Väitös radiotekniikan alalta, DI Veli-Pekka Kutinlahti

Väitöskirjan nimi: Antenna mutual coupling and amplifier effects in transmission

Tohtoriopiskelija: Veli-Pekka Kutinlahti
Vastaväittäjä: Prof. Daniel Sjöberg, Lund University, Ruotsi
Kustos: Prof. Ville Viikari, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Nykyaikainen elämäntyyli nojaa hyvin paljon langattomaan kommunikaatioon. Matkapuhelimet ja kannettavat tietokoneet katsotaan välttämättömyyksiksi ja langattoman verkkoyhteyden odotetaan olevan jatkuva ja tasainen. Yhä enemmän erilaisia laitteita, kuten itseohjautuva auto, tullaan todennäköisesti tulevaisuudessa kytkemään verkkoon. 

Tulevan viidennen sukupolven, tunnetaan nimellä 5G, telekommunikaatiostandardin myötä langattomien laitteiden lähetinten rakenne tulee muuttumaan merkittävästi. Lähetin on langattoman laitteen osa, joka vastaa langattomasta viestinnästä. Kun aiempien sukupolvien langattomien laitteiden lähettimet koostuivat tyypillisesti yhdestä vahvistimesta ja antennista, 5G-lähettimissä niitä tulee molempia olemaan useita. Antennien määrän kasvu mahdollistaa keilankäännön, eli kyvyn ohjata langaton signaali haluttuun suuntaan kohti vastaanotinta. Tämä muutos lähettimen rakenteessa asettaa haasteita sekä lähettimen kokoonpanon että käytön suunnittelussa, koska langattomien laitteiden tulee olla pieniä, halpoja ja tehokkaita. Tämän hetken tutkimus etsii uusia ratkaisuja sekä vahvistimille että antenneille, jotka pystyvät tarjoamaan 5G:n asettamat vaatimukset. 

Tämän väitöskirjan tutkimus on keskittynyt vahvistinten ja antennien yhteistoimintaan antenniryhmissä, kun antennilla on tehty keilankääntöä. Keilankääntö aiheuttaa muuttuvan toimintaympäristön vahvistimille, jotka syöttävät antenneja, ja muuttavat niiden toimintaa. Tämä vahvistinten toiminnan muutos vaikuttaa koko järjestelmään ja saattaa aiheuttaa virheitä tai hyötysuhteen laskun. Väitöskirjan tutkimus esittelee ratkaisuja käyttää syötön vaiheiden ja tehojen ohjausta vahvistin-antennijärjestelmän säteilyominaisuuksien optimointiin sekä saavuttamaan taajuusmukautuvan laajakaistaisen antennin toiminta. Tämän lisäksi tutkimus esittelee kuinka tietoa vahvistimen toiminnasta voi hyödyntää parantamaan vahvistin-antennijärjestelmän lineaarisuutta antennin sovituksen suunnittelussa sekä tapa parantaa vahvistin-antennijärjestelmän toimintaa kun vahvistimen DC-jännitettä säädetään lähtötehon pienentämiseksi. 

Tämän väitöskirjan tulokset ovat kannettavien 5G-laitteiden tutkimuksen keskiössä ja voivat yleisestikin auttaa langattomien lähetinten suunnittelussa. Vahvistinten ja antennien yhteistoiminnan huomioiminen lähettimissä tulee todennäköisesti olemaan välttämättömyys 5G-lähetinten suunnittelussa mahdollisten rikkoutumisten estämiseksi sekä takaamaan järjestelmen tehokas toiminta.

Avainsanat: antenni, keilankääntö, keskinäiskytkentä, kuormanveto, vahvistin

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53