I n d on e s i an   Jo u r n al   o 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 .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9 ,   pp .   529 ~ 536   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 4 .i 2 . pp 529 - 536             529       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   A n a l y si s   a n d   d e si g n   o f   d i r e c t i v e   a n t e n n a   u s i n g   f r e q u e n c y   sel e c t i v e   su r f a c e   su p e r st r a t e       S i ti   R o h an i   Taju d d i n ,   S .   N .   A z e m i ,   P .   J.   S o h ,   C . B. M . R as h i d i ,   A   A b d u l l ah   A l - H ad i   A d v a nc e C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   C e nt e r   ( A C E ) ,   S c ho o l   o f   C o m put e r   a n C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t y   M a l a y s i a   P e r l i s ,   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 S e 26 ,   2 018   R e v i s e N o v   26 ,   2018   A c c e pt e J a n   23 ,   201 9       T he   de s i g o f   di r e c t i v e   a nt e nna   us i ng   F r e que nc y   S e l e c t i v e   S ur f a c e   ( F S S )   s upe r s t r a t e   i s   pr o po s e i t h i s   pr o j e c t .   T he   s ui t a b l e   de s i g F S S   a s   s upe r s t r a t e   l a y e r   i s   v e r y   i m po r t a n t   t o   e n ha nc e   t h e   h i g d i r e c t i v i t y   a nd  na r r o w   ba ndw i dt o t he   a n t e n na .   B y   us i ng   t he   F S S   l a y e r   t o   de s i g t he   s upe r s t r a t e   l a y e r ,     t he r e   a r e   a bl e   t o   de t e r m i ne   t he   r e f l e c t i o c o e f f i c i e nt   a c c o r di ng l y   t o   t he   de s i r e f r e qu e nc y   Ke y w or ds :   D i r e c t i v e   a nt e nna   F r e que n c y   s e l e c t i v e   s ur f a c e   In c i de nt   a n gl e   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e 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 :   S a i da t ul   N o rl y a n a   A z e m i ,     Ad v a n c e Co m m u ni c a t i o E ngi n e e ri n g   Ce n t e r   (A CE ) ,   S c h o o l   of   Co m put e a nd  Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i ng,   U n i v e r s i t y   M a l a y s i a   P e r l i s ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   s n o r l y a na @ u ni m a p . e du. m y       1.   I N TR O D U C TI O N     F S S   i s   kn o w n   a s   m e t a m a t e r i a l   s upe r s t ra t e .   It   i s   n o t   a n   a nt e nna ;   i t   i s   a   f i l t e r   t ha t   us e i n   m i c r o w a ve   a n o pt i c s   a ppl i c a t i o n s .   T h e   f i l t e r i ng  r e s po n s e   o f   F S S   c a n   b e   c a t e go r i z e i nt o   a   l o w   pa s s ,   a   h i g pa s s ,     a   b a n dp a s s ,   a n d   a   b a n d   s t o f i l t e r   [1]  t ha t   de pe n d   o t h e i p hy s i c a l   s t r uc t u r e ,   ge o m e t r y ,   a nd  m a t e ri a l .     T h e   a pp l i c a t i o n   o f   F S S   i s   us e i n   s a t e l l i t e   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s   t ha t   n e e a n   a n t e nna   w i t h   t h e   di r e c t i v i t y   c o m pa ra b l e   t o   pa ra b o l a s   us i n g   K U   -   b a n d :   12 - 18 G H z .   S i n c e   pa ra b o l a s   a r e   qu i t e   b ul ky   a n d   m o r e   c o m pl e s t r uc t u r e s   f o r   t h e   de s i gn   o f   t hr e e - di m e n s i o na l   d i r e c t i v e   a n t e nna s   f o r   m i c r o w a v e   t e l e c o m m u n i c a t i o n s   a ppl i c a t i o n s .   T h e r e f o r e ,   F S S   c a n   b e   pa i r i n g   by   a a nt e nn a   t o   pa s s   t h e   n e c e s s a r y   s i gna l   a nd  r e j e c t   a n   u n w a nt e s i g n a l .   F S S   s upe r s t ra t e   h a b e e n   a ppl y i n t o   t h e   w i r e l e s s   s y s t e m   s u c h   a s   W i r e l e s s   L o c a l   A r e a   N e t w o r k   (W L A N t ha t   o pe ra t i ng  b e t w e e n   2. 45G H z   (2 . -   2 . 48 4G H z a nd  5. 2G H z   (5. 15  -   5. 35G H z a n W o rl d   Int e r o pe ra b i l i t y   fo r   M i c r o w a v e   A c c e s s   (W i - M a x)   w a s   o pe r a t e a t   2 . 5G H z   a n d   5 . 8G H z   [2] .   