Parametrización de estructuras metamateriales mediante la aplicación de un algoritmo bioinspirado para filtros en comunicaciones a nivel de simulación (2024)
Este trabajo busca aprovechar el potencial de nuevas tecnologías como los metamateriales, los cuales son una propuesta innovadora de cara a los diferentes retos que se presentan en las áreas de la ingeniería moderna como: óptica, imágenes diagnósticas, ciencia de materiales, ingeniería eléctrica, sistemas embebidos, invisibilidad, comunicaciones inalámbricas, entre otros. Los metamateriales son una tecnología que aún sigue en fase de estudio y experimentación, pero se ha descubierto que es muy prometedora, dada su versatilidad y numerosas posibilidades de aplicación en el contexto de las ondas electromagnéticas. Dado que el campo de estudio de los metamateriales aún enfrenta desafíos significativos en cuanto al diseño y fabricación de sus estructuras, se plantea la parametrización de celdas metamateriales tipo FSS (Frequency Selective Surfaces) mediante un algoritmo bioinspirado, en escenarios de filtrado pasabandas para guías de onda. Se optó por este método, ya que no requiere un modelo matemático de la situación, lo cual los hace adecuados para resolver problemas con una alta complejidad matemática, en este caso la teoría electromagnética propia de los metamateriales. Inicialmente se realizó una revisión bibliográfica para obtener modelos previos de estructuras FSS, específicamente de tipo anillo complementario (CSRR) y omega (Ω) con características de filtrado entre 1.7 GHz y 3.3 GHz. Posteriormente, se sintonizaron las geometrías seleccionadas a una frecuencia central de 2.4 GHz, obteniendo así los parámetros iniciales de cada una de estas estructuras, incluyendo radio, ancho y distancia, entre otros. Con el objetivo de simplificar el proceso de diseño del filtro y adaptarlo a requerimientos específicos de funcionamiento, como el ancho de banda, se empleó un algoritmo bioinspirado. Este algoritmo ajusta dinámicamente los parámetros geométricos de las estructuras metamateriales utilizando métricas de desempeño que evalúan si la respuesta obtenida en cada caso se aproxima a la solicitada. Finalmente, los resultados son validados en escenarios de prueba simulados relacionados con procesos de filtrado pasabanda en la guía de onda WR340. Este proceso de validación permite asegurar la eficacia y precisión de los filtros diseñados, demostrando así la viabilidad y utilidad de la propuesta desarrollada.