Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   12 ,  No.   3 ,  Decem ber   201 8 , p p.   1171~ 1178   IS S N: 25 02 - 4752, DO I:  10 .11 591/ijeecs .v1 2 .i 3 .pp 1171 - 1178          1171       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   A Desi gn  Co nsid eration f or Plan ar In verte d Fract al Antenn a to  Mini mize Length - Dep endent Sp ec ific Abso rption  Rat e       Ak r amu l  Haq ue, Shei kh Ali mur Raz i, Nu r M ohamm ad , Md. Sh amsul  A ri fin,     Qua z i   Delw ar  Hossain   Depa rtment  o f  E le c tr ical   and El e ct roni c  Eng ineer ing,   Ch it t agong University   of   En gine er ing  and   T e chnol og y   (CUE T) ,  Chit ta gong - 4349 ,   Bang la d esh       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J ul   1 ,  201 8   Re vised  A ug   2 1 , 2 01 8   Accepte d  Se p   2 1 , 201 8       Thi s  pap er  pre sents  a  num erica l   soluti on  to   m ini m iz e   el e c tromagnet i c   rad iation  from   a  Plana r   Inve rt e d  Frac tal  Anten na  (PIF A)  used  in  c el lu la r   phone.   The   PIF A  is  sim ula te d  using  a  sem ic onduct or  subs tra t e  havi ng  a  die l ec tr ic   constant  of  3. 38 .   The   h ei ght  of   the  diele ct ri c  subs tra t e  is 0. 813  m m .   The   design ed  an te nna  is  sim ula t ed   at   a  bro ad  ra nge  of  m ic rowa ve  fre que n c y   spec trum  used  i n  ce l lul ar  communic a ti on.   A  50 - ohm   probe   of  0. 5  m m   rad ius  per pendicula r   to   the  ground  subs tra t e  pl ate  is  use d   as  a   fe edi ng   m edi um .   T h e   ant enn a  per form anc e   is  ev al ua ted   for  three  d iffe r ent   l engt hs  ke eping  al l   other   par amete rs  const ant .   Sim ula ti on   r esult s show   tha t   the   in te nd ed  PIF A ha ving a  le ngth  of  20  m m   ca n  be  used  eff ectivel y   to  r e duce   th e  Speci f i c  Abs orpti on  Rat e  ( SA R)  of  rad iation.   Moreo ver ,   the   r eflec t io n  coe fficie n t  was  found  to  be  m ini m al   0. 156 9  at   20   m m   ant enn a  l engt h   which  is  d eterm ine d  b y   cha ra cteri sti c   impedance  relati on .   The r efo re ,   thi s  inve stigation  of  m ini m iz ing   the   r adi a ti on  absorpti on  c an  b e  c onsidere d  dur in g  the   implement at ion  ph ase   of  var ious  cellular  an te nn as  to   av oid  rad ia t ion - re l at ed   he al th   ha za r ds.   Ke yw or d s :   Characte risti cs  i m ped anc e     PI F A  a nten na   Ra diati on  m inim iz at ion   Re flect ion  c o - e ff ic ie nt   Sp eci fic a bsor ption rate     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Nur  M oh am m a d ,   Dep a rtm ent o f El ect ri cal  an d  Ele ct ro nic  Eng ineerin g,   Chit ta gong Un iversity  of E ngineerin g  a nd T echnolo gy  (CU ET),   Chit ta gong - 43 49, Ba ng la des h .   Em a il :  nu r. m oh am m ad@ cuet .ac.bd       1.   INTROD U CTION   The  Ele ct r o  M agn et ic   Ra diati on  (EMR) ,  in   the  lo ng  r un,  de te rior at es  hum an  a nd  pla nts  he al th  if  th e   rad ia ti on  e xce eds  a   th reshol d  le ve l.  Hen ce ,  it   is  re quire d  to  c ontrol   th e  EMR   poll uti on  to   ens ure  healt h    safety   [1 ] .   The   EMR   pro paga te s  as  el ect ric  and  m agn et ic   fiel ds   thr ough  a ny  m ediu m .  A ccordin g  t o  [ 2],  th e   EMR   po ll utio n  trigg e rs  t he  dr op   in   the  popu la ti on   gro wth  r at e  of   s pa rrows  an d  bee s,  in   exch a nge  of   w hich   Colo ny  Coll ap se  Disorde r  (C CD)  be gins.  It h as  bee n  re port ed   that  unde r  the  EMR   expos ed  en vir on m ent,  bats  and   s parrows  s how  a  disincli nation  in  thei r  beh a vio u r .  For   exam ple,  in  th e  US A ,  dead ly   crash es  of  bir ds   wit h  com m un ic at ion   m ast s  cause  t he  extinct io n  of  m il li on s  of   bird s  eac h  ye ar  [ 2].  