Väitös radiotieteen ja tekniikan alalta, DI Albert Salmi

Väitöskirjan nimi: Optimization of reactively loaded antennas

Väittelijä: Albert Salmi
Vastaväittäjä: Prof. Dirk Manteuffel, Leibniz University Hannover, Saksa
Kustos: Prof. Ville Viikari, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Tulevien kuudennen sukupolven (6G) matkapuhelinverkkojen toteutus edellyttää uusia teknisiä innovaatioita. Erityisesti antenneilta, joita käytetään esimerkiksi 6G-verkon tukiasemissa, vaaditaan entistä korkeampaa suorituskykyä. Väitöskirjan tavoitteena on kehittää antennien suunnittelumenetelmiä, jotka mahdollistavat suuremmat tiedonsiirtonopeudet ja paremman energiatehokkuuden tulevaisuuden langattomissa viestintä- ja havaitsemisjärjestelmissä.

Väitöskirjassa tutkitaan reaktiivisesti kuormitettuja antenneja. Tässä antennityypissä rakenteeseen liitetyt reaktiiviset komponentit, kuten kelat ja kondensaattorit, ohjaavat antennin toimintaa. Nämä komponentit pyritään valitsemaan siten, että antennin suorituskyky maksimoidaan. Käytännössä tavoitteena on muotoilla antennin säteilykuvio niin, että antenni lähettää ja vastaanottaa signaalia tehokkaasti halutuista suunnista.

Reaktiivisten komponenttien määrittäminen on kuitenkin haastava matemaattinen ongelma, jonka ratkaiseminen edellyttää kehittyneitä optimointimenetelmiä. Väitöskirjassa esitellään kaksi laskennallista menetelmää näiden komponenttien määrittämiseksi. Työ osoittaa, että menetelmien avulla antennin säteilykuviota voidaan muotoilla tarkasti.

Lisäksi työssä esitellään laskennallinen menetelmä, jolla voidaan määrittää reaktiivisesti kuormitettujen antennien suorituskyvyn fundamentaalisia rajoja. Niiden avulla voidaan arvioida antennien potentiaalista suorituskykyä sekä soveltuvuutta erilaisiin käyttökohteisiin.

Työssä tarkastellaan antenniryhmiä, joiden säteily- ja vastaanotto-ominaisuudet syntyvät usean antennielementin yhteisvaikutuksesta. Erityisesti keskitytään tapauksiin, joissa antennielementtien väliset etäisyydet ovat epätavallisen suuret. Tällöin säteilykuvioon ilmestyy laskoskeiloja, jotka heikentävät suorituskykyä. Väitöskirja osoittaa, että reaktiivisesti kuormitetuissa antenniryhmissä elementtien säteilykuvioita voidaan muotoilla siten, että haitalliset laskoskeilat saadaan poistettua.

Väitöskirjan tulokset tarjoavat uusia työkaluja entistä suorituskykyisempien antennien suunnitteluun ja tukevat tulevaisuuden langattomien viestintä- ja havaitsemisjärjestelmien kehitystä.

Avainsanat: antenni, antenniryhmä, fundamentaalinen raja, harva antenniryhmä, laskoskeila, optimointi, reaktiivisesti kuormitettu antenni

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu

Yhteystiedot: albert.salmi@aalto.fi