About / Advertise
Att mäta är att veta brukar man säga. Men hur vet man egentligen vilka parametrar man ska mäta för att verkligen veta? Det är en central frågeställning för Niclas Keskitalo som delar sin tid mellan Ericsson och Högskolan i Gävle.– Man har sina jättebra transistorer men man vet inte om förstärkaren de sitter i blir bra eller dålig. Detsamma gäller för dåliga transistorer. Men vad som är ännu värre är att sedan vill man göra fördistordering och då kan den ena vara mycket lättare att förbättra än den andra, säger Niclas Keskitalo.
Det naturliga är att titta i databladen. Men tyvärr är det inte riktigt lösningen eftersom tillverkarna specificerar komponenterna på lite olika sätt. Enda möjligheten är att utgå från sin erfarenhet, bygga ihop förstärkaren och sedan mäta på den.
Vill skapa standarder
Problemet fanns redan i GSM-systemen men blev betydligt större i övergången till 3G när modulationsbandbredden hoppade upp till 5 MHz. I nästa steg, med LTE fyrdubblas den till 20 MHz. Dessutom är switchade förstärkare ett lockande alternativ för att pressa effektförbrukningen dagens ineffektiva lösningar.
– De stora målen är att ta fram de facto mätstandarder tillsammans med våra partnerföretag. Inte ens tillverkarna vet vad de ska lägga krutet på, säger Niclas Keskitalo.
De bittra konkurrenterna Infineon och Freescale som båda tillverkar effekttransistorer för radiotillämpningar deltar i forskningen. Men eftersom vi befinner oss i Gävle är Ericsson en självskriven partner.
Radiotekniken har en 50-årig historia på orten, från Aga, via Svenska Radioaktiebolaget (SRA) till Ericsson. Företaget har idag två anläggningar för slutmontering av basstationer i staden och dessutom en enhet med 80 personer som utvecklar tester till basstationer.
Teknik med lång historia
Enheten sitter i ett hus strax bredvid högskolan och högskolans forskningslabb ska flyttas över dit inom kort.
Om radiotekniken har relativt gamla anor i Gävle är högskolan desto yngre. Formellt skapades den 1977 men det var först då infanteriregementet I14 lades ner 1994 och högskolan flyttade in i de renoverade kasernerna som det skapades ett riktigt campusområde och som utbildningen växte ut. Idag finns det enligt den officiella statistiken 13 500 studenter även om en stor del studerar på distans.
För radiomättekniken som forskningsområde tog det fart för fem år sedan när Niclas Keskitalo utnämndes till adjungerad professor i elektronik med inriktning mot telekommunikation. Verksamheten på institutionen gick på sparlåga men ambitionen var att skapa en inriktning som passade det lokala näringslivet, läs Ericsson. Företaget var bland annat med och utformade en fempoängskurs i praktisk mätteknik.
I våras examinerades den första doktoranden och det blir ytterligare två för jul. Det finns en fungerande masterutbildning, en bachelorutbildning och för tre år sedan formades ett forskningscenter för radiomätteknik med stöd av KK-stiftelsen.
– Vi vill skapa ett europeiskt center för radiomätteknik, samtidigt vill vi få en mer nationell prägel på masterprogrammet där vi kompletterar Chalmers och KTH och så har vi ett bachelorprogram som vi ska marknadsföra nationellt.
Lite lagom luddigt
Gränserna mellan de olika delarna är flytande och centrum för radiomätteknik är egentligen en del av elektronikinstitutionen. Ursprungligen var det Ericsson, kommunen och högskolan som sköt till pengarna, idag är Ericssons roll på väg att övertas av KTH.
– Vi har blivit viktiga för KTH:s forskarskola. Vi har en handfull doktorander och fler är påväg in. Under 2007 disputerar tre stycken, vilket är viktigt för skolans mål.
Som liten högskola har Högskolan i Gävle ingen rätt att examinera doktorer. Man behöver därför en samarbetspartner, det vill säga KTH:s forskarskola.
– Det är faktiskt bättre för just oss att inte vara universitet. Då kan vi komma in och samarbeta. Det är också bra för doktoranderna som får helt andra kontakter än om de bara är här.
Vi sitter och pratar i det som tidigare var ett logement för infanterister. Som på många andra orter har de snart hundraåriga byggnaderna av klassiskt militärsnitt förvandlats till moderna utbildningslokaler. En renovering som säkerligen kostade mer än om man rivit och byggt nytt.
Vill modernisera utbildningen
Årligen tas det in cirka 30 studenter till masterprogrammet i elektronik med inriktning mot telekommunikation. Precis som på så många andra ställen kommer de flesta från utomeuropeiska länder.
– Vi har runt 200 sökande varje år, dock endast ett fåtal svenskar.
Planen är nu att modernisera masterprogrammet för att kunna rekrytera studenter med en bachelorexamen från andra högskolor.
– Vi har lämnat in en ansökan till KK-stiftelsen för det.
Just KK-stiftelsen har delfinansierat mycket av den verksamhet som byggts upp på institutionen. Bland annat har stiftelsen stött effektförstärkarforskningen med 5 miljoner och man hoppas om ett stöd på ytterligare drygt 3 miljoner till ett nytt EMI-projekt som Peter Stenumgaard, adjungerad professor från forskningsinstitutet FOI driver och har ansökt om medel för.
