Indonesi an  Journa 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.   1020~ 1029   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 2 .i 3 .pp 1020 - 1029          1020       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Ellip tical BandP assThre e Dimensi onal Fr eq uency   Selectiv Su rface  with Mu ltip le Transmissi on Zer os        Bi mal Raj D u tta 1 ,   Bi n od   Ku mar  Kana uj ia 2 ,   Chha ya  Da l el a 3     1 Depa rtment of  El e ct roni cs  &   C om m unic at ion,  A.N.A  Coll ege o Engi n ee ring   & Mana gement  Stu die s,  Ind i a   2 School  of  Com puta ti on al a nd   In te gra ti ve   sci enc e s ,   Jawaha r la l   Ne hru  Univer sit y ,   I ndia   3 Depa rtment of  El e ct roni cs  &   C om m unic at ion ,   J SS   Aca dem y   o f Tec hn ic a l Educ a ti on,   India       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J un   3 , 201 8   Re vised  Ju l   1 5 ,  201 8   Acce pte Aug   2 7 , 201 8       An  el li ptic  ban pass  respons thre e - d imensional   Freque nc Sele ctiv e   Surfac (3D  FS S)  is  designe f rom   single   un it   c el l   of  2D  a r ra y   of  tw o   shiel ded  m ic rost rip  li nes.   The   d esigne FS pro vide pseudo - el l ipt ic   band - pass  fre quency   r espon se  (5.   9. 6)  GH with  i ts  appl i ca t ion  in   lo ng - dista nc rad io  tele comm unic at ions  an spac com m unic at ions  etc.   Th four   tra nsm ission  ze ros  at   5. 4GH z,   9. 6GH z,   12. 4GH and  15GH provide wid e   out - of - band  fre q uency   rejec t ion.   The   3D  FSS  is  i ndepe nden of  the   var iations   in  the  in ci den angl e   of  th p l ane   wav up   to   60  degr ee.  E a ch  unit  c el l     is  combinat io of  two  shiel ded  m ic rostrip  lines  with  one  havi ng  an  a i r     gap  and  the   oth e one  hav ing  in  bet wee recta ng ula m et a ll i pl a te .   W hen  a   TE   pola r ized  p la ne  wav inci dent per pend icular   to  th per fec el e ct ri conduc tor  (PEC boundar y   wa lls   shiel ded  m ic ro strip  li nes,   it   res ult in  two  quasi - TE m odes  namel y   ai a nd  subs tra te   m o de.   The   3D  FS consists  of   m ult ipl resona t ors  with  m ult imode  ca vity   ha ving  num ber   of   propa gating  m odes.   The se  resona ti ng  m ode in  phase   prov ide   tra nsm ission  pole and  when  out  of   p hase   giv t ran s m ission  ze ros.  The   3D  FS struct ur is   sim ula te using   Ans y HF SS   software   with  i m prove per for m anc over   2DF S S,  for  m a n y   pr actical   ap pli c at ions  such   as  an te nna   sub - ref lector ,   rad om es  and  spa ti al fi lt ers .     Ke yw or d s :   Ell ipti c   Fil te rs   Fr e qu e ncy Sel ect ive  Surfa ce   Ra dio   wa ve pr op a gatio n   R eson at or s   Transm issi on  li ne  the or y   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights   reserv ed .   Corres pond in Aut h or :   Bim al  Raj  Du tt a ,   Dep a rtm ent o f El ect ro nics  & C omm un ic at io n,   A.N. Coll e ge  of E ng i neer i ng &Ma na gem e nt Studie s,   I nd i a .   Em a il :   br aj du tt a@g m ai l.co m             I.   INTROD U CTION     The  el ect r om a gn et ic   wav e a pp ea li ke   Fr e qu e ncy  sel ect ive  s urface  s pat ia filt ers  with  band  pass   or   band  st op  c harac te risti cs.  The hav e   bee t he   top ic   of  re se arch  f or  the  previo us   few  de cades  a nd  have  bee us e in m any p ract ic al  ap plica ti on s su c as s patia l fil te rs,  r ado m es, p olari z er,  ante nn a s ub - re flect or s etc   [1 - 3].   Trad it io nal  tw o - dim ension al   per i od ic   2D  F SS  str uctu res  wer desi gn e by  the  per i od ic   arr ay   c om bin at ion   of  un it   cel ls  wh ic wer c onstruc te by  ei ther  et ching   t he  sl ot fr om   the  con duct in plate or   by  pri ntin the  cond ucting  pa tc hes  over  t he   diele ct ric  la yer   [ 4 - 5].   