Investigation of Complementary Metamaterial Resonators-Based Novel Dual-Band Coplanar Slotted Antenna for Wireless Communication

Abstract

Малогабаритна планарна антена є базовим елементом для систем бездротового зв'язку. У статті описано нову дводіапазонну копланарну антену, дія якої заснована на незвичайній електромагнітній поведінці комплементарних резонаторів з метаматеріалів з розділеним кільцем (CSRR). За своєю конструкцією антена складається з трьох CSRR; два з них однакові за формою (круглі) і розміром, а інший має прямокутну форму. Остаточна форма запропонованої антени була розроблена після трьох різних етапів по три моделі на кожній. Розроблена накладка антени надрукована на верхній стороні обраної діелектричної підкладки - епоксидної смоли FR4 для фізичних характеристик (𝜀𝑟 = 4.4 and 𝑡𝑔 𝛿 = 0.02). Антена живиться від компланарної лінії з оптимізованою довжиною для забезпечення необхідної адаптації. Випромінююча накладка надрукована на міді товщиною 0,035 мм. Моделювання електромагнітних характеристик за допомогою симулятора високочастотної структури (HFSS) дозволило дослідити відображення, смугу пропускання та посилення антени. Згідно з отриманими результатами, антена резонує на двох частотах 2,4 і 3,33 ГГц з хорошою адаптацією та смугою пропускання близько 65 і 215 МГц відповідно. Усі ці параметри можуть підтвердити ефективність антени для різноманітних застосувань, зокрема для бездротового зв’язку.

The small-sized planar antenna represents a basic element for wireless communication systems. In this paper, a novel dual-band coplanar antenna is reported and designed for wireless communications applications. The proposed antenna is based on the unusual electromagnetic behavior of complementary split ring metamaterial resonators (CSRRs). In its design, the antenna comprises three CSRRs; two of them are identical in shape (circular) and size and the other has a rectangular shape. The final shape of the proposed antenna was evolved after three different stages of three models each. The designed antenna patch is printed on the top side of the chosen dielectric substrate which is the FR4_Epoxy for physical characteristics (𝜀𝑟 = 4.4 and 𝑡𝑔 𝛿 = 0.02). The proposed antenna is powered by a coplanar line with an optimized length to provide the necessary adaptation. The radiating patch is printed in copper with a thickness of 0.035 mm. Simulations of the electromagnetic performances using the High Frequency Structure Simulator (HFSS) allowed us to discuss the reflection, bandwidth and gain of the studied antenna. According to the obtained outcomes, our antenna resonates at the two frequencies of 2.4 and 3.33 GHz with good adaptation and a bandwidth of around 65 and 215 MHz, respectively. All of these qualities can confirm the effectiveness of our antenna for a diversity of applications, particularly for wireless communications.