Search
dr hab. inż. Łukasz Kulas
Employment
- Pełnomocnik Rektora ds. pozysk. i realizacji proj. at Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics
- Associate professor at Department of Microwave and Antenna Engineering
Publications
Filters
total: 97
Catalog Publications
-
Influence of Dielectric Overlay Dimensions on Performance of Miniaturized ESPAR Antenna
PublicationIn this paper, the influence of dielectric overlay size on miniaturized ESPAR antenna performance has been investigated. The dielectric overlay’s main function is antenna’s size reduction but it can also be used to modify its radiation pattern. This creates the possibility of easy adopting antenna parameters to different applications by swapping used overlay. In particular, the lowering of antenna’s main beam elevation direction...
-
Energy efficient beam control for 5G antennas
PublicationThe rapid development of 5G and beyond systems demands improvement in communication speed, latency and safety to maintain the required quality of service. This paper presents an overview of different concepts of energy-efficient antenna systems, which offer beam-shaping and beam-steering functionalities, that enhance connectivity performance and can be used in 5G applications. Different designs for 5.9 GHz, 39 GHz and 60 GHz frequency...
-
Innowacyjny system do lokalizacji zasobów dla poprawy efektywności i bezpieczeństwa w służbie zdrowia
PublicationPrzedstawiono innowacyjne podejście do lokalizacji wewnątrzbudynkowej, które może zostać wykorzystane do podniesienia bezpieczeństwa i efektywności w służbie zdrowia. Opiera się ono na stacjach bazowych pracujących w standardzie Bluetooth Low Energy (BLE), wykorzystujących dedykowany moduł bezprzewodowy. zawierający układ scalony Nordic Semiconductor nRF5284 oraz na antenach rekonfigurowalnych, w których możliwe jest elektryczne...
-
Influence of Dielectric Overlay Permittivity on Size and Performance of Miniaturized ESPAR Antenna
PublicationIn this paper, influence of dielectric overlay permittivity on miniaturized ESPAR antenna parameters is presented. ESPAR antenna is a low-cost and energy-efficient way to implement beam steering capability to a node and improve network performance. The antenna size reduction is obtained by embedding its active and passive elements in ABS based materials of relative permittivity equal to 4, 5.5 and 7.5 in order to achieve network...
-
Wireless Body Area Network for Preventing Self-Inoculation Transmission of Respiratory Viral Diseases
PublicationThis paper proposes an idea of Wireless Body Area Networks (WBANs) based on Bluetooth Low-Energy (BLE) standards to recognize and alarm a gesture of touching the face, and in effect, to prevent self-inoculation of respiratory viral diseases, such as COVID-19 or influenza A, B, or C. The proposed network comprises wireless modules placed in bracelets and a necklace. It relies on the received signal strength indicator (RSSI) measurements...
-
Advanced Macromodel Matrix Structure Cloning for FDTD
PublicationWe propose an improved macromodel-based techniquefor efficient analysis of the structures based on PhotonicCrystals (PhC). The technique involves a new structure of thecoupling matrix and advanced cloning of not only the macromodel matrices, but also the coupling matrices SE and SH.The method allows one to shorten considerably the preprocessingtime, the RAM usage and also the iterating speed of performingFDTD. With this...
-
Macromodels for efficient FEM simulations of waveguides and resonators
PublicationThis paper introduces a novel technique for enhancing the efficiency of the finite element method (FEM) by incorporating special modules, called macromodels, into the standard eigenvalue formulation. The number of unknowns in the separated macromodel subdomain can be significantly reduced by orthogonal projection, using the efficient nodal order reduction algorithm. The idea of macromodels implementation is demonstrated on a simple...
-
Localization in wireless sensor networks using switched parasitic antennas
PublicationA switched parasitic monopole antenna for 2.4 GHz ISM applications is design and investigated in this paper. One of the most promising applications for such switched-beam antennas is localization in wireless sensor networks (WSN). It is demonstrated that the use of this antenna improves accuracy of localization algorithms and allows for reduction of the number of reference nodes in localization system.
-
Reduced-order models in the finite element analysis
PublicationA novel technique of incorporating macromodels into finite element electromagnetic analysis of waveguide components is presented. Macromodels are generated by using a model order reduction algorithm (ENOR), which results in significant decrease of the number of variables, that describe the computational region. Proposed technique allows for using a few independent macromodels as well as to duplicating one macromodel in many subregions...