T hes trad it ion al   t wo - dim ensional   per io dic  2D  FS S   structu re’s  sin gle  la ye suffe rs  f ro m   poor   fi lt ering   respo nse poor  sel ect ivit y,  unsta ble  angular   r es ponse   an narrow  ba ndwi dth .   W it the   ad va nc e m ent  in  the fi el of  a nten na an c omm un ic at ion   it   becam desira ble  to   r eal iz thin   FSS  st ru ct ur es   to  ac hieve   hi gh  sel ect ivit a nd  sta ble  fr e qu ency  res ponse   unde diff e re nt  an gles  of  inci den ce Re qu irem ent  of  s uc a dv a nce FS str uctu r es  le ad  the  r es earch  t ow a rds  new   cl ass  of  FSS  str uctu res  cal led   three - dim ension al   FSS   f ro m   the  tra diti on al   2D   FSS   [ 6 - 7].   The  3D  FSS   c on ce pt  giv es  r eal iz at ion   of  c om pac t   and   high  pe rfo rm ance  FSS  struct ur es O casca ding  num ber   of   2D  FS la ye rs  with  in  betwee die le ct ric  sp aci ng  res ults   to  sign ific a nt  i m pr oved  filt ering   res pons [8 - 9].  T he  casca de 2D  F SS  does  not  obta in  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ell ipti cal BandPassT hr ee  D i men si onal F re qu e ncy  Select iv e Surface  wi th M ulti ple …  ( Bimal R aj  Du tt a )   1021   el li ptic  respon s e;   it   prov i des  t he  filt ering  res pons e   that  fo ll ow s   Butt er w ort or  C he bysh e functi on  du e   to  the   form ation   of  di rect - co up le r eso nators  [ 10 ] .   Pr act ic al   app li cat ion of  the  FSS  str uctu res   dem and sta bi li ty   in  the  var ia ti ons  of   an gula res pons e wh e re  2D   F SS  struct ur es  s howe unsta ble  f reque ncy  respo ns f or   the   var ia ti ons i th e incide nce a ngle .   The  3D   FSS  struct ur es  ha ve  s how fa m or sta bili ty   in  the  fr e quency  r e sp onse  unde va riat ion i the  incide nce  a ng le In   C om par iso to  co nv entional  m ulti l ay er  2D   FSS  s tructu res,   3D   F SS  struc ture can  be  desig ne to  obt ai br oad out - of - band fre quen cy  r ejecti on  w i th the m ulti ple trans m issi on  z ero s           (a)   (b)     Figure  1 (a ) 3 F SS u nit cel l sh ow i ng cr os s - co upli ng and  couplin g betwe en  the  tw o port s v ia  m ulti ple  resonato rs  t o o btain tra ns m iss ion  ze r os /p oles  and  ps e udo - el l ipti c respo ns e ,   (b) .   Eq uiv al e nt m od el  o f  an 3D  FSS wit m ultip le  r es onat ors     Ell ipti filt ering   res ponse   in  3D   FSS   is  ach ie ved   with  the   increase  of  th le vel  of  cr oss - co upli ng   betwee n   the  re so na tor as  show in  Fi g ure   1( a )   w hich  we re  abse nt  in  ca scade d   previ ous  m ulti layer  2D   FSS   desig ns .   Ell i ptic  filt ering  res ponse   in  3D  F S desi gn  can   be   achieve with  the   hel of   t wo  ports  of  th unit   cel coupled   w it m or than   on e   res onat or  as  sho wn  in   F ig ure  (a)   [ 11 - 12] .   T he  c onc ept  of  3D  F SS   will   pro du ce  m ultip le   transm issio po le s/z er os  through  m ult i m o de  resonat or s Re cent  r esearch  in  3D  FSS  te chnolo gy  ha ve  bee ar ound   the  band - pass  or   ba nd - re j ect   structu res,   they   are   desig ned   with  the  unit   cel of   a   sing le   s hielded   m ic ro strip  wit short  via  hole   betwee m ic ro stri li ne  and   gro und  [ 12 - 13] The  desi gn e un it   cel of  th r ee - dim ension al   FSS  was  t he ge om et rically  m od ifie to  a dd  on  a e xtra   transm issi on   zero   i each  m od ific at ion T hus  m ax i m u m   three  transm issi on   zeros  hav bee obta ined  for  the   band - pass  3D   FSS  structu re  with  ps e udo - el li ptic   response  [ 14 - 15 ] I this  des ign   of  3D  F SS   four   tra ns m iss ion   zer os   with  band - pass  el li ptic re sp onse , a nd br oad f reque ncy  band re j ect ion  has bee stu die d.   