Väitös, radiotiede ja -tekniikka, MSc Mostafa Movahediqomi

Väitöskirjan nimi: Metasurface-Based Technologies for Next-Generation Wireless Communication Systems

Väittelijä: Mostafa Movahediqomi
Vastaväittäjä: Prof. Anthony Grbic, University of Michigan, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Viktar Asadchy, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Metapinnat voivat tehdä tulevaisuuden langattomista verkoista älykkäämpiä, mukautuvampia ja helpommin toteutettavia

Yhdistettyjen laitteiden ja palveluiden määrän nopea kasvu lisää tarvetta entistä nopeammille, luotettavammille ja energiatehokkaammille langattomille yhteyksille. Tulevaisuuden verkoissa ei kehitetä ainoastaan lähettimiä ja vastaanottimia, vaan myös ympäristöä voidaan käyttää aktiivisesti radioaaltojen etenemisen ohjaamiseen. Tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten metapintoja eli ohuita, keinotekoisesti suunniteltuja sähkömagneettisia rakenteita voidaan hyödyntää tähän tarkoitukseen.

Tutkimus käsittelee kolmea tulevaisuuden langattoman viestinnän osa-aluetta. Ensimmäiseksi tarkastellaan uudelleenohjattavia älykkäitä pintoja (reconfigurable intelligent surfaces, RIS), joilla radioaaltoja voidaan ohjata haluttuihin suuntiin. Tällaisia pintoja voidaan käyttää esimerkiksi parantamaan kuuluvuutta alueilla, joissa rakennukset tai muut esteet estävät suoran langattoman yhteyden. Väitöskirjassa kehitetään RIS-ratkaisuja, jotka eivät ainoastaan ohjaa signaalia tehokkaasti vaan myös arvioivat suunnan, josta tuntemattomassa sijainnissa olevan käyttäjän signaali saapuu. Näin sama pinta voi samanaikaisesti tukea viestintää ja ympäristön havainnointia, mikä on tärkeä ominaisuus tulevaisuuden 6G-verkoissa.

Toiseksi väitöskirjassa kehitetään erittäin ohut ja joustava metapinta-antennikonsepti satelliittiviestintään. Ratkaisu voi mahdollistaa kevyiden ja mahdollisesti taiteltavien antennien toteuttamisen, mikä voisi helpottaa suurten antennipintojen käyttöönottoa avaruudessa.

Kolmanneksi tutkimuksessa tarkastellaan metapintoja, joiden ominaisuuksia muutetaan ajan funktiona. Näillä rakenteilla voidaan toteuttaa epävastavuoroista toimintaa, jossa sähkömagneettisia aaltoja käsitellään eri tavoin niiden etenemissuunnasta riippuen ilman perinteisiä magneettisia materiaaleja. Tutkimuksessa esitetään ratkaisuja tärkeisiin mikroaaltokomponentteihin, kuten erottimiin ja kiertimiin.

Kokonaisuutena väitöskirja osoittaa, että sähkömagneettisten aaltojen hallinta sekä tilassa että ajassa tarjoaa uusia mahdollisuuksia älykkäiden langattomien ympäristöjen, kompaktien radiotaajuuskomponenttien ja avaruuteen soveltuvien satelliittiantennien suunnitteluun. Nämä teknologiat voivat osaltaan edistää nykyistä mukautuvampia maanpäällisiä ja satelliittipohjaisia viestintäjärjestelmiä 5G:n jälkeen kohti 6G-aikakautta.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot: mostafa.movahediqomi@aalto.fi