Líneas de Investigación

Desde su origen, 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). ​

Actualmente, el GEA mantiene abierta una línea en el campo del bioelectromagnetismo, colaborando con distintos grupos nacionales e internacionales, principalmente en el campo de la hipertermia, un tratamiento coadyuvante a la radio o a la quimioterapia, que consiste en calentar cierto tipo de tumores con el fin de reducir su tamaño. El GEA colabora con la Fundación IT’IS (https://itis.swiss) 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 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. ​

También se colabora con el grupo del Prof. José Javier Serrano Olmedo del Centro de Tecnología Biomédica de la UPM, mediante un proyecto del Plan Nacional, que evalúa metodologías alternativas para la liberación de energía térmica en modelos animales. Recientemente se ha iniciado una colaboración con el grupo del Prof. Carlos Escobedo (https://www.escobedolab.com/), de la Universidad de Queen’s en Kingston, Canadá en una línea similar, incluyendo además la posibilidad de utilizar bacterias magnetostáticas, microorganismos que pueden guiarse mediante campos magnéticos a través de capilares, y que eventualmente podrían ser utilizados para calentar el tumor. ​

El grupo ha implementado métodos numéricos eficientes en electromagnetismo computacional, como Método de los Momentos (MoM), Método de Elementos Finitos (FEM), Análisis Modal y Descomposición de Dominios. Muchas de las técnicas de modelado electromagnético se desarrollan para el diseño específico de determinados componentes que se emplean en los satélites de comunicaciones. Estas técnicas son muy eficientes, y pueden ser 100 veces más rápidas que los simuladores electromagnéticos de uso general disponibles en el mercado. La gran eficiencia numérica y exactitud de las herramientas de modelado electromagnético, ha hecho posible integrar las técnicas de análisis en procesos de optimización, generando herramientas de diseño asistidas por ordenador (CAD), para el diseño de diferentes circuitos de radiofrecuencia.

El grupo ha centrado su trabajo en el diseño de dispositivos pasivos de microondas en tecnología de guía de onda para aplicaciones espaciales, combinadores de potencia y calentamiento, utilizado nuevas técnicas de fabricación aditiva (Additive Manufacturing AM) especialmente por Sinterización Selectiva por Laser (Selective Laser Sintering). Esta investigación ha sido subvencionada por el proyecto del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad “Explorando las nuevas tecnologías de fabricación y de manufacturación aditivas para dispositivos pasivos en las bandas de microondas y milimétricas” TEC2016-76070-C3-2-R. Se espera continuar en esta línea de investigación con el nuevo proyecto solicitado: “Fabricación aditiva en sistemas de comunicaciones emergentes para las bandas de frecuencia de microondas y milimétricas”.

Por otro lado, en los últimos cinco años se han diseñado diferentes componentes embarcados en Satélites de Comunicaciones gracias a los contratos transferencia de conocimiento firmados con la empresa Airbus Espacio y Defensa. El diplexor en banda X para el satélite KMIL, el diplexor en banda Ku para el satélite Amazonas 5 y por último para el satélite SES-12, el diplexor y el OMT ambos en la banda Ku.

Estructuras y medios de transmisión periódicos. Metamateriales electromagnéticos.​

Caracterización y medida de materiales y medios de transmisión a alta frecuencia.

El GEA es un referente internacional, reconocido por la ESA, en el desarrollo de antenas reflectarray para aplicaciones espaciales. Una antena reflectarray, consiste en una agrupación de elementos desfasadores fotograbados sobre una superficie plana (array) que se ilumina mediante un alimentador, de forma idéntica a las antenas reflectoras. Las celdas desfasadoras que conforman el reflectarray, permiten enfocar o conformar el haz reflejado. Los reflectarrays presentan ciertas ventajas frente a los arrays, como son facilidad de fabricación, bajo coste y bajas pérdidas. Frente a los reflectores, los reflectarrays son más adecuados para antenas desplegables (por ejemplo, en los satélites pueden desplegarse, de forma similar a los paneles solares) y permiten implementar funcionalidades diferentes dependiendo de la frecuencia y de la polarización. Estas ventajas los hacen especialmente atractivos para su utilización en satélites de comunicaciones, misiones científicas y de observación de la tierra, tal y como ha sido probado en diferentes proyectos de las agencias Europea (ESA) y Americana (NASA). La NASA fue la primera Agencia que utilizó reflectarrays como antenas desplegable de alta ganancia para transmisión de datos a la tierra en nano satélites CubeSat, lanzando la misión ISARA (Integrated Solar Array and Reflectarray Antenna) en 2017 y MarCo en 2018, que viajó a Marte.​

En esta línea 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 de difusión directa (televisión por satélite) y para coberturas multi-haz para dar acceso a internet de banda ancha desde el satélite (para usuarios en vuelos comerciales, en cruceros o para establecer comunicaciones en situaciones de emergencia). Para mas detalles, ir a la sección de Proyectos​.

En esta línea se colabora también con el grupo del Prof. J. Sebastián Gómez-Díaz de la Universidad de California, en el desarrollo de antenas reflectarray que no cumplen con el principio de reciprocidad, una propiedad intrínseca de las antenas, gracias a la cual sus características de radiación son idénticas en transmisión y en recepción. Sin embargo, la reciprocidad puede ser un problema cuando las antenas se ven obligadas a escuchar los reflejos de su propia señal o de otras señales transmitidas a la misma frecuencia, provocando interferencias. En esta colaboración se explora la implementación de antenas que transmiten, pero no reciben, antenas no recíprocas, que han despertado el interés de la comunidad científica. Dicho de forma sencilla, antenas que hablan, pero no escuchan.

El GEA ha hecho importantes contribuciones al campo de las antenas con control dinámico del haz, particularmente los reflectarrays de haz reconfigurable, mediante el uso de distintas tecnologías, dependiendo de la topología del elemento individual, el rango de frecuencias y las especificaciones de la aplicación concreta. Entre las tecnologías que se han estudiado pueden mencionarse aquellas basadas en diodos tipo PIN, diodos varactores, MEMS (micro-electromechanical systems), grafeno, metal líquido (Galinstano) y cristales líquidos (LC). ​

En los años recientes, el GEA ha hecho importantes aportaciones al campo de la investigación en esta última tecnología. En concreto, el GEA centra parte de su investigación en el desarrollo de estas antenas a frecuencias superiores a 20 GHz -incluyendo los llamados Terahertzios- usando la tecnología de LC, que ha sido ampliamente desarrollada y comercializada en frecuencias del espectro visible para desarrollar los conocidos “displays”. El LC es un material que cambia una de sus propiedades físicas relacionada con la interacción electromagnética (la permitividad eléctrica), en función de una tensión aplicada. En el caso de los displays o pantallas de cristal líquido, cada píxel se diseña para que la variación de ese parámetro controle la intensidad de luz que transmite el píxel, y así proporcionar la imagen deseada. En el caso de las antenas basadas en esta tecnología, los píxeles se diseñan para que la variación de ese parámetro controle la fase de las ondas electromagnéticas que se reflejan o transmiten por cada uno de ellos, y que están relacionadas con la forma de los campos que radia la antena. Por tanto, este control de fase electrónico permite seleccionar cómo la antena radia y distribuye potencia en el espacio (antena en transmisión o recepción).