Un li ke   the   pre vious  3D  F SS  structu res,  the   un it   cel of  the   3D  F SS   str uctur e   is  desig ned  an st ud ie with  tw sh ie l de m ic ro strip li nes  placed   par al le to  eac oth e r.   B oth   t he  m ic ro strip  l ines  are   co nne ct ed  to  their  res pecti ve   gr ou nd   th r ough  sho rt  via  and   recta ngular  m et a ll ic  plate   being   pla ced  one  over  ano t her   m ic ro strip  li ne .   The   de sig ned thr ee - dim ension al   FS S w it a  2 D   ar ray  ar ra ngem ent  of  double  s hield  m ic ro strip  li nes  place perpe nd ic ular,  to  s upport  t wo  quasi - TE m od es  na m el ai and  substrat m od es  [16].   Transm issi on   zero a re  intr oduce at   the  desired   fi nite  fr eq ue ncies  of  pass - ba nd  of   3.3 GH i the  C   fr e qu e n cy   ba nd  ( 4 - 8)   G Hz  and   f re qu e nc band  ( 8 - 12 G Hz  with  broa f reque nc band  re j ect ion.T his   i m pr oves the  s el ect ivit y of  th e operati ng  ba ndwidt h.       2.   RESEA R CH MET HO D   An 3D  FS st ru ct ur is  re pr e sented  by  a e qu i valent  m odel   of   Fig ur 1( b)   w hich  has  a e qu i val ent  m od el   of   t otal  ei gh resonat ors.  H ere  f our  re so na tor s   R 1 ,   R 2 ,   R 3   an d   R 4 reso na tor are   us ed  to   co nnect   i nput   port  an outp ut  port,  res on at ors    R a   an   R b   are  c onnected  t the   input  port  only   and  res onat ors   R c and    R d   are   connecte d   to   the  outp ut   port  only Ever Re s on at or   def i nes  their  pr op a ga ti ng   m od e.   R 1 ,   R 2 , R 3   and   R 4 res on at or s   will   pro vid e   transm issi on  zeros/ pole at   their  res pe ct ive  res on a nt   fr e quencies.   The  add it io nal  tran sm issi on   zer os  will   be  pro vid ed  by  res onat or s   R a ,   R b ,   R c   and     R d   at   the  desire f requen ci e s .   These   ad diti onal   transm issi on  zer os   i ncr ease oper at ing  ba nd  wi dth  of  a   band - sto FSS w hic im pr oves  t he   sel ect ivit of   band - pas FS S.  T he  pro duc ti on   of  the  des ired  nu m ber   of  tran sm issi on   zero s/ po le at   finite   fr e qu e ncies  ca be  res ulted   by  co ntr olli ng   the  num ber   of   res on at or s   and  their  res on a nces  t hat  m akes   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 Dece m ber  2 01 8   :   1020     1029   1022   transm issi on   z ero s   3D  FSS  structu res  m ore  ad van ta geou than   2D  FS str uctures  [ 14 ] 2D  F SS  can  be   consi der e sp eci al   case  of   this  equ i va le nt  m od el   of   three - dim ension al   F SS  with  one  re so na tor  or   m od that  resu lt s i a si ngle  tra ns m issi o ze ro / po le   w hi ch  pr ov i des p oor fil te ring p e rfor m ance.             Figure  2( a ). Ba sic  unit  cell  o f   a 3D F SS     Figure  2(b ).   P r op a gatin m odes o basic  unit   cel of  a  3D  FS S       The  w orkin pri nciple  of  3D  FSS  can  be  re viewe by  sho wing  that  how   the  resonato rs   are  form ed.   As  s how i F ig ure  2( a we  hav e   basic  unit   cel that  is  us e as   bu il di ng   bl ock  f or  three - dim ensio nal  FS S   structu res.   Her plane  wav with  TE   po la rizat io ( el ect ric  fiel d)   or ie nted  perpe nd ic ular  to  t he   sh ie lde m ic ro strip  pat ch  incide nts  at   the  disco ntinui ty   of   ai r - to - m ic ro stri li ne,   two  pro pag at in m od es  nam e ly   ai and   s ubstrat m od es  are  cre at ed.   