Dispersion of Hybrid Electromagnetic-Spin Waves in the Slotline

The presented thesis is devoted to investigation of wave processes in hybrid ferrite / ferroelectric structures. Spin wave devices based on ferrite films have such disadvantages, as huge size of the magnetic systems, low tuning velocity, considerable power inputs for parameters control that limits possible device applications. The considered layered structures allow to overcome the disadvantages mentioned and to promote the development of novel class of tunable microwave devices. The proposed theoretical analysis is intended to construct a model of hybrid electromagnetic-spin waves. Based on the theoretical analysis the experimental investigations were carried out. The experimental resonance characteristics of ferrite / ferroelectric resonator were obtained and their tunability by means of magnetic and electric field was demonstrated.

Electromagnetic and thermal design of a multilevel converter with high power density and reliability

Electric energy demand has been growing constantly as the global population increases. To avoid electric energy shortage, renewable energy sources and energy conservation are emphasized all over the world. The role of power electronics in energy saving and development of renewable energy systems is significant. Power electronics is applied in wind, solar, fuel cell, and micro turbine energy systems for the energy conversion and control. The use of power electronics introduces an energy saving potential in such applications as motors, lighting, home appliances, and consumer electronics. Despite the advantages of power converters, their penetration into the market requires that they have a set of characteristics such as high reliability and power density, cost effectiveness, and low weight, which are dictated by the emerging applications. In association with the increasing requirements, the design of the power converter is becoming more complicated, and thus, a multidisciplinary approach to the modelling of the converter is required. In this doctoral dissertation, methods and models are developed for the design of a multilevel power converter and the analysis of the related electromagnetic, thermal, and reliability issues. The focus is on the design of the main circuit. The electromagnetic model of the laminated busbar system and the IGBT modules is established with the aim of minimizing the stray inductance of the commutation loops that degrade the converter power capability. The circular busbar system is proposed to achieve equal current sharing among parallel-connected devices and implemented in the non-destructive test set-up. In addition to the electromagnetic model, a thermal model of the laminated busbar system is developed based on a lumped parameter thermal model. The temperature and temperature-dependent power losses of the busbars are estimated by the proposed algorithm. The Joule losses produced by non-sinusoidal currents flowing through the busbars in the converter are estimated taking into account the skin and proximity effects, which have a strong influence on the AC resistance of the busbars. The lifetime estimation algorithm was implemented to investigate the influence of the cooling solution on the reliability of the IGBT modules. As efficient cooling solutions have a low thermal inertia, they cause excessive temperature cycling of the IGBTs. Thus, a reliability analysis is required when selecting the cooling solutions for a particular application. The control of the cooling solution based on the use of a heat flux sensor is proposed to reduce the amplitude of the temperature cycles. The developed methods and models are verified experimentally by a laboratory prototype.

Induktiosilmukka kuulolaitteen käyttäjän apuvälineenä

Tämä insinöörityö tehtiin Kuulonhuoltoliitto ry:n Esteetön kuuntelu -projektille. Työ käsittelee kuulolaitteen käyttäjän apuvälineenä käytettäviä induktiosilmukkajärjestelmiä. Induktiivisen äänensiirtojärjestelmän avulla huonokuuloinen saa kuunteluympäristöstään paremman signaali-kohinasuhteen ilman tilan kaikua ja taustahälyä. Tämä helpottaa kuuntelua esimerkiksi puhetilaisuuksissa. Työn tarkoituksena oli päivittää aiempia tutkimuksia kokoamalla uusin tietous induktiosilmukoiden tekniikasta. Kirjallisuustutkimuksen lisäksi kartoitettiin nykyinen silmukkavahvistinkanta haastattelemalla maahantuojia ja jälleenmyyjiä. Silmukkavahvistimien hintakartoituksen tarkoituksena oli rakentaa perusteet sopivan tehoisen ja hintaisen vahvistimen hankintaa varten suunniteltaessa induktiivisella äänensiirtojärjestelmällä varustettavia tiloja. Työ tarkastelee induktiivisen äänensiirtojärjestelmän ensisijaisen kohderyhmän, kuulokojeita käyttävien huonokuuloisten keskeisiä tarpeita ja heidän käyttämäänsä apuvälinetekniikkaa. Työ käy läpi audiotekniikan perusteita, sähkömagneettisen induktioilmiön, induktiivisen äänensiirtojärjestelmän rakenteen, sen ylikuulumisongelmat ja häiriötekijät sekä IEC:n 60118-4 edition 2.0 standardin CDV-luonnoksen mukaiset periaatteelliset asennusja mittausohjeet. IEC:n tuleva standardi tekee työstä ajankohtaisen. Työn tuloksena saatua tietoa voidaan käyttää Kuulonhuoltoliitto ry:n opas- ja tiedotusmateriaalin uudistamisessa, pohjana hyvän kuunteluympäristön malliratkaisujen ja esteettömyyskriteerien soveltamisessa. Työstä on hyötyä erityisesti Kuulonhuoltoliitto ry:n vapaaehtoiskartoittajille kuten myös kenelle tahansa aiheesta syvemmin kiinnostuneelle.

