Detail oboru

Teoretická elektrotechnika

FEKTZkratka: PK-TEEAk. rok: 2019/2020

Program: Elektrotechnika a komunikační technologie

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020

Profil

Studijní obor doktorského studia je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v nejrůznějších oblastech teoretické elektrotechniky, zejména pak v teorii elektromagnetismu, v teorii elektrických obvodů, v obecných metodách zpracování signálů a v oblasti elektrických měření. Cílem je poskytnout ve všech těchto dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia, prohloubit jejich teoretické znalosti, dát jím též potřebné vědomosti i praktické dovednosti a naučit je metodám vědecké práce.

Klíčové výsledky učení

Absolvent umí řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti obecné elektrotechniky a elektromagnetismu.
Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté v oblasti obecné elektrotechniky.
Absolventi doktorského studijního programu budou v oblasti obecné elektrotechniky a elektromagnetismu schopni pracovat jako vědečtí a výzkumní pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických a elektronických výrobních firmách a společnostech a u výrobců či uživatelů elektrických systémů a zařízení, přičemž zde budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní a měřicí techniku.

Profesní profil absolventů s příklady

Absolvent umí řešit vědecké a složité technické úlohy v oblasti obecné elektrotechniky a elektromagnetismu.
Díky kvalitnímu rozvinutému teoretickému vzdělání a specializaci ve vybraném oboru jsou absolventi doktorského studia vyhledáváni jako specialisté v oblasti obecné elektrotechniky.
Absolventi doktorského studijního programu budou v oblasti obecné elektrotechniky a elektromagnetismu schopni pracovat jako vědečtí a výzkumní pracovníci v základním či aplikovaném výzkumu, jako specializovaní odborníci vývoje, konstrukce a provozu v různých výzkumných a vývojových institucích, elektrotechnických a elektronických výrobních firmách a společnostech a u výrobců či uživatelů elektrických systémů a zařízení, přičemž zde budou schopni tvůrčím způsobem využívat moderní výpočetní a měřicí techniku.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Alternativní zdroje elektrické energie

    Téma se zabývá aktuální vědeckou rovinou transformace energie na elektrickou formu s vysokou účinností přeměny. V současné době oblast harvestingu je zaměřena na mikro a mini zdroje elektrické energie a snaží se pronikat do oblastí s výstupním výkonem do 10kW. Ve speciálních aplikacích je vhodné zdroje energie použité pro transformaci na elektrickou vhodně sestavit do SMART systému malé sítě s ohledem na požadavky stability dodávky energie, účinnosti a efektovnosti transformace. Cílem vědecké práce je navrhnout systematický postup pro zpracování návrhu efektivního kombinovaného a hybridního systému dodávky elektrické energie s výkony od 100W do 100kW, dále navrhnout systém řízení využívání zdrojů elektrické energie. Další částí výzkumu je oblast návrhu metod zvýšení efektivnosti a účinnosti vybraných zdrojů elektrické energie. Výsledky výzkumu jsou v souladu z dlouhodobým zámerem fakulty a ústavu.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  2. Detekce materiálů s využitím principu nukleární kvadrupólové rezonance

    Disertační práce je zaměřena na vývoj technik pro detekci různých materiálů (zejména na bázi N a Cl) s využitím nukleární kvadrupólové resonance. Aktuálně se tato metoda jeví jako velmi perspektivní pro oblast detekce a klasifikace výbušnin, léků a drog. Problematika buzení jader a následného snímání signálu rezonujících jader s možností přelaďování je relativně složitou úlohou jak z pohledu nároků na signálovou cestu, tak z hlediska konstrukce budicího obvodu. Vzhledem k malé úrovni signálu rezonujících jader a krátkým relaxacím je nutné vyřešit celou řadu technických problémů. Problematika je do značné míry mezioborová.

    Školitel: Steinbauer Miloslav, doc. Ing., Ph.D.

  3. Elektromagnetické vlastnosti grafenu

    Téma práce je zaměřeno na výzkum, popis, modelování a experimentálních ověření elektromagnetických vlastností grafenových struktur, jak monoatomární vrstvy tak vícevrstvých struktur. Cílem práce je zejména pomocí numerického modelu popsat očekávané vlastnosti vzorku grafenové struktury, popsat a nastavit experiment pro ověření vybraných vlastnsotí takové struktury. Na realizovaném vzorku provést řadu experimentů, které by sledované parametry popsaly a bylo je tak možné srovnat s teoreticky získanými. Téma je součástí grantu CZ.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  4. Experimentální výzkum měřicích metod pro NQR spektrografii

    spektroskopii látek v rozsahu 0,5 až 10 MHz. Půjde o nalezení vhodných měřicích metod pro vyloučení falešných signálů a zvýšení citlivost spektrometru a opakovatelnosti měření. Výsledkem by měl být také návrh a realizace úprav obvodového řešení spektrometru pro ověření účinnosti navržených metod.

    Školitel: Steinbauer Miloslav, doc. Ing., Ph.D.

  5. Hledání kovových předmětů pomocí bezpilotních letounů

    Metody hledání kovových předmětů jsou známy v oblasti detektorů kovů. Cílem disertační práce bude návrh elektronických komponent a metod vhodných pro hledání kovových předmětů pomocí bezpilotních letounů.

    Školitel: Marcoň Petr, Ing., Ph.D.

  6. Korekce susceptibilních artefaktů

    V technikách magneticko-rezonančního zobrazování se vyskytuje množství artefaktů. Disertační práce bude zaměřena zejména na susceptibilní artefakty v medicínských obrazech a na metody korekce těchto susceptibilních artefaktů.

    Školitel: Marcoň Petr, Ing., Ph.D.

  7. Laděné nano-struktury

    Jednou z aktuálních oblastí výzkumu jsou práce na sofistikovaných nano-strukturách. Práce je zaměřena do oblasti návrhu, modelování a experimentů s laděnými nanostrukturami v oblasti 10-500THz. Jsou zde tři cílei. První zaměření je z oboru numerického modelování struktur. Na základě reálných vlastností nanomateriálů vytvořit numerický model a analyzovat strukturu. Druhá oblast je zaměřena na návrh metod a metodik ověření výsledků pomocí experimentů, měření a ověření předpokladů očekávaných z teoretického modelu. Modelováním metodou konečných prvků, konečných objemů (například v programu ANSYS, ANSOFT, MAXWELL atd.) se navrhne model chování dynamiky hmoty. Třetí oblast výzkumu je zaměřena do oboru technologie. V tomto zaměření se očekává výzkum technologií pro realizaci navržených struktur a jejich realizovatelnost v experimentální části tématu. Výsledky budou sloužit pro výzkum speciálních laděných periodických struktur. Témata lze řešit odděleně, není podmínkou všechna pro jednoho uchazeče. Téma je součástí vypsaného grantu CZ.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  8. Microgrid s vodíkovým úložištěm

    Efektivní výroba a spotřeba elektrické energie je klíčovým faktorem pro dosažení ambiciózních cílů týkajících se znečištění ovzduší a změn klimatu. Moderní elektrické sítě mohou zahrnovat různé druhy zdrojů, jako jsou například obnovitelné zdroje energie. Vznikají hybridní systémy, které kombinují několik zdrojů a typů úložišť v novém konceptu nazývaném mikrogrid. Aby bylo dosaženo co nejlepšího výkonu z těchto hybridních systémů, je nezbytný správný návrh a provoz mikrogridu.

    Školitel: Marcoň Petr, Ing., Ph.D.

  9. Modely struktury hmoty

    Práce je zaměřena na teoretické odvození numerických modelů založených na kvantově mechanických modelech hmoty a v kombinaci se stochastickým, jak deterministickým tak nedeterministickým přístupem určení neurčitosti formulovat pro obyčejné diferenciální rovnice jednoduchý numerický model nanoelementární části systému, periodického systému. Navazuje na výzkum modifikací takto vytovřeného modelu na bázi numerické metody konečných prvků, konečných objemů, hraničních prvků pro statické i dynamické modely formulované pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Cílem práce je navrhnout numerický model jako silný nástroj pro analýzu a popis vlastností jak periodické tak neperiodické struktury a její geometrie na atomární a subatomární úrovni, verifikace na jednoduchém ověřitelném příkladu, zkoumat parametry takto vzniklého numerického modelu a porovnat s požadavky kladenými na modely určené pro dynamiku elektrického výboje a vyhodnotit zadané parametry. Téma je součástí grantu CZ.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  10. Moderní metody zpracování obrazů elektronové mikroskopie

    Cílem disertační práce bude rozvoj metod rekonstrukce obrazů elektronové mikroskopie. Důraz bude kladen na detailní zvýrazňování snímaných struktur, potlačování obrazového šumu, optimalizaci metod pro zpracování obrazů na základě parametrů elektronové mikroskopie. V případě časové náročnosti algoritmů bude část práce zaměřená na paralelizaci výpočtů. Předpokládá se spolupráce se společností TESCAN Brno, s.r.o.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

