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La tercera revolución de las antenas hará que todo, hasta una ventana, pueda estar conectado

La tercera revolución de las antenas hará que todo, hasta una ventana, pueda estar conectado
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Pensemos por un momento en la rueda. Más bien, en lo que conceptualmente simboliza: el transporte. A través de distintas maquinarias, bien mediante un carromato tirado por yeguas en 1672 o un autobús turístico de dos alturas en 1999, hemos desarrollado comunicaciones fluidas, salvado vidas, o comerciado más allá de lo territorial, visitado lugares que de otra forma, por limitación geográfica, hubiesen sido imposibles.

Ahora pensemos en las comunicaciones inalámbricas. En las ondas de radio, la carrera espacial, el WiFi o el 3G. Supusieron el siguiente eslabón de la cadena: una comunicación idéntica, encapsulada, sin necesidad de desplazarse.

Y fue gracias a unos pequeños —o gigantescos— conductores metálicos, repetidores, receptores, antenas al fin, que posibilitaron una nueva forma de acceder al mundo periférico.

¿Qué es eso que flota por el aire?

Las ondas se filtran y transmiten por distintos anchos de banda, que son los espacios, como carreteras, por los que transitarán los datos. La fuente emisora puede modelar su amplitud. Pero hay que pensar en ellas como si proyectáramos la luz de una linterna: según vamos cerrando el foco alumbraremos más lejos; según lo expandimos la luz morirá más cerca pero cubriremos una superficie de espacio mayor.

El rendimiento de una buena antena lo define el ancho de banda al que es capaz de acceder

El 4G, por ejemplo, cuenta con límite inferior sobre los 800MHz, lo que significa que puede transmitir su señal bastante lejos. Pero su señal será tenue. La banda 2 (1900 MHz) cuenta con menor alcance, pero si estás cerca de la fuente emisora recibirás una señal más limpia y clara. Cada país elige las bandas que destinará a la telefonía móvil, cuáles a televisión (TDT), y cuáles a otros servicios. Y hoy por hoy tenemos un montón.

El rendimiento de una buena antena lo define el ancho de banda al que es capaz de acceder. Durante muchos años, las llamadas se realizaban en narrowband (NB, banda estrecha), un estándar abierto que permitía comunicación desde los 300Hz a los 3400Hz.

A partir del 3G todo cambió, permitiendo acceso al WB (WideBand), que transportó el doble de ancho de banda 300-7000Hz sin necesidad de cambiar las capacidades del teléfono. Esto redundó en mayor calidad, un mayor espectro sonoro: a más información disponible, menos compresión.

Primera revolución: microantenas

microantenas

Podríamos decir que las telecomunicaciones datan desde el momento que alguien talla una flecha sobre la corteza de un árbol, alguien transmite mensajes mediante señales de fuego o, más próximos a nuestra civilización, cuando ingenieros alejandrinos como Kleoxenos y Demokleitos utilizan sistemas de recepción y transmisión de información mediante antorchas.

Durante los años 30 vivimos el desarrollo de las microondas y el RADAR, lo que daría pie a sistemas como FREY A o la eclosión de la radioastronomía. Después viviríamos la Segunda Guerra Mundial y, con ella, llegaría el magnetrón, el uso de antenas en fase (phased array) más avanzadas y radares de alcance muy superior.

Si queremos hablar de antenas debemos remontarnos a 1992, cuando empieza a funcionar comercialmente el GSM

Pero si queremos hablar de antenas debemos remontarnos a 1992, cuando empieza a funcionar comercialmente el GSM. Es decir, el Sistema Global de comunicaciones móviles que define los estándares de todo el planeta. Las primeras antenas eran rabillos de hasta quince centímetros, algunas retráctiles y otras, varios años después, fijas al cuerpo del teléfono.

En los 90, cuando aún las numeraciones empezaban por 909 y la banda de 900 MHz cubría gran parte de la población del país, se desató una batalla entre filiales móviles que espoleó un nuevo escenario: todos pidiendo más ancho de banda. Una guerra similar a la vivida en 2013, cuando el Gobierno liberó la frecuencia de los 800 MHz y las distintas operadoras batallaron por ofrecer su 4G antes que el resto.

