Dos robots son mejores que uno: investigación de medición de antena 5G

El nuevo Sistema de Posicionamiento de Antena Grande (LAPS) del NIST tiene dos brazos robóticos diseñados para colocar antenas “inteligentes” o adaptables, que pueden montarse en estaciones base que manejan señales desde y hacia un gran número de dispositivos. Los futuros sistemas 5G operarán a frecuencias más altas y ofrecerán más de 100 veces la capacidad de carga de datos de los teléfonos celulares de hoy en día, al tiempo que conectan a miles de millones de usuarios de banda ancha móvil en entornos de señal complejos y llenos de gente.

Entre sus muchas capacidades especiales, los LAPS pueden probar transmisiones desde y hacia antenas ubicadas en dispositivos móviles de rápido movimiento, lo que requiere coordinación entre el tiempo de las señales de comunicación y el movimiento del robot.

“Las mediciones de las señales de antena son un gran uso para la robótica”, dijo el ingeniero de electrónica del NIST, Jeff Guerrieri. “Los brazos robóticos proporcionan el posicionamiento de la antena que estaría restringido por los sistemas de medición convencionales”.

Los investigadores de NIST todavía están validando el rendimiento de LAPS y recién ahora comienzan a presentarlo a la industria. El sistema fue descrito en una conferencia europea la semana pasada.

Los dispositivos móviles de hoy en día, como los teléfonos celulares, los sistemas Wi-Fi para consumidores y las radios de seguridad pública, operan en su mayoría a frecuencias inferiores a 3 gigahertz (GHz), una parte muy concurrida del espectro. Las comunicaciones móviles de la próxima generación están comenzando a utilizar las bandas de frecuencia más abiertas en longitudes de onda milimétricas (30-300 GHz), pero estas señales se distorsionan fácilmente y es más probable que se vean afectadas por barreras físicas, como muros o edificios. Las soluciones incluirán arrays de antenas transmisoras con decenas a cientos de elementos que enfocan la potencia de la antena en un haz orientable que puede rastrear dispositivos móviles.

Durante décadas, el NIST ha sido pionero en la prueba de antenas de gama alta para radar, aeronaves, comunicaciones y satélites. Ahora, LAPS ayudará a fomentar el desarrollo de sistemas inalámbricos y de compartición de espectro 5G. El sistema de doble robot también ayudará a los investigadores a entender los problemas de interferencia creados por una densidad de señal cada vez mayor.

La nueva instalación es la próxima generación de la instalación de antenas robóticas milimétricas configurables (CROMMA) del NIST, que tiene un solo brazo robótico. CROMMA, desarrollado en NIST, se ha convertido en una herramienta popular para mediciones de antenas de alta frecuencia. Las empresas que integran los sistemas de medición de antenas heredados están comenzando a usar brazos robóticos en sus líneas de productos, lo que facilita la transferencia de esta tecnología a compañías como The Boeing Co.

CROMMA solo puede medir antenas físicamente pequeñas. El NIST desarrolló el concepto de LAPS de un sistema de brazo robótico dual, un robot en una posición fija y el otro montado en un tobogán de carril lineal grande para acomodar antenas más grandes y estaciones base. El sistema fue diseñado e instalado por NSI-MI Technologies. El LAPS también tiene una unidad de seguridad, que incluye un radar diseñado para evitar colisiones de robots y antenas dentro del entorno y para proteger a los operadores.

Las capacidades de medición de LAPS para los sistemas 5G incluyen geometrías de escaneo flexibles, seguimiento de haz de dispositivos móviles y precisión mejorada y repetibilidad en mediciones móviles.

El LAPS ha reemplazado a los escáneres convencionales de NIST y se usará para realizar mediciones de campo cercano de las propiedades de antena básicas para compañías aeroespaciales y de satélites que requieren calibraciones precisas y verificación de rendimiento. La técnica de campo cercano mide la señal radiada muy cerca de la antena en un entorno controlado y, utilizando algoritmos matemáticos desarrollados en NIST, calcula el rendimiento de la antena a su distancia operativa, conocida como campo lejano.

Pero el objetivo final de LAPS es realizar pruebas dinámicas, por aire, de los futuros sistemas de comunicación 5G. La validación inicial muestra que la operación mecánica básica de los LAPS está dentro de las tolerancias de diseño especificadas para las pruebas inmóviles y móviles de al menos 30 GHz. La validación final está en curso.