Estructura 3D reconfigurable para la manipulación de ondas electromagnéticas

Año
2021
Estado
Patente solicitada. Fecha de prioridad: 25/01/2021. Nº de solicitud: PCT/ES2022/070031
Titular
Universidad de Granada
Se busca (objetivo)

Empresas interesadas en licenciar la tecnología para su explotación comercial.

Sectores de aplicación

Aeronáutico, Automoción, transporte y logística, Electrónica, informática y telecomunicaciones(TIC).

Palabras clave
Estructura tridimensional
3D
manipulación electromagnética
ondas electromagnéticas
metasuperficie
antenas
radar
comunicaciones inalámbricas

Descripción

El control y la manipulación de las ondas electromagnéticas nos permiten realizar modificaciones inteligentes del entorno de comunicación para satisfacer a demanda las necesidades de los enlaces inalámbricos. A pesar de los avances en este campo y la mejora que supuso la tecnología de fabricación tridimensional para el diseño de estructuras encargadas de cambiar la polarización de las ondas, estas estructuras aún carecen de reconfigurabilidad. Hasta ahora, ninguna de las estructuras existentes permite el redireccionamiento de la onda electromagnética y la absorción de potencia.

Para solventar tales limitaciones, la presente invención propone una estructura 3D reconfigurable capaz de modificar las ondas electromagnéticas en función de las necesidades  de la aplicación.

De forma simplificada, se trata de un panel formado por multitud de celdas de material conductivo como el metal, las cuales pueden ser de diferentes formas y tipos, lo que permite que la estructura pueda funcionar en varios rangos de frecuencia diferentes. Cada celda actúa como una pequeña antena a la que se le pueden modificar de forma dinámica y automática sus características según las necesidades (absorción, direccionamiento, división y concentración o focalización de ondas electromagnéticas). Para ello, las paredes cuentan con ranuras e incrustaciones de material reconfigurable electrónicamente, tales como el grafeno o el cristal líquido, que al aplicar una diferencia de tensión, cambian las propiedades del material. De esta forma, al variar artificialmente la geometría de las ranuras se modifica el comportamiento de las ondas reflejadas.

El sistema puede autoconfigurarse permitiendo su aplicación en entornos remotos y/o no accesibles y su reactividad automática en entornos cambiantes.

Detalle de la estructura 3D reconfigurable

 

Ventajas y beneficios

  • Control simultáneo e independiente de las polarizaciones recibidas. Gracias a su geometría tridimensional, el control de las polarizaciones electromagnéticas incidentes puede ser controladas de manera totalmente independiente.
  • Sistema versátil. Permite manipular las ondas de forma selectiva, ofreciendo así más funcionalidades que las estructuras existentes:
    • Absorber potencia.
    • Redireccionar la onda hacia la dirección/es deseada/s.
    • Conformar el haz de radiación y formar patrones.
  • Funcional en un amplio rango de frecuencias. Desde Gigahercios a Terahercios, esta estructura permite la manipulación de ondas incluso en las frecuencias más altas, cubriendo así los sistemas 5G y los futuros sistemas 6G y siguientes, difícilmente manipulables actualmente.
  • Autoconfigurable y dinámico. Gracias a la información del sistema o del entorno mediante sensores, se permite su configuración de forma remota y/o automática según las necesidades en tiempo real.
  • Admite elementos suplementarios como metasuperficies, lentes, reflectores o espejos para, por ejemplo, aumentar el ancho de banda o ampliar el rango de direcciones radiadas.
  • Mayor rendimiento que las superficies existentes, aportando más calidad y consistencia en la manipulación de las ondas además de una posibilidad de fabricación con impresión 3D.
  • Múltiples aplicaciones en diversos campos:
    • Proporcionar invisibilidad electromagnética frente a radares.
    • Sistemas satelitales, usándose como subreflector o reflector inteligente.
    • Dispositivos de medida en cámaras, como cámaras anecoicas tales como CATR (Compact Antenna Test Range).
    • Sistemas de imágenes a través de radiofrecuencia.
    • Sistemas de comunicación inalámbricos de nueva generación.