I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   1 5 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 1 9 ,   pp .   927 ~ 935   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 2 . pp 927 - 935             927       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   D e si g n s   o f   r e c t a n g u l a r - s h a p e d   p l a n a r   i n v e r t e d - F  a n t e n n a s     a t   m o b i l e   o p e r a t i n g   f r e q u e n c i e s  w i t h   d i f f e r e n t   g r o u n d     p l a n e   t e c h n i q u e s       N u r u l   I n s h i r ah   M o h d   R az al i ,  N o r h u d ah   S e m an ,   Ti e n   H a n   C h u a   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n  C e n t e r ,   S c ho o l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T e k no l o g i   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   O c t   1,   2018   R e v i s e d  D e c   10,   2018   A c c e pt e d  J an   25,   201 9       T hi s   a r t i c l e   p r e s e n t s   t h e   de s i g ns   o f   pl a na r   i nv e r t ed - F   a nt e nn a s   ( P I F A s )   a t   f r e que nc i e s   o f   0. 835  G H z ,   0. 9  G H z ,   1 . 8   G H z ,   1 . 9  G H z ,   2  G H z ,   a nd   2. 6   G H z .   I ni t i a l l y ,   t he   d e s i g n s   o f   r e c t a ng ul a r - s ha pe d  P I F A s   a r e   de t e r m i n e d  t h r o ug h  t he   pa r a m e t r i c   s t u di e s   c o nc e r ni ng   t h e   d i m e n s i o ns   o f   t he   a n t e nn a ’ s   p a t c h  l e ng t h ,   s ho r t i ng   pl a t e ,   g r o und  p l a n e ,   a nd  s ub s t r a t e .   A f t e r w a r d,   r e c t a ng ul a r - s ha pe d   s l o t s   a r e   i n t r o duc e d  i n t o   r a d i a t i ng   e l e m e n t   o f   t w o   a n t e nn a s   t h a t   o pe r a t e   a t   a   l o w e r   f r e que nc y   r a ng e   o f   l e s s   t ha n  1   G H z ,   t o   t un e   t he   r e s o na n t   f r e que nc y   t o  t he   r e s pe c t i v e   0. 835  G H z   a n d  0 . 9  G H z .   D i f f e r e n t   c o nf i g ur a t i o ns   o f   pa r t i a l   o r   f ul l   g r o und  pl a ne   a r e   i m p l e m e nt e d  t o   i m p r o v e   t he   r e f l e c t i o n  c o e f f i c i e nt ,    S 11   pe r f o r m a nc e   t o   be   be l o w   - 10  dB   i n   bo t h  s i m u l a t i o n  a nd   m e a s ur e m e n t .   T he   pr o po s e d  s i x  P I F A s   ha v e   g a i n  t ha t   a r e   g r e a t e r   t ha n  2   dB   w i t h  t he   n e a r l y   o m ni di r e c t i o na l   r a di a t i o n  pa t t e r ns .   A l l   t h e   de s i g ns   a n d  a na l y s e s   a r e   pe r f o r m e d  u s i ng   t he   C S T   M i c r o w a v e   S t udi o   u t i l i z i ng   R o g e r s   4 003C   s ubs t r a t e .   Ke y w or d s :   G r o u n d  p l a n e   M ob i l e   P IF A   R e c t a ngul a r   S l o t   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   N o r huda h  S e m a n,     W i r e l e s s   Co m m u n i c a t i o n  Ce n t r e ,   S c h o o l   of   E l e c t ri c a l   E ngi ne e r i n g,     U n i v e r s i t i   T e kn o l o gi   M a l a y s i a ,     81310  U T M   J o h o r   B a hru,   M a l a y s i a .     E m a i l :   h ud a @ f ke . ut m . m y       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   t e c hn o l o gi c a l   r e v o l ut i o n   i n  t h e   w o r l d  n o w a da y s   h a s   di s c ove r e d  a   l o t   o f   s e r v i c e s   a n d   de v i c e s   t o  a s s i s t   pe o pl e   i n   t h e i r   da i l y   l i fe ,   w h i c h   o n e   o f  t h e m   i s   w i r e l e s s   d e v i c e s .   Curr e nt l y ,   w i r e l e s s   de v i c e s   b e c o m e   e s s e n t i a l   i n  c o nn e c t i n g  p l e n t i f ul   us e r s   a t   a n y t i m e   a n d   a n y w h e r e ,   w hi c h  r e qui r e   a   l o w   pr o f i l e   a n t e nn a .   P l a na r   i n v e r t e d - F   a nt e nna   (P IF A )  c a n   b e   c a t e go r i z e d  a s   o n e   o f   t h e   l ow e s t   pr o f i l e   a n t e nn a s   t h a t   us e d  w i de l y   i n   a   ha n d h e l d   w i r e l e s s   de v i c e   t h a t   ha s   s e v e r a l   a dv a nt a ge s   o f   s i m p l e   s t r uc t u r e ,   s m a l l   s i z e ,   e a s y   t o   f a b r i c a t e   a n d  l ow   m a n uf a c t u ri n g  c o s t   [1 - 4].   F u rt h e r m o r e ,   P IF A   gi v e s   a   s m a l l e r   s i z e   c o m pa r e d  t o   r o d,   m o n o po l e   a n d  h e l i x  a n t e nn a ,   w h i c h   l e a d  t o   e a s i e r  l o c a t i ng  a n d  a l i g nm e nt   b e t w e e n  t h e   c o m po n e n t s   [4].   H e n c e ,   P IF A   h a s   b e c o m e   a   po pul a r   a nt e nn a   t o   b e   u s e d  fo r   a   po r t a b l e   w i r e l e s s   de v i c e   s uc h   a s   a   m o b i l e   ph o n e   t ha t   i t s   de s i g n   w i de l y   r e s e a r c h e d   c o n c e rn i n g   a l l   t h e   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   f r e que n c y   be t w e e n   8 35  M H z   a n d   2. 6  G H z   [5 - 8].     S a ra e r e h   e t .   a l   i n   [5]  p r o po s e d  a   de s i gn   o f   P IF A   by   us i n g  a i r  s ub s t r a t e   t ha t   ha d  a   f i na l   di m e n s i o n   o f  36  m m   x   80  m m .   H ow e v e r ,   t hi s   w o r k  o n l y   c o n c e rn e d  o pe ra t i ng  f r e que n c i e s   o f   1. 103  G H z   a n d  2 . 22 5  G H z .   A n o t h e r  de s i g n   w a s   i nt r o duc e d  i n   [6]   ut i l i z i n g  a i r  s ub s t ra t e   w i t h   a   d i m e n s i o n   o f   40  m m   x  8 0  m m .   T h i s   de s i g n  i m p l e m e nt e d  a   p a t c h   w i t h  a   s l o t   t o   t u n e   t h e   r e s o na n t   f r e qu e n c y .   N e v e r t h e l e s s ,   i t   o n l y   c o n s i de r e d  o pe ra t i ng  f r e que n c y   t ha t   l e s s   t h a n  1  G H z ,   w hi c h  w e r e   900  M H z   a nd  1800  M H z   t ha t   n o t   c ov e r i n g  a l l   f r e que n c i e s   n e e de d  fo r   t h e   m o b i l e   ph o n e .   A   de s i gn   o f   P IF A   w i t h   g r e a t e r   b a n dw i dt h   w a s   de l i b e r a t e d  i n   [7]  t o   c ov e r   U W B  o pe r a t i o n   a c r o s s   3. 1  G H   –   10. 6  G H z .   