Tendencias21

Hito en telecomunicaciones inalámbricas: un circulador duplica el ancho de banda útil

Investigadores de la Universidad de Texas en Austin (EE.UU.) han creado un circulador de ondas de radio radicalmente más pequeño y eficiente, que podría integrarse en los teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos. A diferencia de otros circuladores, este no precisa imanes, lo que abarata su coste. Además, tiene capacidad para duplicar el ancho de banda útil. Por Carlos Gómez Abajo.

Hito en telecomunicaciones inalámbricas: un circulador duplica el ancho de banda útil

Investigadores de la Escuela de Cockrell de Ingeniería, de la Universidad de Texas en Austin (EE.UU.), han logrado un hito en las telecomunicaciones inalámbricas modernas y celulares, creando un circulador de ondas de radio radicalmente más pequeño y más eficiente, que podría ser utilizado en los teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos, informa el último número de Nature Physics.

Se llama circulador a un dispositivo con tres puertas, numeradas 1, 2 y 3. Las ondas de radio o microondas que entran por la puerta 1 se transmiten a través de la puerta 2; las que entran por la puerta 2 salen por la 3 y las incidentes por la puerta 3, por la 1. La transmisión en sentido inverso no se produce.

El nuevo circulador tiene el potencial para duplicar el ancho de banda útil en las comunicaciones inalámbricas al permitir la funcionalidad de dúplex completo, es decir, que los dispositivos pueden transmitir y recibir señales al mismo tiempo en la misma banda de frecuencia. La innovación clave es la creación de un dispositivo de circulación de ondas de radio libre de magnetismo.

Desde el advenimiento de la tecnología inalámbrica hace 60 años, los circuladores de base magnética han sido, en principio, capaces de proporcionar comunicaciones en dos sentidos en el mismo canal de frecuencia, pero no han sido adoptados extensamente debido al gran tamaño, peso y coste asociados con el uso de imanes y materiales magnéticos.

Liberado de la dependencia de los efectos magnéticos, el nuevo circulador es menos costosos y usa materiales más comunes. Estas eficiencias de costos y tamaño podrían conducir a la integración de los circuladores en teléfonos celulares y otros sistemas microelectrónicos, lo que daría como resultado descargas sustancialmente más rápidas, menos cortes de llamadas y comunicaciones significativamente más claras.

El equipo de investigadores, dirigido por el profesor adjunto Andrea Alu, ha desarrollado un prototipo de circulador de 2 centímetros de tamaño -más de 75 veces más pequeño que la longitud de onda de funcionamiento-. El circulador podrá hacerse aún más pequeño, a una escala de unas pocas micras, según los investigadores.

El diseño se basa en materiales ampliamente utilizados en los circuitos integrados, tales como oro, cobre y silicio, por lo que es más fácil de integrar en las placas de circuitos de los dispositivos de comunicación modernos.

Cambio de paradigma

El nuevo dispositivo trabaja mediante la imitación de la forma en que los materiales magnéticos rompen la simetría en la transmisión de ondas entre dos puntos en el espacio, una función crucial que permite a los circuladores magnéticos enviar de forma selectiva las ondas de radio. Con el nuevo circulador, los investigadores logran el mismo efecto, pero sustituyen la polarización magnética con una onda progresiva que gira alrededor del dispositivo.

Otra característica destacada es que el nuevo circulador se puede ajustar en tiempo real en una amplia gama de frecuencias, una gran ventaja respecto a los circuladores convencionales.

"Gracias a esto, podemos liberar ancho de banda para un uso más eficaz", explica en la nota de prensa de la Universidad de Texas Nicholas Estep, investigador principal, y estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación.

Para las empresas de telecomunicaciones, que pagan por licencias de uso de las frecuencias asignadas por la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos, un uso más eficiente del limitado ancho de banda disponible significaría importantes ventajas de costes.

Integración en dispositivos inalámbricos

Además, debido a que el diseño del circulador es escalable y permite integración de circuitos, puede potencialmente ser colocado en dispositivos inalámbricos.

"Nuestra idea es conseguir circuladores de tamaño micrométrico incrustados en la tecnología móvil. Durante eventos de gran demanda, como un partido de fútbol o un concierto, nuestra tecnología puede mejorar las comunicaciones notablemente", afirma Estep.

El circulador también podría beneficiar a otras industrias que utilizan actualmente los circuladores de base magnética. Por ejemplo, los circuladores utilizados en antenas en fase y en sistemas de radar para aviones, barcos y satélites pueden ser extremadamente pesados y grandes, por lo que minimizar el tamaño de estos sistemas podría proporcionar ahorros significativos.

