De les ones electromagnètiques a les antenes virtuals III

Amb l’aparició de nous estàndards de comunicació, la reducció de l’espai disponible per a les antenes en dispositius wireless o sense fils —dispositius en què la transmissió d’informació està suportada per ones electromagnètiques—, la rapidesa en el disseny, la robustesa de la fabricació, etc., ha aparegut una nova tecnologia d’antenes inventada el 2008 que exigix eliminar les antenes actuals per uns elements d’una grandària unes deu vegades més petita que les antenes convencionals [1], [5]. Aquests elements són denominats antenna boosters, i són capaços d’excitar la mateixa estructura conductora del dispositiu wireless, perquè el mateix dispositiu siga l’antena. Com aquest element bàsicament no funciona com una antena com a tal, sinó que transfereix les característiques de propagació d’ones electromagnètiques a l’estructura conductora del dispositiu, s’anomena tecnologia d’antena virtual (Virtual Antenna® Technology) i suposa un canvi radical en el disseny d’antenes per a satisfer les exigents demandes de prestacions dels dispositius wireless (Fig. 1). Aquesta innovació tecnològica va servir per a fundar l’empresa Ignion per a dur connectivitat a dispositius wireless gràcies a Virtual Antenna® Tecnology [6], [7].

Fig. 1 Evolució d’antenes per a dispositius wireless, des de les antenes externes a les internes, on Virtual Antenna® Technology destaca per la seua miniaturització [5]

Fig. 2 Representació d’un dispositiu de llanterna amb connectivitat sense fils, dissenyat per a adherir-se de manera segura al sostre d’un vehicle mitjançant un sistema de fixació magnètica. El dispositiu incorpora un botó superior de color groc, fàcilment identificable, que activa un senyal lluminós intermitent visible a una distància de fins a 1 quilòmetre. Integra Virtual Antenna® Technology amb dos antenna boosters: un destinat a garantir la connectivitat cel·lular i un altre optimitzat per a la recepció precisa de senyals GPS [5]

A part del seu alt grau de miniaturització, un altre gran avantatge de Virtual Antenna® Technology és que no és necessari dissenyar una antena diferent per a cada dispositiu. El mateix antenna booster es pot utilitzar per a diferents grandàries de dispositiu i en diferents bandes freqüencials. A més a més, un antenna booster adopta la forma d’un component tipus xip, la qual cosa permet que puga ser integrat de manera automatitzada.

Avui dia, Virtual Antenna® Technology és present en dispositius com sensors d’aigua, llum, gas, pàrquings, dispositius de comunicació mòbil, mòduls de radiofreqüència, etc. Una il·lustració tangible de com els dispositius connectats poden ser beneficiosos per als conductors és l’ús d’una balisa intel·ligent o llanterna connectada. Aquesta actua com una alternativa moderna al tradicional triangle reflectant roig, que normalment s’utilitza per a avisar altres vehicles. La llanterna connectada elimina la necessitat que el conductor baixe del cotxe per a col·locar el triangle, reduint així el risc d’accidents amb vianants o altres vehicles (Fig. 2).

En lloc d’això, la llanterna s’adherix de manera segura al sostre del vehicle mitjançant imants. Quan s’activa, emet una llum intermitent molt visible, que es pot veure des d’una distància de fins a 1 quilòmetre, alertant de manera eficaç els conductors propers perquè extremen la precaució. A més, este dispositiu està equipat amb capacitats de geolocalització i antena cel·lular, aprofitant la tecnologia Virtual Antenna®. Gràcies a la seua connexió cel·lular, esta llanterna intel·ligent es comunica amb els sistemes de navegació dels vehicles dels altres conductors, notificant-los que han de conduir amb precaució per la presència d’un vehicle aturat a la via. Este exemple pràctic incorpora dos antena boosters: un per a rebre senyals per satèl·lit i un altre per a garantir una connectivitat cel·lular fluida.

Un altre exemple mostra com podem millorar la salut dels nostres boscos gràcies a Virtual Antenna®. En un món cada vegada més interconnectat, els boscos cibernètics emergeixen com una solució innovadora per a preservar i millorar la salut dels nostres ecosistemes forestals. Aquesta nova visió combina el coneixement ecològic amb les últimes tecnologies sense fils, com la Virtual Antenna® Technology, que permet la miniaturització i optimització de dispositius de comunicació dins de la xarxa de la internet de les coses. Gràcies a l’ús d’aquesta tecnologia, es podran desenvolupar dispositius molt més petits, eficients i sostenibles, que poden ser distribuïts a gran escala dins del bosc per a monitorar dades ambientals clau: temperatura, humitat del sòl, emissions de CO₂, presència de fums o canvis en la biodiversitat. A més, estudis recents demostren que l’ús de materials orgànics com l’àloe vera com a plans de massa en antenes incrementa l’eficiència del sistema i redueix la petjada ecològica, obrint la porta a solucions biocompatibles i ecoeficients per al desplegament de sensors en entorns naturals (Fig. 3).

