Evaluation of GPRS Radio Link Control Layer in Weak RF Field

General Packet Radio Service (GPRS) mahdollistaa pakettimuotoisen tiedonsiirron GSM-verkossa. Se tarjoaa yhteyden pakettidataverkkoihin, nostaen samalla tiedonsiirtonopeutta radiorajapinnassa. Radioresurssit ovat varattuna vain silloin kun on jotain lähetettävää, tehden täten radioresurssien käytön paljon tehokkaammaksi. Tämä diplomityö keskittyy GPRS protokollaan ja erityisesti sen datapinossa olevaan Radio Link Control (RLC) kerrokseen. RLC-kerros huolehtii GPRS- puhelimen ja tukiaseman välisen yhteyden luotettavuudesta. Työn tavoitteena on tutkia RLC-kerroksen toiminnallisuutta ja sen luotettavuutta heikossa kentässä, sekä selvittää heikon kentän vaikutusta uudelleenlähetyksiin. Työn tuloksena saadaan arvio signaalin voimakkuuden sekä uudelleen lähetysten vaikutuksesta GPRS:n datansiirtonopeuteen. Tämä työ käsittelee myös lyhyesti GSM-järjestelmää, koska lukijan on näin helpompaa ymmärtää myös GPRS-järjestelmän vaatimia teknisiä muutoksia. Tämä diplomityö on tehty osana Nokia Matkapuhelimet Oyj:ssä käynnissä olevaa GPRS tuotekehitysprojektia. Työn tuloksia käytetään testauksen tukena ja niitä on käytetty apuna RLC-kerroksen luotettavuustestauksen suunnittelussa.

RF Field Immunity of a Network Terminating Unit at Over One Gigaherz Frequencies

Työssä tutkitaan telepäätelaitteen yli gigahertsin taajuisen säteilevän RF kentän sietoisuutta. Mittauksissa testattava laite on Tellabs Oy:n valmistaman CTU modeemin tuotekehitysversio. Teoriaosassa käydään läpi sähkömagneettisten aaltojen teoriaa, sekä säteilevän RF kentän aiheuttamien sähkömagneettiset häiriöiden syntymekanismeja. Myös säteilevien häiriöiden EMC mittauksiin tarvittavien mittalaitteiden tärkeimmät ominaisuudet esitellään, sekä pohditaan yli gigahertsin taajuuksille sopivien EMC mittalaitteiden vaatimuksia. EMC standardit eivät tällä hetkellä aseta vaatimuksia telelaitteiden RF kentän sietoisuudelle yli gigahertsin taajuudella. Tämän vuoksi työssä käsitellään myös todennäköisimpiä häiriölähteitä tällä taajuusalueella. Mittauksissa tutkittiin CTU:n RF kentän sietoisuutta taajuusalueella l - 4.2 GHz. Mittaukset suoritettiin sekä radiokaiuttomassa kammiossa että GTEM solussa. Myös metallisten lisäsuojien vaikutusta CTU:n kentänsietoisuuteen tutkittiin GTEM solussa.

RF disturbances produced by high-power photovoltaic solar plants

In this thesis, analysis of electromagnetic compatibility of high-power photovoltaic solar plant is made. Current standards suitable for photovoltaic applications are given. Measurements of antenna factor for experimental setup are shown. Also, measurements of common mode disturbance voltages in high-power solar plant are given. Importance of DC-side filter is shown. In the last part of the work, electromagnetic simulations are made. These simulations show influence of several factors to EMC of power plant. Based on these simulations and measurements recommendations are given.

Pienloistelamppujen johtuvat RF-häiriöt verrattuna CISPR 15 - standardin raja-arvoihin

Hehkulamput tullaan kieltämään Euroopan Unionin alueella vuoden 2016 syyskuuhun mennessä. Hehkulamput korvataan suurimmaksi osaksi pienloistelampuilla, jotka omaavat hehkulamppuihin verrattuna paremman hyötysuhteen. Pienloistelamput aiheuttavat kuitenkin häiriöitä niitä syöttävään sähköverkkoon. Tässä kandidaatin työssä mitattiin 15 erilaisen pienloistelampun aiheuttamat johtuvat RF-taajuiset häiriöt. Tuloksia verrattiin CISPR 15 – standardissa esitettyihin raja-arvoihin, joita pienloistelamppujen tulisi noudattaa. Mittaukset suoritettiin käyttämällä CISPR 16 –standardin kanssa yhteensopivaa mittavastaanotinta (Rohde & Schwarz ESHS30) sekä myöskin CISPR 16 yhteensopivaa keinoverkkoa (Rohde & Schwarz ESH2Z5). Lamput mitattiin CISPR 15 –standardin mukaisesti, muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta. Lamppuja ei mitattu käyttämällä CISPR 15 –standardissa vaadittua lampun pidintä. Eikä lamppuja myöskään esikäytetty ollenkaan. Lukuun ottamatta yhtä pienloistelamppua, kaikki jäivät raja-arvon alapuolelle. Rajan ylittäneen lampun tulos tosin mahtuu mittavastaanottimen mittavirheeseen. Joten kyseessä ei ollut suuren suuri ylitys. Muiden tutkittujen pienloistelamppujen johtuvat RF-häiriöt ovat hyväksyttävällä tasolla ja ne tuskin tulevat aiheuttamaan ongelmia.

