I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20 ,   pp .   659 ~ 668   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 19 .i 2 . pp 659 - 668             659       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   A   n o v e l   b a n d w i d t h   e n h a n c e d   t r i p l e   b a n d   a n t e n n a   f o r   sa t e l l i t e   a n d   a i r b o r n e   a p p l i c a t i o n s       M o h amm e d   I s m ai l   M o h amm e d   E t h i o pi a n   I ns t i t u t e   o f   T e c hno l o gy ,   M e ke l l e   U n i v e r s i t y ,   E t hi o pi a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  N ov   9 ,   2019   R e v i s e d  J a n   14,   202 0   A c c e pt e d  J a n   28,   202 0       T hi s   pa p e r   p r e s e n t s   a   no v e l   ba ndw i dt h  e nh a nc e m e n t   t e c hni q ue   i n  w h i c h    a   pa s s i v e   s t a c k  o f   t h i r d  o r de r   S i e r p i ns ki   c a r p e t   f r a c t a l   a nt e nn a   i s   pa r a s i t i c a l l y   c o upl e d  t o   t he   dr i v e n  e l e m e nt   t ha t   i s   a l s o   a   S i e r p i n s ki   f r a c t a l   o f   t hi r d  o r de r .   E dg e   f e e di ng   t e c hn i qu e   i s   u s e d.   T he   pa s s i v e   s t a c k  p l a c e d  s y m m e t r i c   t o     t he   d r i v e n  e l e m e n t s   p r o v i de   t he   c o m bi ne d  be n e f i t s   o f   h o r i z o nt a l   a n d  v e r t i c a l   pa r a s i t i c   c o upl i ng ,   w i t h  a dde d  a dv a n t a g e   o f   m i ni a t u r i z a t i o n  c o nt r i bu t e d  by   f r a c t a l   t e c hno l o gy .   R e s ul t   o f   t he   s t udy   i ndi c a t e   t ha t   t h e   a n t e n na   a r r a y   pr ov i de   t r i p l e   ba nd  w i t h  a   l a r g e   i n t e r - ba nd  s e p a r a t i o n  t ha t   m i t i g a t e s   t h e   e f f e c t s   of   i nt e r - ba nd  i n t e r f e r e nc e .   T he   f i r s t   ba nd  a t   6. 1G hz   w i t h  ba ndw i dt h  o f   250M hz   s uppo r t s   m o bi l e   w i r e l e s s   a nd  f i xe d   s a t e l l i t e   s e r v i c e ,   t he   s e c o nd  ba n d  a t   7. 1G hz   w i t h  350 M hz   ba n dw i d t h  s uppo r t s   m o bi l e   w i r e l e s s ,   f i x e d  w i r e l e s s   a n d  f i xe d  s a t e l l i t e   s e r v i c e .   T he   t h i r d   ba n d  i s   a t   1 1. 6G hz   w i t h  ba n dw i d t h  o f   1. 4G hz   a nd  s u ppo r t s   f i xe d  w i r e l e s s   a nd  f i xe d  s a t e l l i t e   s e r v i c e s .   T h e   n um be r   o f   e l e m e nt s   i n  t he   pa r a s i t i c   s t a c k  i nf l ue nc e   a r r a y   pe r f o r m a nc e   i n   t e r m s   o f   ba ndw i dt h,   g a i n  a nd  d i r e c t i v i t y .   T he   ba ndw i d t h  i n  t he   t h i r d  ba nd   i nc r e a s e d  f r o m   1. 5G hz   f o r   t w o - e l e m e nt   s t a c k  t o   1. 7G hz   f o r   t hr e e - e l e m e n t .   T hi s   ha s   a n   a dv a nt a g e   o v e r   c o nv e nt i o na l   a nt e nna   a r r a y ,   t ha t   u s e   m o r e   a c t i v e   a n t e n na   e l e m e nt s   t ha t   ha v e   t h e   l i m i t a t i o ns   o f   m o r e   po w e r   c o ns um pt i o n  a nd  l a r g e   s pa c e   o c c upa nc y .     Ke y w or ds :   E nh a n c e d  b a n dw i dt h   M i n i a t u ri z a t i o n   P a ra s i t i c   c o upl i n g   P a ra s i t i c   s t a c k   S i e r pi n s ki   c a r pe t   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M o h a m m e d  Is m a i l   M o ha m m e d,     E t hi o pi a n  I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o gy ,     M e ke l l e   U n i v e r s i t y ,   P .   B o x. 231 ,   M e ke l l e ,   E t h i o pi a .     E m a i l :   e rm o ha m m e di b @ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   T h e   l ow e r   po r t i o n   o f   t h e   f r e que n c y   s pe c t r u m   i s   a l m o s t   s a t u r a t e d,   a n d  t h e   e m e r g i n g  w i r e l e s s   t e c hn o l o gi e s   de m a n d  a n t e nn a   a rra y   t h a t   e x h i b i t   l a r ge   b a ndw i dt h   w i t h   a   w i de   i n t e r - b a n d  s e pa ra t i o n   t o   m i t i g a t e   a dj a c e n t   c h a nn e l   i nt e r f e r e n c e .   A l s o ,   t h e   a nt e nna   a rr a y   m us t   s uppo r t   m ul t i b a n d  o pe ra t i o n   a nd  b e   m i n i a t u ri z e d  i n   t e r m s   o f   s i z e   a n d  w e i gh t ,   t h a t   i s   hi g h l y   de s i r a b l e   i n   s a t e l l i t e   a n d  a i r - b o rn e   a pp l i c a t i o n s   [1].   R e s e a r c h e r s   ha v e   us e d  di ff e r e n t   a nt e nna   t e c hn o l o gi e s   t o   a c h i e v e   w i de - b a n d  a n d  m ul t i b a n d   o pe r a t i o n s .   B a n dw i dt h   e nh a n c e m e n t   c a n  a l s o   b e   a c h i e v e d  by   us i n g  m i c r o s t ri p  a nt e nna   a rra y   w i t h   a i r   a s   s ub s t r a t e .   I n  [2] ,   pa t c h   a n t e nn a   h a s   b e e n   de s i g n e d  w i t h   a i r   s ub s t ra t e ,   b ut   t h e   b a n dw i dt h   e nha n c e m e nt   i s   n o t   s i g ni f i c a n t .     A n o t h e r  b a ndw i dt h   e nh a n c e m e n t   t e c hn i que   i s   t h e   us e   o f   s l o t s .   