Furthe rm or e ,  the  EMR   ha m per s  br ai n  act ivit ie s,  cause s   hea da ches,  tri gg e r s   m e m or y  loss  as  well   as  can  cause  ca ncer   i n  so m e  cases.  It  m a y  init ia te   sensiti ve  prob le m s  li k e  congen it al   di sabili ty   and   low  sp e rm   cou nt  [3 ] .  The  EMR   absorp ti on  de pends   on  f or m s  and  dim ension s  of  the  organ,  diele ct ric  pro per ti es   of  res pecti ve   body  ti ssu e .  T he  a bs or ption  a m ou nt   is  ind exe d   by  the  te rm   sp ecif ic   abs orption   rate  (SAR).  T he  SA R  value   fo r  a  rad i o  de vice  is  diff e r ent  f or   diff e re nt  body  par ts.  T he  S A R  is  def ined   as   the  power,  W   abs orbed   due  to  ex posure  to  an  EMR   by  pe r  kg  of  body  ti ssue   [ 4] .  It  de pe nd s   on  th e  el ect ric  f ie ld  intensit y,  fr e qu e ncy  of  s upply,  pola risa ti on   of  the   fiel d  (f a r  and  nea r  fiel d)  chara ct erist ic s.  A gain ,  no t  only   the  fiel ds   t hat  are  em it ti n g  th rou gh  the  m ob il e  is  resp on si ble   for  the  SA R ,  but  al so   ref le ct e d  an d  scat te red  EMR   fr om   per ip her al   de vice s  con tri bu te   to   a  hig h  value  of  the   SA R  [ 5].  Re ga rd i ng   t his,  a n  inv e sti gation  w as  co nducted  by   Pack  an d  Le e,  w ho   fig ur e d  ou t  th e  S AR  valu e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1171   –   1178   1172   for  seve ral  siz es  and   s hap es  of   he ad .   They  exam ined  by  us ing   fi nite  difference  ti m e   dom ai n  m e tho d  f or   a   broa d  ra nge  of  fr e qu e ncy  rang ing   from  8 35 t o 1,765 M Hz. [ 6].   In  va rio us   res earch ,  a uthors  f ound  the   s ources   of  EMR   an d  c orres pond i ng   he al th  i ssu es   [ 7 - 11 ].  Ak i hir o  Tat e no  a nd  K ens uk e  in  t heir  st udy  fou nd  that  m ob il e  phon es   an d  ta blet  co m pu te rs  are  t wo  of  t he   pr im e  so ur ces  of   the  EMR   poll ution   [10].  The  po wer   le ve l  of   the  EMR   so urce  an d  th e  distance  bet ween   th e   so urce  a nd   rec ei ver   are  t he  two  si gn i ficant   va riables  t hat  def ine  t he  po wer   densi ty   at   a  sp eci fic  spo t.  The   consi ste nt  gro wth  of  the   m ob il e  c om pan y  as  well   as  it s  us e r,  the   E MR   po ll uti on  has  i nd ee d  be com e  a   sign ific a nt c oncern f or hum anity  an d  the  e nviro nm ent.   To  m ini m ise   t he  ad ve rse  ef f ect s  of   t he  ra di at ion ,  sci entis ts  and   resea rchers  are  pro posing   dif fer e nt   te chn iq ues  a nd  m et ho ds .  In  [7 ] ,  Jal al   J.  Ham ad  Ami n  pr ese nted  a  re so luti on  to  im plem ent  op ti cal   fibr e   com m un ic at ion ,  rep la ci ng  c urre nt  m ic ro wav e  com m un ic at ion ,  wh ic h  is  costly   for  de ve lop in g  c ount ri es.  Th e   auth or   al s o  s ha red   so m e  ti ps   an d  tric ks  f or  us in g  cel l - ph on e ,  wh ic h  ca n  re duce  the   pro bab le   detri m ental  eff ect s  of the E MR , how e ver,  ignore d  t o  way  out to  reduce t he  am ou nt  of ra diate d  EMR .   Yu s uf  Abd ulra hm an  Sam bo  an d  et   al .   in [9] i nv est igate d  m ulti ple  asp ect s inclu di ng  S AR s hield ing ,  Be am  f orm ing   proces ses  along   with the  instal la ti on   of m assive MIMO   t hat c an  le sse n  the  a m ou nt of r a dia ti on .   Re centl y,  a  Planar  Inver te d  F r act al   An te nna  (P I FA)  is  re ported  in  the  li te r at ur e  to  c on t rol   the  EMR  le vel  [ 12] .  Th e  PI F A  is  a  so rt  of  li near  Inver te d   F - A nten na,   a  m on op ole  anten na   us ed  in  wir el ess   com m un ic at ion   [ 13] .  