Los científicos afirman que un dispositivo nuevo, barato y de fácil fabricación podría mejorar las comunicaciones por satélite, la transmisión de datos a alta velocidad y la teledetección.

Un equipo de ingenieros dirigido por investigadores de la Universidad de Glasgow ha desarrollado una superficie 2D ultrafina que aprovecha las propiedades únicas de los metamateriales para manipularlos y convertirlos.ondas de radioen las frecuencias más utilizadas por los satélites.

Los metamateriales son estructuras que han sido cuidadosamente diseñadas para otorgarles propiedades que no existen en los materiales naturales.

El metamaterial del equipo, presentado hoy en un nuevopapelpublicado en la revistaIngeniería de Comunicaciones, podría permitir que las generaciones futuras de satélites 6G transporten más datos, mejoren su capacidad de detección remota y se beneficien de una mejor calidad de señal.

Las antenas de comunicación actuales están diseñadas para transmitir y recibir ondas electromagnéticas orientadas vertical u horizontalmente, una propiedad llamada polarización lineal.

La desalineación entre las antenas transmisoras y receptoras puede provocar la degradación de la señal, reduciendo su eficiencia.También son susceptibles a efectos atmosféricos como el desvanecimiento por lluvia y la interferencia ionosférica, que pueden distorsionar las señales.

El innovador metamaterial 2D del equipo convierte las ondas electromagnéticas polarizadas linealmente en polarización circular, lo que podría mejorar la calidad de la comunicación entre los satélites y las estaciones terrestres.La comunicación por satélite con polarización circular ofrece mayor confiabilidad y rendimiento, minimizando la degradación de la señal debido a desajustes de polarización e interferencias de trayectorias múltiples.

La polarización circular es altamente resistente a los efectos atmosféricos como el desvanecimiento de la lluvia y las perturbaciones ionosféricas, lo que garantiza conexiones estables.Es especialmente beneficioso enaplicaciones moviles, ya que elimina la necesidad de una alineación precisa de la antena.

También duplica la capacidad del canal mediante el uso de polarizaciones circulares derecha e izquierda.Esta flexibilidad simplifica el diseño de antenas para satélites pequeños, al tiempo que mejorasatéliterastrear y proporcionar enlaces de comunicación robustos en entornos desafiantes, lo que lo hace ideal para sistemas satelitales modernos.El metamaterial del equipo, que tiene sólo 0,64 mm de espesor, está hecho de pequeñas células de cobre con patrones geométricos, que se colocan sobre una placa de circuito comercial comúnmente utilizada en comunicaciones de alta frecuencia.

La superficie del metamaterial está diseñada para permitir una reflexión y repolarización sofisticadas de ondas electromagnéticas.

En pruebas de laboratorio, la superficie del metamaterial 2D se iluminó mediante señales de antenas de bocina y la onda electromagnética reflejada se capturó utilizando un analizador de red, lo que permitió al equipo medir la efectividad de la conversión del dispositivo entre polarización lineal y circular.Los resultados experimentales mostraron una gran semejanza entre las mediciones simuladas y experimentales para la conversión de polarización a polarización circular.

Sus pruebas también demostraron que la superficie es capaz de mantener un alto rendimiento incluso cuando las señales de radio la atraviesan en ángulos de hasta 45 grados, una consideración clave paraaplicaciones espaciales, donde la alineación perfecta entre los satélites y la superficie puede ser fugaz.

El profesor Qammer H. Abbasi, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, es el autor principal y correspondiente del artículo.Dijo: "Los desarrollos anteriores en metamateriales han proporcionado nuevas formas de manipular las ondas electromagnéticas en dispositivos con factores de forma pequeños. Sin embargo, se han limitado en gran medida a bandas estrechas del espectro, lo que ha limitado sus aplicaciones prácticas hasta ahora.

"La superficie de metamaterial que hemos desarrollado funciona en una amplia gama de frecuencias en las bandas Ku, K y Ka, que abarcan de 12 GHz a 40 Ghz, y se utilizan comúnmente en aplicaciones satelitales yteledetección.

"Este tipo de superficie de metamaterial 2D, capaz de realizar la compleja tarea de polarización lineal a circular, puede permitir que las antenas se comuniquen entre sí de manera más efectiva en condiciones difíciles.

"Podría ayudar a los satélites a proporcionar mejores señales para los teléfonos y conexiones más estables para la transmisión de datos. También podría mejorar la capacidad de los satélites para escanear la superficie de la Tierra, mejorando nuestra comprensión de los efectos del cambio climático o nuestra capacidad para rastrear la migración de la vida silvestre.".

El Dr. Humayun Zubair Khan fue un estudiante postdoctoral visitante en la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow durante el desarrollo de la superficie del metamaterial.Ahora en la Universidad Nacional de Ciencias y Tecnología de Pakistán, es el primer autor del artículo.Dijo: "Este es un desarrollo emocionante, que supera a las tecnologías desarrolladas anteriormente por un margen significativo.

"Ser capaz de manipular y convertir ondas electromagnéticas con una sola pieza de equipo abre una gama de nuevas aplicaciones potenciales en todo el sector de las comunicaciones, pero particularmente en la industria espacial, donde se valoran los materiales livianos y compactos para ayudar a mantener bajas las cargas útiles de lanzamiento".

El profesor Muhammad Imran dirige el centro de Comunicaciones, Detección e Imágenes de la Universidad de Glasgow y es coautor del artículo.Dijo: "Uno de los aspectos más interesantes de la metasuperficie que hemos desarrollado es que se puede producir fácilmente en masa utilizando técnicas convencionales de fabricación de placas de circuito impreso.

"Eso significa que puede fabricarse de manera fácil y asequible, lo que podría ayudar a que sea ampliamente adoptado en los próximos años como una valiosa pieza de equipo a bordo para satélites".