Browsing by Author "Ilvonen, Janne"

Now showing 1 - 15 of 15
  • No Thumbnail Available
    Item
    Antennin suorituskyky taivutettavissa mobiililaitteissa
    (2012) Rasilainen, Kimmo; Ilvonen, Janne; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Räisänen, Antti
    Tässä diplomityössä tutkitaan, miten mobiililaitteen rungon taivuttaminen vaikuttaa laitteessa käytettävän antennin suorituskykyyn. Analyysin tarkoituksena on tunnistaa erilaiset muutokset, joita taivuttaminen saattaa aiheuttaa antennin toimintaan, sekä lisätä ymmärrystä muutosten fysikaalisista syistä. Työssä saadut tulokset osoittavat, että taivutettaessa kapasitiivisen kytkentäelementtirakenteen runkoa, rungon ominaisaaltomuodot kokevat resistiivisiä ja reaktiivisia muutoksia sekä muutoksia antennielementin ja ominaisaaltomuotojen välisessä kytkeytymisessä. Kyseisessä antennirakenteessa antennielementti on ei-säteilevä. Diplomityön tuloksia voidaan hyödyntää suunniteltaessa antenniratkaisuja uudenlaisiin taivuteltaviin mobiililaitteisiin. Sovelluksesta riippuen sekä laitteen runko että antennielementti voivat olla taivuteltavissa.
  • Thumbnail Image
    Item
    Capacitively-Loaded Feed Line to Improve mm-Wave and Sub-6 GHz Antenna Co-Existence
    (IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2020) Kurvinen, Joni; Montoya Moreno, Resti; Lehtovuori, Anu; Ala-Laurinaho, Juha; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; van Wonterghem, Jari; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    The co-existence of millimeter-wave (mm-wave) and sub-6GHz antennas in a smartphone presents many performance-limiting aspects. When both antennas are attached to the metal frame, the feed lines of the mm-wave antennas might short-circuit the sub-6GHz antennas, and thus, may significantly affect their performance. This paper presents a method to design feed lines that function as transmission lines at mm-wave frequencies but correspond to open circuits at sub-6GHz. This study determines, in theory, the smallest achievable capacitive loading with different line types and experimentally validates the approach. The capacitive loading due to the feed line is small enough to maintain the sub-6GHz performance. At the mm-wave band, the insertion loss of the line is 1dB with a measured reflection coefficient below −10dB. The introduced common-mode capacitive load of the feed line on the sub-6GHz antennas corresponds to 0.19pF capacitance.
  • Thumbnail Image
    Item
    Connected Dipole Antenna Cluster of Enhanced Spherical Coverage CDF for mm-Wave Applications
    (2023) Chen, Quangang; Ala-Laurinaho, Juha; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; Moreno, Resti Montoya; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    In this paper, we present an antenna cluster concept operating in millimeter-wave (mm-Wave) frequency bands for 5G applications. Unlike conventional arrays made up of identical elements, a cluster array is constructed using non-identical dipoles with high coupling that are placed in a 2-mm wide slot. The cumulative distribution function (CDF) of the spherical coverage gain is used to evaluate the beam-forming capability. High coverage gain over a wide band can be achieved by adjusting the amplitudes and phases of excitation vector. To further enhance the spherical coverage, reactive elements are loaded into the gaps between adjacent dipoles. These reactive elements are selected from a pre-defined database using genetic algorithm-based optimization. The proposed connected dipole cluster demonstrates hemispherical coverage gains greater than 4 dB in the low band (24 to 29.5 GHz) and greater than 6 dB in the high band (37.5 to 43.5 GHz) at the 50%-tile CDF.
