This communication presents a metamaterial (MTM)-loaded compact dual-band circularly polarized antenna system suitable for multiple bio-telemetric applications. The proposed antenna system operates in the industrial, scientific, and medical (ISM) bands with center frequencies: 915 MHz (902–928 MHz) and 2450 MHz (2400–2480 MHz). The integration of an MTM structure with epsilon-very-large property on the superstrate layer of the antenna produces significant gain enhancement and strong circular polarization (CP) behavior at both the operating frequencies. The key features of the proposed antenna system are its compact size (7 mm $\times 6$ mm $\times $ 0.254 mm), dual-band CP characteristics, significantly high gain values (−17.1 and −9.81 dBi in the lower and upper bands, respectively), and slot-less ground plane that reduces the complexity and backscatter radiation. The performance of the MTM-loaded antenna system is validated experimentally. The antenna is fabricated and integrated with dummy electronics and batteries and is enclosed in a 3-D printed device. The hermetically sealed device is tested in minced pork muscle to validate the simulation results. The measured impedance bandwidths of 35.8% and 17.8% are obtained in the lower and upper ISM bands, respectively. The specific absorption rate of the antenna system is evaluated at both frequencies in different tissues. Additionally, to determine the wireless communication range, the link margin is estimated at data rates of 100 kbps and 1 Mbps.

中文翻译：

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用于多种生物医学应用的超材料负载紧凑型高增益双波段圆极化植入式天线系统

该通信提供了一种加载超材料 (MTM) 的紧凑型双频带圆极化天线系统，适用于多种生物遥测应用。提议的天线系统在工业、科学和医疗 (ISM) 频段运行，其中心频率为：915 MHz (902-928 MHz) 和 2450 MHz (2400-2480 MHz)。在天线的覆盖层上集成具有 epsilon-非常大特性的 MTM 结构在两个工作频率下产生显着的增益增强和强圆极化 (CP) 行为。所提议的天线系统的主要特点是其紧凑的尺寸（7 mm $\times 6$ mm $\times $0.254 mm）、双频 CP 特性、显着的高增益值（-17.1 和 -9.81 dBi 在较低和分别为高频段），和无槽地平面，可降低复杂性和反向散射辐射。加载 MTM 的天线系统的性能已通过实验验证。天线是制造出来的，并与虚拟电子设备和电池集成在一起，并封装在一个 3D 打印设备中。密封装置在猪肉糜中进行了测试，以验证模拟结果。分别在较低和较高的 ISM 频带中获得了 35.8% 和 17.8% 的测量阻抗带宽。天线系统的比吸收率在不同组织中的两个频率下进行评估。此外，为了确定无线通信范围，在 100 kbps 和 1 Mbps 的数据速率下估计链路余量。天线是制造出来的，并与虚拟电子设备和电池集成在一起，并封装在一个 3D 打印设备中。密封装置在猪肉糜中进行了测试，以验证模拟结果。测量的阻抗带宽为 35.8% 和 17.8%，分别在较低和较高的 ISM 频带中获得。天线系统的比吸收率在不同组织中的两个频率下进行评估。此外，为了确定无线通信范围，在 100 kbps 和 1 Mbps 的数据速率下估计链路余量。天线是制造出来的，并与虚拟电子设备和电池集成在一起，并封装在一个 3D 打印设备中。密封装置在猪肉糜中进行了测试，以验证模拟结果。分别在较低和较高的 ISM 频带中获得了 35.8% 和 17.8% 的测量阻抗带宽。天线系统的比吸收率在不同组织中的两个频率下进行评估。此外，为了确定无线通信范围，在 100 kbps 和 1 Mbps 的数据速率下估计链路余量。天线系统的比吸收率在不同组织中的两个频率下进行评估。此外，为了确定无线通信范围，在 100 kbps 和 1 Mbps 的数据速率下估计链路余量。天线系统的比吸收率在不同组织中的两个频率下进行评估。此外，为了确定无线通信范围，在 100 kbps 和 1 Mbps 的数据速率下估计链路余量。