-
Design, Realization and Measurements of Enhanced Performance 2.4 GHz ESPAR Antenna for Localization in Wireless Sensor Networks
PublicationThis paper presents the design, realization and measurements of an Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR) antenna with enhanced performance of estimating the incoming signal direction. Designed antenna is dedicated for 2.4 GHz ISM applications with emphasis on Wireless Sensor Networks (WSN). Proposed antenna provides different radiation patterns by proper configuration of the parasitic elements. Thus, several...
-
Verification of ESPAR Antennas Performance in the Simple and Calibration Free Localization System
PublicationThis paper presents the results of simulations and measurements of an indoor localization system that uses Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR) antennas with switched directional beam. Proposed antennas are dedicated for 2.4GHz ISM low-cost applications where determination of the incoming signal is required. The antennas performance is analyzed and verified with relation to positioning methods based on the...
-
Low Power Baseband Processor for M2M Reconfigurable Radio Test Platform
PublicationSoftware Defined Radio (SDR) is becoming more andmore frequently used technique for wireless communication. Itfacilitates as fast prototyping and is a versatile method fordeveloping new communication systems. SDR can be realizedbased on high computational capacity platform, where powerconsumption is no a primary concern like i.e. DVB or BTStransmitters. Another trend are low power systems, whereavailable power in reduced and more...
-
Enhancing Performance of Switched Parasitic Antenna for Localization in Wireless Sensor Networks
PublicationThis paper presents an Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR) antenna with enhanced performance of estimating the incoming signal direction. Designed antenna is dedicated for 2.4 GHz ISM applications with emphasis on Wireless Sensor Networks (WSN). The limitations of the existing design approach are illustrated, as well as perspectives and challenges of the proposed solution in relation to the localization in...
-
Influence of realistic antenna radiation pattern on rf fingerprinting accuracy
Publication -
Testbed for development and verification of hybrid localization systems
PublicationIn this paper a testbed for development and verification of hybrid localization systems is presented. It allows for systematic analysis of hybrid localization methods and speed up the development of new schemes. The proposed testbed platform is composed of subsystem for sequential data collection and testing infrastructure that can be used for investigating the localization mechanisms in controllable environment.
-
Macromodeling in Finite Differences
PublicationRozdział opisuje technikę wykorzystania procesu makromodelowania (wykorzystanie makromodelu do opisu równań różnicowych) w analizie różnic skończonych w dziedzinie czasu. Zawarte informacje pozwalają na samodzielne zaimplementowanie metody i pokazują możliwości poprawienia uzyskiwanych wyników.
-
Simple Superstrate Antenna for Connectivity Improvement in Precision Farming Applications
PublicationIn this paper, a concept of a simple circularly polarized antenna with partially reflecting surface (PRS) has been adopted for precision farming applications. The investigation contains an analysis of the dependence of the antenna performance on the elements number in the PRS structure in X- and Ka-band frequencies. Especially meaningful parameters from point-to-point connectivity perspective are...
-
Miniaturization of ESPAR Antenna Using Low-Cost 3D Printing Process
PublicationIn this paper, the miniaturized electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna is presented. The size reduction was obtained by embedding its active and passive elements in polylactic acid (PLA) plastic material commonly used in low-cost 3D printing. The influence of 3D printing process imperfections on the ESPAR antenna design is investigated and a simple yet effective method to...
-
Improving the accuracy of subgridding scheme in finite differences method based on Legendre polynomials expansion
PublicationIn this article the Legendre polynomials have been used to interpolate the field at the boundary of the meshes of different densities. The numerical verification of the proposed technique has been carried out in frequency domain. It has been shown that the accuracy of the presented method is very high and stable - the error monotonically decreases as a function of the refinement factor.
-
Wireless paging system
PublicationAssistance to patients at hospitals and nursing homesoften encounters problems related to obtaining information onthe current needs of the patient. Traditionally, patient informshospital stuff by wire and wireless paging systems. WirelessPaging Systems allow one to overcome the limitations of theirwire counterparts, which include high installation costs (cabling)and lack of patient mobility. The main difference betweenpresented...
-
Hybrid RFID system
PublicationOpis koncepcji zintegrowanego systemu RFID w połączeniu z innymi technologiami sensorów tworzących hybrydowy system RFID.
-
Pattern matching localization in ZigBee wireless sensor networks.
PublicationLokalizacja typu Pattern matching w sieciach sensorów bezprzewodowych ZigBee.Prezentacja metod implementacji algorytmów lokalizacji. Praktyczne zastosowanie i testowanie lokalizacji sieci ZigBee.