  • Thumbnail Image
    Item
    Dual-Polarized mm-Wave End-Fire Chain-Slot Antenna for Mobile Devices
    (IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2021-01) Moreno, Resti Montoya; Kurvinen, Joni; Ala-Laurinaho, Juha; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; van Wonterghem, Jari; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    This article describes a dual-polarized endfire antenna array for millimeter-wave (mm-wave) frequencies. The antenna consists of a chain-slot-shaped pattern on a mobile phone metal frame. The antenna is fed using a transmission line, which would cause only a negligible capacitive loading of the sub-6 GHz antenna realized on the same metal frame and, therefore, would not significantly degrade its performance. This makes colocating the sub-6 GHz and mm-wave antennas in the same, shared volume possible. Measurements indicate that a four-element array placed within a mobile phone provides a realized gain between 8 and 12.6 dBi for both polarizations across the entire band from 24.5 to 29.5 GHz. The total efficiency of a single element is better than-2 and-3 dB for the whole band for horizontal and vertical polarizations, respectively.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Dual-polarized mm-wave endfire antenna for mobile devices
    (IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2020-08) Montoya Moreno, Resti; Ala-Laurinaho, Juha; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    This article presents a dual-polarized millimeter-wave endfire antenna array for mobile devices. The antenna array is integrated into a metal-framed mobile phone and radiates through a 20 × 3.5 mm2 window in the metal frame. The measurement results show a realized gain above 6 dBi for the frequency band of 28-33 GHz for a three-element array. Beam-steering up to ±40 is possible. The array is physically offset from the metal frame, thus minimizing the capacitive loading effect on the sub-6 GHz antennas. Moreover, due to the lack of mechanical contact between the frame and the antenna module, the antenna is robust against external impacts or hits to the phone. The design of the antenna module facilitates integration in mobile devices for mm-wave operation.
  • Thumbnail Image
    Item
    Dual-polarized Patch Antenna of Large Frequency Tuning Range at mm-Wave Frequency Bands
    (2023) Chen, Quangang; Ala-Laurinaho, Juha; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; Moreno, Resti Montoya; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    In this paper, we present a dual-polarized frequency-reconfigurable patch antenna working at millimeter wave frequency bands for 5G applications. A square patch is surrounded by four metallic L-shaped walls. Four ideal varactor diodes are placed between the corners of the square patch and L-shaped walls. Frequency tunability is achieved by adjusting the capacitances of the varactor diodes. Two 50-Ω probes are used to feed the square patch which can excite two orthogonal polarizations. Operating frequency can vary from 23 GHz to 45 GHz with a 10-dB return loss when the capacitance decreases from 0.05 pF to 0.005 pF. The isolation between two polarizations is better than 13 dB over the operating frequency bands. Cross-polarization level is lower than -15 dB. In addition, the quality factor of varactor diodes is studied to demonstrate its influence on antenna efficiency.
  • Thumbnail Image
    Item
    A Dual-Polarized Wideband Planar Multiport Mobile Antenna
    (2022) Kormilainen, Riku; Luomaniemi, Rasmus; Lehtovuori, Anu; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    Additional antennas are needed in smart phones to support 5G bands. The metal rim, which is the most attractive position for antennas, is already fully occupied by antennas supporting legacy bands. Therefore, there is a growing interest in new, more challenging antenna locations, such as the back cover of the phone. In this paper, we introduce a dual-polarized frequency reconfigurable wideband planar multiport antenna to the back cover of a mobile phone. The antenna has a height of only 0.5 mm. The simulations show that the introduced antenna achieves better than-5.8 dB efficiency from 3.3 GHz to 4.2 GHz.
  • Thumbnail Image
    Item
    Extremely Low-Profile Tunable Multiport Handset Antenna
    (IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 2022-02-01) Luomaniemi, Rasmus; Lehtovuori, Anu; Ilvonen, Janne; Khripkov, Alexander; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    This article presents an extremely low-profile tunable antenna design for smartphones with height of only 0.75 mm. The proposed antenna is integrated into the back cover of the device to utilize the existing gap between the battery and the back cover as efficiently as possible. By utilizing both tunable components and adjustable feeding weights, the designed multiport antenna system covers 3300-4200 MHz frequency range with 100 MHz instantaneous bands. In addition to just frequency tuning, these tunable elements can be utilized to adapt the antenna for different operation environments, such as changes in the structure of the device or the user effect. We show that the proposed antenna can be extended for two-and four-element multiple-input multiple-output (MIMO) operation. The proposed design is manufactured and measured, and the results confirm good antenna performance with average total efficiencies of 35% and 25% in free space and with a hand phantom, respectively.