I n   [3] ,   a t t e m pt s   t o   a p pl y   a n   a da p t i v e   n e t w o r k - b a s e d  f uz z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   (A N F IS )  fo r   a na l y s i s   of   t h e   re s o n a nt   f r e que n c y   of   a   m i c r o s t r i p   pa t c h   a nt e nn a   w i t h   t w o   e qua l   s i z e   s l o t s   pl a c e d  o n   t h e   pa t c h   i n   t h e   f o r m   o f   pa r a l l e l   t o   r e s o n a n c e   e dge s   i s   pr o po s e d.     T h e   b a n dw i dt h  i s   go o d,   b ut   e xhi b i t s   po o r   ga i n  a nd  di r e c t i v i t y .   In   [4],   de s i g n   o f   a   T   a n d   L   s l o t t e d  m i c r o s t r i p   pa t c h   a n t e nna   f o r   f ut u r e   m o b i l e   a n d  w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n  i s   p r o po s e d.   T h e   a nt e nn a   h a s   go o d  b a n dw i dt h   i m p r o v e m e n t ,   a g a i n   w i t h   po o r   ga i n   a nd   di r e c t i v i t y .   In   [5 ],   b a n dw i dt h   e nha n c e m e n t   t e c hn i que   by   us i n g     T - s h a pe d  s l o t   o pe r a t i n g  a t   2. 4G hz   us i n g  p r o xi m i t y   c o upl e d  fe e di n g  i s   p r e s e n t e d.   T h e   p r o po s e d  a n t e nn a   o pe r a t e s   a t   2 . 4G h z   a n d  4 . 5G h z   s uppo r t i n g  C - b a n d  a nd  s a t e l l i t e   a pp l i c a t i o n s .   T h e   ga i n   a n d  d i r e c t i v i t y   i m p r o v e m e n t   i s   n o t   s i g ni f i c a nt .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     659   -   668   660   B a n dw i dt h   c a n   a l s o   b e   e n ha n c e d  by   us i n g  a nn u l a r   ri n gs .   I n  [6],   a   n e w   d e s i gn   f o r   t h e   a nnul a r   ri n g   m i c r o s t ri p  a n t e nn a   t ha t   ut i l i z e s   t w o   s h o r t i ng  pi n s   t o   r e duc e   t h e   a nt e nna   t o   25%  o f   i t s   o r i g i n a l   s i z e   by   de c r e a s i n g  t h e   r e s o n a n t   f r e que n c y   i s   pr o po s e d.   T h e   a nt e nn a   e xh i b i t s   o m ni di r e c t i o n a l   p a t t e rn  a n d   i s   v e r t i c a l l y   po l a ri z e d .   I n   [7]  a   dua l   b a n d  a nnul a r   r i ng  pa t c h   a nt e nna   i s   i n v e s t i ga t e d  us i n g  t h e   e qui v a l e n t   c i r c u i t   c o n c e pt .   T w o  s y m m e t r i c a l   r e c t a ngul a r   n o t c h e s   a r e   e t c h e d  i n   ra di a t i n g  ri n g  p a t c h   w i t h   r e s pe c t   t o   fe e d  p o i n t .   It   i s   ob s e r ve d  t ha t   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   i s   di r e c t l y   pr o po r t i o na l   t o   t h e   n o t c h   w i dt h  a nd  n o t c h  l e n gt h.     T h e   b a n dw i dt h  o f   t h e   a n t e nna   a t   l o w e r   a n d  hi g h e r   e n ds   a r e   134  M H z (1. 815 - 1 . 681G H z )  a nd  212M H z     (2. 8 49 - 2. 6 37G H z ).     A n o t h e r   b a n dw i dt h   e nha n c e m e n t   t h a t   h a s   ga i n e d  p r o m i n e nc e   i s   t h e   ga p  c o upl e d  t e c h n i que .   I n   t hi s   t e c hn i q ue ,   o n l y   o n e   dr i v e n   e l e m e n t   i s   pa ra s i t i c a l l y   c o upl e d  t o   o t h e r   e l e m e nt s   w h i c h   a c t   a s   pa ra s i t i c   e l e m e n t s .   T h i s   t e c hni que   p r o v i de s   be t t e r   ga i n   a nd  di r e c t i v i t y   b ut   t h e   b a n dw i dt h   o b t a i n e d  i s   n o t   s i g ni f i c a nt .   H ow e ve r ,   t h e r e   i s   s uf f i c i e n t   i n t e r - b a n d  s e pe ra t i o n   t ha t   m i t i g a t e s   a dj a c e n t   b a nd  i n t e r f e r e n c e   [8 - 10].   A n o t h e r   a n t e nna   t e c hn o l o g y   t ow a r ds   b a ndw i dt h   e nh a n c e m e n t   i s   h o r i z o n t a l   pa ra s i t i c   c o upl i n g.   T h e   p r o c e dur e s   us e   t h e   c o n c e pt   t h a t   i f   t h e   r e s o n a nt   f r e que n c y   of   t h e   c o upl e d  e l e m e n t   o r   e l e m e nt s   i s   s l i g ht l y   di ff e r e n t   t o   t h a t   o f  dr i v e n   p a t c h ,   t h e n   t h e   o ve r a l l   b a n dw i dt h   o f   t h e   a n t e nna   c o ul d  be   e n ha n c e d.   B a n dw i dt h s   i n   t h e   o r de r   o f  20%  h a v e   be e n   a c hi e v e d  u s i n g   t hi s   e nh a n c e m e n t   t e c hni que .   T hi s   m e t h o d,   h o w e ve r   ha v e   t h e   l i m i t a t i o n  o f   oc c up y i n g  m o r e   s pa c e ,   a n d  t h e   i m p r o v e m e n t   i n   a n t e nna   c ha r a c t e r i s t i c s   by   us i ng  m o r e   pa ra s i t i c   e l e m e nt s   a dd  t o   t h e   g ra t i ng  l o be   pr ob l e m   [11].   By   us i n g  a dd i t i o n a l   m i c r o s t ri p  pa t c h e s   di r e c t l y   c o upl e d  t o   t h e   r a d i a t i n g  o r   n o n - ra d i a t i n g   e dge s   of   a   r e c t a n gu l a r   m i c r o s t r i p  a n t e nna ,   b r o a db a n d  m i c r o s t r i p  a n t e nna   c a n   b e   de s i gn e d.   H ow e v e r ,     t h e   l i m i t a t i o n   o f   t h i s   i s   t h e   i n c r e a s e d  a n t e nna   s i z e   [1 2].     