Design of a 650 GHz dual reflector feed system

Hologrammia voidaan käyttää suuntaavana elementtinä kompaktissa antenni- mittauspaikassa millimetri- ja alimillimetriaaltoalueilla. Hologrammin toimintaa voidaan parantaa muotoilemalla hologrammin valaisua kaksiheijastimisella syöttöjärjestelmällä. Tässä diplomityössä on suunniteltu kaksiheijastiminen syöttö 650 GHz:n taajuudelle osana ESA:n projektia, joka tähtää 1.5 m:n antennin mittaamiseen syksyn 2006 aikana. Tässä työssä kuvataan kyseisen syöttöjärjestelmän suunnittelu ja esitellään simulointitulokset. Muotoillulle valaisulle suunniteltu hologrammi muuntaa hologrammille tulevan palloaalton tasoaaltoksi mitattavan antennin alueelle, eli ns. hiljaisele alueelle. Muotoillun valaisun -1 dB:n keilaleveys määrää suoraan hiljaisen alueen koon. Halutulla muotoillulla valaisulla on tasainen amplitudi keilan keskellä, jonka halkaisija vastaa 2 m halkaisijaltaan olevaa hiljaista aluetta, ja -10 dB:n amplituditaperointi hologrammin reunoilla. Käytettäessä muotoiltua valaisua raon leveyksien vaihtelu on peinempää hologrammin kuviossa verrattuna aiemmin käytettyyn gaussiseen valaisuun, minkä pitäisi parantaa hologrammin polarisaatio-ominaisuuksia. Heijastinpinnat laskettiin geometriseen optiikkaan (GO) perustuvalla synteesimenetelmällä ja optimoitiin simuloineilla, joissa käytettiin fysikaalista optiikkaa (PO) ja fysikaalista diffraktioteoriaa (PTD). Kaksiheijastiminen syöttöjärjestelmä on aiemmin suunniteltu 310 GHz:n taajuudelle käyttäen samaa heijastimien synteesimenetelmää. Huolimatta suuremmasta taajuudesta suunnitellulla 650 GHz:n syöttöjärjestelmällä on suurempi keilanleveys ja merkittävästi parempi keilan laatu. Simulointitulokset ovat erittäin lupaavia: -1 dB:n kailanleveys vastaa 1.96 m:n hiljaista aluetta ja amplituditaperointi hologrammin reunalla on alle -10 dB. -1 dB:n keilan alueella amplitudivaihtelu on alle 0.45 dB huipusta huippuun (0.24 dB rms) ja vaiheen poikkeama palloaallosta on alle 5° huipusta huippuun (0.8° rms).A hologram can be used as a collimating element in a compact antenna test range (CATR) at millimetre and sub-millimetre wavelengths. The performance of a hologram can be improved by modifying the illumination of the hologram with a dual reflector feed system (DRFS). A 650 GHz dual reflector feed system (DRFS) was designed as part of an ESA project aiming at the measurement of a 1.5 m antenna at 650 GHz during autumn 2006. Design of the 650 GHz DRFS is presented and simulation results are presented and compared to the desired hologram illumination. Hologram designed for the modified illumination is used only to transform the spherical wave illuminating the hologram to the planar wave in the quiet-zone (QZ). The -1 dB beam width of the illumination defines directly the -1 dB beam width of the QZ, i.e., the DRFS beam defines the QZ size. The desired illumination has flat amplitude in the middle, corresponding to a 2 m QZ diameter and -10 dB amplitude tapering on the hologram edge. Using the DRFS, the variation in slot widths in the hologram pattern is smaller compared to the previously used Gaussian illumination, which should improve the polarization performance of the hologram. The reflector surfaces were synthesized with a geometrical optics (GO) based synthesis method and optimized based on the simulations with physical optics (PO) and physical theory of diffraction (PTD). A DRFS has been previously designed with the same synthesis method for 310 GHz. The designed 650 GHz DRFS has, despite the higher frequency, wider beam and significantly better beam quality. The simulations of the designed 650 GHz DRFS show excellent results. The -1 dB beam width diameter is about 2.34 m, which corresponds to a 1.96 m QZ diameter, and the hologram edge illumination is less than -10 dB. The maximum amplitude ripple in the -1 dB beam area is 0.45 dB peak-to-peak (0.24 dB rms) and the phase deviation is 5° peak-to-peak (0.8° rms)