The se  m od e li nk   the   input  and   ou tpu ports  [ 6].   Du to  th wav pro pag at io within  tw guide m edia  (air  and   s ubstrat e) m ic ro strip  li ne   su pp or ts  quasi - TEM   wa ves  i ns te a of   pure  T EM  wav e   [ 16 ] .   In  qu a si - TEM   m od e the  l ongitud i nal  wa ves  of   t he  fiel f or  the  ai a nd  substrat e   m od es o f  a m icr os t rip  li ne   exi st an these  are  m uch  sm aller th an  t he  tra nsv erse  wav e s [1 7] .          E l 0   , H l 0                   (1 a )                    | E l | | E t |   , | H l | | H t |                 (1b)     The  si gn al a r travell in th r ough  the   ai pa th  f ro m   p1   po rt  to  the   ot her   p2  port  at   l ow  fr e qu e ncies.  They p r ovide l ow - pa ss r es po ns e, as th e f re quency o ope ra ti on  incr ea ses these sig nal travel throug tw path s   (air  a nd   substr at e).  T he  s ub st rate  path   res on at or   will   al ways  res on at first  than  t he  ai pat res onat or  sin ce  the  gu i ded  wa vele ng t ( λ g of  the  su bst rate  path  is  le ss  than   the   ai pat ( λ 0 [ 14,  17] In  Fig ure  2(b of   ai a nd   su bst rate  pr opagati ng  m od es   of  the  basic  un it   cel l,  the  t wo  possibil it ie are  resu lt e (a)   t he  ge ne rati on   of  transm issi on   pole w hen  the   el ect rical   le ngth   of   re s onat or  bec om es   eq ual   to   π ( b)   the   gen e rati on  of  transm issi on   zero due  to  th e   ph a se  dif fer e nc of   1800  between   t he  sig na ls  in  the  ai a nd  subst rate  pat h.   T hus  for  3D  FSS  basic  unit   cel structu re  as  s how in  Fi g ure  3,   w obta in  two  tra ns m issi on   pole a nd  sing le   transm issi on   z ero.  By   intr oduc ing   s hort  via  ho le   betwee the  m ic ro strip  li ne  an the  groun in  t he  de s ign e un it   cel of  F ig ur e   3(a)   an   inc rem ent  in  num ber  of  res on at or  (t hr ee   res ona tors)  was  obse rv e [14].  Furt her  rectan gu la m et al li plat a bove  the  m ic ro strip  li ne  i ai m edium   w as  inducte in   the  pr e vious  desig resu lt ed  i m or num ber   of   resonato rs  ( f our  resonato rs )   as  sh ow in  Fig ure   3( b) .   T his  increm ent  in  the   nu m ber   of   res onat ors  re su lt ed   in  the  i ncr em e nt  of  nu m ber   of  tra ns m issi on   ze ro s W it the   ad diti on   of  sh a pe  m et al l ic   plate   al ong  with  sm al ai gap   ab ov the  m ic ro strip  li ne  as  di scusse in  [14],  m axi m u m   three  transm issi on   z ero s   we re  a ch ie ved ,   on e   be low  t he  pass - band   an t wo  ab ove  the   pa ss - ba nd.   T hus  the   geo m et rical   m od i ficat ion i the  basic  unit   cel resu lt ed  i 3D  FSS   str uctur t hat  sho we im pr ov em ent  in  the   sel ect ivit y, filter  re spo ns (p s eudo - el li ptic re sp onse a nd sta ble ang ular res pons e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ell ipti cal BandPassT hr ee  D i men si onal F re qu e ncy  Select iv e Surface  wi th M ulti ple …  ( Bimal R aj  Du tt a )   1023         Figure   3( a ) .   U nit cel l of a  3D FSS st r uctu re   structu re   with  sh ort   via hole     Figu re   3(b ) .   U nit cel l of a  3D FSS st r uctu re  with s hort  via hole  with  only  shor via  hole  and Rect a ngula m et al l ic  p la te       2.1     St ru cture   Descripti on   3D  view  of  three  dim ension al   band - pas FSS  is  sho w in  Fig ure   4 ( a)  an Fig ure   4(b).  U nlike  the  tradit io na l 3D  FSS   str uctu res  the unit   cel of   t he  3D  FSS  desi gn e i t his  pa pe c on si sts  of  dual   m icr os t rip  li ne  placed  pa r al le to  each  oth er each  place over  thei re sp ect ive  substr at e.  The  unit   cel ls  sh own  ab ove  in  Fig ure   3(a ) ( b)  an discusse in  [14]  ha ve  be en  us e in   the  de sig ning  of  the  un it   cel for  the  ba nd - pa ss  3D   FSS  str uctu re  discusse i th is  pap e r.   T he  de sign e 3D   FS struct ur is  a   2D   pe rio dic  arr ay   com bin at ion   of   du al   sh ie lde d m ic ro strip li ne s p la ce in  z  directi on v e rtic al ly .   The  a rr ay   of  F ig ure   4   is  a   c om bin at ion   of  4x4  unit   cel ls.  Her e   the   unit   c el ls  of   Fig ure   a re  placed   on a bove  the   oth er  to  desi gn   the  un it   ce ll   of   Fig ure   3.   The  unit   cel l   le ng th  in  the   directi on   is  2*h=  7.048m m wh ic is  c om bin at ion  of  tw su bst rate  re gions  with  m ic ro stri li ne  place ov e them on e   ai r   reg i on  an t he  oth e ai r   re gion  with  a   recta ngula m et al l ic   plate T he  le ngth  of  eac subs trat in  direc ti on   is   d=  1.5 24m m Un it   cel l/m ic r os trip  li ne  le ngth  in  direct ion   is  L=  10. 5m m .   Un it   cel l/su bst rate  le ngth  in  dir ect io is  5 m m .   The  su bs trat m ater ia us ed  in  this  desig is  Rog ers  RO 3003  with  di el ect ric    const ant  3.               (a)   (b)     Figure   4( a ) - ( b).  3D  view  of t he  Three - dim ension al   ba nd - pa ss FSS str uctu r e       The  m ic ro strip   li ne  width  in   directi on  is   =   3mm Tw s hortin via  of  diam et er  0.5m m   are   al so   incl ud e i the   unit   cel to  c onnect  t he  c entre o f  b ot t he  m ic ro strip  li nes  t thei re s pecti ve  gro unds.  T he  un it   cel rea pp ear  afte dist ance  of  “b”   in   directi on  a nd  2*h”  i di recti on   i this   f or m a ti on   of  three  dim ension al   F SS  ar ray.  The  rectan gu la m e ta ll ic   plate   is  placed  in  way   to  def i ne  the  distance  betwe en  the  m et al l ic   plate   and  the  t wo  en ds   of  the  m ic ro strip   li ne.   Th ey   are  l3   5m m   and   l4  4mm Each  un it   cel is   hav i ng  P EC  bounda ry  wall   i x - z   pla ne.   The  T po la rized  plane   wa ve   in  z   directi on  will   be  i ncid ent  at   incom ing  po rt  1 (air to  m ic ro strip li ne disc onti nu it y) as  per  Fig ure   3(b ).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 Dece m ber  2 01 8   :   1020     1029   1024       (a)   (b)         Figure   5. Th re e - dim ension al   view o unit  cell  o f (a)  to p view  ( b) ,  ( c si de view       2.2    Eq uiv alen ci rcui t mo de l   The  desig ne t hr ee   dim ensio nal  ba nd - pass   FSS  unit   cel equ i valent  ci rc ui m od el   is  sho wn  in  belo w   Fig ure   6.   C a   &   C s   repr esent  e quivale nt  ca pacit or s   f or  the   ai r   to   m ic ro strip   li ne   disc onti nu it in  the   ai r   a n su bst rate  re gions   of  t he   desi gned   un it   cel re sp ect ively .   L s   is  use f or  the   e qu ivale nt  i nducto of  s hort   via.   The  ai re gion  with   the  re ct an gu la m et allic   plate  betwee t he  m ic ro   strip   pat ch  a nd  gro und  is  div i de int tw ref le ct in pat hs,  they   are  re presente by  tw s horted  tra nsm issi on   li nes  ( Z a , Θ l3 ) and ( Z a , Θ l4 ) T he  ot her   ai reg i on  is  re pre sented   by  a open - ci rc uited  t ran sm issi on   li ne ( Z a , Θ a ) .Both   the  sub strat re gions  of  the   unit   cel l   are r e presente d by tw o path of sam e ele ct ric al  leng th   Θ s / 2 and s a m e char act eri sti c i m ped ance   Z s .           Figure   6.   