PRESENTACIÓN
El Grupo de Electromagnetismo Aplicado (GEA) tiene más de veinte años de experiencia en el desarrollo de herramientas software para el análisis y diseño de dispositivos pasivos, estructuras periódicas y antenas para aplicaciones espaciales. El grupo ha implementado métodos numéricos eficientes en electromagnetismo computacional, basados en la hibridación de MoM, MEF, Análisis Modal y Descomposición de Dominios. Se han diseñado, construido y medido diferentes componentes en guía de onda (polarizadores, filtros, diplexores/triplexers, OMT, combinadores de potencia, redes formadoras de haz) y subreflectores dicroicos. Algunos se han utilizado en satélites de telecomunicaciones (Hispasat-1A-B-C-E, Artemis, Sesat, Astra-1K-3B-1M, Europe*Star, Newbird, Sky-Bridge, Eutelsat-W2A, Amazonas-2-5, entre otros) y en misiones científicas (Mars Express, Venus Express, Rosetta, Herschel-Planck, Bepi-Colombo).
El GEA ha liderado varios contratos de la ESA para desarrollar tecnologías innovadoras de reflectarray para aplicaciones espaciales, incluyendo antenas con diferentes coberturas para satélites en banda Ku y para coberturas multi-haz en banda Ka.
Otras áreas de investigación son: el desarrollo de antenas con barrido electrónico o reconfiguración del haz utilizando diferentes tecnologías (diodos pin, MEMS y cristales líquidos) en el rango de frecuencias de 9 GHz a 300 GHz; diseño de componentes de RF basados en metamateriales; y evaluación de efectos biológicos de campos electromagnéticos, incluyendo hipertermia y dosimetría.
Historia del GEA
El GEA tiene sus orígenes en 1980, cuando un grupo de profesores (J.E. Page, J. Zapata, C. Camacho y J.M. Rebollar) de la E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) adoptan el nombre de “Grupo de Electromagnetismo Aplicado”. Desde sus inicios, la actividad investigadora del GEA se centró en el desarrollo de nuevos métodos de análisis y diseño de dispositivos pasivos y activos de microondas, actividad que se ha mantenidos hasta la actualidad.
En paralelo, el GEA inició una línea de investigación enfocada en los efectos biológicos de las ondas electromagnéticas y sus posibles aplicaciones terapéuticas (detección precoz y tratamiento del cáncer de mama) y agrícolas (control de plagas mediante esterilización de insectos con campos electromagnéticos). Se realizaron varios proyectos sobre “Termografía de Microondas para el Diagnóstico de Cáncer de Mama», en colaboración con el Servicio de Radiodiagnóstico del Instituto Nacional de Oncología, que realizó la evaluación clínica. Dicha colaboración continuó hasta 1988, realizando demostradores y pruebas clínicas para el tratamiento del cáncer por hipertermia de Microondas. Posteriormente, el GEA estudió los posibles efectos nocivos sobre la población, producidos por las antenas de telefonía móvil, de radiodifusión y las líneas de alta tensión, contribuyendo a la preparación de la orden CTE/23/2002 que regula las instalaciones de telefonía móvil en relación a los posibles efectos sobre la salud.
A lo largo de los años, el GEA se ha ido especializando en el desarrollo e implementación de métodos de análisis y herramientas CAD eficientes para dispositivos, circuitos pasivos, estructuras periódicas y antenas en las bandas de microondas y milimétricas, con aplicaciones en sistemas de comunicaciones, radar y espacio. Gracias a las técnicas CAD implementadas, el grupo ha diseñado diferentes componentes de los sistemas de radiofrecuencia que se encuentran en operación en satélites de comunicaciones (Hispasat-1A-B-C-E, Artemis, Sesat, Astra-1K-3B-1M, Europe*Star, Newbird, Sky-Bridge, Eutelsat-W2A, Amazonas-2-5, entre otros) y en misiones científicas (Rosetta, Herschel-Planck, Bepi-Colombo). También ha diseñado los subreflectores dicroicos para las antenas de alta ganancia empleadas para enviar imágenes a la tierra en las misiones de la ESA Mars Express y Venus Express. La sonda Mars Express lanzada en 2004 sigue en operación, mientras que Venus Express se apagó en 2014 después de enviar datos de Venus durante 8 años.
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Antenas reconfigurables para redes 5G de ondas milimétricas.
Desarrollo de técnicas eficientes para análisis y diseño de dispositivos RF y antenas.
PROYECTOS CON EMPRESAS
USA
Se están diseñando paneles reflectarray pasivos para mejorar las zonas de cobertura en el despliegue de las nuevas redes 5G en ondas milimétricas.
China
Se diseñó una antena para estación base de altas prestaciones, con haz reconfigurable, mediante la implementación de la tecnología de cristales líquidos en una antena tipo reflectarray.
DEFENSE & SPACE
Diseño del alimentador para el satélite Amazonas 4B y del OMT Asimétrico para el satélite AMU.
COLABORACIONES INTERNACIONALES
UNIVERSITÀ DI TRENTO
Se ha iniciado una colaboración con el profesor Andrea Masa de la Universidad de Trento para el desarrollo de técnicas de diseño de antenas reflectarray de altas prestaciones, empleando la metodóloga propuesta por su grupo denominada innovative “System-by-design”. Esta técnica permitirá una optimización numéricamente eficiente de antenas reflectarray de grandes dimensiones con elementos complejos y con un elevado número de grados de libertad.
Queen’s University of Belfast
El GEA mantiene una colaboración desde hace más de 10 años con el grupo de investigación del Profesor Fusco del “Institute of Electronics, Communications and Information Technology (ECIT) asociado a la “Queen’s University of Belfast (QUB)”, para el desarrollo de nuevas antenas de haz reconfigurable basadas en cristales líquidos. Hemos realizado prototipos en bandas de frecuencia desde 10 GHz hasta 100 GHz, para aplicaciones de seguridad, radar o teledetección. ECIT-QUB tiene capacidad para la fabricación en cámara limpia y medida en RF de dispositivos y antenas hasta 300 GHz. El GEA ha participado con ECIT-QUB en la realización de un proyecto de la ESA y en otros proyectos financiados por los programas de investigación de Reino Unido y España.
UNIVERSITY OF TORONTO
La colaboración con el Prof. S. V. Hum de la Universidad de Toronto se estableció en 2014 cuando realizó una estancia de 3 meses en Madrid y participó en el diseño de antenas reflectarray multihaz en banda Ka para satélites de comunicaciones. Esta línea de colaboración continuó con una estancia de Eduardo Martínez de Rioja en Toronto y en la participación conjunta en varios proyectos de investigación financiados por los gobiernos de Canadá y España.
IT'IS FOUNDATION
El GEA colabora con la Fundación IT’IS (Foundation for Research on Inromation Technologies in Society, IT’IS) en Zúrich, Suiza, en estudios sobre la tasa de absorción específica, que es una medida de la potencia máxima con que un campo electromagnético es absorbido por los tejidos y convertida en calor. Los resultados de estos estudios, se han utilizado en la planificación de tratamientos de hipertermia, usando microondas, en la banda ISM (específicamente 433.92 MHz) como medio de calentamiento. Derivado de este trabajo, también se mantiene estrecha colaboración con el Prof. Quirino Balzano, de IT’IS y la Universidad de Maryland, EEUU sobre la evaluación de la exposición de dispositivos inalámbricos portátiles a frecuencias superiores a 6 GHz, con aplicación en la nueva tecnología 5G.
UC DAVIS
Se colabora con el Prof. Juan Sebastian Gomez-Diaz de la Universidad de California en Davis, principalmente en el desarrollo de antenas no recíprocas, es decir, antenas que no mantienen idénticas sus propiedades de radiación en transmisión y recepción. La colaboración con este grupo ha dado lugar a distintas publicaciones, tanto en revistas como en congresos internacionales.
QUEEN'S UNIVERSITY KINGSTON, CANADA
Como resultado de una estancia sabática del Prof. Carlos R. Escobedo de la Universidad de Queen’s en Kingston, se ha comenzado una línea de investigación en distintos temas relacionados con los microfluidos. Por un lado, se colabora en aplicaciones de antenas reconfigurables utilizando metal líquido no tóxico (Galinstan), y por otro lado en líneas relacionadas con hipertermia con miras a estudiar la posibilidad de utilizar microorganismos (bacterias magnetostáticas) que pueden guiarse mediante campos magnéticos a través de capilares, y que eventualmente podrían ser utilizados como elementos para calentar un fluido.
EMBRY-RIDDLE
Se mantiene una colaboración con el laboratorio del Prof. Eduardo Rojas, enfocada al desarrollo de antenas mediante la utilización de impresión aditiva.
COLORADO STATE UNIVERSITY
Colaboración con el “Department of Electrical and Computing Engineering” de la Universidad de Colorado en EEUU, y en concreto con el Profesor Branislav Notaros, para colaborar en trabajos de investigación y proyectos relacionados con el análisis y diseño de antenas y estructuras radiantes. El Profesor José Mª Gil realizó una estancia en este departamento durante el último trimestre de 2009.
MCGILL
Colaboración con el profesor J. P. Webb Department of Electrical Engineering de la McGill University de Montreal (Canadá) sobre temas relativos al desarrollo nuevos elementos finitos vectoriales de alto orden. Esta relación comenzó en el año 1995 y desde entonces el profesor del grupo investigador José. Mª. Gil ha realizado dos estancias de 6 meses de duración en este departamento.
UNIVERSITÉ CATHOLIQUE DE LOUVAIN
Colaboración con el Profesor C. Craeye de el “Institute for Information and Communication Technologies, Electronics and Applied Mathematics (ICTEAM) of the Université Catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve, Bélgica, en el desarrollo de algoritmos de síntesis de antenas.
University of Birminhan
En 2011 comenzó una colaboración con el grupo de investigación del Prof. Michael Lancaster de la Universidad de Birmingham en el diseño de dispositivos pasivos en guía de onda fabricados por técnicas de micro-mecanizado. Dicha colaboración se inició con una estancia de investigación de Carlos A. Leal Sevillano. Además la estancia en Reino Unido permitió el contacto con otros grupos, como con el Jodrell Bank Center de la Universidad de Manchester. En esta colaboración se desarrollaron con Dr Giampaolo Pisano filtros de muy bajas pérdidas para radioastronomía.
Jet Propulsion Laboratory
En 2012 Carlos A. Leal Sevillano realizó una estancia de investigación en NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, con la que comienza una fructífera colaboración para el desarrollo de numerosos dispositivos para futuras misiones espaciales en la banda de ondas submilimétricas. Entre otros se han desarrollado varios dispositivos que actualmente constituyen el estado de arte en estas bandas como: duplexores (incluyendo bocinas y polarizadores) para radares compactos de imágenes, OMTs para instrumentos de observación de la tierra y filtros implementados por tecnología DRIE hasta 700GHz.