Syöttöjärjestelmien suunnittelu hologrammiin perustuviin kompakteihin antennimittauspaikkoihin

A designing method for feed systems for hologram-based compact antenna test ranges (CATR) is developed. A hologram-based CATR can be used to test large antennas at millimetre and submillimetre wavelengths. Feed systems are used to provide a modified illumination for the hologram. Using the modified illumination from a feed system, narrow slots can be avoided in the hologram pattern. Narrow slots are difficult to manufacture accurately and limit the polarisation properties of the hologram.Feed systems use two shaped reflector or lens surfaces to shape the radiation pattern of a feed horn. The shaped surfaces are calculated with a ray-tracing based synthesis method and iteratively optimised based on simulation results. This synthesis method was previously used to design a 310 GHz dual reflector feed system (DRFS). In this work a 650 GHz DRFS is designed as part of large antenna measurement campaign in which a large antenna was tested in a hologram-based compact antenna test range. The DRFS is measured by near-field scanning with a planar scanner at 650 GHz. The measured amplitude ripple is about 0.8 dB peak-to-peak and the phase ripple is about 15° peak-to-peak. These measurements prove that no significant design or manufacturing errors were made.The feed system design and synthesis method has been extended also for feed systems based on shaped dielectric lenses. A dual lens feed system design example is designed, with same design goals as those with the 650 GHz DRFS. The design example proves that the synthesis method can be used also for feed systems based on shaped lenses.In this thesis, the designing method for feed systems based on either shaped reflector or lenses is presented. A 650 GHz DRFS is designed, tested, and used in a hologram-based CATR.Tässä työssä kehitetään syöttöjärjestelmien suunnittelumenetelmä hologrammiin perustuviin kompakteihin antennimittauspaikkoihin. Hologrammiin perustuvaa antennimittauspaikkaa voidaan käyttää suurten antennien testaamiseen millimetri- ja alimillimetriaaltoalueella. Syöttöjärjestelmiä käytetään muotoillun valaisun aikaan saamiseksi hologrammille. Kun käytetään muotoiltua valaisua voidaan välttää kapeat raot hologrammissa. Kapeat raot ovat vaikeita valmistaa tarkasti ja rajoittavat hologrammin polarisaatio-ominaisuuksia.Syöttöjärjestelmässä käytetään kahta muotoiltua heijastin- tai linssipintaa syöttötorven säteilykuvion muokkaamiseen. Muotollut pinnat lasketaan säteenseurantaan perustuvalla synteesimenetelmällä ja optimoidaan iteratiivisesti simulaatiotulosten perusteella. Tätä synteesimenetelmää on aiemmin käytetty kaksiheijastimisen syöttöjärjestelmän suunnitteluun 310 GHz:lle. Tässä työssä kaksiheijastiminen syöttöjärjestelmä suunnitellaan 650 GHz:lle osana isoa antennimittaus kampanjaa, jossa mitataan suurikokoinen antenni hologrammiin perustuvassa anitennimittauspaikassa. Suunniteltu syöttöjärjestelmä mitataan planaarisella lähikenttämittauksella 650 GHz:n taajuudella. Mitattu amplitudivaihtelu on 0,8 dB huipusta huippuun ja vaihevaihtelu on noin 15° huipusta huippuun. Mittaukset osoittavat, että merkittäviä suunnittelu- tai valmistusvirheitä ei ole tehty.Syöttöjärjestelmäsuunnittelu ja synteesimenetelmä yleistetään myös dielektrisiin linsseihin perustuville syöttöjärjestelmille. Kaksilinssinen syöttöjärjestelmä suunnitellaan samoilla suunnittelutavoitteilla kuin 650 GHz:n kaksiheijastiminen syöttöjärjestelmä. Tämä suunnitelu esimerkki todistaa, että kyseistä suunnittelu- menetelmää voi käyttää myös linsseihin perustuvien syöttöjärjestelmien suunnitteluun.Tässä työssä esitetään suunnittelumenetelmä muotoiltuihin linsseihin tai heijastimiin perustuville syöttöjärjestelmille. Kaksiheijastiminen syöttöjärjestelmä suunnitellaan, testataan ja sitä käytetään antennimittauksissa hologrammiin perustuvassa antenni-mittauspaikassa

