Säteilevä epälineaarinen vääristymä sekä tilatasoa hyödyntävä linearisointi millimetriaaltoalueen vaiheistetuissa ryhmissä

Tässä väitöskirjatyössä esitetään menetelmiä korkean taajuuden moniantennijärjestelmän epälineaarisen vääristymän tilatason käyttäytymisen ymmärtämiseksi ja hyödyntämiseksi. Vaiheistetun ryhmän lineaarisuutta tarkastellaan yhden tehovahvistimen sijaan koko lähettimen ominaisuutena, joka säteilee antennien avulla ympäristöön muodostaen säteilevän keilan. Yksi työn päähavainto on se, että keskinäiset erot lähetinhaarojen epälineaarisessa käyttäytymisessä luovat eroja halutun lineaarisen signaalin keilan sekä häiriön keilan välille. Tämän johdosta särö voi antennien avulla säteillessään siis muodostaa erilaisen säteilykuvion kuin lähetetty signaali.

Tämä havainto on keskeinen erityisesti silloin kun lähetinryhmän lineaarisuutta pyritään parantamaan esivääristämisellä. Valtaosa väitöskirjasta käsittelee vaiheistetun ryhmän linearisointia digitaalisen esivääristyksen keinoin. Vaiheistetuissa ryhmissä lähettimen digitaalinen esivääristys muuttuu säteilevän keilan esivääristämiseksi, joka sisältää myös antennit sekä niiden tilatason summausvaikutuksen. Työssä esitetään erilaisia havainnointivastaanotinstrategioita sekä linearisointi-menetelmiä hyödyntäen eri suuntiin säteilevän aaltomuodon mallinnusta ja mittauksia.

Työssä huomataan, että lähettimen linearisointi tietyssä suunnassa ei takaa linearisointia muissa suunnissa, jos haarojen epälineaariset käyttäytymiset eroavat toisistaan. Tällöin yhden suunnan linearisointi muodostaa minimin häiriölle halutussa suunnassa summaamalla epälineaarisia komponentteja tilatasossa. Tehovahvistimet siis kumoavat toinen toisiaan, jonka tuloksena särön keila voi olla hyvin erilainen kuin halutun signaalin keila. Havainto todennetaan myös kokeellisesti. Ilmiö on sekä hyödyllinen että haitallinen: lineaarisuus paranee yhdessä suunnassa, mutta voi huonontua toisessa suunnassa. Jos signaalin laatu halutaan hyväksi jokaisessa lähetyssuunnassa yhtä aikaa, lähetinhaarojen epälineaarisuutta voidaan analogisesti muokata esimerkiksi tehovahvistimien toimintapisteitä muuttamalla siten, että niiden epälineaarisuus muuttuu samankaltaiseksi.

Työssä näytetään simuloinnein ja mittauksin, että tällöin yhden suunnan linearisoinnilla voidaan saavuttaa lineaarinen lähtösignaali kaikissa suunnissa hyvällä hyötysuhteella tapauksissa missä tehovahvistimien lähtöamplitudeja halutaan kontrolloida.

Työssä sivutaan myös muita radiolaitteiden epäideaalisuuksia ja sitä, miten ne voisi ottaa paremmin huomioon monikeilajärjestelmän suunnittelussa. Myös vastaanottimen epälineaarisuutta sivutaan, mutta pääpaino on lähettimessä.