Programa del congreso

La tesis pretender dar solución a las principales dificultades en el diseño de dispositivos para frecuencias milimétricas. Para ello, se propone usar tecnologías planares como SIW, AF-SIW y CLAF-SIW, junto con técnicas avanzadas de fabricación (CNC, impresión 3D). La tesis se centra en diseñar, fabricar y caracterizar dispositivos radiantes con capacidad de conformado de haz espacial, usando propiedades geométricas, reconfiguración electrónica y metasuperficies. Los objetivos incluyen crear nuevos esquemas para elementos radiantes, desarrollar guías de onda para la estructura circuital, aplicar tecnologías emergentes y lograr dispositivos económicos, eficientes y con bajas pérdidas.

Existe una tendencia generalizada, tanto en España como en el resto del mundo, a la

exploración del uso de las tecnologías de fabricación aditiva para el desarrollo de

dispositivos de alta frecuencia para comunicaciones. Esta tendencia ha experimentado

un auge exponencial en la industria en los últimos diez años. Se pueden encontrar

ejemplos que utilizan como material de impresión metales o polímeros (como el ABS,

PLA, PETG) para la fabricación de guías de onda, filtros o antenas. Esta idea está acorde

a que existen numerosas tecnologías de fabricación de dispositivos de alta frecuencia,

su éxito comercial exige una gran eficiencia en términos de coste y producción masiva

junto con unas excelentes prestaciones de guiado. Así, la tecnología elegida se debe

adaptar a esta necesidad del mercado. Por otra parte, cada vez interesan más los nuevos

materiales poliméricos derivados de recursos renovables, y los materiales de altas

prestaciones, como las resinas dopadas con materiales cerámicos.

Hay cuatro categorías principales de tecnologías de impresión 3D: el modelado por

deposición fundida (FFF/FDM), las tecnologías basadas en la reticulación o “curado” de

resinas líquidas fotosensibles mediante láser o mediante luz ultravioleta (SLA, (M)SLA),

el sinterizado láser y la impresión 3D directa en metal mediante sinterizado (PBF).

Además de otras tecnologías como son el hilado de aleaciones por haz de electrones, el

laminado por capas, la litografía con foto-solidificación, y la proyección de material

aglutinante (PolyJet, MJF, etc.).

Independientemente del polímero que se utilice como material base de impresión, para

que este material pueda ser utilizado en la industria electrónica, necesita un proceso

posterior de metalizado. El Grupo de Aplicaciones de las Microondas (GAM), en el que

se desarrollará la tesis, cuenta con una patente sobre un proceso de metalización

autocatalítica para materiales poliméricos, y una amplia experiencia en el desarrollo de

dispositivos de alta frecuencia mediante fabricación aditiva.

Además, empresas como la suiza Swissto12 (www.swissto12.com) se dedican a la

fabricación aditiva de dispositivos de alta frecuencia, tanto dispositivos en guía de onda

como antenas, con dispositivos embarcados en satélites de la Agencia Espacial Europea

y de Saturn Satellite Networks. A su vez, la principal empresa fabricante de sustratos

para PCBs, la compañía ROGERS Corporation (https://rogerscorp.com), ha lanzado

recientemente al mercado sustratos imprimibles y metalizables; y ha establecido

también una alianza con la empresa Fortify para el desarrollo de dispositivos de

radiofrecuencia mediante impresión 3D.

El objetivo general de la tesis es el diseño y la fabricación de dispositivos de comunicaciones de radiofrecuencia para aplicaciones terrestres, marítimas y espaciales mediante fabricación aditiva con materiales no convencionales de altas prestaciones con y sin metalizado posterior.

Este objetivo general se desglosa en tres objetivos específicos:

1. Diseño de un amplio abanico de estructuras: dispositivos integrados e integrables, filtenas y arrays de antenas con líneas de alimentación, filtros sintonizables en tecnología guiada, estructuras en Groove Gap Waveguide, dispositivos modulares, lentes de estructura compleja. Optimizando las piezas y su ensamblaje.

2. Uso de nuevos materiales no convencionales y tecnologías de fabricación, tanto en la fabricación mediante tecnología de fabricación aditiva como los métodos sustractivos (CNC, fresado láser, etc.). Además, se experimentará con estructuras semiestocásticas (los metamateriales) para la modificación de las características mecánicas y electromagnéticas del material resultante.

3. Pruebas y medidas: caracterización superficial del metalizado, caracterización electromagnética de los dieléctricos fabricados, control dimensional, medidas electromagnéticas, etc.

