Um grupo de engenheiros da Universidade de Glasgow, na Escócia, desenvolveu um novo metamaterial 2D, ultrafino e de baixo custo, capaz de transformar a comunicação via satélite. A tecnologia, detalhada em um artigo na Communications Engineering, pode facilitar a transmissão de grandes volumes de dados e melhorar a qualidade dos sinais, crucial para redes 6G.

Metamateriais são estruturas artificiais projetadas para ter características que não existem em materiais naturais. O novo material desenvolvido tem apenas 0,64 mm de espessura, composto por células de cobre geométrico sobre uma placa de circuito comercial, usada em comunicações de alta frequência.

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a) Vista frontal da célula unitária. (b) Vista em perspectiva da célula unitária. (c) Diagrama UV da célula unitária. (Imagem: Khan et al. / Communications Engineering)

Esse design permite manipular e converter ondas de rádio, especialmente nos espectros Ku, K e Ka (12 GHz a 40 GHz), frequências usadas em satélites e sensoriamento remoto. A conversão de polarização linear para circular, promovida por essa superfície, é uma das grandes inovações, garantindo comunicações mais estáveis e resistentes a interferências atmosféricas.

Polarização circular na comunicação por satélite

  • Na comunicação via satélite, a polarização circular se destaca pela robustez contra distúrbios atmosféricos, como chuva e interferências ionosféricas.
  • Essa característica reduz a degradação de sinais, melhorando a eficiência e eliminando a necessidade de alinhamento preciso entre antenas, um grande desafio em dispositivos móveis e satélites em órbita.
  • Além disso, a polarização circular dobra a capacidade de canal, utilizando as polarizações circular direita e esquerda.
  • Isso simplifica o design de antenas para pequenos satélites, aumentando a capacidade de rastreamento e assegurando links de comunicação em ambientes adversos.

Testes e resultados

Os experimentos conduzidos com o novo metamaterial mostraram que ele mantém alto desempenho mesmo quando os sinais de rádio incidem em ângulos de até 45 graus — fator crítico para aplicações espaciais, onde o alinhamento entre satélites nem sempre é perfeito.

Os testes em laboratório, realizados com as chamadas antenas cornetas (horn antennas) e um analisador de rede, demonstraram que a conversão de polarização linear para circular foi eficiente, com resultados experimentais próximos às simulações realizadas.

Configuração experimental para medições na faixa de frequência de 13,5 a 18 GHz (a), comparações entre resultados simulados (Sim) e medidos (Exp) dos coeficientes de reflexão (b) e da razão axial (c). Configuração experimental para medições na faixa de 24 a 38,5 GHz (d), com comparações entre Sim e Exp dos coeficientes de reflexão (e) e da razão axial (f). (Imagem: Khan et al. / Communications Engineering)

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Aplicações futuras e produção

De acordo com o professor Qammer H. Abbasi, líder do projeto, o metamaterial 2D é uma evolução significativa no campo, podendo ser fabricado em larga escala com técnicas convencionais de placas de circuito impresso. Isso abre portas para uma produção acessível e em grande volume, viabilizando seu uso em satélites de comunicação e dispositivos para monitoramento ambiental e migração de fauna.

O desenvolvimento também pode impactar a conectividade global, melhorando a qualidade dos sinais para smartphones e transmissões de dados em alta velocidade, elementos essenciais para a implementação de redes 6G.