Investigação do design e desempenho de uma antena de banda dupla inspirada em metamateriais para aplicações WBAN

Este artigo apresenta o design e a análise de uma antena compacta de banda dupla baseada em metamateriais para aplicações WBAN. A antena é projetada e fabricada em um substrato semi-flexível de 0,254 mm de espessura, RT/Duroid® 5880, com uma permissividade relativa de 2,2 e um fator de perda de 0,0009. As dimensões totais da antena são 0,26λo×0,19λo×0,002λo, onde λo corresponde ao comprimento de onda no espaço livre a 2,45 GHz. Para melhorar o desempenho geral e isolar a antena dos efeitos adversos do corpo humano, ela é suportada por um plano de condutor magnético artificial (AMC) 2×2. O volume total do design integrado do AMC é 0,55λo×0,55λo×0,002λo. O artigo investiga o desempenho da antena tanto com quanto sem a integração do AMC, considerando estados em e fora do corpo, bem como várias condições de curvatura nos planos E e H. Os resultados indicam que a antena integrada ao AMC apresenta ganhos medidos melhorados de 6,61 dBi e 8,02 dBi, com larguras de banda de 10,12% e 7,43% a 2,45 GHz e 5,80 GHz, respectivamente. Além disso, a antena integrada ao AMC reduz a taxa de absorção específica (SAR) para (>96%) e (>93%) a 2,45 GHz e 5,80 GHz, atendendo aos requisitos da FCC para baixo SAR em ambas as frequências quando colocada próxima ao corpo humano. CST Microwave Studio (MWS) e Ansys High-Frequency Structure Simulation (HFSS), ambas ferramentas de simulação de onda completa, são utilizadas para avaliar o desempenho da antena e caracterizar a célula unitária do AMC. Os resultados simulados e testados estão em acordo mútuo. Devido ao seu perfil baixo, alto ganho, largura de banda adequada, baixos valores de SAR e tamanho compacto, a antena integrada ao AMC é considerada adequada para aplicações WBAN.