Gigahertz Centrum MC2 Hur forskning på CTH kommer till användning i mikrovågsindustrin. Herbert Zirath Chalmers Tekniska Högskola Ericsson AB

Transkript

1 Gigahertz Centrum MC2 Hur forskning på CTH kommer till användning i mikrovågsindustrin Herbert Zirath Chalmers Tekniska Högskola Ericsson AB

2 Innehåll Introduktion Chalmers, MC2 Högskolans tre uppgifter Exempel på forskning som lett till nya arbetstillfällen/produkter Spin-off s

3 CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Göteborg, Sweden studenter (2011) anställda (2011) MICROTECHNOLOGY AND NANOSCIENCE ~200 forskare på 7 avdelningar: Applied Quantum Physics Laboratory BioNano Systems Laboratory Microwave Electronics Laboratory ( 50) Nanofabrication Laboratory Renrum Photonics Laboratory THz Millimeterwave Laboratory Quantum Device Physics Laboratory

4 MEL : Microwave Electronics Laboratory Herbert Zirath avdelningsföreståndare Ca 50 anställda 3 professorer, 8 docenter, 2 forskningsassistenter, 2 adjungerade professorer, 2 post doc, 30 doktorander 4 huvudsakliga forskningsområden: -Integrerade kretsar för kommunikation och fjärranalys -Effektförstärkare för kommunikation -Transistorer och kretsar på material med högt bandgap -Transistorer och kretsar på material med lågt bandgap Herbert Zirath Christian Fager Niklas Rorsman Jan Grahn Frekvensområde 1 GHz till 600 GHz

5 Högskolans tre uppgifter 1. Utbilda ingenjörer 2. Bedriva forskning (och utbilda forskare) 3. Dela med sig av kunskaper: tredje uppgiften Ur Högskolelagen (1977:218): Till verksamheten inom högskolan skall höra att sprida kännedom om forskning och utvecklingsarbete. Kännedom skall också spridas om vilka erfarenheter och kunskaper som har vunnits och om hur dessa erfarenheter och kunskaper skall kunna tillämpas. Tillägg 2009 I högskolornas uppgift ska ingå att samverka med det omgivande samhället och informera om sin verksamhet samt verka för att forskningsresultat tillkomna vid högskolan kommer till nytta. (Lag 2009:45)

6 Tredje uppgiften : hur nyttiggör vi forskningen 1. Utbildar doktorer som går till industri och akademi 2. Ger kurser inom ingenjörsutbildningen som baseras på vår forskning 3. Publicerar på vetenskapliga konferenser/tidskrifter 4. Forskar tillsammans med industrin inom området 5. Genererar spinn-off företag som för ut resultaten på en kommersiell marknad, skapar direkta och indirekta arbetstillfällen 6. Syns i icke-vetenskapliga sammanhang (radio, TV, dagspress)

7 Hur forskar vi med industrin? 1. Bilaterala projekt Chalmers-enskilt företag 2. Centrumforskning Chalmers-flera företag Två sådana centrum*, finansierade av VINNOVA, finns inom mikrovågsområdet: 1. GHz-center Elektronik 2. Chase Antenner * VINN EXCELLENCE CENTER

8 GigaHertz Centre (.7MEu/Y+Ind) An international consortium between Chalmers University of Technology and leading companies for bringing research advances in microwave engineering and components faster to industry Research projects: High-efficiency power amplifiers GaN HEMT MMIC technology Low phase-noise integrated oscillators THz components and circuits System targets: Cellular radio base stations Microwave radio links Defense radar systems Satellite radiometers

9 Nordic Center of Microwave Technologies

10 Target all wireless and radio product lines small cells radio links microwave backhaul antennas including MIMO and UWB, and antenna arrays millimeterwave systems radar, metrology, atmospheric astronomy and radio telescopes environment sciences cancer detection and treatment, stroke diagnostics, varactors, oscillators, resonators.