Ray-Optics Simulations of Outdoor-to-Indoor Multipath Channels at 4 and 14 GHz

Radio wave propagation simulations based on the ray-optical approximation have been widely adopted in coverage analysis for a range of situations, including the outdoor-to-indoor (O2I) scenario. In this work we present O2I ray-tracer simulations utilizing a complete building floor plan in the form of a point cloud. The ray-tracing simulation results are compared to measured channels at 4 and 14 GHz in terms of large scale parameters, namely path loss, delay spread and angular spread. In this work we address the importance of 1) interior walls and propagation paths originating therein, and 2) site-specific knowledge of window structure in accurately reproducing the O2I channel, particularly the presence of a thin insulating metal film on the windows. The best agreement between measurements and simulations was observed for the most detailed simulation. For both frequencies a mean error of less than 1.5 dB is reached for path loss, and a relative error of less than 10% for delay and angular spreads. Not including the metal film in simulations increases error of estimated building entry loss considerably, whereas absence of interior walls is detrimental to reproduction of large scale parameters

Path Loss Characterization for Intra-Vehicle Wearable Deployments at 60 GHz

In this work, we present the results of a wideband measurement campaign at 60 GHz conducted inside a Linkker electric city bus. Targeting prospective millimeter-wave (mmWave) public transportation wearable scenarios, we mimic a typical deployment of mobile high-end consumer devices in a dense environment. Specifically, our intra-vehicle deployment includes one receiver and multiple transmitters corresponding to a mmWave access point and passengers' wearable and hand-held devices. While the receiver is located in the front part of the bus, the transmitters repeat realistic locations of personal devices (i) at the seat level (e.g., a hand-held device) and (ii) at a height 70 cm above the seat (e.g., a wearable device: augmented reality glasses or a head-mounted display). Based on the measured received power, we construct a logarithmic model for the distance-dependent path loss. The parametrized models developed in the course of this study have the potential to become an attractive ground for the link budget estimation and interference footprint studies in crowded public transportation scenarios.Comment: 4 pages, 8 figures, 1 table, accepted to EuCAP 201

On the Frequency Dependency of Radio Channel's Delay Spread: Analyses and Findings From mmMAGIC Multi-frequency Channel Sounding

This paper analyzes the frequency dependency of the radio propagation channel's root mean square (rms) delay spread (DS), based on the multi-frequency measurement campaigns in the mmMAGIC project. The campaigns cover indoor, outdoor, and outdoor-to-indoor (O2I) scenarios and a wide frequency range from 2 to 86 GHz. Several requirements have been identified that define the parameters which need to be aligned in order to make a reasonable comparison among the different channel sounders employed for this study. A new modelling approach enabling the evaluation of the statistical significance of the model parameters from different measurements and the establishment of a unified model is proposed. After careful analysis, the conclusion is that any frequency trend of the DS is small considering its confidence intervals. There is statistically significant difference from the 3GPP New Radio (NR) model TR 38.901, except for the O2I scenario.Comment: This paper has been accepted to the 2018 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), London, UK, April 201

Capturing the value creation in public procurement : A practice-based view

Public procurement has struggled to fulfill its mission to create public value due to a narrow interpretation of value emphasizing the costs of procured goods and services. A holistic view of multidimensional value creation in the context of public procurement has received limited research attention despite a significant body of research on the potential benefits associated with public procurement. The purpose of this paper is to fill this gap by analyzing the value components and means of value creation developed through public procurement activities. We conduct a systematic literature review and content analysis of 171 research articles to determine the constituents of the value of public procurement and the practices needed to achieve them. Using the theoretical lens of the practice-based view, we propose a conceptual framework that holistically integrates different components of the value of public procurement for the public buyer, supplier, and user, along with the practices needed to achieve them. The study contributes to the literature by offering a multidimensional conceptual framework, a structured review of value components and associated practices, and the application of the practice-based view as the theoretical lens, all of which have implications for practice and theory.publishedVersionPeer reviewe