I det tittar man på olika industrimiljöer som ställer andra krav på radiotekniken än mobiltelefonin. Det kan till exempel handla om fjärrstyrning av lok på rangerbangårdar eller trådlös styrning av traverser i processindustrin. Deltagarna är därför företag som Green Cargo, Åkerströms, konsultföretaget Syntronic och Stora Enso.
En tredje ansökan är på gång. Det är Claes Beckman, som rekryterades som professor i mikrovågsteknik som är på väg att bygga upp forskning kring antenner tillsammans med bland andra Sony Ericsson, Ansoft och Anritsu.
Lockar instrmentleverantörerna
För att vara en högskola har studenterna ett ovanligt välutrustat labb till sitt förfogande. Totalt finns fem labbplatser fullt utrustade med instrument. Modellerna är visserligen inte de allra senaste men det ingår bland annat spektrumanalysator, signalgenerator och en effektmeter i varje uppställning.
Forskningslabbet är av betydligt modernare snitt. Dessutom står ett halvdussin kartonger från Rohde & Schwarz och väntar på att någon ska packa upp dem. Konkurrenten Agilent finns i EMI-projektet.
Alla stora instrumenttillverkare fanns också med på den konferens om radioteknik som högskolan anordnade i september.
– Vi har diskussioner med alla instrumentleverantörer och har som målsättning att få med dem. Då får man en naturlig övergång till industrin och kan få tillbaka resultaten i produktion och konstruktion.
– Som högskola har man svårt att få insynen hur företagen gör. Många vill inte avslöja hur mycket de testar i olika steg och vad det kostar.
Test är alltid en kostnad
Rent principiellt är målet för industrin att ta bort så mycket av testandet som möjligt men ändå vara säker på att produkten uppfyller specifikationen.
– Kostnadspressen gör att man hela tiden diskuterar hur man ska testa. Ska det vara skarpa signaleringsfall, kan man leverera produkter fast man inte mätt alla parametrar, vilken livslängd har produkten.
Hur mycket hängslen och livrem ska man ha?
I princip skulle man kunna göra testandet billigare och snabbare genom att använda avancerad stimuli, göra signalbehandling på utsignalen och trots att man inte mätt parametrar sin idag uttala sig om komponenten är bra eller dålig.
– Det är inte lätt att få något sådant accepterat. Då måste man först övertyga kunderna att det fungerar.
– När det gäller baststationer som tillverkas över flera år, då vill man göra en mer omfattande test i början för att ge feedback till utvecklingsavdelningen snarare än att bara köra go/no-go.
Fortfarande så utvecklar Ericsson i viss mån filterlådor och switchmatriser i egen regi även om det är betydligt mindre omfattning än för tio år sedan då övergången till 3G-skedde.
– Instrumenten låg efter. Man måste ha 10 dB bättre prestanda för att kunna mäta och Ericsson var piskat att ligga i framkant.
Samtidigt har betydelsen av telekom minskat för instrumentleverantörerna. Precis som för så många andra branscher är det konsumentsektorn som seglat upp som ett huvudspår.
Följer hela kedjan
En kund som aktivt påverkar mätbranschen är det amerikanska försvarsdepartementet. Bland annat har man drivit fram begreppet syntetiska instrument och busstandarden LXI. Även i traditionella, fristående instrument ligger allt mer av mätfunktionaliteten i mjukvaran.
– Det blir väldigt tydligt i de syntetiska instrumenten även om leverantörerna inte vill säga det.
Idealet är att bara byta ut de hårdvarudelar som utvecklas snabbt, det gäller till exempel AD-omvandlare och signalprocessorer. De delar som utvecklas långsammare, till exempel rf-blocken och kraften, kan återanvändas. Det möjliggör även en större applikationsanpassning och större återanvändning genom kedjan från utveckling via produktion till reparation.
I princip räcker det att anpassa drivlagret till den tillgängliga hårdvaran, då kan man välja fritt mellan olika bussar som LXI och PXI eller fristående instrument. Ett annat alternativ är att välja en av busstandarderna och sedan använda en kommersiell busskonverterare för att koppla in delar som följer en annan standard.
Mjukvaran gör jobbet
Ett av forskningsmålen i Gävle är att ta fram mätfunktionalitet i mjukvarubyggblock.
– Vi kallar det SDM, software driven measurement, där vi skapar mätfunktionaliteten i mjukvara.
En metod man har arbetat med är att lappa ihop frekvensbanden (frequency stitching) för att utöka mätområdet. Tekniken bygger på att man har spårbarhet i kanten av frekvensintervallet och på så sätt kan addera det till andra mätningar. Ett instrument med 20 MHz bandbredd kan då fås att prestera mätningar som motsvarar en bandbredd på ett par hundra megahertz.
Det är inget fel på ambitionsnivån. Från i stort sett noll för fem år sedan har Högskolan i Gävle idag en forskning kring radiomätteknik av rang. Den har dessutom en kritisk massa för att fortleva när Niclas Keskitalos förordnande går ut nästa höst.
