Radiosignaalin läpäisyn optimointi lasirakenteissa

Abstract

Euroopan unionin sekä ympäristöministeriön asettamat tiukentuneet energiatehokkuusmääräykset ovat johtaneet tilanteeseen, jossa uusia rakennuksia rakennettaessa käytetään enemmän metallia sisältäviä rakennusmateriaaleja. Ikkunarakenteissa on siirrytty käyttämään metallipinnoitteisia eristyslaseja lämpösäteilyn läpäisyn estämiseksi, jolla tavoitellaan lämmitykseen tai jäähdytykseen tarvittavan energiamäärän vähentämistä. Nämä niin kutsutut matalan emissiviteetin lasit ovat optisesti läpinäkyviä ja heijastavat hyvin lämpösäteilyä, mutta muodostavat huomattavan esteen radiosignaalien etenemiselle. Erityisesti asukkaan päivittäiseen elämään vaikuttava tekijä on matkaviestinsignaalien heikentynyt kuuluvuus. Kuuluvuutta voidaan parantaa usein eri tavoin, joista eräitä ovat esimerkiksi toistimet ja sisäverkot. Näillä ratkaisuilla rakennuksen ulkopuolella toimivan matkaviestinverkon kuuluvuus saadaan siirrettyä sisätiloihin, mutta haittoina voivat olla verkon lisääntynyt kompleksisuus ja kustannukset. Julkisissa kohteissa tai suurissa rakennuksissa tällaiset ratkaisut voivat tosin olla perusteltuja. Eräs mahdollisuus kuuluvuusongelmien ratkaisuun on käyttää laseissa taajuusselektiivisiä pintoja, jotka ovat erilaisista geometrisistä muodoista koostuvia jaksollisia rakenteita. Erilaiset geometriat toimivat eri tavoin ja mahdollistavat esimerkiksi ylipäästö-, alipäästö-, sekä kaistanesto- tai kaistanpäästötyyppisiä rakenteita. Taajuusselektiivinen rakenne voidaan valmistaa kuvioimalla johdinmateriaaliin aukkoja eli poistamalla pinnoitetta halutuista kohdista tai tämän komplementtina, jolloin kuviointi muodostuu johtavista elementeistä. Taajuusselektiivisyys ikkunarakenteessa saavutetaan poistamalla lasin kokonaispinta-alaan nähden varsin pieni osa pinnoitteesta, jolloin lasin lämmöneristävyys ei merkittävästi huonone, mutta lasirakenne päästää haluttuja taajuusalueita paremmin lävitseen. Diplomityössä esitellään keskeisiä tajuusselektiivisen kuvioinnin suunnitteluperiaatteita keskittyen matalaemissiviteettilasin pintaan valmistettavan kuvioinnin ominaisuuksiin. Erityiseksi tutkimuskohteeksi työssä valikoitiin kuusikulmion ja neliön muotoisten renkaiden tyyppiset geometriat, joiden mitoitusta ja toimintaa tarkastellaan teorian, tietokonesimulaatioiden ja käytännön läpäisyvaimennusmittausten kautta. Kuvioinnit todettiin simulointien ja mittauksien perusteella toimiviksi. Niillä saavutettiin mittauksissa matkaviestintaajuuksilla parhaimmillaan noin 15 dB parannus signaalin läpäisyyn, jos vertailukohtana käytetään yksittäistä metallipinnoitettua ruutua, jonka vaimennukseksi mitattiin keskimäärin noin 23 dB. Kokonaisen kolminkertaisen matalan emissiviteetin laseilla toteutetun rakenteen osalta vaimennuksen voidaan arvioida olevan noin 30–40 dB, jolloin korvattaessa lasit kuvioiduilla laseilla, voidaan myös odottaa merkittävää parannusta.