T o   m i t i ga t e   t h e   p r o b l e m   of   m o r e   s pa c e   o c c upa n c y   by   t h e   h o r i z o n t a l   p a ra s i t i c   c o upl i n g ,   a n o t h e r  t e c hn o l o g y   fo r   b a n dw i dt h   e nh a n c e m e n t   i s   s t a c ki n g .   A   s t a c ke d  m i c r o s t r i p  a n t e nna   w i t h   H - s h a pe d  pa ra s i t i c   pa t c h   f o r   m ul t i b a n d  a ppl i c a t i o n s   i s   pr e s e nt e d  i n   [13].   T h e   a n t e nna   e xhi b i t s   m ul t i b a n d  a n d  w i de b a n d   o pe r a t i o n ,   b ut   h a s   l o w   ga i n   a n d  di r e c t i v i t y .   In   [1 4],   a   dua l   b a n d  s t a c ke d  m i c o s t r i p  a nt e nn a   a rr a y   i s   pr e s e n t e d  fo r   w i r e l e s s   l oc a l   a r e a   n e t w o r k.   S t a c ki n g  o f  t h e   pa t c h e s   i s   do n e   t o   a c h i e v e   dua l   b a n d  a nd  r e s o na n t   s l o t   t o  a c hi e v e   gr e a t e r  b a ndw i dt h .   T h e   a n t e nna   s h o w s   a   b a n dw i dt h  o f   228. 3  M H z   f r o m   3. 63  t o   3. 86   G H z   a n d  2 32  M H z   f r o m   5. 15  t o   5. 38  G H z .   T o   ob t a i n   l a rge   b a n dw i dt h   a t   t h e   s a m e   t i m e   ob t a i n   m i ni a t u ri z a t i o n ,   f ra c t a l   a n d   s t a c k  t e c hn o l o gy   i s   i nt e gra t e d .   I n  [15] ,   a   n o v e l   de s i gn   o f   a   s t a c ke d  t w o   l a y e r   m i c r o s t r i p   pa t c h  a nt e nna   w i t h  w i de b a n d  c h a ra c t e ri s t i c s   i s   p r o po s e d.   T h e   i m pe da n c e   b a n d w i dt h   o f   s i n gl e   l a y e r   pa t c h   i s   7%.   A f t e r   us i n g   s t a c ki n g  a nd  f r a c t a l   m e t h o do l o g y ,   t h e   i m pe da n c e   b a n dw i dt h   i n c r e a s e s   up  t o   69%  ra n gi ng  f r o m   7. 5G H z   t o  14. 4G H z   w i t h   a c c e pt a b l e   r e t u rn  l o s s .   I n  [16] ,   t h e   de s i g n  a nd  a na l y s i s   of   a   t r i a n gu l a r  s h a pe   i n v e r t e d   f r a c t a l   pa t c h   a n t e nna   i s   pr o po s e d  a n d  s h o w s   m i n i a t u ri z a t i o n   a nd  m ul t i b a n d  o pe r a t i o n   w i t h o ut   de gra da t i o n   o f   i t s   ga i n.   It   i s   f o un d  t h a t   s e c o n d  i t e r a t e d  s t r uc t u r e   r e s o n a t e s   a t   2. 33 67  G H z ,   5. 39  G H z ,   7. 5 8  G H z   w i t h  c o r r e s po n di ng  g a i n  8 . 68  dB ,   7. 30  dB   a n d  6 . 33   dB .   I n  [17] ,   a n  a nt e nna   a rra y   i s   fo r m e d  us i ng  G i us e ppe   P e a n o   f r a c t a l   p a t c h e s   f o r   a c h i e v i n g   b o t h   w i de b a n d   a n d   h i g h   g a i n   p r o pe rt i e s   i s   p r o po s e d.   T h e   s i m u l a t i o n  a nd  m e a s u r m e n t   r e s ul t s   c o n t ri b ut e   t o   w i de b a n d ,   hi g h   di r e c t i v i t y   a n d  h i g h   a pe rt u r e   e ff i c i e n c y .   H ow e ve r ,   t h e   i n t e r - b a n d  s e pe r a t i o n   i s   n o t   s i g n i f i c a n t .   A   dua l   f r e que n c y   b r o a db a n d  m i c r o s t r i p  a n t e nna   w i t h   a   r e a c t i v e   l o a di ng  a n d   s t a c ke d  e l e m e n t s   i s   p r o po s e d  i n   [18]. T h e   r e s ul t s   e xhi b i t   e nh a n c e d  b a n dw i dt h   a n d  g a i n   w i t h   s o m e   b e t t e r m e n t   i n   i n t e r - b a n d   s e pe r a t i o n.     F r o m   t h e   l i t e r a t u r e   r e v i e w ,   w e   s e e   t h a t ,   us i n g  a   s i n gl e   p a t c h   w i t h   d i f fe r e nt   t e c hni que s   s uc h   a s   a i r  s ub s t r a t e ,   s l o t   l o a di n g ,   i nt e gra t e d  r e a c t i v e   l o a di n g  a nd  a nnul a r   ri n g  p r o v i de   a   b a n dw i dt h   i m p r o v e m e n t   o f  a b o ut   8%,   w hi c h  i s   n o t   a de qua t e   f o r   w i r e l e s s   s y s t e m s .   U s i n g   m ul t i p l e   a nt e nna   e l e m e nt s   c o ul d  b e   o n e   s o l ut i o n  of   b a n dw i dt h   e nh a n c e m e n t .   U s i n g  h o r i z o n t a l   p a r a s i t i c   c o upl e d  a n t e nn a   do e s   pr o v i de   a   b a n dw i dt h   i m p r o v e m e n t   o f   a bo ut   20  %  w h i c h   i s   go o d  e n o u gh ,   b ut   t h e y   o c c up y   m o r e   s pa c e   [19].   B a ndw i dt h   e nh a n c e m e n t   i s   a l s o   a c h i e v e d  by   pa r a s i t i c   ga p  c o upl i n g   of   i de n t i c a l   a nt e nna .   H e r e   a   s i n gl e   r e c t a ngul a r   m i c r o s t ri p  pa t c h   i s   s pl i t   i nt o   e qua l   s m a l l e r   e l e m e n t s   a l o ng   t h e   w i dt h,   ke e pi n g  t h e   l e n g t h   s a m e .   O f   t h e s e ,     o n e   of   t h e   e l e m e nt s   i s   f e d  w h i l e   o t h e r s   a r e   ga p  c o upl e d  t o   i t s   n o n - r a di a t i ng  e dge s   [20].   S t a c ke d  a nt e nn a   pr o v i de   go o d  b a n dw i dt h   e nha n c e m e nt ,   b ut   n o t   go o d  ga i n  a n d   di r e c t i v i t y .     