Fungerar antennen på biltaket som tänkt eller påverkas den av karossens utformning? Idag får man köra runt med fordonet för att besvara frågorna. Göteborgsföretaget Ranlos har utvecklat ett antennsystem som gör att testerna kan flytta in i labbet.

– Grundidén är att det ska vara enkelt att använda, enkelt att sätta upp och kostnadseffektivt. Man ska inte behöva dyra mätrum eller kammare utan kan använda existerande utrymmen, säger Lars Granbom, vd på Ranlos.

Kunderna kan vara fordonstillverkare som redan har en mätplats i form av ett skärmat och dämpat rum eller bara ett tält som skyddar mot väder och vind. Genom att addera Ranlos antennsystem får de möjlighet att göra mätningar som efterliknar körning på landsväg.

– Mätningarna ska vara bra nog för att en utvecklingsingenjör ska ha nytta av dem.

Genom att snabbt kunna testa hur bra en ny antenn fungerar eller studera hur en modifiering av karossen påverkar antennens egenskaper förenklas utvecklingsarbetet. Dessutom kan mätningarna användas för att verifiera simuleringar som ligger till grund för utformningen och placeringen av antennen.

Idag är det vanligt att man kör runt med fordonet i olika miljöer för att se hur bra antennerna är. Metoden är tidsödande och garanterar inte heller att resultatet blir heltäckande.

Ett alternativ är att studera de två ytterligheterna, fri sikt till mobilmasten – som på en landsväg – respektive många olika signalvägar mellan mobilmast och fordon – en miljö man hittar i storstäder med höghus.

– Det senare går att emulera i en modväxlande kammare, det är det som Bluetest håller på med. Den andra ytterligheten, att det bara finns en signalväg, det är den miljön vi skapar i Ranlos, säger Jan Carlsson.

Medan Bluetest firar 20 år i år startade Ranlos så sent som 2016. Men idén är äldre och resonemanget om de två ytterligheterna presenterades i en vetenskaplig artikel av Per-Simon Kildal och Jan Carlsson år 2013.

– Testar man en mobiltelefon, en bil eller vad det nu kan vara och den fungerar bra i de två ytterlighetsmiljöerna så verkar det rimligt att den fungerar i alla andra miljöer. Verkligheten ligger någonstans däremellan, säger Jan Carlsson.

Som alltid med ny teknik räcker det inte med att den är billigare eller enklare att använda. Man måste också övertyga de potentiella kunderna om att den ger minst lika bra resultat som den befintliga.

– Det är en tröskel man måste övervinna. Bluetest hade det problemet, det de gjorde på ett smart sätt var att de var med i olika standardiseringsorgan för att få med sin metod som ett alternativt sätt att mäta på. Vi har lite samma utmaning.

Företaget har bland annat fått stöd från FFI för att driva ett projekt med Lunds universitet, forskningsinstitutet Rise, Volvo Lastvagnar och Volvo Cars där man testar tekniken praktiskt.

Uppställningen som används på Volvo klarar frekvenser upp till 6 GHz och är 4,2 meter bred, 3 meter hög och 2 meter djup. Den går lätt att rulla in i mäthallen när den ska användas.

Systemet används för att mäta antenndiagram samt för att göra aktiva mätningar, dvs att koppla upp ett samtal med hjälp av en basstationssimulator och sedan mäta hur bra det fungerar, i praktiken vad det blir för datahastighet.

– Att uppkopplingen är enkel att använda innebär att man kan ändra lite och göra om mätningen. Det tar inte mer än några minuter. På så sätt kan man lära sig hur olika åtgärder påverkar funktionen. Det är nästan omöjligt att göra om man inte har mätmöjligheten nära utvecklingsavdelningen, säger Lars Granbom och fortsätter:

– Vi har också fått väldigt bra stöd från Vinnova, vilka har beviljat oss tre bidrag, nu senast från Smartare Elektroniksystem.