GTK+ toolkit on mobile Linux devices

Linux -käyttöjärjestelmä on laajasti käytössä palvelin- ja työpöytätietokoneissa. Linux on lisäämässä suosiotaan kuitenkin myös sulautetuissa laitteissa, kuten PDA:issa, kännyköissä sekä erilaisissateollisuusjärjestelmissä. Näytön koko, suorituskyky ja käytettävyys asettavat omia erityisiä tarpeitaan laitteiden graafiselle käyttöliittymälle. Linux -käyttöjärjestelmälle on olemassa useita käyttöliittymäkirjastoja, joista GTK+ on yksi yleisimmin käytetyistä. Tämä diplomityö esittelee sulautetun Linux -käyttöjärjestelmän ja GTK+ käyttöliittymäkirjaston, selvittäen miten hyvin ne soveltuvat mobiileihin päätelaitteisiin. Yksi suurimmista esteistä työpöytäkäyttöön suunnattujen teknologioiden, kuten GTK+, muokkaamisessa mobiileihin päätelaitteisiin on suorituskyky. Osana tätä työtä kehitettiin GtkPerf -niminen työkalu, jolla GTK+:n suorituskykyä eri alustoilla pystytään helposti mittaamaan ja havaitsemaan mahdollisia pullonkauloja. Tämän työn johtopäätöksenä on, että pienillä muokkailuilla ja optimoinneilla GTK+ soveltuu myös mobiileihin päätelaitteisiin. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva GTK+ -pohjainen päätelaite, Nokia 770 Internet Tablet, on tästä osoituksena.

Suitability of Ultra Wideband for Mobile Devices

Mobiililaitteet ovat kehittyneet merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana. Ne eivät enää ole pelkästään puhelimia tai kämmentietokoneita, vaan multimediatietokoneita, jotka pystyvät tuottamaan korkealaatuisia elämyksiä käyttäjälleen.Sisällön laadun paraneminen johtaa väistämättä myös siirrettävän tietomäärän kasvamiseen. Siksi uusia, nopeampia tiedonsiirtomenetelmiä on otettava käyttöön. Ultra Wideband (UWB) on uusi radioaaltotekniikka, jokamahdollistaa korkeat tiedonsiirtonopeudet lyhyillä etäisyyksillä. Tekniikka operoi erittäin leveällä 3.1 - 10.6 gigahertsin taajuuskaistalla.UWB on suunnattu nopeaan, langattomaan tiedonsiirtoon personal area networkin (PAN) laitteiden välillä. Tämän diplomityön tarkoituksena on arvioida UWBn soveltuvuutta mobiililaitteisiin. Arviointi tehdään teoreettiselta pohjalta, sillä UWBtä ei vielä ole implementoitu kaupallisiin laitteisiin. Ensin esitellään UWBn tekniikka ja ominaisuudet, jonka jälkeen sen soveltuvuutta arvioidaan esimerkkikäyttötapausten valossa. Esimerkkikäyttötapauksiksi on valittu kolme tyypillistä mutta erilaista toimintoa, jotka mahdollisimman hyvin kuvaavat mobiililaitteiden käyttöä.