"También estamos trayendo este paradigma a otras áreas de la ciencia y la tecnología", señala Andrea Alu. "Nuestro equipo de investigación está trabajando en el uso de este concepto para proteger los láseres y crear circuitos integrados nano-fotónicos que envíen señales de luz en lugar de ondas de radio en las direcciones deseadas."

La investigación fue apoyada por la Agencia de Reducción de Amenazas de la Defensa y por la Oficina de la Fuerza Aérea para la Investigación Científica.

El circulador

El circulador fue inventado por Lester Hogan, en los Laboratorios Bell, al final de la Segunda Guerra Mundial. Estudiando las ecuaciones de Maxwell, un matemático de los laboratorios había llegado a la conclusión de que si las ecuaciones eran correctas y completas, tendrían que existir dispositivos no recíprocos. El personal de Bell se lanzó a la búsqueda de dichos dispositivos, pero no fue hasta la llegada de Hogan que produjeron el primer circuito real.

Referencia bibliográfica:

Nicholas A. Estep, Dimitrios L. Sounas, Jason Soric, Andrea Al. Magnetic-free non-reciprocity and isolation based on parametrically modulated coupled-resonator loops. Nature Physics (2014). DOI: 10.1038/nphys3134.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Las ondas cerebrales se mueven en direcciones opuestas para crear recuerdos y luego para recuperarlos 25 marzo, 2024
    Los científicos descubrieron que las ondas cerebrales tendían a moverse desde la parte posterior del cerebro hacia el frente mientras las personas guardaban algo en su memoria. Por el contrario, cuando buscaban recordar la misma información, esas ondas se movían en la dirección opuesta, desde el frente hacia la parte posterior del cerebro.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una de las estrellas más antiguas del Universo muy cerca de la Vía Láctea 25 marzo, 2024
    La estrella LMC 119 fue apreciada en la Gran Nube de Magallanes, muy cerca de la Vía Láctea, y es la primera estrella de la segunda generación de formación estelar del Universo que se ha identificado en otra galaxia. Esta estrella, una de las más antiguas en el cosmos descubiertas hasta hoy, proporciona una ventana […]
    Pablo Javier Piacente
  • ¿En qué se parece la AMOC a la construcción de la personalidad? 25 marzo, 2024
    Nuestra personalidad puede verse afectada por el deshielo del Ártico porque hay un paralelismo simbólico entre las corrientes oceánicas que regulan el clima y los comportamientos humanos: si seguimos sus patrones, favorecemos la ética en la gestión de las empresas.
    Edita Olaizola (*)
  • La inteligencia colectiva de las plantas forma los misteriosos círculos de hadas de los desiertos 25 marzo, 2024
    Los misteriosos círculos de hadas presentes en los desiertos de al menos 15 países se forman porque las plantas ejercen una forma de inteligencia colectiva para aprovechar los recursos hídricos profundos del terreno, creando las zonas muertas para la vida vegetal que han intrigado a los científicos durante décadas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los africanos usaban arcos y flechas hace 74 mil años 24 marzo, 2024
    El uso se arcos y flechas se ha constatado en africanos hace 74.000 años: dejaron constancia de armas puntiagudas usadas para la caza y, después de la erupción del supervolcán Toba en Indonesia que provocó una sequía, también para pescar en un río etíope.
    N+1/T21
  • Descubren al delfín de río más grande de la historia 23 marzo, 2024
    Un equipo de científicos ha descubierto en la Amazonía peruana los fósiles del delfín de río más grande de la Tierra. Era un pariente cercano de los delfines asiáticos y no de los delfines amazónicos que hoy habitan las aguas dulces de América del Sur.
    N+1/T21
  • Detectan emisiones de radio similares a auroras sobre las manchas solares 22 marzo, 2024
    Los astrónomos han observado explosiones de radio duraderas similares a auroras sobre una mancha solar: el descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor al Sol, así como facilitar la identificación de estrellas distantes que producen emisiones de radio similares.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe 22 marzo, 2024
    Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Arco de Gibraltar está migrando desde el Mediterráneo hacia el Atlántico 22 marzo, 2024
    Una zona de subducción que se origina en el Mediterráneo occidental se está moviendo desde la región franco-española hacia el sur. Actualmente está a la altura de la frontera entre España y Portugal y se propaga hacia el Atlántico bajo el Estrecho de Gibraltar.
    JGU/T21
  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente