Sensor de radio basado en átomos revela dirección de señal para comunicaciones más limpias

Investigadores demostraron un sensor basado en átomos que puede determinar la dirección de una señal de radio entrante, otra parte clave para un potencial sistema de comunicaciones atómico que podría ser más pequeño y funcionar mejor en entornos ruidosos que la tecnología convencional.

La capacidad de medir el «ángulo de llegada» de una señal ayuda a garantizar la precisión de radar y comunicaciones inalámbricas, que necesitan separar mensajes e imágenes reales de interferencias aleatorias o deliberadas. Un verdadero sistema de comunicaciones basado en átomos beneficiaría al 5G y más allá.

Dos láseres de diferentes colores preparan átomos de cesio gaseosos en una diminuta ampolla de vidrio, o celda, en estados de alta energía (Rydberg) que tienen propiedades novedosas como sensibilidad extrema a campos electromagnéticos. La frecuencia de una señal de campo eléctrico afecta los colores de luz absorbidos por los átomos. Un «mezclador» basado en átomos toma señales de entrada y las convierte en diferentes frecuencias. Una señal actúa como referencia mientras que una segunda señal se convierte o desintoniza a una frecuencia más baja. Los láseres sondean los átomos para detectar y medir diferencias de frecuencia y fase entre las dos señales. La fase se refiere a la posición de las ondas electromagnéticas relativas entre sí en el tiempo.

El mezclador mide la fase de la señal desintonizada en dos ubicaciones diferentes dentro de la celda de vapor atómico. Basándose en las diferencias de fase en estas dos ubicaciones, los investigadores pueden calcular la dirección de llegada de la señal. Para demostrar el enfoque, el equipo midió diferencias de fase de una señal experimental de 19,18 GHz en dos ubicaciones dentro de la celda de vapor para varios ángulos de llegada. Compararon estas mediciones con una simulación y un modelo teórico para validar el nuevo método.

Los sensores basados en átomos en general tienen muchas ventajas posibles, incluyendo mediciones que son tanto altamente precisas como universales; es decir, las mismas en todas partes porque los átomos son idénticos. Los estándares de medición basados en átomos incluyen los de longitud y tiempo.

Con más desarrollo, los receptores de radio basados en átomos pueden ofrecer muchos beneficios sobre las tecnologías convencionales. Por ejemplo, no hay necesidad de electrónica tradicional que convierta señales a diferentes frecuencias para su entrega porque los átomos hacen el trabajo automáticamente. Las antenas y receptores pueden ser físicamente más pequeños, con dimensiones de micrómetros. Además, los sistemas basados en átomos pueden ser menos susceptibles a algunos tipos de interferencia y ruido.