-
A universal IT system architecture for servicing, collecting, storing, processing and presenting data from wireless devices
PublicationIn the article we present a universal IT system architecture, which allows one to develop, based on mobile and multiplatform JAVA language, applications capable of working with many different wireless systems in an easy and effective way. Modular system architecture supports efficient data processing and enables convenient presentation of chosen parameters. Additionally, proposed IT system architecture provides easy adoption to...
-
WSN for intelligent street lighting system
PublicationIn this article authors propose to apply WSN to intelligent street lighting system. As a result of such a combination one obtains a system designed to increase functionality of light installations for a wide range of applications and introduce a platform for new additional services, which meets current and future user needs. The system is composed of WSN nodes integrated with light sources based on high power LED diodes, which...
-
New RFID readers for scalable RFID system
PublicationRFID systems gives the opportunity to have wide access control integrated with the monitoring of people and goods flow. System's scalability is one of the most important features in such systems as they enable large scale deployments. The concept of the proposed reader's architecture employs new RFID transceivers and microcontrollers, security algorithms which gives very high functionality at low price. Special treatment of system's...
-
Low cost microwave X-band generator
PublicationA low cost microwave X-band generator for educational purposes was designed and built. Its simple construction and user's interface makes it suitable for a student laboratory.The generator is based on a single frequency conversion concept. It uses a digitally tunable PLL chip for intermediate frequency generation and an active frequency multiplier for frequency conversion. The generator covers 9,7 - 11 GHz part of the X frequency...
-
Analysis of a high-quality photonic crystal resonator
PublicationArtykuł przedstawia kompleksową analizę rezonatora 2D o wysokiej dobroci uzyskanego dzięki zastosowaniu fotonicznych kryształów. Struktura rezonatora została zoptymalizowana w celu osiągnięcia maksymalnej dobroci. Analiza została wykonana przy pomocy metody FDTD z zaimplementowanymi makromodelami, a wyniki poddano następnie obróbce cyfrowej w oparciu o technikę GPOF. Taka kombinacja zastosowanych metod okazała się bardzo efektywna...
-
Model order reduction for subgridding in fdtd scheme
PublicationW artykule zaprezentowana została technika pozwalająca na uzyskanie wysokiej rozdzielczości w metodzie FDTD. Prezentowany algorytm jest połączeniem metod redukcji rzędu modelu i lokalnych zagęszczeń zaimplementowanych do FDTD. Pozwala to zmniejszyć liczbę użytych zmiennych stanu, a także skrócić krok czasowy, co skutkuje znacznie krótszym czasem symulacji, niż w przypadku klasycznej metody FDTD.
-
A simple high-accuracy subgridding scheme
PublicationArtykuł wprowadza nową metodę włączania obszarów o gęstszej siatce w metodzie różnic skończonych w dziedzinie czasu. Obszary o różnych gęstościach siatki łączone są poprzez prostą interpolację pola elektrycznego i magnetycznego. Metoda wymaga nieparzystego współczynnika zagęszczenia i daje niskie współczynniki odbicia od zagęszczonych obszarów zwiększając dokładność obliczeń FDTD i jednocześnie skracając czas obliczeń. Prezentowane...
-
Macromodels in the frequency domain analysis of microwave resonators.
PublicationW artykule zaprezentowana jest technika włączania makromodeli do metod siatkowych sformułowanych w dziedzinie częstotliwości.W odróżnieniu do poprzednich, nowy schemat nie wprowadza zależności częstotliwościowej do macierzy systemowej i dzięki temu może być użyta w analizie rezonatorów. Testy numeryczne pokazują wzrost dokładności obliczeń w szerokim zakresie częstotliwości, przy czym właściwości zbieżności iteracyjnego algorytmu...
-
A simple finite difference approach using unstructured meshes from FEM mesh generators.
PublicationPrezentujemy metodologię używania dwuwymiarowych różnic skończonych wykorzystujących siatki trójkątne z metody FEM. Określiliśmy wyrażenia opisujące pierwsząi drugą pochodną w oparciu o wartości pól w saśiednich punktach. Metodę przetestowaliśmy na strukturze rezonatora z prostokątnym rdzeniem dielektrycznym.
-
Advances in computational electrodynamics.