  11. Nízkoúrovňová magnetická měření

    Téma se zabývá dvěma klíčovými oblastmi. První je zaměřena na pokračování výzkumu uceleného systému měřicích metod a metrologie pro nízkoúrovňová magnetická měření s respektem silně rušeného okolního prostředí v úzkém frekvenčním pásmu f= 0.1-30Hz. Je vhodné se zaměřit na metody dosahujících výsledky S/Š <0.05 a rekonstrukci signálu. S navrženými metodami se provádí vyhodnocení malých změn magnetických polí. Druhá oblast navazuje na výzkum změn chování člověka a celkově odezvy lidského organismu, jeho vlastnostmi a reakcí na změny magnetického pole. Jako nástroje se používají postupy jak deterministické, tak stochastické, s nejnovějším matematickým aparátem a nedestruktivními měřicími metodami.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  12. Numerické modely stochastických úloh

    V procesu modelování se vyskytují neřešené problémy v oblasti rozsáhlých mnohaparametrických úloh s explicitním popisem minima parametrů. V numerickém modelování existují přístupy řešení takovým modelů. Při vhodném formulování a sestavení metody se stávají výkonnými nástroji při vědeckém přístupu k řešení základního i aplikovaného výzkumu. Cílem doktorského studia je popsat a formulovat přístupy řešení rozsáhlých periodických systémů s mírou neperiodicity, na experimentech ověřit vlastnosti modelů. Cíleně provést testování na modelech nanomateriálových modelů, například na strukturách grafenu, povrchových atomárních vrstev s aplikací plazmatu.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.

  13. Prostorová analýza silového zatížení deformované rostoucí páteře a využití modelování korekčních sil k minimalizaci rozsahu operace skoliózy

    Deformita páteře v dětském věku (skolióza) je onemocnění, jehož průběh v čase nelze předvídat. Výsledky konzervativní terapie jsou pochybné a při určitém stupni zakřivení je nutné přistoupit k operační léčbě s rizikem opakovaných reoperací a komplikací. V současné době používaný systém rostoucích tyčí a usměrňovaného růstu zasahuje průměrně 9 segmentů páteře, tyto se stávají nepohyblivé a mají vliv na přetížení zbývajících volných segmentů pod fúzí, což se projeví časnějším výskytem degenerativních změn, bolestmi zad v dospělosti, omezenou pohybovou aktivitou a poškozením muskuloskeletálního systému. Podstatou doktorského práce je navržení nové metodiky pro minimalizaci nežádoucích dopadů operační léčby progredující deformity páteře na dětech pomocí 3D modelování rozložení mechanických napětí v prostorové simulaci plánovaného zákroku. Do projektu budou zařazeni pacienti s idiopatickou, symptomatologickou a kongenitální skoliózou progredující přes konzervativní terapii, kteří by museli podstoupit jednu z uvedených metod operační terapie. Cílem práce je návrh unikátního operačního řešení korekce idiopatické, sypmtomatologické a kongenitální deformity osteotomií jednoho obratle bez negativních vlivů na okolní segmenty páteře pomocí 3D modelování zatížení se snahou o predikci vývoje páteře a sledování regenerace intervertebrálních plotének na MRI. Práce bude řešena ve spolupráci s fakultní nemocnicí v Brně Bohunicích.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

  14. Rychlá rekonstrukce obrazů elektrické impedanční tomografie

    Cílem disertační práce bude rozvoj metod rekonstrukce obrazů elektrické impedanční tomografie. Důraz bude kladen jak na metody měření signálů s nízkým SNR, tak na zpracování signálů a rekonstrukci impedance uvnitř zkoumaných objektů. Jelikož s rostoucím počtem elektrod a jemnější FEM sítí dochází k rapidnímu zvyšování výpočetní náročnosti, bude navázáno na dosavadní činnost ústavu zaměřenou na řešení inverzních úloh a paralelizaci výpočtů na grafických kartách.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

  15. Teorie nelineární akustiky ve spojení s nehomogenními lokálně periodickými strukturami

    Nelineární akustika je relativně moderní výzkumnou disciplínou. Zabývá se šířením akustických vln v nelineárním prostředí, modelováním parametrického akustického pole a souvisejícími aplikacemi. Jedním z problémů, které je potřeba v současné době řešit je analytický popis nelineárního prostředí, případně jeho numerické modelování. Dalším směrem v této oblasti je návrh nehomogenních lokálně periodických struktur, pomocí kterých jsme schopni zacílit akustické vlny do svazku, vytvářet nelineární prvky je např. akustická dioda apod. Aplikačním odvětvím této výzkumné oblasti pak může být např. bezkontaktní testování materiálů. V rámci disertační práce se bude student věnovat popisu a analýze amplitudově modulovaných akustických vln konečných amplitud a analýze parametricky buzených akustických polí. Cílem práce je dále prohloubení stavu poznání v problematice nelineárních akustických interakcí v tekutinách s využitím nehomogenních periodických struktur, metod zpracování vstupních signálu a modulace nosných vln.

