Uusi digiantenni voi mullistaa tulevaisuuden matkapuhelimet

Aalto-yliopiston radiotieteen- ja tekniikan tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jonka ansiosta antennien käytössä siirrytään analogisesta digitaaliseen maailmaan. Nykyisin käytössä olevat antennit perustuvat pääosin puoli vuosisataa vanhaan tekniikkaan.

– Perinteisesti yksi antenni toimii yhdellä tai muutamalla taajuudella. Nyt voimme hyödyntää kehittynyttä digitaalielektroniikkaa ja yhdistää useita pieniä antennielementtejä toimimaan yhtenä antennina, joka saadaan digitaalisesti toimimaan millä tahansa taajuudella. Tällöin esimerkiksi monet älypuhelimen sovellukset, kuten GPS, Bluetooth ja Wi-Fi eivät enää tarvitse omia antennejaan, vaan kaikki puhelimen tiedonsiirto voi tapahtua yhden, digitaalisesti ohjattavan antennin kautta. Tämä helpottaa osaltaan puhelimen suunnittelua ja mahdollistaa suuremman kosketusnäytön puhelimen kokoon suhteutettuna, koska antenneille ei tarvita yhtä paljon tilaa, tohtorikoulutettava Jari-Matti Hannula toteaa.

Uuden antennin avulla on myös mahdollista saavuttaa seuraavan sukupolven matkaviestintälaitteille asetettu tiedonsiirtonopeustavoite, joka on 100–1 000-kertainen nykyiseen verrattuna. Lisäksi akun kesto paranee, kun uudella menetelmällä saavutetaan aiempaa korkeampi hyötysuhde.

Antennin ohjaus vaatii uuttaa tekniikkaa

Uuden menetelmän ansiosta antennista voidaan tehdä entistä laajakaistaisempi, mikä johtaa suurempaan tiedonsiirtonopeuteen ja parempaan kuuluvuuteen. Antenneissa voidaan myös luopua analogiakomponenteista, joiden avulla perinteiset antennit viritetään toimimaan halutulla taajuudella. Tämä helpottaa antennisuunnittelua ja mahdollistaa aiempaa pienikokoisemmat ja säteilyhyötysuhteeltaan tehokkaammat antennit.

Perinteisellä tekniikalla suunnitelluissa antenneissa on mahdollista saavuttaa joko laaja taajuuskaista tai korkea hyötysuhde, mutta ei molempia samanaikaisesti. Antennien säteilyhyötysuhde on viime aikoina mennyt huonompaan suuntaan, sillä matkapuhelimien käyttämä taajuuskaista on jatkuvasti kasvanut. Huono säteilyhyötysuhde johtaa lyhyeen kantamaan, jota verkko-operaattorit puolestaan joutuvat kompensoimaan tiheämmällä tukiasemaverkolla. Energiaa menee hukkaan sekä puhelimessa että tukiasemassa. Lisäksi tiheän verkon rakentaminen on kallista.

Radiotekniikan professori Ville Viikari uskoo uuden menetelmän mullistavan viidennen sukupolven matkapuhelimet ja pitävän Suomen edelleen yhtenä johtavana maana matkapuhelinantennien kehityksessä. Esimerkiksi Radiotieteen- ja tekniikan laitoksella 2000-luvun alussa kehitetty antennityyppi on vallitseva nykyisissä puhelimissa. Nyt on aika luoda ratkaisut uuden sukupolven laitteille.

– Seuraava askel kehitystyössä on käynnissä, kun testit viidennen sukupolven puhelinlaitteessa on aloitettu yhdessä Huawein kanssa. Kehitämme myös Aalto-yliopiston tutkijoiden kanssa digitaalielektroniikkaa antennin ohjausta varten, Viikari toteaa.

Artikkeli menetelmän periaatteista – Concept for Frequency Reconfigurable Antenna Based on Distributed Transceivers – on julkaistu lehdessä IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. (ieeexplore.ieee.org)