Minimizing Conducted RF-Emissions in Switch Mode Power Supplies Using Spread-Spectrum Techniques

Switching power supplies are usually implemented with a control circuitry that uses constant clock frequency turning the power semiconductor switches on and off. A drawback of this customary operating principle is that the switching frequency and harmonic frequencies are present in both the conducted and radiated EMI spectrum of the power converter. Various variable-frequency techniques have been introduced during the last decade to overcome the EMC problem. The main objective of this study was to compare the EMI and steady-state performance of a switch mode power supply with different spread-spectrum/variable-frequency methods. Another goal was to find out suitable tools for the variable-frequency EMI analysis. This thesis can be divided into three main parts: Firstly, some aspects of spectral estimation and measurement are presented. Secondly, selected spread spectrum generation techniques are presented with simulations and background information. Finally, simulations and prototype measurements from the EMC and the steady-state performance are carried out in the last part of this work. Combination of the autocorrelation function, the Welch spectrum estimate and the spectrogram were used as a substitute for ordinary Fourier methods in the EMC analysis. It was also shown that the switching function can be used in preliminary EMC analysis of a SMPS and the spectrum and autocorrelation sequence of a switching function correlates with the final EMI spectrum. This work is based on numerous simulations and measurements made with the prototype. All these simulations and measurements are made with the boost DC/DC converter. Four different variable-frequency modulation techniques in six different configurations were analyzed and the EMI performance was compared to the constant frequency operation. Output voltage and input current waveforms were also analyzed in time domain to see the effect of the spread spectrum operation on these quantities. According to the results presented in this work, spread spectrum modulation can be utilized in power converter for EMI mitigation. The results from steady-state voltage measurements show, that the variable-frequency operation of the SMPS has effect on the voltage ripple, but the ripple measured from the prototype is still acceptable in some applications. Both current and voltage ripple can be controlled with proper main circuit and controller design.

RF-simulaattorin käytettävyys tutkakoulutuksessa tulevaisuudessa

Tässä tutkimuksessa selvitettiin, että radiotaajuisen simulaattorin käytettävyys tutka-ELSO-koulutuksessa nyt ja tulevaisuudessa on hyvä. Tutkimuskysymykseen vastattiin teemahaastattelujen pohjalta. Varsinaista päätutkimuskysymystä varten selvitettiin koulutuksen asettamat vaatimukset simuloinnille. Tutkimuksessa muodostettiin vaatimukset simulaattorille eri koulutustasoilla. Tasoja muodostui viisi: perustaso, ELSO-tasot 1 ja 2, maastoharjoittelu sekä tutkaverkkojen koulutus. Vaatimukset joka tasolla määrittelivät neljää suurta kokonaisuutta: maalit, häirinnät, tutkaympäristö ja koulutusympäristö, jotka edelleen jakautuivat useisiin vaatimuksiin. RF-simulaattorin hyviä puolia ja ongelmakohtia verrattiin vaatimuksiin. Lopuksi pohdittiin vielä tutkatekniikan mahdollisesti tulevia kehityskohteita ja niiden vaikutuksia RF-simulaattorin suorituskykyyn. Näin päästin tämän tutkimuksen tulokseen, että vaikka RF-simulaatiolla on rajoituksia, pääasiassa ilmateitse toimittaessa, jolloin vaihtelevan suuntatiedon tuottaminen on ongelmallista, on sen suorituskyky monilla alueilla erittäin hyvä nyt ja lähitulevaisuudessa.