T h e   de s i g n   i m pl e m e n t e d  a   f e w   s l o t s   o n   t h e   pa t c h   t ha t   ha d  a   t o t a l   di m e n s i o n  o f   120  m m   x   60  m m ,   w hi c h  c a n   b e   c o n s i de r e d  qu i t e   l a r ge   f o r   t h e   us e   i n   m o b i l e   ph o n e   a ppl i c a t i o n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 01 9   :     927   -   935   928   t h a t   n e e d  c o m pa c t   s i z e .   F u r t h e rm o r e ,   i t   w a s   n o t   c ove r i n g  t h e   c o n c e rn e d  m o b i l e   f r e que n c i e s   b e l ow   t h a n   3   G H z .   W h i l e   a n o t h e r   de s i g n   o f   P IF A   t h a t   r e po r t e d  i n  [8]  i m p l e m e n t i n g  F R - 4  s ub s t r a t e .   I t   a l s o   e m pl oy e d  a   f e w   s l o t s   t o   c o ve r   t w o   o p e r a t i o na l   b a n dw i dt h s ,   w hi c h  o n e   o f   t he m   h a d   a   ra n ge   f r o m   1. 0 785  G H z   t o   1. 325  G H z   a n d  a n o t h e r   o n e   f r o m   2. 2 75  G H z   t o   2. 612   G H z   w i t h   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t   o pt i m i z e d  a t   - 6   dB .   It   ha d  a   di m e n s i o n  o f   100  m m   ×   41  m m ,   w h i c h   a l s o   c o n s i de r e d  qu i t e   l a r ge   b ut   s t i l l   c a n   b e   us e d  fo r   m o b i l e   ph o n e   us e .   H ow e ve r ,   t h e   de s i g n  d i d  n o t   i n v o l v e   a l l   m o b i l e   o pe r a t i ng  f r e que n c y .   T h us ,   t h i s   a rt i c l e   c o n c e rn s   t h e   de s i gn s   o f   P IF A s   fo r   t h e   m o b i l e   o pe r a t i n g  f r e que n c i e s   b e l ow   3  G H z ,   w h i c h   a r e   0. 835  G H z ,   0. 9  G H z ,   1. 8  G H z ,   1. 9  G H z ,   2  G H z ,   a nd  2. 6  G H z .   R e c t a n gul a r - s ha pe d  pa t c h   i s   pr o po s e d  w i t h   v a r i o us   g r o u n d   pl a n e   c o n f i gu r a t i o n s .   S l o t s   i m pl e m e n t e d  t o   t h e   ra di a t i n g   e l e m e nt   t o   t u n e   o pe r a t i ng  f r e que n c y   t o   0. 835  G H z   a n d   0. 9  G H z .   T h e s e   a nt e nna s   a r e   de s i g n e d ,   s i m ul a t e d  a n d  o pt i m i z e d  v i a   t h e   us e   of   f ul l   e l e c t r o m a g n e t i c   w a ve   s i m ul a t o r,   CS T   M i c r o w a ve   S t udi o .   T h e   o pt i m i z e d  de s i gn s   a r e   f a b r i c a t e d,   w h e r e   t h e i r   pe r f o r m a n c e s   a r e   v e r i f i e d  by   m e a s ur e m e n t   i n   t h e   l a b o r a t o r y .   P a r a m e t r i c   s t ud i e s   a r e   pe r f o r m e d  t hr o ug h o ut   t h e   de s i g n   p r o c e s s e s   t o   ob s e r v e   t h e   e ff e c t   of   t h e   w i dt h   o f   t h e   s h o r t i n g  p l a t e ,   a nt e nn a   pa t c h   l e n gt h,   s ub s t ra t e   a n d  g r o u n d  pl a n e   s i z e   t ow a r ds   t h e i r   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   a n d  a nt e nn a   g a i n  pe r f o r m a n c e .       2.   P I F A   D ES I G N   A N D   P A R A M ETR I C   S TU D Y   T h e   p r o po s e d  P IF A   a n t e nn a   de s i g n   c o n s i s t s   o f   a   r e c t a n gu l a r  pa t c h   t ha t   a c t s   a s   a   r a d i a t i ng  e l e m e nt   o n  t h e   t o p  l a y e r   a s   s h o w n   i n   t h e   r e s pe c t i v e   p e r s pe c t i v e   v i e w   a nd  t o p  v i e w   i n   F i g u r e   1  a n d  F i g u r e   2.   T h e   a n t e nn a   pa t c h   i s   pl a c e d  a t   t h e   e dge   o f   t h e   a nt e nna   d ue   t o   t h e   e xi s t e nc e   o f   a   s h o r t i n g  pl a t e   t ha t   n e e de d  t o   c o n n e c t   t h e   pa t c h   a n d  g r o u n d  p l a n e .   W h i l e ,   t hr e e   r e c t a n gu l a r - s h a pe d  s l o t s   a r e   i m pl e m e n t e d  o nl y   t o   t h e   r a d i a t i n g   e l e m e nt s   of   0. 835  G H z   a n d  0 . 9  G H z   P IF A ,   t o   t u n e   o pe r a t i n g  f r e que n c y   t o   b e   l e s s   t ha n   1  G H z .   W h i l s t ,   di f f e r e n t   a pp r o a c h  g r o u n di ng  t e c hn i q ue s   h a v e   b e e n   i m p l e m e nt e d,   w h i c h   a r e   pa rt i a l   o r  f ul l   g r o u n d   pl a n e   t o   a c hi e v e   t h e   de s i r e d  pe r f o r m a n c e   o f   t h e   de s i g n e d  P IF A .   A l l   P IF A s   a r e   d e s i gn e d  by   ut i l i z i n g  R o ge r s   R O 4003C  s ub s t ra t e   w i t h   a   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t   o f   3. 38,   a   t hi c k n e s s   of   0. 508  m m ,   c o n duc t o r   c o a t i ng  o f   0. 017  m m   a nd  t a nge nt   l o s s   of   0. 0027 .   T h e   r e c t a n g ul a r   pa t c h   ha s   a   di m e n s i o n   o f   l e n gt h,   L p  a n d  w i dt h ,   W p  t ha t   c a n   b e   de s i gn e d  b a s e d  o n   t h e   f o l l ow i n g  ( 1)  [ 9 ,   10] :                         (1)     w h e r e     i s   t h e   w a v e l e n gt h  t ha t   c a n  b e   e xpr e s s e d  a s   ( 2)  [ 11]:             √       (2)     w h e r e   c ,  f   a n d        a r e   t h e   s pe e d  o f   l i ght ,   o pe r a t i n g  f r e que nc y   a n d  e f fe c t i ve   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   o f   t h e   s ub s t r a t e ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   e f fe c t i ve   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   of   t h e   s ub s t ra t e ,         c a n  b e   de t e r m i n e d  f r o m   (3)      [11 - 14]:                                         √                   (3)     w h e r e   d   a n d         a r e   s ub s t r a t e   t hi c k n e s s   a n d   r e l a t i v e   pe rm i t t i v i t y ,   a c c o r di n g l y .   A   s h o r t i n g   pl a t e   ha s   a   di m e n s i o n   o f   W s   x  L s   x  T s .   W h e r e ,   W s ,   L s ,   a nd  T s   a r e   t h e   r e s pe c t i v e   w i dt h,   l e n g t h   a n d  t hi c k n e s s   of  t h e   s h o rt i n g  pl a t e .   T h e   s h o rt i ng  pl a t e   i s   l o c a t e d  o n   t h e   l e f t   s i de   of   t h e   P IF A   a n t e nn a .   T hi s   s h o r t i n g  p l a t e   m us t   b e   c a r e f ul l y   pl a c e d  t o   e n s ur e   bo t h   p a t c h   a n d  g r o u n d  pl a n e   a re   l i n ke d .   A s   a   s ui t a b l e   fe e di n g  i s   i m po r t a n t   t o   e n s u r e   a   w e l l - m a t c h e d  a n t e nn a   t o   p r o duc e   a   go o d  pe r f o r m a nc e ,   a   c o a xi a l   f e e di n g  t e c hn i que   i s   u t i l i z e d  i n   t h i s   de s i gn   due   t o   i t s   s i m p l i c i t y   i n   t h e   po s i t i o n i n g  o f   t h e   f e e d  po i nt   t o   a dj us t   t h e   i n put   i m pe da n c e   l e v e l   [8,   15 - 17].   T h e   c o a xi a l   f e e d  t ha t   c o n s i s t s   o f   t hr e e   l a y e r s ,   w h i c h   a r e   a n   i nn e r  c o n duc t o r   o f   a   pi n,   di e l e c t r i c   a n d  a   c o n duc t o r   c ov e r .   T h e   c o a xi a l   i nn e r   c o n duc t o r,   w h i c h   i s   t h e   pi n   i s   a t t a c h e d  t o   t h e   ra di a t i n g  p a t c h ,   w hi l e   t h e   o ut e r   c o n duc t o r   i s   c o nn e c t e d  t o   t h e   gr o u n d  [1 8].   H e n c e ,   t h e   c o a xi a l   f e e d  i s   po s i t i o n e d  c l o s e   t o   t h e   t o p  l e f t   o f  t h e   P IF A   a nt e nn a ,   w hi c h  o ff e r s   t h e   b e s t   pe r f o r m a n c e   f o r   a l l   t h e   a n t e nna s ,   e xc e pt   a nt e nna s   a t   f r e que n c i e s   0. 835G H z   a n d  0 . 9   G H z .   F o r   a nt e nna s   t h a t   o pe ra t e   l e s s   t ha n  1  G H z ,   t h e   f e e d  ha s   t o   b e   po s i t i o n e d  c l o s e   t o   t h e   c e n t r e   a t   t h e   e n d  o f   t h e   t o p  pa t c h.   T hus ,   i t   m e a n s   t h e   po s i t i o n   o f  fe e d  l o c a t i o n   i s   i m po r t a n t   t o   h a v e   a   go o d   m a t c hi n g   a n d   pe r f o r m a n c e   i n c l udi ng  r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   S 11 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gns   of   r e c t angu l ar - s hap e d   pl an ar   i nv e r t e d - F   an t e nn as   a t   m ob i l e . . . .   ( Nur ul   Ins h i r ah  Mohd   R az al i )   929         (a )   (b )     F i gu r e   1 .   P e r s pe c t i v e   v i e w   o f   pr o po s e d  P IF A   de s i g n ,   w h i c h  o pe r a t e s   a t :   (a )  0 . 835   G H z   a nd  0 . 9   G H z ,   a n d     (b )  1. 8   G H z ,   1 . 9   G H z ,   2   G H z ,   a n d   2. 6  G H z             (a )   (b )   (c )         (d)   (e )   (f )     F i gu r e   2 .   T o p  v i e w   o f   t h e   p r o po s e d  P IF A   de s i gn:   ( a )   0. 8 35  G H z   (b )  0. 9   G H z ,   (c )  1. 8   G H z ,   (d)  1. 9   G H z ,   (e )  2  G H z ,   a n d   (f )  2 . 6   G H z       A   pa ra m e t ri c   s t udy   ha s   b e e n   c o n duc t e d  o n  s e v e r a l   a n t e nna   p a r a m e t e r s   i n c l ud i n g   t h e   s i z e   o f   t h e   p a t c h  a n t e nn a ,   s i z e   o f   s h o r t i n g  pl a t e ,   a n d  s i z e   o f   s ub s t r a t e   a nd  g r o und  pl a n e .   T h e   pa ra m e t ri c   s t udy   i s   c a rr i e d  o ut   t o   ob s e r ve   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   a n t e nna   b y   fo c us i n g  o n   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   of   e a c h   a nt e nn a .   F i r s t l y ,   t h e   pa r a m e t r i c   s t udy   h a s   be e n   do n e   o n   t h e   s i z e   of  t h e   pa t c h   a n t e nna ,   L p  x  W p.   A s   i n i t i a l l y ,   t h e   P IF A   pa t c h,   L p  x   W p  i s   de s i gn e d  by   us i n g   e qua t i o n   (1)  f o r   e a c h   a n t e nna .   H ow e ve r ,   t h e s e   P IF A s   w i t h   i ni t i a l   c a l c ul a t e d  L p  a n d   W p,   a n d  i n i t i a l   s i z e   o f   s h o r t i n g   pl a t e   a p pe a r   t o   h a v e   s h i f t e d   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   t o   t h e   hi g h e r  b a nd  f r o m   t h e   de s i gna t e d  0. 8 35  G H z ,   0. 9  G H z ,   1. 8  G H z ,   1. 9  G H z ,   2  G H z ,   a n d  2. 6  G H z .   T hus ,   a   f e w   pa r a m e t r i c   s t udi e s   a r e   c a rri e d  o ut   t o   a c h i e ve   t h e   de s i r e d  r e s o n a nt   f r e que n c y   fo r   e a c h   a n t e nna .   F i r s t l y ,   t h e   s h o rt i ng  pl a t e   s i z e   i s   v a r i e d  t o   ob s e r v e   i t s   e ff e c t   o n   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s .   T a b l e   1  a n d  F i g u r e   4  s h o w   t h e   pa ra m e t ri c   s t ud y   o n   t h e   s i z e   o f   t h e   s h o rt i ng  p l a t e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 01 9   :     927   -   935   930           (a )   (b )   (c )   (d)     F i gu r e   3 .   B o t t o m   v i e w   of   pr o po s e d  P IF A   de s i g n :   (a )   0 . 835   G H z   a n d  0. 9   G H z ,   (b )  1. 8   G H z ,   (c )  1 . 9  G H z   a n d   (d)  2   G H z   a nd  2 . 6   G H z       T a b l e   1 .   T h e   c h a n ge s   o f   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   b a s e d  o n   s h o r t i n g   pl a t e   w i dt h     W i d t h   o f  s h o rt i n g   p l a t e   (m m )   F re q u e n c y   (G H z )   2   3 . 1 8 0   4   3 . 7 3 0   6   4 . 0 7 5   8   4 . 1 7 6   10   4 . 1 7 6   12   4 . 1 7 6       F i gu r e   4 .   G ra p h  o f   t h e   w i dt h  o f   s h o r t i n g   pl a t e   v e r s us   f r e que n c y       T h e   w i dt h   o f   t h e   s h o r t i n g  pl a t e ,   W s   i s   de c r e a s e d  f r o m   12  m m   t o   2  m m ,   w hi l e   t h e   t h i c k n e s s ,   T s   a n d   l e n g t h ,   L s   of   s h o r t i n g  p l a t e   a r e   f i xe d  t o   1  m m   a nd  0 . 595  m m ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   v a ri a t i o n   o f   W s   f r o m   12  m m   t o   2  m m   i s   r e s ul t i n g  i n   de c r e a s i n g  o f   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y .   T h e   l e ngt h   o f   t h e   c urr e n t - l i n e   p a t h  i n c r e a s e s   w i t h   de c r e a s i n g  s h o r t i ng  p l a t e   w i dt h  t ha t   l e a ds   t o   t h e   de c r e m e nt   o f   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   [19].   T h i s   c a n  b e   us e d  t o   i n i t i a t e   t h e   de s i r e d   r e s o n a n t   f r e que n c y   t ha t   l e s s   t ha n  3  G H z   f o r   e a c h   a nt e nna .   T hus ,   2  m m   i s   c h o s e n   t o  b e   us e d  i n  a l l   d e s i g n s   a s   t h e   m i n i m u m   w i dt h  o f   t h e   s h o r t i n g   pl a t e   c o n s i de ri n g   t h e   f a b r i c a t i o n  l i m i t a t i o n .     N e xt ,   t o   m a ke   t h e   a n t e nna s ’  r e s o n a nt   f r e que n c i e s   b e c o m e   f ur t h e r   de c r e a s e ,   a   pa ra m e t ri c   s t udy   o n   t h e   s i z e   o f   t h e   pa t c h   a nt e nna   i s   e xe c ut e d,   a s   t h e   de s i r e d  r e s o na n t   f r e que n c i e s   fo r   a l l   a nt e nn a s   ha v e   n o t   b e e n   a c hi e v e d.   T h e   l e n g t h   o f   t h e   pa t c h   a nt e nn a ,   L p  i s   v a r i e d ,   a nd   t h e   w i dt h   o f   t h e   pa t c h,   W p  i s   f i xe d  t o   7  m m   t o  ob s e r ve   i t s   e ff e c t   o n   r e s o n a nt   f r e que n c y .   T h i s   p r o c e s s   i s   c o nduc t e d  t o   a l l   s i x  a nt e nn a s   a n d  t h e   o ut c o m e   fo r   a l l   a n t e nn a s   a r e   s i m i l a r .   T a b l e   2  a n d  F i g u r e   5  s h o w   t h e   c o rr e l a t i o n   b e t w e e n   t h e   l e n gt h   o f   t h e   pa t c h   a n t e nna   a n d   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s .   W h e n   t h e   l e n g t h   o f  t h e   pa t c h   i s   i n c re a s e d  f r o m   10  m m   t o   52  m m   w i t h   f i xe d  W p  of   7   m m ,   t h e   r e s o na n t   f r e que n c y   i s   de c r e a s i ng,   w h i c h   i s   c o m pl y i n g   w i t h   t h e   n e e d  t o   f ur t h e r  de c r e a s e   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   of   e a c h   a nt e nn a   t o   b e   l e s s   t ha n   3  G H z .   T h e   r e s ul t s   de pi c t   t h e   i n c r e m e nt   o f   a nt e nn a   pa t c h  l e n g t h   ha s   c o n t ri b ut e d  i n   l o w e r i n g  t h e   r e s o n a n t   f r e que n c y   a s   P IF A   i s   a   qua r t e r   w a v e l e n gt h   a n t e nna ,   h e n c e   by   i n c r e a s i n g   t h e   s i z e   of   a n t e nn a   p a t c h,   t h e   w a ve l e n gt h   i n c r e a s e s ,   w h i c h  c a us e s   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   t o   b e   de c r e a s e d,   w h i c h  c o rr e l a t e d  t o   e qua t i o n   (2 ).       T a b l e   2 .   T h e   c h a n ge s   o f   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   b a s e d  o n   pa t c h  l e n g t h     L p   ( m m )   F re q u e n c y   (G H z )   10   3 . 7 4 0 0   15   2 . 7 5 0 0   20   2 . 0 6 4 4   25   1 . 6 5 8 0   30   1 . 3 9 8 2   35   1 . 1 9 9 7   40   1 . 0 5 3 5   45   0 . 9 3 5 0   52   0 . 8 3 1 2       F i gu r e   5 .   G ra p h  o f   t h e   l e n g t h  o f   pa t c h  v e r s us   f r e que n c y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gns   of   r e c t angu l ar - s hap e d   pl an ar   i nv e r t e d - F   an t e nn as   a t   m ob i l e . . . .   ( Nur ul   Ins h i r ah  Mohd   R az al i )   931   A f t e r w a r d,   t h e   pa ra m e t ri c   s t udy   i s   c o n t i nue d  s pe c i f i c a l l y   f o r   0. 83 5  G H z   a nd  0 . 9  G H z   P IF A   c o n c e r ni n g  t h e   i m pl e m e n t a t i o n   o f   t hr e e   r e c t a n g ul a r  s l o t s   t o   t u n e   t o   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   t o   t h e   de s i g n a t e d   0. 835  G H z   a nd  0. 9  G H z ,   w h i c h   u na b l e   t o   be   a c h i e v e d  w i t h  j us t   r e c t a n g ul a r   pa t c h   r a d i a t i ng  e l e m e nt .   T h e s e   t hr e e   r e c t a n gul a r   s l o t s   a r e   pl a c e d  s y m m e t r i c a l l y   t o  t h e   ra di a t i n g  e l e m e n t   a s   de pi c t e d  i n   F i g u r e   2  (a ) - (b )  t h a t   o pt i m i z e d  a c c o r di n g l y   t o   a c c o m pl i s h   t h e   de s i g n a t e d  r e s o n a n t   f r e que n c y .   T h e   s l o t t e d  ra di a t i n g  p a t c h   ha s   m e a n de r e d  t h e   e xc i t e d  pa t c h   s u r f a c e   c urr e nt   pa t h s   a nd  r e s ul t s   i n   l o w e r i n g  o f   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   [20 - 22].   T h e   l a rge r  s i z e   o f   t h e   s i n g l e   s l o t   a t   t h e   l o w e r   po s i t i o n   r e s ul t s   l o w e r   r e s o n a nt   f r e que n c y .   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   s l o t s   a l s o   pr o v i de   b e t t e r   ga i n ,   d i r e c t i v i t y ,   r e f l e c t i o n   c oe ffi c i e n t   a n d  b a n dw i dt h   [20,   23].   Co n s e que nt l y , t h e   s t udy   i s   f ur t h e r  c o n t i n ue d  o n  t h e   e f f e c t   of   t h e   g r o un d   s i z e   b y   c o n s i de ri n g   b o t h   p a r t i a l   a n d  f ul l   g r o u n d  pl a n e .   F o r   t h e   pa r t i a l   g r o und  pl a n e ,   i t   c a n   b e   ob t a i n e d  by   i m pl e m e nt i n g  a   s l o t ,   w h i c h   t h e   po s i t i o n   o f   s l o t   a l s o   a ff e c t s   t h e   pe r f o r m a n c e .   F ul l   g r o und  pl a n e   i s   i m p l e m e n t e d  f o r   2  G H z   a n d   2. 6  G H z   P IF A   de s i gn.   H ow e ve r ,   f ul l   gr o u n d  p l a n e   f o r   0 . 835   G H z ,   0 . 9  G H z ,   1. 8   G H z ,   a nd  1 . 9  G H z   P IF A   ha s   r e s ul t e d  i n   w o r s t   pe r f o r m a n c e   o f   S 11   e ve n   t h o ug h   t h e   r e s o n a n t   f r e que n c i e s   a r e   a c hi e v e d.   T h us ,   t h e   pa rt i a l   g r o u n d  pl a n e   i s   i nt r o duc e d  t o   0. 835   G H z ,   0. 9   G H z ,   1 . 8   G H z ,   a n d  1. 9   G H z   P IF A   f o r   a   b e t t e r   a nt e nna   pe r f o r m a n c e ,   w hi c h  p r o v i de s   a   m a t c h i ng  s o l ut i o n   t o   t h e   de s i g n   [ 24] .   H e n c e ,   t h e   s i z e   a nd  po s i t i o n   o f   t h e   s l o t   f o r   t h e   pa rt i a l   g r o und  p l a n e   a r e   o pt i m i z e d  t o   a c c o m pl i s h  t h e   b e s t   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   S 11   pe r f o r m a n c e .     