T h e   di r e c t i v e   a n t e nna   i s   a n   a nt e nn a   t ha t   ra di a t e s   o r   r e c e i v e s   e l e c t r o m a g n e t i c   w a ve s   t h a t   e qua l   t o   i t s   di r e c t i v i t y   w h e n   t r a n s m i t t i n g .   I e l e c t r o m a g n e t i c s ,   t h e   p a r a m e t e r   o f   di r e c t i v i t y   a nt e nn a   i s   t o   m e a s u r e s   t h e   ra t e   of   r a di a t i o n   t h a t   e m i t t e t o   t h e   c o n c e n t r a t i o n   t o   a   s i ngl e   di r e c t i o n .   I n   a n o t h e r   w o r d,   a n   a n t e nna ' s   di r e c t i v i t y   i s   a   c o m po n e n t   o f   i t s   ga i n   a n a l s o   e ff i c i e n c y .   It   i s   a n   i m po r t a nt   t o   m e a s ur e   b e c a us e   m a n y   a n t e nna s   a r e   de s i gn e t o   ra di a t e   e l e c t r o m a g n e t i c   w a v e s   i a   s i n gl e   d i r e c t i o n   o r   o v e r   a   na rr o w - a n g l e   [3] .   F S S   s t r uc t u r e   i s   a   go o a l t e rn a t i v e   t o   di e l e c t r i c   l a y e r s   a n hi g h   d i r e c t i v e   r e s o n a t o r   a n t e nna s   t o   e n s u r e   i t   i n   a   c o m pa c t   s i z e   a n d   e a s y   t o   f a b r i c a t e .   I n   e v e r y   s i n gl e   a n m u l t i l a y e r ,   F S S   h a s   b e e n   p r o po s e a s   s upe r s t r a t e   l a y e r   o ve r   a n   a n t e nna   t o   e nha n c e   i t s   di r e c t i v i t y   a t   t h e   de s i r e f r e que n c y   [6] - [8].   T h e   e nh a n c e m e n t   o f   a n t e nna s   w i t h   d i e l e c t ri c s ,   r e s o na t o r s   a n pe r i o di c   e l e m e n t s   b e c o m e   a t t e nt i o n   of  m a n y   r e s e a r c h e r s .   T h e s e   a r e   b e c a us e   t h e   a nt e nna s   a r e   e a s y   t o   f a b r i c a t e ,   l o w   c o s t   a n l i g h t   i n   w e i ght .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     529     5 36   530   T h e   p r o pe r t i e s   o f   a n t e nna s   n o w a da y s   a r e   t o   i m p r o v e   di r e c t i v i t y ,   r a d i a t i o n   p a t t e rn,   a n d   s u pe r s t ra t e   s u r f a c e .     In   s o m e   a ppl i c a t i o n ,   t h e   di r e c t i v e   a n t e nn a   i s   r e qui r e fo r   l o n g - ra n ge   t r a n s m i s s i o n .   N e v e r t h e l e s s ,     of t e n   di r e c t i v e   a nt e nna   i s   b ul ky   a n d   n e e t o   f a b r i c a t e   m e c ha n i c a l l y .   In  t h e   l a s t   f e w   de c a de s ,   t h e   d i f f i c ul t i e s   a n a   h u ge   p r o b l e m   t ha t   h a b e e n   f a c e w i t h   t hi s   de s i g o t h e   a nt e nn a   a r e   a   m e c h a ni c a l   f a b r i c a t i o n   a n d   i t   n o t   s ui t a b l e   f o r   w i r e l e s s   s y s t e m   a ppl i c a t i o due   t o   t h e   c om pl e s i z e   of   t h e   h e l i c a l   a nt e nna   c o m pa r e t o   o pe r a t i ng  w a v e l e n gt h .   I n   a ddi t i o n,   t h e   dua l   f r e que n c y   t ha t   ha b e e n   p r o duc e w a s   n o t   n e c e s s a r y   t o   de s i gn  di r e c t i v e   a n t e nn a   [9] .     M o r e ov e r ,   di e l e c t ri c   E B G   a n t e nn a   w a s   c o m m o n l y   u s e a s   a   s upe r s t ra t e   l a y e r .   H ow e v e r ,   i t   i s   di f f i c ul t   t o   f a b r i c a t e   a nd  c o m m e r c i a l i z a t i o n   b e c a us e   of   t h e   c o m pl e l ow - di e l e c t r i c   c o n s t a nt   w a s   r e qui r e t s uppo r t   a n   E B G   s t r uc t u r e   o t h e   a n t e nna .   Co m pa r e w i t a a rr a y   a nt e nn a ,   t h e   r e s e a r c h e r   a l s o   ut i l i z e t ha t   1 - D i m e n s i o n   du a l   E B G   r e s o n a t o r   w a s   de s i gn e fo r   r e a l i z i n g   t h e   hi g h e r   o pe r a t i n f r e que n c y   a n t o   pr o v i de   l a r ge   b a n dw i dt ra di a t e [10] .     T h e r e f o r e ,   t h e   F S S   w a s   e a r l y   i n t r o duc e a s   a   r e pl a c e m e n t   o f   di e l e c t r i c   E B G   t o   i m pr o v e   di r e c t i v i t y   of   ga i n.   T h e r e   i s   m uc h   e a s i e r   t o   f a b r i c a t e   a n i t   h a s   s a m e   t ra n s m i s s i o n   a n r e f l e c t i o n   c h a ra c t e ri s t i c s .     