antenni

Kenties et tiedä, mutta tarvitset pian useamman antennin

To, 01/05/2017 - 09:38 Toimitus
Antenni ja pulu

Tuore tutkimus auttaa tekemään parempia, nopeampia ja edullisempia moniantennisysteemeitä. Siitä on paljon iloa meille kaikille, vaikka äkkiseltään ei tule sitä ajatelleeksi.

Käytät tietämättäsi koko ajan hyvin erilaisia antenneja. Matkapuhelimessa on montakin sellaista, ja vaikka taskussasi ei olisi kännykkää, nautit lähes koko ajan palveluita, jotka puolestaan käyttävät paljonkin tiedonsiirtoa – joka puolestaan käyttää antenneja.

Tulevaisuudessa antenneja käytetään vieläkin enemmän, koska jokainen langatonta tiedonvälitystä käyttävä laite vaatii antennin – kenties jopa useamman. 

Mitä enemmän antenneja on ja mitä suurempaa tiedonsiirtonopeutta halutaan käyttää, sitä hankalammaksi tällaisen antennisekamelskan hallitseminen on. Onneksi Tampereen teknillisen yliopiston tutkija, diplomi-insinööri Aki Hakkarainen on pohtinut asiaa väitöstyössään.

Tarkalleen ottaen hän on kehittänyt uusia menetelmiä moniantennilaitteiden tarjoamien tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen kustannustehokkaasti. 

Digitalisaation ja esineiden internetin myötä tarve antenneille kasvaa räjähdysmäisesti lähitulevaisuudessa. Jotta kasvu olisi mahdollista, antennien määrää on lisättävä esimerkiksi matkapuhelinverkkojen tukiasemissa ja langattoman lähiverkon laitteissa. 

Moniantennijärjestelmät pystyvät tarjoamaan huomattavasti suurempia tiedonsiirtonopeuksia, mutta suurempi määrä antenneja ja niihin liittyvää elektroniikkaa tuovat kuitenkin mukanaan lisävaatimuksia.

"Elektronisten komponenttien halutaan olevan mahdollisimman halpoja", toteaa Aki Hakkarainen ja jatkaa: "Halvalla saa kuitenkaan harvoin hyvää: vastaanotettujen signaalien laatu voi heikkolaatuisten komponenttien vuoksi heiketä merkittävästi. Tämän seurauksena moniantennilaitteista ei saadakaan irti odotettua hyötyä kokonaisuudessaan."

Hakkarainen tutki väitöstyössään, miten elektroniikassa vääjäämättä esiintyvät epätäydellisyydet vääristävät signaaleja moniantennijärjestelmissä. Saavutettujen mallien avulla hän kehitti menetelmiä signaalilaadun parantamiseksi digitaalisella signaalinkäsittelyllä.

"Laitevalmistajien kannalta on erittäin edullista, että tarvittava signaalilaatu ja tiedonsiirtonopeus pystytäänkin takaamaan digitaalisesti. Tällöin pienet epätäydellisyydet käytettävässä elektroniikassa eivät haittaa. Kun uudet menetelmät pystytään vielä sujuvasti sulauttamaan osaksi nykyäänkin laitteissa tehtävää laskentaa, niin tämän ratkaisun hyödyt ovat selvästi haittoja suuremmat."

Tulokset auttavat osaltaan toteuttamaan uusia moniantennijärjestelmiä, jotka mahdollistavat yhä vaativampien sovellusten käyttöönottoa.

"Esimerkiksi automatisoidut tehtaat, itse ajavat autot ja virtuaalitodellisuussovellukset asettavat erittäin suuria vaatimuksia tiedonsiirtonopeuksille ja käyttäjämäärille", sanoo Hakkarainen. 

"On selvää, ettei tällaisia palveluita voida toteuttaa langattomasti ja kustannustehokkaasti ilman luotettavasti toimivia moniantennijärjestelmiä."

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3877-3

Juttu perustuu TTY:n tiedotteeseen. Otsikkokuva: Flickr / Peter Roberts

Puettavan antennin matematiikkaa

Ma, 01/19/2015 - 18:11 Toimitus
Pelastuskäyttöön suunniteltu kangasantenni

Suomessa, etenkin Tampereella, on kehitetty jo pitkään kangasantenneja, jotka voidaan asentaa vaikkapa vaatteisiin. Ne voidaan pestä, niitä voidaan tavutella ja ne toimivat silti kuin oikeat, kiinteät antennit. 