A   f ur t h e r   p a r a m e t r i c   s t udy   i s   t h e n  c a rr i e d  o ut   o n   f o r   t h e   s i z e   o f   t h e   s ub s t r a t e   s i n c e   a l l   t h e   i ni t i a l   de s i gn e d  a n t e nna s ’  g a i n  do   n o t   a c h i e v e   t h e   go a l ,   w h i c h   i s   a t   l e a s t   2   dB .   T h e   w i dt h ,   W   a nd  l e n g t h,   L   o f   t h e   s ub s t r a t e   a r e   v a ri e d  t o   s t ud y   t h e i r   e ff e c t   t ow a r ds   t h e   a n t e nna   ga i n ,   w hi c h   e xe c ut e d  i nde pe n de n t l y   fo r   e a c h   a n t e nn a   t o   a c c o m pl i s h   2  dB   ga i n .   T h e   e ff e c t s   o n   t h e   a nt e nn a   ga i n   a r e   ob s e r ve d  a n d  pl o t t e d  i n   F i g u r e   6.   F r o m   F i g u r e   6,   i t   s h o w s   t ha t   w h e n   t h e   s i z e   o f   t h e   s ub s t ra t e   i s   i n c r e a s e d,   t h e   r e a l i z e d  a nt e nna   g a i n  i s   a l s o   i n c r e a s i n g,   w h i c h  t hi s   c o rr e l a t i o n  a l s o   r e po rt e d  i n  [25] .   2 . 6  G H z   P IF A   c a n   b e   n o t e d  t o   ha v e   t h e   hi g h e s t   m a xi m um   ga i n   o f  2. 695  dB   w i t h   s ub s t r a t e   di m e n s i o n   o f   53  m m 2 .   M e a n w hi l e ,   o t h e r   P IF A   a n t e nna s   w i t h   l o w e r   o pe r a t i n g  f r e que n c y   ha v e   l ow e r   ga i n  c o m pa r e d  t o   2. 6   G H z   P IF A .   T h e   m a x i m u m   ga i n   o f   t h e   r e s pe c t i v e   0. 835  G H z ,   0. 9   G H z ,   1. 8  G H z ,   1. 9  G H z   a n d  2  G H z   P IF A   a r e   2. 096  dB ,   2. 146  dB ,   2. 193  dB ,   2. 072  dB ,   a n d  2 . 028  dB   w i t h   s ub s t r a t e   di m e n s i o n   o f   100  m m 2 ,  90  m m 2 ,   69  m m 2 ,   69  m m 2 ,   a nd  68  m m 2 ,   a c c o r di n g l y .   In   a dd i t i o n ,   i t   c a n   b e   ob s e r ve d  t h a t   t o   a c h i e v e   t h e   de s i gna t e d  ga i n   o f   2   dB ,   a n   a n t e nn a   w i t h   l o w e r   o p e r a t i n g  ha s   a   l a rge r   s i z e   c o m pa r e d  t o   t h e   a nt e nna   w i t h   hi g h e r   o pe r a t i n g   f r e que n c y .   A f t e r   a l l   t h e   pa ra m e t ri c   s t ud i e s   ha v e   b e e n   pe r f o r m e d,   t h e   o pt i m i z a t i o n   i s   e xe c ut e d  t o   ha v e   a n   o pt i m a l   pe r f o r m a n c e   f o r   a l l   a nt e nna s .   T h e   f i n a l i z e d  di m e n s i o n s   o f   s i x  P IF A s   a r e   t a b ul a t e d  i n  T a b l e   3.             (a )   (b )   (c )           (d)   (e )   (f )     F i gu r e   6 .   S i z e   s ub s t ra t e   v e r s us   ga i n  o f   e a c h   P IF A   t ha t   o pe ra t i n g   a t :   ( a )  0 . 835   G H z   (b )  0 . 9   G H z   (c )  1 . 8  G H z   (d)  1 . 9   G H z   a n d   (e )  2   G H z   (f )  2 . 6  G H z       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 01 9   :     927   -   935   932   T a b l e   3 .   D i m e n s i o n s   o f   P IF A   a nt e nn a s   F re q u e n c y   (G H z )   D i m e n s i o n   ( m m )   S i z e   o f  s h o rt i n g   p l a t e   (W s   x   L s   x   T s )   S i z e   o f  p a t c h   (W p   x   L p )   S i z e   o f  s u b s t ra t e     (W   x   L )   S i z e   o f  s l o t   a t   p a t c h   (W s 1   x   L s 1 )   S i z e   o f  s l o t   a t   p a t c h     (W s 2   x   L s 2 )   S i z e   o f  s l o t   a t   p a t c h     (W s 3   x   L s 3 )   S i z e   o f  s l o t   a t   g ro u n d     (W s 4   x   L s 4 )   0 . 8 3 5   2   x   0 . 5 9 5   x   1   3 8 . 6 0   x   7 0 . 5 0   1 0 0   x   1 0 0   3 . 5   x   1 7   3 . 5   x   1 7   1 6 . 5   x   4 2   8 2   x   7 2   0 . 9   2   x   0 . 5 9 5   x   1     3 5 . 2 0   x   7 0 . 0 0   9 0   x   9 0   3 . 5   x   1 7   3 . 5   x   1 7   4 . 5   x   3 4   8 2   x   7 2   1 . 8   2   x   0 . 5 9 5   x   1   1 3 . 3 7   x   1 6 . 7 0   6 9   x   6 9   -   -   -     6 9   x   4 9   1 . 9   2   x   0 . 5 9 5   x   1   1 1 . 5 7   x   1 6 . 3 0   6 9   x   6 9   -   -   -   2 4   x   5 9   2 . 0   2   x   0 . 5 9 5   x   1   1 4 . 4 3   x   1 2 . 3 4   6 8   x   6 8   -   -   -   -   2 . 6   2   x   0 . 5 9 5   x   1   6 . 8 0   x   1 5 . 5 8   5 3   x   5 3   -   -   -   -       3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S     T h e   f i na l i z e d  de s i g n s   o f   P IF A s   a r e   t h e n  f a b r i c a t e d ,   w h i c h   t h e   p r o t o t y pe s   de pi c t e d  i n   F i g u r e   7.   F o l l ow i n g  t h e   f a b r i c a t i o n ,   t h e   p r o t o t y pe s   a r e   m e a s u r e d  t o   ve r i fy   t h e i r   pe r f o r m a n c e .   A l l   t h e   r e s ul t s   fo r   bo t h  s i m ul a t i o n   a nd  m e a s u r e m e nt   f o r   t h e   p r o po s e d  P I F A s   a r e   di s c us s e d  i n   t h i s   s e c t i o n .   A m o n g  t h e   c h a ra c t e ri s t i c   of   t h e   a n t e nn a ,   t h e   po w e r   t r a n s m i t t e d   by   t h e   a nt e nn a   i s   o n e   of   t h e   m o s t   i m po r t a n t   c ha r a c t e r i s t i c s ,   w hi c h   c a n  b e   s e e n   t hr o ug h   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   S 11   pe r f o r m a n c e   a t   t h e   i n pu t   po r t .   A s   d i s c us s e d  i n  pa ra m e t r i c   s t u di e s   of  s h o rt i n g   p l a t e   w i dt h,   pa t c h  l e n g t h   a n d   t h e   p r e s e n c e   o f   s l o t   on  t h e   p a t c h   a n d   g r o u n d  t h a t   r e s ul t i n g   i n  c h a ngi n g   of   r e s o n a nt   f r e que n c y   w i t h   t h e   go a l   t o   a c c o m pl i s h   S 11   pe r f o rm a n c e s   be l ow   t h a n   - 1 0  dB .   T h e   r e s ul t s   of   P IF A s ’   s i m ul a t e d   a n d   m e a s u r e d  r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t s   a r e   p r e s e nt e d  i n   F i g u r e   8 .     T h e   pr o po s e d  P IF A s   e xh i b i t   t h e   s i m ul a t e d  r e f l e c t i o n   c oe ff i c i e n t s   o f   - 19. 88  dB ,   - 14. 37  dB ,   - 21. 6 8  dB ,   - 14. 8   dB ,   - 16 . 87  dB ,   a n d   - 30 . 15  dB   f o r   t h e   r e s p e c t i v e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   of   0. 835  G H z ,   0 . 9  G H z ,   1. 8   G H z ,   1. 9  G H z ,   2  G H z ,   a n d  2 . 6  G H z .   