In   a dd i t i o n ,   t h e   a dv a nt a ge   of   a n   F S S   s upe r s t ra t e   i s   a   m o r e   c o m p a c t   a n l e s s   t hi c k n e s s   a n t e nn a   c o m po s i t e   c o m pa r e t o   di e l e c t r i c   E B G   c o un t e rpa rt .       2.   D I R EC TI V A N TEN N A   U S I N G   F R E Q U EN C Y   S E LEC TI V S U R F A C ES     T h e   di m e n s i o n   o f   c e n t e r e c o n n e c t o r   F S S   a l l o w s   a n   a ddi t i o na l   de s i g n   pa ra m e t e r   e na b l e s   e n ha n c e c o n t r o l   o f   T E   a nd  T M   r e s po n s e s   w i t h o ut   t h e   n e e f o r   e xt e rna l   di e l e c t r i c   m a t c hi n g   l a y e r .   T h e s e   p r o pe r t i e s   gi v e   t h e   a b s o r b / t r a n s m i t   F S S   a   c l e a a dv a n t a ge   o v e r   c o n v e n t i o n a l   F S S .   I n   o r de t o   o b t a i n   a   go o f un da m e nt a l   c e n t e r e c o nn e c t o r   de s i g n   t h e   i ni t i a l   c o m pr e h e n s i v e   pa ra m e t ri c   s t ud i e s   w e r e   c a rr i e o ut   e xpe r i m e n t a l l y   us i n g   CS T   M i c r o w a v e   S t udi o   S ui t e   s i m ul a t i o n   s o f t w a r e .   T h e   c a l c ul a t i o n   i s   do n e   t o   de t e r m i n e   t h e   s i z e   o f   t h e   e l e m e n t   s ha pe   t o   us e   i n   de s i g n i ng  a F S S .   It   i s   de pe ndi n g   o t h e   f r e que n c y   a n t h e   t h i c k n e s s   o f   t h e   s ub s t r a t e .   Th e   c a l c ul a t i o o f   pa ra m e t e i s   s h o w s   fo l l ow i n a s   [ 11]:   a.   Ca l c ul a t i o o f   w i dt h ,   W :     mm W r fo c W r o o f W 77 . 34 2 1 2 1 2 2 1     b)   Ca l c ul a t i o o f   e ff e c t i v e   di e l e c t r i c   c o n s t a n t     78 . 4 5 . 0 12 1 2 1 2 1 ef f W h r r ef f     c)   Ca l c ul a t i o o f   l i n e   e xt e n s i o n     mm L h W ef f h W ef f h L 76 . 0 ) 8 . 0 ( 258 . 0 ) 264 . 0 ( 3 . 0 42 . 0     d)   Ca l c ul a t i o o f   L e n gt h,   L     mm L L o o e f f f L 25 . 25 2 2 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A nal y s i s   and   de s i gn  o f   di r e c t i v e   ant e nna   us i ng   f r e qu e nc y   s e l e c t i v e   s ur f ac e   s u pe r s t r at e   ( Si t i   R o hani   T aj uddi n )   531   W h e r e :     t a n fo h o r o c     e)   Ca l c ul a t i o o f   S i z e   F S S     mm mm mm L e n g t h F S S S i z e mm G H z ms f c 48 . 227 111 25 . 25 111 7 . 2 1 8 10 3     W h e r e :   λ   =   w a v e l e n gt h   C=   ( × 10 8 S pe e o f   l i g h t   f   =   f r e que n c y ,   H z       3.   D EV ELO P M EN O F   F R E Q U EN C Y   S ELEC TI C E   S U R F A C E   3. 1 .     D e s i gn   O D i r e c t i v e   A n te n n a   Wi th o u F S S   D e s i gn i ng   d i r e c t i v e   a nt e nn a   by   m i c r o s t r i p   a nt e nna   t e c hni qu e .   M i c r o s t r i a n t e nn a   ha s   t h e   a dv a n t a ge   of   l i ght   w e i ght ,   e a s i e r ,   a n f a m i l i a w i t h   a l l   ki nds   o f   c a rr i e r   a i r c r a f t   a nd  s a t e l l i t e   [15].   T h e   m a t e r i a l   o f   t h e   pa t c h   i s   c o ppe r   w h i c h   i s   duc t i l e ,   ha v e   h i g h   t e m pe ra t ur e   a b i l i t y   a n go o e l e c t r i c a l   c o n duc t i v i t y .     B e s i de s ,   o pe r a t i o n   f r e que n c y   i s   2. 68   G H z ,   w hi l e   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   s ub s t ra t e   (F R - 4)   w h i c h   ε r = 4 . 3 .   T h e   F i gu r e   1   i s   s h o w n   t h e   de s i g n   di r e c t i v e   a n t e nn a   m i c r o s t r i p ,   w hi l e   t h e   T a b l e   1   i s   s h o w n   l i s t e o f   pa ra m e t e r   f o r   di r e c t i v e   a n t e nn a   de s i g n.           F i gu r e   1 .   T h e   de s i g o f   di r e c t i v e   a nt e nna   by   m i c r o s t i a n t e nna   T a b l e   1 .   T h e   L i s t   o f   P a ra m e t e r s   o f   D i r e c t i v e     A nt e nna   D e s i g n   P a ra m e t e r   S y m b o l   S i z e   T h i c k n e s s   o s u b s t ra t e   Ht   1 . 