I nd o ne s i a J o u rn a l  o f  E l ec t r i c a l  E n g i n e e ri n g  a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   Vo l .   1 1 ,  No .   2 A u g u s t   2 01 8 , p p 4 13 ~ 4 18   I SSN :   2 50 2 - 4 75 2 ,   D O I :   1 0. 11 5 9 1/ i j e ec s . v 1 1 .i 2 .p p 4 1 3 - 4 1 8           4 13       J o u r n a l  h o m e p a g e h ttp : //ia e s c o r e . c o m / j o u r n a l s / i n d e x . p h p / i j e e c s   A  C om p ac t  I n ve r t e d   Y   S l ot  R e c t an gu l ar   M i c r os t r i p   P at c h   A nt e nna   f o r  B l ue t o o t h A ppl i c a t i o n s       R a m e s h  K u m a r   V e rm a ,   D . K .   S r i va s t a va   D ep ar t m en t  o f  E l ect r o n i c s  &  Com m uni c a t i on  E ng i ne e ri ng Bunde l kha nd  Ins t i t ut e  of E ng i ne e ri ng   &  T e c hnol og y ,   J ha ns i , U P , Indi a       A r t i c l e I n f o     AB S T RACT   A r tic le  h is to r y :   R e c ei v e d   De c   2 9 ,  2 0 1 7   R e v i s e d   Ja n   9 ,  2 0 1 8   A cc e p t e d   A p r   2 1 ,  2 0 1 8       In  t hi s   p a p e a   c om p a c t  a nd s l ot t e d re c t a ng ul a r m i c ros t ri p   an t en n a i s   de s i g ne a t   3.00G H z  fre que nc y  a nd i t  i s  l oa de d by  i nve rt e d Y  s l ot  s o t ha t  t he   ba ndw i dt h of m i c ros t ri p  a nt e nna  i s  i m p rove d up t o 36.30%. T he  a re a  of  ra di a t i ng   p a t c for  3.00G H z   fre que nc y  i s  711.36m m 2.T he  p rop os e d a nt e nna   de s i g n ha s  fre que nc y  ba nd   i n t he  fre que nc y  ra ng e  2.097G H z  t o 3.030G H z T he   p rop os e d a nt e nna  i s  re s ona t i ng  a t  2.45G H z  a nd a re a  of ra di a t i ng  p a t c h a t   t hi s   fre que nc y   i s   1077.97m m 2.  H e nc e   t he   s i z e  of a nt e nna  i s  re duc e d by  34%  c orre s p ondi ng   t re s ona nc e   fre que nc y  2.45G H z . T hi s  fre que nc y  ba nd i s   s ui t a bl e  for Bl ue t oot h a nd ot he r w i re l e s s  c om m uni c a t i on a p p l i c a t i ons T he   p rop os e s l ot t e m i c ros t ri p   a nt e nna   i s   di re c t l y   fe e by   50Ω   m i c ros t ri p   l i ne   fe e d. T he  p rop os e d a nt e nna  i s  s i m ul a t e d by   IE 3D   s i m ul a t i on  s oft w a re   ba s e on m e t hod of m om e nt s .   K e yw o r d s :   In v e rt e d   B a n d w i d t h   C o m p a ct   M ic r o s t r ip   P a t c h     M ic r o s t r ip  lin e  f e e d   Copy r i ght  ©  201 8   Ins t i t ut e  of  A dv anc e E ngi ne e r i ng and  Sc i e nc e   A l l   ri g h t s re se rv e d .   C o r r e s p o n d i n g  A u t h o r :   R a m es h  K u m a r   V er m a   D e p a r t m e n t  o f  E l e c t r o n i c s  &  C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   B u n d e l k h a n d  I n s t i t u t e  o f  E n g i n e e r i n g   &  T e c h n o l o g y ,  J h a n s i ,  U P ,   I n d i a .   E m a il:  r a m es h 8 5 . e c @ g m a i l . c o m       1 .   I NT RO D UC T I O N   T h e   m o b i l i t y   o f   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   d e v i c e s  h a s   i n c r e a s e d   t h e  d e m a n d   o f   c o m p a c t   a n d   l o w   p r o f i l e   a n t e n n a s   w i t h   h i g h  g a i n  a n d  w i d e b a n d  o p e r a t i n g  f r e q u e n c i e s .  T h e  m i c r o s t r i p  p a t c h  a n t e n n a  p o s s e s s e s   m a n y   a d v a n t a g e s   s u c h   a s   l o w   p r o f i l e ,  l i g h t  w e i g h t ,  s m a l l   v o l u m e  b u t   t h e   m a j o r   d r a w b a c k   o f m i c ro s t ri p   a n t e n n a  i s  i t s  n a r r o w  b a n d w i d t h  a n d  l o w e r  g a i n .   T h s i z e   o f   an t e n n i s  ex t r em e l y  i m p o r t an t  f o r  m o s t  w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n  s y s t e m s .   