T h e   n o v e l t y   o f   t h e   pr o po s e d  w o r k  i s   t ha t   t h e r e   i s   a   s i n g l e   t hi r d  o r de r   S i e r pi n s ki   c a r pe t   d ri v e n   e l e m e n t   t ha t   h o ri z o n t a l l y   c o upl e s   t h e   s t a c k  of   pa s s i v e   e l e m e nt s   pl a c e d  s y m m e t ri c a l l y   t o   t h e   dr i v e n   e l e m e nt .   T h e   e l e m e n t s   i n   t h e   s t a c k  a r e   a l s o   S i e r p i n s ki   c a rpe t   o f  t h i r d   o r de r .   I n s e t   f e e di n g  t e c hni que   i s   us e d.     T h e   pa ra s i t i c   e l e m e n t s   i n  t h e   s t a c k  a r e   i n c r e a s e d  gra du a l l y ,   a n d  i t s   i n f l ue n c e   o n   b a n dw i dt h   e nh a n c e m e n t   a n d   i m p r o v e m e n t   i n   ra di a t i o n   c h a ra c t e r i s t i c s   i n   t h e   f o r m   o f  ga i n,   di r e c t i v i t y   a n d  ra d i a t i o n  e ff i c i e n c y   i s   i n v e s t i ga t e d.               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   bandw i dt h  e nhan c e d  t r i pl e   band   ant e nn a  f or   s at e l l i t e   and…   ( Moham m e d   Is m ai l   M oham m e d )   661   2.   R ES EA R C H   M ET H O D   2. 1 .     D e s i gn   o f  p atc h   an te n n a   A   r e c t a n gu l a r   p a t c h   a nt e nn a   i s   de s i gn e d  t o   o pe r a t e   a t   3. 5G hz   by   u s i n g  R o ge r s   R T   / dur o i d  58 80(t m )   di e l e c t ri c   m a t e ri a l   w i t h  a   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t   o f   2 . 2.   T h e   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   t h e   s ub s t ra t e       i s   t y pi c a l l y   i n   t h e   ra n ge   o f   2         12   [21] .   W h e n  i t   c o m e s   t o   di e l e c t r i c   m a t e r i a l   c h o i c e ,   a   m a t e ri a l   w i t h   l o w e r   v a l ue   of  di e l e c t ri c   c o n s t a n t ,   by   de f a ul t   r e p r e s e n t s   a   t hi c k  di e l e c t ri c   m a t e ri a l ,   a n d  a   t h i c k  di e l e c t r i c   m a t e r i a l   f a c i l i t a t e   b a n dw i dt h   e nha n c e m e n t .   U s i n g  t h e   e xpr e s s i o n   fo r   t h e   l i m i t i n g  v a l ue   f o r   t h e   h e i g ht   o f  t h e   s ub s t r a t e ,   de f i n e d   by ,   0. 003                      ,   a n d   us i ng  t h e   d i e l e c t ri c   m a t e ri a l   m a nuf a c t u r e r  d a t a   s h e e t , t h e   s e l e c t e d  h e i g ht   o f  t h e   di e l e c t ri c   s ub s t ra t e   i s   1 . 57 5m m . U s i n g  t h e   r e s o na n t   f r e que n c y , r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   a n d  t h i c k n e s s   o f   t h e   s ub s t r a t e ,   t h e   di m e n s i o n s   o f  t h e   pa t c h ,   g r o u n d  pl a n e   a n d   fe e d   a r e   de t e r m i n e d.   T hi s   i s   pr e s e nt e d  i n   t h e   fo l l ow i n g   s e c t i o n :       2. 1 . 1.   D i m e n s i o n   o f  th e   p atc h   R e c t a ngul a r   p a t c h  a nt e nna   w i dt h   (w ):                √                   (1)                                     √                                             E f fe c t i ve   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   o f   s ub s t r a t e   (          )  :                                        (            )         (2)                                            (                                         )                        2. 286       E f fe c t i ve   e l e c t r i c a l   l e n g t h   o f   t h e   p a t c h                    :                     √       (3)                                              √                            =   30 . 30 m m     T h e   e xt e n de d  l e n g t h   o f   t h e   p a t c h   (ΔL ):                                                                                                          (4)                                                                                                                                                                                                                   T h e   l e n g t h   o f   t h e   p a t c h   (   ):                           (5)     L = 30. 30 - 2(0 . 8)  =   28. 7m m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     659   -   668   662   2. 1 . 2.   D i m e n s i o n   o f  th e   fe e d   L e n gt h  o f   fe e d        ):                                √                     mm       W i dt h   o f   f e e d  i s   g i v e n   by :                  √          (                         (               ) )   ( 6 )                √            (                                       (                               ) )     W =   4 . 42m m     2. 1 . 3.   D i m e n s i o n   o f  th e   gr o u n d   p l an e   D i m e n s i o n  o f   gr o und  p l a n e   w i dt h             a n d   l e n gt h (       ) :     G r o u n d  p l a n e   w i dt h           =                   ( 7 )          2(14. 4 m m )  + 33 . 9m m =   6 2. 7 m m     G r o u n d  p l a n e   l e n gt h(       )  =                                                              ( 8 )     T h e   s i m ul a t i o n  pa ra m e t e r s   a r e   l i s t e d  i n  T a b l e   1.         T a b l e   1 .   S i m u l a t i o n  p a r a m e t e r s   S i m u l a t i o n   P a ra m e t e r   V a l u e   o f   p a ra m e t e r   Re s o n a n t   F r e q u e n c y   3 . 