6   m m   L e n g t h   o s u b s t ra t e   L   6 0   m m     W i d t h   o s u b s t ra t e   W   6 0   m m   H e i g h t   o f   c o n d u c t i n g   e l e m e n t   H   0 . 0 3 5   m m   F e e d l i n e   a   2 8   m m   P a t c h   a n t e n n a   d i m e n t i o n   b   2 4   m m   W i d t h   o t h e   fe e d l i n e   c   3   m m   L e n g t h   o G a p   2   G 2   1 . 5   m m   A r e a   o f   G a p   1   G 1   4 0   m m         3. 2 .     D e s i gn   F r e q u e n c y   S e l e c ti v e   S u r fac e   (F S S )   T h e   c e n t e r e c o nn e c t o r   F S S   de s i gn   i s   p r o po s e   by   r e a s o ni n t h e   by   b a n ds t o c ha r a c t e r i s t i c s .     T h e   m o di f i c a t i o n   t o   t h i s   l e n g t h   c ha n ge s   t h e   f r e que n c y   r e s po n s e   c h a ra c t e r i s t i c   of   F S S ,   a l l ow i n a   b e t t e r   S 11   r e s po n s e   t o   b e   a c c o m pl i s h e d,   i n   o r de r   t o   i m p r o v e   t h e   ga i n   a n a l s o   di r e c t i v i t y   of   t h e   di r e c t i v e   a n t e nna ;   t h e   s t ruc t u r e   i s   m o di f i e by   t a pe r i ng  t h e   c e n t e r e c o nn e c t o r   s ha pe   e l e m e n t   a s   t h e   s upe r s t r a t e   of   F S S .     T h e   F i gu r e   i s   s h o w n   t h e   de s i g n   o f   F S S   e l e m e n t   s ha pe .   B y   c r e a t i n a   2D   s t r uc t u r e ,   i t   p r o po s e t h a t   F S S   w i l l   pr o v i de   be t t e r   t r a n s m i s s i o n   f o r   a   n a rr o w   r a n ge   o f   b a n dw i dt h.   T h us ,   T a b l e   i s   s h o w n   t h e   t ra n s m i t t a n c e   f r o m   t h e   c e n t e r e c o n n e c t o r   F S S   t i m p r o v e   t h a t   t h e   r e t u rn   l o s s   i s   l e s s   - 10dB  a t   c e n t e r   f r e que n c y   w h i c h   i s   2. 68  G H z . s ur f a c e s .     v e l o c i t y   of   l i ght   i f r e e   s pa c e   r e l a t i v e   pe rm i t t i v i t y   of   c o n s t a nt     r e l a t i v e   pe rm i t t i v i t y   of   s ubs t r a t e   r e l a t i v e   pe rm e a b i l i t y   of   c o n s t a nt   t h i c k n e s s   o f   s ubs t r a t e   f r e que n c y   a t   f r e e   s pa c e   l o s s   t a n ge n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     529     5 36   532       F i gu r e   2 .   T h e   c e nt e r e c o nn e c t o s h a pe   o f   F S S   e l e m e n t   T a b l e   2 .   T h e   L i s t   o f   P a ra m e t e r s   o f   F S S   D e s i gn   P a ra m e t e r   S y m b o l   S i z e   T h i c k n e s s   o s u b s t ra t e   Ht   1 . 6   m m   L e n g t h   o s u b s t ra t e   L   6 0   m m     W i d t h   o s u b s t ra t e   W   6 0   m m   H e i g h t   o f   c o n d u c t i n g   e l e m e n t   H   0 . 0 3 5   m m   L e n g t h   o F S S   (a )   a   1 6   m m   L e n g t h   o F S S   ( d )   d   1 0   m m   W i d t h   o F S S   (b )   b   2 8   m m   W i d t h   o F S S   ( c )   c   4   m m         3. 3 .     A n te n n D e s i gn   Wi th   F r e q u e n c S e l e c ti v e   S u r fac e   ( F S S )   T h e   m i c r o s t r i pa t c h   a nt e nna   n e e ds   t h e   F S S   t o   ov e r c om e   i t s   w e a kn e s s   w h i c h   i s   t o   i m p r o v e   di r e c t i v i t y .   A   r e f l e c t o r   F S S   w i l l   r e a c t   a s   a   b a n ds t o f i l t e r   w hi c h   i s   n o t   a l l o w   f r e que n c y   a t   s pe c i f i c   b a n dw i dt h s   de s i gna t e f o r   t h e   F S S   t o   pa s s   t hr o ug h   t h e   pl a n e .   T h e   d i r e c t i v i t y   a n ga i de pe n o n   t h e   r e f l e c t i o n   f r o m   t h e   F F S   a s   w e l l   a s   t h e   di s t a n c e   of   t h e   pa t c h   f r o m   t h e   g r o un pl a n e .   T h e   F i gu r e   i s   s h o w n   t h e   c o m b i n e a n d   s i m ul a t e de s i g n   o f   di r e c t i v e   a n t e nna   us i ng  F S S   s upe r s t r a t e .   T h e s e   de s i g n   ha v e   b e e n   c r e a t e a nd  s i m u l a t e d   by   us i n CS T   M i c r o w a v e   S ui t e   s of t w a r e .             F i gu r e   3 .   T h e   de s i g o f   di r e c t i v e   a nt e nna   a n d   FSS  s upe r s t ra t e       4.   