Browsing by Department "Radiotieteen ja -tekniikan laitos"
Now showing 1 - 20 of 167
Results Per Page
Sort Options
Item Aalto-1 -satelliitin spektrikamerateknologian validointi avaruusympäristöön(2013-05-20) Näsilä, Antti; Viherkanto, Kai; Department of Radio Science and Engineering; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Hallikainen, MarttiTässä työssä suoritettiin Aalto-1 -nanosatelliitin spektrikameran pietso-aktuoidun Fabry–Perot Interferometrin avaruuskvalifiointi. Spektrikamera tulee olemaan Aalto-1 -satelliitin päähyötykuorma. Avaruuskvalifiointia varten suunniteltiin ja toteutettiin avaruustestikampanja, joka sisälsi lämpösyklauksen lämpökaapissa, tärinä- ja shokkitestit, taajuus- ja askelvasteiden mittaukset tyhjiössä. Lopuksi suoritettiin myös sarja testejä termovakuumikammiossa. Fabry–Perot Interferometrin suorituskyvylle asetettiin seuraavat spesifikaatiot: läpäisy 0.1–0.3, spektraalinen resoluutio 10–30 nm, spektrinen vakaus 0.2 nm/°C sekä säätönopeus < 30 ms. Tämän lisäksi vaaditiin myös selviytymistä lämpötila- (-45–65°C) ja laukaisuympäristöistä. Muutamien korjausten jälkeen Fabry–Perot -moduuli läpäisi kaikki kvalifikaatiotestit ja spesifikaatiot täytettiin, joten moduuli on kvalifioitu avaruusolosuhteisiin onnistuneesti.Item Aalto-1 nanosatelliitin S-kaistan lähetin(2013-06-10) Jussila, Jaakko; Holopainen, Jari; Department of Radio Science and Engineering; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Viikari, VilleTässä työssä esitellään Aalto-1 satelliitin S-kaistan lähettävän radion suunittelu. Aalto-1 on CubeSat-standardiin perustuva kaukokartoitussatelliitti, jossa on hyötykuormina kolme tieteellistä instrumenttia: korkearesoluutioinen AaSI sepktrikamera, säteilymittari ja plasmajarru. Spektrikamera tuottaa informaatiota jopa useita kymmeniä megatavuja yhden kuvauksen aikana, joten lähettimeltä vaaditaan suurta tiedonsiirtonopeutta. Työssä määritellään vaatimukset, jotka perustuvat CubeSat-satelliittien tehorajoituksiin, avaruusolosuhteiden haasteisiin sekä linkkibudjettisimulaatioihin. Lähetin rakennetaan kaupallisista komponteista, jotka on valittu edellä määritettyjen rajoitteiden perusteella. Lähettimen topologia perustuu Texas Instruments:n CC2500 lähetin-vastaanottimeen, RFMD:n RF5602 tehovahvistimeen ja Texas Instuments:n MSP430 mikro-ohjaimeen. RF-sovituspiirit suunnitellaan käyttäen RF-piirisimulaattoreita ja toteutetaan mikroliuskatekniikalla. Lähettimelle suunniteltiin ensimmäinen prototyyppilevy sekä kehitettiin mikro-ohjaimen ohjelmiston ensimmäinen versio. Prototyypin ensimmäiset funktionaaliset testit osoittavat, että suunniteltu lähettimen rakenne pystyy täyttämään sille asetetut vaatimukset. RF-sovituspiirien testit osoittavat, että sovituspiirien suunnitelmat vaativat jatkokehitystä, jotta lähetin pystyy tuottamaan lähetyksessä tarvittavan tehotason.Item Active and passive dielectric rod waveguide components for millimetre wavelengths(Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu, 2010) Pousi, Patrik; Lioubtchenko, Dmitri, Doc.; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Department of Radio Science and Engineering; Aalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu; Räisänen, Antti, Prof.In this thesis, active and passive dielectric rod waveguide (DRW) components have been studied and developed for millimetre wavelengths. DRW antennas made of relatively high permittivity materials like silicon and sapphire are designed and simulated with HFSS (a commercial electromagnetic structure simulator based on Finite Element Method) at frequencies up to 325 GHz. A prototype antenna for D band (110-170 GHz) has been fabricated and measured. The location of the phase centre of an antenna is an important parameter in many applications, especially when the antenna is used as a feed for a reflector. This location of the phase centre for the DRW antenna has been studied with different methods from measurement results obtained with a planar scanner at W band. A high-permittivity DRW antenna is an interesting candidate for an antenna array element. According to W-band simulations and measurements the mutual coupling between the elements is relatively low even with the distance of ∼λ ⁄ 2 as the element spacing. This makes the DRW an appealing alternative as an element for densely packed arrays. However, mutual coupling studies for antenna arrays revealed a very strong coupling phenomenon when the distance between the elements is small. At some point the power is transferred completely from the excited waveguide to the neighbouring waveguide. This phenomenon is similar to