Segunda revolución: antenas fractales para todos

Movil Vodafone

Ahora no pensemos en esa antena como cola retráctil, esa protuberancia en el diseño. Pensemos en un chip, en un pequeño fractal microscópico escondido en el fondo del teléfono. Un fractal es una geometría que repite su misma forma a distintas escalas. Cada figura opera a una distinta longitud de onda y cada teléfono cuenta con su antena a talla personalizada.

Autor del vídeo que abre, el ingeniero y profesor Carles Puente Baliarda comenzó su periplo hacia el éxito con Fractus, una extensión tecnológica de su trabajo en la UPC (Universidad Politécnica de Cataluña). Allí, con veinte personas a su cargo y unas 150 patentes a sus espaldas, desarrolló su multilevel space filling antennas. Es decir, su antena fractal.

La inmensa mayoría de los teléfonos inteligentes de la actualidad implementan, de un modo u otro, antenas fractales

La inmensa mayoría de los teléfonos inteligentes de la actualidad implementan, de un modo u otro, la herencia de su invento. En 2014 ya habían colocado unas 40 millones de antenas. Un año después doblaron la cifra.

La antena fractal se compone de varios módulos que incorporan las distintas tecnologías inalámbricas: ya hablemos de telefonía celular (GSM/WCDMA/LTE) o conectividad de largo y corto alcance (WLAN, GNSS, Bluetooth, GPS o NFC), cada aparato se encarga de una banda o grupo de bandas y cada una opera de forma independiente.

Limitaciones entre tantas conexiones

Antenas

Al otro lado, la contaminación electromagnética. Y el deseo de reducirla. Pese a los muchos informes presentados durante los últimos añosel CCARS nunca ha encontrado evidencia de contaminación electromagnética, de una asociación directa entre salud y campos electromagnéticos. Como “sustancia” cancerígena, según la OMS las ondas electromagnéticas están a la altura del café o la aloe vera, en el grupo 2B.

En cualquier caso, esto no invalida el tremendo escenario al que vamos abocados: una acumulación de millones de petabytes de datos generados cada año, el tráfico equivalente a toda nuestra historia condensada en apenas unos días: 15 millones de gigabytes de tráfico mensual. En el espectro electromagnético esto supone un bullicio significativo.

El 4G desembocó a toda prisa por pura urgencia. Desapareció el roaming en Europa porque ya no tenía sentido. Recordemos aquellos seísmos y tsunamis donde las redes se colapsan y se liberan servicios de urgencia para poder enviar SMS. «En la actualidad, un mismo dispositivo tiene que poder operar en los estándares 2G, 3G, 4G e incluso 5G», apunta el equipo de Carles. Y las smart cities no detendrán esta inercia, sino que la llevarán a su máxima expresión.

Tercera revolución: boosters y evaporación

Fractal Vodafone

¿Cómo se ahorra espacio y se aumenta conectividad? El equipo de Carles estimó que aún se podía mejorar el servicio si las ondas se recibieran y proyectaran sobre el plano de masa. El plano de masa es una lámina metálica que blinda la circuitería ante ruido electromagnético indeseado (frecuencias armónicas).

En otras palabras, usarla como una pantalla amplificadora, un booster. La antena matriz debe seguir existiendo, pero puede permitirse ser más pequeña y, por tanto, más eficiente. La antena virtual busca una meta simple: radiar no a través de una antena, sino a través del propio teléfono.

La antena definitiva es poder utilizar objetos cotidianos como antena

Y al reducir su tamaño concede espacio extra al resto de componentes. Un marco idóneo para wearables y distintos objetos IoT que, bien por tamaño o usabilidad, necesiten de estas tecnologías. El amplificador no emite ondas, por tanto, permite ahorrar batería.

Como señalan en el vídeo, la antena definitiva es que todo pueda servir como antena: el marco de una ventana utilizado para radiar ondas electromagnéticas. Conectividad total a partir de objetos cotidianos: Internet of Everything. Porque sí, nuestra forma de comunicarnos ha evolucionado radicalmente, pero seguimos necesitando ruedas y antenas. Aunque estas cambien de forma hasta prácticamente evaporarse.

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