Electromagnetic Design of a Solid Steel Rotor Motor for Demanding Operation Environments

The solid-rotor induction motor provides a mechanically and thermally reliable solution for demanding environments where other rotor solutions are prohibited or questionable. Solid rotors, which are manufactured of single pieces of ferromagnetic material, are commonly used in motors in which the rotationspeeds exceed substantially the conventional speeds of laminated rotors with squirrel-cage. During the operation of a solid-rotor electrical machine, the rotor core forms a conductor for both the magnetic flux and the electrical current. This causes an increase in the rotor resistance and rotor leakage inductance, which essentially decreases the power factor and the efficiency of the machine. The electromagnetic problems related to the solid-rotor induction motor are mostly associated with the low performance of the rotor. Therefore, the main emphasis in this thesis is put on the solid steel rotor designs. The rotor designs studied in thisthesis are based on the fact that the rotor construction should be extremely robust and reliable to withstand the high mechanical stresses caused by the rotational velocity of the rotor. In addition, the demanding operation environment sets requirements for the applied materials because of the high temperatures and oxidizing acids, which may be present in the cooling fluid. Therefore, the solid rotors analyzed in this thesis are made of a single piece of ferromagnetic material without any additional parts, such as copper end-rings or a squirrel-cage. A pure solid rotor construction is rigid and able to keep its balance over a large speed range. It also may tolerate other environmental stresses such as corroding substances or abrasive particles. In this thesis, the main target is to improve the performance of an induction motor equipped with a solid steel rotor by traditional methods: by axial slitting of the rotor, by selecting a proper rotor core material and by coating the rotor with a high-resistive stainless ferromagnetic material. In the solid steel rotor calculation, the rotor end-effects have a significant effect on the rotor characteristics. Thus, the emphasis is also put on the comparison of different rotor endfactors. In addition, a corrective slip-dependent end-factor is proposed. The rotor designs covered in this thesis are the smooth solid rotor, the axially slitted solid rotor and the slitted rotor having a uniform ferromagnetic coating cylinder. The thesis aims at design rules for multi-megawatt machines. Typically, mega-watt-size solidrotor machines find their applications mainly in the field of electric-motor-gas-compression systems, in steam-turbine applications, and in various types of largepower pump applications, where high operational speeds are required. In this thesis, a 120 kW, 10 000 rpm solid-rotor induction motor is usedas a small-scale model for such megawatt-range solid-rotor machines. The performance of the 120 kW solid-rotor induction motors is determined by experimental measurements and finite element calculations.

The synchronization of personal information between mobile devices and online services by using SyncML

Monet henkilökohtaiset mobiililaitteet tarjoavat mahdollisuuden tallentaa henkilötietoja ja mahdollisuuden lyhyen kantaman radiotekniikoiden hyödyntämiseen. Vastaavasti henkilötietoja käyttävien tai vaativien verkkopalveluiden määrä on kasvussa. Mobiililaitteisiin tallennetut henkilötiedot tarjoavat potentiaalisen keinon välttää samojen henkilötietojen toistuva käsinsyöttö erilaisiin verkkopalveluihin ja keskitettyyn ajantasallapitoon. Tässä työssä käydään läpi ratkaisumalli henkilökohtaisen mobiililaitteen ja verkkopalveluiden välillä tapahtuvaan henkilötietojen siirtoon ja synkronointiin. Malli pohjautuu selainlaajennukseen, joka voi pyytää sekä selaimessa auki olevalta verkkopalvelun sivulta että mobiililta päätelaitteelta senhetkiset henkilötiedot ja synkronoida ne. Jo olemassaolevia henkilötietojen hallintaa helpottavia ratkaisuja käydään läpi arvioiden käyttökelpoisuutta tämänkaltaisiin tarpeisiin. Ratkaisumallin kannalta olennaiset tekniikat ja standardit, erityisesti Bluetooth ja SyncML, esitellään. Ratkaisumallin arkkitehtuuri käydään korkealla tasolla läpi ja esitellään toteutuksen yksityiskohtia. Tuloksena on periaatteeltaan kelvollinen henkilökohtaisten tietojen synkronointijärjestelmä, jonka toteutusta nykyisten mobiilien päätelaitteiden toiminnallisuus jossain määrin hankaloittaa.