cross-talk in optical fibres. In that regime cross-talk has been utilised in many applications, e.g. in directional couplers. In this thesis a frequency selective coupler based on that strong coupling has been developed. Frequency selectivity is based on the fact, that the waveguide length required for complete power transfer depends on the frequency. The length that is required for the power to transfer from one waveguide to the other and back is also called as the beat length. A prototype coupler has been simulated, manufactured and measured at W band. The results are very promising for this type of components made of DRWs for millimetre wavelengths. Different types of DRW junctions for power division have also been studied. Such junctions can be used also for monitoring the propagating power in a DRW. Junctions can be designed for both E and H planes depending on the application. Symmetric and asymmetric Y-type junctions have been designed and studied with simulations in both planes. Active components studied in this thesis include a travelling-wave amplifier based on GaAs/AlGaAs heterostructure and a DRW phase shifter designed for ferroelectric varactors fed through Au strips, both designed for W band. A DRW travelling-wave amplifier is based on the interaction between an electron drift and an electromagnetic wave travelling in a periodic structure. Electronic gain of 10 dB/cm at 150 V/cm has been measured at 70-80 GHz. The proposed novel prototype of millimetre-wave phase shifter includes a dielectric rod waveguide with a periodic printed array of electrically small dipoles loaded with ferroelectric varactors. Measurement results of a non-tunable phase shifter prototype show that optimally a phase shift of 60 deg/dB can be obtained at W band.Item Active Dielectric Rod Waveguide(2009) Expósito Dominguez, Gonzalo; Lioubtchenko, Dmitri; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Teknillinen korkeakoulu; Helsinki University of Technology; Räisänen, Antti V.Item Advanced scanning techniques for field synthesis and near-field antenna measurements(2012) Khatun, Afroza; Laitinen, Tommi; Sierra Castaner, Manuel; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical Engineering; Vainikainen, PerttiItem Analysis of electromagnetic scattering from anisotropic impedance boundaries(Teknillinen korkeakoulu, 2008) Hänninen, Ilari; Radiotieteen ja -tekniikan laitosAnalysis of electromagnetic scattering from complex surfaces is an often encountered problem in electrical engineering. Solving such problems is usually difficult, and generally numerical solution methods are needed. Impedance boundary condition (IBC) can often be used to simplify the original scattering problem, if only the fields outside the scatterers are of interest. In this thesis the focus of the research has been on the analysis of scattering from anisotropic impedance surfaces. The research was divided into two parts. The first part concentrates on the theoretical analysis of scattering using complex boundary conditions. The Perfectly Anisotropic Boundary (PAB) is defined and a possible realization for it is introduced. Similarly, a realization for the previously introduced Generalized Soft-and-Hard Surface (GSHS) is introduced. The scattering properties of these boundaries are studied, especially regarding the polarization transforming properties. The second part of the research concentrates on the numerical analysis of scattering from anisotropic impedance boundaries. Surface integral equation formulations for the Soft-and-Hard Surface and a specific IBC surface are presented and the scattering properties of these surfaces are studied. The second part of the research also necessitated the study of the accurate numerical integration techniques, and new results regarding these are given. In scattering computations the number of unknowns often grows beyond practical limits due to the electrically large size and the complex nature of the studied objects. Thus, more efficient computational methods are needed. The Multilevel Fast Multipole Algorithm (MLFMA) is a very popular such method. In latter part of the thesis a novel and efficient way to compute the translator operator in MLFMA is introduced.Item Anisotrooppisen pallon sähköinen vaste(Aalto University, 2011) Rimpiläinen, Tommi; Wallén, Henrik; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sihvola, AriTyö käsittelee anisotrooppisten pallojen sähköistä vastetta staattisessa sähkökentässä. Tarkasteltavat pallot ovat anisotrooppisia siten, että väliaineen permittiivisyys pallon sisällä on dyadi, jonka komponentit ovat