It  is  m anu fact ur e d   by  set ti ng   a  m et al l ic   patch  over  a  be d  of   diele ct ric,  wh ic h  is   su pp or te d   on  a   gro und  plate .  The  fee di ng   m et hod  of  the  m et al li c  patch  is  done  ei the r  by   add in g  m ic ro strip   transm issi on   li ne  or  by  a   prob e .  Easy   fa bri cat ion ,  l ow  c os t  a nd  sm al l  weig h  a re  the   reas ons  beh i nd  th e   m assive u si ng  scenari o of PI F A  in  the m ob il e industry.   Re searche rs  a r e  inv est igati ng  ways  to  reduc e  the  am ou nt  of  EMR   ra diati on  f ro m   the  cel lular  phones  by inc orporati ng  new d esi gn s trat egies of t he  PI F A. S om e recen t st udie s reveal ed  t hat th e d et rim ental  i m pacts   of   EMR   ra diati on   from   the  PI FA   co uld   be  m ini m ise d   by  red uci ng   t he  SAR   [1 4 - 16 ] .  I n  [ 8],  Sang - il   K w ak  an d  et   al .  sh owe d  a  process  of   desig ning  P I FA   with  the  arti fici al   m agn et ic   condu ct or.  The  SA R  re du ct io n  m echan ism   wa s  introduc ed   c on si der i ng   a  wide band  c ode  div isi on  m ul ti ple  acce ss  ban ds,  an d  a  43 %  SAR   reducti on  was  ob ta ine d   at   the   centre   f reque nc y.  The   sam e  auth or s   in   thei r  earli er   pu blica ti on   [11],  pro po s ed   two  ty pe s  of  el ect ro m agn et ic   band  ga pe  m od el   f or  S AR  re du ct io n  of  th e  EMR   rad ia ti on .  H oweve r,  bot h  the   stud ie s  disre ga rd e d  the  e ff ect   of   a nten na  le ngth  on  the  S A R  reducti on.  T o  fill   this  ga p ,  this  pa per   p r op os es  a   PI F A,   an d  it s  le ng t h  is  cal ibr at ed  to  fin d  the   dep e nd e nce  of  SA R  on  the  le ng t h.   T he  SA R   reducti on   em pirical  m et ho d  is  discuss e d,   a nd   t he   SA R  val ues  a re  m easur ed   f or   th ree  diff e r ent  PI F A  le ng th,  an d  the  ob ta ined   resu lt s  a re c ompare d .   So m e  of   t he  o t her  va riables   s uch  as  shorti ng  pin  wi dth ,   pr ob e   fee d  ra dius,  the   dista nce  betwee n  t he  sh ort in g  pin   a nd   the  pro be,   the  substrat e  m at erial   and   the  ins ulator  he igh t  ha ve  le ss  sign ific a nce  on   th e     SA R  [17]. T he reb y i m pact o f   these  var ia bles  is d is reg a rd e d i n  this st ud y.   In   t he  nex t  sec ti on   m et ho dolo gy  f or   t his  re se arch   is   outl ine d  f ollo wed  by  the  res ults  an d  discu ssio n  in  S ect io n 3. T he  c on cl ud i ng  rem ark s ar e  pr ov i ded in  S ect ion 4  at the e nd.       2.   METHO DOL OGY   Table  1  e nlist s  f reque ncy  ba nd  use d  in  c el lular  com m un ic at ion .   As  s een  in   the   ta bl e  a  bro a d  sp ect r um   of   th e  high - fr e quen cy   el ect ro m ag netic   wav e  are   us e d  f or   dif fe ren t  gen e rati on  of  c omm un i cat ion  te chnolo gy  [ 18] .  High e r  the  frequ e ncy,  the  m or e  th e  pro ba bili ty   of   energy  bein g  abs orbe d   by  body  ti ssu e .  A s   the  fr e quen cy   of   rad ia ti on  in crease,  it s  io nizat ion   po wer   a lso  increa ses.  Ce ll   ph one  a ntenn a s  are  desi gn e d  t o  transm it  d at a at var i ou s  freq ue ncies  dep e nding o n  t he  c omm un ic at ion  g e ner at io n.       Table  1.  T he  fr equ e ncy  range  of v a rio us  tel e com  g ener at io n.   Gen eration   Frequ en cy  Ran g e   2G   869  -   8 9 0  M Hz ( C DMA ),  93 5   -   9 6 0   MHz  (GS M90 0 ),  18 0 5   –   1 8 8 0  M Hz (GS M18 0 0 )   3G   2110  –   2 1 7 0  M Hz   4G   8 0 0  M Hz,  2 1 0 0 - 2 6 0 0  M Hz       Du e  t o  res our ce  lim it at ion ,  the  w ork  is  carried  out  by   the  Adva nce d  Desi gn   Syst e m   (A DS)   si m ulati on   platfo rm ,  becau se  of   it s  accu racy   and   easy - to - use   interface.  