Розширення смуги пропускання та посилення компактної патч-антени з використанням метаматеріалів для додатків UWB

Запропоновано нову компактну надширокосмугову (UWB) антену з використанням плоских структур з метаматеріалу (MTM). Антена розроблена з двосторонньою плоскою періодичною осередковою структурою. Запропонована тривимірна елементарна комірка демонструє штучне середовище з негативною електричною проникністю та широку електромагнітну заборонену зону, створену шляхом гравування чотирьох L-подібних прорізів на головній квадратній ділянці та хрестоподібних прорізів на площині землі. Запропонована антена, виготовлена на недорогій підкладці Rogers RO4003C діаметром 1,52 мм, є компактною, має розміри 22,4 × 25,6 мм2, з відносною діелектричною проникністю 3,38 і тангенсом втрат 0,0027. Він має широку смугу пропускання від 3,8 до 17,7 ГГц, що становить 129%. Середнє посилення по всій смузі частот становить 5,44 дБ з піковим значенням 8,55 дБ на 15,5 ГГц. Проектування та моделювання проводилися за допомогою мікрохвильової студії CST на основі методу кінцевої інтеграції (FIT). Виміряні зворотні втрати прототипу добре узгоджувалися з результатами моделювання. Пропонована антена демонструє задовільну ефективність випромінювання, досягаючи від 80 до 93% по всьому діапазону. Коефіцієнт підсилення тестової антени демонструє сприятливі характеристики випромінювання та стабільність діаграм спрямованості на низьких частотах. Порівняльне дослідження з нещодавно опублікованими оглядами відповідної літератури підкреслює компактність нашої конфігурації антени MTM, демонструючи коефіцієнт зниження від 43,13 до 56,25%. Завдяки своїй видатній продуктивності запропонована конструкція позиціонується як сильний кандидат для різноманітних додатків UWB, а також може використовуватися для супутникового зв’язку та радіолокації