Antenni-isolaation parantaminen ja käyttäjän vaikutus tulevaisuuden matkapuhelinjärjestelmissä

Mikko Heino

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Matkapuhelinjärjestelmien kehitys on ollut nopeaa viime vuosikymmeninä. Uusia teknologioita tarvitaan vastaamaan yhä kasvaviin tiedonsiirron kapasiteettivaatimuksiin käyttäjien lukumäärän kasvaessa ruuhkautuvilla taajuuskaistoilla. Tämä väitöskirja käsittelee useita sähkömagneettisia rakenteita ja mallinnusmenetelmiä, jotka mahdollistavat tulevaisuuden viestintäjärjestelmät. Samantaajuinen ja samanaikainen lähetys ja vastaanotto (in-band full-duplex, IBFD) mahdollistaa sähkömagneettisen spektrin käytön hyötysuhteen kaksinkertaistamisen parhaassa tapauksessa verrattuna tähänastisiin taajuus- tai aikajakoisuuden periaatteella toimiviin järjestelmiin. IBFD:n ongelma on lähettimestä vastaanottimeen kytkeytyvä vahva itse-interferenssi. Väitöskirjan ensimmäisessä osassa esitetään aaltoloukku-rakenteita lähetys- ja vastaanottoantennin välisen isolaation parantamiseksi. Aaltoloukut ovat resonoivia rakenteita, joista siroava kenttä kumoaa alkuperäisen lähetysantennin kentän vastaanottoantennin ympäristössä mahdollistaen näin korkean isolaation antennien välillä. Aaltoloukkuja sovelletaan IBFD-moniantenni (MIMO) radiotoistimen antennien eristämiseen ja aaltoloukkujen suunnitteluun soveltuva uusi teoria esitetään karakteristisen mooditeorian avulla. Aaltoloukkujen toiminta varmennetaan mittauksien avulla toistimen oikeissa toimintaympäristöissä ulko- ja sisätiloissa. Samalla ympäristön monikanavaetenemisen vaikutus saavutettavissa olevaan antenni-isolaatioon selvitetään. Lisäksi ympärisäteileville dipoli-antenneille esitellään isolaatiota huomattavasti parantava rakenne, joka mahdollistaa kaksisuuntaisen IBFD:n käyttäjälaitteille. Millimetriaalto-alueen tietoliikenne on välttämätöntä tulevaisuuden matkapuhelinjärjestelmille johtuen saatavilla olevista laajoista taajuuskaistoista, jotka mahdollistavat erittäin korkeat tiedonsiirtonopeudet. Väitöskirjan toinen osa käsittelee ihmisen kehon vaikutusta käyttäjälaiteantenneihin, jotka toimivat 28 GHz:n ja 60 GHz:n taajuuksilla. Käyttäjän sormien varjostavaa vaikutusta tutkitaan kehittäen uusia menetelmiä, joilla signaalin vaimentumista voidaan vähentää keilankäännön sekä ohuen heijastimen avulla yli 20 dB. Lisäksi koko ihmiskehon vaikutusta käyttäjälaitteisiin tutkitaan millimetriaalto-alueella uuden simulointimallin avulla, joka vähentää sähkömagneettisen laskennan monimutkaisuutta mahdollistaen koko ihmisen ottamisen huomioon tarkasti simulaatioissa jopa 60 GHz:n taajuudella. Tulevaisuuden millimetriaalto-alueella toimivan matkapuhelinjärjestelmän tukiasemien tiheys täytyy olla suuri esteiden ja rakennusten aiheuttaman suuren vaimennuksen vuoksi. Väitöskirjan kolmas osa käsittelee piirilevylle valmistettavaa kustannustehokasta tukiasemakäyttöön soveltuvaa keilankääntöön perustuvaa antenniryhmää 28 GHz:n taajuudella. Suunniteltu korkean suuntaavuuden antenniryhmä mahdollistaa korkean tehotiheyden säteilyn haluttuun suuntaan vaikka korkealla toimintataajuudella piirilevytekniikasta ja kytkinverkosta aiheutuu häviöitä.
Julkaisun otsikon käännösAntenni-isolaation parantaminen ja käyttäjän vaikutus tulevaisuuden matkapuhelinjärjestelmissä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Haneda, Katsuyuki, Vastuuprofessori
  • Icheln, Clemens, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0010-5
Sähköinen ISBN978-952-64-0011-2
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • antenni-isolaatio
  • full-duplex
  • millimetriaallot
  • ihmisen vaikutus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Antenni-isolaation parantaminen ja käyttäjän vaikutus tulevaisuuden matkapuhelinjärjestelmissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä