In this paper, coupled ring split-ring resonator (CR-SRR) based epsilon negative (ENG) metamaterial with high effective medium ratio (EMR) is designed and investigated for microwave applications. The metamaterial unit cell is a modification of the conventional split-ring resonator, which consists of three major outer split rings with two face to face horizontal E segments placed at the center. All the rings are intercoupled with each other to increase the electrical length. The coupling effect is clearly observable as it provides multi-frequency resonances and a higher value of the effective medium ratio. The electrical length of the proposed unit cell is 0.064λ × 0.064λ, where λ is the wavelength calculated at the lowest resonance frequency (2.24 GHz). The designed unit cell is fabricated on a FR-4 substrate, having a thickness of 1.5 mm. Negative permittivity is observed at frequencies ranging from 2.15 to 2.3 GHz, 4.4–4.95 GHz, 5.7–6.1 GHz, 8.46–9.2 GHz, and 10.6–10.98 GHz. It also exhibits near-zero refractive indexes in the vicinity of these frequency ranges. The equivalent circuit is also designed for the proposed unit cell. The values of the lumped components are optimized by using Advanced Design Software (ADS). This circuit also demonstrates similar multi-band resonances. A high effective medium ratio (EMR) of 16.74 at 2.24 GHz indicates the compactness of the proposed unit cell. Array performance is also investigated by using 1 × 2, 2 × 2, and 16 × 16 array of unit cells. Multiband resonances of the transmission coefficient, |S₂₁| are also noticed from these arrays. For high EMR and small size, the proposed metamaterial is suitable for S, C, and X-bands applications in wireless communications.

本文设计并研究了基于耦合环裂环谐振器（CR-SRR）的具有高有效介质比（EMR）的ε负负（ENG）超材料。超材料单元电池是对传统开口环谐振器的一种修改，它由三个主要的外部开口环组成，两个面对面的水平E段位于中央。所有环相互耦合以增加电气长度。耦合效应很明显，因为它提供了多频共振和更高的有效介质比率值。建议的单位晶胞的电气长度为0.064λ×0.064λ，其中λ是在最低谐振频率（2.24 GHz）处计算出的波长。设计的单位电池在厚度为1.5毫米的FR-4基板上制造。在2.15至2.3 GHz，4.4-4.95 GHz，5.7-6.1 GHz，8.46-9.2 GHz和10.6-10.98 GHz的频率范围内观察到介电常数为负。在这些频率范围附近，它的折射率也接近零。等效电路也针对提出的单位电池进行设计。集总组件的值通过使用高级设计软件（ADS）进行了优化。该电路还演示了类似的多频带谐振。在2.24 GHz时具有16.74的高有效介质比率（EMR），表明了所提出的晶胞的紧凑性。还通过使用1×2、2×2和16×16单位晶格阵列研究了阵列性能。传输系数| S的多频带谐振 在这些频率范围附近，它的折射率也接近零。等效电路也针对提出的单位电池进行设计。通过使用高级设计软件（ADS）优化集总组件的值。该电路还演示了类似的多频带谐振。在2.24 GHz处具有16.74的高有效介质比率（EMR）表示拟议的晶胞紧凑。还通过使用1×2、2×2和16×16单位晶格阵列研究了阵列性能。传输系数| S的多频带谐振 在这些频率范围附近，它的折射率也接近零。等效电路也针对提出的单位电池进行设计。通过使用高级设计软件（ADS）优化集总组件的值。该电路还演示了类似的多频带谐振。在2.24 GHz时具有16.74的高有效介质比率（EMR），表明了所提出的晶胞的紧凑性。还通过使用1×2、2×2和16×16单位晶格阵列研究了阵列性能。传输系数| S的多频带谐振 该电路还演示了类似的多频带谐振。在2.24 GHz时具有16.74的高有效介质比率（EMR），表明了所提出的晶胞的紧凑性。还通过使用1×2、2×2和16×16单位晶格阵列研究了阵列性能。传输系数| S的多频带谐振 该电路还演示了类似的多频带谐振。在2.24 GHz时具有16.74的高有效介质比率（EMR），表明了所提出的晶胞的紧凑性。还通过使用1×2、2×2和16×16单位晶格阵列研究了阵列性能。传输系数| S的多频带谐振₂₁ | 从这些数组中也注意到了。对于高EMR和小尺寸，建议的超材料适用于无线通信中的S，C和X波段应用。