5 G h z   D i e l e c t r i c   s u b s t ra t e   Ro g e r s   RT   D u ro i d / 5 8 8 0   Re l a t i v e   P e r m i t t i v i t y   2 . 2   H e i g h t   o f   s u b s t ra t e   1 . 5 7 5 m m   P a t c h   w i d t h   3 3 . 9 m m   P a t c h   l e n g t h   2 8 . 7 m m   L e n g t h   o f  fe e d   1 4 . 4 4   W i d t h   o f  fe e d   4 . 4 2 m m   W i d t h   o f  g r o u n d   p l a n e   6 2 . 7 m m   L e n g t h   o f  g ro u n d   p l a n e   5 7 . 5 m m       2. 2 .     D e s i gn   o f  s i e r p i n s k i   c a r p e t   f r ac t al   an te n n a   W h e n   w e   a ppl y   t h e   c o n c e pt   of   f r a c t a l s   t o   de s i gn   a nt e nna s ,   a   f r a c t a l   c a n   f i l l   t h e   s pa c e   o c c upi e d  b y   t h e   a nt e nna   i n   a   m o r e   e ff e c t i v e   m a nn e r  t ha n   t h e   t ra di t i o na l   E uc l i de a n  a nt e nn a .   T h i s   l e a ds   t o   m o r e   e ff e c t i ve   c o upl i n g  o f   e n e r gy   f r o m   fe e di n g  t r a n s m i s s i o n   l i n e s   t o   fr e e   s pa c e   i n   l e s s   vo l um e .   T h e s e   s pa c e - f i l l i n g   pr o pe rt i e s   l e a d  t o   c ur v e s   t ha t   a r e   e l e c t ri c a l l y   ve r y   l o n g,   b ut   f i t   i nt o   a   s m a l l   p h y s i c a l   s pa c e .   T h i s   p r o pe r t y   c a n   l e a d  t o   t h e   m i ni a t u ri z a t i o n   o f   a nt e nn a   e l e m e nt s   [22 - 25].   T h e   f r a c t a l - d i m e n s i o n   i s   de f i n e d  a s   a   m e a s u r e   o f   t h e   s pa c e - f i l l i n g  p r o pe r t i e s   a n d  c o m pl e xi t y   of   t h e   f r a c t a l   s ha pe .   F r a c t a l   di m e n s i o n   i s   s i m i l a r   t o   E uc l i de a n   di m e n s i o n,   w i t h   t h e   di m e n s i o n   o f  a   l i n e   i s   1,   pl a n e r   s u r f a c e   i s   2,   a n d  b o x  i s   3.   T h e   f r a c t a l   di m e n s i o n   i s   a l w a y s   i n   t h e   r a nge   o f               a n d  i t   de pe n ds   o n  t h e   f r a c t a l   t y pe .   F o r   e xa m pl e ,   t h e   d i m e n s i o n  o f   S i e r pi n s k i   i s   n o t   t h e   s a m e   a s   K o c h   f r a c t a l .   T o   de t e rm i n e   t h e   f r a c t a l   d i m e n s i o n ,   o n e   c a n  s i m p l y   us e   t h e   pow e r   l a w   r e l a t i o n  b e t w e e n   t h e   num b e r  o f   pi e c e s ,       a nd  t h e   r e duc t i o n   f a c t o r,       [26] ,   de f i n e d  i n   (10 ) .                  ( 9 )     t a k i n g  l o ga r i t h m s   o n  b o t h   s i de s   f o r ,   w e   ge t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   bandw i dt h  e nhan c e d  t r i pl e   band   ant e nn a  f or   s at e l l i t e   and…   ( Moham m e d   Is m ai l   M oham m e d )   663                             (1 0 )     E qui v a l e nt l y ,                              ( 11 )     W h e r e       i s ,             ,      2. 2 . 1.   I te r at e d   F u n c ti o n   S ys te m s   (I F S )   A n   i t e ra t e d  f un c t i o n   s y s t e m   i s   a   m e t h o d  o r   a l go r i t hm   t o   ge n e ra t e   di f f e r e n t   f r a c t a l s   t y pe s .   T h i s   a l go ri t hm   us e s   a n  a f f i n e   t r a n s f o r m a t i o n   [27]   gi v e n  i n  (1 2 ),       (     )   (         ) (     )   (     )   (1 2 )     w h e r e   t h e   p a r a m e t e r s     ,    ,      a n d      a r e   r e a l   n u m b e r s   a nd  de f i n e   t h e   r o t a t i o n  a nd  s c a l i n g  c o e ff i c i e n t   o f   i n i t i a l   ge o m e t r y ,   a n d      a nd      de f i n e   t h e   t ra n s l a t i o n  v a r i a b l e s .     T h i s   c a n   b e   w r i t t e n   m o r e   c l e a rl y   a s   [28]   in   (1 3 ),         *     +   [                                                                         ] *     +   *     +   (1 3 )     T h i s   m a y   be   r e a rra n ge d  a s   g i v e n   i n   (1 4 ),                     (                                                                                             )   (1 4 )     W h e r e       a nd      a r e   t h e   s c a l i n g   f a c t o r s   i n        a nd         ax i s   r e s pe c t i v e l y ,   w h i l e       de f i n e s   t h e   r o t a t i o n   a n g l e s   i n          pl a n e ,   a n d   t h e   v a ri a b l e s ,       a nd       de f i n e   t h e   t ra n s l a t i o n  v a r i a b l e s . If   w e   a s s um e   n  n u m b e r  o f   s e t s   o f   a f f i n e   t r a n s f o r m a t i o n ,   i . e                                 ,   a n d   i f   w e   ha v e       t o   b e   a n   i n i t i a l   i m a ge ,   a ppl y i n g   t hi s   s e t   o f  t r a n s f o r m a t i o n s   o n  t h e   i m a ge   ge n e ra t e s   a   s e t   o f   s e l f - af f i n e   c opi e s   gi v e n  i n  (1 5 ).                                                       (1 5 )     w h e r e ,   W   i s   k n o w n   a s   t h e   H ut c hi n s o n  o pe r a t o r.     T h e   IF S   i s   v e r y   i m po r t a nt   m e t h o d  t o   de s i gn  f r a c t a l   a n t e nna s   f o r   di f f e r e n t   a ppl i c a t i o n s .     