Fig ur e   1  s hows  th e  diag ram   of   a  PIF A   wh e re  L1   an d  L2   de no te   the  le ng th  a nd   wi dt h  of   the  PIFA   resp ect ively ,  W   is  the  widt h  of   the  shortin g  pin s ,    D  is  fo r  the  se par at io n  of  fee d  an d  shortin g  pin ,  an d  h   is   t he  distance  of   PI F A  ab ov e  th e  gr ou nd   plane .  The   anten na  hei gh t ,  h  is   fill ed  with  an  ai r  substr at e  ( εr =  1 . 0).  The  sho rting   pl at e  con sist s  of  a  ver ti cal   condu ct in g  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A D esi gn Co nsi dera ti on f or  P lanar  In ve rte d Fra ct al  Ante nna  to  Mini mize  Length…   ( Akr amul  Haq ue )   1173   strip,  a nd   it   is  us e d  not  only   t o  co nnect   betw een  the  patc h  a nd   gro und  but  al so   to  sup port   the   whole  ant enn a .  The 5 0Ω  c oax i al  p r obe  has  a  r adius  of  0.5m m  an d  is fe d   in  the ce ntre  li ne  of the  r ect a ngular pat ch .           Figure  1. Plane r  in ver te d  F  an t enn a  w it h a s hortin g plat e       To  reduce   the   SA R,   the   PIF A  le ngth   L 1  ha s  bee n  m od if ie d.   Hen c e,  t hi s  pa per   rec om m end s  the  m et ho d  of  le ngth  re duct ion  to   m ini m ise   SA R .  Th e  desig ne d  P IFA  has   be en  pr i nted   over   a  Ro ge rs'   boar d  a nd   fed  b y a 5 0 - ohm  p ro be of  0.5   m m  r adius.   Th e p robe w a s p e rp e ndic ul ar to  the g r ound p la t e. Tab le  2   sho ws  th e   desig n  s pecific at ion s  of  the   P I FA .   T he  Ro ge r s  boar d  i nd ic at ed  in   A DS  as  RO4003C  has   a  diele ct ric  c onsta nt,   ε  of   3.38.  The  thickne ss  of  th e  copper   plate   is  0. 5  m m .  The  area  of  the  ant enn a  is  L 1×  L 2 ,  a nd   th e  area   of   th e   gro und  plate   is   Lg× Wg .  T he  ai r  (ε  =  1.0 0)   i s  consi der e d   as   the  insu l at io n  la ye r.   A  sho rting   st rip  co nne ct s  the   patch  a nte nn a  to  the  gr ound as  w el l as s uppo r ts t he whole  a nt enn a.       Table  2.   Propo sed  P IFA a nte nn a  s pecifica ti on s   SL.   No   Para m eters   Sp ecif icatio n s   1.     Sh ap e   Rectan g u lar   2.     Frequ en cy  of  op eration   1 .39 - 1 .5GHz   3.     Dielectri c con stan t of  the su b strate   3 .38  ( Ro g ers RO4 0 0 3 C)   4.     Heig h t   o f  dielectric sub strate   0 .81 3   m m   5.     Feed in g  M eth o d   p rob e f eed       The  operati ng   fr e quency  of   the  P IFA  c an  be  rou gh l y  determ ined  by  the   f ollo wing  set   of    equ at io ns ( 1 - 3)  [ 17 ] .     1 = 4 = 1 4 × √                 (1)     2 = 4 √ 2 + 1                   (2)     = 4 ( 1 + 2 )                   (3)     Her e ,  λ d  is  t he   wav el e ng t h  inside  t he  subs trat e,  εr  is  the   relat ive  pe rm i tt ivit y,  L1   and  L2   are  t he   le ng th  and  widt h  of t he  P IFA  resp ect ively ,  a nd  c   is t he velo ci ty  o f  the  EM  wav e .   The  fo ll ow i ng  set   of  e quat ion s   pro vid e s   the  detai l  in vestigat io n  on  the  SA R  f or  a nten nas     us e d  in  W irel e ss  Com m un ic a ti on   [ 19 ] .  T he   SA R  has  a n  inv e rse  propo rtion al   relat io n  with  the  ret urn  lo s s   wh ic h  is  de fin ed  as  the   lo gari th m   of   the  rati o  of  the   incide nt  powe r,   Pi  to   the  re flect ed  powe r,   Pr   as  show n  i n  Eq uation   ( 4).      (  ) = 10 log 10                 (4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1171   –   1178   1174   The  le sser  the  ref le ct ed  po we r  the  higher  is  the  return  loss,   and   the  lowe r  is  the  SA R.  Th e  ref le ct io n  coeffic ie nt  al so   carries  ex cel le nt  inform at io n  ab ou t  the  S AR  value .  