Sliding Mode Control for Switched Mode Power Supplies

Control applications of switched mode power supplies have been widely investigated. The main objective ofresearch and development (R&D) in this field is always to find the most suitable control method to be implemented in various DC/DC converter topologies. Inother words, the goal is to select a control method capable of improving the efficiency of the converter, reducing the effect of disturbances (line and load variation), lessening the effect of EMI (electro magnetic interference), and beingless effected by component variation. The main objective of this research work is to study different control methods implemented in switched mode power supplies namely (PID control, hysteresis control, adaptive control, current programmed control, variable structure control (VSC), and sliding mode control (SMC). The advantages and drawbacks of each control method are given. Two control methods, the PID and the SMC are selected and their effects on DC/DC (Buck, Boost, and Buck-Boost) converters are examined. Matlab/SimulinkTM is used to implement PID control method in DC/DC Buck converter and SMC in DC/DC (Buck, and Buck Boost) converters. For the prototype, operational amplifiers (op-amps) are used to implement PID control in DC/DC Buck converter. For SMC op-amps are implemented in DC/DC Buck converter and dSPACETM is used to control the DC/DC Buck-Boost converter. The SMC can be applied to the DC/DC (Buck, Boost, and Buck-Boost) converters. A comparison of the effects of the PID control and the SMC on the DC/DC Buck converter response in steady state, under line variations, load variations, and different component variations is performed. Also the Conducted RF-Emissions between the PID and SMC DC/DC Buck Converter are compared. The thesis shows that, in comparison with the PID control, the SMC provides better steady-state response, better dynamic response, less EMI, inherent order reduction, robustness against system uncertainty disturbances, and an implicit stability proof. Giving a better steady-state and dynamic response, the SMC is implemented in a DC/DC resonant converter. The half-wave zero current switching (HWZCS) DC/DC Buck converter is selected as a converter topology. A general guideline to select the tank component values, needed for the designing of a HWZCS DC/DC Buck, is obtained. The implementation of the SMC to a HWZCS DC/DC Buck converter is analysed. The converter response is investigated in the steady-state region and in the dynamic region.

Mikroaaltoresonaattorin mittauselektroniikan kehittäminen

Tässä diplomityössä on kehitetty kapeakaistaisten mikroaaltoresonaattoreiden mittaukseen soveltuvaa elektroniikkaa 400 MHz taajuusalueelle. Työn teoriaosuudessa on tutustuttu RF- ja mikroaaltotaajuuksilla käytettävien resonaattoreiden ominaisuuksiin sekä tarkasteltu erilaisia mahdollisia mittauselektroniikkatoteutuksia. Tarkastelujen perusteella on valittu toteutettavan mittauselektroniikan periaate. Toteutettu mittauselektroniikka hyödyntää suoraa digitaalista taajuussynteesiä hyvän taajuusresoluution saavuttamiseksi. Mittauselektroniikkaa on kehitetty prototyyppien avulla. Työssä on myös vertailtu resonaattoreiden mittaustuloksia käytettäessä kehitettyä mittauselektroniikkaa ja piirianalysaattoria. Kehitetyllä mittauselektroniikalla saadut tulokset vastaavat hyvin piirianalysaattorimittauksen tuloksia.

Antennimittausjärjestelmän toteutus ja ominaisuuksien määrittäminen

Diplomityössä tarkasteltiin antennien säteilykuviomittauksiin käytettävien antennimittaratojen ominaisuuksia. Sovelletun elektroniikan laboratorion antennimittaradasta kehitettiin toimiva säteilykuvion mittausjärjestelmä, johon kuuluvat radiokaiuton kammio, suuntauskoneisto ja antennikannakkeet, HP 8720D -piirianalysaattori ja RF-kaapelointi sekä valmistutetut mitta-antennitorvet. Työssä vertailtiin koaksiaalikaapeleita ja valittiin antennimittaukseen soveltuvat. 1,70–2,60 GHz:n taajuusalueen mittastandardiksi suunniteltiin torviantenni, jonka kaksi prototyyppiä valmistutettiin konetekniikan osastolla. Torviantennien ominaisuudet mitattiin. Antennimittaradan ominaisuudet ja soveltuvuus erilaisiin antennimittauksiin selvitettiin sekä teoreettisesti että mittauksin.

