Estudio y diseño de antenas ranuradas cubiertas por una metasuperficie

En un momento de constante evolución e innovación en el mundo de las antenas, tecnologías como los metamateriales están revolucionando nuestra capacidad para diseñar dispositivos más compactos, eficientes y versátiles. Estos avances no solo permiten satisfacer las demandas crecientes de las comunicaciones modernas y los sistemas de radar, sino que también abren nuevas posibilidades en áreas emergentes como la detección de alta precisión, el Internet de las Cosas (IoT) y las redes 5G. El futuro de las antenas radica en su capacidad para integrarse de manera óptima en entornos complejos, adaptándose dinámicamente y ofreciendo soluciones innovadoras para los desafíos tecnológicos de la actualidad. En este contexto, la presente tesis explora el diseño, simulación y mejora de antenas ranuradas mediante el uso de metasuperficies. La metasuperficie usada en el trabajo se implementa junto a dos tecnologías diferentes de antenas, las guías de onda ranuradas convencionales (SWA) y las guías de onda ranuradas integradas en sustrato (S-SIW). A través de simulaciones detalladas, fabricación de prototipos y caracterización experimental, esta investigación valida la viabilidad de las metasuperficies como herramienta apropiada para el desarrollo de antenas avanzadas. La metasuperficie ha demostrado incrementar la ganancia de las antenas diseñadas en 3-4 dB, estrechando el haz en el plano E, mejorando significativamente las prestaciones en comparación con las antenas tradicionales. Además, en este trabajo también se analizan diferentes métodos para calcular el acoplo de las ranuras entre sí, para obtener unas conductancias más precisas y aproximadas a la realidad con el fin de mejorar los futuros diseños. En conclusión, esta tesis demuestra que el uso de metasuperficies en el diseño de antenas de ranura ofrece una solución eficaz para mejorar su rendimiento, sin comprometer las características de bajo perfil y fácil integración que caracterizan a este tipo de antenas.

In the modern world of antenna design, there is a continuous pursuit of new ways to evolve and innovate components. Technologies such as metamaterials have been groundbreaking, enabling the creation of devices that are more compact, efficient, and versatile. These advancements not only meet the growing demands of contemporary communication and radar systems but also open up new opportunities in emerging fields like high-precision detection, IoT (Internet of Things), and 5G connectivity. The future of antennas will be defined by their ability to integrate and adapt dynamically to complex environments, offering innovative solutions to both current and future technological challenges. This PhD thesis investigates the design, simulation, and optimization of slot antennas using metasurfaces, implemented in two distinct technologies: SWA and S-SIW. Through detailed simulations, prototype development, and experimental characterization, this research demonstrates the potential of metasurfaces as a key tool in the development of advanced antennas. The metasurface has been shown to increase the gain of designed antennas by 3-4 dB, narrow the beam in the E-plane, and significantly improve the performance compared to traditional antennas. Additionally, various methods for improving future antenna designs have been explored, including slot coupling to achieve more accurate and realistic slot conductance values. Overall, the use of metasurfaces in antenna design provides an eficient solution for improving performance without compromising low profile and ease of integration.