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Proponen diseño novedoso de antena con metamateriales

Hace unos días se publicó en la prestigiada revista Nature el artículo “A novel metamaterial-based antenna for on-chip applications for the 72.5-81 GHertz frequency range”, de la M. C. Karen Nallely Olan Nuñez, estudiante de doctorado del INAOE, y el Dr. Roberto Murphy Arteaga, investigador y Coordinador de Electrónica de este Instituto.

El artículo presenta una nueva antena basada en un metamaterial. El diseño y los parámetros de la celda unitaria (metamaterial) se extrajeron utilizando un simulador electromagnético.

La M. C. Karen Olan. Foto: cortesía.

El metamaterial está acoplado magnéticamente a la línea tipo CPW, la corriente inducida en el anillo hexagonal da lugar a un campo perpendicular al incidente. La antena se puede modelar mediante un circuito LC, presentado en el artículo.  La compacidad, simplicidad de diseño, buen rendimiento en cuanto a radiación y la novedosa geometría de esta antena son las principales contribuciones del trabajo. La antena se puede construir sobre una oblea de silicio para aplicación en tecnología HR-SOI-CMOS. Este diseño es adecuado para la etapa de recepción de sistemas de radar de automóviles de largo alcance, debido a su amplio HPBW, así como para aplicaciones de la banda E.

Originaria de Coatzacoalcos, Veracruz, Karen Olan estudió Ingeniería Electrónica en el Instituto Tecnológico de Minatitlán, Veracruz, y la maestría en Electrónica en el INAOE. Actualmente realiza su tesis de doctorado bajo la asesoría del Dr. Murphy.

Interrogada sobre los materiales, Karen Olan comenta: “un metamaterial es un material diseñado para obtener ciertas características o comportamiento eléctrico  y magnético que no se puede obtener naturalmente con materiales físicos que existen. Son materiales diseñados para que se comporten de cierta manera o de una manera diferente a lo que normalmente uno espera”.

Agrega que los metamateriales están compuestos de materiales convencionales: “pueden ser metal, algún sustrato dieléctrico, plástico, madera, cerámica, cobre y demás”.

Karen Olan refiere que lo novedoso de la investigación publicada en Nature es que la geometría propuesta como metamaterial es completamente nueva, no existe en la literatura: “esa es la innovación, principalmente la geometría del metamaterial, la antena utiliza un metamaterial novedoso”.

La estudiante de doctorado refiere que durante la maestría hizo un diseño de una antena que también está publicado: “Dicho trabajo fue teórico y experimental ya que por la frecuencia en la que trabajaba era posible medirlo fácilmente y fabricarlo también fácilmente en el INAOE”.

La antena recientemente reportada, agrega, funciona a una frecuencia por encima de los 75 GHz, y el INAOE cuenta con el equipo para medir este tipo de dispositivos: “Sin embargo, no cuenta con el proceso de fabricación. Lo que pretendemos hacer es, basándonos en este trabajo reportado ya, modificar ciertos materiales empleados como sustratos para que se pueda fabricar en el INAOE.  Ya adquirimos las obleas, solamente falta fabricar empleando un material distinto sobre la oblea de silicio”.

La M. C. Olan comenta que, debido a la frecuencia de operación de la antena, la cual está en el rango de designado por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para radares de largo alcance, el diseño es adecuado para sistemas de radar de largo alcance de automóviles.

Para concluir, Karen Olan señala: “Es importante mencionar que el simulador electromagnético empleado para el diseño de este dispositivo resuelve las Ecuaciones de Maxwell, para poder dar una buena respuesta, lo más cercana a lo que ocurre físicamente en la estructura. Durante la simulación también consideramos muchos parámetros como pérdidas del sustrato, conductividad finita y muchas cosas que esperamos tengan lugar cuando se realice el experimento. Es un trabajo teórico que considera muchos parámetros físicos para la presentación de los resultados”.