Gigahertz Centrum MC2 Hur forskning på CTH kommer till användning i mikrovågsindustrin Herbert Zirath Chalmers Tekniska Högskola Ericsson AB Innehåll • Introduktion Chalmers, MC2 • Högskolans tre uppgifter • Exempel på forskning som lett till nya arbetstillfällen/produkter • Spin-off’s CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Göteborg, Sweden -8700 studenter (2011) -2650 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 MEL : Microwave Electronics Laboratory Herbert Zirath avdelningsföreståndare Ca 50 anställda http://www.chalmers.se/mc2/EN/laboratories/microwave-electronics 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 Frekvensområde 1 GHz till 600 GHz Herbert Zirath Christian Fager Niklas Rorsman Jan Grahn 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) 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) 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 www.chalmers.se/ghz GigaHertz Centre 2007-2016 (.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 Nordic Center of Microwave Technologies 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. Exempel Forskning som lett till nya arbetstillfällen/produkter 11 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) RUAG Research: CSIC Symposium, CA 2006 Mixer design between Chalmers and Saab Space Exploitation: 418 Frequency converters in satellite telecom products Supported by VINNOVA, Chalmers and Saab Space 2003-2005 through competence centre CHACH Mixers 7 March, 2012 Microwave Electrical Design, RUAG Space AB short and medium range wireless communication links high data rate E-band 71-76, 81-86 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 Windows at E-band, 120-170 GHz, 200-300 GHz Summer Winter Heavy rain Dry snow 1 Attenuation (dB/km) 10 0 10  183 GHz -1 10   23 GHz -2 10 0 10 1 10 Frequency (GHz) 118 GHz  60 GHz 2 10 E-band 71-76, 81-86 GHz www.chalmers.se/ghz 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 Supported by VINNOVA, SSF, Chalmers and Ericsson 1995-2008, e.g. through competence centre CHACH and VINNOVA verification grant Chalmers spin-off for high-speed circuit designs E-band 71-86 GHz 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 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 10-30 min update rate Temperature, pressure, humidity, precipitation… Weather forecasting, climate, warnings… 300-600 (sub) mm-wave receivers….. 5 m booms 4 x 100+ receivers Microwave Electronics Laboratory 54 GHz 118 GHz 183 GHz 380 GHz 50 GHz I-Q Receiver MMIC 130 nm mHEMT process 50-53 GHz RF 3 stage Amp. Image Reject Mixer I 0.01-3 GHz IF LNA Q DC Common gate input stage CG Doubler Doubler X2 X2 Buff. X4 12.5-13.25 GHz LO W04: Submillimetre-wave Monolithic Integrated Circuits EuMW 2012 Amsterdam, 28 Oct – 2 Nov 2012 19 Chalmers University of Technology HEMT-based 195-215 GHz receiver from NanoComp-project Antenna, LNA, subharmonic mixer and LO-frequency x2 2.75x1.75 mm designed at Chalmers, processed at IAF 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 Microwave Electronics Laboratory , MEL har utvecklat och byggt 4 stycken ultra känsliga kylda förstärkare (25.5-27 och 31.8-32.3GHz) 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 Chalmers University of Technology Spin-off företag från MC2, Chalmers: omsättning LNF AB, grundat 2005, 2 anställda Wasa Millimeterwave, grundat 2007, 2 anställda Gotmic AB, grundat 2008, 7 anställda http://www.gotmic.se/ http://www.wmmw.eu/ http://www.lownoisefactory.com/ Från Onsala Space Observatory Chalmers: Omnisys Instruments AB, grundat 1992, 20 anställda 28.4 Mkr http://www.omnisys.se/ 2011 2012 3.9 M 1.0 M 2.2 M >2M 5.1 M 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