vakioita pallokoordinaatistossa. Kuvatunlaisia palloja kutsutaan työssä systrooppisiksi. Tilanteessa, jossa systrooppinen pallo on homogeenisessa väliaineessa, esitetään kenttäratkaisu. Ratkaisun etsimiseen käytetään menetelmää, joka on osin analyyttinen ja osin numeerinen. Kenttäratkaisua käytetään polarisoituvuusdyadin muodostamiseen.Item Anisotropy in electrostatics - Solutions for inclusions with canonical shapes(Aalto University, 2016) Rimpiläinen, Tommi; Wallén, Henrik, Dr., 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; Sihvola, Ari, Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, FinlandInclusions that take a canonical shape have a special place in electrostatics. Their analysis involves methods with great mathematical subtlety and rigor. Where an arbitrarily shaped inclusion can only be solved with a method that involves approximation, some of the canonical shapes permit an approach that leads to an exact solution in a closed form. What makes canonical shapes special, is that they have a particularly simple presentation in an important class of coordinate systems. There are 11 orthogonal coordinate systems where the coordinate curves are defined by equations of second degree. In these 11 systems, the Laplace equation is separable. The particular canonical shapes that the thesis studies are spheres, spheroids, and ellipses. In their corresponding coordinate systems, they correspond to surfaces with a fixed coordinate. Because these three systems allow the Laplace equation to separate, much work can be done analytically before involving approximation or computation. Some of the presented solution in the thesis are exact and others are semi-analytical. Although solutions for inclusions with the three canonical shapes exist in the literature, the thesis goes beyond the existing work by generalizing the materials of the inclusions. In all of the enclosed articles, the material of the inclusion is assumed to be anisotropic and inhomogeneous. More specifically, it is assumed that the axes of anisotropy correspond to the coordinate unit vectors of the relevant coordinate system. The term radial anisotropy has been used in the literature to refer to anisotropy in the spherical coordinates when the tangential components are equal but possibly differ from the normal component. The thesis employs a similar concept in spheroidal and elliptic systems. In the spherical coordinate system, the thesis relaxes the assumption that the two tangential components must be equal. The resulting inclusions is referred to as the systropic sphere.Item Anomalous absorption, plasmonic resonances, and invisibility of radially anisotropic spheres(American Geophysical Union, 2015) Wallén, Henrik; Kettunen, Henrik; Sihvola, Ari; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Department of Radio Science and Engineering; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical EngineeringThis article analyzes the response of a sphere with radially anisotropic permittivity dyadic (RA sphere), in both the electrostatic and full electrodynamic settings. Depending on the values and signs of the permittivity components, the quasistatic polarizability of the RA sphere exhibits several very different interesting properties, including invisibility, field concentration, resonant singularities, and emergent losses. Special attention is given to the anomalous losses that appear in the case of certain hyperbolic anisotropy values. We show that their validity can be justified in a limiting sense by puncturing the sphere at the origin and adding a small imaginary part into the permittivity components. A hyperbolic RA sphere with very small intrinsic losses can thus have significant effective losses making it an effective absorber. With different choices of permittivities, the RA sphere could also perform as a cloak or a sensor. The Mie scattering results by an RA sphere are used to justify the quasistatic calculations. It is shown that in the small parameter limit the absorption efficiency of an RA sphere is nonzero for certain lossless hyperbolic anisotropies. The absorption and scattering efficiencies agree with the quasistatic calculations fairly well for spheres with size parameters up to 1/3.Item Antenna design for a metal-cover mobile phone(2011) Heiskanen, Janne; Koskinen, Rami; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical Engineering; Räisänen, AnttiTämä työ käsittelee antennin suunnittelua, toteutusta ja mittauksia metallikuoriseen matkapuhelimeen. Puhelimen pääantenni sijaitsee laitteen alapäässä ja kattaa neljä GSM- ja viisi