania, przetwarzania oraz ponownego wykorzystania zasobów cyfrowych.

Realizacja tych zadań wymaga zaawansowanych kompetencji w zakresie infrastruktury IT, cyberbezpieczeństwa oraz projektowania systemów o znaczeniu publicznym. Po stronie Instytutu projekt będzie realizowany merytorycznie przez specjalistów z Działu Informatyki, którzy odpowiadają za projektowanie, wdrażanie i utrzymanie rozwiązań informatycznych wspierających funkcjonowanie państwa w obszarze cyfrowym.

Udział w projekcie KRONIK@ 2.0 potwierdza, że Instytut Łączności dysponuje zapleczem eksperckim i organizacyjnym pozwalającym na realizację złożonych projektów infrastrukturalnych o charakterze ogólnokrajowym.

Projekt KRONIK@ 2.0 ma wyraźny wymiar społeczny. Jego głównym celem jest zwiększenie dostępności cyfrowej oraz ponownego wykorzystania danych publicznych, w szczególności cyfrowych obiektów kultury i nauki.

Rozwój systemu przełoży się na:

• jeszcze łatwiejszy dostęp obywateli do zasobów wiedzy i dziedzictwa kulturowego,
• usprawnienie udostępniania zbiorów przez instytucje kultury i nauki,
• szersze wykorzystanie danych publicznych w edukacji, badaniach naukowych oraz działalności twórczej.

Dzięki rozbudowie infrastruktury technicznej oraz wprowadzeniu nowych funkcjonalności portal KRONIK@ stanie się jeszcze bardziej nowoczesnym i przyjaznym narzędziem dla użytkowników indywidualnych oraz instytucjonalnych.

Zaangażowanie Instytutu Łączności w ten projekt umacnia jego rolę jako wiarygodnego partnera Ministerstwa Cyfryzacji w realizacji przedsięwzięć o istotnym znaczeniu społecznym, łączących nowoczesne technologie z misją publiczną.

Równolegle z realizacją projektu KRONIK@ 2.0 Instytut Łączności będzie odpowiadał za zapewnienie ciągłości działania obecnej wersji systemu KRONIK@.

Od 1 kwietnia 2026 r. Instytut będzie realizował zadania związane z utrzymaniem systemu na podstawie umowy dotacyjnej z Ministerstwem Cyfryzacji o wartości 750 000 zł na rok 2026.

Zapewni to stabilne funkcjonowanie repozytorium w okresie wdrażania nowych rozwiązań, a jednocześnie pozwoli na płynne przejście do kolejnego etapu rozwoju systemu.

Udział w projekcie KRONIK@ 2.0 to kolejny przykład wykorzystania potencjału Instytutu Łączności w realizacji projektów o strategicznym znaczeniu dla państwa. Instytut łączy doświadczenie badawcze, kompetencje inżynierskie oraz praktykę wdrożeniową, wspierając rozwój nowoczesnych usług publicznych i infrastruktury cyfrowej.

Realizacja projektu KRONIK@ 2.0 wpisuje się w długofalową misję Instytutu Łączności, polegającą na wspieraniu transformacji cyfrowej oraz budowie rozwiązań, które służą obywatelom, nauce i kulturze.

Otóż jest wiele powodów. Anteny mikrofalowe mają szereg profesjonalnych zastosowań. Gdyby nie one – na satelity nie trafiałby sygnał z nadajników i nie byłoby przekazów satelitarnych ani satelitarnej telewizji. Bez anten mikrofalowych nie byłoby też satelitarnego internetu, o którym ostatnio tak wiele się mówi. Nie byłoby też bardzo wielu ważnych i potrzebnych badań naukowych nad wpływem promieniowania elektromagnetycznego  na organizmy czy nad ochroną przed nadmiernym promieniowaniem. Jednym słowem… anteny mikrofalowe są ważne. Ale też… bardzo drogie. Im bardziej precyzyjne tym droższe. Cena jest tym bardziej wysoka, jeśli antena tubowa ma być szerokopasmowa, czyli pracująca na różnych długościach fali elektromagnetycznej. Stąd prosty wniosek: warto znaleźć sposób na tańszą produkcję.

Takiego sposobu szukają naukowcy w Zakładzie Kompatybilności Elektromagnetycznej Instytutu Łączności . A swoje doświadczenia przedstawili 3 lutego 2026 r., podczas kolejnego Seminarium Naukowego IŁ – PIB, tym razem prowadzonego przez inż. Bartosza Głowacza.