T h b a n d w i d t h   o f   a n t en n a   d e cr ea s w i t h   t h e  d e c r ea s e o f  an t e n n a s i z e  an d  t h i s   f e a t u r e  l i m i t s  t h e  d e s i g n  o f  c o m p a c t   a n t e n n a [ 1 ] B u t   i t   i s  r e q u i r e d  t o  h a v e  e q u i v a l e n t  o p e r a t i o n  f o r  d e c r e a s e d   s i z e  a n t e n n a  a s  c o m p a r e d  w i t h  n o r m a l  a n t e n n a  [ 2 ] .  A  l o t   o f   m e t h o d s   h a v e   b e e n   p r o p o s e d   t o   o b t a i n   r e d u c t i o n   i n   s i z e   o f   a n t e n n a   l i k e   u s e   o f   h i g h   p e r m i t t i v i t y   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e s   [ 3 ] ,   I n c r e a s e   i n   e l e ct r i c al   l e n g t h   o f   a n t e n n a   b y   o p t i m i z a t i o n   o f   s h a p e   [ 4 ] ,   U s e   o f   p o s i t i o n e d  n o t c h e s  o n  t h e  p a t c h  a n t e n n a  a n d  v a r i o u s  s h a p e s  o f   s l o t s   a n d   s l i t s  l e a d  t o  r e d u c t i o n  i n  s i z e  o f  a n t e n n a  [ 5 ] .  T h e s e  c h a n g e s  l e a d  t o  i n c r e as e s u r f a c e cu r r e n t  p a t h .  T o   l o w e r   r e s o n a n t   f r e q u e n c y   o f   a n  a n t e n n a   f o r  a   g i v e n   s u r f a c e  a r e a ,  c u r r e n t  p a t h   i s   m a x i m i z e d   w i t h i n   t h e     a r e a [ 6 ].     A n   i n v e r t e d   S H A   s h a p e d   d e f e c t e d   g r o u n d   p l a n e  h a s  b e e n  u s e d  t o  i n c r e a s e  t h e  b a n d w i d t h  o f   a n t e n n a  b y  5 . 3 %   w i t h   1 6 . 0 1 %  r e d u c t i o n  i n  t h e  o v e r a l l  s i z e  o f  g r o u n d  p l a n e  a s  c o m p a r e d  t o  a n t e n n a  w i t h o u t   D e f ec t e d   [ 7 ] .   T h b a n d w i d t h   o f  a n t e n n a  h a s  b e e n  i m p r o v e d  b y  i n t r o d u c i n g  d o u b l e  l a y e r e d  s u b s t r a t e  a n d   a d d i n g   a   m et am a t e r i a l   l ay er   s t r u c t u r [ 8 ] .   S l o t s   a n d   n o t ch   l o a d e d   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a   h a s   b e e n   i n v e s t i g a t e d   f o r   W i r e l e s s  C o m m u n i c a t i o n   a t  t h r e e  d i s t i n c t  m o d e s  f o r  d u a l - b a n d  o p e r a t i o n  [ 9 ] .   A  p r o x i m i t y   c o u p l e d   f e e d   m i c r o s t r i p  p a t c h  a n t e n n a  w i t h  d u a l  b a n d  h a s  b e e n  d e s i g n e d  u s i n g  T  s l o t t e d  p a t c h  a n d   d u m b b e l l   s h a p e  d e f ec t e d   g r o u n d   w i t h   3 0 . 3 %   a n d   1 8 . 8 %   r e d u c t i o n  i n  t h e  o v e r a l l  a r e a  o f  t h e  p a t c h  a n d  t h e  g r o u n d     p l a n e   [ 1 0 ] .   A  m o n o p o l e  E - s h a p e d  c o m p a c t  p a t c h  a n t e n n a  w i t h  e n h a n c e d  b a n d w i d t h   7 1 . 3 5 %   h a s   b e e n   d e s i g n   fo C -   b a n d   a p p l i c a t i o n s   w i t h   r e c t a n g u l a r   s l o t s   a n d   d e f e c t i v e   g r o u n d   s t r u c t u r e   [ 1 1 ] .   A n   u l t r a - c o m p a c t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN :   2 50 2 - 4 75 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g  &  C o m p   S c i,   Vo l 1 1 , N o 2 A u g u s t   2 01 8   :   4 13     4 18   4 14   m i c r o s t r i p  a n t e n n a  a r r a y  h a s  b e e n  d e s i g n  b y  i n t r o d u c i n g  i n t e r d i g i t a l   r e s o n a t o r   w i t h   m u t u a l   c o u p l i n g   b e t w e e n   a d j a c e n t  p a t c h e s  f o r  w i r e l e s s  c o m m u n i c a t i o n  s y s t e m  o p e r a t i n g  i n  2 . 4 G H z  f r e q u e n c y  [ 1 2 ] .   