Dando un nuevo giro a la tecnología de radio

Las ondas de radio en espiral podrían revolucionar las telecomunicaciones.

El ancho de banda disponible para teléfonos móviles, televisión digital y otras tecnologías de comunicación podría extenderse enormemente aprovechando los giros así como la longitud de onda de las ondas de radio. Ésta es la afirmación que hace un grupo de científicos de Italia y Suecia, que ha demostrado cómo un haz de radio puede retorcerse, y cómo puede detectarse el vórtice resultante con antenas lejanas.

Ondas de radio


El tipo más simple de haz electromagnético tiene un frente de onda plano, lo que significa que los picos o valles del haz pueden conectarse mediante un plano imaginario en ángulos rectos con la dirección de movimiento del haz. Pero si el haz es retorcido, entonces el frente de onda rota alrededor de la dirección de propagación del haz en una espiral, creando un vórtice y dejando el haz con una intensidad cero en su centro.

Los físicos han sido capaces de crear haces girados de luz visible desde hace 20 años, habiendo observado inicialmente que tales haces se producían dentro de algunas cavidades láser. Estos haces girados de luz son útiles en nanotecnología, como ‘pinzas’ o ‘llaves’ ópticas para manipular diminutas partículas. Hasta la fecha, no obstante, nadie ha intentado hacer lo mismo en las longitudes de onda de radio usadas en telecomunicaciones.

Ondas espirales

Ahora, un grupo liderado por Bo Thidé del Instituto Sueco de Física Espacial en Uppsala y Fabrizio Tamburini de la Universidad de Padua en Italia, han tenido éxito al girar las ondas emitidas por el tipo de antena usado por los routers wireless estándar para transmitir datos a lo largo de grandes distancias1. El equipo hizo esto reflejando las ondas de una estructura en escalera de caracol con ocho escalones posicionada a un par de metros de la antena, con el eje de la misma alineado con el haz. La idea era que secciones distintas del frente de onda rebotarían en escalones distintos, lo que introduciría un retardo en el reflejo de las secciones vecinas y provocaría, de este modo, que el frente de onda se retorciera y tomase la forma del reflector.

Para demostrar que realmente había girado el haz, Thidé y sus colegas midieron la intensidad del haz con un par de antenas a siete metros de distancia. Encontraron que la intensidad combinada de las dos antenas variaba cuando mantenían una fija y movían la otra alrededor de un plano en ángulos rectos respecto al haz. Esto, señalan, es lo que se esperaría si distintas porciones del frente de onda atravesaran el plano en momentos distintos. Las señales registradas por las dos antenas estarían en fase (es decir, dos picos o dos valles), fuera de fase, o en un punto intermedio dependiendo de sus orientaciones relativas. La intensidad del patrón encajaba más o menos con lo predicho por una simulación por ordenador de la propagación del haz girado.

Thidé, Tamburini y otros demostraron recientemente cómo este esquema de detección, llevado a cabo usando radiotelescopios, podría identificar la reveladora radiación girada procedente de los agujeros negros en giro2. Pero Tamburini cree que también podría tener implicaciones “revolucionarias” para las comunicaciones por radio. Imagina que de la misma forma que ondas de distintas frecuencias pueden propagarse juntas sin interferencia – multiplicando por tanto el número de señales que pueden enviarse entre un emisor y un receptor – también podría extenderse el ancho de banda para transmitir simultáneamente ondas con la misma frecuencia pero con distintos grados de giro.

El siguiente hito importante será la demostración de una transmisión de radio girada en condiciones de ruido del mundo real – hasta el momento los experimentos se han realizado en una sala aislada acústica y electromagnéticamente en la Universidad de Uppsala. Los investigadores esperan empezar a poner a prueba una antena parabólica parcialmente espiral en los siguientes días, y luego usar un dispositivo similar para transmitir haces de radio girados a través de cientos de metros en la Laguna de Venecia dentro de tres meses.

Tamburini cree que el ancho de banda disponible para los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles podría incrementarse en un factor de nueve casi de inmediato, y con un coste extra relativamente bajo, colocando cuidadosamente cuatro antenas dentro de los dispositivos. Estima que esta tecnología podría entrar en el mercado en los próximos dos a cinco años. Las mejoras tecnológicas podrían habilitar aún más ancho de banda.

Taco Visser, ingeniero eléctrico en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, cree que los haces de radio girados “ciertamente incrementarían la capacidad” en los canales de comunicación. Pero advierte que la turbulencia atmosférica, que provoca fluctuaciones en la amplitud y fase de la señal, probablemente limitarían el alcance al que podrían girarse los haces, y por tanto, restringir el número de canales disponibles. También dice que no tiene claro cómo, dispositivos portátiles tales como teléfonos móviles, podrían emitir tales haces girados, debido a que cada canal requeriría su propio reflector espiral.

Sin embargo, Tamburini dice que ha ideado un esquema en el que los reflectores individuales espirales no son necesarios. Ha demostrado en una simulación que este esquema funciona, y ahora tiene como objetivo construir un prototipo y patentarlo, añadiendo el aspecto más complejo que es cómo enviar y recibir un haz girado desde un dispositivo que está en movimiento.

Dice que el trabajo podría tener también otras aplicaciones útiles. Por ejemplo, comenta, las ondas de radio podrían usarse para hacer una versión a mayor escala de una llave óptica. Por lo que en lugar de manipular objetos de apenas una millonésima de metro de diámetro, las ondas de radio giradas podrían usarse para manejar objetos de varios milímetros de largo. Cabe la posibilidad, dice, de que esto permita manejar pequeños objetos tóxicos o radiactivos de forma remota.


Referencias:
1. Thidé, B. , Tamburini, F. , Mari, E. , Romanato, F. & Barbieri, C. Borrador en http://arxiv.org/abs/1101.6015 (2011).
2. Tamburini, F. , Thidé, B. , Molina-Terriza, G. & Anzolin, G. Nature Phys. advance online publication doi:10.1038/nphys1907 (2011).

Autor: Edwin Cartlidge
Fecha Original: 22 de febrero de 2011
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Comments (7)

  1. [...] This post was mentioned on Twitter by Ciências Exactas, Angel Sánchez, Grafeno Material, Otho Lopez, Ciencia Kanija and others. Ciencia Kanija said: Dando un nuevo giro a la tecnología de radio http://bit.ly/hARfge [...]

  2. Información Bitacoras.com…

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  3. pablo

    Esto es como el caso de la luz polarizada circularmente ????
    O tiene que ver más con la polarización horizontal o vertical de las antenas ????

  4. edgar

    Muy interesante la tecnologia, los problemas que hay (en mobiles y otros) es hacer girar los hazes, ¿cual es el esquema, que reflectante utilizarian?

  5. Juan

    Este tío nos quiere vender la moto

  6. David

    ¿Esto no es mas que una simple polarización circular? Creo que hace años que se usa en telecomunicaciones en la banda de RF. Como mínimo yo ya lo estudié en la carrera como algo muy normal.

    Estoy con Juan. No lo veo claro.

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