Less is more när LTH-forskare bygger radar i miniformat

− Vi har precis lyckats nå 15 gigabytes överföring per sekund mellan två punkter. Visserligen bara över korta avstånd på några decimeter, men jag tror att vi just nu har hastighetsrekordet i Lund när det gäller trådlös överföring, säger Lars-Erik Wernersson.

Han är professor vid institutionen för elektro- och informationsteknik och leder forskargruppen som utvecklat tekniken. Basen är en relativt enkel krets där en kvantmekanisk komponent används för att skapa svängningar som stängs av och på av en transistor. Det ger upphov till så kallade wavelets, pulser av radiovågor som bara är några få svängningar långa. Att pulserna är så korta och väldefinierade gör det möjligt att exempelvis använda dem för att mäta absorption och sprickbildning inne i olika material. Och genom att kombinera antennen med en detektor kan tekniken användas för att mäta avstånd till omgivningen på samma sätt som en radar gör idag.

Att använda wavelets på detta sätt är inget nytt, men LTH-forskarna är först med att använda kvantmekanik för att genera dem – något som gör kretsen betydligt strömsnålare än med annan teknik. Lars-Erik Wernersson har ursprungligen en bakgrund som nanoteknikforskare och fick idén på en lunch med amerikanska kollegor inom elektronik- och informationsteknik.   

− Det är ju så, idéer kommer när man träffar personer ur andra fält, säger han.

Sedan projektet fick sin första finansiering 2005 har det växt till att involvera ett 20-tal personer på institutionen. Sedan några år tillbaka finns även avknoppningsbolaget Acconeer, som drivs av två av Lars-Erik Wernerssons tidigare doktorander och den extern rekryterade vd:n David Wither. I Acconeer är målet att kommersialisera en av de tänkta applikationerna – en radar som är så liten och strömsnål att den kan användas i mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer.    

− Det blir som en sensor och ett komplement till kameran för att exempelvis kunna se föremål i mörker, mäta storleken på saker eller styra mobilen på avstånd, säger Lars-Erik Wernersson.

Acconeer har i omgångar fått in drygt tre miljoner kronor i finansiering från Almi, Lund universitets holdingbolag och privatpersoner. Bland investerarna finns styrelseordföranden Tord Wingren, Ericssonveteran och i dag platschef för Huawei i Lund. Enligt Lars-Erik Wernersson pågår redan diskussioner med att flertal företag som är intresserade av Acconeers teknik, men han räknar med att kommer ta minst två år till innan den finns inbyggd i några prylar.

Att gå den kommersiella vägen med sina forskningsresultat är ingen självklarhet i den akademiska världen men för Lars-Erik Wernersson är det inte första gången. Han var med när QuNano grundades 2005 som en avknoppning från nanometerkonsortiet. Dotterbolagen Sol Voltaics och Glo har i dag växt till jättesatsningar där bland andra statliga Industrifonden, norska Teknoinvest och Wallenbergs-bolaget Foundation Asset Management stoppat in hundratals miljoner kronor i hopp om billigare LED-lampor och effektivare solceller baserade på nanoteknik.

− Jag tycker det är kul att kunna skapa något och är imponerad av de som tar fajten och bygger ett bolag. Och jag har sett detta göras, jag hade det i bakhuvudet, säger Lars-Erik Wernersson.

Parallellt med arbetet på Acconeer jagar forskarna i E-huset vidare med andra applikationsområden och för att göra tekniken snålare, snabbare och – inte minst − mindre. Den kombinerade antennen och kretsen som genererar radiopulsen är i dag några kvadratmillimeter stor och ju mindre den blir, desto enklare blir det att packa radvis med antenner bredvid varandra för att bättre kunna styra signalens styrka och riktning.

Då antennstorleken i hög grad är beroende av våglängden är nästa steg därför att höja frekvensen från dagens 60 Ghz till 200-400 Ghz och därmed reducera våglängden till mindre än en tredjedel. Det ger även andra fördelar i form av ökad upplösning och noggrannhet i exempelvis radarmätningar. Men det minskar samtidigt räckvidden och ställer högre krav på kretsen.  

−  Vår teknik har störst nytta mellan 200-400 GHz, för de frekvenserna är svårt att komma upp i med annan teknik, säger Lars-Erik Wernersson.

Text och bild: Erik Olausson

De wavelets som forskarlaget på LTH får fram är några tiotals pikosekunder långa. Energiåtgången är under två pikojoule per puls.

Wavelettransformer har länge använts inom signalhanteringen, exempelvis för bildkompression. 

Fakta: Så funkar tekniken

Oscillationen skapas med hjälp av en av en resonant-tunneling diode, som använder en kvantmekanisk effekt som kallas tunnling. Förenklat fungerar den genom att en elektron stängs in mellan två barriärer som är lite transparenta så att elektronen kan tunnla in och ut. I vissa intervall ger det en negativ differentiell resistans som förstärker signalen.

En fälteffektstransistor fungerar sedan som en switch och slår på och av oscillatorkretsen för att skapa de korta pulserna.