Väitös radiotieteen ja -tekniikan alalta, DI Harri Varheenmaa

Väitöskirjan nimi: Space-Saving Antenna Solutions for Mobile Devices

Tohtoriopiskelija: Harri Varheenmaa
Vastaväittäjä: Prof. Ping Jack Soh, Oulun yliopisto
Kustos: Prof. Ville Viikari, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Matkapuhelimet ovat erottamaton osa nykyaikaista yhteiskuntaa. Musiikin ja videoiden suoratoisto, kaupassa maksaminen puhelimella ja tekoälypalveluiden operointi internetin yli ovat jo nyt arkipäivää. Ilman antenneja tämäkään ei onnistuisi. Sulava käyttökokemus edellyttää nopeita yhteyksiä, ja siksi datakapasiteetin kasvattamiseksi puhelimissa käytetään entistä korkeampia taajuuksia ja monista eri antenneista koostuvia antennijärjestelmiä. Alakaistan antenneja ei voida kumminkaan poistaa, sillä matalilla taajuuksilla saavutetaan parempi kuuluvuus. Tämän kaiken saavuttamiseksi puhelimeen on mahdutettava useita antenneja. 

Kaikkien antennien saaminen puhelimeen ei ole kumminkaan helppoa. Antennit sijaitsevat nykyään puhelimen kyljissä, mutta tila on sieltä loppumassa. Antennit eivät kilpaile olemassa olevasta tilasta ainoastaan keskenään, vaan puhelimen muutkin komponentit vievät osansa. Puhelimen kyljiltä löytyvät äänenvoimakkuudensäätönäppäin, latausportti ja SIM-kortin paikka. Antenneille hyödynnettävissä olevaa tilaa vähentää entisestään nykyisin muodissa olevat kehyksettömät reunasta reunaan ulottuvat näytöt. Aiemmin näytön kehyksiä on voinut hyödyntää osana antennirakennetta. Antennien suunnittelua vaikeuttaa näiden lisäksi se, että laitteelle halutaan metalliset kyljet esteettisyyden ja kestävyyden nimissä. Metallisten kylkien vuoksi antennit kytkevät toisiinsa laskien niiden säteilykykyä. Aiemmin käytettyjen kytkennänvähentämisratkaisujen ongelma on se, että ne vievät monimutkaisina rakenteina kallisarvoista tilaa. 

Tässä väitöskirjassa esitetään ratkaisuja tilankäytön tehostamiseksi matkapuhelinantennien suunnittelussa. Metallisten kylkien ja reunasta reunaan ulottuvien näyttöjen haasteita on väitöskirjassa ratkaistu kompaktin antennirakenteen avulla. Vieläkin enemmän tilaa on voitu säästää sijoittamalla kaksi aiemmin vierekkäin olevaa eri taajuusalueilla toimivaa antennia samaan tilavuuteen. Väitöskirjassa tilankäyttöä on tehostettu myös sijoittamalla antenni uuteen paikkaan – laitteen takakuoreen. Takakuoreen ei ole aiemmin tehty antenneja sen haasteellisuuden takia. Antennin lähellä oleva metallinen akku heikentää säteilyä ja takakuoressa antenni säteilee kohti käyttäjää, mitä pyritään lähtökohtaisesti välttämään. 

Väitöskirjan aihe tullee pysymään ajankohtaisena, sillä tila puhelimessa ei ainakaan tule kasvamaan.

Avainsanat: alle 6 GHz, jaetun pinta-alan antenni, matkapuhelin antenni, millimetriaallot, moniantennijärjestelmä, ominaisabsorptionopeus

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

Yhteystiedot:

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