Diss. Linköping : Linköpings universitet, 2007.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Uppsala universitet, 2006. / Härtill 8 uppsatser.

Artificial satellites play a vital role throughout the world today. They providea broad range of services ranging from navigation to communication and reconnaissance. As antenna technology is evolving and ground based antennas are getting smaller and smaller, the demand for on-the-move solutions is growing.These antennas can be used whilst mounted on for example, a moving vehicle,where the mechanical performance of the antenna must be sufficient for thecurrent conditions. During this project, a computer based tool that can helpengineers when iterating and optimizing a two-axis gimbal type antenna designwas created. The tool uses simulated and recorded data from road vehicles andboats to calculate the required torque on the two axes necessary to sustain communication with a geostationary satellite. When completed, the tool was easy to use and configure whilst not requiring much computational power. / Artificiella satelliter har en viktig roll i dagens samhälle. De gör att en radtjänster så som navigation, kommunikation och spaning är tillgängliga på ettsätt som annars ej vore möjligt. Samtidigt som antenner blir mindre och lättareså ökar efterfrågan på så kallade on-the-move-lösningar. Dessa antenner kananvändas under färd och ofta på fordon av olika slag. För sådana antenner är detviktigt att den mekaniska prestandan är tillräcklig för de rådande förhållandena.I detta projekt har ett datorbaserat verktyg som kan hjälpa ingenjörer att itereraoch optimera en tvåaxlig inpekare utvecklats. Verktyget använder simulerad ochinsamlad data från markfordon och båtar för att beräkna de vridmoment sombehövs på vardera axel for att bibehålla kommunikation med en geostationärsatellit. Det färdiga verktyget är enkelt att använda och konfigurera utan attkräva stor beräkningskraft.

Transmitarrays antennas (TAs) can be seen as the planar counterpart of optical lenses. They are composed of thin radiating elements (unit cells) which introduce different local phase shifts on an incident electromagnetic wave, emitted by a primary source, and re-radiate it. By properly designing the unit cells and their distribution in the TA, the properties of the incident wave, e.g. wavefront and polarization, as well as the pattern of the radiated field can be tailored. Moreover, TAs are suited to low-cost multilayer fabrication processes, e.g. printed circuit board (PCB) technology, and can achieve electronic reconfiguration embedding diodes. Therefore, TAs are natural and cost-effective candidates for applications requiring to steer and shape the antenna beam, such as satellite communications (Satcom) and future terrestrial wireless networks. For instance, satellite antennas radiate contoured beams to cover specific Earth regions, whereas Satcom ground terminals and mobile base stations require very directive beams compliant with prescribed radiation masks. In many cases, the amplitude of the field impinging on the TA is fixed and the TA phase profile, i.e. the spatial distribution of the phase-shifting elements, is the only parameter that can be designed to generate the desired radiation pattern. Thus, versatile, efficient and robust phase-only synthesis methods are essential. Closed-form expressions for the phase profile can be derived only in a few cases and for specific targeted far-field patterns. On the other hand, synthesis approaches based on global optimization techniques, such as genetic algorithms, are general purpose but their convergence and accuracy is often poor, despite the long computation time. In this thesis, a mathematical approach for the phase-only synthesis of TAs using convex optimization is developed to solve diverse pattern shaping problems. The use of convex optimization ensures a good compromise between the generality, robustness and computational cost of the method.First, a model for the analysis of the TA is presented. It accurately predicts the antenna radiation pattern using the equivalence theorem and includes the impact of the spillover, i.e. the direct radiation from the TA feed. Then, the TA synthesis is formulated in terms of the far-field intensity pattern computed by the model. The phase-only synthesis problem is inherently non-convex. However, a sequential convex optimization