  • Thumbnail Image
    Item
    Harmonic Transponders: Performance and Challenges
    (ELECTROMAGNETICS ACAD, 2015) Rasilainen, Kimmo; Ilvonen, Janne; Lehtovuori, Anu; Hannula, Jari-Matti; Viikari, Ville; Ville Viikari Group; Department of Radio Science and Engineering
  • No Thumbnail Available
    Item
    Matkapuhelimien isoloidut antennirakenteet
    (Helsinki University of Technology, 2009) Ilvonen, Janne; Holopainen, Jari; Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta; Vainikainen, Pertti
    Tässä diplomityössä tutkittiin isoloitujen antennirakenteiden soveltuvuutta matkapuhelinympäristössä. Työssä tutkittiin myös voidaanko isoloiduilla antennirakenteilla pienentää käyttäjän vaikutusta verrattuna perinteisiin matkapuhelimen antennirakenteisiin. Nykyisillä sisäisellä antennielementillä varustetuilla matkapuhelimilla runkoa tai piirilevyä käytetään säteilijänä ja antennielementillä luodaan resonanssitaajuus ja kytketään virtoja runkoon. Erityisesti matalilla, alle 1 GHz UHF-taajuuksilla, matkapuhelimen runko toimii pääsäteilijänä ja tällaisissa rakenteissa käyttäjän käden vaikutus on erityisen suuri. Käyttäjän käsi muuttaa antennin sovitusta ja laskee säteilyhyötysuhdetta. Eräs tapa pienentää käyttäjän vaikutusta saattaisi olla erottaa antennirakenne puhelimen rungosta. Tässä työssä antennirakenteelta vaadittavaa kaistanleveyttä on pienennetty verrattuna perinteisiin antenneihin, koska isoloiduissa rakenteissa puhelimen runkoa ei käytetä merkittävästi hyväksi ja koska antennin tulisi olla mahdollisimman pieni. Työssä antennilta vaaditaan ainoastaan 2 %:n kaistanleveys ja oletetaan, että on olemassa tehokas menetelmä keskitaajuuden virittämiseen. Antennirakenteiden soveltuvuutta matkapuhelimiin tutkittiin simuloinneilla. Myös ominaisabsorptionopeutta (SAR), kuulolaitteiden yhteensopivuutta (HAC) ja käyttäjän vaikutusta sovitukseen ja säteilyhyötysuhteeseen on tutkittu simuloinneilla. Joitakin lupaavia antennirakenteita, kuten pieni rusettiantenni, on löydetty. Työn tulokset osoittavat, että isoloidut antennirakenteet soveltuvat parhaiten korkeammille UHF-taajuuksille, jossa riittävä 2 % kaistanleveys on helppo saavuttaa ja SAR-arvot ovat pienemmät. Täällä useimmilla isoloiduilla rakenteilla säteilyhyötysuhde käden kanssa on suurempi ja käyttäjän vaikutus sovitukseen pienempi kuin perinteisillä matkapuhelinantenneilla. Isoloiduilla antenneilla voidaan myös pienentää huomattavasti lähikenttäarvoja kuulokkeen kohdalla ja siten parantaa HAC suoritusta. Isoloitujen antennirakenteiden haitat tulevat esille matalilla GSM-taajuuksilla, jolloin antennirakenteista tulee isokokoisia, jos vaaditaan monikaistaista toimintaa ja SARarvot ovat korkeat. Täällä myös isoloidun antennin toiminta huononee merkittävästi jos käyttäjän sormet tai kämmen peittävät koko antennirakenteen.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Matkaviestinantennien mittaaminen
    (2013-05-31) Spoof, Kalle; Ilvonen, Janne; Sähkötekniikan korkeakoulu; Turunen, Markus
  • Thumbnail Image
    Item
    Multiband and environment insensitive handset antennas
    (Aalto University, 2014) Ilvonen, Janne; Kivekäs, Outi, D.Sc., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland; Holopainen, Jari, Univ. Lect., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Department of Radio Science and Engineering; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical Engineering; Vainikainen, Pertti, Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland; Viikari, Ville, Assistant Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
    The number of antennas in small handsets has been increasing, while the volume reserved for the antennas has remained the same or even reduced. Consequently, antennas become easily inefficient, thereby lowering the data rate and coverage. An additional challenge is that the antenna should be insensitive to the way the handset is held by the user. The results of this doctoral thesis can be used to develop small-sized, multiband and efficient handset antennas with good robustness against environmental changes caused for instance by the user's hand. The first part of the thesis introduces novel handset antennas that have state-of-the-art performance in terms of antenna volume, impedance bandwidth and efficiency. A design strategy for 4th generation (4G) handset antennas and a new method to analyze the suitability of an antenna geometry for