Antena de Microcinta con Estructura Híbrida Metamaterial para 2.4 GHz

Microstrip antenna with metamaterial hybrid structure for 2.4 GHz

El diseño e implementación de una antena de microcinta con inserción en la línea de alimentación de una estructura metamaterial, la cual vista desde una perspectiva híbrida combina resonadores de anillos divididos (SRR) y resonadores de anillos divididos complementarios (CSRR), para la banda de 2.4 GHz es presentado en este trabajo. Los parámetros geométricos de la estructura son variados con el fin de evaluar la respuesta de frecuencia de resonancia y el patrón de radiación de la antena propuesta. La estructura metamaterial adyacente a la línea de alimentación produce un aumento considerable del ancho de banda con respecto al de la antena convencional, causado por el solapamiento de las bandas de frecuencias producidas por el parche radiante y la estructura zurda. El ancho de banda de la antena con inclusión metamaterial se incrementa al doble del esperado en la antena de parche original, de 2.74% hasta valores que oscilan entre 4.55% y 6%, al precio de la degradación de la ganancia, pero sin afectar considerablemente el acoplamiento y manteniendo una adecuada directividad. Simulación y resultados medidos son presentados y muestran que la estructura metamaterial propuesta, asociada a la línea de transmisión de las antenas de microcinta, es una manera novedosa de utilizar SRR y CSRR que permite suprimir la limitante de estrecho ancho de banda.

INTRODUCCIÓN

Desde la invención de la antena de microcinta, la demanda por su aplicación se ha incrementado rápidamente debido a las propiedades de bajo perfil, peso ligero, compacta estructura de montaje y fabricación fácil e integrable con dispositivos de estado sólido 1, lo cual hace que se reduzcan los costos para su implementación, aunque presentan como limitante su característica de estrecho ancho de banda.

Avances en la tecnología reciente han aumentado considerablemente el ancho de banda 2-6, comparado con las antenas de microcinta tradicionales, siendo los metamateriales hoy en día, debido a sus características, de gran interés para su aplicación en estructuras planas 7-8. Estos materiales artificiales en la actualidad son objeto de un estudio más esforzado y se caracterizan por poseer partes reales de permitividad eléctrica y permeabilidad magnética simultáneamente negativas, al menos en un estrecho margen de frecuencias, dando lugar a índices de refracción negativos (9. Por ello se les llama materiales doble negativos (DNG: Double Negative, del inglés) o materiales con índice negativo (NIM: Negative Index Media, del inglés). Adicionalmente, estos materiales también son referidos como zurdos (LHM: Left-Handed Media, del inglés), pues en ellos las ondas electromagnéticas se propagan en dirección contraria a la propagación de la energía 10.

La idea de los materiales zurdos (LHM), se propuso teóricamente por primera vez en 1968, fecha en la que el físico ruso Víctor Veselago especulaba con la posible existencia de LHMs y predecía sus principales propiedades 11.