A  r a d i a t i o n  p a t t e r n   r e c o n f i g u r a b l e   c o m p a c t  m i c r o s t r i p  p a t c h  a n t e n n a  h a s  b e e n  d e s i g n  a n d  i n v e s t i g a t e d  w i t h  c i r c l e  p a t c h ,  r a d i a t i o n   c e l l s ,  c o u p l i n g  c e l l s  a n d  M E M S  s w i t c h e s  t o  r e d u c e  t h e   s i z e   o f   a n t e n n a   b y   g r ad u a l l y  d e c r e as i n g  r e s o n an ce   f r e q u e n c y   f r o m   4. 27   G H z   t o   3 . 7 G H z   [ 1 3 ] .   A   c o m p a c t   r ec t a n g u l a r   m i cr o s t r i p   p at c h  a n t en n a  h a s   b e e n   d e s i g n e d   w i t h   d o u b l e   p a t c h   a n d   c i r c u l a r   s l o t s  o f   d i f f e r e n t   r a d i u s   u s i n g   p r o b e   f e e d   e x c i t a t i o n   f o r  R F I D   a p p l i c a t i o n s   [ 1 4 ] .  A   b r o a d b a n d  a n d  c o m p a c t  s t a c k e d  m i c r o s t r i p  p a t c h  a n t e n n a  h a s  b e e n  d e v e l o p e d  u s i n g   s t a c k e d   c o n f i g u r a t i o n   t w o  p a r a s i t i c  p a t c h e s  s t a c k e d  a b o v e  t h e  d r i v e n  p a t c h  f e d  b y  s h i f t e d  m i c r o s t r i p  f e e d  a n d   a  s t e p  t r a n s f o r m e r   b e t w e e n  f e e d  a n d  p a t c h  t o  a c h i e v e  b r o a d b a n d  c o u p l i n g  [ 1 5 ] .   I n  t h e  p r e s e n t  w o r k ,  t h e  b a n d w i d t h  o f  p r o p o s e d  d e s i g n  a n t e n n a  i s   e n h a n c e d  a n d  s i z e  o f   a n t e n n a   i s   r e d u c e d   b y   l o a d i n g   i n v e r t e d  Y  s l o t  i n  t h e  r a d i a t i n g  p a t c h  w h i c h  i s  d i r e c t l y  f e e d  b y  5 0 Ω   m ic r o s t r ip  lin e  f e e d T h e   f r e q u e n c y   b a n d  o f  p r o p o s e d  a n t e n n a  l i e  b e t w e e n  2 . 0 9 7 G H z  t o  3 . 0 3 0 G H z  w h i c h  i s  s u i t a b l e  f o r  B l u e t o o t h   a n d   o t h e r   c o m m u n i c a t i o n   a p p l i c a t i o n s  [ 1 6 - 1 7] .   T h e  p r o p o s e d  a n t e n n a  h a s  b e e n  d e s i g n e d  o n  g l a s s  e p o x y   s u b s t r a t e   o f   t h i ck n e s s   1 . 6 m m   w i t h   d i e l e ct r i c   c o n s t a n t   ( ε r = 4 . 4)   [ 1 8 ] .   T h e s u b s t r at e m a t e r i a l  h as  l ar g e  i n f l u e n c e   i n  d e t e r m i n i n g  t h e  s i z e  a n d  b a n d w i d t h   o f   a n   a n t e n n a .   I n c r e a s i n g  t h e  d i e l e ct r i c  c o n s t an t  d ec r e as e s  t h e  s i z e  b u t   l o w er s  t h e b an d w i d t h  an d  e f f i c i e n cy  o f  t h e a n t en n a  w h i l e  d e cr e a s i n g  t h e   d i el e ct r i c   co n s t a n t ,   i n cr e a s e s   t h e   b a n d w i d t h  b u t  w i t h  a n  i n c r e a s e  i n   s i z e .         2 .   ANT E NN A DE S I G N   F o r  d e s i g n i n g  o f  a  r e c t a n g u l a r   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t en n a ,   t h e   l en g t h   a n d   w i d t h   a r ca l c u l a t ed   b y  [ 1 8 ,   1 9]       W=   2  2 + 1                                                                                    ( 1 )     W h e r e  c  i s  t h e  v e l o c i t y  o f  l i g h t  ( 3 x 1 0 8   m / s ) ,   ε r   i s  t h e d i e l e c t r i c  co n s t a n t  o f  s u b s t r at e  ( 4 . 4 ) ,  ƒ r   i s  t h e a n t en n a   d e s i g n   f r e q u e n c y ( 3 . 0 0 G H z ) ,   W   i s   t h e   p a t c h   w i d t h ,   a n d   t h e   e f f e c t i v e   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ε r e ff   i s  g i v e n  a s  [ 1 8, 19 ]     r e f f = + 1 2 + 1 2 1 + 12 h W 1 2                                           ( 2 )     A t  h = 1 . 6 m m .   T h e   e x t e n s i o n   l e n g t h   Δ L   i s   c a l c u l a t e d   b y   [ 1 8 ,   1 9]         = 0 . 4 1 2  + 0 . 3 ( + . 26 4 )  . 25 8 ( + 0 . 