Un nuevo centro de ondas milimétricas permite probar y desarrollar tecnologías para 5G en Brasil

Con la inauguración de estas instalaciones en la Universidad de São Paulo, empresas y grupos de investigación del país pueden efectuar mediciones eléctricas y proyectar equipos, circuitos y dispositivos que operan en frecuencias de hasta 110 gigahercios

Por Elton Alisson  |  FAPESP Investigación para la Innovación – Se ha inaugurado en la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), en Brasil, el Centro de Ondas Milimétricas (Centro mmW).

Dicho centro, equipado con el apoyo de la FAPESP, permite que empresas y grupos de investigación puedan realizar mediciones y desarrollar equipos, circuitos y dispositivos de telecomunicaciones proyectados para operar en frecuencias de hasta 110 gigahercios (GHz).

Esas frecuencias, que se ubican en el espectro de las ondas milimétricas –que oscila entre los 30 y los 300 GHz–, se utilizarán en la quinta generación de las redes inalámbricas para teléfonos celulares, denominada 5G, y en las generaciones futuras.

“La novedad de la red 5G reside en que, aparte de abarcar todas las frecuencias utilizadas en otros protocolos de transmisión de datos, también contará con una nueva, cercana a los 30 gigahercios”, declaró a Investigación para la Innovación Ariana Lacorte Caniato Serrano, docente de la Poli-USP y coordinadora del Centro mmW.

La red 5G ya se encuentra en operación en algunas ciudades de Estados Unidos, China, Corea del Sur y el Reino Unido, y su arribo a Brasil está previsto para el año 2021. Esta red permitirá transportar a través de esas altas frecuencias grandes cantidades de datos, con velocidades hasta 20 veces mayores que las de la red 4G actual. Asimismo, permitirá una disminución de la latencia en las conexiones y un acortamiento del tiempo de descarga de datos.

De este modo, será posible realizar transmisiones de video en tiempo real sin interrupciones y con una mejor resolución.

“Este aumento de la frecuencia redundará en un incremento de la banda de transmisión de datos. Con la tecnología 5G será posible transmitir más datos en tiempo real y con una mayor precisión”, explicó Lacorte Caniato Serrano.

Se espera que la red 5G también permita expandir la conexión de máquinas y dispositivos en internet, y que esto redunde en la expansión de internet de las cosas, de la inteligencia artificial, de la robótica y del aprendizaje de máquinas.

Los impactos más positivos de esta tecnología recaerán sobre la industria, al permitir agilizar los procesos y dotar de una mayor inteligencia a las fábricas. Los sectores más beneficiados serán el de salud y el automovilístico –este último especialmente, con el desarrollo de radares más seguros para los coches autónomos–, según estiman los especialistas del área.

“Las próximas generaciones de los sistemas de telecomunicaciones utilizarán cada vez más frecuencias altas con el objetivo de incrementar el volumen y la velocidad de transmisión de datos a centenas de gigabits por segundo [Gbps]”, dijo Lacorte Caniato Serrano.

“La idea del centro es contribuir con el desarrollo de dispositivos, equipos y sistemas que operen en ese alto espectro de frecuencia”, afirmó la investigadora.

Investigación y desarrollo

El centro posee equipos que permiten efectuar la caracterización eléctrica de circuitos pasivos, activos e integrados, además de equipos y dispositivos tales como antenas de celulares.

En el caso de la red 5G, por ejemplo, las ondas de alta frecuencia utilizadas no viajan tan lejos como las de baja frecuencia que se utilizan en la red 4G y tienen dificultades para esquivar obstáculos tales como paredes y edificios. Por esta razón, las operadoras deberán instalar una cantidad mayor de miniantenas para lograr la misma cobertura que la de la red 4G.

Mediante un equipamiento disponible en el centro, el analizador de vectorial de redes, adquirido a un costo de 600 mil dólares con recursos de la FAPESP en la línea de fomento de Equipos Multiusuarios, es posible evaluar la potencia de la señal que transmiten esas antenas.

En tanto, con otro aparato construido por investigadores de la Poli-USP con recursos de la FAPESP y del fondo patrimonial “Amigos de la Poli”, denominado cámara anecoide mmW, es posible analizar en un diagrama de radiación tridimensional (3D) en qué direcciones las antenas lanzan la señal al aire.

“El centro permite medir y caracterizar materiales, sensores y radares, por ejemplo, y desarrollar nuevos dispositivos aliados a la simulación electromagnética tridimensional, con software de punta”, afirmó Lacorte Caniato Serrano.

En el marco de un proyecto también apoyado por la FAPESP, los investigadores vinculados al centro desarrollaron dispositivos de radiofrecuencia (RF) utilizando un sustrato de nanohilos.

Este tipo de artefactos, similares a plaquetas de circuitos impresos, pero a escala miniaturizada, permiten integrar en un mismo sustrato capacitores de alta densidad y dispositivos pasivos para aplicaciones en ondas milimétricas de alto rendimiento. De este modo, es posible desarrollar transformadores que funcionan en frecuencias de 50 Ghz, por ejemplo.

“Normalmente, los transformadores funcionan hasta algunos gigahercios. Con esta tecnología, conseguimos producir esos dispositivos mediante la aplicación de procesos de microelectrónica que se emplean actualmente en la fabricación de chips para computadoras”, dijo Gustavo Pamplona Rehder, profesor de la Poli-USP y coordinador del proyecto.