Dzień był wyjątkowo zimny; w parku otaczającym główną siedzibę Instytutu mróz był prawie 20 stopniowy. Prof. Mariusz Figurski, zastępca dyrektora IŁ-PIB ds. naukowych z humorem otworzył więc spotkanie:

- Mam nadzieję, że pan Bartosz nas tu trochę ogrzeje mikrofalami w kontekście druku 3D .

I rzeczywiście, było gorąco i ciekawie.

Celem prac badawczych było zaprojektowanie i wykonanie anteny tubowej dwugrzbietowej pracującej w bardzo szerokim zakresie częstotliwości - od 1 do 18 GHz. Badacze chcieli nie tylko sprawdzić, czy taka antena może powstać przy użyciu druku 3D, ale również porównać jej parametry z rozwiązaniami dostępnymi na rynku.

- Chcieliśmy wykazać w jakiś sposób konkurencyjność tych naszych anten na tle już obecnych na rynku rozwiązań - podkreślał Bartosz Głowacz.

Wybór technologii nie był przypadkowy. Zespół postawił na druk 3D jako rozwiązanie szybkie, elastyczne i znacznie tańsze od klasycznej obróbki skrawaniem.

- Mając drukarkę 3D możemy szybko reagować na dynamicznie zmieniające się wymagania i potrzeby. W przypadku CNC jest to proces czasochłonny i kosztowny . - dodał inż. Bartosz Głowacz.

Argumentem nie do pominięcia jest też ekologia - materiał pozostały po druku można stosunkowo łatwo ponownie przetworzyć, co w przypadku odpadów metalowych z obróbki CNC jest o wiele trudniejsze.

Proces projektowania obejmował kilka etapów: modelowanie anteny, optymalizację parametrów elektromagnetycznych, projekt mechaniczny oraz przygotowanie modelu do druku. Kluczowe było także pokrycie wydrukowanych elementów warstwą przewodzącą.

Powstały trzy prototypy anten, różniące się techniką metalizacji - od natrysków farbami metalicznymi po galwanizację próżniową aluminium.

Badania potwierdziły, że możliwe jest wytworzenie działającej anteny mikrofalowej metodą druku 3D. Najlepsze parametry uzyskała antena metalizowana w procesie przemysłowym.

- Udało się wytworzyć antenę pracującą w paśmie od 1 do 18 GHz. Większość parametrów spełniła założenia projektowe, a anteny są użytkowe. - podsumował prelegent.

Jednocześnie badania ujawniły ograniczenia technologiczne - szczególnie związane z jakością metalizacji i chropowatością powierzchni po druku. Do rozważań pozostaje również kwestia wytrzymałości mechanicznej takich anten i stabilność ich pracy w dziedzinie czasu.

Zespół badawczy wskazał kilka kierunków dalszych prac: wydruk monolityczny zamiast składania elementów, poprawa obróbki powierzchni oraz bardziej kontrolowana metalizacja.

- Wydruk monolityczny mógłby ograniczyć nieszczelności elektromagnetyczne i poprawić parametry anteny . - dodał podsumowując.

Choć parametry „wydrukowanej” anteny nie były idealne, seminarium pokazało, że druk 3D może stać się realną alternatywą dla tradycyjnych metod produkcji anten - szczególnie w zastosowaniach prototypowych i badawczych a także w sytuacjach, gdy produkcję trzeba szybko uruchomić w sposób zapewniający mobilność.

Koszt wytworzenia anteny z metalizowanego po uformowaniu plastiku, mówiąc bardziej precyzyjnie metodą przyrostową, okazał się nawet kilkunastokrotnie niższy niż w przypadku obróbki CNC, co otwiera nowe możliwości dla laboratoriów i zespołów badawczych a może też z czasem w zastosowaniach Dual Use.

Seminarium pokazało też, że druk 3D jest obiecującą technologią przyszłości a Instytut Łączności jest jednym z miejsc, gdzie ta przyszłość właśnie się kształtuje.

Jednym z takich pomysłów jest optyczny czujnik glukozy wykorzystujący próbkę moczu , rozwijany przez indyjsko-polski zespół badawczy z udziałem Instytutu Łączności – PIB. Kluczową rolę po polskiej stronie odgrywa prof. Zbigniew Jaroszewicz , który od lat zajmuje się optyką i czujnikami SPR.

Dobrą stroną proponowanego czujnika jest brak konieczności poboru próbki krwi  – podkreśla naukowiec.