R ES U LT  A N D   D I S C U S S I O N   T h e   di r e c t i v e   a n t e nna   ha b e e n   de s i g a nd  s i m ul a t e   a s   s h o w a s   F i gu r e   1   b y   us i n CS T   M i c r o w a ve   S ui t e   s o f t w a r e .   F r o m   t h e   s i m u l a t i o n,   t h e   r e t u rn  l o s s   o r   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   S 11  i s   e qua l   t o   - 12 . 35dB   a t   o pe r a t i ng  f r e que n c y   2. 67  G H z .   T h e   r e a l i z e ga i n   i s   0 . 61dB ,   ga i n   ( IE E E i s   0. 8 8dB ,   a n di r e c t i v i t y   i s   6. 17dB .   T h e   F i gu r e   4,   F i gu r e   5(a ) ,   (b )a n F i gu r e   6(a ),   (b a r e   s h o w n   t h e   g r a p h/ i l l us t r a t i o n   o f   S - pa r a m e t e r,     3 - D i m e n s i o f a r f i e l d,   po l a E - f i e l d   a n d   H - f i e l o f   s i m ul a t e d   di r e c t i v e   a n t e nn a .           F i gu r e   1 T h e   g ra p o f   S - pa ra m e t e w h i c h   i s   r e t u rn  l o s s ,   S 11  a t   2. 6 G H z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A nal y s i s   and   de s i gn  o f   di r e c t i v e   ant e nna   us i ng   f r e qu e nc y   s e l e c t i v e   s ur f ac e   s u pe r s t r at e   ( Si t i   R o hani   T aj uddi n )   533     (a )     (b )     F i gu r e   2 .   T h e   i l l us t r a t i o o f   3 - D i m e n s i o f a r f i e l a t   2. 6 G H z   w i t (a ) di r e c t i v i t y = 6. 17dB   a nd  (b )G a i n(IE E E ) = 0 . 88dB         (a )     (b )     F i gu r e   3 .   T h e   i l l us t r a t i o o f   po l a f a r f i e l a t   2. 6 7G H z   w i t ( a E - f i e l d   a n d   (b )H - f i e l d       T h e   di r e c t i v e   a n t e nna   ha b e e n   de s i g a nd  s i m ul a t e   a s   s h o w a s   F i gu r e   1   b y   us i n CS T   M i c r o w a ve   S ui t e   s o f t w a r e .   F r o m   t h e   s i m u l a t i o n,   t h e   r e t u rn  l o s s   o r   r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t ,   S 11  i s   e qua l   t o   - 15 . 49dB   a t   o pe r a t i ng  f r e que n c y   2. 68  G H z .   T h e   r e a l i z e ga i n   i s   2 . 36dB ,   ga i n   ( IE E E i s   2. 8 4dB ,   a n di r e c t i v i t y   i s   6. 57dB .   T h e   F i gu r e   7 ,   F i g u r e   8(a ) ,   (b a nd  F i g u r e   9(a )   a n d   (b a re   s h o w n   t h e   g r a p h / i l l us t r a t i o n   o f   S - pa ra m e t e r ,     3 - D i m e n s i o f a r   f i e l d   a n d   po l a E - f i e l a nd  H - f i e l o f   s i m ul a t e di r e c t i v e   a nt e nna   us i n g   F S S .           Fi gu r e   4 .   T h e   g ra p o f   S - pa ra m e t e w h i c h   i s   r e t u rn  l o s s ,   S 11  a t   2. 6 8G 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 J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     529     5 36   534     (a )     (b )     F i gu r e   5 .   T h e   I l l us t ra t i o o f   3 - D i m e n s i o F a r f i e l a t   f o pe r a t i n g = 2 . 68   G H z   w i t ( a )D i r e c t i v i t y = 6. 57dB   a nd  (b )G a i n(IE E E ) = 2 . 4 8dB         (a )     (b )     F i gu r e   6 .   T h e   i l l us t r a t i o of  po l a f a r f i e l a t   f o pe r a t i n g = 2. 67  G H z   w i t h   (a )   E - f i e l d   a nd  (b )H - f i e l d       T h e   pe r f o r m a n c e   o f   pr o po s e di r e c t i v e   a n t e nna   c o m b i n e w i t h   F S S   s upe r s t ra t e   e l e m e n t   ha s   b e e n   c o m pa r e w i t h   r e f e r e n c e   di r e c t i v e   a n t e nna   w h i c h   i s   m i c r o s t ri i n   t e rm s   of   r e t u rn   l o s s ,   ga i n   a n di r e c t i v i t y .     It   h a s   b e e n   o bs e r v e t h a t   p r o po s e di r e c t i v e   a n t e nn a   us i n F S S   s upe r s t r a t e   ha v e   be t t e r   r e s ul t s   a s   c o m pa r e t o   r e f e r e n c e   a nt e nna   a nd  c o n f i gura t i o n .   T h e   pe r f o r m a n c e   of   p r o po s e di r e c t i v e   a n t e nna   us i n F S S   s upe r s t ra t e   de s i gn s   a n d   r e f e r e n c e   a nt e nn a   h a s   b e e n   c o m pa r e i n   t h e   T a b l e   3.       T a b l e   3 Co m p a r i s o r e s ul t   b e t w e e n   D i r e c t i v e   A n t e nn a   &   F S S   P a ra m e t e r   D i re c t i v e   a n t e n n a   w i t h o u t   F S S   D i re c t i v e   a n t e n n a   w i t h   F S S   Re t u r n   l o s s ,   S 11   - 1 2 . 