11 Exempel Forskning som lett till nya arbetstillfällen/produkter 11

12 Success story 1: Circuit research satellite communication products Microwave circuit research on so-called zero-bias mixers between Saab Space (now Ruag Space) and Chalmers has produced publications, one licentiate examination and designs for frequency converters. Products have been sold by Saab Space to satellite customers meaning that the research has directly strengthened Swedish space industry. Key personnel has been going from Chalmers to Swedish industry. "CHACH has offered an important possibility to start early research and selection of technology for microwave products. Some circuits are now integrated as key components in the new product generation for the telecom market " Paul Häyhänen, Antenna & Microwave Department Manager Saab Space, Göteborg (now Ruag Space AB) Research: CSIC Symposium, CA 2006 Mixer design between Chalmers and Saab Space RUAG Exploitation: 418 Frequency converters in satellite telecom products Supported by VINNOVA, Chalmers and Saab Space through competence centre CHACH

13 Mixers 7 March, 2012 Microwave Electrical Design, RUAG Space AB

14 short and medium range wireless communication links high data rate E-band 71-76, GHz available for wireless communication with bit rates from 1 Gb/s up to and above 10 Gb/s In the future, higher frequencies will be used as well, but attenuation in the atmosphere becomes increasingly important

15 Windows at E-band, GHz, GHz Attenuation (db/km) Summer Winter Heavy rain Dry snow 23 GHz Frequency (GHz) 60 GHz 183 GHz 118 GHz E-band 71-76, GHz

16 Success story: 60 GHz circuit design research at Chalmers communication products Research in the 1990 s and early 2000 on wireless LAN (WLAN) for very high frequencies (so-called mm-wave) between Chalmers and Ericsson is now being commericalised at several Swedish companies. Key personnel have been hired from Chalmers to Swedish industry. Most advanced integrated high-performance transmit/receive designs for 60 GHz WLAN and beyond Secure communication networks at 60 GHz: Manufactured and delivered products to customer by Sivers IMA, Kista Ericsson to offer E-band radio products for LTE (Advanced) mobile backhaul Chalmers spin-off for high-speed circuit designs E-band GHz Supported by VINNOVA, SSF, Chalmers and Ericsson , e.g. through competence centre CHACH and VINNOVA verification grant

17 Resultat : 5Gbit/s demonstrator 5GB E-band radio demonstrator Teknologi demonstrator Länk kapacitet: 5Gbit/s full-duplex Frekvens: 71-76GHz & 81-86GHz (E-band) Modulation: Differential-QPSK Utomhus-enhet med 2-kanal STM-16/OC-48 optiskt interface Future-proof microwave backhaul solution for LTE and beyond Lab test-bänk 81-86GHz 5Gbit/s 71-76GHz 5Gbit/s Public Demo at MWC2011 Mobile World Congress, Barcelona

18 Current THz-frequency development at MEL The THz+ project -instrumentation for environmental studies and weather forecasts 30 km resolution image of the earth 1.5 km in altitude and min update rate Temperature, pressure, humidity, precipitation Weather forecasting, climate, warnings (sub) mm-wave receivers.. 5 m booms 4 x 100+ receivers 54 GHz 118 GHz 183 GHz 380 GHz Microwave Electronics Laboratory

19 50 GHz I-Q Receiver MMIC 130 nm mhemt process GHz RF 3 stage Amp. LNA Image Reject Mixer I Q GHz IF DC Common gate input stage Doubler Doubler CG X2 X2 Buff. X GHz LO W04: Submillimetre-wave Monolithic Integrated Circuits EuMW 2012 Amsterdam, 28 Oct 2 Nov

20 Chalmers University of Technology HEMT-based GHz receiver from NanoComp-project Antenna, LNA, subharmonic mixer and LO-frequency x2 2.75x1.75 mm designed at Chalmers, processed at IAF

21 Unika processer i MC2 s halvledarlabb För rymdtillämpningar 1GHz-2THz Transistorprocess för lågbrustillämpningar Transistorprocess för högeffekt-tillämpningar Diodprocesser för höga frekvenser integrerade kretsar på transistorer och dioder

22 Microwave Electronics Laboratory, MEL har utvecklat och byggt 4 stycken ultra känsliga kylda förstärkare ( och GHz) av en ny typ för mottagning av satellitsignaler i markstationer världen över. Utvecklingen gjordes för European Space Operations Centre (ESOC), den operativa grenen av European Space Organisation, ESA. Markstation av Cerbreros typ för följning och mottagning av satellitsignaler

23 Chalmers University of Technology Spin-off företag från MC2, Chalmers: omsättning LNF AB, grundat 2005, 2 anställda 3.9 M Wasa Millimeterwave, grundat 2007, 2 anställda 1.0 M >2M Gotmic AB, grundat 2008, 7 anställda 2.2 M 5.1 M Från Onsala Space Observatory Chalmers: Omnisys Instruments AB, grundat 1992, 20 anställda 28.4 Mkr

24 Tack -Alla företag vi arbetar med -Våra finansiärer VINNOVA - Swedish Governmental Agency for Innovation Systems Lärare på Nils Ericsson Gymnasiet Trollhättan Carlander, Herbertsson, Wingqvist, Lindmark m fl