Gracias al uso a fabricación aditiva frente a la fabricación sustractiva se permiten conseguir primeros prototipos funcionales con un peso reducido y con las prestaciones similares gracias al continuo desarrollo de las prestaciones de las tecnologías de fabricación 3D que está experimentando la industria. Eventualmente, esto permitirá desarrollar dispositivos cada vez con mejores prestaciones para las comunicaciones de radiofrecuencia.

Este trabajo presenta el diseño y la simulación en CST Microwave Studio Suite de una antena compacta que opera a 2 GHz, destinada a integrarse en una cápsula biomédica ingerible. El objetivo es demostrar una estructura miniaturizada que pueda incorporarse en un dispositivo diagnóstico pueda ser ingerido, similar a una cápsula médica, para futuras aplicaciones de monitoreo gastrointestinal (GI) basadas en interacción electromagnética. La antena está impresa sobre un sustrato RO3010™ y alimentada mediante una sonda coaxial, encapsulada completamente en una estructura biocompatible de PLA (Ácido poliláctico). Aunque las simulaciones se realizan en espacio libre, este trabajo sienta las bases para aplicaciones futuras en la detección de anomalías tisulares mediante contraste dieléctrico

El factor más limitante de cualquier sistema de comunicación es el canal de propagación sobre el que esté operando. Por consiguiente, es de vital importancia estudiar y modelar cómo responde el entorno de propagación en las distintas regiones del espectro radioeléctrico. Bajo el contexto del desarrollo de la tecnología 6G, el estudio y modelado del canal de propagación de las nuevas aplicaciones en las bandas milimétricas (mmWave, millimeter wave) y de los sub-THz (0.1 THz – 1 THz) es fundamental al ser una de las claves para cumplir con sus demandantes indicadores de rendimiento (KPI, key performance indicators). Las técnicas de medida del canal de propagación pueden basarse en sistemas en el dominio del tiempo o de la frecuencia. El modelado de canal clásico se puede llevar a cabo desde distintos espectros: determinista (e.g. ray tracing), estocástico/estadístico (e.g. Rayleigh) o híbridos. No obstante, gracias al auge de la inteligencia artificial (AI, artificial intelligence), nuevas aproximaciones de análisis y modelado basadas en aprendizaje máquina (ML, machine learning) o redes neuronales están surgiendo. Estas nuevas técnicas brindan un gran potencial apenas explorado para profundizar en el conocimiento del canal de propagación en las infinitas frecuencias y escenarios. Por consiguiente, el objetivo último de esta propuesta de tesis es la generación del conocimiento necesario para desarrollar nuevas propuestas de modelos y técnicas de análisis de canal en un muy amplio rango de frecuencias para los futuros sistemas de comunicaciones 6G. Este conocimiento efectivo del canal posibilitará el despliegue efectivo y eficiente de las futuras redes, aumentando su capacidad y su sostenibilidad energética. Para todo ello, se marcan los siguientes objetivos particulares: (i) la caracterización y el modelado de los nuevos entornos de comunicaciones para las diferentes aplicaciones verticales, (ii) el desarrollo de sistemas de medida que permitan una caracterización del canal de comunicaciones en frecuencias milimétricas y de sub-THz y (iii) el desarrollo de técnicas de procesado de señal e inteligencia artificial para la emulación de diferentes escenarios de comunicaciones.

La tesis que se está desarrollando trata sobre cómo utilizar las nuevas técnicas de fabricación para diseñar nuevos dispositivos pasivos para la llamada era de los satélites: en especial, fabricación 3D o fabricación aditiva, fabricaciones planares clásicas y las llamadas fabricaciones híbridas, las cuales utilizan elementos auxiliares como varillas, hilos, etc.