It  is  the  rati o  of   th e  ref le ct ed  volt age  to   the  inci den t  vo lt age,  w hic h  is   al so   relat ed  t o  the  a nten na  i m ped ance  ZL   and  cha racteri s t ic s  i m ped ance   Zo   as  giv e n by E qu at ion   ( 5) .     | | =       = − 0 + 0                 (5 )     The  S AR  in  te rm s  of   the  el ec tric al   condu ct i vity   (S /m )  of   ti ssu e  (σ ),   t he  densi ty   of   ti ss ue  in  Kg /m 3   ( )  an d  the  inte nsi ty  o f  the  elec tric  f ie ld  (E )  is  pr ese nted  b y  E q uatio n   ( 6) .     SAR = | | 2 2                   (6 )     The  norm al iz e d   S AR  is  giv e n   by E q. ( 7).       . =    ( 1 − | | 2 ) ( 1 − ɳ  . 2 )               (7 )     Her e ,  S ARorig inal  m eans  the  SA R  value  t ha t  is  cal culat ed  us in g  E q u at ion   (6)  m or eo ve r,   ɳr a d  is  t he   rad ia ti on e ff ic ie ncy.       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   This  sect io n  presents  the   sim ulati on   res ults  to  analy se  t he  perform ance  of  the  desi gn e d  PI F A.   The   le ng th   L 1  is   c hange d  from   30   m m   to  20  m m   with  a  5  m m   equ al   dec re m ent  kee ping  t he  widt h  L 2  a nd  oth e r   par am et ers  co nst ant.  Se ve ral  te st  tria ls  ha ve  been  perform e d  to   ac hieve   an   en ha nced  f requen cy   m at ch  at  ea c h  ste p.   S horte nin g  the  patch   a nten na  to   the  gro und  helps   to  m at ch  the  im ped ance.  Howev e r,  it   m ak es  t he   rad ia ti on  im pe dan ce  reacti ve .  The reb y,   a  c apacit ive  to p  loadi ng   is  us e d  to  m ini m ise   t his  ef fect.  Fig ur e   2  sh ows  t he  2D  and   3D  vie w   of  the  de sig ned   PI F A  ante nn a  for  30  m m   le ng th.  For  bre vity ,  si m il ar  views  for   oth e r  tw o  le ng t hs   ha ve no t  be en pr ovide d   in   this pa per.           (a)   (b)     Figure  2. The   desig ne d  P IFA  an te nna  f or   L1   =   30m m ,   (a)  2D  view,   ( b) 3D  v ie w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A D esi gn Co nsi dera ti on f or  P lanar  In ve rte d Fra ct al  Ante nna  to  Mini mize  Length…   ( Akr amul  Haq ue )   1175       (a)   (b)     Figure  3. The  re tur n  los s  prof i le  o f  PIFA  an te nn a  for  L 1   =   30 m m  ( a) Mag ni tud e,  and  ( b)   phase a ngle   sp ect r um       Figure   3  prese nts  the  sim ulatio n  resu lt .  T he   m agn it ud e  a nd  the  ph a se  an gle  sp ect r um s  of   retu rn   l os s   for  a  broa d  range  of  fr e quenc y  are  sh own   in   Figu r e   3( a )  an d  3(b )  res pecti vely .  The  act ua l  m agn it ud e  of  th e   return  loss  is  the  ne gative  of   the  Y - axis  va lues  of   the   m a gn it ude  s pectr um .  As  sh own   in  Figu r e   3( a ),   the   m agn it ud e  of   the  return  loss   is  fo und  the  m axi m u m   of   14.43 6d B  at   1.2 16   GH z .  Fig ur e   3(b)   s how s  the  corres pondin g  the  phase   s hift  of  ar ound   - 20  de gr ee .  T he  l ine  im ped ance   ZL   is  cal c ula te d   f ro m   the  S m it h  char t   s how n  i n Fi gure   4. The  re flect ion  c oe ff i ci ent is cal cu la te d  to  be  | Γ|=0.175 3 usin g  E quat ion   ( 5).           Figure  4.   The   Sm it h  char t   of  PI F A  a nten na f or L1 =  30 m m           (a)   (b)     Figure  5. The  re tur n  los s  prof i le  o f  PIFA  an te nn a  for  L 1   =   25 m m  ( a) Mag ni tud e,  and  ( b)   phase a ngle   sp ect r um   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1171   –   1178   1176   The  m agn it ude  and   ph ase  a ng le   s pectr ums  of   ret urn  los s  for  the  25  m m   le ng th  of  the  PI F A  are   sh ow n   in  Fig ure   5.   