UMTS-taajuuskaistaa. Ongelmat liittyivät alumiiniseen kuorirakenteeseen, joka on sähköä johtavaa materiaalia. Tässä työssä ensin esitellään antenniin liittyviä säteilyparametreja ja antennityyppejä. Antenniin liittyviä systeemi- ja muita vaatimuksia tutkitaan seuraavaksi. Käsi- ja päävaimennuksella on osoitettu olevan suuri merkitys matkapuhelimen radion suorituskykyyn. Tässä työssä suunniteltiin, toteutettiin ja mitattiin matkapuhelimen solukkoverkon antenni. Toteutetusta antennista mitattiin kaikki suorituskykyä kuvaavat parametrit mukaan lukien TRP, TRS, SAR ja HAC. Mittauksissa käytetään myös pää- ja käsimalleja Työn tulosten perusteella huomattiin, että hyvä suorituskyky on saavutettavissa vapaassa tilassa. Samoin pään vieressä vaimennus oli hyväksyttävä ja vaatimukset täytettiin, mutta käsivaimennus oli aika suuri. Kaikkien mittausten jälkeen matkapuhelimen simulointimalli tehtiin vastaamaan tarkasti lopullista tuotetta. Tulokset osoittivat hyvin samoja tuloksia, paitsi antennin taajuusvaste alataajuuksilla oli ylävireinen. Tuloksista voi huomata, että simuloimalla pystyy saavuttamaan hyvän suorituskykyarvion ennen varsinaista prototyyppiä.Item Antenna measurement uncertainties in anechoic chamber(2010) Häkkinen, Sami; Airos, Esa; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical Engineering; Vainikainen, Pertti|Räisänen, AnttiRadiotaajuiset mittaukset heijastuksettomassa huoneessa ovat olennainen osa laitteistojen suunnittelu- ja verifiointivaihetta. Säteilevän tehon mittauksissa, erityisesti mitattaessa antennien ominaisuuksia heijastuksettomassa huoneessa, tulee huoneen, mittauslaitteiden ja mittausprosessien epävarmuus- ja virhetekijät tuntea riittävällä tarkkuudella, jotta voidaan saavuttaa tieteellisesti laadukkaita tuloksia. Tämän lisäksi on tarpeen tietää mitä rajoitteita käytettävissä oleva mittausympäristö aiheuttaa ja miten ne voidaan huomioida. Tämän tutkimuksen päällimmäisenä tavoitteena oli selvittää nämä epävarmuustekijät. Tutkimus jakaantuu teoreettiseen ja kokeelliseen osaan. Teoriaosiossa on esitelty epävarmuusanalyysin yleiset periaatteet, antennien mittaamiseen liittyvät käytännöt ja tunnetut epävarmuudet sekä käsitelty antennimittauspaikkoja ja niiden evaluointiin soveltuvia testausmenetelmiä. Kokeellinen osio sisältää heijastuksettoman huoneen VSWR-menetelmällä tehtävät evaluointimittaukset, joissa on selvitetty huoneen absoluuttinen heijastuvuustaso taajuuden funktiona. Mittaukset on tehty 1 - 10 GHz:n taajuusalueella suuren ja matalan vahvistuksen antennien horisontaali- ja vertikaalipolarisaatioilla siten, että huoneen eri kulmista tulevat heijastukset on saatu kartoitettua kattavasti. Epävarmuustarkastelu tehtiin eristämällä mittauksien virhelähteet mahdollisuuksien mukaan laskemalla tai arvioimalla niille yksilölliset epävarmuudet. Nämä epävarmuudet pyrittiin koostamaan yhdeksi kokonaisepävarmuutta kuvaavaksi luvuksi. Heijastuksettoman huoneen evaluointimittaukset eivät suoranaisesti mahdollista tilastollista epävarmuustarkastelua, sillä tarvittavan luotettavuuden takaamiseksi peräkkäisiä mittauksia pitäisi tehdä useita. Tähän ei päästy kuin osittain suuren mittausmäärän ja rajallisen aikataulun vuoksi. Tuloksena on saatu kattava kuva heijastuksettoman huoneen toimivuudesta niin formaaleilla käyttötaajuuksilla kuin sen optimaalisen toimintataajuuden alapuolella. Työn pohjalta voidaan laatia PVTT:n antennimittauspaikalla tehtäville antennimittauksille mittausprosessi, jossa huomioidaan tässä työssä havaittujen ilmiöiden ja epävarmuuksien vaikutukset. Lisäksi työn tuloksilla on varmennettu heijastuksettoman huoneen valmistajan spesifikaatioiden oikeellisuus.Item Antenna tuning for WCDMA RF front end(2012) Sidhwani, Reema; Peltonen, Janne; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Tirkkonen, OlavModern mobile handsets or so called Smart-phones are not just capable of communicating over a wide range of radio frequencies and of supporting various wireless technologies. They also include a range of peripheral devices like camera, keyboard, larger display, ash-light etc. The provision to support such a large feature set in a limited size, constraints the designers of RF front ends to make compromises in the design and placement of the antenna which deteriorates its performance. The surroundings of the antenna especially when it comes in contact with human body, adds to the degradation in its performance. The main reason for the degraded performance is the mismatch of impedance between the antenna and the radio transceiver which causes part of the transmitted power to be reflected back. The loss of power