PublicationArtykuł prezentuje wybrane metody, które są rozwijane w Politechnice Gdańskiej, i które mogą być wykorzystane do przyspieszenia komputerowego projektowania układów mikrofalowych i analizy numerycznej układów niskiej i dużej częstotliwości. Przeprowadzono przegląd metod tworzenia układów zastępczych i ich wykorzystanie do automatycznego projektowania filtrów pasmowo-przepustowych. Przedstawiono różne podejścia reprezentacji pola...
-
Multilevel model order reduction.
PublicationPrezentujemy wielopoziomowy algorytm redukcji rzędu modelu wykorzystany do zwiększenia efektywnosci analizy struktur mikrofalowych metodami siatkowymi.Schemat pozwala tworzyć makromodele zagniezdzone i laczyc te technike z szybkim przemiataniem częstotliwości (FFS). Implementacja metody pokazana jest na przukladzie różnic skończonych w dziedzinie częstotliwości i metody redukcji ENOR, lecz koncept moze być łatwo użyty w innych...
-
3D Macromodels in the FDTD filter analysis.
PublicationW artykule pokazane jest zastosowanie makromodeli 3D do analizy filtrow metoda FDTD. Makromodele tworzone są w oparciu o opis objętości metodą FDFD, a następnie redukcję równań stanu metodą ENOR. Metoda pozwala na uzyskanie dużych dokładności przy czasie obliczeń zbliżonym do siatki podstawowej.
-
Stability of the FDTD scheme containing macromodels.
PublicationZaprezentowano analizę stabilnościową algorytmu różnic skończonych w dziedzinie czasu zawierającego makromodele. Pokazano, że dla uzyskania stabilnych makromodeli stabilność schematu FDTD połączonego z makromodelami zależy od sposobu przeprowadzenia interpolacji pól granicznych. Maksymalny dozwolony krok czasowy jest dużo większy niż dla subgriddingu.
-
Methods of improving accuracy of indoor localization systems based on 802.11 standard infrastructure
PublicationArtykuł dotyczy różnorodnych metod zwiększania dokładności istniejących już algorytmów lokalizacji, implementowanych w standardzie WLAN 802.11. W pracy przedstawiono nowatorskie rozwiązanie wykorzystujące elementy poprawiające dokładność, takie jak: algorytmy, adaptacja środowiska, filtrowanie sygnałów.
-
Grouping macromodels by using multilevel model order reduction
Publicationartykuł pprezentuje nowatorską technikę grupowania makromodeli dla metody fdtd. nowa technika bazuje na schemacie wielopoziomowej redukcji rzędu modeli. grupowanie makromodeli pozwala na zwiększenie szybkości symulacji w porównaniu do niezgrupowanych makromodeli, zapewniając przy tym porównywalną dokładność.
-
Localization in wireless sensor networks based on zigbee platform
PublicationW artykule porównano dwie różne metody lokalizacji w sieciach sensorów bezprzewodowych. Jedną z metod jest implementacja sprzętowa algorytmu w układzie nadawczo odbiorczym CC2431. Drugą metodą jest implementacja programowa. Wyniki testów przeprowadzonych na otwartym terenie oraz w pomieszczeniach zamkniętych zostały przedstawione i porównane w pracy.
-
Implementation of matrix-type FDTD algorithm on a graphics accelerator
PublicationArtykuł prezetuje implementację algorytmu FDTD w postaci macierzowej przeznaczonej dla kart graficznych. Wykazany został wzrost efektywności obliczeń numerycznych w odniesieniu do implementacji przeznaczonej dla procesora komputerowego.
-
A technique of stabilizing FDTD-subgridding algorithm using reciprocity principle
PublicationW artykule przedstawiono wykorzystanie zasady wzajemności w procesie stabilizacji zagęszczania siatki dla fdtd. Metoda ta oryginalnie służyła tylko do sprawdzenia stabilności algorytmów zagęszczających siatki fdtd, jednak pozwala ona na zmianę współczynnika sprzężenia pomiędzy polami występującymi na brzegach w ten sposób, że algorytm siatkowania jest stabilny. Zaprezentowana metoda została zweryfikowana testami numerycznymi pod...
-
Modular wireless sensor network platform for RF transceiver evaluation
PublicationArtykuł przedstawia modułową technikę projektowania sieci sensorów bezprzewodowych. Uniwersalne połączenia występujące pomiędzy modułami pozwalają na zaprojektowanie nowej wersji sieci w przeciągu kilku dni zamiast tygodni. Na bazie wymienionej metodologii skonstruowane została platforma pozwalająca testować różnego rodzaju układy nadawczo odbiorcze pracujące na częstotliwościach RF.
