Localización de ondas de radio

Unos ingenieros eléctricos de la Universidad de Duke han ideado un método de bajo costo para localizar pasivamente fuentes de ondas de radio como Wi-Fi y señales de comunicación celular.

Su técnica podría conducir a dispositivos económicos que puedan encontrar dispositivos de ondas de radio como teléfonos celulares o emisores de Wi-Fi, o a cámaras que capturan imágenes usando las ondas de radio que ya rebotan a nuestro alrededor. Los resultados se han publicado en la revista Optica.

"En este artículo logramos imágenes espectrales de las fuentes de ruido de microondas en sí, lo que significa que podemos localizar fuentes de radio y de microondas, como antenas, mientras que simultáneamente caracterizamos sobre qué frecuencias están emitiendo", dijo Aaron Diebold, un asistente de investigación de ingeniería eléctrica e informática en Duke, quien dirigió la investigación. "En las frecuencias ópticas, eso sería como obtener una imagen en color de un objeto caliente como el quemador de una estufa. Mientras que eso es bastante simple ópticamente, requiere de diferentes técnicas en el régimen de radio y microondas".

La localización de las fuentes de este tipo de ondas ya es posible, pero las técnicas y el equipo necesarios son complejos. Estos dispositivos tradicionalmente utilizan un conjunto de muchas antenas pequeñas y ávidas de energía que hacen que estos dispositivos se vuelvan voluminosos y costosos. Y como las ondas de radio son mucho más grandes que las ondas de luz, los métodos utilizados en las frecuencias ópticas son prohibitivamente complejos y darían lugar a detectores extremadamente grandes y otras maquinarias.

En el nuevo artículo, los investigadores se centran en los metamateriales. Los metamateriales son materiales sintéticos compuestos de muchas rasgos individuales hechos a medida, que juntos producen propiedades que no se encuentran en la naturaleza a través de su estructura en lugar de su química. En este caso, los metamateriales son una colección de cuadrados que contienen incrustaciones de cables de formas específicas que pueden ajustarse dinámicamente para interactuar con las ondas de radio que pasan a través de ellos.

Una antena con forma de cara sonriente (izquierda) se identifica correctamente mediante un nuevo método para localizar pasivamente las fuentes de ondas de radio (derecha). (Foto: Aaron Diebold, Duke University)

Al hacer que algunos cuadrados permitan el paso de las ondas de radio y otros que las bloqueen, los investigadores pueden crear lo que se conoce como una apertura codificada.

"Utilizamos los diferentes patrones para codificar los datos en una sola medición, lo que aumenta la fuerza de la señal en relación con lo que se obtendría con una sola antena pequeña", dijo Mohammadreza Imani, científico investigador de Duke que se unirá a la Universidad Estatal de Arizona como profesor asistente en ingeniería eléctrica e informática a finales de este año. "También usamos los metamateriales para 'estampar' las diferentes frecuencias de los datos, lo que nos permite separarlos".

Para entender cómo una apertura codificada potencia la señal, consideremos el experimento de escuela primaria de mirar un eclipse solar usando un agujero perforado en un cartón para crear una imagen en la acera. Como cualquiera que haya hecho esto sabe, cuanto más pequeño sea el agujero, más nítido será el detalle del eclipse. Pero un agujero más pequeño también hace que sea más tenue y más difícil de ver.

La solución es hacer muchos agujeros diminutos para crear una serie de eclipses, y luego usar una computadora para reconstruirlos en una sola imagen. De esta manera se obtiene la nitidez del minúsculo agujero con el brillo de un gran agujero. La clave está en conocer el patrón de los agujeros, también conocido como apertura codificada, que los investigadores controlan con los metamateriales.

Los metamateriales también modulan varias frecuencias de manera diferente a medida que pasan por la apertura codificada, lo que permite a los investigadores deducir las frecuencias de las ondas que se detectan.

Los investigadores demostraron la utilidad de este enfoque en el trabajo. Primero demostraron que pueden "ver" e identificar la forma de las ondas de radio emitidas por una antena con forma de cara sonriente. Luego demostraron que su sistema puede funcionar en el mundo real localizando fuentes de ondas de radio en tres dimensiones.

Los investigadores planean continuar refinando sus métodos con la esperanza de poder llegar a tomar "fotografías" de objetos y escenas con nada más que las ondas de radio que rebotan en ellas.

"Las imágenes pasivas se producen en situaciones en las que no se controla la fuente, como cuando se toma una foto usando la luz del sol o bombillas", dijo David R. Smith, Profesor de Ingeniería Eléctrica y Computacional en Duke. "En las frecuencias de microondas, hay muchas señales que rebotan constantemente. Estas ondas de radiofrecuencia ambientales podrían proporcionar suficiente iluminación para que sistema reconstruya imágenes usando las técnicas descritas en esta investigación". (Fuente: NCYT Amazings)