Betuliinijohdannaiset

Opinnäytetyön aiheena oli betuliinijohdannaiset. Tavoitteena oli tehdä synteesisarja, jossa betuliiniin ja betulonihappoon liitettiin esteröintireaktiolla erilaisia happoja, terpeenialkoholeja ja fenoleja. Lisäksi tavoitteena oli saada selvyys bioaktiivisista ominaisuuksista ja mahdollisista muista soveltuvuuksista. Työ tehtiin osana VTT:n Kuori- tutkimusprojektia, jossa betuliinille ja muille puiden kuori- ja uuteaineille pyritään löytämään kaupallisia käyttökohteita esimerkiksi lääkeaineina, pestisideinä ja kosmetiikka-alan raaka-aineina. Betuliini on pentasyklinen triterpeenialkoholi, jota saadaan eristettyä varsin tehokkaasti koivun kuoresta ja tuohesta uuttamalla. Betuliinilla ja sen johdannaisilla on todistettu olevan useita lääkinnällisiä vaikutuksia kuten esimerkiksi tulehduksia estäviä, antiviraalisia, antimalaarisia, antitumoraalisia sekä anti-HIV-aktiivisuutta. Betuliinissa, lup-20(29)-ene-3β,28-diolissa, on käytännössä kolme reaktiivista ryhmää, primäärinen hydroksyyliryhmä hiilessä 28, sekundäärinen hydroksyyliryhmä hiilessä 3 sekä alkeenirakenne hiilessä 20, joista jokaisen ryhmän reaktioilla voidaan helposti saada aikaan betuliinijohdannaisia. Betuliinin ja betulonihapon reaktioihin valittiin erilaisia esteröintimenetelmiä, joissa katalyytteinä käytettiin mm. p-tolueenisulfonihappoa, titaani(IV)isopropylaattia, N,N-dimetyyli-4-aminopyridiini ja N-(3-dimetyyliaminopropyyli)-N-etyylikarbodiimidihydroklori-dia. Synteesituotteiden puhdistusmenetelminä käytettiin uudelleen kiteyttämistä ja pylväskromatografiaa. Synteesituotteet analysoitiin NMR:llä, GC-MS:llä, IR-spektrometrillä ja alkuaineanalyysillä. Lisäksi reaktiotuotteista mitattiin sulamispisteet ja Rf-arvot. Synteesisarjaan suunnitelluista betuliini- ja betulonihappojohdannaisista onnistuivat betuliini-28-ferulihappoesteri, betulonihappo-28-vaniliiniesteri ja betulonihappo-28-karva-kroliesteri. Tuotteille on tehty ja tullaan tekemään erilaisia bioaktiivisuustestejä ja näin ollen kaikkia tuloksia ei ole vielä saatu. Osassa testeistä kyseiset tuotteet ovat osoittautuneet jo lievästi aktiivisiksi, joten kyseisten tuotteiden testaamista sekä betuliiniin ja sen johdannaisiin liittyvää syntetiikkaa ja tutkimustyötä kannattaa ehdottomasti jatkaa, koska betuliinijohdannaisilla voi olla ratkaiseva merkitys esimerkiksi sairauksien hoidossa.

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.

DFM(A)- aspects for a microwave waveguide ring resonator design

In this research manufacturability analysis is made for an E-plane waveguide ring resonator. About the electrical characteristics of the waveguide ring resonator is discussed. Possibilities to utilize concurrent engineering method both for designing and making manufacturability analysis for MW- and RF-components are discussed. For helping to establish the necessary guidelines for easy manufacturing and assembly of the waveguide ring resonator a specialised DFM(A)-questionnaire is generated. The questionnaire gives also new information for collaborative designing approach in MW-/RF- engineering. The advantages and disadvantages of the concurrent engineering design method are evaluated in the research.

Letkuventtiilin mitoitus säätökäyttöön

Tässä diplomityössä käydään läpi IEC-60534 -standardin mukainen säätöventtiilin mitoitus kokoonpuristumattomille ja –puristuville virtauksille laskennassa tarvittavine yhtälöineen. Teoreettisessa osassa esitellään RF-letkuventtiilien rakennetta ja ominaisuuksia. Lisäksi käydään läpi putkivirtauksen perusperiaatteita. Koska letkuventtiilissä virtaavana fluidina on usein jokin liete, on työssä esitelty menetelmä lietevirtauksen aiheuttaman paine-eron laskentaan. Työssä on käsitelty myös kavitaation syntyä, laskennalliset mahdollisuudet kavitaation ennustamiseen sekä keinoja kavitaation estämiseksi. Kokeellisessa osassa suoritettiin mittauksia kolmella erikokoisella RF-letkuventtiilillä, joissa kussakin käytettiin kolmea erityyppistä letkua. Mittausten perusteella pystyttiin laskemaan kapasiteettikertoimet sekä määrittämään säätökäyrät mitatuille venttiileille ja letkutyypeille. Näistä tuloksista säätökäyrille sovitettiin yhtälöt, joiden perusteella saatiin laskettua kapasiteettikertoimien arvot myös muille venttiilikoille.

Ferromagnetic properties of pyrolytic nanocarbon

The work reported in this thesis is dedicated to irreversible magnetic properties in pyrolytic nanocarbon samples. Based on atomic force microscope images, the samples consist of carbon clusters with radius 30..120 nm. These are treated as single-domain nanoparticles. Magnetic hysteresis, field cooled, zero field cooled and thermoremanent magnetization measurements were performed using an RF SQUID magnetometer and ferromagnetic behaviour was observed. Analysis suggests that the ferromagnetic ordering is associated with defects in a thin surface layer, whose thickness is independent of particle size. Critical radius for single-domain particles, critical radius for coherent rotation, magnetic layer thickness, distance between elementary magnetic moments, saturation magnetization, exchange stiffness constant and anisotropy energy density are also presented.