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Plasma Antenna Technologies

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Tecnología de antena de plasma para nuevos sistemas de comunicación

Un inspirado diseño para la tecnología emergente de las antenas de plasma cumple todos los requisitos de rendimiento: eficiencia energética, reconfigurabilidad, pequeño tamaño, portabilidad y vida útil prolongada.

Tecnologías industriales

Una antena de plasma es un tipo de antena de radio actualmente en desarrollo en el cual el plasma sustituye los elementos metálicos de una antena tradicional. Un tipo de antena de plasma —la antena de plasma de gas— utiliza un tubo de descarga en lugar de elementos metálicos. A medida que la corriente fluye por el tubo, el gas se ioniza parcial o totalmente en plasma, se vuelve conductor y actúa como un espejo que, en última instancia, transmite y recibe señales. Por encima de la frecuencia del plasma, las antenas de plasma son virtualmente transparentes a una amplia banda de ondas electromagnéticas y se vuelven invisibles cuando el sistema se apaga o el gas se desioniza. Al contrario de los diseños de antenas convencionales, los diseños de plasma pueden reconfigurarse eléctricamente (en lugar de mecánicamente) en cuanto a impedancia, frecuencia, ancho de banda y directividad en escalas temporales que van desde el microsegundo al milisegundo. También es posible apilar redes de antenas de plasma de gas para que funcionen a frecuencias diferentes. El plasma tiene una conductividad eléctrica muy elevada, lo cual ayuda en la recepción, dirección y transmisión de varios tipos de señales de radio. La tecnología cuenta con muchas ventajas únicas, pero siempre hay margen de mejora en el rendimiento, que es lo que lograron los investigadores del proyecto PATH, financiado con fondos europeos. Alessio Di Iorio, coordinador del proyecto y director general de Alma Sistemi apunta: «La mejora de los rendimientos de las fuentes de plasma requiere de gran esfuerzo en lo relativo a la modelización y la tecnología. Superar el límite de densidad de la fuente de plasma actual abrirá la puerta a una variedad de nuevas aplicaciones en varios campos tecnológicos».

Prueba de un concepto de fuente híbrida.

En primer lugar, los investigadores desarrollaron dos tipos de fuentes de plasma: una compacta de radiofrecuencia y una de cátodo hueco que permiten densidades de plasma elevadas y antenas con vida útil más prolongada. Los modelos físicos detallados de ambas fuentes de plasma describen las interacciones entre el plasma y la radiación electromagnética. Di Iorio explica: «Hasta ahora, los distintos esfuerzos de investigación se centraban en optimizar las fuentes de plasma en cuanto a su eficiencia energética, reconfigurabilidad, tamaño, densidad y vida útil. A pesar de su éxito, no ha sido posible lograr progresos en todos los frentes». De hecho, es necesario seguir investigando en el ámbito de los materiales para alcanzar un nivel de preparación tecnológica adecuado. PATH sentó los cimientos para una nueva clase de tecnología que combina las mejores propiedades de las fuentes de plasma de radiofrecuencia y de cátodo hueco. El diseño de fuente híbrida permitió mayores incrementos en la densidad del plasma (superando los 10^20 iones por metro cúbico), lo que se agregó al rendimiento de la antena. Con la fusión de los conocimientos técnicos de diferentes ámbitos, PATH estudió cómo este concepto de tecnología híbrida podría utilizarse en aplicaciones de telecomunicaciones y navegación.

Características únicas de la tecnología de antenas de plasma

Di Iorio apunta: «Los resultados experimentales de los prototipos recién desarrollados demostraron que las antenas de plasma activas se comportan de forma muy parecida a las metálicas. La diferencia más notable a la hora de comparar los dos tipos de antena radica en la ganancia, que es menor en las antenas de plasma. Por el otro lado, cuando los elementos de la antena están inactivos, estos no interfieren con los campos eléctricos activos de los elementos de la antena cercanos. En otras palabras, cuando se desconecta, se hace transparente para las ondas electromagnéticas irradiadas por el resto de los elementos»: La ganancia general de las redes de antenas de plasma también demostró ser invariante para la elección del elemento activo de la antena (siempre y cuando la geometría de los elementos activos siguiese siendo la misma). Por el contrario, cada elemento de la antena en las redes de antenas metálicas afectó a la ganancia del canal de una forma diferente.

Aplicaciones comerciales de la tecnología de antena de plasma

Di Iorio comenta: «Garantizar el rendimiento fiable de la antena a altas frecuencias y la rápida capacidad de ajuste o alta reconfigurabilidad es de vital importancia para la futura sociedad de la información». Las ventajas de las antenas de plasma sobre las antenas metálicas convencionales son más evidentes en aplicaciones militares, donde el sigilo y la guerra híbrida son las preocupaciones principales. Di Iorio concluye: «También esperamos que la tecnología sea una candidata prometedora en teléfonos inteligentes y en otros productos de electrónica de consumo, comunicaciones inalámbricas ponibles y sistemas biomédicos de radiofrecuencia».

Palabras clave

PATH, plasma, antena de plasma, reconfigurabilidad, fuente de plasma, densidad, ganancia, radiofrecuencia, cátodo hueco, antena metálica

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