Eq ui valent circ uit  m od el  o t he u nit cel l for  3D  band - pas s FSS  w it h five  r es onat ors a nd fo ur  transm issi on  z ero s   Upper r eg io n   Bo tt o m   regi o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ell ipti cal BandPassT hr ee  D i men si onal F re qu e ncy  Select iv e Surface  wi th M ulti ple …  ( Bimal R aj  Du tt a )   1025   The  c har act e ris ti i m ped ance f or  the   guide reg i on  outsi de  the  unit   cel wi th  ai is   Z o T her e are  total   five  res on at o rs   obta ined   as  c om par ed  to  t he  m axi m u m   fo ur   res on at or s   obt ai ned   i t he  previo us   desig ns  [ 14 ] .   These   res onat or s   are   ob ta ine when   plan wav (TE  pola rizat ion)  in ci den ts  on  the   ai to  m ic ro strip  li ne   disco ntin uity  an d t he fie ld  pro pag at es  thro ugh diff e re nt   re gi on s  of t he un it   cel l.     2.3    Resul t an d D isc u ssion   The  S catte rin g   par am et ers  si m ula te res ults  are  s how in   Fig ure  7.   T hes res ults  are   use to  a naly se   the b a nd - pass   char act e risti cs o f  the  desig ne 3D   F SS   st ru ct ur e .           Figure  7.   S par a m et er r esults  us ing HF SS so ftwar e  for t he  t hree  dim ension a l band - pas s       Figure   re sul ts  con sist of  S1 (Reflect ion   Coe ff ic ie nt and   S 21  ( Transm issi on   Coef fici ent)   par am et ers  for   the  desig ne three  dim ension al   FSS  str uct ur e The  gr a ph   sh ows  four   t r ansm issi on   zer os   a t   5.4 G Hz,  9.6 G Hz,   12. 4GHz  and  15 GH z   f re qu e ncies.   The s transm issi on  zer os   c on sist   of   S21  (T ran s m issi on   Coef fici ent)  at   - 41dB, - 29. 4d B,  29 . 8dB  an 52dB.  This  f ourt transm issio ze ro   in  the   op er at ing   f re quency  band  pro vid e wide  out  of  ba nd  re j ect io [14].  T he  gr ap sh ows   one   tra ns m issi on   pole   at   f reque ncy  8GHz   with  S 11  (Refl ect ion   C oeffici ent)  of  - 25dB   wh ic pro vid e hi gh  sel ect iv it y.  The  Fi gure   sho ws  in   (a ),   (b),   (c)   a nd   (d)  pa r ts,  the  si m ulate f reque ncy  r esp on ses  f or   T po la risat ion   incident  wav at   var io us   a ng l es  of   incidenc e.  It  c an  be  see that   S1 (Reflect ion   C oeffici ent)   and   S 21   (Tr a nsm issi on   Coef f ic ie nt)  par am eter at  diff e re nt  res on ance  fr e quenci es  are   dec reasi ng  with   the   in crease  of  an gl of  inci den c at   200,  400,  a nd  60 0   resp ect ively T he   Fi gure   8(d)   sh ows  t hat  f re qu e ncy  re spo nse   is  not  ha ving  a ny  transm issi on   ze r an po le   of   desig ne FSS .   These  ty pes  of   3D   FSS  ca be  us e as  pass  band  s pat ia filt ers  al lowing  the  desir ed  ba nd  sign al with  re du ce d ra dar  c r os s secti on of a nten na desig n wh ic is  ver y i m po rtant in ste al th tech no l ogy.   3D  F SS  is  de sign   a nd  anal yse with  dual   m ic ro   strip  pa tc with  s ubstr at and   rectan gu la m et a l   plate   with  via  ho le   sho rted  in side  bo t the  su bs t rates.  The  wav el e ng t of  sign al in  the  s ub st rate  path  is  lower  than  that  in  a ir   [14,   17 ] T he  structu re  is  an al yse us in e qu i valent  ci rc ui app r oac an desi gn e in  HF S so ft war e .     2.4   Derivin g t he S par ame te rs for  th 3D  ba n d - p as s  FS S   The desig ne d u nit cel l FSS o f 3D   ba nd - pass  i Fi gure  5( a is  obtai ned b c om bin ing  tw o u nit cel ls i Figure   3(a,  b).   The  desi gn e un it   cel equ i va le nt  ci rcu it   is  sh ow in  Fig ure   6.   We  can  obser ve  f our  se ct ion s   from   this  equ i valent  m od el t wo  ai sect io ns  an tw s ubs trat sect ion s Each  sect io c an  be  re presen te by  the  trans fer   m at rix  w hich  w hen   ca sca de would  represe nt  the  trans fer  m at rix  of   the   entire  unit   cel of   the  desig ne 3D  F SS  struct ur e T he  Scat te rin pa ram et ers   S 11   a nd  S 21   ar e   o btai ne d   by   A,  B,   C,   D   para m et ers  of   the  trans fer   m at rix  [ 14 ] .   