Antennien suunnittelu millimetri- ja alimillimetriaaltoalueella käyttäen säteenseurantaa

The millimetre and submillimetre wave frequency ranges have many current and potential applications for example in satellite technology and telecommunications. Electrically large antennas are needed in several applications, e.g., in order to achieve high antenna gain with a narrow beam. Reflector and lens antennas, with all dimensions large compared to the wavelength, are commonly designed using ray tracing. Ray tracing is based on a high frequency approximation of Maxwell’s equations. The main advantage of ray tracing is the decreased computational effort as compared to more accurate full-wave methods. In this thesis, ray tracing is used in both synthesis and simulation of electrically large antennas. In the first part of this thesis, a 650 GHz dual reflector feed system (DRFS) is designed, tested, and used in a hologram-based compact antenna test range (CATR). The DRFS provides shaped illumination that simplifies the hologram manufacturing. A ray-tracing based numerical synthesis method is used to design the 650 GHz DRFS. It is tested with antenna measurements prior to the compact range measurements. The designed DRFS is used successfully in a full scale compact range, in which a 1.5-m antenna is tested at 650 GHz. In the second part of this thesis, several beam-steering integrated lens antennas (ILAs) are designed with ray-tracing simulations. Antenna prototypes are designed, fabricated, and tested at 77 GHz with antenna measurements. Electrical beam steering is demonstrated with integrated feed arrays and switching networks. Also, beam-steering properties of ILAs with a wide range of different lens permittivities and feed element directivities are studied with ray-tracing simulations. Lens shapes are developed for improvement of the beam properties at large beam-steering angles. With a low permittivity ILA, an intermediate eccentricity, compared to those of the conventional hemispherical and elliptical lenses, is found to have smaller scan loss and lower side-lobes with large beam-steering angles of about 30°. Placing the feeds on a spherical surface of an extended hemispherical ILA is found to result in a beam shape and gain that remain nearly constant at beam-steering angles up to about 25°. A typical disadvantage of a beam-steering ILA is the increase of the internal reflections with the increase of the feed offset. It is shown that the extension of a low permittivity extended hemispherical ILA can be shaped to significantly reduce the internal reflections. It is also shown that it is possible to design an integrated lens antenna with low reflection loss (< 1 dB), for moderate beam-steering angles (< 15°), with any lens permittivity and with any feed element directivity. The reduction of internal reflections is based on the selection of the original ellipse radius larger than the final lens radius and designing the shape of the extension for minimal reflections.Millimetri- ja alimillimetriaaltoalueilla on monia nykyisiä ja potentiaalisia sovelluskohteita, esimerkiksi satelliiteissa ja tietoliikenteessä. Sähköisesti suuria antenneja tarvitaan monissa sovelluksissa, jotta saavutettaisiin suuri antennin vahvistus ja kapea keila. Heijastin ja linssiantennit, joiden kaikki mitat ovat suuria suhteessa aallonpituuteen, suunnitellaan yleisesti käyttäen säteenseurantaa. Säteenseuranta perustuu geometriseen optiikkaan, joka on korkean taajuuden approksimaatio Maxwellin yhtälöistä. Tärkein etu säteenseurannalla suhteessa tarkempiin menetelmiin on pienempi laskennallinen kuormitus. Tässä työssä säteenseurantaa käytetään sähköisesti suurien antennien synteesiin ja simuloimiseen. Työn ensimmäisessä osassa 650 GHz:n kaksiheijastiminen syöttöjärjestelmä suunnitellaan, testataan ja sitä käytetään hologrammiin perustuvassa antennimittapaikassa. Syöttöjärjestelmää käytetään muotoillun valaisun aikaansaamiseksi hologrammille, mikä helpottaa hologrammin valmistusta. Suunnitteluun käytetään säteenseurantaan perustuvaa numeerista synteesimenetelmää. Syöttöjärjestelmä testataan antennimittauksin ennen käyttöä. Suunniteltua syöttöjärjestelmää käytetään menestyksekkäästi täyden mittakaavan antennimittapaikassa, jossa 1,5 m:n antenni testataan 650 GHz:llä. Työn toisessa osassa suunnitellaan säteenseurantaa käyttäen integroituja linssiantenneja. Useita antenneja suunnitellaan, valmistetaan ja testataan 77 GHz:n taajuudella. Sähköinen keilankääntö demonstroidaan käyttäen integroituja syöttöryhmiä ja kytkinverkkoja. Linssien keilankääntöominaisuuksia tutkitaan säteenseurannalla vertaillen eri permittiivisyyksiä ja syötön suuntaavuuksia. Keilankääntöominaisuuksia kehitetään muotoilemalla linssiä. Kun tarkastellaan noin 30° keilankääntöaluetta, havaitaan, että matalan permittiivisyyden linsseillä paras eksentrisyys on perinteisten jatkettujen puolipallolinssien ja elliptisten linssien eksentrisyyksien väliltä. Toisaalta, jos asetetaan syöttöantennit pallomaiselle pinnalle jatketun puolipallolinssin tapauksessa, saavutetaan keilan muoto ja vahvistus, jotka pysyvät lähes vakioina 25°:n keilankääntökulmille asti. Tyypillisesti, kun syöttöantenni on kaukana linssin optisesta polttopisteestä, syntyy merkittävästi sisäisiä heijastuksia. Työssä osoitetaan, että näitä haitallisia heijastuksia voidaan merkittävästi vähentää muotoilemalla jatketun puolipallolinssin jatkos osaa. Lisäksi osoitetaan, että on mahdollista suunnitella linssin muoto siten, että heijastuhäviö on matala (< 1 dB) kohtuullisille keilankääntökulmille saakka (< 15°) käyttäen mitä tahansa linssin permittiivisyyttä tai syötön suuntaavuutta. Heijastuhäviöiden vähentäminen perustuu siihen, että valitaan alkuperäisen ellipsin pikkuakseli lopullista linssin sädettä suuremmaksi ja että linssiä muotoillaan heijastusten minimoimiseksi