frequency tuning are introduced. Furthermore, a novel tunable handset antenna with Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) capability is presented. The total efficiency of the proposed tunable MIMO antenna is shown to be better than 49% across the frequencies of 698–960 MHz and better than 56% across the frequencies of 1430–2690 MHz when MicroElectroMechanical System (MEMS)-based digitally tunable capacitors are used. Finally, an effective method to achieve up to 100 dB port-to-port isolation is proposed. Different user-related challenges of handset antennas are discussed in the second part of this thesis. It is shown that a part of the hand losses can be avoided with a clever antenna design. This part also discusses the benefits and drawbacks of using either compact or large-sized antennas. A small-sized antenna can be more tolerant to user-originated losses than a largesized antenna when an effective frequency tuning method is used. Furthermore, design aspects for gaining a good multi-antenna performance with the user are discussed. Novel methods to reduce the electromagnetic exposure and the interaction between a user and a mobile handset antenna are discussed in the third part. The thesis gives the first analysis of feasibility of balanced antennas for handsets. Moreover, a novel shielding method to decrease the specific absorption rate (SAR) in the head by 81% and to improve the total efficiency by 5 dB is introduced. In the end of the thesis, a method is proposed to weaken the near-fields of handset antenna: wavetraps can be used to reduce, for example, electric field by up to 75%, resulting in improved hearing-aid compatibility (HAC) and SAR.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Suoramoodisen biopolttokennoakun toiminta sähkömagneettisen kentän vaikutuksen alaisena
    (Aalto University, 2011) Järveläinen, Jan; Ilvonen, Janne; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Vainikainen, Pertti
    Tässä diplomityössä tutkitaan aikaharmonisen sähkömagneettisen kentän vaikutusta suoramoodisen biopolttokennoakun toimintaan. Myös koaksiaalista taperointia tutkitaan ja taperoitu sovitusosa valmistetaan. Tarkasteltava taajuusalue ulottui 50 MHz:stä 5 GHz:iin. Tällä hetkellä polttokennot ovat muiden vaihtoehtoisten energialähteiden joukossa hyvin kiinnostavia päästöjen puhtaudesta johtuen. Erityisesti suoramoodiset biopolttokennot, joissa biopolttoaine ja elektrolyytti sekoitetaan keskenään, tarjoavat helppokäyttöisen energialähteen harvaan asutuille seuduille. Polttoaineena voidaan käyttää esimerkiksi glukoosia tai muita sokereita. Polttokennojen suurimmat ongelmat ovat korkea hinta sekä perinteisten polttoaineiden ongelmallinen varastointi ja tehoton valmistus. Biopolttoaineiden säilytys ei toisaalta vaadi erityistoimenpiteitä, mutta polttoaineet eivät vielä pysty tuottamaan riittävän korkeita tehotiheyksiä. Radiosignaalien tehostavaa vaikutusta polttokennon toimintaan on aikaisemmin tutkittu lupaavin tuloksin. Tässä työssä yritetään selvittää, onko sähkömagneettisella kentällä vaikutusta sähköisesti koaksiaalikaapelin tavoin käyttäytyvän polttokennon ulostulotehoon. Työn alussa esitetään polttokennon alkeet, koaksiaalikaapelin teoria sekä tutkittavana kohteena olevan polttokennon tärkeimmät ominaisuudet. Laajakaistainen taperoitu sovitusosa suunnitellaan ja valmistetaan jotta polttokennoon voidaan syöttää sähkömagneettinen kenttä. Sähkömagneettista kenttäsimulaattoria hyödynnetään taperoinnin optimoimiseksi ja polttokennon sisäisen sähkömagneettisen kentän käyttäytymisen selvittämiseksi. Päätavoitteena on syöttää korkeataajuinen teho polttokennoon hallituissa olosuhteissa, jolloin analyysi voidaan tehdä perusteellisesti. Ulostulotehomittausten avulla on tarkoitus löytää tietty taajuus tai kynnystaajuus, jolla sähkömagneettisen kentän vaikutus polttokennon toimintaan on mahdollisimman hyvä. Polttokennon toimintaa tarkastellaan sekä ilman sähkömagneettisen kentän vaikutusta että radiotehon ollessa kytkettynä polttokennoon. Mittaustulokset eivät anna mitään viitteitä polttokennon toimintaa tehostavasta vaikutuksesta. On kuitenkin huomattava, että ulostulotehomittausten aikana polttokenno ei toiminut toivotulla tavalla eikä mittausten luotettavuudesta näin ollen oltu täysin varmoja. Toimintahäiriö johtui viallisesta anodikatalyytista. Mittauksia suoritetaan tulevaisuudessa lisää täydellisesti toimivan polttokennon kanssa.