procedure relying on proper relaxations is proposed to approximately solve it. The accuracy of these sub-optimal solutions is discussed and methods to enhance it are compared. The procedure is successfully applied to synthesize relatively large TAs, with symmetrical and non-symmetrical phase profiles, radiating either focused-beam or shaped-beam patterns, with challenging mask constraints.Finally, three millimeter-wave TAs, comprising different sets of unit cells, are designed using the synthesis procedure. The good agreement between the predicted radiation patterns and those obtained from full-wave simulations of the antennas demonstrates the precision and versatility of the proposed tool, within its range of validity. / Transmitarray antennas (TAs) är en typ av antenna som konsiderades som optiska lenser motparten. Transmitterray antennas (TAs) are a type of antenna that is considered as optical lenses counterpart.De är sammansatta av tunna strålande element eller unit cell (UCs) som introducerar olika lokala fasförskjutningar på en inkommande elektromagnetisk våg och stråla ut den igen. They are composed of thin radiating elements or unit cells (UCs) that introduce different local phase shifts on an incoming electromagnetic wave and radiate it out again.Den här vågen kommer från en primär elektromagnetisk källa. This wave comes from a primary electromagnetic source.Syftet med detta examensarbete är att bestämma hur man ska UC placera för att skapa en önskad utgångsstråle.This master thesis aim is to determine how to place the UC in order to create a desired output beam.TAs är biliga att bygga och kan också vara elektroniska omkonfigurerbara med hjälp av dioder. TAs are cheap to produce and can also be electronically reconfigurable using diodes. TAs används i Satcom-domänen eller för att designa ny hög hastighet nätverk (6G).TAs are used in the Satcom domain or to design new high-speed network (6G). När man skapar en antenn, kan man stämma fas och amplitud av kompositerna för att skapa en önskad utgångsstråle. På TAs är det lite svårare.When someone create an antenna, one can tune phase and amplitude of the composants to create a desired output beam. For TAs it is a little bit more difficult.Faktiskt kan man stämma endast fas i TA- arkitektur. In fact, one can only tune the phase in the TA architecture. Så behöver vi speciell designprocedur som kallas: fassyntesSo, we need special design procedure called: phase-only synthesis.Konvex optimering är en bra kompromiss mellan metodens generalitet och uträkningstimeConvex optimization is a good compromise between generality and computation time.Här presenterar vi en fassyntes metod på skapa TAs som utstrålar en önskad stråle. Here we present a phase-only synthesis method in order to create TAs which radiate a precise beam. Metoden är baserade på konvex optimering.

A measurement equipment with the purpose of measuring the radiation pattern of antennas in the frequency interval 30-300 MHz was constructed. To perform the necessary measurements the equipment needs to be mounted on a UAV, a necessity that demands a low weight from the measurement equipment. These kinds of measurements are today done with equipment that is mounted on helicopters, making the equipment smaller and fitting it on an UAV will save cost for the persons or companies that need to utilize this service. To ensure that the system is easy to use for anyone who wants to characterize an antenna efforts were made to make the software application user friendly. The system visualizes measurement results in 2D diagrams that are simple to analyze. Since the equipment has size restrictions the computer in the system needs to be small and light. The single board computer used has computational limitations and therefore the digital signal processing must be carefully designed to both be fast and generate good measurement data. To verify the performance of the system tests and theoretical simulations where performed and compared. The tests were performed both in an echo free antenna chamber and in realistic outdoor environments with an UAV. The finished system performed well and the measurement results showed clear similarities with the theoretical simulations. The outdoor environment clearly influences the shape of an antennas radiation pattern and the need to characterize antennas in a realistic environment became clear.