RYÖMINTÄTILAN RAKENNUSFYSIKAALINEN TARKASTELU LÄMPÖMALLIN AVULLA

Tämä opinnäytetyö tehtiin toimeksiantona Perustava Oy:lle. Yritys on Suomen suurin paikalla valettavien betoniperustusten urakointiin erikoistunut rakennusalan yritys. Tässä työssä tarkastellaan pientalon tuulettuvan ontelolaattaalapohjan ryömintätilan lämpökäyttäytymistä kahdella erilaisella tilan alapuolisella eristysratkaisulla. Lisäksi tehtävänä oli tehdä laskuri tuulettuvan alapohjan tuuletusaukkojen määrälle. Työn tuloksena selvisi tutkittavien eristysratkaisujen erot alapohjan lämpökäyttäytymisessä eri vuodenaikoina työssä käytettyjen mallisäätietojen mukaan. Eristepaksuuden kasvattaminen viilentää ryömintätilaa kesällä, mutta talvella tutkittavien eristeratkaisujen erot olivat pieniä. Tuulettuvan alapohjan mallinnuksen vaativuuden vuoksi tässä työssä on käytetty vain lämpömallilaskentaa. Tarkempia tuloksia saadakseen tulisi tarkastella myös kosteusmallia. Tuuletusaukkolaskurilla suunnittelija saa määritettyä tarvittavien tuuletusaukkojen lukumäärän niiden koon ja peiteritilän mallin mukaan.This thesis was commissioned by Perustava Oy. The company is a construction company specializing in the contracting of concrete foundations in Finland. In this paper, the thermal behavior of the dewatering space of the hollow-core slab floorboard is studied with two different under-space insulation solutions. In addition, the task was to make a counter for the number of ventilation holes in the base floor. As a result of the work, differences in the studied insulation solutions were found in the thermal conductivity of the base floor during various seasons according to the model data used in the work. Increasing the insulation thickness will cool the crawl space in the summer, but the differences in insulation solutions in the winter were small. Because of the complexity of modelling of crawl space, only thermal design calculations were used in this work. In order to obtain more detailed results, a moisture model should also be considered. With a ventilation counter, the designer gets a number of indications of the required ventilation openings according to their size and the model of the grating