Autor principal: Muhsin Ali
Resto de autores: Guillermo Carpintero, Alejandro Rivera-Lavado, Álvaro Jiménez
El avance hacia la sexta generación (6G) de redes móviles ya está en marcha. Con la reciente publicación del estándar IMT-2030, se han definido objetivos ambiciosos: velocidades de transmisión de datos de 200 Gb/s, latencias por debajo de 1 ms y una eficiencia espectral de 50 Mbit/s/Hz. Con unos requerimientos tan elevados, el camino pasa por explorar nuevas bandas de frecuencia más allá de los 100 GHz, donde el espectro disponible permite desarrollar soluciones de altísimo rendimiento.
Desde la emblemática demostración de NTT en los Juegos Olímpicos de Pekín 2008, usando la banda de 120 GHz para transmitir a 10 Gbps [1], el mundo ha puesto la vista en el espectro sub-THz y THz como vía para habilitar conexiones ultra-rápidas. Esta tendencia se ha consolidado con decisiones regulatorias claves: en 2015, Japón asignó la banda de 116–134 GHz a comunicaciones comerciales, y en 2019 la FCC en EE. UU. liberó más de 21 GHz para uso sin licencia en bandas hasta 246 GHz [2]. Hoy, el ecosistema 6G ya apunta hacia los Terahercios (300 GHz – 3 THz), buscando explotar el espectro por encima de 275 GHz.
Acceder a este rango no es sencillo: la “Brecha de los Terahercios” marca una transición compleja entre la electrónica y la fotónica, donde las pérdidas en espacio libre y la baja potencia de las fuentes compactas suponen grandes desafíos [3]. Históricamente, estos se han superado usando antenas de gran tamaño y alta ganancia, pero tales soluciones son incompatibles con la electrónica de consumo y las comunicaciones móviles, que requieren direccionamiento electrónico del haz.
Aquí es donde LeapWave Technologies está marcando la diferencia. Sin la tecnología que ofrece la empresa española, hay un riesgo elevado de no conseguir los objetivos marcados, estancando la tecnología por los límites presentes.
LeapWave: Innovación en el Corazón del Futuro Inalámbrico
Con sede en Madrid y fundada en 2022, LeapWave Technologies nace como spin-off tecnológica especializada en el desarrollo de guías de semiconductores para comunicaciones 6G en el rango de la alta frecuencia por encima de los 100 GHz. Respaldada por capital privado y comprometida con la investigación colaborativa, LeapWave participa en múltiples proyectos nacionales y europeos que están configurando el futuro de las telecomunicaciones.
La propuesta diferencial de LeapWave se basa en su tecnología propietaria de guías de onda de banda ancha, que pueden ser utilizadas en sistemas más complejos, como los arrays en fase en frecuencias sub-THz. Estas soluciones no solo permiten extraer eficientemente la potencia desde chips semiconductores, sino que también habilitan funcionalidades críticas como el direccionamiento electrónico del haz, clave para las comunicaciones móviles avanzadas.
Tecnología Propia para un Ecosistema de THz basado en Fotónica
La tecnología fotónica se ha posicionado como la vía más prometedora para generar y gestionar señales THz de forma eficiente, gracias a sus bajas pérdidas y su inmunidad a interferencias. LeapWave se integra en este ecosistema con una solución clave: antenas basadas en guías de onda de dieléctrico (DRW) especialmente diseñadas para operar en conjunción con emisores fotónicos de última generación.
Figura 1. Diagrama de bloques de un transmisor de terahercios basado en fotónica con array de fase. Usa heterodinaje óptico para la generación de señales y da forma al haz mediante retardos en tiempo real para controlar el haz resultante [4].
Utilizando técnicas de heterodinación óptica, se pueden generar señales desde microondas hasta los terahercios al mezclar dos longitudes de onda en un fotodiodo de alta velocidad [5]. A esto se suma el uso de redes ópticas de formación de haz (OBFN, u Optical Beam Forming Network, por sus siglas en inglés), que permiten alimentar cada elemento del array con el desfase necesario para orientar la señal. Esta arquitectura otorga un control excepcional, ideal para arrays en fase ultra-ancho de banda [6].
De la Teoría a la Realidad: Antenas DRW para Emisores THz
En colaboración con Fraunhofer HHI, LeapWave ha desarrollado módulos emisores THz que integran chips de antena con chips fotónicos de alta velocidad basados en InP. Estos chips incorporan cuatro fotodiodos alimentados por guías ópticas y antenas tipo “bow-tie” (pajarita, por su forma inequívoca), capaces de operar hasta 1 THz. Para superar las limitaciones de las antenas planas tradicionales —que requieren lentes de silicio y dificultan el direccionamiento de haz— LeapWave implementa su solución de antenas DRW (Dielectric Rod Waveguides) compactas y de alta eficiencia.
