JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

Wireless systems can be characterized with materials surrounding them. Different materials react uniquely to radio waves. This effect becomes further noticeable in high frequencies. Therefore, reflection properties of these materials are important for designing indoor wireless systems of the future. This work focuses on measuring and studying the reflection quality of five common building materials in the frequency bands of 6–50 GHz and 110–170 GHz. The former frequency band also covers all possible polarization permutations. For the first measurement set, two dual polarized antennas and a 4 port vector signal analyzer (VNA) were used. The latter measurements required two 110–170 GHz linear polarized antennas, frequency extenders and 4 port VNA, as well. Averaging is applied to results to eliminate outliers caused by measurement noise.

The theory part covers antennas and their fundamentals such as radiation pattern and beamwidth. Following the radiation pattern, the antennas were placed at the minimum distance from the material samples to get the far field results. S-parameters is also discussed, which is important for the measurements. The dual polarized measurements use four ports to get both co- and cross-polarizations results. The 110–170GHz measurements only need two ports for the measurements, because of one type of polarization.

Rakennusmateriaalien heijastuslisäyshäviön mittaukset 5 GHz–170 GHz vaihtelevilla kulmilla

Tiivistelmä

Langattomat järjestelmät voidaan luonnehtia niitä ympäröivillä materiaaleilla. Eri materiaalit reagoivat yksilöllisesti radioaalloille. Tämä vaikutus tulee entisestään havaittavaksi korkeilla taajuuksilla. Siksi näiden materiaalien heijastusominaisuudet ovat tärkeitä tulevaisuuden langattomien sisäjärjestelmien suunnittelussa. Tämä työ keskittyy viiden yleisen rakennusmateriaalin heijastuslaadun mittaamiseen ja tutkimiseen taajuusalueilla 6–50 GHz ja 110–170 GHz. Ensimmäinen taajuuskaista kattaa myös kaikki mahdolliset polarisaatiopermutaatiot. Ensimmäisessä mittaussarjassa käytetään kahta kaksoispolarisoitua antennia ja 4-porttista piirikonetta. Jälkimmäisiin mittauksiin käytettiin kahta 110–170 GHz lineaaripolarisoitua antennia ja taajuuslaajentimia. Mittaustulosten analysoinnissa käytettiin keskiarvoistusta pienentämään kohinaisten mittaustulosten vaihtelua.

Teoriaosuudessa käsitellään antenneja ja niiden perusteita, kuten säteilykuviota ja keilanleveyttä. Säteilykuvion mukaisesti antennit asetettiin minimietäisyydelle materiaalinäytteistä kaukokentän tulosten saamiseksi. Myös S-parametreja käsitellään, mikä on tärkeää mittausten kannalta. Kaksoispolarisoidut mittaukset käyttävät neljää porttia saman polarisaatio tuloksien ja ristipolarisaatioiden tuloksien saamiseksi. 110–170 GHz mittaukset tarvitsevat vain kaksi porttia mittauksiin yhden polarisaation vuoksi.