Espelhos planos vão substituir antenas parabólicas

Com informações do LANL - 26/03/2020

O que entra não precisa ser exatamente o que sai nesses refletores modulados espaço-temporalmente.
[Imagem: Los Alamos National Laboratory]

Antenas-espelho

Pesquisadores acabaram de reinventar o espelho - ao menos espelhos que refletem não luz visível, mas as micro-ondas usadas nas telecomunicações.

E esses "espelhos de ondas" prometem substituir os conhecidos pratos e cornetas, que vemos nos telhados e nas torres de celular, por telas planas compactas, versáteis e melhor adaptadas às modernas tecnologias de comunicação.

E, em vez de lotar os telhados, essas antenas planas poderão revestir as fachadas dos prédios, ampliando a cobertura e eliminando a poluição visual.

E não é por acaso que os pesquisadores as chamam de espelhos ou refletores: Em vez da simples reflexão das antenas convencionais, essa nova tecnologia é ativa, lidando com as ondas de forma controlada, o que abre o caminho para a manipulação dessas ondas.

"Nossos novos refletores oferecem alternativas leves e discretas às antenas convencionais. E eles podem ser uma dádiva para os satélites, onde a minimização de peso e tamanho é crucial. Os painéis também podem ser facilmente incorporados em superfícies de edifícios ou veículos terrestres," disse o pesquisador Abul Azad, do Laboratório Nacional Los Alamos, nos EUA.

Reciprocidade e comunicação direcional

A maioria dos refletores é recíproca: No caso de um espelho, por exemplo, se você pode ver alguém refletido nele, a pessoa também pode vê-lo. O novo design do refletor quebra a reciprocidade, o que o transforma efetivamente em um espelho de mão única.

O novo refletor plano também pode ser controlado eletronicamente, o que significa que suas características podem ser reconfiguradas em tempo real, permitindo mexer nas ondas refletidas.

Isso viabiliza o direcionamento do feixe de transmissão ou a focagem personalizada, técnicas difíceis de serem implementadas com as antenas convencionais.

E versões miniaturizadas poderão melhorar os circuitos dentro dos chips, garantindo que os sinais sejam direcionados apenas aos componentes desejados e não levem a sinais espúrios em outras partes do circuito, um problema com o qual os projetistas de chips se preocupam o tempo todo.

Detalhe dos componentes que formam o refletor de micro-ondas.
[Imagem: Andrew E. Cardin et al. - 10.1038/s41467-020-15273-1]

Metassuperfície

Estes novos espelhos-antenas são compostos por uma matriz de estruturas minúsculas traçadas em uma superfície plana. Esse tipo de dispositivo é conhecido como "metassuperfície" porque suas características podem ser alteradas eletronicamente para agir de maneiras diferentes sem modificar a forma física da própria superfície - elas são a versão 2D dos metamateriais.

Quando os sinais atingem a metassuperfície 2-D, suas estruturas manipulam as ondas de luz, fazendo a superfície plana funcionar como uma antena 3-D - e, em alguns casos, fazer coisas que nenhuma antena convencional poderia fazer.

Aplicando sinais elétricos aos componentes do refletor, os pesquisadores conseguiram modular a metassuperfície para controlar a direção e a frequência da luz refletida. E a resposta não-recíproca do refletor impede que as antenas captem ecos de suas próprias transmissões, mantendo a qualidade e protegendo os circuitos de sinais de entrada potencialmente prejudiciais.

"Nós demonstramos a primeira metassuperfície dinâmica capaz de alcançar não-reciprocidade extrema convertendo micro-ondas em plásmons, que são ondas de carga elétrica na superfície do refletor. Esta é a chave para controlar a maneira como os refletores funcionam," explicou o engenheiro Diego Dalvit, membro da equipe.

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