reduces the power amplifier efficiency and leads to shorter battery life. Moreover the reflected power increases the noise floor of the receiver and reduces its sensitivity. Hence the over performance of the radio module in terms of Total Radiated Power and Total Isotropic Sensitivity, gets substantially degraded in the face of these losses. This thesis attempts to solve the issue of impedance mismatch in RF front-ends by introducing an adaptive antenna tuning system between the radio module and the antenna. Using tunable reactive components and by intelligently controlling them through a tuning algorithm, this system is able to compensate the impedance mismatch to a large extent. The improvement in the output power and the reduction in the Return Loss observed in the measurements carried out for WCDMA, as part of this thesis work, confirm this. However, the antenna tuner introduces an insertion loss and hence degrades the performance in perfect match conditions. The overall conclusion is that the adaptive antenna tuner system improves the performance much more than it degrades it. Hence it is an attractive solution to be included in mobile terminals on a commercial scale.Item Antennas for smart radio systems at micro- and millimeter-wave frequencies(2014) Semkin, Vasilii; Saily, Jussi; Räisänen, Antti; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Räisänen, AnttiDuring the last years the demand for high data rate mobile communications is permanently increasing. High capacity radio systems with better coverage, high transmission quality and more efficient use of the radio spectrum are required. The need for the new radio systems drives developments in millimeter-wave frequencies. Smart radio systems, which can be a good option to improve the system's capacity, comprise several research areas such as antenna design, signal processing algorithms, channel modelling and coding. In this thesis, micro-and millimeter-wave antenna designs, scattering properties of different surfaces, and radio wave propagation modelling in indoor environments are studied. The first part of the work deals with antennas and starts with the characterization of a printed inkjet monopole antenna on different metallic platforms. The information obtained during measurements shows that the realized gain of the antenna can be increased if the antenna is disposed on a metallic platform. This peculiarity can be used in millimeter-wave identification systems. In this work the performance of reconfigurable fluidic and conformal antennas are studied. The size and shape of liquid metal radiating element can be changed in order to modify the directional pattern of the antennas. Conformal antennas with a beam switching network can be used to improve the system capacity. In the second part of the thesis radio wave propagation at millimeter-wave frequencies was studied. In this work empirical characterization of scattering patterns of two built surfaces, i.e. brick and glass wall, was done. This information can be utilized in geometry-based channel modelling. In addition, we performed ray tracing simulations with the antenna structures developed in the first part of the thesis, in a conference room scenario to estimate optimum antenna configuration. To evaluate realistic conditions of radio wave propagation in indoor environments, human shadowing was also considered. It was shown that the preliminary information about radio wave propagation in the defined scenario can be obtained by performing ray tracing simulations and realistic antenna configurations can be replaced with Gaussian shaped antenna patterns before final antenna design development.Item Antennin suorituskyky taivutettavissa mobiililaitteissa(2012) Rasilainen, Kimmo; Ilvonen, Janne; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Räisänen, AnttiTässä 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.Item Antenniparametrien laskenta sähkömagnetiikan pintaintegraaliyhtälöillä(Helsinki University of Technology, 2009) Kiminki, Sami P.; Ylä-Oijala, Pasi; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Nikoskinen, KeijoPintaintegraaliyhtälömenetelmää käytetään laskennallisessa sähkömagnetiikassa yksinkertaistamaan monimutkaisia ongelmia. Menetelmä muuntaa Maxwellin osittaisdifferentiaaliyhtälöt pintaintegraaliyhtälösysteemiksi, jossa tuntematon kenttä esitetään kentän pintaintegraalina yli materiaalirajapintojen. Menetelmää voidaan käyttää ratkaisemaan ongelmia, jotka voidaan jakaa äärelliseen määrään osa- alueita, joissa materiaali on vakio. Menetelmän vahvuus on siinä, että vain osa-alueiden reunapinnat