Världsmarknaden för bussar växer ständigt och under 2012 har fler än 500 000 bussar producerats globalt. Utöver den växande bussmarknaden så drivs efterfrågan av internet ombord, fleetmanegment tjänster, TV, GPS, olika typer av radio och behovet av robusta tillförlitliga antenner för trådlös dataöverföring till och från bussar. Tillverkarna av bussar vill kunna erbjuda sina kunder dessa funktioner och bussoperatörerna satsar mer och mer på att kunna erbjuda trådlösa tjänster till sina kunder. Antennföretaget Smarteq Wireless ser en stor potential i denna marknad eftersom det idag inte finns något företag som uttalat satsar på antenner specifikt framtagen för bussar som kan möta kundernas krav på funktionalitet och robusthet. Utöver den potentiella marknaden så existerar också en eftermarknad som består av bussar som ständigt behöver uppdatera deras antenner. Smarteq ser här en möjlighet att utveckla en unik antennplattform anpassad till bussindustrin. Syftet med examensarbetet är att förse Smarteq med ett underlag som kan användas inför utvecklingen av den nya antennplattformen. Underlaget består av en omfattande marknadsundersökning, kravspecifikationer och en konkurrentanalys. Undersökningen syftar till att besvara vilka tekniska funktionaliteter en antennplattform för bussar bör innehålla för att attrahera tillverkare och operatörer på bussmarknaden. Arbetet har visat att det finns goda möjligheter på bussmarknaden för en ny antennplattform. Antennplattormen bör ha stöd för 4G, WiFi och GPS eftersom det har visat sig att dessa funktioner är mest efterfrågade. Den mest uppenbara delen av marknaden att fokusera på utifrån undersökningen är telematikleverantörerna. Detta eftersom de har en stark koppling till bussmarknaden där de flesta av deras system säljs dit. Att sälja en antenn tillsammans som del av ett system är enklare än att sälja antennenseparat. / The global market for buses is constantly growing and in 2012, more than 500,000 buses were produced globally. In addition to the growing bus market, the demand is driven by the Internet on board, fleetmanegment services, TV, GPS, various types of radio and the need for robust reliable antennas for wireless data transfer to and from buses. Bus manufacturers want to provide their customers with these functions and bus operators are investing more and more in order to offer wireless services to their customers. The antenna company Smarteq Wireless sees a great potential in this market because there are currently no other companies that produces antennas specifically designed for buses that can meet customer requirements for functionality and robustness. In addition to the potential market there is also an existing aftermarket consisting of buses that constantly need to update their antennas. Smarteq sees an opportunity to develop a unique antenna platform adapted to the bus industry. The aim of the project is to provide Smarteq with a theoretical basis that can be used for the development of the new antenna platform. The theoretical basis consists of an extensive market research, antenna specifications and competitor analysis. The study aims to answer which technical functionalities an antenna platform for buses should contain in order to attract manufacturers and operators in the bus market. The work has shown that there is great potential in the bus market with a new antenna platform. The antenna platform should have support for 4G, WiFi and GPS because it has been shown that these functionalities are the most requested ones. The most obvious part of the market to focus on, based on the survey is via suppliers of telematics. This is because they have a strong connection to the bus market, where most of their systems are sold. To sell an antenna together as part of a system is easier than selling an antenna individually.

Automation of the forest industry has for over 30 years been an important subject of research, which could reduce the human workload and costs significantly. However, there are still many problems to be solved, such as enabling the communication between the heavy machinery in a forest and a remote base. High speed and reliable communication is the key to automated operations and remote control of machinery. This thesis investigates the feasibility and performance of IEEE 802.11n/ac WiFi hardware to provide high-bandwidth connection in a forest. In this project, the propagation of WiFi signals in the2.4 GHz and 5 GHz bands in a typical Nordic forest environment has been simulated using specialized radio propagation software employing ray-tracing and different diffraction models to evaluate the path loss and signal strength. The simulations show that the idea is feasible if high-gain directional antennas are employed, as connections of sufficiently high speed (400+ Mbps for the 5 GHz band) can potentially be established for typical