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Agujeros negros y radiocomunicaciones

¿Quién iba a decir que del estudio de los agujeros negros podían surgir ideas para incrementar la capacidad de los sistemas de comunicaciones radio? Pues así es. Según informa Nature, científicos suecos e italianos que investigaban la forma de detectar la radiación que escapa de un agujero negro han diseñado un mecanismo que permite la reutilización de la misma banda de frecuencias en comunicaciones radio. El mismo se basa en el hecho de las radiaciones electromagnéticas pueden ser ‘retorcidas’ para generar un vórtice utilizando una estructura de reflectores similar a una escalera de caracol situada delante de la antena transmisora. El vórtice se caracteriza por que en el centro del mismo el campo es nulo. En el caso de la luz, el vórtice está rodeado de una región brillante con forma de donut cuyo tamaño depende de la raíz cuadrada del momento angular orbital del haz. La capacidad extra se podría conseguir multiplexando varios vórtices con distinto momento angular orbital (cuyo acrónimo es OAM en inglés) generados a partior de la misma frecuencia. La generación de vórtices para señales ópticas es conocida desde hace más de una década (véase, por ejemplo, el siguiente artículo). Pero ahora Fabrizio Tamburini, de la universidad de Padu, y Bo Thidé, de la de Upssala, han verificado que se puede aplicar a señales electromagnéticas de una frecuencia menor. De hecho, según Tamburini, el mismo efecto se puede conseguir sin necesidad de un reflector en espiral con cuatro antenas situadas en el transmisor.

Se podría pensar en el OAM como otra forma momento angular de las ondas electromagnéticas similar a la polarización (la polarización es el momento angular de spin). De hecho, dos señales emitidas en la misma frecuencia con polarizaciones cruzadas pueden ser detectadas sin que se interfieran (la multiplexación por polarización sin embargo solo se aplica si las comunicaciones se basan en enlaces con visión directa, ya que los fenómenos de reflexión y difracción modifican la misma). Del mismo modo que dos señales emitidas en una frecuencia distinta tampoco se interfieren. En este sentido, el OAM es una propiedad más de las radiaciones electromagnéticas: si la longitud de onda representa el ‘color’ y la polarización la orientación, el OAM indicaría la forma del frente de ondas. La ventaja del OAM es que, al contrario que la polarización que solo puede tomar dos valores, en teoría puede tomar infinitos.

Para el próximo 11 de marzo está prevista una prueba experimental en Venecia, utilizando una antena de satélite modificada, con la que se espera soportar tres transmisiones simultáneas sobre la misma frecuencia en la banda de 5 GHz a través de la laguna de la ciudad italiana, con el receptor situado a unos 500 metros. Para ello se utilizarán tres antenas parabólicas modificadas para crear tres vórtices con valores de OAM -1, 0 y +1.

Un artículo en el que se describe la invención está disponible aquí. Más información sobre el experimento de Venecia se puede encontrar aquí.

Obviamente, han de pasar aún bastantes años y salvarse muchos obstáculos antes de que esta innovación  tenga una aplicación práctica (si es que lo consigue).

Post extraído de la red de blogs de Telefónica I+D. Autor: Ignacio Berberana Fernández Murias

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