8 )                                                       ( 3 )     B y   u s i n g  t h e  a b o v e  e q u a t i o n ,  w e  c a n  c a l c u l a t e  t h e  v a l u e  o f  a c t u a l  l e n g t h  o f  t h e  p a t c h  a s  [ 1 8 ,   1 9]     = 2  2                                                                      ( 4 )     T h e  l e n g t h  a n d  t h e  w i d t h  o f  t h e  g r o u n d  p l a n e  c a n  b e  c a l c u l a t e d  a  [ 1 8 ,   1 9]       = 6 h + L                                                                                           ( 5 )     = 6 h +                                                                                         ( 6 )       3 .   ANT E NNA DE S IG N S P E CIF ICA T IO NS   T h e  p r o p o s e d  a n t e n n a  d e s i g n  i s  s h o w n   i n   F i g u r e   1 .  T h e  d e s i g n  f r e q u e n c y  o f  a n t e n n a  i s  3 . 0 0  G H z .   T h e  p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  d e s i g n e d  b y  u s i n g  g l a s s  e p o x y  s u b s t r a t e  ( F R - 4 )   o f   a d i e l e c t r i c  c o n s t an t  4 . 4 .   H e i g h t   o f  t h e  d i el ec t r i c s u b s t r a t e   i s   1 . 6   m m   a n d   l o s s   t a n g e n t   ( t a n δ )   i s   0 . 0 2 .   T h e   c a l c u l a t e d   p a t c h   l e n g t h   a n d  w i d t h  a r e   2 3 . 4   m m   a n d   3 0 . 4 m m  r e s p e c t i v e l y .  T h e  r e c t a n g u l a r  g r o u n d  p l a n e  l e n g t h  a n d  w i d t h  a r e  3 3  m m  a n d  4 0  m m .   T h e  r a d i a t i n g  p a t c h  o f  t h e  a n t e n n a   i s   f e e d   t h r o u g h   5 0 Ω   m i c r o s t r i p  l i n e f e ed .  A l l  t h e  an t e n n a s p ec i f i c at i o n s  ar e   g i v e n  i n   t h e   T a b le   1 .  S im u la t io n   w o r k   i s  d o n e  b y  u s i n g  I E 3 D   s i m u l a t i o n   s o f t w a r e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n e s i a n   J  E l e c  E n g  &  C o m p   S c i     I SSN :   2 50 2 - 4 75 2       A   C o m p a c t   I n v e r t e d   Y   S l o t  R e c t a n g u l a r  M i c r o s t r i p  P a t c h  A n t e n n a  f o r  ( R a m e s h  K u m a r   V e r m a )   4 15     F ig u re   1 .   G e o m e t r y   o f   p r o p o s e d  m i c r o s t r i p  a n t e n n a       T a b le   1 .   A n t e n n a  d e s i g n  s p e c i f i c a t i o n s   S .  N o .             P a r am e t er s   Va l u e   1.   D e s i g n  f r e q u en c y  ( ƒ r )   3. 00 G H z   2.   D i e l e c t r i co n s t an t   ( ε r )   4 .4   3.   S u b s t r a t e  h e i gh t  ( h )   1. 6 m m   4.   L os s   t a ng e nt ( t a )   0. 02   5.   P a t c h  w i d t h  ( W p)   30. 4 m m   6.   P a t c h l e ng t h ( L p)   23. 4 m m   7.   G r ou nd  pl a ne  w i d t h ( W g )   40 m m   8.   G r ou nd  pl a ne  l e ng t h ( L g )   33 m m       4 .   ANT E NNA DE S IG N P RO CE D UR E   A l l   t h e   d i m e n s i o n s   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a   h a s   b e e n   c a l c u l a t e d     b y   u s i n g   t h e   E q u a t i o n s  1 - 6 .   T h e   p r o p o s e d  m i c r o s t r i p  p a t c h  a n t e n n a  i s  l o a d e d  w i t h  i n v e r t e d  Y  s l o t  i n  t h e   r a d i a t i n g   p a t c h .   T h e   g r o u n d   p l a n e   o f   p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  s t a r t i n g  f r o m  ( 0 , 0 )  a t  l o w er  l e f t  c o r n er .  T h e m i cr o s t r i p  l i n e  f ee d   o f   5 0 Ω   i s  p l a ce d  a t  l o w er   l e f t   c o r n e r   o f  t h e  p at ch .     I n i t i a l l y ,  t h e  d e s i g n  a n t e n n a  i s  l o a d e d  w i t h  i n v e r t e d  Y  s l o t  i n  r a d i a t i n g  p a t c h  a n d   d i f f e r e n t   a n t e n n a s   a r e  d e s i g n  b y  v a r y i n g  t h e  a r m  l e n g t h  a n d  w i d t h  o f  i n v e r t e d  Y  s l o t .  T h e  s i m u l a t i o n  r e s u l t s  o f  t h e s e  a n t e n n a s   a r e  g i v e n  b e l o w  a s  s h o w n  i n   T a b le   2 .  T h e  m a x i m u m  b a n d w i d t h  o f  a n t e n n a  i s  1 8 . 