working distances,i.e. 300m. We then designed a directional antenna system and evaluated it in a real Nordic forest environment. We found that by manually aligning the antennas in a forest, reliable connections could be achieved up to 50 m without line-of-sight, however higher distances result in significantly lower speeds (13.3 Mbps at 80 m and 1.21 Mbps at 100 m) due to antenna misalignment. It is however possible to construct a more accurate, automated alignment system, which could replicate the simulation results and fully solve the problem of communication. / Automatiseringen av skogsindustrin har i över 30 år varit ett viktigt forskningsämne, med potential att kraftigt minska människans arbetsbelastning samt kostnader. Det finns dock fortfarande flera problem som behöver lösas inom ämnet, såsom kommunikationen mellan en tung skogsmaskin och en basstation. En stabil höghastighetsuppkoppling är nyckeln till automatiserad drift och fjärrstyrning av maskiner. Det här projektet undersöker möjligheterna och prestandan när IEEE 802.11n/ac WiFi-hårdvara används till att skapa ett högbandbreddsuppkoppling in en skog. Projektet examinerar hur WiFi-signaler i 2.4 GHzsamt 5 GHz-banden sprids i en typisk nordisk skog. Detta görs med hjälp av simulationer utförda i specialiserad radiovågsspridnings mjukvara som använder sig av ray-tracing och olika spridningsmodeller till analyser av signalförluster och uppkopplingens stabilitet. Simulationerna visar att lösningen kan realiseras om riktade antenner med hög förstärkning används då kan uppkopplingar med tillräckligt hög hastighet (400+ Mbps för 5 GHz-bandet) potentiellt erhållas för typiska arbetsavstånd 300 m. Därefter byggdes det ett antennsystem som examinerades i en verklig nordisk skogsmiljö. Då antennerna riktades manuellt, kunde systemet erhålla stabil och snabb uppkoppling på avstånd av upp till 50m i skogsmiljö utan sikte mellan basstation och mottagare. Vid längre avstånd blev dock hastigheterna lägre (13.3 Mbps vid 80 m och 1.21 Mbps vid 100 m) på grund av antennernas felorientering gentemot varandra. Det är dock potentiellt möjligt att kostruera ett mer exakt, automatiserad system som kan återskapa simulationsresultaten och fullständigt lösa kommunikationsproblemet.

Antenna is a key component in wireless devices such as cell phones, laptops and smartwatches. With the new generation of Wi-Fi technology: Wi-Fi 6E coming out, 1200MHz bandwidth from 5.925GHz to 7.125GHz is freed for use. Mobile devices are expected to meet the required bandwidth allocated for Wi-Fi 6E. However, electrically small antenna design for Wi-Fi 6 and 6E applications has been a challenge. Reducing the size of antennas while maintaining the performance is one major issue. The goal of this project is to evaluate different antennas and try to find the potential compact antenna that could cover Wi-Fi 6 and Wi-Fi 6E bands. In this project, we evaluated different types of electrically small antennas, explored parameters that affect antenna performance, characterized one nominated antenna in High Frequency Simulation Software(HFSS), prototyped the antenna in Altium Designer and measured the antenna performance using Network Analyzer. The measurement result shows that the proposed antenna is omni-directional, partially meet the fixed frequency requirement and has low efficiency at 2.4GHz but good efficiency at 6GHz bands. The conclusion is that the proposed antenna is good for the extended bandwidth of Wi-Fi 6 but for the whole Wi-Fi 6E the performance still needs to be improved in future work. / Antenn är en nyckelkomponent i trådlösa enheter som mobiltelefoner, bärbara datorer och smartklockor. Med den nya generationens Wi-Fi-teknik: Wi-Fi 6E kommer ut, 1200MHz bandbredd från 5,925GHz till 7,125GHz frigörs för användning. Mobila enheter förväntas uppfylla den erforderliga bandbredden som tilldelats för Wi-Fi 6E. Däremot har en elektrisk liten antenndesign för Wi-Fi 6 och 6E-applikationer varit en utmaning. Att minska storleken på antennerna samtidigt som prestandan bibehålls är en stor fråga. Målet med detta projekt är att utvärdera olika antenner och försöka hitta den potentiella kompakta antennen som kan täcka Wi-Fi 6- och Wi-Fi 6E-banden. I det här projektet utvärderade vi olika typer av elektriskt små antenner, utforskade parametrar som påverkar antennprestanda, karakteriserade en nominerad antenn i High Frequency Simulation Software (HFSS), prototypade antennen i Altium Designer och mätte antennens prestanda med hjälp av Network Analyzer. Mätresultatet visar att den föreslagna antennen är rundstrålande, delvis uppfyller kravet på fast frekvens och har låg verkningsgrad vid 2,4GHz men bra effektivitet vid 6GHz-band. Slutsatsen är att den föreslagna antennen är bra för den utökade bandbredden för Wi-Fi 6 men för hela Wi-Fi 6E behöver prestandan fortfarande förbättras i framtida arbete.