Aquest enfocament transforma els boscos en entitats intel·ligents i connectades, capaces d’enviar alertes en temps real sobre incendis, sequeres o plagues, ajudant a una intervenció més ràpida i precisa per part dels gestors forestals. A més, el fet d’integrar antenes virtuals amb tecnologies orgàniques com l’àloe vera redueix la dependència de materials contaminants i afavoreix un disseny més respectuós amb l’entorn. Amb aquestes innovacions, els boscos cibernètics no només es converteixen en espais naturals monitorats, sinó també en laboratoris vius per a la recerca, la sostenibilitat i l’acció climàtica. En definitiva, gràcies a la combinació de la tecnologia virtual d’antena i l’ús de materials naturals, podem avançar cap a un futur on la tecnologia millora la natura [8].

Per a poder aprendre més sobre Virtual Antenna® Technology, podeu consultar [9].

Fig. 3 Aprofitant la combinació antena booster i planta, es permet millorar l’eficiència d’un dispositiu permetent més rang i en un futur poder convertir les plantes en entitats cibernètiques que ens facin saber el seu estat de salut

Conclusions

Acabaré aquesta sèrie fent un resum. Com vam veure a “De les ones electromagnètiques a les antenes virtuals I”, James Clerk Maxwell culminà el 1865 en les equacions que porten el seu nom el treball previ de molts científics de la talla de Gauss, Ampère i Faraday afegint, a més, un terme fonamental per a demostrar l’existència d’ones electromagnètiques. Amb aquestes equacions es demostrà, a més, que la velocitat de propagació d’una ona electromagnètica depèn de la densitat del medi (permitivitat i permeabilitat) i que, per al cas de l’aire, aquesta resulta ser pròxima als 300.000 km/s. Anys més tard, el 1888, Hertz demostrà la seua existència de manera experimental i amb la primera transmissió d’informació el 1901 entre Gal·les i Terranova realitzada per Marconi es començà la revolució wireless.

Al llarg de l’article “De les ones electromagnètiques a les antenes virtuals II” es van presentar alguns dels paràmetres bàsics d’antena, dels quals cal destacar la freqüència d’operació, la polarització i la directivitat. La freqüència d’operació és rellevant perquè determina en general la grandària d’una antena: a major freqüència, menor pot ser la grandària d’una antena. Quant a la polarització, s’ha vist la seua utilitat per a poder aprofitar l’espectre electromagnètic sent útil per a enviar informació per un estat de polarització i una altra informació per l’estat perpendicular, situades ambdues en el mateix marge freqüencial. Quant a la directivitat, s’ha vist que les antenes són capaces de transmetre/rebre ones electromagnètiques i, per tant, informació, en determinades direccions de l’espai. Per a certes aplicacions, es requereixen antenes directives capaces de concentrar la potència cap a un receptor i d’aquesta manera no enviar potència a altres zones de no interès.

En aquest article hem vist que les aplicacions on l’antena és un element indispensable van en augment, des de les mateixes antenes integrades en els milers de milions de dispositius mòbils, les antenes per a explorar el nostre món exterior o fins a les antenes situades a l’interior del cos humà. Antenes per a connectar persones, persones amb coses i coses amb coses. I queda encara molt per investigar i desenvolupar on tecnologies trencadores com Virtual Antenna® jugaran un paper determinant com ho va fent fins al moment.

Bibliografia

1. J. Anguera, A. Andújar, C. Puente i J. Mumbrú: “Antennaless Wireless Device”, Patent Appl. WO2010/015365, 31 de juliol de 2009, i patents US8203492 (B2); US9130259 (B2); US9276306 (B2)
2. J. Anguera, A. Andújar, C. Puente i J. Mumbrú: “Antennaless wireless device capable of operation in multiple frequency regions”, Patent Appl. WO2010/015364, 31 de juliol de 2009, i patents CN102084542 (B2); US8237615(B2); US8736497 (B2); US9350070 (B2).
3. J. Anguera, A. Andújar i C. Puente: “Wireless handheld devices, radiation systems and manufacturing methods”, Patent US 9,331,389 B2, maig del 2016.
4. J. Anguera, N. Toporcer i A. Andújar: “Slim radiating systems for electronic devices”, US Patent US 9,960,478 (B2), 4 de juliol de 2014.
5. J. Anguera i A. Andújar: “Antenna Booster Technology for Wireless Communications”, Institute of Engineering and Technology, juliol del 2024, ISBN 978-1839533006.
6. www.ignion.io
7. J. Anguera i A. Andújar: "Antenna Booster Technology: From R&D to Ignion [Industry Activities]", en IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 63, núm. 4, pp. 133-137, agost del 2021, doi: 10.1109/MAP.2021.3085163.
8. J. Anguera, I. Ripoll, G. Massana i A. Andújar: “Organic Ground Planes for Wireless Devices Embedding Antenna Boosters”, European Conference on Antennas and Propagation, EUCAP 2025, Estocolm, Suècia, març del 2025.
9. Virtual Antenna® Technology for Wireless Connectivity. Curs bàsic en obert disponible en: https://virtualantennamooc.salle.url.edu/