3 5   d B   - 1 5 . 4 9   d B   D i re c t i v i t y   6 . 1 7   d B   6 . 5 7   d B   G a i n ,   IE E E   0 . 8 8   d B   2 . 4 8   d B   Re a l i z e d   G a i n   0 . 6 1   d B   2 . 3 6   d B       In   t h i s   c a s e s ,   t h e   F S S   pl a n e   c o ve r   a l l   t h e   w a v e   r a di a t e w i t h   p r o po s e of   l ow   l o s s e s   dur i n g   t h e   t r a n s m i s s i o n.   T h e   m a i n   r o l e   o f   t h e   F S S   i s   e i t h e r   t o   b e   a   f i l t e o r   a   r e f l e c t o r .   If   t h e   a nt e nn a   a c t   a s   a   f i l t e r,   i t   w i l l   a s s i s t   t o   o pt i m i z e   t h e   w a ve   w h i l e   a   r e f l e c t o r   F S S   w i l l   n o t   a l l ow   f r e que n c y   a t   s pe c i f i c   b a n dw i dt h s   de s i g na t e fo r   t h e   F S S   t o   pa s s   t hr o ugh   t h e   pl a n e r .   W hi l e ,   t h e   m i c r o s t r i p   di r e c t i ve   a n t e nn a   n e e ds   t h e   F S S   t o   ov e r c o m e   i t s   w e a kn e s s   t o   i m p r o v e   t h e   r e t u rn  l o s s ,   h i g h e ga i n   a n d   di r e c t i v i t y .   It   l i ke w i s e   h e l ps   t o   m a i nt a i n   a n o pt i m i z e   t h e   b e a m   o f   t h e   m i c r o s t r i p   d i r e c t i v e   a n t e nn a .       4. 1 .     F ab r i c ati o n   D e s i gn   an d   M e as u r e m e n R e s u l   T h e   f a b r i c a t i o n   a n m e a s u r e m e nt   h a b e e n   do n e   fo r   di r e c t i v e   a n t e nna   w i t h   F r e que n c y   S e l e c t i ve   S ur f a c e .   S h o w n   i F i gu r e   i s   t h e   f a b r i c a t e a n t e nna .   T a b l e   s h o w s   t h e   c o m pa r i s o n   b e t w e e n   s i m ul a t i o n   a nd  m e a s u r e m e nt   r e s ul t   o f   t h e   d i r e c t i v e   a n t e nn a   w i t h   t h e   F S S .   T h e   pu rp o s e   of   m e a s ur e m e n t   i s   t o   e n s u r e   t ha t   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       A nal y s i s   and   de s i gn  o f   di r e c t i v e   ant e nna   us i ng   f r e qu e nc y   s e l e c t i v e   s ur f ac e   s u pe r s t r at e   ( Si t i   R o hani   T aj uddi n )   535   r e s ul t   o f   t h e   s i m ul a t i o n   c a n   b e   p r o of .   B a s e o n   t h e   s i m u l a t e r e s ul t ,   t h e   o pe r a t i n f r e que n c y   i s   2. 68G H z ,   r e t u rn  l o s s   i s   - 15. 51dB i ,   V S W R   i s   1. 402  a n r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t   i s   0 . 16 8.   W hi l e   t h e   m e a s u r e r e s ul t   t h a t   h a b e e n   o b t a i n e i s   a r e   o pe r a t i ng  f r e que n c y   i s   2. 76G H z ,   t he   r e t u rn  l o s s   e qua l   t o   - 15. 27dB i ,   V S W R   i s   1 . 417   a n r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t   i s   0 . 172 .   N e xt ,   F i gu r e   10  s h o w s   t h e   r e s ul t   o f   S 11 - pa r a m e t e r   t ha t   h a b e e n   di s p l a y e d   o n   t h e   N e t w o r A n a l y z e r .             F i gu r e   9 .   T h e   F a b r i c a t e d   de s i g o f   di r e c t i v e   a n t e nn a   a n f s s   s upe r s t r a t e   l a y e r   o n   F R - s ub s t r a t e       F i gu r e   10 .   M e a s u r e m e nt   r e s ul t   o f   S 11  us i ng  n e t w o r a n a l y z e r         T a b l e   4 .   T h e   Co m p a r i s o b e t w e e n   S i m ul a t i o n   R e s ul t   a n d   M e a s u r e m e nt   R e s ul t   P a ra m e t e r   D i re c t i v e   a n t e n n a   w i t h o u t   F S S   D i re c t i v e   a n t e n n a   w i t h   F S S   F re q u n e c y   2 . 6 8 G H z   2 . 8 4 G H z   Re t u r n   l o s s ,   S 11   - 1 5 . 5 1 d Bi   - 1 5 . 2 7 d Bi   Re f l e c t i o n   C o e ff i c i e n t   0 . 1 6 8   0 . 1 7 2   V S W R   1 . 4 0 3 : 1   1 . 4 1 7 : 1       5.   C O N C LU S I O N   T h e   s c o pe   o f   t h e   p r o j e c t   w a s   t o   ob s e r v e   n e w   m e t h o w i t h   pa ra m e t ri c   s t ud i e s   t o   g e t   t h e   b e s t   pe r f o r m i ng  of   di r e c t i v e   a n t e nn a   us i ng  F S S .   