T he  t ran s fer   m at rix  of   t he  dif fer e nt   sect ion is  s how th r ough  th bl ock   dia gra m   as   sh ow in  Fig ure   9.   Bl oc s hows  the  tra nsfer  m at rix  fo the  ai sect ion   with  no  m e ta llic  plate Bl ock   and  Bl ock   s hows   the  tra ns fe m at rix  f or  the  s ubstrat sect io ns  that  are  i den t ic al   and   Bl oc s hows  t he  tr ans fe r   m at rix  for  t he a ir   sect ion h avi ng m et a ll ic  p la te .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 Dece m ber  2 01 8   :   1020     1029   1026       (a)   (b)         (c)   (d)     Figure   8.   Sim ulate par am et ers  res ults f or  var i ou s  angles  of incide nce  of  TE  po la rized  plane wa ve.   Th ang le s  of inci de nce a re (a)  20 0 (b)40 0 (c) 600 (d)80 0           Fig ure   9.   Bl oc k diag ram  h aving the t ran s fer  m at rix  of the  four secti ons  of  the equivale nt  ci rcu it   m od el  of the   desig ne d un it  c el l       These  par am et ers  A , B,  C , D  of  t he  tra ns fe r m at rix  for  the   diff e re nt secti ons  dep e nd  on C a ,   C s L s Θ a Θ s Θ l3 Θ l4   Z a   Z s   an d   Z o F rom   the  m at rix  equ at io ns  an d7   as  gi ven  in   [ 14 ]   the   tra ns fe m at rix  of  eac sect ion   ca be  ob ta ine d.   The  each  sect io tr ansf e m at rix  can  be  ob ta i ned  by  casca ding  t he  tran sfe m atr ix  of   each  of it s sub - sect ion   w hich  i s sho wn th r ough a  blo c k dia gra m  in  Fig ur e   10.       [ ]   [ ]   [ ]   [ ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ell ipti cal BandPassT hr ee  D i men si onal F re qu e ncy  Select iv e Surface  wi th M ulti ple …  ( Bimal R aj  Du tt a )   1027       (a)       (b)       (c)     Figure   10.   Bl oc k diag ram  sh owin the  tra ns f er m at rix  of th e f our  sect io ns   and their  sub - s ect ion with t he   equ i valent circ uit m od el  o f  th e unit  cell . ( a ) a ir secti on w it h no m et a ll i c p la te , ( b) air  sec ti on   with m et allic   plate , ( c t w i den ti cal  s ub st r at e sect ion s       Transfe m a trix  of  Bl oc and   Bl oc i Fig ur e   are   casca ded   to ge ther  to  obta in  the  Tra ns fe m at rix  of   the  uppe sect ion   of  the  un it   cel a nd   T ransfe m at rix  of   Bl oc 3   an Bl ock   are  casca de tog et he r   to  obta in  the  Transfe m at ri of  the  bo tt om   sect ion   of   t he  desi gned  unit   cel in  Figu re   10.  T her ea fter  the   trans fer   m at rix  for  t he  e ntire   eq uiv al ent  ci r cuit  m od el   sho wn  in  Fig ur e   6   f or  the   desi gned   unit   cel can  be  ob ta in e as  s how i Fi gure   11,  w hich   is  casca de   com bin at io of  th trans fer  m atr ix  of  the   up pe a nd   bo tt om  r egi on  of the e quivale nt circ uit m od el .           Figure   11.   Bl oc k diag ram  h avin the  tra ns f er m at rix  of th e upp e r regi on  and bott om  r eg ion   of the  equ i valent  ci rcu it  m od el  of the  d esi gn e d un it  cell . T heir  cascade  co m bin at ion gi ves   t he  equivale nt tr ansf e m at rix       The  scat te rin par am et ers  (refle ct ion   a nd   t ran sm issi on   co eff ic ie nt)  for  the  entire  e qu i valent  ci rc uit  m od el  are  obta ined  a s [1 4]:     S 11 =   A e + B e Z 0 C e Z 0 D e A e + B e Z 0 + C e Z 0 + D e                 (2 a )                             [ ]   [ ]   [ ]   [     ]   [     ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 Dece m ber  2 01 8   :   1020     1029   1028   S 21 =   2 A e + B e Z 0 + C e Z 0 + D e                 (2b)     The   eq uiv al e nt  ci rc uit  pa ram et ers C a C s   a nd  L s   ar cal culat ed   by   the  physi cal   dim ension s   of  t he   desig ne d un it  c el l s tructu re as   fo ll ows  [ 13, 11] :     C a     w b h ω ( h d ) Z 0 tan Θ                 (3 a )     C s       ε r w b h ω d Z 0 tan Θ                 (3b)     L s =   μ 0 [ d   ln2 d + ( D 2 ) 2 + d 2 D + 1 . 