tarvitsee esittää numeerisesti. Lisäksi menetelmän vahvuutena on se, että kentän säteily ympäröivään vapaaseen avaruuteen toteutuu automaattisesti oikein, mikä johtaa hyvään tarkkuuteen vapaan tilan sironta- ja antennitehtävissä. Tässä työssä käsitellään numeerista sähkömagneetiikan simulointia pintaintegraaliyhtälömenetelmällä. Alussa menetelmän teoreettinen tausta käydään läpi ja siihen tehdään oma tulkinta. Seuraavaksi käydään läpi työkalut ja vaiheet, joita tarvitaan ongelmien numeeriseen ratkaisemiseen menetelmällä. Työssä myös toteutettiin C-kielellä ohjelmoitu EFIE-PMCHWT-formulaation mukaisten yhtälöiden numeerinen ratkaisija, jossa käytetään RWG-funktioita ja momenttimenetelmää ratkaisemaan mielivaltainen paloittain homogeeninen ongelma, jossa voi olla metallisten ja dielektristen alueiden välisiä materiaaliliitoksia. Ratkaisijaa lopulta käytetään dipoliantennin ja mikroliuska-antennin antenniparametrien laskentaan.Item Artificial impedance surfaces(Teknillinen korkeakoulu, 2009) Luukkonen, Olli; Radiotieteen ja -tekniikan laitosIn this doctoral thesis the properties of certain artificial impedance surfaces and electromagnetic materials are studied. In the context of the thesis the word artificial refers to the electromagnetic properties of homogeneous surfaces and materials, that are not naturally observed in nature. The macroscopic electromagnetic properties of these homogeneous materials are determined by their microscopic structures. Therefore it is convenient to call these surfaces and materials also as metasurfaces and metamaterials, which are the common names in the literature for the surfaces and materials studied in this doctoral thesis. This work concentrates on the analytical modeling and applications of such structures. The purpose of the analytical models of artificial impedance surfaces is to understand the physical properties of the structures and to facilitate the use of these structures in different applications. Sometimes the information given by the analytical models leads to innovations and new findings. For the artificial impedance surfaces studied in this doctoral thesis there have been no accurate and physically exact models available in the literature. In this work we have derived analytical models for various artificial surfaces and verified them to be accurate by numerical and experimental methods. We have used these models in the thesis work to study the properties of these surfaces. Further, we have used the derived analytical models to design different applications based on the artificial impedance surfaces. I have also been able to show the existence of previously unknown plasmonic resonance in electrically thin artificial impedance surface structures. The results of this doctoral thesis bring more insight into the properties of artificial impedance surfaces. These results are important when designing novel impedance surfaces and applications based on these surfaces.Item Asennonsäätöjärjestelmän toteutus 3-akselistabiloituihin nanosatelliitteihin(2012) Tikka, Tuomas; Syrjäsuo, Mikko; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Hallikainen, MarttiTyössä luodaan menettelytapa 3-akselistabiloitujen nanosatelliittien asennonsäätöjärjestelmän toteutukselle. Menettelytapa perustuu eurooppalaisessa avaruusteollisuuden yleisesti käytössä olevaan ohjeistukseen, jonka perusteella on laadittu suoraviivainen opiskelijasatelliittiprojektiin soveltuva prosessi. Työn tuloksena syntynyt prosessi kuvataan yksityiskohtaisesti koostuen vaatimusmäärittelystä, järjestelmän valinnasta, hankinnasta, laadunvarmennuksesta ja operoinnista. Aalto-1 opiskelijasatelliittiprojektia käytetään esimerkkitapauksena osoittamaan menettelytavan toimivuus. Projektinlaajuisen perusteellisen vaatimusmäärittelyn tärkeys tuli ilmeiseksi Aalto-1 projektin tapauksessa, jotta sulava toteutus on mahdollista saavuttaa.Item Avaruussääinstrumentit ja mittausalustat(2013-08-30) Peitso, Pyry; Tanskanen, Eija; Department of Radio Science and Technology; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Sähkötekniikan korkeakoulu; Hallikainen, MarttiAvaruussää on Maapallon lähiavaruuden ilmiö. Sillä on useita ilmenemismuotoja, joista tunnetuin on revontulet. Avaruussää aiheuttaa haittaa kriittisille infrastruktuureille, kuten satelliiteille ja sähköverkoille. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia nykyisiä avaruussääinstrumenttejä sekä mittausjärjestelmiä ja kartoittaa niiden toimintakyky sekä heikkouksia. Magnetometri-, ionosfääri, aurinkotuuli- ja Aurinkoinstrumentaatiolle ja järjestelmille suoritetaan kattava analyysi. Lopputulokset osoittavat että nykyiset instrumentit kykenevät mittaamaan kaikkia avaruussäähän liittyviä ilmiöitä. Magnetometrimittausten peitto revontuliovaalilla ei ole riittävä tarkkaan avaruussäätutkimukseen, sillä magneettikenttää ei kyetä mittaamaan merellä. Ionosfäärimittauksilla on samanlaisia ongelmia maantieteellisen peiton kanssa ja niistä on saatavilla lyhyempiä aikasarjoja. Aurinko- ja aurinkotuulimittaukset ovat keskittyneet pienelle määrälle satelliitteja jotka ovat kalliita ja hankalia korvata. Lopputuloksina suositellaan CubeSat-satelliittien kyytiin asennettavien magnetometrien testausta, vedenalaisten magnetometrien käyttöönottoa sekä parannuksia ionosfäärin ja magnetosfäärin mittauspeitossa. Kykyä suorittaa jatkuvia Aurinko- ja aurinkotuulimittauksia avaruuteen sijoitetuilla järjestelmillä pitäisi myös ylläpitää.Item Becoming an electrical engineer: a mixed methods study of electrical engineers' studies and career(Aalto University, 2013) Keltikangas, Kirsti; Ropo, Eero, Professor, University of Tampere, Finland; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Department of Radio Science and Engineering; Sähkötekniikan korkeakoulu; School of Electrical Engineering; Sihvola, Ari, Professor, Aalto University, FinlandEngineers are regarded as analytic problem-solvers and experts in their specific technical fields. This substantive expertise is acquired during engineering studies, whereas personal and professional competences are largely adopted after graduation. The on-going changes in society require that such qualifications be learnt faster, and thereby technical universities need to ‘produce’ graduates with better qualifications for working life. Yet, there is not enough knowledge of how engineers gain the seeds in expertise and professional competences in higher engineering studies. Furthermore, universities need more research-based data on ways which professional competences could more effectively be integrated into the curriculum design. This research examines electrical engineers, their education and careers. In particular, it describes experiences that electrical engineers have gained from their studies, expertise, professional competences, and careers in working life. The data for the study were collected and analysed with a mixed methods approach. Quantitative data were collected by means of survey questionnaires. The first survey (N=99) was sent to engineers graduated from the Department of Electrical and Communications Engineering at Helsinki University of Technology. The students at the Department (N=120) whose studies had been delayed, comprised the sample in the second survey. Finally, 12 interviews of graduated electrical engineers were conducted and turned into narrative stories with a qualitative, narrative approach. The results show that a foundation in engineering knowledge is built during the university studies, when students in general adapt an engineering mindset and identity. Such learning draws from their scientific studies, for instance, in mathematics and physics. The findings suggest that the respondents in the surveys and in the narrative stories were generally satisfied with their studies at the Department. Still, they criticised mass lecturing and claimed that teaching should have been more interactive. They also expressed that students could be regarded more as individuals. The narrative stories reveal that electrical engineers in working life become experts but not necessarily in electrical engineering. They acquired new competences e.g. in financial management, HR, or budgeting, and currently manage a group of experts in their industry. The results indicate there is a need to enhance knowledge of pedagogies incorporating expertise and professional competencies more systematically into the engineering education.Item Bordered Block-Diagonal Preserved Model-Order Reduction for RLC Circuits(Aalto University, 2011) Xu, Lei; Honkala, Mikko; Radiotieteen ja -tekniikan laitos; Valtonen, MarttiThis thesis details the research of the bordered block-diagonal preserved model-order reduction (BVOR) method and implementation of the corresponding tool designed for facilitating the simulation of industrial, very large sized linear circuits or linear sub-circuits of a nonlinear circuit. The BVOR tool is able to extract the linear RLC parts of the circuit from any given typical SPICE netlist and perform reduction using an appropriate algorithm for optimum efficiency. The implemented algorithms in this tool are bordered block-diagonal matrix solver and bordered block-diagonal matrix based block Arnoldi method.
