Supraledande filter kan förbättra effektiviteten i basstationer genom att minska störning och brus i mottagardelen.

Flera företag i USA tillverkar dessa RF-filter och ett nystartat forskningsprojekt skall driva fram utvecklingen i Europa. Nu gäller det bara att få operatörerna att installera de kylsystem som krävs för att filtren skall fungera.


Den explosionsartade utvecklingen av mobiltelefoni ställer höga krav på basstationerna. Framtidens kommunikationssystem skall behöva färre basstationer, och dessa basstationer skall vara mer kompakta och pålitliga, och samtidigt känsligare till svaga signaler.

Ett sätt att göra basstationer känsligare är med hjälp av skarpa RF-filter, och det närmaste man kan komma ett idealiskt filter är supraledande filter.

Ericsson följer forskning inom området och har utvärderat flera inköpta supraledande filter samt tillverkat egna prototyper.

- Vi bedriver forskning inom området, men vinsten på systemnivå är mycket begränsad i dagens basstationer. Dessutom medför dessa filtersystem höga installationskostnader och extra effektförbrukning, säger Hannes Medelius, projektledare på Ericsson Radio Access.



Nästan total dämpning


Vid temperaturer runt 100 K, alltså -173 °C, leder supraledande material elektrisk ström utan motstånd. Denna egenskap gör att filter baserade på supraledande material har nästan 100 procents dämpning av oönskande signaler (out-of-band-rejection). Man kan också utnyttja frekvensspektrumet maximalt samtidigt som man minskar störningar och signalförluster.

Dagens basstationer innehåller vanligtvis koaxiala eller keramiska filter. Dessa filter är inte helt ideala, och mottagaren får en del oönskade signaler och störningar. Lösningen är att allokera frekvensmarginaler i flankerna av signalernas frekvensområde.

De supraledande filterna är så pass branta i flankerna att de inte behöver samma marginaler. Endast 1 MHz utanför passbandet ger filtren dämpning på runt 100 dB. De kan därför utnyttja frekvensspektrumet maximalt, och flera talkanaler ryms därmed i passbandet.

En annan fördel är att supraledande filter kan tillverkas med flera poler utan höga förluster. Mångpoliga filter har ett flertal filter i serie och är mycket skarpa.

I traditionella filter får man större förluster ju fler poler man har. Typiska förluster är 1 dB för ett supraledande filter med 19 poler. Supraledande filter i mottagaren gör den mer känslig för svaga signaler och systemet förlorar därmed färre samtal än konventionella mottagare.

Supraledande filter kan även göras mycket kompakta och ett system av filter kan därför göras lättare. Ett supraledande filter som arbetar i frekvensområdet 900 till 1800 MHz, blir lika stort som en femkrona. Ett traditionellt kavitetsfilter är stort som en mjölkkartong. Traditionella filter måste dessutom ofta monteras på antennen och förlorar då effekt genom en koaxialkoppling till mottagaren.

Sedan ett år tillbaka har tillverkningen av supraledande filter för basstationerna accelererat. Flera företag i USA, som Illinois Superconductor, Conductus, och Superconductor Technologies tillverkar kompletta filtersystem med en prislapp kring 50 000 dollar per system.



Kylare orsak till svalt intresse


Man kan undrar varför suprafilter inte har funnits på marknaden tidigare. Svaret ligger förmodligen i att materialet måste kylas ner till temperaturer runt 80 K för att bli supraledande. Alla supraledande filtersystem levereras därför tillsammans med en mekanisk kylare, som ska monteras tillsammans med filterna i mottagarens existerande filterram.

Detta steg, att integrera ett kylsystem i basstationen, är förmodligen den främsta anledningen till att operatörerna fortfarande tvivlar på tekniken.

- Kylarna drar mycket effekt och är antigen stora och klumpiga eller små och otillförlitliga, säger Hannes Medelius.

Än så länge har endast cirka 200 sådana basstationer provats i USA. Resultaten är bra och visar ett förbättrat signal-till-brusförhållande med 1-2 dB.

Ett nytt europeiskt forskningsprojekt inom området heter Sucoms. Målet är att utveckla supraledande filter till basstationsmottagare och sändare. Projektet har redan tagit fram Europas första supraledande filtersystem till en basstationsmottagare. De har en bandbredd på 15 MHz och är avsedda för mobiltelesystemet DCS1800, i frekvensområdet 1710 till 1785 MHz. Filtren tillverkas i yttriumbariumkopparoxid i tunnfilm på ett magnesiumoxidsubstrat, storleken är 0,3 ¥ 22,5 ¥ 39 mm.

Susan Kelly



Supraledning kräver låga temperaturer


Det största genombrottet inom supraledande material kom 1986 då forskare på IBM upptäckte att vissa kopparoxidbaserade material var supraledande vid relativt höga temperaturer, runt 100 K. För denna upptäckt erhöll de Nobelpriset. Många hoppades då att den kritiska temperaturen för supraledning skulle stiga till rumstemperatur, men spåret tog slut vid 133 K år 1993.

En nypublicerad artikel i Nature, 30 juli 1998, visar att IBMs forskningslabb i Zürich har lyckades dubbla den kritiska temperaturen av lantanstrontium kopparoxid. Man utsätter kristallgittret för spänningar genom så kallad epitaxial tillväxt. Om detta resultat håller och blir kommersiellt genomförbart, kommer supraledande produkter att levereras med mindre kylsystem. Ett problem är dock att om temperaturen höjs, så höjs brusnivån också.

SK