    Školitel: Mikulka Jan, doc. Ing., Ph.D.

  16. Využití elektromagnetických šumových polí pro analýzu materiálů a struktur

    Měřicí a diagnostické metody založené na využití vyzařovaného elektromagnetického (EM) pole a jeho interakce s testovanými objekty jsou v současné době dobře zvládnutou a široce využívanou technologií. Ovšem naprostá většina systémů založených na zmíněném přístupu používá koncept, kdy je generováno a vyhodnocováno EM pole s definovaným kmitočtem, resp. je tento kmitočet řízeně rozmítán. V tomto případě je nutno brát v úvahu možnost reaktančních vazeb měřeného a měřicího objektu v blízké oblasti, které mohou měření znehodnotit. Naopak, pokud by byly pro diagnostiku použity širokopásmové stochastické signály (šumové signály), bylo by možno tyto vazby potlačit. Téma studia je zaměřeno na výzkum využití konceptu diagnosticky materiálů a elektromagnetických struktur šumovým polem, především v radiofrekvenční a mikrovlnné oblasti, jeho rozvoj a experimentální ověření.

    Školitel: Drexler Petr, doc. Ing., Ph.D.

  17. Využití plazmových nanotechnologií pro návrh nových materiálů elektrod lithno-iontových akumulátorů

    Téma práce je zaměřeno na výzkum, popis, modelování a experimentálních ověření plazmové nanotechnologie umožňující modifikovat funkční vlastnosti povrchu elektrodového systému akumulátorů materiálů, včetně 3D mikro a nanoporézních struktur a to díky výborné konformalitě procesů. Nalezená technologie bude aplikovatelná i pro strukturování materiálů a proleptávání pórů a nanokanálků na rozhraní materiálu, výzkum se mimo jiné zaměří na možnosti tvorby vícevrstvých systémů. Cílem práce je navrhnout pomocí vyhodnocení numerických analýz nanostrukturu nových typů materiálů pro elektrody lithno-iontových akumulátory a navržené struktury experimentálně realizovat/ověřit pomocí kombinace kroků využívajících potenciál moderních nanotechnologií včetně plazmových procesů. Práce je součástí vypisovaného grantového projetku s plánovanou finanční podporou doktoranda.

    Školitel: Fiala Pavel, prof. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DET1Elektrotechnické materiály, materiálové soustavy a výrobní procesycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DEE1Matematické modelování v elektroenergeticecs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DME1Mikroelektronické systémycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DRE1Návrh moderních elektronických obvodůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DTK1Optimalizační metody a teorie hromadné obsluhycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DFY1Rozhraní a nanostrukturycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DTE1Speciální měřicí metodycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DMA1Statistika. stochastické procesy, operační výzkumcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DAM1Vybrané kapitoly řídicí technikycs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DVE1Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DBM1Vyšší metody zpracování a analýzy obrazůcs4zimníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
DRIZŘešení inovačních zadánícs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
DEIZVědecké publikování od A do Zcs2zimníVolitelný všeobecnýdrzkne
1. ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DTK2Aplikovaná kryptografiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DMA2Diskrétní procesy v elektrotechnicecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DME2Mikroelektronické technologiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DRE2Moderní digitální bezdrátová komunikacecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DTE2Numerické úlohy s parciálními diferenciálními rovnicemics4letníVolitelný oborovýdrzkne
DFY2Spektroskopické metody pro nedestruktivní diagnostikucs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DET2Vybrané diagnostické metody, spolehlivost, jakostcs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DAM2Vybrané kapitoly měřicí technikycs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DBM2Vybrané problémy biomedicínského inženýrstvícs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DEE2Vybrané problémy z výroby elektrické energiecs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DVE2Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojůcs4letníVolitelný oborovýdrzkne
DJA6Angličtina pro doktorandycs4letníVolitelný všeobecnýdrzkne
DCVPCitování ve vědecké praxics2letníVolitelný všeobecnýdrzkne
DRIZŘešení inovačních zadánícs2letníVolitelný všeobecnýdrzkne
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAZkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškucs4celoročníPovinnýdrzkne