T h e   c o n s t r uc t i o n   o f   S i e r p i n s ki   c a r pe t   i s   s i m i l a r  t o   t h e   c o n s t r u c t i o n   o f   S i e r pi n s ki   ga s ke t   b ut   i n s t e a d  o f  t r i a n gl e ,   a   s qua r e   i s   us e d  a s   a   s t a r t i n g  ge o m e t r y .   T h e   s qua r e   i s   s ub d i v i de d  i n t o   9  c o n g r ue n t   s qua r e s   a n d  t h e   m i ddl e   s qua r e   i s   r e m o v e d   fo r   f i r s t   i t e ra t i o n .   T hi s   c o n s t r uc t i o n   m e t ho d  c o n t i nue s   u n t i l   t h e   de s i r e d  t hi r d  i t e r a t i o n   f o r   t h e   p r o po s e d  s t ud y   i s   o b t a i n e d.   T h e   e v o l ut i o n   s t a ge s   f o r   S i e rpi n s ki   c a r pe t   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   1.             F i gu r e   1 .   E v o l ut i o n a r y   s t e ps   o f   t h e   S i e r p i n s ki   c a r pe t   [22]       3.   R ES U LT  A N D   A N A L Y S I S   T h e   pa t c h   a nt e nn a   de s i g n e d  t o   o pe r a t e   a t   3 . 5G hz   i s   s ub j e c t e d  t o   t hi r d  o r de r   S i e r p i n s ki   c a r pe t   f r a c t a l   t e c hn o l o g y .   T w o   pa r a s i t i c   e l e m e n t s   a r e   p l a c e d  s y m m e t r i c a l   t o   t h e   d r i v e n   e l e m e n t ,   a n d  t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   pa r a s i t i c   c o upl e d  a rr a y   i s   e v a l ua t e d  us i n g  r e t u rn  l o s s , v ol t a ge   s t a n d i n g  w a v e   r a t i o (V S W R ),   i m pe d a n c e   b a n dw i dt h,   ga i n   a nd  di r e c t i v i t y ,   a n d  a nt e nn a   e f f i c i e n c y .   N e xt ,   a   s t a c k  o f   t w o   pa r a s i t i c   e l e m e nt s   i s   de s i g n e d,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     659   -   668   664   a n d  pl a c e d  s y m m e t ri c a l   t o   t h e   dr i v e n   e l e m e nt   a n d  t h e   pe r f o rm a n c e   e v a l ua t e d.   T h e   s a m e   pr o c e dur e   i s   r e pe a t e d  fo r   t h e   s t a c k  w i t h   t hr e e   pa ra s i t i c   e l e m e n t s .   F i na l l y ,   t h e   i n f l ue n c e   of   t h e   n u m b e r   o f   pa ra s i t i c   e l e m e nt s   i n  t h e   s t a c k  o n  a nt e nn a   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e d.   T hi s   i s   di s c us s e d  i n   t h e   f o l l ow i n g  s e c t i o n.       3. 1 .     D r i v e n   e l e m e n t  p a r as i t i c   c o u p l e d   to   s ym m e tr i c   p ar as i ti c   e l e m e n ts   T h e   t h i rd  o r de r   S i e r p i n s ki   c a rpe t   f r a c t a l   i s   us e d  a s   t h e   d ri v e n  e l e m e n t   us i n g  i n s e t   f e e di n g  t e c hn i q ue ,   a n d  t w o   S i e r pi n s ki   f ra c t a l   o f   t hi r d   o r de r   a r e   pl a c e d  s y m m e t r i c   t o   t h e   d r i v e n  e l e m e nt   a n d   c o upl e d  pa ra s i t i c a l l y .   T h e   di s t a n c e   of   s e pa r a t i o n   b e t w e e n   d r i v e n   a n d  p a r a s i t i c   e l e m e nt   i s   ke pt   a t   ha l f   w a v e l e n gt h   t o   m i ni m i z e   m ut u a l   c o upl i n g  e f fe c t s .   T hi s   a rr a nge m e nt   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   2.   P e r f o r m a n c e   of   t h e   pa ra s i t i c   a rr a y   i s   e v a l ua t e d  us i ng  t h e   f o l l ow i n g   m e t ri c s .             F i gu r e   2 .   D ri v e n   e l e m e n t   pa ra s i t i c   c o upl e d  t o   S y m m e t ri c   P a ra s i t i c   e l e m e nt s       R e tu r n   l o s s   [29] :  -   R e t urn   l o s s   pa ra m e t e r s   r e f l e c t s   t h e   m a t c hi n g  c o n di t i o n   a t t a i n e d  a nd  i t   h e l ps   us   t o   e v a l ua t e   t h e   i m pe d a n c e   b a n dw i dt h.   T hi s   i s   s h o w n   i n   F i gu re   3.   I t   i s   c l e a r   t h a t   t h e   a nt e nn a   o pe r a t e s   a t   t hr e e   b a n ds   o f   6   G H z ,   w i t h   i m pe da n c e   b a n d  w i dt h   o f   250  M H z ,   7. 1  G H z   w i t h   i m pe d a n c e   b a n dw i dt h   o f  350  M H z   a n d  11 . 6  G H z   w i t h   i m pe d a n c e   b a n d  w i dt h  o f   1. 4  G H z . T h e   c o r r e s po n di ng  r e t u rn  l o s s   a r e   - 14 . 81  dB ,   - 14. 57  dB   a n d  - 17. 69  dB   a t   6 G hz ,   7 . 1G h z   a nd  11. 6G hz   r e s pe c t i v e l y.     V S WR :  -   T h e   t h e o r e t i c a l   l i m i t i ng  v a l ue   o f   V S W R   i s   1  t o   2  fo r   a   go o d  a n t e nn a   de s i g n.   T h e   V S W R  fo r   t h e   de s i g n e d  a nt e nn a   i s   1 . 4   f o r   6  G H z   b a n d,   1 . 45  f o r   7 . 1  G H z   b a n d   a nd  1 . 29   f o r   11. 6  G H z   b a n d  w hi c h  r e f l e c t s   t h a t   t h e   p r o po s e d  a nt e nna   de s i g n  i s   o pt i m a l .   T h i s   i s   s h o w n   i n  F i gu r e   4.             F i gu r e   3 .   R e t u rn   l o s s   pl o t   f o r   F i gu r e   2           F i gu r e   4 .   