T h e r e   a r e   a   f e w   e s s e n t i a l   pa ra m e t e r s   i n   de s i g n i ng  F S S   t o   m e e t   s pe c i f i c a t i o n   s uc h   a s   uni t   c e l l   o F S S .   T h e   F i gur e   i s   s h o w n   i l l us t ra t i o n   h o w   t h e   di r e c t i v e   a n t e nna   c o m b i n e w i t h   F S S   s upe r s t r a t e .   T h e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   c o m pa r e w i t h   r e f e r e n c e   a nt e nna ,   t h e   di r e c t i v i t y   o t h e   a nt e nn a   l o a di n F S S   a s   i t s   s upe r s t r a t e   l a y e r   i s   e n ha n c e f r o m   6. 17d B   t 6. 57dB   a nd  ga i n   ha s   i m p r o v e f r o m   0. 88dB   t o   2. 48dB .   H ow e ve r ,   t h e   b a n dw i dt i s   n o t   a f f e c t e d.       A C K N O WL ED G E M EN TS     T h e   a u t h o r s   g r a t e f ul l y   a c kn o w l e dg e   us e   of   t h e   s e r v i c e s   a n d   f a c i l i t i e s   o f   t h e   A dv a n c e Co m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i ng  Ce nt r e   (A CE Co E ,   S c h o o l   of   C o m put e r   a n Co m m u n i c a t i o n   E n gi n e e r i ng,   U n i v e r s i t i   M a l a y s i a   P e r l i s   (U n i M A P ) .   T h i s   p r o j e c t   a l s o   b e e n   f un de by   F un da m e nt a l   R e s e a r c h   G ra n t   S c h e m e   (F R G S 9003 - 00545 .       R EF ER EN C ES     [ 1]   C .   H u a ng ,   Z .   Z ha o   a nd   X .   L uo ,   T he   a p pl i c a t i o o f   A da pt i v e   F r e qu e nc y   S e l e c t i v e   S u r f a c e   S up e r s t r a t e   I T he   D i r e c t i v e   P a t c A nt e nna , " 200 3r I E E E   I nt e r na t i o na l   S y m po s i um   o M i c r o w a v e ,   A nt e nna ,   P r o p a g a t i o a n E M C   T e c hno l o g i e s   f o r   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns ,   B e i j i ng ,   20 09 ,   p p.   63 1 - 634,   [ A c c e s s   24   A ug .   2017] .   [ 2]   B .   P e s w a n i ,   S .   Y a d a v   a nd  M .   M .   S ha r m a ,   " A   N o v e l   B a nd  P a s s   D o ubl e - L a y e r e F r e qu e nc y   S e l e c t i v e   S upe r s t r a t e   f o r   W L A N   a ppl i c a t i o ns , "   2014  5 t I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   -   C o nf l ue nc e   T he   N e x t   G e ne r a t i o I nf o r m a t i o T e c hno l o gy   S um m i t   ( C o nf l ue nc e ) ,   N o i da ,   2014 ,   pp .   447 - 45 1,   [ A c c e s s   24   A ug .   201 7] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     529     5 36   53 6   [ 3]   H .   B o ut a y e b,   T .   A .   D e ni dni ,   K .   M a hd j o ubi ,   A .   C .   T a r o t ,   A .   R .   S e ba a nd  L .   T a l bi ,   " A na l y s i s   a nd  de s i g o f   a   c y l i nd r i c a l   E B G - ba s e d   d i r e c t i v e   a nt e nn a , "   i n   I E E E   T r a n s a c t i o ns   o A nt e nna s   a n P r o pa g a t i o n ,   v o l .   54,   no .   1,     pp.   21 1 - 219,   J a n .   2006 , [ A c c e s s   25   A ug .   201 7] .   [ 4]   A .   P i r ha di ,   F .   K e s hm i r i   a nd  M .   H a kk a k ,   " D e s i g o f   D ua l - ba nd   L o w   P r of i l e   H i g D i r e c t i v e   E B G   R e s o na t o r   A nt e nn a ,   us i ng   S i ng l e   L a y e r   F r e que nc y   S e l e c t i v e   S ur f a c e   ( F S S )   s u pe r s t r a t e , "   2006  I E E E   A nt e nna s   a nd  P r o pa g a t i o n   S o c i e t y   I nt e r na t i o na l   S y m po s i um ,   A l bu que r qu e ,   N M ,   200 6,   pp .   300 5 - 3008,   [ A c c e s s   30   O c t .   2 017] .   [ 5]   L e e ,   Y .   J . ,   J .   Y e o ,   R .   M i t t r a ,   a n W .   S .   P a r k ,   D e s i g o f   H i g D i r e c t i v i t y   E l e c t r o m a g ne t i c   B a nd  G a p   ( E B G )   R e s o na t o r   A nt e nna   us i ng   a   F r e que nc y   S e l e c t i v e   S ur f a c e   ( F S S )   s u pe r s t r a t e ,   M i c r o w a v e   a n O p t i c a l   T e c hno l o gy   L e t t e r s ,   V o l .   4 3,   N o .   6,   46 2 46 7,   20 04 ,   [ A c c e s s   3 O c t .   2017] .   [ 6]   Y .   J .   L e e ,   J .   Y e o ,   R .   M i t t r a ,   a nd   W .   S .   