Antenna implants are used to establish a telemetry link to enable wireless data transfer, suitable for telemedicine and other medical applications. Inbody environments with water-based tissues lead to severe power absorption, making signal strength and radiation efficiency challenging yet central performance aspects of antenna implants. Fundamental performance limits exist regarding radiation efficiency; however, these limits consider theoretically ideal Hertzian dipoles. A semi-analytical model is used to evaluate the feasibility of previously determined fundamental bounds and the optimal dipole solution, both with respect to physical necessities of finite material conductivity and antenna size. This study uses a spherical model to represent a simplified in-body environment with various phantom compositions. Furthermore, the study focuses on implants operating within the Medical Implant Communication System (MICS) frequency band, but models and methods are not restricted to the considered frequency. The work contributes to the field of implantable antennas in several aspects; evaluating the feasibility of fundamental bounds, establishing more realistic performance limits, and determining the optimal dipole solution with respect to radiation efficiency. Other findings are presented in related areas, particularly concerning conductor loss and evaluation of the impedance for antennas inside a high-loss phantom. Moreover, the work presents a suggested method to measure electrically small magnetic dipole antennas. Methods and models are documented in a substantial theoretical derivation, and findings are verified using independent methods. Neglecting necessary antenna aspects like finite size and conductivity can lead to faulty conclusions on implant performance. Providing a more realistic performance target helps predict the performance of realistic antenna designs. Ultimately, increased knowledge of implanted antennas simplifies the design process to achieve high-performance implants. / Antennimplant används för att etablera en telemetrilänk som möjliggör trådlös dataöverföring, exempelvis användbart inom telemedicin och andra medicinska tillämpningar. Vattenbaserade kroppsmiljöer resulterar i kraftig absorption, vilket implicerar att signalstyrka samt strålningseffektivit blir utmanande men även centrala prestanda egenskaper för antennimplnatat. Det existerar fundamentala prestandabegränsningar för strålningseffektivitet, men dessa gränser är etablerade med hänsyn till teoretiskt ideala elementära dipoler. En semi-analytisk modell används för att utvärdera rimligheten av tidigare begränsningar samt den optimala dipolen, bägge med hänsyn till nödvändiga aspekter som ändlig konduktivitet och antennstorlek. Denna studie använder en sfärisk modell för att representera en simplifierad kroppslig miljö med olika vävnadskompositioner. Studien fokuserar på antennimplantat inom frekvensbandet dedikerat för Medical Implant Communication System (MICS) enheter, men modeller och metoder är typiskt inte begränsade inom omnämnt band. Arbetet bidrar till området för implanterbara antenner i flera aspekter; att utvärdera rimligheten av fundamentala gränser, fastställa mer realistiska prestandagränser samt bestämma den optimala dipolen med avseende på strålningseffektivitet. Andra resultat presenteras inom relaterade aspekter som metallförlust och utvärdering av en antenns last eller ingångs impedans inuti sfäriska och kroppsliga miljöer. Dessutom presenteras en metod för att mäta elektriskt små magnetiska dipoler. Metoder och modeller är dokumenterade eller demonstrerade via härledning, och centrala resultat har verifieras med oberoende metoder. Att förbise nödvändiga aspekter som ändlig storlek och konduktivitet kan leda till felaktiga slutsatser gällande prestanda. Däremot, att fastställa en mer realistisk gräns bidrar till att förutsäga prestandan i realistiska tillämpningar. I slutändan så resulterar ökad kunskap i en simplifierad designprocess som underlättar i strävan till att uppnå högpresterande antennimplantat.