3 4 %  r e s o n a t i n g  a t  3 . 0 5 4 G H z   w i t h   r e t u r n  l o s s   - 1 7 . 4 2 d B   w h e n  s l o t  l e n g t h  a n d  w i d t h  1 2 m m   a n d  3 m m   r e s p e c t i v e l y .       T a b le   2   C o n v e n t i o n a l   a n t e n n a  r e s u l t  w i t h  d i f f e r e n t   s l o t  l e n g t h  a n d  w i d t h   S l ot  L e ng t h   ( mm)   S lo t  w id t h   ( mm)   L o w e r fre q .   ( GH z )   H i g h e r fre q .   ( GH z )   R e t u r n l os s   ( dB )   R e s o n an ce  F r eq .   ( GH z )   B a n d w i d t h   ( %)   10   5   2. 895   3. 333   - 12. 57   3. 123   14. 70   11   5   2. 829   3. 330   - 13. 7   3. 096   16. 36   12   3   2. 754   3. 310   - 17. 42   3. 054   18. 34   11   3   2. 781   3. 312   - 15. 89   3. 066   17. 43   10   3   2. 820   3. 321   - 14. 66   3. 090   16. 32       F i n a l l y ,   t h e  a r m  l e n g t h  a n d  w i d t h  o f  i n v e r t e d  Y  s l o t  a r e  f i x e d  a t  1 2 m m  a n d  3 m m  r e s p e c t i v e l y  a n d   l e n g t h  o f  f e e d  s t r i p  i s  v a r y i n g  f r o m  1 . 2 m m  t o   4 . 8 m m   f o r   e n h a n c e m e n t   o f   b a n d w i d t h .   T h e   m a x i m u m   b a n d w i d t h  h a s  b e e n  a c h i e v e d  3 6 . 3 0 %  w h e n  l e n g t h  o f  s t r i p  i s  1 . 8  m m  a n d  w i d t h  4 . 8  m m ,  s h o w  i n  T a b l e   3 .   T h e  a n t e n n a  i s  r e s o n a t i n g  a t  l o w e r  f r e q u e n c y  2 . 4 5 G H z  a s  c o m p a r e  t o  d e s i g n  f r e q u e n c y  3 . 0 0 G H z .   T h e  s i z e  o f   p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  r e d u c e d  b y  3 4 % .   T h e  g e o m e t r y  o f  p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  s h o w n  i n   F ig u re   1 .       T ab l e 3 .   A n t e n n a d e s i g n  p ar a m e t e r s   S .  N o .   P a r am e t er s   V a l u e ( m m )   1   A   12   2   B   3   3   C   10. 2   4   D   4 .8   5   E   1 .8   6   F   4 .8       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN :   2 50 2 - 4 75 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g  &  C o m p   S c i,   Vo l 1 1 , N o 2 A u g u s t   2 01 8   :   4 13     4 18   4 16   5 .   S IM UL AT IO N  RE S UL T  AN D DIS CU S S IO N   I n  t h e   p r e s e n t  w o r k  t h e   b a n d w i d t h   o f   r e c t a n g u l a r   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a   i s   e n h a n c e d   b y   s l o t   l o a d i n g .   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   p r o p o s e d   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a   i s   a n a l y z e d   b y   u s i n g   I E 3 D   s i m u l a t i o n   s o f t w a r e   at  r es o n an c e f r eq u e n c y  o f  2 . 4 5  G H z .  T h s i m u l a t i o n  r e s u l t  o f  r e t u r n  l o s s  i s  p l o t t e d  f o r  t h e  r a n g e  o f   f r e q u e n c y  1 G H z   t o   4 G H z .   T h e  p er f o r m a n c e  s p e c i f i ca t i o n s   r e t u r n  l o s s ,   V S W R ,  g a i n ,   ef f i c i e n c y ,   d i r e c t i v i t y   a n d  r a d i a t i o n  p a t t e r n  o f  p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  s h o w n  i n  t h e   F i g u r e s  2  t o  7 .   F i g u r e   2  r e p r es e n t s  t h e  c o m p a r i s o n  b e t w e e n  s i m u l a t i o n  a n d  e x p e r i m e n t a l  r e s u l t s  o f  t h e  p r o p o s e d   a n t e n n a .   T h e   m a x i m u m  f r a c t i o n a l  b a n d w i d t h  o f  c o n v e n t i o n a l  a n t e n n a  i s  1 8 . 3 4 %  r e s o n a t i n g  a t  3 . 0 5 4 G H z  w i t h   r e t u r n  l o s s   - 1 7. 42 d B .   T h e f r ac t i o n a l   b a n d w i d t h  o f  p r o p o s e d  o p t i m i z e d  a n t e n n a  b e l o w   - 1 0d B  i s  3 6. 30 %  w h i c h   l i e s   b e t w e e n   2 . 0 9 7 G H z   t o   3 . 