Ympäristölle epäherkät matkaviestinantennit

Abstract

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.

The main emphasis of this licentiate thesis is in investigating and developing novel mobile terminal antennas having optimal performance in different operating environments. The mobile terminal antenna should work efficiently regardless whether the user is in the vicinity of the antenna or not. In addition, the electromagnetic radiation absorbed by the user should be as small as possible.

First, the effect of the user's hand on the antenna performance is studied, and a novel antenna shielding method to decrease the effect of the hand and head is developed. It is shown that the shielding structure can decrease specific absorption rate (SAR) in the head by 81% at 900 MHz and the corresponding improvement in radiation efficiency is 2.8 dB compared to the tradiational antenna. Secondly, the feasibility of balanced antenna structures in mobile terminals is investigated. The balanced antennas can be used in applications requiring high electromagnetic isolation between multiple antenna elements. It is also shown that in some cases the electromagnetic interaction between the antenna and the user can be decreased by using a balanced antenna instead of an unbalanced one. However, the use of balanced antennas is typically limited to higher UHF frequencies, over 2 GHz. Finally, a novel method to control the electromagnetic near fields of a mobile terminal by using wavetraps is introduced. Wavetraps can be used to significantly decrease the electric and magnetic fields at the open end of the chassis of the terminal and thus improve the hearing-aid combitibility.