W h i l e   t h e i r   m e a s u r e d  re f l e c t i o n   c oe ff i c i e n t s   a l s o   s h o w   t h e   pe r f o r m a n c e   t h a t   l e s s   t ha n   - 10  dB ,   w hi c h   a r e   - 15. 4 5  dB ,   - 11. 8 6  dB ,   - 1 8. 17  dB ,   - 14 . 54  dB ,   - 15 . 26  dB ,   a nd  - 11 . 38  dB ,   a c c o r di n gl y   fo r   e a c h   P IF A   w i t h   t h e   r e s pe c t i v e   r e s o n a nt   f r e que n c y .   T h e   s i m ul a t e d  a n d  m e a s u r e d  r e s ul t s   a r e   de pi c t i n g  t ha t   t h e   p r o po s e d  P IF A s   h a v e   l e s s   t ha n   10%   r e f l e c t e d  pow e r   w h i c h   c a n  b e   c o n s i de r e d  w e l l   pe r f o r m .   T h e s e   P IF A   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t s   a r e   s um m a r i z e d  i n   T a b l e   4.   B e s i de s   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   ga i n   i s   a n o t h e r   c h a ra c t e ri s t i c   t ha t   pl a y s   a n   i m po rt a nt   r o l e   i n   a nt e nn a ’s   pe r f o r m a n c e .   P IF A   ga i n   i s   s i m u l a t e d  a t   e v e r y   r e s o n a n t   f r e que n c y ,   w h i c h   t h e   o b t a i n e d  r e s ul t s   a r e   l i s t e d  i n   t h e   f o l l o w i n g  T a b l e   4.   A l l   P IF A s   ha v e   a c h i e v e d  t h e   s pe c i f i e d  ga i n ,   w hi c h   i s   a t   l e a s t   2  dB .   T h e   hi g h e s t   ga i n   i s   ob t a i n e d  by   2. 6  G H z   P IF A ,   w h i c h   2. 69 5  dB .   W h i l s t ,   o t h e r   0 . 835  G H z ,   0 . 9  G H z ,   1. 8  G H z ,   1 . 9  G H z ,   a nd  2  G H z   P IF A s   d e pi c t   t h e   r e s pe c t i v e   ga i n   o f   2. 096  dB ,   2. 14 6  dB ,   2. 1 93   dB ,   2. 0 72  dB ,   a n d   2 . 028  dB .   T h e   g a i n ’s   go o d  pe r f o r m a n c e   h a s   b e e n   a c hi e v e d  b y  i n c r e a s i ng  t h e   s i z e   o f   t h e   s ub s t r a t e   a nt e nn a   a s   s h o w n   by   t h e   p a r a m e t r i c   s t udy   t ha t   pl o t t e d   i n  F i g u r e   6.             (a )   (b )   (c )         (d)   (e )   (f )     F i gu r e   7 .   F a b r i c a t e d  P IF A   a n t e nna s ,   w h i c h   o pe ra t e   a t   r e s pe c t i v e   o pe r a t i n g   f r e que n c y   of :   (a )   0. 835   G H z     (b )  0. 9   G H z   (c )  1 . 8  G H z   ( d)  1 . 9   G H z   (e )  2   G H z   a nd  (f )  2 . 6   G H z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gns   of   r e c t angu l ar - s hap e d   pl an ar   i nv e r t e d - F   an t e nn as   a t   m ob i l e . . . .   ( Nur ul   Ins h i r ah  Mohd   R az al i )   933         (a )   (b )   (c )         (d)   (e )   (f )     F i gu r e   8 .   S i m u l a t i o n  a nd  m e a s u r e m e n t   r e s ul t s   o f   P IF A   r e f l e c t i o n  c o e ff i c i e n t ,   S 11 :   ( a )  0 . 83 5  G H z   (b )  0 . 9   G H z   (c )  1. 8   G H z   (d)   1 . 9  G H z   (e )   2  G H z   a n d   (f )  2. 6  G H z       T h e   n e xt   c o n c e rn   i s   t h e   r a di a t i o n   pa t t e rn   o f   t h e   pr o po s e d  P IF A s   t h a t   a s s e s s e d  t hr o ug h   s i m u l a t i o n   i n   CS T   M i c r o w a ve   S t udi o .   G e n e ra l l y ,   t h e   r e s ul t s   o f   r a d i a t i o n  pa t t e rn s   a t   E - p l a n e   f o r   a l l   s i x   P IF A s ,   w hi c h  pr e s e nt e d  i n   F i g u r e   9  de m o n s t ra t e   a   n e a rl y   o m n i d i r e c t i o na l   b e a m ,   w h i c h   i n d i c a t i n g  t h e   pr o po s e d  P IF A s   a r e   s ui t a b l e   f o r   m ob i l e   a nt e nna s   a p pl i c a t i o n s .   T h e   p a t t e rn s   a r e   a l m o s t   o m ni di r e c t i o n a l   f o r   0. 8 35  G H z ,   0. 9  G H z ,   1. 8  G H z ,   1 . 9  G H z ,   2  G H z   a n d  2 . 6  G H z   P IF A s ,   w hi c h  s h o w   t h a t   t h e   p r o po s e d  P IF A s   h a v e   pe r f o r m e d  w e l l   a t   a l l   t h e   o pe r a t i n g   f r e que n c i e s .             (a )   (b )   (c )         (d)   (e )   (f )     F i gu r e   9 .   R a di a t i o n  pa t t e rn s   o f   t h e   P IF A s   t h a t   o pe ra t e   a t :   ( a )   0. 835   G H z   (b )  0 . 9  G H z   (c )   1. 8   G H z   (d)   1 . 9   G H z   (e )  2  G H z   a n d  (f )  2. 6   G H z       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   1 5 ,   N o .   2 ,  A ugus t   2 01 9   :     927   -   935   934   T a b l e   4 .   P e r f o r m a n c e s   o f   P IF A s ’  r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t s ,   S 11   a n d  ga i n s     F re q u e n c y   (G H z )   S 11   (d B)   G a i n   ( d B)   S i m u l a t i o n   M e a s u r e m e n t   0 . 8 3 5   - 1 9 . 8 8   - 1 5 . 4 5   2 . 0 9 6   0 . 9   - 1 4 . 3 7   - 1 1 . 8 6   2 . 1 4 6   1 . 8   - 2 1 . 6 8   - 1 8 . 1 7   2 . 1 9 3   1 . 9   - 1 4 . 8 0   - 1 4 . 5 4   2 . 0 7 2   2 . 0   - 1 6 . 8 7   - 1 5 . 2 6   2 . 0 2 8   2 . 6   - 3 0 . 1 5   - 1 1 . 3 8   2 . 6 9 5       4.   C O N C LU S I O N   T h e   de s i g n s   o f   P IF A s   t ha t   o pe r a t e d  a t   t h e   r e s pe c t i v e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   o f   0. 835  G H z ,   0 . 9   G H z ,   1. 8  G H z ,   1 . 9  G H z ,   2  G H z ,   a n d  2 . 6  G H z   h a v e   b e e n   p r e s e nt e d.   P a r a m e t ri c   s t udi e s   h a v e   b e e n   pe r f o r m e d  o n   s e v e r a l   a nt e nna   de s i g n   p a r a m e t e r s   t o   a c hi e v e   t h e   o pt i m a l   p e r f o r m a n c e   c o n c e rn i ng  t h e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s   a n d  t h e   ga i n.   T h e   p a r a m e t r i c   s t udy   r e s ul t s   c o n c l ude d  t h a t   t he   s i z e   of   t h e   pa t c h   a nt e nna   a n d  s h o rt i ng  pl a t e   o n   pa t c h   a nd  g r o u n d  o f   a nt e nna   ha v e   a ff e c t e d  t h e   r e s o n a nt   f r e que n c i e s ,   w h i l e   t h e   s i z e   o f   s ub s t r a t e   a nd  g r o u n d  ha v e   a ffe c t e d  t h e   a n t e nn a   g a i n   pe r f o r m a n c e .   T h e   p r e s e n c e   of   s l o t s   a t   t h e   ra d i a t i n g  e l e m e n t   ha s   e na b l e d  t h e   t u n i ng  of   r e s o n a n t   f r e que n c y   t o   b e   l ow e r   t h a n   1  G H z ,   w h i c h   a r e   0. 835  G H z   a n d  0 . 9  G H z .   