Figura 2. Imagen del array de antenas DRW 1×4, fabricado en una oblea de silicio, que usa tecnología de índice efectivo para lograr un componente monolítico con antenas diferenciadas [4].
Con un tamaño inferior a 1 mm², las DRW permiten construir arreglos densos y compactos, maximizando el rendimiento sin comprometer el espacio. La estructura, optimizada mediante tecnología de índice efectivo, permite integrar múltiples guías de onda en una sola pieza de silicio. Esta innovación simplifica el ensamblaje, mejora la eficiencia de radiación y reduce los costes de fabricación.
Figura 3. Módulo de emisión de THz con antenas DRW montadas sobre un fotodiodo de alta velocidad de InP. Los chips están encapsulados en una carcasa metálica con apertura para la protrusión de las antenas [7].
Cada DRW presenta una transición gradual (tapered) hacia el aire, lo que asegura una excelente coincidencia de impedancia y un acoplamiento eficiente de la energía THz. El módulo emisor resultante —como el mostrado en la Figura 3 [7]— opera entre 100 GHz y 330 GHz, ofreciendo un rendimiento estable y confiable en todo el rango.
Dirección Electrónica del Haz: Un Salto Hacia el 6G
Las pruebas realizadas con los módulos DRW muestran patrones de radiación amplios (±20°) y consistentes entre elementos, incluso al excitar cada antena por separado. Cuando se activan simultáneamente con los desfases adecuados, el haz resultante puede orientarse electrónicamente hacia distintas direcciones, incluyendo ±20°, cumpliendo así con los requisitos clave para arrays en fase.
Este comportamiento ha sido validado experimentalmente (Figura 4 [4]), confirmando que la tecnología de LeapWave no solo es viable, sino ideal para aplicaciones de alta demanda en redes 6G.
Figura 4. Diagramas de radiación emitidos desde el array 1×4 DRW a una frecuencia de 210 GHz y la demostración de la funcionalidad de control de haz. (a) Patrones individuales correspondientes a cada una de las cuatro antenas individuales. (b) Patrones combinados con excitación simultánea con ángulos de apuntamiento a 0°, -20° y 20° [4].
Preparados para el Futuro: Arrays en Fase Ultra-Ancho
La combinación de tecnología fotónica con antenas DRW posiciona a LeapWave como un actor clave en el desarrollo de sistemas avanzados de comunicaciones 6G. Su enfoque permite construir arrays en fase 2D de gran densidad, compatibles con tecnologías tanto electrónicas como fotónicas, abriendo la puerta a soluciones compactas, escalables y altamente eficientes.
Gracias a su huella compacta, rendimiento amplio y compatibilidad con chips semiconductores, las antenas DRW de LeapWave se perfilan como una solución estratégica para el despliegue de futuras redes inalámbricas de ultra alta velocidad.
Un Proyecto Europeo con Visión Global
LeapWave Technologies participa activamente en iniciativas de investigación de referencia, incluyendo los proyectos europeos Tera6G (Grant Agreement No. 101096949) y TERAWAY (Grant Agreement No. 871668), así como el programa CONEX-Plus, cofinanciado por la Universidad Carlos III de Madrid y la Unión Europea (Grant Agreement No. 801538). En este contexto, colabora estrechamente con el grupo de investigación GOTL de la UC3M, contribuyendo con soluciones reales al avance de las tecnologías THz en Europa.
LeapWave Technologies está construyendo hoy las antenas que permitirán las comunicaciones del mañana. Con una visión clara, tecnología de vanguardia y una sólida base científica, estamos preparados para liderar el futuro del 6G.
Referencias
[1] Hirata, A. et al “120-GHz-band Wireless link Technologies for Outdoor 10-Gbit/s Data Transmission,” IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 60, no. 3, pp. 881-895 (2012).
[2] Marcus, M.J. “Progress in opening access to spectrum above 100 GHz,” IEEE Wireless Communications. 2019.
[3] G. Carpintero et al., «RF Phase Arrays for the Millimeter/Terahertz Range Enabled by Photonics,» 2025 International Conference on Mobile and Miniaturized Terahertz Systems (ICMMTS), Dubai, United Arab Emirates, 2025.
[4] C. M. Carter, “The truth about Terahertz,” in IEEE Spectrum. 2012, p. 36.
[5] E García-Muñoz et al “Photonic-based integrated sources and antenna arrays for broadband wireless links in terahertz communications,” 2019 Semicond. Sci. Technol. 34 054001.
[6] C. Tsokos et al., «True Time Delay Optical Beamforming Network Based on Hybrid Inp-Silicon Nitride Integration,» in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 18, pp. 5845-5854, Sept.15, 2021.
[7] G. Carpintero et al., «Photonic-Enabled Terahertz Phase Arrays Using Dielectric Rod Waveguides for 6G Wireless Communications,» 2024 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium – IMS 2024, Washington, DC, USA, 2024.