La lente Rotman se usa con frecuencia en los sistemas de vigilancia por radar para ver objetivos en múltiples direcciones sin mover físicamente el sistema de antena, por lo que es clave para las redes de formación de haces. Gracias a esta característica, la red de alta frecuencia puede recolectar energía no utilizada en la red de 5G, independientemente de la dirección de la que provenga la energía.

En investigaciones previas se intentó recolectar energía en frecuencias como 24 o 35 GHz, pero las antenas utilizadas solo funcionaban si tenían línea de visión con la estación base 5G, ya que no había forma de aumentar su ángulo de cobertura. Este problema se ha resuelto con la lente Rotman, que proporciona seis campos de visión simultáneos en un patrón con forma de araña.

Funcionamiento del sistema

El ajuste de la forma de la lente da como resultado una estructura con un ángulo de curvatura en el lado del puerto del haz y otro en el lado de la antena. Esto permite que la estructura mapee un conjunto de direcciones de radiación seleccionadas a un conjunto asociado de puertos de haz. Luego, la lente se usa como un componente intermedio entre las antenas receptoras y los rectificadores para la recolección de energía 5G.

Este enfoque novedoso aborda el compromiso entre la cobertura angular de la rectenna y la sensibilidad de encendido con una estructura que fusiona técnicas de combinación únicas de radiofrecuencia (RF) y corriente continua (CC), lo que permite un sistema con alta ganancia y gran ancho de haz.

En las demostraciones, la tecnología de Georgia Tech logró un aumento de 21 veces en la potencia recolectada en comparación con otro estudios, al tiempo que mantuvo una cobertura angular idéntica. Para ello, utilizaron la fabricación aditiva interna para imprimir las cosechadoras de ondas milimétricas del tamaño de la palma de la mano en una multitud de sustratos rígidos y flexibles de uso diario. Los hallazgos se publicaron en la revista Scientific Reports.

Desarrollo de nuevas tecnologías

Este sistema robusto podría desarrollar una nueva RFID pasiva, de largo alcance, con tecnología 5G de onda milimétrica para aplicaciones de IoT portátiles y ubicuas. Proporcionar opciones de impresión 3D y de inyección de tinta hará que el sistema sea más asequible y accesible para una amplia gama de usuarios, plataformas, frecuencias y aplicaciones.

Gracias al 5G, se “puede reemplazar millones, o decenas de millones, de baterías de sensores inalámbricos, especialmente para ciudades inteligentes y aplicaciones agrícolas inteligentes”, explica Emmanouil Tentzeris, profesor Ken Byers de Electrónica Flexible en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Este trabajo fue apoyado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF)-Programa de Fronteras Emergentes en Investigación e Innovación. El trabajo se realizó en parte en el Georgia Tech Institute for Electronics and Nanotechnology, miembro de la Infraestructura Nacional Coordinada de Nanotecnología (NNCI), que cuenta con el apoyo de la NSF (subvención ECCS-1542174).