M e a n w hi l e ,   t h e   de s i gn   a l s o   c o n s i de r e d  t h e   f ul l   a n d  pa rt i a l   g r o u n d  p l a n e .   T he   e xi s t e n c e   of   t h e   pa rt i a l   g r o u n d  f o r   0. 835  G H z ,   0. 9  G H z ,   1. 8  G H z ,   a n d  1. 9   G H z   P IF A   h a v e   i m p r o v e d  m a t c hi n g  t h a t   a l l o w s   fo r   b e t t e r   pe r f o r m a n c e   of  r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t .   T h e   p r o po s e d  P IF A s   ha v e   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t s   l e s s   t ha n   - 10  dB ,   ga i n   b e t t e r  t ha n   2  dB   a n d  n e a r l y   o m n i di r e c t i o n a l   r a d i a t i o n   p a t t e rn.   T h e r e f o r e ,   t he   pr o po s e d  P IF A s   w i t h   di f f e r e n t   g r o u n d  pl a n e   t e c hn i q ue s   i n  t hi s   a r t i c l e   e xhi b i t   s u i t a b i l i t y   f o r   m o b i l e   a pp l i c a t i o n s .       A C K N O WL ED G E M EN TS     T h i s   w o r k  w a s   s uppo r t e d  by   M i n i s t r y   of  E duc a t i o n   M a l a y s i a   (M O E )  a nd  U n i v e r s i t i   T e kn o l o gi   M a l a y s i a   (U T M )  t hr o ug h   F l a gs hi p,   H i Co E ,   P R G S   a n d  F R G S   G r a nt   w i t h   t h e   r e s pe c t i v e   vo t e   n um b e r   o f  03G 41,   4J 212   a nd  4J 2 16,   4L 684   a nd  5F 04 8.       R EF ER EN C ES     [ 1]   O .   S a r a e r a h ,   e t   al . ,  “ S i m ul a t i o n  a nd  e xpe r i m e nt a l   S A R   a nd  e f f i c i e nc y   s t ud y   f o r   a   dua l - ba nd  P I F A   ha nds e t   a n t e n na   ( G S M   90 0/ D C S   18 00)   a t   v a r i e d   di s t a nc e s   f r o m   a   pha nt o m   h e a d , ”   I E E   A n t e nna  M e as ur e m e nt s   and   SA R ,   200 4.   [ 2]   B .   L i ,   e t   a l . ,  “ S i x - ba nd   P I F A   w i t h  L o w   S A R   V a l ue   i n  M o bi l e   P h o ne   A ppl i c a t i o ns ,”   I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on   M i c r ow av e   an d  M i l l i m e t e r   W av e   T e c hnol og y ,   pp .   2 - 5 ,   2012 .   [ 3]   M.   A .   R a hm a n,   e t   a l . ,  “ P e r f o r m a nc e   a n a l y s i s   o f   a   pl a na r   i nv e r t e d - F   a n t e n na   ( P I F A )   i nc l udi ng   hum a n   i n t e r a c t i o n , ”   I nt .   C on f .   I nf or m a t i c s ,   E l e c t r on .   V i s i o n ,   pp .   1 - 5,   20 13 .     [ 4]   N .   K um a r ,   e t   a l . ,  “ S t udy   of   P l a na r   I nv e r t e d - F   A nt e n na   ( P I F A )   f o r   M o bi l e   D e v i c e s , ”   I n t .   J .   E l e c t r on .   C om m u n.   T e c hnol . ,   p p.   83 - 85 ,   201 3.   [ 5]   N .   C ha t t o r a j ,   e t   a l . ,  “ D e s i g n  o f   a   N o v e l   D ua l   -   B a nd  P l a na r   I nv e r t e d  F   –   A nt e nn a   f o r   M o bi l e   R a d i o   A ppl i c a t i o ns , ”   J .   M i c r ow av e s ,   O pt oe l e c t r on.   E l e c t r om agn .   A pp l . ,   v o l .   1 3,   pp .   177 - 184,   2 0 14 .   [ 6]   Y .   B e n   a nd   Z .   H a s a n ,   “ P l a na r   I nv e r t e d - F   A nt e nn a   D e s i g n  f o r   G S M 900  a nd  G S M 18 00  F r e q ue n c y   B a nds   f o r   M o bi l e   H a nds e t , ”   I nt .   J .   R e c e nt   D e v .   E ng .   T e c h no l ,   v o l .   5 ,   pp .   9 - 12,   20 16 .   [ 7]   S .   J e g a d e e s a n ,   e t   al . ,  “ U l t r a   w i d e ba nd  P I F A   a nt e n na   w i t h  s up po r t i ng   G S M   a nd  W i M A X   f o r   m o bi l e   pho ne   a ppl i c a t i o ns , ”   I n t .   C o nf .   A dv .   C om pu t .   C om m un .   T e c hno l . ,   pp .   15 - 2 0,   201 5.     [ 8]   S .   T ha v a kum a r   a nd  M .   S u s i l a ,   “ D e s i g n  o f   M ul t i   R e s o na n t   P I F A   A nt e nna   f o r   M o bi l e   T e l e c o m m uni c a t i o n  N e t w o r ks , ”   I n t e r nat i on al   C onf e r e nc e   on  W i r e l e s s   C om m un i c at i on s ,   Si gna l   P r oc e s s i ng  a nd  N e t w or k i ng ,   pp .   246 2 - 2465 ,   2017 .   [ 9]   H.   T .   C ha t t h a ,   e t   al . ,  “ A n  e m pi r i c a l   e qu a t i o n  f o r   pr e di c t i ng   t he   r e s o na nt   f r e qu e nc y   o f   pl a na r   i nv e r t e d - F   a n t e nna s , ”   I E E E   A nt e nna s   W i r e l .   P r op ag .   L e t t . ,   v o l .   8 ,   pp .   856 - 860 ,   200 9.   [ 10]   N .   I ns hi r a h,   e t   al . ,  “ D e s i g n  a n d  S pe c i f i c   A bs o r pt i o n  R a t e   o f   2. 6  G H z   R e c t a ng ul a r -   S h a pe d  P l a na r   I nv e r t e d - F  A nt e nna , ”   I n done s .   J .   E l e c t r .   E ng .   C om pu t .   Sc i . ,   v o l .   1 0,   pp .   741 - 74 7,   201 8.     [ 11]   D .   M .   P o z a r ,   “ M i c r o w a v e   E ng i ne e r i ng   T h i r d   E d i t i o n, ”   W i l e y   &   S o ns ,   20 04 .   [ 12]   S .   E l a j o um i ,   e t   al . ,  “ M i c r o s t r i p  R e c t a ng u l a r   M o no po l e   A nt e nna s   w i t h  D e f e c t e d  G r o und  f o r   U W B   A ppl i c a t i o ns , ”   I nt e r n at i on al   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   a nd  C om pu t e r   E n gi ne e r i n g ,   v o l .   7 ,   p p.   20 27 - 2035 ,   201 7.     [ 13]   B .   G a r g   a nd   D .   S a l e e m ,   “ I nno v a t i v e   D o ubl e   H   M e t a m a t e r i a l   S t r uc t ur e   f o r   A m e l i o r a t i o n  i n   P a t c h  A nt e nn a   P a r a m e t e r s , ”   v o l .   2,   pp .   278 - 28 5,   20 13 .   [ 14]   S .   S h a w a l i l ,   e t   a l . ,  “ 2. 45  G H z   w e a r a b l e   r e c t e nna   a r r a y   de s i g n  f o r   m i c r o w a v e   e ne r g y   ha r v e s t i ng , ”   I ndo ne s .   J .   E l e c t r .   E ng.   C om p ut .   Sc i . ,   v o l .   14 ,   pp .   677 - 687 7,   20 19.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e s i gns   of   r e c t angu l ar - s hap e d   pl an ar   i nv e r t e d - F   an t e nn as   a t   m ob i l e . . . .   ( Nur ul   Ins h i r ah  Mohd   R az al i )   935   [ 15]   S .   B i s h t ,   e t   al . ,  “ S t u dy   T he   V a r i o us   F e e d i ng   T e c hn i qu e s   o f   M i c r o s t r i p   A nt e nn a   U s i ng   D e s i g n  a nd   S i m u l a t i o n  U s i ng   C S T   M i c r o w a v e   S t udi o , ”   I nt e r na t i ona l   J our nal   of   E m e r g i ng   T e c hnol ogy   and  A d v an c e d  E ng i ne e r i ng ,   v o l .   