Diseño y fabricación de antenas planares basadas en estructuras de metamateriales

Abstract

Los metamateriales han revolucionado la forma de diseñar antenas, principalmente por lograr propiedades difíciles de obtener por técnicas tradicionales. El presente trabajo muestra el diseño, fabricación y caracterización de tres antenas de microcinta operando en la banda de 2.4 GHz para explorar el efecto de estructuras de metamateriales, en busca de un mejor desempeño en términos de ancho de banda, eficiencia de radiación y ganancia. La metodología utilizada comprende el diseño por software de análisis electromagnético, manufactura con técnicas de impresión de circuitos utilizando FR4, un insumo de propósito general, y el despliegue de un montaje experimental para la medición de pérdidas por retorno (S11) y patrones de radiación. Se han realizado experimentos de caracterización del parámetro S11 entre 1 GHz y 10 GHz, y seis cortes del patrón de radiación por antena, para 3 puntos de frecuencia, en co-polarización y polarización cruzada en cada uno. Las tres antenas construidas han mostrado anchos de banda excepcionales, del 49 %, 107 % y 29 %, eficiencias superiores al 75 % y ganancias totales sobre 3 dB. Se ha comparado el desempeño de cada una, utilizando figuras de mérito tales como: tamaño del haz de media potencia, eficiencia, ancho de banda, nivel de polarización cruzada, tamaño eléctrico y ganancia máxima. Asimismo, los dispositivos presentados pueden ser utilizados en variadas aplicaciones de la banda de 2.4 GHz. En particular, enlaces de gran alcance, comunicación multibanda e integración en sistemas compactos.