Los investigadores descubren un modulador de ondas milimétricas impreso y una matriz de antenas para comunicaciones de retrodispersión

La cantidad de teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y otros dispositivos conectados a Internet aumenta continuamente. Esta red en expansión de dispositivos conectados, también conocida como Internet de las cosas (IoT), implica la transferencia de grandes cantidades de datos a través de Internet.

Para respaldar el intercambio sustancial de información entre dispositivos de IoT en todo el mundo, los científicos informáticos deben desarrollar sistemas de comunicación robustos y escalables que permitan a los usuarios transferir datos rápidamente entre dispositivos sin consumir demasiada energía. Un enfoque prometedor para permitir la comunicación inalámbrica se conoce como radio de retrodispersión.

Esencialmente, la radio de retrodispersión permite las comunicaciones inalámbricas mediante un proceso conocido como «reflexión» en lugar de mediante radiación. Este enfoque permite la transmisión de datos sin necesidad de baterías o conexiones a la red eléctrica, utilizando una antena para captar señales de radiofrecuencia.

Los radios de retrodispersión tienen varias ventajas, incluidos los bajos costos de fabricación, la mínima complejidad y la capacidad de funcionar sin baterías. Sin embargo, para lograr altas velocidades de datos y un bajo consumo de energía, es posible que estas herramientas deban integrarse con técnicas de comunicación inalámbrica más avanzadas.

Investigadores de Herriot-Watt University y Nokia Bell Labs han desarrollado recientemente un nuevo sistema para lograr comunicaciones de retrodispersión a velocidades de datos de gigabit, compuesto por un modulador de ondas milimétricas y una matriz de antenas. Este sistema, introducido en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza, logró una tasa de bits notable y un bajo consumo de energía.

«Presentamos un modulador de onda mm y una matriz de antenas para comunicaciones de retrodispersión a velocidades de datos de gigabit», escribieron en su artículo John Kimionis, Apostolos Georgiadis, Spyridon Nektarios Daskalakis y Manos M. Tentzeris, los investigadores que llevaron a cabo el estudio. «Esta interfaz de radiofrecuencia consta de un conjunto de antenas de parche de microbanda y un solo transistor pseudomórfico de alta movilidad de electrones que admite una variedad de formatos de modulación, incluyendo modulación por desplazamiento de fase binaria, modulación por desplazamiento de fase en cuadratura y modulación de amplitud en cuadratura».

El circuito dentro del sistema creado por Kimionis y sus colegas se fabricó utilizando una técnica conocida como impresión por inyección de tinta, un tipo de impresión por computadora que puede recrear una imagen digital empujando gotas de tinta sobre sustratos de papel y plástico. Para imprimir su circuito, los investigadores impulsaron específicamente tintas de nanopartículas de plata sobre un sustrato de polímero de cristal líquido flexible.

Además, diseñaron un transceptor de ondas milimétricas que podría capturar señales retrodispersadas y enrutarlas para el procesamiento de señales digitales. Si bien los estudios anteriores ya exploraron la modulación analógica de las señales de retrodispersión, Kimionis y sus colegas llevaron esta idea un paso más allá al introducir una señal de control analógica en la puerta de un transistor comercial estándar.

En las evaluaciones iniciales, el modulador de ondas milimétricas impreso y el sistema basado en antenas desarrollado por este equipo de investigadores lograron resultados muy prometedores. Más específicamente, el sistema logró una tasa de bits notable de dos gigabits por segundo de transmisión de retrodispersión a frecuencias de ondas milimétricas de 24-28 GHz, con un consumo de energía de entrada de 0.17pJ por bit.

En el futuro, la retrodispersión a frecuencias de ondas milimétricas podría ampliar la compatibilidad de los dispositivos a 5G sin la necesidad de incorporar componentes complejos o costosos. Este estudio reciente confirma el potencial de los sistemas que permiten la retrodispersión de ondas milimétricas, como el desarrollado por Kimionis y sus colegas.

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