5 ( D 2 ( D 2 ) 2 + d 2 ) ]           (3 c )     The   cha racteri sti i m ped ance   o t he   pa rall el   plate   wav e gu ide  Z 0   re pr e sents   the   f ree  sp ac re gion   ou tsi de  the   des ign e un it   cel wh e ca rr yi ng  the  TE  pola riz ed  plane  wa ve.  The   tan Θ is  evaluat ed  from   [1 4]   as foll ows ;     tan Θ =   2h λ ( h d h   ln h h d + d h   ln h d ) + S 1 ( 2h λ ; 0 , 0 ) S 1 ( 2 ( h d ) λ ; 0 , 0 ) S 1 ( 2d λ ; 0 , 0 )   (3d)     Wh e re     S 1 ( x ; 0 , 0 ) = ( sin 1 ( x n ) ( x n ) ) n = 1             (3 e )     The  pro pa gatio c onsta nts   of  the  ai r   m od β a   a nd  the   s ubstrat m od β s   are   ev al uated  from   [ 12 ] ,   s the ele ct rical  leng t hs   of air m od e a nd s ub st rate m od e are  real iz ed  as  fo ll ows     Air  m od e: Θ a = β a l                   (4 a )     Θ l3 = β a l 3                   (4b)     Θ l4 = β a l 4                   (4 c )     Substrate  m ode:     =                 (4d)     2.5    Desi gn   M eth od ol ogy   The  el em entary  design   gu i de li nes  for  d es ign in the  th r ee  dim ension al   band - pass  F SS  are  as     per [ 1 ] ,   [ 16 ] ,   [ 12 ] .   a)   The widt b   a nd the  h ei gh t   2* h   of the  unit  cell  sh ould  b e  sm al le than  the c enter  fr e quenc wav el e ng t h .   b)   The  m ic ro strip   le ng t is   cal c ul at ed  as     L = λ g 2 = λ 0 2 ε re                   (5 a )       :   G uid e d wav el eng t at  th e re qu i red cente f reque ncy of th e FSS.    :   Eff ect ive  d ie le ct ric co ns ta nt.     c)   Fo r  the  m ic ro strip  patch  of t hickn e ss  t a nd  w/d ≥ 1,  is eva luate d [10] as  f ollows     ε re = ε r + 1 2 + ε r 1 2 { ( 1 + 12 d w ) 0 . 5 }                 (5b)      Is  f un ct io n of fr e quency a nd  it s v al ue  li es be tween     1 < ε re < ε r                   (5 c)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ell ipti cal BandPassT hr ee  D i men si onal F re qu e ncy  Select iv e Surface  wi th M ulti ple …  ( Bimal R aj  Du tt a )   1029   As   t he   f re qu en cy   of   opera t io n   in creas es    = .   The  s hort  via  di a m et er  aff e ct the  first  r es on a nt  f reque nc y,  wh ic go es  dow to   l ow e value  as  t he  diam e te D dec reases  due to  the  dep e ndency  of the  in du ct a nce Ls  on dia m et er D.       3.   CONCL US I O N   3D  ba nd - pa ss  FSS  str uctu re  has  been   de sign e by  2D   per i od ic   a rr ay   arra ngem ent  of   du al   su r rou nded  m ic ro st rip  li nes Each  m ic ro strip  li ne  i a   unit   cel is  connec te to  it resp e ct ive  gro und  t hro ugh  sh ort   via  hole .   Tw ai r   re gions  a re  pr ese nt  above  t he  m ic ro strip   li nes  with  on e   ha ving  no  m et allic   plate   an the  oth e ha vi ng  recta ngular   m et allic   plate Ma xim u m   fo ur  transm issi on   zero a re  obta i ned   as  c om pared  to   three  transm issi on   zer os   obta ined  in  [ 14] Thu the  desig ne three  dim ension al   ba nd - pa ss  FSS  ex hib it hig sel ect ivit y,  elli ptica fr eq uency   resp on se,  broa fr e que nc ban re j ect i on   a nd   sta ble   fr eq ue ncy  res ult  fo diff e re nt angle s of inci den ce .       REFERE NCE S   [1]   B. 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