Ranlos har även utvecklat en variant för 28 GHz. Den kortare våglängden gör att utrustningen är mindre, bara 80 cm bred, 60 cm hög och 30 cm djup. Den är framförallt tänkt för 5G-mobiler som är på god väg att börja nyttja det högre frekvensbandet.

Förutom antennmätsystemet har företaget en mjukvara för att styra instrument och vridbord, mjukvaran används även för att analysera och plotta mätdata. Exempelvis kan man få antenndiagram i vertikal och horisontell led men också maximal och minimal förstärkning, ta reda på var nollställen finns och annat som kan vara av intresse.

– Vi håller på att ta fram fler möjligheter att analysera mätdata. Vi tar fram den information kunderna är intresserade av, säger Jan Carlsson.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Hittills har företaget sålt två system för 28 GHz till sina distributörer i Japan och Sydkorea. Systemen används för att demonstrera lösningen för potentiella kunder. Dessutom samarbetar Ranlos med tyska Frankonia som säljer och bygger kompletta mätrum. Antennmätsystemet är en del av deras sortiment.

– Vi har också ställt ut mätsystem som används för demonstrationer, säger Lars Granbom.

Tilläggas kan att det finns beviljade patent som skyddar tekniken i ett antal länder plus patentansökningar som ännu inte är klara.

Skapar en plan våg

För att efterlikna körning på landsväg måste avståndet mellan bilen och antennen som skickar ut testsignalen vara tillräckligt stort för att den elektromagnetiska vågen ska hinna bli plan. Avståndet bestäms bland annat av frekvensen och storleken på antennen (aperturen).

Det är här som Ranlos kunnande kommer in. Företaget har utvecklat ett kompakt antennmätsystem som genererar den plana vågen. Det består av en enkelkrökt yta i form av en cylindrisk reflektor. Från sidan liknar den bokstaven c där det finns ett antal antenner vid foten, vilket också utgör fokallinjen.

Antennerna exciterar reflektorn som skickar ut en plan våg mot testobjektet. Beroende på hur stort testobjektet är går det att sätta flera reflektormoduler bredvid varandra för att skapa ett större mätområde.

För matningen används så kallade Bowtie-antenner som det finns mycket kunskap kring på Chalmers. Antennerna är så pass bredbandiga att det bara behövs tre uppsättningar för att täcka frekvensområdet från 750 MHz till 6 GHz. För 28 GHz används en array med 64 patchantenner (etsade antenner).

En finess med Ranlos lösning är att fokallinjen (fascentrum) för reflektorn finns på samma ställe oberoende av frekvensen, vilket gör det enkelt att byta antennerna.

Lösningen liknar en så kallad kompaktmätsträcka men blir billigare.

– I kompaktmätsträckor använder man ofta en dubbelkrökt reflektor vilket är mer komplicerat att tillverka och därmed dyrare. Där är det också väldigt noga hur man positionerar reflektorn och antennen som exciterar den, säger Madelene Schilliger Kildal.

Hon har varit industridoktorand i Per-Simons grupp på Chalmers och har tillsammans med andra doktorander gjort mycket av det arbete som utgör grunden i Ranlos. Från början skedde arbetet på Bluetest innan verksamheten lades i ett separat bolag i form av Ranlos.

– Då flyttade jag med.

Ranlos antennmätsystem kopplas till en nätverksanalysator eller basstationssimulator. Fordonet placeras på en vridplatta och fältet eller kommunikationen loggas samtidigt som fordonet vrids 360 grader.

Därefter kan resultatet presenteras på lämpligt sätt.

Tekniken fungerar även på mindre objekt som exempelvis mobiltelefoner eller IoT-noder, då behöver man normalt mäta i tre dimensioner genom att vrida mätobjektet i alla riktningar eftersom man inte vet hur objektet är orienterat relativt basstationen.

Enkelkrökt yta förenklar antennmätningarna

Skapar en plan våg