V S W R   o f   F i gur e   2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   bandw i dt h  e nhan c e d  t r i pl e   band   ant e nn a  f or   s at e l l i t e   and…   ( Moham m e d   Is m ai l   M oham m e d )   665   D i r e c ti v i ty ,   gai n   an d   r ad i at i o n   e ff i c i e n c y   T he   p ro p o s e d   a nt e n na   s ho w n  i n  F i g u re   2   e x hi b i t s   p e a k   d i re c t i v i t y   o f   7 . 9 7 ,   p e a k   g a i n  o f   7 . 4   w hi c h  i s   w e l l   b e y o nd   a n  i s o l a t e d  f ra c t a l   a nt e n n a .   T he   re s u l t s   a re   t a b u l a t e d   i n  T a b l e   2.   T he   de s i g ne d   a nt e n n a   e x hi b i t s   a n  a nt e n n a   e f f i c i e nc y   o f   9 3   %   w hi c h  i s   g o o d   e no u g h  f o r  m a j o ri t y   o f   w i re l e s s   a p p l i c a t i o ns .   T hi s   i s   s ho w n  i n  T a b l e   2.         T a b l e   2 .   P e a k   ga i n,   d i r e c t i v i t y   a n d   ra di a t i o n   e f f i c i e n c y   of   F i gur e   2         3. 2 .     D r i v e n   e l e m e n t  p a r as i t i c   c o u p l e d   to   a  s ym m e tr i c   p a r as i ti c   s ta c k   o f  tw o   e l e m e n t   A   t w o   e l e m e n t   s t a c k  o f   pa r a s i t i c   e l e m e n t s   i s   pl a c e d  s y m m e t ri c a l l y   t o   t h e   d r i v e n   e l e m e n t   h a l f   l a m b da   a pa rt   a n d  t hi s   a rra n ge m e n t   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   5.   T h e   di s t a n c e   of   s e pa r a t i o n   b e t w e e n   t h e   t w o   pa r a s i t i c   e l e m e n t s   i n   t h e   s t a c k  i s   3m m ,   a n d  a i r   i s   t h e   di e l e c t ri c   m a t e r i a l   us e d.   T h e   i n f l ue n c e   of   s y m m e t r i c   t w o   e l e m e n t s   pa r a s i t i c   s t a c k  o n   a n t e nna   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l u a t e d  us i n g   t h e   f o l l ow i n g  m e t r i c s .             F i gu r e   5 .   D ri v e n   e l e m e n t   pa ra s i t i c   c o upl e d  t o   t w o - el e m e n t   s y m m e t ri c   pa ra s i t i c   s t a c k       R e tu r n   l o s s   F i gu r e   6  s h o w s   t h a t   by   pl a c i n g  t w o   e l e m e n t s   p a r a s i t i c   s t a c k  s y m m e t r i c a l   t o   d ri v e n   e l e m e nt ,     t h e   o pe r a t i n g  b a n ds   r e m a i n   u n c ha n ge d  a t   6  G H z ,   7. 1  G H z   a nd  11. 6  G H z   c o m pa r e d  t o   s i n g l e   pa r a s i t i c   e l e m e n t   s y m m e t ri c a l l y   pl a c e d  t o   dr i v e n   e l e m e n t   s h o w n   i n   F i gu r e   2.   H ow e ve r ,   f o r   t h e   t hi r d  b a nd  a t   11 . 6  G H z ,     t h e   i m pe da n c e   b a ndw i dt h   i m p r o v e d  t o   1. 5  G H z ,   f r o m   1. 4G h z   i n   s i ngl e   p a ra s i t i c   e l e m e nt   pl a c e d  s y m m e t r i c a l   t o   dri v e n   e l e m e n t   s h o w n   i n  F i g u r e   2 .   A   s i g ni f i c a nt   1000M hz   b a n dw i dt h  i s   o b t a i n e d   i n  t h e   t hi r d  b a n d .             F i gu r e   6 .   R e t u rn   l o s s   fo r   F i gu r e   5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     659   -   668   666   P e ak   d i r e c ti v i ty,   p e ak   ga i n   an d   an te n n a   e ff i c i e n c y   T h e   di r e c t i v i t y   a n d  pe a k  g a i n  f o r   t w o   pa r a s i t i c   e l e m e n t   s t a c k  pl a c e d  s y m m e t ri c a l   t o   dri v e n   e l e m e nt   s h o w n   i n   F i gu r e   5,   i s   8. 4  dB   a n d  7. 8  dB   r e s pe c t i v e l y .   T h i s   m e a n s   t h e   di r e c t i v i t y   i s   i m p r o v e d   by   0. 43dB   (8. 4 - 7. 97  =   0 . 43)   a nd  a nd  g a i n  i s   0 . 4  dB   (7 . 8 - 7 . 4  =   0 . 4)   c o m pa r e d  t o   s i n gl e   s y m m e t ri c   pa ra s i t i c   e l e m e nt   c o upl e d  t o   dri v e n   e l e m e n t .   T h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   h ow e ve r   r e m a i ns   u n c ha n ge d  a t   92. 8  % .   T h e   r e s ul t s   a r e   t a b ul a t e d  i n   T a b l e   3.         T a b l e   3 .   P e a k   di r e c t i v i t y ,   ga i n  a n d   a nt e nn a   e f f i c i e n c y   fo r   F i g ur e   5         3. 3 .     D r i v e n   e l e m e n t  p a r as i t i c   c o u p l e d   to   s ym m e tr i c   th r e e - e l e m e n t  p ar as i ti c   s t ac k   A   t hr e e   e l e m e nt   pa ra s i t i c   s t a c k  i s   pl a c e d  s y m m e t ri c a l l y   t o   t he   dr i v e n   e l e m e n t   ha l f   l a m b da   a p a r t   a n d  t h i s   a rra n ge m e n t   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   7.   T h e   di s t a n c e   of   s e pa ra t i o n   b e t w e e n   t h e   d r i v e n   e l e m e n t   a n d  t h e   pa r a s i t i c   s t a c k  i s   ha l f   l a m b da   a pa rt .   T hi s   m i t i ga t e s   t h e   m ut u a l   c o upl i n g  e f f e c t s   t o   a   c e r t a i n   e xt e n t .   H ow e ve r ,   t h e   di s t a n c e   of   s e pa ra t i o n   b e t w e e n   t h e   f i r s t   a n d  s e c o n d  pa r a s i t i c   e l e m e nt s   i s   3m m ,   a n d  t h e   di s t a n c e   of  s e pa ra t i o n   b e t w e e n   s e c o n d  a n d  t h i rd  e l e m e nt   i s   a l s o   3m m .   