Este estudio demuestra una tecnología de metasuperficie pasiva que utiliza un mecanismo que varía en el tiempo con transistores de efectos de campo para suprimir la interferencia de señal de múltiples trayectoria. Crédito: Cartas de revisión física (2025). Doi: 10.1103/Physrevlett.134.157001
La evolución de las comunicaciones inalámbricas y la miniaturización de los circuitos eléctricos han remodelado fundamentalmente nuestras vidas y el panorama digital. Sin embargo, a medida que avanzamos hacia las comunicaciones de mayor frecuencia en un mundo cada vez más conectado, los ingenieros enfrentan desafíos crecientes de la propagación de múltiples matriz, un fenómeno donde la misma señal de radio llega a recibir antenas a través de múltiples rutas, generalmente con retrasos en el tiempo y amplitudes alteradas.
La interferencia múltiple conduce a muchos problemas de confiabilidad, que van desde el “fantasma” en las transmisiones de televisión hasta la señalización de la desvanecimiento en las comunicaciones inalámbricas.
Abordar la interferencia multipatina ha presentado durante mucho tiempo dos desafíos físicos fundamentales. Primero, las señales multipath comparten la misma frecuencia con la señal principal (líder), lo que hace que las técnicas de filtrado basadas en la frecuencia convencionales sean ineficaces. En segundo lugar, los ángulos incidentes de estas señales son variables e impredecibles. Estas limitaciones han hecho que las soluciones pasivas sean particularmente difíciles de implementar, ya que los materiales tradicionales unidos por respuestas lineales invariantes (LTI) mantienen el mismo perfil de dispersión para una frecuencia dada, independientemente de cuándo llegue la señal.
Además, sin sistemas de control activos que requieren recursos de energía adicionales, la dependencia angular de los filtros convencionales permanece fijo en cualquier frecuencia dada.
En este contexto, un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Hiroki Wakatsuchi del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, ha desarrollado un enfoque innovador para superar estas limitaciones. Su artículo, en coautoría de Shunsuke Saruwatari de la Universidad de Osaka y Kiichi Niitsu de la Universidad de Kyoto, se publica en Fishys Review Letters.
Este video presenta un estudio en el que los investigadores desarrollaron una metasuperficie pasiva que utiliza un mecanismo entrelazador que varía en el tiempo con transistores de efecto de campo de óxido de metal-óxido-semiconductor para transmitir selectivamente la primera señal entrante mientras bloquea los retrasados desde otros ángulos, mejorando la comunicación inalámbrica sin requerir energía o procesamiento. Crédito: Instituto de Tecnología Hiroki Wakatsuchi / Nagoya, Japón
El equipo diseñó un sistema de filtrado pasivo basado en la metasureza que se libera de las limitaciones de LTI a través de un innovador mecanismo de enclavamiento que varía en el tiempo. El diseño incorpora paneles de metasuperficie con elementos de circuito acoplado internamente, incluidos los transistores de efecto de campo de óxido de metal-semiconductor (MOSFET). El sistema propuesto, que actúa como un escudo, puede permitir selectivamente la primera onda entrante pasar mientras rechaza las señales de tiempo retrasadas de otros ángulos, todo sin requerir sistemas de sesgo o control activos.
La innovación clave radica en cómo la metasuperficie crea una respuesta que varía en el tiempo sin componentes activos. Cada celda unitaria, colocada en un panel frente a una dirección particular, contiene un MOSFET que actúa como un interruptor dinámico, creando un punto de circuito abierto o un cortocircuito dependiendo del voltaje de fuente de puerta del transistor. Cuando llega la primera señal, mantiene la resonancia del panel de la metasureza para transmitir fuertemente la señal entrante.
Sin embargo, esta primera señal también desencadena los cambios en la configuración del circuito interno de las celdas unitarias en otros paneles, alterando efectivamente la impedancia espacial para rechazar las señales posteriores desde diferentes ángulos.
Este mecanismo se demostró a través de simulaciones y experimentos utilizando una estructura de prisma hexagonal con dos células unitarias de metasuperficie interconectadas y un receptor colocado dentro del prisma. Lados adyacentes del prisma recibió señales de diferentes transmisores con un retraso de tiempo, simulando un escenario realista de múltiples anáticas.
En sus experimentos de prueba de concepto, los investigadores demostraron que su enfoque mejoró la magnitud de la primera señal entrante en aproximadamente 10 dB, al tiempo que suprimió con éxito las ondas posteriores, independientemente de su dirección de llegada. Este avance representa el primer diseño de filtrado pasivo capaz de superar las dos limitaciones físicas impuestas por las señales con la misma frecuencia y ángulos incidentes variables.
“Nuestro mecanismo de trabajo propuesto es totalmente diferente de los diseños previamente informados”, comenta Wakatsuchi. “Este enfoque tiene ventajas sobre las técnicas convencionales, ya que el nuestro no requiere muchos cálculos y circuitos de modulación/demodulación. Por lo tanto, es adecuado para escenarios de aplicación de bajo costo como dispositivos IoT”.
Además, a diferencia de los métodos de hardware existentes basados en matrices adaptativas, esta estrategia innovadora no requiere fuentes de energía de corriente continua adicionales. Si bien el prototipo actual utiliza diseños de antena simplificados y productos de diodos comerciales, el equipo cree que el rendimiento puede mejorarse a través de tecnologías de semiconductores avanzadas y configuraciones optimizadas.
Vale la pena señalar que más allá de abordar los problemas múltiples, este enfoque entrelazado es prometedor para controlar de forma autónoma varios tipos de dispositivos electromagnéticos, revolucionando potencialmente los sistemas de comunicación inalámbrica para aplicaciones IoT donde los recursos computacionales son limitados.
“El concepto de nuestro diseño de filtro pasivo puede crear nuevos tipos de dispositivos y aplicaciones de radiofrecuencia de próxima generación, incluidas antenas, sensores, imágenes y superficies inteligentes reconfigurables”, explica Wakatsuchi. “En particular, nuestra solución entrelazada pasiva encuentra aplicaciones efectivas en dispositivos de comunicación versátiles y de bajo costo que no pueden adoptar enfoques convencionales basados en modulación o procesamiento de señales debido a sus grandes recursos computacionales y costos costosos”.
Con continuos avances en la tecnología de comunicación inalámbrica, el mundo puede volverse cada vez más interconectado.
Más información: Kaito Tachi et al, metasuperficie selectiva de señal múltiple: mecanismo de enclavamiento pasivo variamiento del tiempo para variar la impedancia espacial para las señales con la misma frecuencia, letras de revisión física (2025). Doi: 10.1103/Physrevlett.134.157001
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Nagoya
Cita: las superficies inteligentes podrían representar una solución impotente a la interferencia de señal de múltiples pájaros (2025, 28 de abril) recuperado el 28 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-smart-surfaces-powerless-solution-multipath.html
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