4,   pp .   318 - 324 ,   2014 .   [ 16]   D.   D .   V e r m a ,   e t   a l . ,  “ D e s i g n  o f   C o a xi a l   F e e d  M i c r o s t r i p  A nt e nna   b y   i ns e r t i ng   P - I - N   D i o de   t o   I m pr o v e   R e t ur n  L o s s   a nd  G a i n , ”   I n t e r nat i o nal   J our nal   o f   C ur r e n t   E ngi ne e r i ng   and   T e c h nol o gy ,   v o l .   6,   p p.   89 7 - 899,   2 016 .   [ 17]   R .   G a r g ,   e t   a l . ,  “ M i c r o s t r i p   A nt e nn a   D e s i g n   H a nd bo o k , ”   A r t e c h   H o us e ,   2001 .   [ 18]   C.   A .   B a l a n i s ,   “ A nt e nn a   T he o r y , ”   T hi r d   E d i t i o n,   J o hn  W i l e y   &   S o ns ,   I nc . ,   H o bo ke n,   N e w   J e r s e y ,   20 05.   [ 19]   H .   C he n ,   e t   al . ,  “ P a r a m e t r i c   s t udy   o n  t he   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   pl a n a r   i nv e r t e d - F   a nt e nn a , ”   I E E   P r oc e e di ngs   M i c r ow av e s ,   A n t e nnas   a nd  P r op aga t i on ,   v o l .   152 ,   pp .   534 - 538 ,   200 5.     [ 20]   P.   A .   A m br e s h ,   e t   al . ,  “ E f f e c t   o f   S l o t s   o n  M i c r o s t r i p  P a t c h  A nt e n n a   C ha r a c t e r i s t i c s , ”   I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on  C om put e r ,   C om m uni c a t i o n  and   E l e c t r i c a l   T e c hno l og y ,   pp .   239 - 24 1 ,   2011 .   [ 21]   R .   K um a r ,   e t   a l . ,  “ E f f e c t   o f   S l o t s   i n   G r o und  P l a ne   a nd   P a t c h   on   M i c r o s t r i p  A nt e n na   P e r f o r m a nc e , ”   I n t e r nat i o nal   J our nal   o f   R e c e nt   T r e nds   i n   E n gi ne e r i n g ,   v o l .   2,   pp .   1 - 4,   20 09.   [ 22]   A.   H .   A l ,   “ P I F A   A nt e nna   D e s i g n  f o r   4G   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns , ”   I nt e r n at i ona l   c on f e r e nc e s   on  I n f o r m at i on   T e c hnol o gy ,   I n f or m at i on   Sy s t e m s   and   E l e c t r i c al   E n gi ne e r i n g ,   pp .   1 88 - 191,   2 017 .   [ 23]   M .   J o hn   a n d   S .   R o dr i g ue s ,   “ A nt e n na   O pe r a t e d   i n  I S M   B a nd   us i ng   R T - D ur o i d  S u bs t r a t e , ”   p p.   30 76 - 3080 ,   201 6.   [ 24]   M .   J us o h,   “ A   C o m pa c t   S i z e   A nt e nna   w i t h  H i g h  G a i n   E n ha nc e m e nt   f o r   I E E E   802. 15 . 3 , ”   I E E E   Sy m p os i um   on   W i r e l e s s   T e c hno l og y   a nd   A pp l i c a t i o ns ,   pp.   1 20 - 123 ,   2011 .   [ 25]   V .   S i pa l ,   e t   a l . ,  “ E f f e c t   o f   s ubs t r a t e   di m e ns i o ns   o n  z e r o t h - o r de r   r e s o na t o r   a n t e n na s , ”   I E E E   A n t e nnas   W i r e l .   P r opa g.   L e t t ,   v o l .   9,   pp .   107 - 10 9,   20 10.       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S           N ur u l   I ns hi r a h  M o hd  R a z a l i   i s   a   s t u de n t   o f   M a s t e r   o f   P hi l o s o phy   i n  E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   f r o m   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n  C e n t r e ,   U n i v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a .   I ns hi r a h   ha s   c o m pl e t e d  h e r   de g r e e   i n  B a c he l o r   o f   E l e c t r i c a l - E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a .   H e r   c u r r e nt   a r e a   o f   i n t e r e s t   i s   i n   S p e c i f i c   A bs o r pt i o n   R a t e   ( S A R )   i n v e s t i g a t i o n  o n  P I F A   a nt e n na       N o r huda h  S e m a n   r e c e i v e d  t he   B .   E ng .   i n   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   ( T e l e c o m m uni c a t i o ns )   de g r e e   f r o m   t he   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a ,   J o ho r ,   M a l a y s i a ,   i n  2003  a nd  M . E ng .   de g r e e   i n   R F / M i c r o w a v e   C o m m uni c a t i o ns   f r o m   T h e   U n i v e r s i t y   o f   Q ue e ns l a nd,   B r i s b a ne ,   S t .   L uc i a ,   Q l d . ,   A us t r a l i a ,   i n  2 005 .   I n  S e pt e m b e r   2 009 ,   s he   c o m pl e t e d  he r   P h . D .   de g r e e   a t   T h e   U n i v e r s i t y   of   Q ue e n s l a nd .   C ur r e n t l y ,   s he   i s   a n  A s s oc i a t e   P r o f e s s o r   a nd  D i r e c t o r   ( C o m m uni c a t i o n  E ng i ne e r i ng )   i n  S c ho o l   of   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   a nd  R e s e a r c h  F e l l o w   i n  H i C o E   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n  C e nt r e   ( W C C ) ,   U n i v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a .   H e r   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   c o nc e r n  t he   de s i g n  o f   m i c r o w a v e / m i l l i m e t e r w a v e   de v i c e s   f o r   b i o m e di c a l   a nd  i ndu s t r i a l   a pp l i c a t i o ns ,   e f f e c t s   o f   e l e c t r o m a g ne t i c   f i e l d  r a di a t i o n  i nc l ud i ng   s pe c i f i c   a b s o r pt i o n  r a t e   ( S A R ) ,   a nd  m o bi l e   c om m uni c a t i o ns .       T i e n   H a n   C hu a   r e c e i v e d  bo t h  t he   B . S c .   ( H o no ur s )   de g r e e   i n  E l e c t r i c a l   e ng i ne e r i ng   ( F i r s t   C l a s s )   a nd  t he   M a s t e r   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   i n  W i r e l e s s   E ng i n e e r i ng   f r o m   t he   U n i v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   i n  2003  a nd  2 007 ,   r e s p e c t i v e l y .   T i e n  H a n  w a s   a   T u t o r   ( 2 0 05 - 2007 )   a nd  t h e n  a   L e c t ur e r   ( 200 7 - pr e s e n t )   a t   t h e   F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a .   H i s   r e s e a r c h  i n t e r e s t s   i nc l ud e   b r o a dba nd  f i xe d   w i r e l e s s   a c c e s s   s y s t e m s ,   r a di o   p r o pa g a t i o n,   c ha nn e l   m o de l l i ng   a nd   m e a s u r e m e nt .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.