  • Thumbnail Image
    Item
    Varactor-based Frequency-reconfigurable Dual-polarized mm-Wave Antenna Array for Mobile Devices
    (IEEE, 2023-08-01) Chen, Quangang; Laurinaho, Juha Ala; Khripkov, Alexander; Ilvonen, Janne; Moreno, Resti Montoya; Viikari, Ville; Department of Electronics and Nanoengineering; Ville Viikari Group; Huawei Technologies
    In this paper, a dual-polarized frequency-reconfigurable mm-wave patch antenna array is described. The design incorporates varactor diodes symmetrically loaded onto the four corners of a square patch. Parallel plate series capacitors are constructed to achieve the required low total capacitance by moving the square patch to an inner layer. Additionally, novel dual-function shorting vias are implemented into the structure, which serve as RF choke for providing dc-bias voltage to the varactors, and behave as shunt inductive loadings to improve radiation efficiency. A four-element antenna array is implemented, and placed into a 21×4.5mm2 cavity. The proposed antenna array can be tuned from 23.2 to 30.2 GHz by adjusting the varactor capacitance from 0.22 to 0.033 pF. The array achieves over 20-dB isolation between the orthogonal-polarized antenna elements, and more than 15-dB isolation between the same-polarized antenna elements. Total efficiency exceeds -2.5 dB across the tuning range. Peak gain varies from 8.9 to 10.5 dBi. The proposed dual-polarized antenna array offers notable advantages including a wide frequency-tuning range, high efficiency, compact size, and beam-forming capability.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Ympäristölle epäherkät matkaviestinantennit
    (2012) Ilvonen, Janne; Holopainen, Jari; Ikonen, Pekka; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Vainikainen, Pertti
    Tämän lisensiaatintutkimuksen pääpaino on tutkia ja kehittää uudenlaisia matkapuhelinantenneja, joilla on mahdollisimman hyvä suorituskyky vaihtelevissa käyttöolosuhteissa. Matkapuhelinantennin tulee toimia tehokkaasti riippumatta siitä onko käyttäjä matkapuhelinantennin läheisyydessä vai ei. Lisäksi käyttäjään kohdistuvan sähkömagneettinen säteilyn tulisi olla mahdollisimman pieni. Aluksi työssä tutkitaan käyttäjän käden vaikutusta antennin suorituskykyyn sekä esitetään uudentyyppinen antennirakenne, jolla on voitu vähentää käden ja pään vaikutusta antennin suorituskykyyn. Tällä rakenteella päähän kohdistuvaa ominaisabsorptiota (SAR) voidaan pienentää 81 % sekä parantaa säteilyhyötysuhdetta 2.8 dB 900 MHz:n taajuudella verrattuna perinteiseen antennirakenteeseen. Lisäksi työssä on tutkittu balansoitujen antennien soveltuvuutta matkapuhelimiin. Balansoituja antenneja voidaan käyttää kohteissa, jotka tarvitsevat suurta antennien välistä sähkömagneettista isolaatiota. Lisäksi joissain tapauksissa balansoituja antenneja voidaan käyttää pienentämään antennin ja käyttäjän välistä vuorovaikutusta. Balansoitujen antennien käyttö rajoittuu kuitenkin korkeahkoille, yli 2 GHz taajuuksille kaistanleveysrajoitusten takia. Lopuksi työssä esitetään uudentyyppinen aaltoloukkuihin perustuva rakenne, jolla voidaan pienentää merkittävästi sähkö- ja magneettikenttiä puhelimen rungon päädyssä ja siten parantaa kuulolaiteyhteensopivuutta.