As  sho w n  in  Fig ur e   5(a),  the  m agn it ud e  of   the  return  loss  is  f ound   the  m axi m um   of  15.56 6  dB  at   1. 314  GH z .  Fig ur e   5( b)   sh ows   the  cor res pondin g  phase  sh i ft  of   ar ound  zero   de grees.  T he   li ne  i m ped ance  ZL   is  ob ta ine d  f r om   the  S m ith   cha rt  show n  in  Fig ure   6,  an d  the  co rresp onding  re flect io n  coeffic ie nt is  f ound to  b e  |Γ|  = 0 . 1661.           Figure  6. T he S m it h  char t  of P IF A  an te nna f or  L 1  =   25 m m           (a)   (b)     Figure  7. The  re tur n  los s  prof i le  o f  PIFA  an te nn a  for  L 1   =   20 m m  ( a) Mag ni tud e,  and  ( b)   phase a ngle   sp ect r um           Figure  8. The   Sm it h  char t  of  PI F A  a nten na f or L 1  =   20 m m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       A D esi gn Co nsi dera ti on f or  P lanar  In ve rte d Fra ct al  Ante nna  to  Mini mize  Length…   ( Akr amul  Haq ue )   1177   Si m il arly ,  the  m agn it ud e   an d  phase  a ng le   s pectr um s  of   th e  retu rn   l os s  f or   t he  20  m m   le ng th   of  th e   PI F A  are  sho wn   in  Fi gure  7.   Acc ordi ng   t o  the  Fig ur e   7(a),  the  m agn i tud e  of  the  ret urn  loss  is  f ound   the  m axi m u m   of   15. 686  dB  at   1.437 G Hz .  Fig ure   7(b )  s hows  t he  co rr e spo nd i ng  phase  s hift  of   a rou nd   - 20   degree .   The   li ne  im ped ance  ZL   is  obt ai ned   f r om   the   Sm it h  char t  show n  in  Fi gure   8,   a nd   t he  co rresp onding  re fl ect ion  coeffic ie nt is  f ound to  b e  |Γ|  = 0 . 1569.   In   s umm ary,  the  return  loss  is  fo un d   the  m ax i m u m ,  and   the   ref le ct io n  coeffic ie nt  is  fo und  m ini m u m   wh e n  t he  a nten na  le ngth  is  20  m m .   The  m easur em ent  of   anten na  i m ped a nce   by  var yi ng  the  le ng t h  of  PI F A  is  li ste d   in  Table  3.     As  seen  i n  the  ta ble,  the  ante nn a  im ped ance   appro ac hes  to   prob e  im ped a nce  as  the  ante nn a  le n gt h  dec reases   pro vid in g  a  bet te r  i m ped a nce  m at ching   at   20  m m .  This   sig ni fies  the  r obust ness  of  the  des ign e d  P IFA  f or   the  le ng th  abo ve.       Table  3.  Mea s ur em ent o f  an t enn a  im ped anc e b y  var yi ng t he  leng t h of PI F A     Leng th  of  PI FA   an ten n a ( m m   )   An ten n a   I m p ed an ce   ( Z L )   1   30   7 1 .25   2   25   6 9 .92   3   20   6 8 .62       In  su m m ary,  the  return  l os s   increase s  as  t he  a nten na  le ngth  L1   dec rea ses.  Im pr ov e d  retu rn  loss   sign ifie s  t he  dim inishing   of   ref le ct ed  powe r  acco rd i ng   t o  the  Eq u at io n   (4).   T his   m ea ns   that,  for  a  certai n  a m ou nt  of  rec ei ved   powe r,   t he  re quire d  a m ou nt  of  inci den t  powe r  is   reduce d ,  w hich  in  t urn  le ss ens  the   a m ou nt  of  tra nsm it te d  po we r. Ther e by the el ect ric fiel d  is r edu ce d.  C onse qu e ntly , th e S AR r e du ces ac cordin g  to E q u at io n   ( 6).   Fr om   an oth e r  po i nt o f   vie w,   i t  is  obse rv e d   t ha t  the r eflect io n  c oeffici ent dec reases w it h  the r ed uctio n  in  anten na  le ngth  w hich  im plies  that,  the  refl ect ed  vo lt age  al so   reduces .  As  the  re flect ed  volt age  re duces,  the   incident  vo lt a ge   requirem ent  is  reduced   f or   a  f ixe d  am ou nt   of   the  in duce d  volt age  in  t he   receiver  a nte nn a  accor ding  to  Eq u at ion   (5).  As  a  res ult,  the  el ect ric  fiel d  intensit y  of   a nten na  de creases.  As  seen  i n    Eq u at ion   (6),   f or   a  set   value  of   ti ss ue  co nd uctivit y  and   de ns it y,  the  S AR  al so   dec reases .  