¿Una antena de apenas 5 cm para 5G e IoT?, la UNAM ya la diseñó

Los Doctores Pérez Moroyoqui y Suemi Rodríguez Romo, investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), han dado un paso importante en el mundo de las telecomunicaciones.

Desarrollaron un método computacional innovador para diseñar antenas planas de alto rendimiento, utilizando una combinación de teselaciones geométricas (algo así como mosaicos matemáticos), algoritmos genéticos (inspirados en la evolución natural) y simulaciones electromagnéticas avanzadas.

El resultado son dos prototipos funcionales de antenas súper compactas: miden apenas 5 centímetros por 5 centímetros, pero son capaces de operar en bandas de frecuencia utilizadas por tecnologías como LTE, 5G, Bluetooth, Wi-Fi y dispositivos del Internet de las Cosas (IoT).

¿Qué hace especiales a estas antenas?

La primera antena es de banda ancha: cubre de manera continua desde 2.27 hasta 3.31 GHz. Esto significa que puede manejar múltiples servicios al mismo tiempo sin necesidad de cambiar de antena. Es ideal para sistemas que requieren cobertura amplia y estable, como routers o estaciones base.

La segunda antena es multibanda: trabaja en varias frecuencias a la vez y se adapta a distintos niveles de calidad de señal. Esto la hace perfecta para dispositivos que tienen que “hablar varios idiomas” de comunicación, como un teléfono inteligente que alterna entre Bluetooth, Wi-Fi y datos móviles.

¿Cómo lograron este diseño tan compacto?

El truco está en dividir la superficie de la antena en miles de miniceldas cuadradas de apenas 1 milímetro por lado en una geometría teselada. Cada una de esas celdas puede ser conductora (deja pasar la electricidad) o aislante (no la deja pasar).

Luego, mediante un algoritmo genético que imita la selección natural, el sistema va probando automáticamente diferentes configuraciones, combinando las mejores y “evolucionando” hasta encontrar la disposición más eficiente.

Para asegurarse de que cada diseño funcione correctamente en el mundo real, los investigadores aplican reglas de conectividad eléctrica. Esto evita que se generen piezas sueltas o zonas aisladas que arruinarían el funcionamiento de la antena.

Simulación sin necesidad de fabricar prototipos físicos

Otro punto clave es que utilizan el Método de los Momentos (MoM), una técnica de simulación electromagnética que permite probar el comportamiento de la antena por computadora, sin tener que fabricarla físicamente cada vez. Esto acelera el desarrollo, reduce costos y permite explorar muchísimas más opciones en menos tiempo.

Resultados sobresalientes

Los prototipos obtenidos no solo son funcionales, sino que ofrecen rendimientos impresionantes:
Ganancias promedio superiores a 2.5 dBi (es decir, transmiten y reciben señal con buena fuerza).
Coeficientes de reflexión de hasta –58.9 dB en frecuencias clave, lo que significa que casi no hay pérdida de señal por rebotes o mala conexión.

¿Para qué sirve todo esto?

Este avance es una gran noticia para la industria de las telecomunicaciones. Permite fabricar antenas más pequeñas, versátiles y eficientes, que se pueden adaptar a múltiples aplicaciones sin necesidad de costosos rediseños. Piensa en dispositivos vestibles (wearables), sensores remotos, sistemas de seguridad, telefonía móvil de nueva generación y hogares inteligentes, todo funcionando con antenas que caben en la palma de la mano.

Financiamiento y créditos

El estudio fue realizado por el Centro de Investigaciones Teóricas de la FESC-UNAM y contó con el apoyo financiero de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA-UNAM) , la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán (FES-UNAM) y la Secretaría de Ciencias, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI) .