0 3 0   G H z  a n d  a n t e n n a  i s  r e s o n a t i n g  a t  2 . 4 5 G H z  w i t h  r e t u r n  l o s s   - 2 3. 50 d B .   T h e   F ig u re   2  a l s o  s h o w  t h e  e x p e r i m e n t a l  b a n d w i d t h  g r a p h  o f  p r o p o s e d  a n t e n n a   a n d   h a s   i m p e d a n c e   b a n d w i d t h   o f   2 9. 82 %   i n   t h e   f r e q u e n c y   r a n g e   2 . 1 4 G H z  t o   2 . 8 9 G H z  a n d  r e s o n a t i n g   a t   2 . 4 7 G H z   w i t h   r e t u r n   l o s s   - 1 6. 09 d B T h e  s i m u l a t i o n   r e s u l t s  a n d  t h e  e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s  v a r y  d u e  t o  f a b r i c a t i o n  d e f e c t s .   T h e   V S W R   g r a p h   o f  t h e  p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  s h o w n  i n   F ig u re   3 .  T h e  V S W R  o f  t h e  a n t e n n a  i s   lie s   b e t w e e n  1  t o  2  i n  e n t i r e  o p e r a t i n g  f r e q u e n c y  b a n d .   T h e  V S W R  o f  t h e  p r o p o s e d  a n t e n n a  i s  1 . 1 3 1  a t  r e s o n a n c e   f r e q u e n c y .   F ig u re   4  r e p r e s e n t s  t h e  g a i n  V s  f r e q u e n c y  g r a p h  o f  t h e  a n t e n n a .   T h e   m a x i m u m   g a i n   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a  h a s  b e e n  i m p r o v e d  u p   t o   3 . 3 0 9 d B  a t  r e s o n a n c e  f r e q u e n c y  2 . 4 5 G H z .   E f f i c i e n c y  V s  f r e q u e n c y  g r a p h   o f   a n t e n n a   s h o w n   i n   F ig u re   5 .   T h e  e f f i c i e n c y  o f   p r o p o s e d  a n t e n n a  i s   9 9 . 6 2  % . a t   r e s o n a n c e   f r e q u e n c y .     F ig u re   6  r e p r e s e n t s  t h e  d i r e c t i v i t y  V s  f r e q u e n c y  g r a p h  o f  t h e  a n t e n n a .  T h e  l i n e a r  d i r e c t i v i t y  o f  t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   i s   3 . 3 2 6 d B   a t  r e s o n a n c e  f r e q u e n c y .  A s  s h o w n  i n   F ig u re   7 ,  t h e  2 D  R a d i a t i o n  p a t t e r n  o f  a n t e n n a  h a s   3 d B  b e a m  w i d t h   ( 4 5. 0 9 64 ,  15 0 . 8 71 )  d e g .  i n  E -   p l a n e  d i r e c t i o n .   I m ag e o f  e x p e r i m en t al  r e t u r n   l o s s   V s   f r e q u e n c y  g r a p h  m e a s u r e d  b y  s p e c t r u m  a n a l y z e r  a n d  a n t e n n a  d e s i g n  h a r d w a r e  a r e  s h o w n  i n   F ig u re   8  a n d   F ig u re   9  r es p ec t i v e l y .             F ig u re   2 .   C o m p a r i s o n  b e t w e e n   s i m u l a t i o n  a n d   E x p er i m e n t a l  r es u l t s     F ig u re   3 .  V S W R  o f   p r o p o s e d   a n t e n n a               F ig u re   4 .   G a i n   V s   f r e q u e n c y  g r a p h              F ig u re   5 .  E f f i c i e n c y   V s  f r e q u e n c y   g r a p h      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n e s i a n   J  E l e c  E n g  &  C o m p   S c i     I SSN :   2 50 2 - 4 75 2       A   C o m p a c t   I n v e r t e d   Y   S l o t  R e c t a n g u l a r  M i c r o s t r i p  P a t c h  A n t e n n a  f o r  ( R a m e s h  K u m a r   V e r m a )   4 17       F ig u re   6 .   D i r e c t i v i t y   V s   f r e q u e n c y  g r a p h         F ig u re   7 .   2 D   R a d i a t i o n   p a t t e r n  o f  a n t e n n a             F ig u re   8 .   E x p e r i m e n t a l   r e t u r n  l o s s  V s  f r e q u e n c y   g r a p h   F ig u re   9 .    H a r d w a r e   d e s i g n  o f  a n t e n n a                6 .   CO NCL US IO N   T h e   i m p e d a n c e   b a n d w i d t h   o f   t h e   t r a d i t i o n a l   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a   i s   o n l y   a   f e w   p e r c e n t     ( 2 % - 5 % )  [ 2 0 ] .  