"Inimesed ootavad juhtmevabalt sidelt üha suuremat kiirust ja stabiilsust. See tähendab, et kõikidesse telefonidesse, arvutitesse, wifiruuteritesse ja mobiili baasjaamadesse tuleb järjest rohkem antenne ja sagedusi," ütleb Tartu Ülikooli tehnoloogia nooremteadur Jaanus Kalde. Mida rohkem antenne paikneb aga lähestikku, näiteks ühe nutitelefoni sees, seda rohkem need üksteise tööd segavad.

"Antennide vahel tekib sidestus. See on halb, sest signaali välja kiirgavad võimendid on loodud töötama ainult kindlatel tingimustel," seletab Kalde. Kui neid n-ö ideaaltingimusi pole, töötavad võimendid väiksema võimsusega ja vähem tõhusalt: näiteks kulutavad need rohkem elektrit ja nende abil saavutatud mobiililevi katab ära väiksema ala.

Maailmas on Kalde sõnul avaldatud tuhandeid uurimusi teemal, kuidas sidestust vähendada. Oma äsja kaitstud doktoritöös vaagis nooremteadur aga teist ja vähem uuritud küsimust: kuna sidestus kuhugi ei kao ja pigem suureneb, siis kuidas annaks seda hoopis ära kasutada? Selleks tegi ta raadiosüsteemi kui tervikuga arvutisimulatsioone ja katseid. Need kinnitasid, et idaaloludes on sidestus halb. "Tegelikult ei toimi seadmed aga mingis ideaalmaailmas. Enamiku ajast oled sa kusagil n-ö servas ja kui tekib sidestus, on selle abil võimalik neid servasid paremaks või laiemaks teha," toob Kalde välja.

Kolm kärbest ühe hoobiga

Oma doktoritöös uuris Jaanus Kalde raadiosüsteemi tervikuna ehk korraga selle kolme osa: antenne, neid toitvat elektroonikat ja signaale endid. Seni on kõiki kolme arendatud tema sõnul eraldi ja n-ö mustas kastis. See tähendab, et näiteks antenni-insenerid tegelevad üksnes antennidega, elektroonikud oma nišiga ja kumbki teise töö vastu huvi ei tunne.

Niisamuti on Kalde sõnul maailmas olemas kõigi kolme süsteemiosa mõõtmiseks mõeldud seadmed. "Kui meil on kõigi kohta olemas ülitäpsed mõõteseadmed ja andmekogud, saab proovida neid arvutis kokku panna. Saab proovida ammutada sellest palju paremast mudelist või teadmisest mingit kasu," arutleb ta. Oma töös panigi ta olemasolevatest meetoditest kokku raadiosüsteemide töökindlust hindava tööriista.

Kalde tegi oma tööriistaga simulatsioone ja katseid, kus püüdis võrrelda võimalikult sarnaseid antenne. Kord oli nende sidestatus suurem, kord väiksem. "Tulemus on see, mida on teatud juba sadu aastaid: jah, sidestus on halb ja see muudab seadmed vähem tõhusaks," meenutab ta.

Samas kehtis see üksnes ideaalolude kohta. Tegelikkus on aga proosalisem ja näiteks mobiilside peab töötama järjest laiemas sagedusvahemikus. "Elektroonikat või antenni, mis töötaks igal pool hästi, on teha ülimalt võimatu. Ta pooltes kohtades töötab hästi ja pooltes kohtades töötab peaaegu," osutab Kalde.

Püüdes sidestuse abil parandada raadiosüsteemide tööd just tegelikes oludes, mõõtis ta oma katses suurema ja väiksema sidestatuse korral mitut parameetrit. "Üks oligi sagedusvahemik. Mõõtsin, kui laias vahemikus ma suudan tööle panna ühe ja kui laias teise süsteemi," kirjeldab ta. Teiseks hindas ta antennide võimet suunata kiire kujul signaali suuremasse vahemikku. "Kui muidu saab signaali suunata näiteks 90 kraadi vasakule-paremale, siiis nüüd näiteks 100–120 kraadi. Vahemik, kuhu saab sihtida, läks suuremaks," toob nooremteadur välja. Kolmandaks õnnestus Kaldel näidata, et suurema sidestatuse korral kulutavad süsteemid vähem energiat.

Universaalne tööriist

Jaanus Kalde sõnul on tema loodud analüüsiraamistikul väärtus süsteeme arendavate inseneride jaoks. Lihtsakoelisemal kujul on sarnased meetodid tema sõnul inseneride käsutuses juba olemas. "Mina tegin veidi keerukamat ja võimsamat analüüsi. Näen, et see ja teised sarnased analüüsid liiguvad varem või hiljem tööriistadesse, mida saavad kasutada inimesed, kes ehitavad antennisüsteeme," kirjeldab ta.

Paljud teadlased uurivad võimalusi, kuidas teha paremaks mingi kindlat tüüpi satelliidi kindlat antenni. Kalde sõnul on tema loodud meetod aga üldisem. Sisuliselt võiks sama meetodiga uurida nii 6G sidevõrke kui ka radareid. "Kui näiteks Ericsson hakkab Eestisse kavandama järgmise põlvkonna side baasjaama, saavad nende insenerid kasutada seda meetodit, et jaam saaks tõhusam," sõnab ta. Liiatigi võimaldab tööriist hinnata süsteemi töökindlust ka alles kavandi järgus, enne ehitamist.

Oma töö teiseks väärtuseks peab Kalde olemasolevate meetodite populariseerimist. Teisisõnu näitas ta, et tänapäeval leidub elektroonika mõõtmiseks väga võimsaid ja täpseid meetodeid. "Inseneriteaduses iga teadlane uurib ülima niši ülimat nišši ja proovib ühte peenikest pulka viis protsenti tõhusamaks saada," piltlikkustab ta. Millised neist tööriistadest päriselt järgmisse tootesse jõuavad, näitab aeg. "Vähemalt insenerivaldkonnas ma näen, et asjad, mida teadlased uurivad, jõuavad vaikselt tööriistadesse, mida omakorda kasutab laiem rahvas," ütleb nooremteadur.

Jaanus Kalde kaitses füüsikalise infotehnoloogia erialal doktoritöö "Extending frequency and steering range of amplifier-antenna array via controlled mutual coupling" ("Võreantenni ja võimenditega süsteemi sagedusala ja kiire juhtimisala laiendamine vastastikuse sidestuse abil") 22. augustil Tartu Ülikoolis ja Aalto Ülikoolis. Tööd juhendasid professor Alvo Aabloo Tartu Ülikoolist ja
professor Ville Viikari Aalto Ülikoolist. Oponeeris professor Cyrille Menudier Limogesi Ülikoolist.