P a r k ,   D e s i g o f   a   F r e que n c y   S e l e c t i v e   S ur f a c e   ( F S S )   T y pe   S upe r s t r a t e   f o r   D ua l - ba n D i r e c t i v i t y   E nha nc e m e nt   o f   M i c r o s t r i P a t c A nt e nn a s ,   I E E E   A P - S   I nt e r na t i o na l   S y m po s i um   a nd  U S N C / U R S I   N a t i o na l   R a di o   S c i e nc e   M e e t i ng ,   W a s h i ng t o D C ,   J u l y ,   2005, [ A c c e s s   1 s t   N o v .   201 7] .   [ 7]   Y .   J .   L e e ,   D .   H .   L e e ,   J .   Y e o ,   W .   S .   P a r k ,   a nd  R .   M i t t r a ,   D e s i g o f   a   F r e qu e nc y   S e l e c t i v e   S ur f a c e   ( F S S )   S u pe r s t r a t e   w i t R i ng - s ha pe e l e m e nt s   f o r   D i r e c t i v i t y   E nha nc e m e nt   a nd  L ow   S i de - L o be   L e v e l   of   a   C i r c ul a r   P o l a r i z a t i o A nt e nna ,   I nt e r na t i o na l   S y m p o s i um   o M i c r o w a v e   a nd  O pt i c a l   T e c hno l o gy ,   F ukuo ka ,   J a pa n ,   V o l   A - 02,     pp. 1 1 - 14,   A ug us t   2 2 - 25,   20 05 .   [ 8]   Y .   J .   L e e ,   J .   Y e o ,   R .   M i t t r a   a nd  W .   S .   P a r k ,   T h i F r e q ue nc y   S e l e c t i v e   S u r f a c e   ( F S S )   S up e r s t r a t e   w i t D i f f e r e n t   P e r i o di c i t i e s   f o r   D ua l - ba nd   D i r e c t i v i t y   E nha nc e m e nt ,   I E E E   I nt e r na t i o na l   W o r ks ho o A nt e nna   T e c hno l o gy:   S m a l l   A nt e nna s   a nd   N o v e l   M e t a m a t e r i a l   ( I W A T ) ,   pp .   375 - 37 8,   M a r c 20 05 .   [ 9]   M .   B o us l a m a ,   M .   T r a i i ,   A .   G ha r s a l l a h,   a nd  T .   A .   D e ni dn i ,   " A   N e w   F S S   S upe r s t r a t e   S t r uc t ur e   F o r   A nt e nn a   P e r f o r m a nc e   E nh a nc e m e n t , "   2 015  R a d i o   a nd  A nt e n na   D a y s   o f   t he   I ndi a O c e a ( R A D I O ) ,   B e l l e   M a r e ,     pp.   1 - 2,   2 015 .   [ 10]   M .   M o kht a r ,   A s s .   P r o f . ,   E g y pt i a A r m e F o r c e s ,   A na l y s i s   O f   C y l i ndr i c a l   F r e que nc y   S e l e c t i v e   S u r f a c e s ,   19 98   F i f t e e nt N a t i o na l   R a d i o   S c i e nc e   C o nf e r e nc e ,   H e i w a n,   C a i r o   E g y pt ,   pp.   2 4 - 26  F e b .   1 998 .     [ 11]   M unk ,   B . A . ,   F r e que nc y   s e l e c t i v e   s ur f a c e s ;   t he o r y   a nd  d e s i g n’ ;   20 0 5:   W i l e y -   I nt e r s c i e nc e .   [ 12]   Y o ung   J L e e ,   J unho   Y e o ,   R .   M i t t r a ,   a n W e e   S a ng   P a r k ,   " T hi F r e q ue nc y   S e l e c t i v e   S u r f a c e   ( F S S )   S u pe r s t r a t e   w i t D i f f e r e n t   P e r i o d i c i t i e s   F o r   D ua l - B a nd  D i r e c t i v i t y   E nha nc e m e nt , " I W A T   2005.   I E E E   I nt e r n a t i o na l   W o r ks ho p   o A nt e nna   T e c hno l o gy :   S m a l l   A nt e n na s   a nd   N o v e l   M e t a m a t e r i a l s ,   pp .   375 - 378 ,   200 5.   [ 13]   N .   G r i n ,   C .   H a f ne r ,   X .   C ui ,   a nd  R .   V a hl di e c k,   C o m pa c t   D i r e c t i v e   A nt e nna s   U s i ng   F r e qu e nc y - S e l e c t i v e   S ur f a c e s   ( F S S ) ,   2 01  I E E E .   A P M C   P r o c e e di ng s ,   20 05 .   [ 14]   R a nj e e t   S i ng h,   D r .   S i m r a nj e e t   S i ng T i w a na   D e s i g a nd  P e r f o r m a nc e   o f   a   C o m pa c t   M i c r o s t r i P a t c A nt e nna   us i ng   C i r c ul a r   s l o t s   A nd  S t ub  f o r   R F I D   A ppl i c a t i o ns ,   P a g e   1 - 6,   V o l um e   I s s ue   8 ,   S S R G   I nt e r na t i o na l   J o ur n a l   o f   E l e c t r o n i c s   a nd  C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   ( S S R G - I J E C E ) ,   A ug us t   201 7.     [ 15]   X i a ng - y L i , J i a n   L i   e t .   a l l   H i g G a i n   M i c r o s t r i A nt e nna   D e s i g by   U s i ng   F S S   S up e r s t r a t e   L a y e r ,     4t h   I nt e r n a t i o na l   C o nf e r e nc e   o C o m put e r   S c i e nc e   a nd   N e t w o r T e c hno l ogy   ( I C C S N T   2015) ,   201 5.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.