Perinteisesti sovelluskohteina ovat olleet esimerkiksi pelastuspuvut, mutta älykkään tekstiiliantennin käyttökohteita on laajennettu sittemmin kattamaan kaikenlaisia älyvaatteita mm. viihde- ja urheilukäytössä sekä lääketieteessä. Puettavan elektroniikan ottaessa nyt pitkiä loikkia eteenäin voivat myös "tavalliset" ihmiset päästä käyttämään lähitulevaisuudessa tätä teknologiaa. Materiaalien kehittyminen ja elektroniikan halpeneminen kiihdyttää osaltaan tätä kehitystä. 

Nyt kyse on siitä, että sähköä johtavista kankaista ja langoista tehdään antennien sijaan ja lisäksi älyvaatteita, jotka keskustelevat käyttäjänsä kanssa, keräävät tietoa ympäristöstä ja ryhtyvät tarvittaessa toimenpiteisiin.

Microsoftin Tampere HW Antenna & EMC -yksikössä tutkijana työskentelevän diplomi-insinööri Karoliina Kosken ensi perjantaina Tampereen teknlillisessä yliopistossa tarkastettava väitöstyö tarjoaa mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. 

"Keveytensä ja taipuisuutensa ansiosta puettava elektroniikka on varsin huomaamatonta ja soveltuu siten mainiosti ihmisten arkikäyttöön", kertoo Koski. "Tämä voisi johtaa tulevaisuudessa esimerkiksi tehokkaampaan ja räätälöityyn terveydenhuoltoon".

Vaatteisiin integroidut sensorit kykenevät mittaamaan ja tulkitsemaan ihmisen fysiologisia ja biologisia signaaleja, kuten sydänsähkökäyrää. Älyvaate voi olla yhteydessä tietoverkkoon erilaisten puettavien antennien avulla, jotka vastaavat siitä, että tieto biosignaalista välittyy luotettavasti ja tehokkaasti tarkoitettuun kohteeseen. 

Tällaisille löytyisi runsaasti sovelluskohteita esimerkiksi sairaaloista.

Puettavien sähköä johtavien tekstiilien radiotaajuusominaisuuksista on kuitenkin vielä rajallisesti tietoa. Koski tutki väitöstyössään ommeltujen langattomien antennien radiotaajuuskarakterisointiin soveltuvia mallinnusmenetelmiä sekä radiotaajuussuunnittelua. Hänen väitöstyönsä tulokset tarjoavat suunnittelutehtävissä toimiville insinööreille uudenlaisia ja entistä tehokkaampia mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. Väitöstyö tarkastelee mallien vahvuuksia ja heikkouksia simulaatioiden ja mittausten avulla. 

Kosken mukaan luotettavilla mallinnustyökaluilla voidaan ennustaa puettavien antennien suorituskykyä ja toteuttamiskelpoisuutta erilaisissa sovelluksissa. 

"Antennien suunnitteluvaiheessa tulee huomioida puettavien tekstiilien lisäksi myös ihmiskehon vaikutus antennin radiotaajuustoimintaan, jotta voidaan saavuttaa riittävä suorituskyky."

Näin matematiikan avulla voidaan paitsi mallintaa sitä, miten ihmiskeho vaikuttaa radiotaajuuksiin, niin myös hahmottaa sellaista, mitä on varsin hankalaa ja aikaaviepää mitata luonnossa.

-

Diplomi-insinööri Karoliina Koski elektroniikan alaan kuuluva väitöskirja "Characterization and Design Methodologies for Wearable Passive UHF RFID Tag Antennas for Wireless Body-Centric Systems" tarkastetaan TTY:n tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 23.1.2015.

Otsikkokuvassa on pelastuskäyttöön suunniteltu kangasantenni, joka edustaa jo noin viisi vuotta vanhaa tekniikkaa.

Juttu perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen Mallinnustyökaluja puettavan antennin suorituskyvyn ennustamiseen.