Los satélites de las próximas generaciones de satélites tienen unos requisitos mucho más exigentes en cuanto a prestaciones que los dispositivos clásicos; especialmente en lo que a volumen y peso se refiere. Dado que la tendencia actual es a que los satélites sean más livianos y reducidos; hay que intentar desarrollar nuevos dispositivos que cumplan estas directrices. Es por ello que el uso de dispositivos integrados en substrato permiten reducir en gran medida el volumen de las cargas útiles de los satélites. Los dispositivos integrados en substrato como lo son los ESIW (Guías de onda vacía integradas en substrato) y los ESICL (Líneas coaxiales integradas en substrato vacío) con un cierto recorrido ya en la literatura han sido una respuesta a esta problemática con muy buenos resultados: divisores, acopladores, etc. Sin embargo, hay una serie de limitaciones que tienen estos dispositivos, especialmente en cuanto a geometrías complejas o estructuras en altura (Z). Por toro lado, la impresión 3D o fabricación aditiva es un sector en auge y que viene a revolucionar la manera clásica de fabricar. Hoy en día ya se aplica en multitud de sectores como aeronáutica, odontología, restauración, implantes, etc. Del mismo modo hay diversos materiales usados para fabricación aditiva como plásticos, metales, madera, tejidos, etc. Es por lo cual, que la tesis ahonda en las nuevas técnicas de fabricación; especialmente la impresión 3D para poder desarrollar dispositivos de bajo coste y con altas prestaciones en dispositivos de microondas para satélites. Sin embargo, los altos requisitos en cuanto a tolerancias de fabricación hacen en ocasiones que la fabricación aditiva no sea suficiente para fabricar algunos dispositivos. Es por lo cual, que mediante la convergencia de ambas tecnologías; se pueden explotar los puntos fuertes de cada una de las tecnologías y reducir los puntos flacos. Es decir, combinar la parte planar o integrada en substrato con la de impresión 3D o aditiva. Si además, utilizamos elementos externos en combinación a los fabricados con impresión 3D o con fabricación planar podemos todavía mejorar estos resultados. Un ejemplo de esto es mediante postes; los cuales hacen a su vez las veces de alimentador y de soporte para antenas. Además, estas antenas consiguen valores excelentes en cuanto a ancho de banda y eficiencia.

Las comunicaciones acústicas subacuáticas (UAC, por sus siglas en inglés) se encuentran entre los canales de comunicación más desafiantes debido a su inherente selectividad temporal y frecuencial, causada por la dispersión Doppler y la dispersión en el retardo, respectivamente, especialmente en aguas someras. Este artículo presenta la implementación de un receptor SIMO OFDM (Single-Input Multiple-Output, Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal) que emplea modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). El sistema opera en un rango ultrasónico de banda ancha desde 32 kHz hasta 128 kHz. Se utiliza la configuración SIMO para explotar la diversidad espacial mediante la técnica MRC (Maximum Ratio Combining). Además, se incorpora codificación de canal utilizando un esquema LDPC (Low-Density Parity-Check) para mejorar la robustez de la transmisión. El rendimiento del sistema se evalúa utilizando señales reales obtenidas a partir de mediciones en aguas someras realizadas en el mar Mediterráneo.

El cáncer de mama es la principal causa de muerte en mujeres, y una de cada ocho sufre esta enfermedad a lo largo de su vida. La detección temprana y el seguimiento pueden reducir la mortalidad en hasta un 30%. El uso de la banda de microondas se ha propuesto para este fin ya que permite una monitorización más constante que las técnicas actuales, basadas en mamografías y exploraciones. Esta tesis se centra en la mejora de la resolución y la capacidad de penetración de los sensores planares para habilitar la detección de tumores no superficiales en estadios tempranos, cuando los tratamientos resultan más efectivos. Esto se ha conseguido mediante la realimentación de las pérdidas introducidas por el tumor utilizando un bucle activo. La estabilidad del sistema se ha garantizado mediante un diseño basado en técnicas de análisis de la estabilidad en sistemas realimentados como la función determinante normalizada (NDF), y el contacto directo se ha logrado utilizando un resonador en anillo complementario. Investigaciones futuras se centrarán en el desarrollo de una solución standalone combinada con inteligencia artificial para reducir los costes y realizar seguimientos personalizados de las pacientes.

Vídeo de Ignacio Esteban Lopez Delgado para el concurso "Tesis en 3 Minutos" que tendrá lugar en Tarragona durante la celebración del simposio naciona anual URSI-España 2025.

Partiendo de un objetivo bien definido, optimizar la absorción de microondas de láminas finas, en mi tesis estamos desarrollando diferentes métodos de caracterización electromagnética en espacio libre, medidas de pérdida de reflexión y predicción mediante aprendizaje automático.

Las Superficies Inteligentes Reconfigurables (RIS por sus siglas en inglés) emergen como una solución prometedora, permitiendo la reconfiguración dinámica de la cobertura mediante la adaptación al entorno y la orientación de los haces hacia los usuarios destino. Estas superficies pueden optimizar múltiples haces, realizar multiplexación en el tiempo y seguir a los usuarios en tiempo real, asegurando la calidad de la conexión y alineándose con las exigencias de ultrafiabilidad y baja latencia del 5G/6G. De este modo, las RIS no solo abordan la problemática de las zonas de sombra en la cobertura, sino que también incorporan la inteligencia y flexibilidad requeridas para las próximas generaciones de infraestructuras inalámbricas.