Kompakta antenner för framtidens mobilnät

När mobilnäten ska hantera fler frekvensband, klara högre kapacitet och samtidigt ta mindre plats i masterna krävs nya antennlösningar. I ett SSF-finansierat projekt utvecklar CellMax och KTH kompakta, högeffektiva basstationsantenner.

Bakom varje mobilsamtal, videomöte och 5G-uppkoppling finns en fysisk infrastruktur av master och antenner. När mobilnäten utvecklas från 2G till 5G och vidare måste samma basstationsantenner hantera allt fler frekvensband. Samtidigt vill operatörerna minska både mastyta, vindlast, energiförluster och materialåtgång.

För energismarta antenner
Detta engagerar det svenska företaget CellMax Technologies djupt. CellMax grundades för ungefär 25 år sedan men då låg fokus inte på mjukvaran eller tjänsterna, utan på den fysiska antenntekniken runt mobilnäten.
– Problemet på 90-talet var att alldeles för mycket energi slösades bort bara på kablar inom mobilnätverket, berättar CellMax vd Reine Eriksson som en bakgrund.
Bolaget har sedan dess byggt sin verksamhet kring högeffektiva passiva basstationsantenner. Antennerna utvecklas i Kista och tillverkas i en fabrik i Visby på Gotland, med mycket hög andel svenska komponenter.
Energieffektiva antenner är alltså en grundläggande affärsidé hos CellMax, och något företaget hela tiden strävar efter att vidareutveckla ännu längre.

Forskare och företag delar mål
Det är här samarbetet mellan det svenska företaget CellMax Technologies och Kungliga Tekniska högskolan, KTH, kommer in. I ett SSF-finansierat industridoktorandprojekt utvecklar Johan Lundgren, anställd på CellMax och doktorand vid KTH, nya kompakta antennelement för framtidens basstationer.
– En bärande del av detta projekt är att identifiera ett problem, samarbeta mellan CellMax och KTH och sedan relativt snabbt komma fram till något som vi kan kommersialisera, säger Johan Lundgren.
Johan Lundgrens akademiska handledare, KTH-professorn Oscar Quevedo-Teruel, beskriver CellMax lösning som ovanligt effektiv.
– Deras produkt är troligen den mest effektiva, fullt marknadstillgängliga basstationsantennen i hela världen, säger han.
För det fortsatta utvecklingsarbetet ställs många krav på samma gång. Antennerna ska bli mindre, samtidigt som de ska täcka fler frekvensband, behålla hög prestanda och minska störningar mellan olika antennelement som placeras nära varandra.

Framtidens antenn är skålformad
Redan har flera viktiga tekniska resultat uppnåtts. Exempelvis har ett nytt, kompakt antennelement för multibandsbasstationer designats av teamet. Resultaten har också beskrivits i en artikel som har publicerats i det ansedda amerikanska el- och elektronikinstitutet IEEE:s forskningstidskrift.
En prototyp i form av en skålformad antenn med ringlastad konstruktion har tagits fram och visar en uppmätt verkningsgrad på över 96 procent i låga band och över 93 procent i höga band.
– Det stora bidraget här är att vi har lyckats minska storleken på antennelementet utan att påverka bandbredden eller prestandan negativt, säger Johan Lundgren.
Johan Lundgren framhåller att lösningen inte bygger på slumpmässig testning. Genom samarbetet med KTH har CellMax kunnat förstå den underliggande fysiken och därefter optimera designen.

Snabbare till marknad
Ovanligt i sammanhanget är att forskningen redan har nått marknaden. Enligt Magnus Broden, utvecklingschef på CellMax, finns tekniken tillgänglig i en kommersiell produkt som vid det här laget har sålts i omkring ett år.
– Genom det här programmet kan vi applicera forskning på våra antenner snabbare än vad vi skulle kunna göra annars och snabbare än våra konkurrenter kan, säger Magnus Broden.
För KTH är projektet samtidigt ett exempel på hur akademisk kunskap kan omsättas direkt i svensk industri. Oscar Quevedo-Teruel betonar att universitetets roll inte bara är att utbilda och publicera forskning, utan också att stärka företag som utvecklar konkurrenskraftiga produkter.
– Så länge som vi kan föra över kunskap till näringslivet är vi glada, säger Oscar Quevedo-Teruel.
Projektet är nu ungefär halvvägs. Mycket av det kommande arbetet är konkurrenskänsligt, men målet är fortsatt tydligt. I korthet handlar det om ännu effektivare, kompaktare och mer anpassningsbara basstationsantenner, utvecklade i Sverige, för en global marknad där datatrafiken fortsätter att växa.