jueves, 7 julio 2022

Antenas navarras de altas prestaciones aptas para el 6G

Los investigadores de la UPNA Miguel Beruete, Íñigo Ederra, Jorge Teniente y Dayan Pérez-Quintana, adscritos al Instituto de Smart Cities, han diseñado avanzadas antenas "capaces de operar con fiabilidad en bandas de frecuencias hasta ahora prácticamente inexploradas".

Redacción
Pamplona - 21 marzo, 2022

De izda. a dcha., los investigadores Íñigo Ederra, Miguel Beruete, Dayan Pérez-Quintana y Jorge Teniente. (Foto: cedida)

Un equipo de investigadores de la UPNA, adscritos al Instituto de Smart Cities (ISC), ha diseñado varios modelos de antenas compactos, “muy fiables” y capaces de emitir a más de 100 GHz (gigahercios), que en el futuro podrían ser empleadas para comunicaciones ultrarrápidas de punto a punto. Según informó la UPNA, estos modelos tienen en cuenta el despliegue de la tecnología 6G -“cuya implementación en usos reales y comercialización está prevista para el próximo lustro”-, que requerirá del desarrollo tecnológico de infraestructuras para hacer posible la comunicación a mayores anchos de banda, como antenas de altas prestaciones.

“De forma sencilla, podemos decir que el wifi funciona a 2,4 GHz y la telefonía móvil opera aproximadamente a 2,1 GHz. Sin embargo, para alcanzar las velocidades de las que se hablan cuando nos referimos a un escenario 6G, no tenemos más remedio que intentar llegar a 300 GHz. Son bandas que hoy en día están en vía exploratoria, pero que de hecho ya están recogidas dentro del estándar 5G (actualmente el estándar 5G ya llega a 100 GHz)”, detalla Miguel Beruete, profesor de Teoría de la Señal y Comunicaciones, miembro del Grupo de Antenas y líder del laboratorio Teralab.

Aunque aún no se ha definido el estándar del 6G y se desconocen las bandas de espectro que se utilizarán para la transmisión de datos, se especula con velocidades cercanas a 1 TB y latencias de menos de 0,1 ms, “lo que obligaría a emitir a muy altas frecuencias”. Por ello, el equipo formado por los investigadores del Grupo de Antenas Miguel Beruete, Íñigo Ederra, Jorge Teniente y Dayan Pérez-Quintana han trabajado en el último año en avanzadas antenas “capaces de operar con fiabilidad en bandas de frecuencias hasta ahora prácticamente inexploradas”.

El mayor problema al que se enfrentan los diseñadores de equipos a la hora de hacer frente a este reto es el productivo, porque operar a mayores frecuencias requiere reducir al mínimo el tamaño de los elementos, lo que acaba generando defectos. “Lo bueno que tiene el electromagnetismo es que es perfectamente escalable. Si quiero alcanzar frecuencias muy grandes, teóricamente me basta con hacer antenas más pequeñas. Sin embargo, reducir mucho el tamaño de los elementos acaba resultando en problemas con las tolerancias”, expone Beruete.

A causa de esta paradoja, soluciones convencionales que incorporan las antenas en la actualidad “no son adecuadas para operar correctamente a frecuencias tan altas, lo que obliga a los investigadores del ámbito a idear innovaciones disruptivas”. En concreto, los desarrollos de los investigadores de la UPNA “combinan en una única solución diversas mejoras presentes en la literatura científica”.

DISEÑO AVANZADO

Los modelos ideados en el último año parten de un tipo de diseño muy avanzado de antena plana, conocido como ‘bull’s eye’ (diana en inglés). Esta antena se caracteriza por una forma helicoidal y varios surcos concéntricos alrededor de un punto central, lo que permite direccionar la radiación con alta precisión. “La antena, al tener esta forma, radia casi todo hacia delante, como si fuese un puntero láser, y además con mucha potencia. Puede parecerse en la práctica a una parábola, pero en forma es mucho más compacta, lo que hace que sea fácil de colocar, encastrable en un fuselaje… o lo que haga falta”, relata el investigador.

El problema de estos modelos es que no se habían podido utilizar hasta la fecha con frecuencias altas, algo que ahora se ha logrado incorporando un sistema de guiado de ondas con la técnica ‘Gap Waveguide’. “La solución típica para transmitir la radiación suele ser una guía de onda, una especie de tubería metálica por la que se conducen la señal. El sistema ‘Gap Waveguide’ confina la radiación en una suerte de caja metálica jalonada con pines o postes, que atrapan la onda y la guían, sin pérdidas de potencia, lo que favorece el funcionamiento a altas frecuencias”, expone el responsable del proyecto.

Otra gran ventaja de esta nueva generación de antenas es la incorporación de un sistema de polarización circular. La polarización hace referencia a la orientación del campo eléctrico radiado, que suele ser horizontal o vertical en las comunicaciones convencionales. La dificultad radica en que, si hay obstáculos en la trayectoria de las ondas (por ejemplo, en entornos ‘indoor’), se produce despolarización, un fenómeno que implica la alteración en la orientación del campo, que conlleva un descenso en la potencia de la transmisión.

“Por el contrario, la polarización circular hace que el campo esté dando vueltas en un círculo. Esta opción es muchísimo más robusta frente a la despolarización, ya que a pesar de los rebotes, el campo electromagnético sigue dando vueltas sin apenas alteración, no cambia mucho”, refiere el profesor.

En opinión de los investigadores, estos nuevos desarrollos, que en conjunto logran una solución compacta, robusta y muy potente, podrían usarse en cualquier enlace punto a punto gracias a su capacidad de radiar en una sola dirección sin pérdidas de potencia. “Es una solución excelente, por poner un ejemplo, para una universidad que quiera conectar dos zonas remotas en un campus con una red de comunicación ultrarrápida sin necesidad de tirar cable”, concluye Beruete.

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