Adaptive Protocol Stacks for Mobile Devices

Tulevaisuudessa siirrettävät laitteet, kuten matkapuhelimet ja kämmenmikrot, pystyvät muodostamaan verkkoyhteyden käyttäen erilaisia yhteysmenetelmiä eri tilanteissa. Yhteysmenetelmillä on toisistaan poikkeavat viestintäominaisuudet mm. latenssin, kaistanleveyden, virhemäärän yms. suhteen. Langattomille yhteysmenetelmille on myös ominaista tietoliikenneyhteyden ominaisuuksien voimakas muuttuminen ympäristön suhteen. Parhaan suorituskyvyn ja käytettävyyden saavuttamiseksi, on siirrettävän laitteen pystyttävä mukautumaan käytettyyn viestintämenetelmään ja viestintäympäristössä tapahtuviin muutoksiin. Olennainen osa tietoliikenteessä ovat protokollapinot, jotka mahdollistavat tietoliikenneyhteyden järjestelmien välillä tarjoten verkkopalveluita päätelaitteen käyttäjäsovelluksille. Jotta protokollapinot pystyisivät mukautumaan tietyn viestintäympäristön ominaisuuksiin, on protokollapinon käyttäytymistä pystyttävä muuttamaan ajonaikaisesti. Perinteisesti protokollapinot ovat kuitenkin rakennettu muuttumattomiksi niin, että mukautuminen tässä laajuudessa on erittäin vaikeaa toteuttaa, ellei jopa mahdotonta. Tämä diplomityö käsittelee mukautuvien protokollapinojen rakentamista käyttäen komponenttipohjaista ohjelmistokehystä joka mahdollistaa protokollapinojen ajonaikaisen muuttamisen. Toteuttamalla esimerkkijärjestelmän, ja mittaamalla sen suorituskykyä vaihtelevassa tietoliikenneympäristössä, osoitamme, että mukautuvat protokollapinot ovat mahdollisia rakentaa ja ne tarjoavat merkittäviä etuja erityisesti tulevaisuuden siirrettävissä laitteissa.

Context-based services for mobile devices

The subject of this master’s thesis was developing a context-based reminder service for mobile devices. Possible sources of context were identified and analyzed. One such source is geographical location obtained via a GPS receiver. These receivers consume a lot of power and techniques and algorithms for reducing power consumptions were proposed and analyzed. The service was implemented as an application on a series 60 mobile phone. The application requirements, user interface and architecture are presented. The end-user experiences are discussed and possible future development and research areas are presented.

Presenting HTML Content Using Mobile Devices

Tämä diplomityö käsittelee HTML-sivujen näyttämistä käytettävästi mobiililla päätelaitteella. Tutkimuskohteena on sivujen käytettävyyden parantaminen mobiilissa internetselaimessa. Diplomityössä esitetään havaittuja käytettävyysongelmia ja pohditaan ratkaisuja näihin selaimessa. Teoriataustaa tarkastellaan useista käytettävyyden näkökulmista, käyttäen apuna tutkimuksia ja teorioita. Tutkimuksiin ja teorioihin perustuen suunnitellaan selaimessa tapahtuvat muutokset, jotka mahdollistaisivat sivujen hyvän käytettävyyden. Tutkimusainestoa kerättiin aikaisimmista käytettävyystutkimuksista, suosituksista sekä tieteellisistä analyyseistä. Tarkastelun kohteena olivat myös nykyisten mobiilien internetselainten käyttämät ratkaisut havaittuihin käytettävyysongelmiin. Työn tuloksena esitetään mobiiliin selaimeen toteutettavat sääntöjoukot, jotka muovaisivat HTML-sivut käytettäväksi päätelaitteelle. Ratkaisuna annetaan ehdotuksia sisällön esittämistavalle ja pohditaan näissä syntyneitä ongelmia. Tulevaisuudessa kun sääntöjoukko on toteutettu selaimeen sillä suoritetaan käytettävyystestaukset.

Positioning Wireless Mobile Terminal Devices

Positioning techniques enable the positioning of mobile transportation vehicles. Location information can be used in transport planning as well as in vehicles. Information can also be transferred between vehicles and transport planning. For example, pickup and delivery information and route instructions can be exchanged wirelessly. In this thesis, techniques suitable for positioning vehicles are studied, as well as techniques enabling wireless connectivity of the vehicles to the transport planning system. A prototype based on one positioning and connectivity technique is implemented. As a result, a system capable of positioning vehicles is created. The vehicles can be located almost in real-time. The accuracy in positioning is sufficient to visualise the locations on a good quality 1:20000 city map.