-
A fast high-resolution 3-D Finite Difference Time-Domain scheme with macromodels.
PublicationZaprezentowano szybki trójwymiarowy wysokorozdzielczy algorytm różnic skończonych w dziedzinie czasu. Zwiększona rozdzielczość osiągnięta została poprzez połączenie standardowego schematu FDTD z makromodelami silnie zagęszczonych objętości stworzonych przez zastosowanie redukcji rzędu modelu. Nowy schemat FDTD z makromodelami jest wyprowadzony. Koszt numeryczny nowej metody jest wyestymowany. Doskonałe wyniki zostały zaobserwowane...
-
Makromodele w metodzie różnic skończonych.
PublicationPrzedstawiono nową technikę zwiększającą dokładność i szybkość pełnofalowej analizy złożonych struktur mikrofalowych wykorzystującą technikę redukcji rzędu modelu ang. Model Order Reduction (MOR) w połączeniu z metodami różnic skończonych (FDTD, FDFD). Zastosowanie wysokorozdzielczego algorytmu FDTD i FDFD zawierającego makromodele pozwala na dobre odwzorowanie zmienności pól elektromagnetycznych w całej dziedzinie obliczeniowej....
-
Direction-of-Arrival Estimation Using an ESPAR Antenna with Simplified Beam Steering
PublicationIn this paper, it has been shown, how electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna, in which beam steering is done in a simple way, can be used for directionof- arrival (DoA) estimation of an unknown signal impinging the antenna. The concept is based on an ESPAR antenna having twelve parasitic elements, in which beam switching is realized by RF switches providing required loads to its parasitic elements. Numerical...
-
Reduced order models of refined Yee´s cells.
PublicationArtykuł opisuje nowe podejście zwiększające dokładność metody różnic skończonych za pomocą lokalnego zagęszczenia siatki. Obszar niewiele większy niż pojedyncza komórka Yee jest pokrywany gęstą siatką, a jej makromodel jest stworzony metodą redukcji rzędu modelu równań stanu w dziedzinie częstotliwości. Makromodele są użyte w metodach różnic skończonych w dziedzinie częstotliwości i czasu całej struktury. Inaczej niż w przypadku...
-
Low-cost 3D Printed Circularly Polarized Lens Antenna for 5.9 GHz V2X Applications
PublicationThis paper presents design and realization of a circularly polarized antenna consisting of a linearly polarized patch antenna and a 3D printed lens, at the same time performing the functions of wave collimator and a polarizer. The antenna is dedicated for 802.11p systems, as a part of road infrastructure, with operation bandwidth 5.85 - 5.925 GHz. Its realised gain and axial ratio at center frequency 5.9 GHz are 14.3 dBi and 2.17...
-
Fast Calibration-Free Single-Anchor Indoor Localization Based on Limited Number of ESPAR Antenna Radiation Patterns
Publication— In this article, we investigate how the calibrationfree single-anchor indoor localization algorithm developed for base stations equipped with electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antennas can further be improved. By reducing the total number of ESPAR antenna radiation patterns used in localization process, one can significantly reduce the time needed for an object localization. Performed localization measurements...
-
A Dual-Polarized 39 GHz 4x4 Microstrip Antenna Array for 5G MU-MIMO Airflight Cabin Connectivity
PublicationThis paper presents the design, fabrication, and experimental validation of a 39 GHz dual-polarized 4x4 microstrip antenna array. The array consists of 16 slot coupled circular microstrip patches, fed through SMPS connectors. The procedure requiring a reduced number of cables for measurement of the uniformly excited antenna array is also presented. The array exhibits 18 dBi peak gain and 2.9 GHz reflection bandwidth and is intended...
-
Macro-elements and Model Order Reduction for Efficient Three-Dimensional FEM Analysis
PublicationAn efficient model order reduction (MOR) methodology for three dimensional vector finite element method (FEM) is developed to accelerate simulations of the structures containing features that cause strong variations of mesh density. As the result of presented algorithm, FEM subsystems of equations corresponding to the selected refined region are converted into a very compact sets of linear equations, called macro-elements.Numerical...
-
Simple and accurate field interpolation in finite difference methods
PublicationW artykule wprowadzono nową metodę interpolacji pól w metodzie różnic skończonych. Metoda jest prosta i daje wyniki bardziej dokładne niż w przypadku interpolacji liniowej. Proponowana metoda interpolacji może zostać użyta do poprawienia dokładności takich metod, jak subgridding.
seen 4908 times