Jak zaznacza, pomysł opiera się na prostym założeniu: skoro glukoza może pojawiać się w moczu, zwłaszcza przy podwyższonych poziomach cukru we krwi, to właśnie ta próbka może stać się podstawą mniej inwazyjnego testu przesiewowego .

Proponowane rozwiązanie nie reaguje chemicznie na glukozę. Zamiast tego wykorzystuje zjawisko rezonansu plazmonów powierzchniowych (SPR) , znane z bardzo dużej czułości na zmiany zachodzące przy powierzchni materiału.

Jak wyjaśnia prof. Jaroszewicz, czujniki SPR mierzą różnicę współczynnika załamania spowodowaną obecnością badanej substancji , ale kluczowe znaczenie ma tu tzw. kąt rezonansowy. Jest to bardzo konkretny kąt padania światła, przy którym dochodzi do szczególnego zjawiska fizycznego: energia światła zostaje przekazana drganiom elektronów w cienkiej warstwie metalu, czyli plazmonom powierzchniowym. Efektem jest gwałtowne osłabienie światła odbitego – wyraźny sygnał, który można precyzyjnie zarejestrować.

Zjawisko to występuje w warunkach całkowitego wewnętrznego odbicia, gdy światło przechodzi z ośrodka o wysokim współczynniku załamania, na przykład z pryzmatu, do ośrodka o niższym współczynniku i pada na metal pod kątem większym niż kąt krytyczny. Jeśli w bezpośrednim sąsiedztwie metalicznej warstwy pojawi się próbka cieczy, zmienia ona lokalne własności optyczne układu. W praktyce oznacza to, że wraz ze wzrostem stężenia glukozy w moczu przesuwa się położenie kąta rezonansowego, a to przesunięcie stanowi podstawę pomiaru .

Istotną zaletą tej metody jest to, że – jak podkreśla badacz – wszystkie czujniki SPR umożliwiają tzw. pomiar bezznacznikowy , czyli bez użycia barwników fluorescencyjnych czy izotopów radioaktywnych. Dzięki temu pomiar może być prostszy, szybszy i potencjalnie tańszy.

Na obecnym etapie prace mają charakter teoretyczny i symulacyjny . Zespół zaprojektował kilka wariantów czujnika i sprawdził ich zachowanie w modelach komputerowych dla różnych stężeń glukozy w moczu.

Można uznać, że zostały zaproponowane wersje czujników pozwalające na dokładny pomiar zawartości glukozy w moczu – mówi prof. Jaroszewicz. Dodaje jednak od razu: Została również udowodniona symulacjami komputerowymi ich spodziewana wysoka czułość pomiaru , ale to dopiero początek drogi.

Najważniejsze pytanie brzmi bowiem: „na ile da się to zrealizować w praktyce”. Przed badaczami stoją wyzwania związane z trwałością materiałów, wpływem innych składników moczu na pomiar oraz kalibracją czujnika w realnych warunkach.

Choć wizja pomiaru glukozy „bez igły” brzmi obiecująco, prof. Jaroszewicz podchodzi do niej z ostrożnym realizmem.

Może nie tyle je zastąpić, co uzupełnić – mówi o klasycznych pomiarach glukozy z krwi. Zwraca uwagę, że sama zmiana współczynnika załamania światła nie wystarcza do identyfikacji substancji, dlatego kluczowa jest odpowiednio zaprojektowana powierzchnia czujnika. Jak zaznacza, powinna ona reagować tylko na obecność badanej substancji oraz minimalizować oddziaływania niespecyficzne .

Właśnie te kwestie będą decydujące w kolejnych etapach badań.

Projekt realizowany jest we współpracy z zespołem prof. Karupiya Balasundarama Rajesha z Indii, z którym prof. Jaroszewicz współpracuje już od 16 lat. – Efektem tej współpracy jest kilkadziesiąt publikacji w renomowanych czasopismach, w tym szereg prac poświęconych zwiększaniu czułości czujników SPR – podkreśla.

Sam prof. Zbigniew Jaroszewicz, związany z Instytutem Łączności – PIB, należy do grona najbardziej cenionych polskich specjalistów w dziedzinie optyki. Jest laureatem Nagrody Ministra za wybitne osiągnięcia naukowe i autorem licznych prac z zakresu fotoniki i zaawansowanych metod pomiarowych.

Choć na praktyczne zastosowanie czujnika trzeba jeszcze poczekać, obecne badania pokazują, że światło może w przyszłości stać się ważnym narzędziem w diagnostyce cukrzycy – przynajmniej jako pierwszy, nieinwazyjny krok w ocenie stanu pacjenta.