T h e r e f o r e ,  i t  b e c o m e s  v e r y  i m p o r t a n t  t o  d e v e l o p  a   n e w   t e c h n i q u e   t o   e n h a n c e   t h e   b a n d w i d t h   o f   t h e  m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a   a n d   r e d u c e  t h e  s i z e   o f  a n t e n n a .   T h e   p r o p o s e d  a n t e n n a  d e s i g n  t e c h n i q u e  a c h i e v e d   m u c h   b e t t e r   r e s u l t s   i n   t e r m s  o f  b a n d w i d t h  e n h a n c e m e n t  a s  w e l l  a s  s i z e  r e d u c t i o n .  P r o p o s e d  a n t e n n a  i m p r o v e d   t h e   f r a c t i o n a l   b a n d w i d t h   f r o m   1 8 . 3 4 %   t o   3 6 . 3 0 %   w i t h   l o w e r   a n d   u p p e r   f r e q u e n c i e s   a s   2 . 0 9 7 G H z   a n d   3 . 0 3 0 G H z  r e s p e c t i v e l y  a n d  a n t e n n a  i s  r e s o n a t i n g  a t  2 . 4 5 G H z .  T h e  s i z e  o f  a n t e n n a  i s  r e d u c e d  b y  3 4 % .   T h e   p r o p o s e d  a n t e n n a  h a s  m a x i m u m  a n t e n n a  e f f i c i e n c y  9 9 . 6 2  %  a n d  3 . 3 0 9  d B  g a i n .   T h e  V S W R  o f  t h e  a n t e n n a   i s   l i e s   b e t w e e n  1   t o  2  i n   e n t i r e   o p e r a t i n g  f r e q u e n c y  b a n d .       R E F E R E N C E S   [1]    Cha o S un ,   Z h ao  Wu ,   Bow e n Ba i   A  N ove l  Com p a c t  W i de ba nd P a t c h A nt e nna  for G N S S  A p p l i c a t i on”   I E E E   T r ans ac t i ons  on A nt e nnas  and P r opagat i on   , 2017, V ol - 65,   Is s ue - 12 ,     [2]    A K ordz a de a nd  F H oj a t   K a s ha ni   A   ne w  re duc e d s i z e  M i c ros t ri p  p a t c h a nt e nna  w i t h fra c t a l  s ha p e d de fe c t s   P r o g r es s  I n  E l ect r o m a g n et i cs   R es ea r ch   B , 2009, V ol - 11, p p - 29~ 37,    [3]    B. N . K i ra n K um a r,   V i bha   Ra ni  G up t a   a nd N i s ha  G up t a , “ Re duc e d s i z e , W i de  Ba nd  M i c ros t ri p   P a t c A nt e nna   for  Wi r el es s   L A N  A p p l i cat i o n s ,   T ech O n L i n -   E duc at i onal  R e s our c e s   f or  E l e c t r oni c s   E ngi ne e r s J une  05, 2008.   [4]    W a ng , H . Y . a nd M . J L a nc a s t e r,  A p e rt ure - c oup l e d t hi n fi l m  s up e rc o nduc t i ng  m e a nde r a nt e nna s ,”   I E E E   T r ans ac t i on on   A nt e nnas   and P r opagat i on , 1999, V ol - 47, p p - 829~ 836 .   [5]    S .S a rka r a nd P .P .   S a rka S i z e  Re duc t i on of Re c t a ng ul a r M i c ros t ri p  P a t c h A nt e nna   us i ng   S l i t   L oa de d G round P l a ne   Int e r nat i onal  J our nal  of  E l e c t r oni c s  &  Com m uni c at i on T e c hnol ogy   (IJ E CT ),   J une   2011, V ol - 2,Is s ue - 2   [6]    W a t e rhous e , R.,  P ri nt e d A nt e nna s  for W i re l e s s  Com m uni c a t i ons J ohn W i l e y  &   S ons  Inc , 2007.   [7]    D a w it  F is t u m,  D ilip  M a li a n d  M o h a mme d  I s ma il “   Ba ndw i dt E nha nc e m e nt  of Re c t a ng ul a r M i c ros t ri p   P at ch   A nt e nna   us i ng  D e fe c t e d G round S t ruc t ure   Indone s i an J our nal  of  E l e c t r i c al  E ngi ne e r i ng and Com put e r  Sc i e nc e ,   V ol 3, N o. 2, A ug us t  2016, p p . 428 ~ 434     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN :   2 50 2 - 4 75 2   I n d o n e s i a n   J   E l e c   E n g  &  C o m p   S c i,   Vo l 1 1 , N o 2 A u g u s t   2 01 8   :   4 13     4 18   4 18   [8]    V . S ri ni va s a  Ra o, K .V .V .S . Re ddy  a nd A .M . P ra s a d “  Ba ndw i dt h E nha nc e m e nt  of M e t a m a t e ri a l   l oa de M i c ros t ri p   A nt e nna  us i ng  D oubl e  L a y e re d S ubs t ra t e   Indone s i an J our nal  of  E l e c t r i c al  E ngi ne e r i ng and Com put e r  Sc i e nc e ,   V ol 5, N o. 3, M a rc h 2017, p p . 661 ~  665.   [9]    A s hi s h S i ng h, K a m a ks hi , M ohd. A ne e s h a nd J .A . A ns a ri  “ S l ot s   a nd  N ot c he s   L oa de M i c ros t ri p   P a t c h A nt e nna  for  W i re l e s s  Com m uni c a t i on”   T E L KO MNIKA  (T e l e c om m uni c at i on, Com put i ng, E l e c t r oni c s  and Cont r ol ) V ol . 13, N o.  3, M a rc h 2015, p p . 584 ~  594      [10]    D a w it  F it s u m,  D ilip  M a li a n d   M o h a mme d  I s ma il “ D u a l - Ba nd P rox i m i t y  Coup l e d F e e d M i c ros t ri p  P a t c h A nt e n n w i t h ‘T ’ S l ot  on t he  Ra di a t i ng  P a t c h a nd ‘D um bbe l l ’ S ha p e d D e fe c t e d G round  S t ruc t ure   Indone s i an J our nal  of   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i ng  and Com put e r  Sc i e nc e  V ol - 3, N o. - 2, A ug us t  2016, p p - 435 ~ 440.     [11]    A nus ha  U , a nd L e t ha kum a ry  B    A  Com p a c t  M i c ros t ri p   A nt e nna  for C Ba nd A p p l i c a t i ons   IO SR  J our nal  of   E l e c t r oni c s   and Com m uni c at i on E ngi ne e r i ng  (IO SR - JE C E ) ,   2017, p p -   12~ 15   [12]    W e i   Q i a o,  X i   G a o,  X i ng   Y a ng   Y u,  S i  M i n L i , Y a n N a n J i a ng  a nd H ui  F e ng  M a  “ U l t ra - Com p a c t  M i c ros t ri p  A nt e nna   A rra y  a nd M i ni a t uri z e d F e e di ng  N e t w ork”   P r ogr e s s  In E l e c t r om agne t i c s   R e s e ar c h C,  Vo l - 71,  2017, p p - 111~ 122   [13]    Wei - D ong  M A , G ua ng - M i n g   W ANG,  Y a - Wei  WA N G  an d  B i n - F e ng  Z O N G  “ Com p a c t  M i c ros t ri p  A nt e nna  w i t P at t er n - Re c onfi g ura bl e  Cha ra c t e ri s t i c   R adi oe ngi ne e r i ng ,   V O L 26, N O . 3, S e p t e m be r 20 17,   pp - 662~ 667.   [14]    Ra nj e e t  S i ng h a nd S i m ra nj e e t  S i ng h T i w a na  “   D e s i g n a nd P e rform a nc e  of a  Com p a c t  M i c ros t ri p  P a t c h A nt e nna   us i ng  Ci rc ul a r s l ot s  A nd S t ub for RF ID  A p p l i c a t i ons   SSR G  Int e r nat i onal  J our nal  of  E l e c t r oni c s   and  Com m uni c at i on E ngi ne e r i ng (SSR G - IJ E CE ),    Vo l -   4 Is s ue -   A ug us t  2017.     [15]    A n k i t a K at y al   a nd A na nj a n Ba s u   Com p a c t   a nd  Broa dba nd  S t a c ke M i c ros t ri p  P a t c h A nt e nna  for T a rg e t  S c a nni ng   A p p l i c a t i ons  1536 - 1225 (c ) 20 1 6  I E E E .   [16]    Chua n - L i ng  H u, Cha ng - F a  Y a ng  a nd S hun - T i a n L i n, “ A  Com p a c t   Inve rt e d - F  A nt e nna  t o be  E m be dde d i n  U l t ra - t hi n L a p t op  Com p ut e r for L T E / W W A N / W I - M AX/ W L AN Ap p l i c a t i o n s” ,   IE E E  T r ans ac t i on on   A nt e nnas  and  P r opagat i on , 2011,    [17]    A vi s a nka r Roy  a nd S una nda n Bhu ni a Com p a c t   Broa d Ba nd D ua l  F re que nc y  S l ot  L oa de d M i c ros l ot  P a t c h a nt e nna   w i t D e fe c t i ng   G round P l a ne  for W I - M A X  an d  WL A N ”,   Int e r nat i onal  J our nal  of  Sof t  Com put i ng &  E ngi ne e r i ng 2012, V ol - 1, Is s ue - 6.   [18]    K . V .  Rop , D . B. O . K ondi t i , H . A . O um a  a nd S . M M us y oki , “ P a ra m e t e r op t i m i z a t i on i n de s i g n of a  re c t a ng ul a m i c ros t ri p   p a t c a nt e nna  us i ng  a da p t i ve  ne uro - fuz z y  i nfe re nc e  s y s t e m  t e c hni que Int e r nat i onal  J our nal  on  T e c hni c al   and P hy s i c al   P r obl e m s  of  E ngi ne e r i ng , 2012,  Vo l - 4, p p - 16~ 23   [19]    Cons t a nt i ne  A . Ba l a n i s , ‘‘A nt e nna   t he ory , A na l y s i s  a nd D e s i g n , J ohn W i l e y  &  S ons , Inc  H oboke n, N e w  J e rs e y 2005.   [20]    P oz a r, D .M , “ M i c ros t ri p  a nt e nna s , p roc e e di ng   of  t he   IE E E J a nua ry  1992,  V ol - 40   [21]    IE 3D   s i m ul a t i on  s oft w a re , Z e l a nd.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.