Eq u at io n   ( 7)   sh ow s   t hat the  norm alized   S AR  dim i nish es  as  well .   Th ough  the  ph ase  dif fer e nce  betwee n  inci de nt  an d  ref le ct e d  wa ves  cha ng es,  ho wev e r,   t his  does  not   carry  on  any  sign i ficant  i m pact  on   SA R  value.   T he  Sm i th  Charts  sho w  th at   sign ific ant  c hanges  in  the  l eng t h  do not a f fect t he  an te nna im ped ance  noti ceab ly .       4.   CONCL US I O N   In   this  pap e r,   we  ha ve  analy zed  the  le ngth  dep e ndent  ret urn  los s,  re flect ion   c oeffici ent  and   s pecific   abs orption  rate   of  EMR   by  va ryi ng   t he  P IFA  le ngth .  T he  PI F A  is  desig ne d  a nd  sim ulated   in   A DS   pla tfor m .   The  stu dy  revea le d  that  the  return  loss  inc reases  w hile  t he  ref le ct io n  coeffic ie nt  decre ases,  as  the  anten na   le ng th , decrea s es. A ls o, a  decre ase in t he  a ntenn a  len gth  yi el ds  a  d ec rease i n  the  S AR  valu e.   The  key   lim it a t ion   of this len gt h  re du ct io n  is  that  the wo rk i ng fre qu e ncy of  the an te nn a  ch ang e s w it h  decr easi ng   le ngth  w hich  s hould   be  ta ke n   into  acco unt  duri ng   the  de sign   process.  T his  pro blem   c an  be   m ini m iz ed  by  two  m et ho ds :  on e  is  to  i ncr e ase  the  ai r  ga p  betwee n  the  gro und  plate   a nd   a nten na,   a nd  the   sec ond o ne  is t o  c hange t he  m at erial  o f  ins ulati on  lay er.       REFERE NCE S   [1] .   Nehru  V.  " Glob al   W ire le ss   Spiderwe b:  The   Invis ibl e  Thr ea t  Pos ed  b y   W ire le ss   Radi a ti on " .  1st  ed.  Gur gaon,   India :   Partridge   Publ is hing,   Ind ia ,   201 6.   [2] .   Alber t  M.  Manv il le   II .   " Im pac ts  to  Birds  and  Bats   Due  to  Coll isions  and  El ectroc uti ons  from   So me   Ta l l  Struct ur es   in  the  Unite d   Sta te s:  W ire s,   Tow ers,   Turb ine s,  an d  Solar  Arra y s — Stat e  of   the  Art  in  Address ing  the   Problems " .   I n:  Proble mati c  Wildlif e:   A  Cros s - Discipl inary  Ap proach .   Angelic i  F.  Arlingt on ,   VA,   US A:  Spri nger ,   Ch am;  2016:   415 – 42.   DO I:  10 . 1007/978 - 3 - 319 - 22246 - 2.   [3] .   Anon.  " EMF  Hea lt h  Eff e ct s " . ,   2018 .   [Onlin e] .   Avail ab le:  htt ps:// ww w.safes pac epr ot ec t ion.com /e m f - hea lt h - risks/emf - hea lt h - eff ects/c el l - tower s/.  [A cc essed:   Mar.   21 ,   2018   ] .   [4] .   Choi  D,  Shin   C,   Kim   N,  Shin  H .   " Design  and  S AR  Anal y sis  of   Broadba nd  PIF A  with  Tr ipl e   B and " .  Progress   I n   El e ct rom agnet i c s  Re search  Symposium .   Hangz hou,   Chin a .   PIERS ,   onl ine   2005;  1:   290 – 3.   DO I:  10. 2529/PIERS0412122116 50.   [5] .   Hoque  AK M F,  Hos sain  MS ,   M oll ah  AS ,   Akram uzz aman  M.   " A  Study   on  Spe ci fi c  Abs orpti on  Rat e  (SA R)  Du e  to   Non - Ioniz ing  R adi a ti on  from   W ire le ss /T e leco m m unic at ion  in   Bangl ad esh " . A meric an  Journa l  of  Ph ysic s  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1171   –   1178   1178   Appl ic a ti ons.   20 13;  1(3):   104 – 10 .   DO I:  10 . 11648 /j . aj pa . 20130103 . 18.   [6] .   Le e  A,  Choi  H ,   et   al.  " Eff e ct   of  Hea d  Size   for  M obil e  Phone  Exp osure  on  EM  Ab sorption " . Asia - P aci fic  Mi crowav e   Confe renc e  ( APMC) .   Ta ip ei ,   T aiw an.   I EE E . 2001 ;  384 – 7.   DO I:  1 0. 1109/APM C. 2001. 985668.   [7] .   Jala l  J .   Ham ad Am ee n .  " Reduct ion   of  Ce ll   Ph on e  Elec tromagneti c  Radiat ion  Eff e ct   on  Hum an  Bo d y " .   Inte rnat ion al   Journal  of   Scien ce s.   2014 ;  3(Mar ch) :  19 – 23 .   [8] .   Kw ak  S  il ,   Sim   D,  Kw on  JH ,   Yoon  YJ .   " Design  of  PIF A  W it hMeta m ateri a ls  for  Bod y - SA R  Red uct ion  inWea rab le  Applic a ti ons " .  IEE E  Tr ansact ions  on  El e ctr omagneti c  Co mpatibi lity .   20 17;  59(1):  29 7 – 300.   DO I:   10. 1109/TEMC. 2016. 2593493.   [9] .   Sam bo  Y A,  Heli ot  F,  Im ran   M A.  " A  survey   a nd  tut oria l  of  e l ec tromagne ti c  r adi a ti on  and  red uct ion  in  m obile  comm unic at ion   sy st ems " .   IEE E  Comm unications  Surve ys   and  Tutor ial s .   2015;  17(2):  790 – 802.   DO I:   10. 1109/COMS T. 2014. 2364136 .   [10] .   Ta t eno  A,  T anaka  K,  e t  a l.   " C om par ison  of  SA R  in  Hum an  Bod y   Ra diated  from   Mobile   Phone  and  Ta bl e t  Com pute r".   Inter nati onal  Sympo sium  on  El e ct ro magneti c   Compatibi l it y ,   Tok y o  (EMC’14/T ok y o ).   Tok y o ,   Jap an:  IEE E .   2014 ;  186 – 9.   [11] .   Kw ak  S,  Si m   D U,  Kw on  JH ,   Y un  JH .   " SA R  re duct ion  of  PIF A   with  EBG  stru ct ure s  for  m obil e  appl i ca t ions " .  IEI CE  Tr ansactions   on  Comm unic ati ons.   2009;   E 92 - B(11):  3550 – 3.   DO I:  10 . 1587 /t ran scom . E92 . B . 3550.   [12] .   Chat tha   HT ,   Huang  Y,  Ishfaq  M K,  Bo y es  SJ .   " A   Com pre hensive   Para m et ric   Study   of  Plana r  Inve rte d - F  Antenna " .   Wirel ess E ng ineering  and  Te chn ology .   2012;   03( 01):  1 – 11.   DO I: 10.4236/ wet . 201 2. 31001.   [13] .   Douglas  H.  W ern er,   Ra j  Mitt r a.   " Frac ta l - Shap ed  Antenna s " .   In:  F rontie rs   in  El e ctr omagneti cs.   1st   ed.   New  Je rs ey,   USA .   W ile y - IEEE  Press . 2000:   81 4.   DO I:  10 . 1109 /9780470544686. ch2.   [14] .   Yous af  J,  Jung H,  Kim   K,  Nah  W .   " Design,   Anal y s is,   and Equi val en t  Circ u it   M odel ing  of  Dua l - Band   PIF A Us in g  a   Stub  for  Perfor m anc e  Enha nc e m ent " .  Journal  of  El ectrom agnet ic   Engi n ee ring  and  Sci ence.   20 16;  16(3):  169 – 81.   DO I:  10. 5515/J KIEE S.2016. 16 . 3. 169.   [15] .   Rat hwa  RR ,   Ko ta k  NA ,   Ta rp ar a  N.  " Design  of  a  wideba nd  Plana r  Inve rt ed  F - Antenna   (  PIFA  )  for   W ire le ss  Com m unic at ion  Devic es " .  In te rn ati onal  Journ al  of  Scientific  Re s earc h  in  S ci en c e,   Engi ne ering  and  Technol ogy .   2018;  4(2):   128 – 32.   [16] .   Rana   S,   Tha ku r  A,  e t  a l.  " A  wideba nd   planar  inv ert ed   F  antenna   for   wire le ss   comm unic a ti on  d evi c es " .  Inte rnational   C onfe renc e  on  Adv anc es  in  C omputing,   Com municat ion ,   &   Au tomati on  ( ICACCA )   ( Spring ) .   Dehradun,  India :  IEEE .   2016;   DO I:  10. 1109/IC ACCA . 2016. 7578875.   [17] .   S.  Pala niv el   Ra nja n,   Dr   R.   Su kane sh,  S.  Vij a y pra s at h.   " Perfo rm anc e  Evalua tion  of  Mobile   Phone  Radiati o n   Minim iz at ion   t hrough  Charact eri sti c  Im peda n ce   Me asure m en t  for   He al th - c are   Appl ic a ti on s " .   2012  IEEE  Inte rnational   Confe renc e  o n  Adv an ce d   Comm unic ation  Control   and  Comp uti ng  Te chnologies  ( ICACCCT ) . Ramanat hapur am,   I ndia :   IEEE. 201 2;  1 – 4.   DO I:  10 . 1109/ICACCCT. 2012. 6320722 .   [18] .   W ong  KL,   Le e  GY ,   Chiou  T W .   " A   low - profil e  pla n a r  m onopole   ant enn a  for  m ult iba nd   oper at ion  of  m obil e   handse ts " .   IE EE   Tr ansactions   on  Antennas  and  Propagati on.   2003;  51(1):   121 – 5.   D OI:  10. 1109/T AP . 20 03. 809044.   [19] .   Shi  Y,  Sun  H,  Li ang  C - H .   " SA R  Stud y   of   Antenna s  in  W ireless  Com m unic at ion  Te rm inals " . Mic rowav e  an d   Optic al   Technology  Let te rs .   201 4;  56(10):   2361 – 5.   DO I:  10 . 1002 /mop.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.