Remote File Access with Wireless Symbian Devices

Erilaisten langattomien päätelaitteiden kuten älypuhelimien ja kommunikaattoreiden määrän lisääntyessä myös kiinnostus liikkuville käyttäjille lisäarvoa tuottavia verkkopalveluita ja -sovelluksia kohtaan kasvaa. Työn tarkoituksena oli tutkia kuinka langattomat Symbianin käyttöjärjestelmää käyttävät laitteet voivat hyödyntää verkkotiedostoja. Työssä arvioitiin eri tiedostojenjakoprotokollien käytettävyyttä langattomissa verkoissa, määriteltiin etätiedostoyhteyden Symbian-alustalle tarjoavan ohjelmiston vaatimukset ja tehtiin alustava suunnitelma ohjelmiston toteuttamiseksi. Läpinäkyvä tiedostojen etäkäyttö vaatii tiedostojenjakoprotokollan toteuttamista sovelluksille yhteisen tiedostosaantimekanismin alle. Tiedostojen etäkäyttö voi perustua eri tiedostojenjakoprotokolliin kuten IP:n päällä toimiviin NFS:ään tai CIFS:ään. Langattomuuden aiheuttamat rajoitukset laitteissa ja tiedonsiirrossa saattavat vähentää sovellutuksen käytettävyyttä ja on huomioitava ohjelmistoa toteutettaessa. Symbian-alusta perustuu asiakas-palvelin arkkitehtuuriin, jossa asiakassovellukset käyttävät tiedostopalveluita yhteisen tiedostopalvelimen kautta. Etätiedostoyhteys on mahdollista toteuttaa liittämällä uusi kirjastomoduuli tiedostopalvelimeen. Protokollan toteuttavan moduulin on muunnettava protokollan viestit tiedostopalvelimelle sopiviksi huolehtien samalla muista samanaikaisista tiedostotapahtumista. Suunniteltu moduulin arkkitehtuuri mahdollistaa eri protokollavaihtoehtojen käyttämisen etätiedostoyhteyden toteuttamiseen.

High-Speed Solid-Rotor Induction Machine – Electromagnetic Calculation and Design

Within the latest decade high-speed motor technology has been increasingly commonly applied within the range of medium and large power. More particularly, applications like such involved with gas movement and compression seem to be the most important area in which high-speed machines are used. In manufacturing the induction motor rotor core of one single piece of steel it is possible to achieve an extremely rigid rotor construction for the high-speed motor. In a mechanical sense, the solid rotor may be the best possible rotor construction. Unfortunately, the electromagnetic properties of a solid rotor are poorer than the properties of the traditional laminated rotor of an induction motor. This thesis analyses methods for improving the electromagnetic properties of a solid-rotor induction machine. The slip of the solid rotor is reduced notably if the solid rotor is axially slitted. The slitting patterns of the solid rotor are examined. It is shown how the slitting parameters affect the produced torque. Methods for decreasing the harmonic eddy currents on the surface of the rotor are also examined. The motivation for this is to improve the efficiency of the motor to reach the efficiency standard of a laminated rotor induction motor. To carry out these research tasks the finite element analysis is used. An analytical calculation of solid rotors based on the multi-layer transfer-matrix method is developed especially for the calculation of axially slitted solid rotors equipped with wellconducting end rings. The calculation results are verified by using the finite element analysis and laboratory measurements. The prototype motors of 250 – 300 kW and 140 Hz were tested to verify the results. Utilization factor data are given for several other prototypes the largest of which delivers 1000 kW at 12000 min-1.

A study of electromagnetic shielding properties of Ni79Fe16Mo5/copper films

The plane wave electromagnetic interference (EMI) shielding properties of DC sputtered Ni79Fe16Mo5 and copper layers were studied according to ASTM D 4935-89 on frequency range of 50 MHz – 2.5 GHz and RF magnetic shielding effectiveness by shielded magnetic loop probes. Results show that Ni79Fe16Mo5 provides better RF magnetic shielding above the layer thickness of approximately 120 nm. Copper provides better plane wave shielding effectiveness. The effect of shield internal interfaces was studied by depositing thin multilayer structures with and without a dielectric spacer layer.