T h e   s pa c e   b e t w e e n   t h e   pa ra s i t i c   e l e m e nt s   i s   f i l l e d  w i t h   a i r   a s   di e l e c t r i c .   T he   a d d i t i o na l   p a r a s i t i c   e l e m e nt   o n  t o   t he   p a ra s i t i c   s t a c k   i m p ro v e s   t he   p e rf o rm a nc e   o f   t he   a n t e n na ,   a nd   t hi s   i s   p re s e nt e d   i n   t he   f o l l o w i ng   s e c t i o n.   T he   p e rf o rm a nc e   i s   e v a l u a t e d   u s i ng   t he   f o l l o w i ng   m e t ri c s .             F i gu r e   7 .   D ri v e n   e l e m e n t   pa ra s i t i c   c o upl e d  t o   t hr e e - el e m e n t   s y m m e t r i c   p a r a s i t i c   s t a c k       R e tu r n   l o s s   T h e   r e t u rn   l o s s   pl o t   s h o w n   i n   F i gu r e   8  i ndi c a t e   t h a t   by   a ddi ng  o n e   a dd i t i o n a l   e l e m e n t   t o   t h e   pa ra s i t i c   s t a c k,   i . e   f r o m   i n i t i a l   t w o - e l e m e n t   s t a c k  t o   t hr e e   e l e m e n t   s t a c k  pl a c e d  s y m m e t r i c a l   t o   t h e   dri v e n   e l e m e n t ,     t h e   o p e r a t i n g  b a n ds   a r e   r e duc e d  t o   t w o ,   f r o m   t h e   e a r l i e r   t hr e e   b a n ds   i n   t w o   e l e m e n t s   pa r a s i t i c   s t a c k.   T h e   f i r s t   b a n d  i s   a t   6  G H z   w i t h   a n   i m pe da n c e   b a n dw i dt h   o f   300   M H z   a n d  r e t u rn   l o s s   of  - 13. 74  dB ,   a n d  t h e   s e c o n d  b a n d  i s   a t   11 . 6  G H z   w i t h   a n   i m pe d a n c e   b a n dw i dt h   o f   1. 7  G H z ,   w i t h   a   c o rr e s po n d i n g  r e t u rn  l o s s   of   - 18. 70dB .   T h e   s e c o n d  b a n d   a t   11 . 6   G h z   p r o v i de s   a   b a n dw i dt h  i m p r o v e m e n t   o f   1. 7 - 1. 5   =   0. 2  G H z   c o m pa r e d  t o   t h e   co r r e s po n di ng  s e c o n d  b a n d   f o r   t w o   e l e m e n t s   pa ra s i t i c   s t a c k  di s c us s e d  i n  s e c t i o n 3 . 2 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   bandw i dt h  e nhan c e d  t r i pl e   band   ant e nn a  f or   s at e l l i t e   and…   ( Moham m e d   Is m ai l   M oham m e d )   667       F i gu r e   8 .   R e t u rn   l o s s   fo r   F i gu r e   7       P e ak   d i r e c ti v i ty,   G ai n   an d   an t e n n a  e ffi c i e n c y   T h e   t hr e e   e l e m e n t   p a r a s i t i c   s t a c k  h o r i z o n t a l   c o upl e d  t o   dri v e n   e l e m e n t   p r o v i de s   a   di r e c t i v i t y   of  9. 02dB   w h i c h   i s   i m p r o v e d  by   0 . 62dB   (9. 02dB   -   8. 40dB   =   0. 62dB )  c o m pa r e d  t o   t w o   e l e m e n t s   pa ra s i t i c   s t a c k.   A l s o ,   t h e   g a i n   o f   8. 38dB   w h i c h   i s   up  b y   0. 58dB   (8. 38 - 7. 8  = 0. 58) .   T h e   pe a k  d i r e c t i v i t y   i m pr o v e s   by   1. 62dB  (9. 02dB   - 7. 4dB   = 1. 62dB )  a nd  ga i n   by   0. 98dB   (8. 38dB   - 7 . 4dB   =   0. 98dB )  c o m pa r e d   t o   a   s i n gl e   pa ra s i t i c   e l e m e n t   c o upl e d  h o ri z o nt a l l y   t o  dr i v e n   e l e m e nt .   T h e s e   re s ul t s   a r e   p r o j e c t e d  f r o m   T a b l e s   2,   3  a n d  4.     T h e   a nt e nn a   E f f i c i e n c y   r e m a i n s   a t   9 2. 92   %   s h o w n   i n  T a b l e   4 .        Ta b l e   4 .  D i r e c t i v i t y ,   ga i n  a n d   a n t e nna   e f f i c i e n c y   fo r   F i gu r e   7         4.   C O N C LU S I O N   T h e   pa ra s i t i c   s t a c k  c o upl e d  t o   t h e   d r i v e n   e l e m e n t s   p r o v i de s   t h e   c o m b i n e d  b e n e f i t s   of   h o ri z o nt a l   a nd  v e r t i c a l   p a r a s i t i c   c o upl i n g .   R e s ul t   of   t h e   s t udy   i n di c a t e   t h a t   t h e   n u m b e r   o f   e l e m e n t s   i n   t h e   p a r a s i t i c   s t a c k  ha s     a   s i g ni f i c a n t   i n f l ue n c e   o n   t h e   n um b e r  o f   b a n ds   t h e   a nt e nn a   o pe r a t e s ,   g a i n,   di r e c t i v i t y   a nd  i n t e r - b a n d  s e pa ra t i o n   t ha t   i s   v e r y   c r i t i c a l   t o   m i t i ga t e   t h e   a dj a c e n t   b a n d   i n t e r f e r e n c e .   F o r   s i n gl e   p a r a s i t i c   e l e m e n t   pl a c e d   s y m m e t ri c a l   t o   d r i v e n   e l e m e n t ,   t h e   a nt e nna   a rra y   o pe r a t e s   a t   t hr e e   di f fe r e nt   b a n ds .   T h e   f i r s t   b a n d   i s   a t   6 . 1G hz   w i t h   b a n dw i dt h   o f   250M h z   t ha t   s up po r t s   m o b i l e   w i r e l e s s   a n d  f i xe d  s a t e l l i t e   s e r v i c e , t h e   s e c o n d  b a n d  i s   a t   7. 1G hz   w i t h   b a n dw i dt h   o f   350G h z   t h a t   s uppo rt s   m o b i l e   w i r e l e s s ,   f i xe d  w i r e l e s s   a nd  f i xe d  s a t e l l i t e   s e r v i c e .   T h e   t hi r d   b a nd  i s   11 . 6G h z   w i t h   b a n dw i dt h  o f   1. 4G h z   t ha t   s u ppo r t s   f i xe d  w i r e l e s s   a n d   f i xe d  s a t e l l i t e   s e r v i c e s .   F o r   a   p a r a s i t i c   s t a c k  o f   t w o   e l e m e n t s ,   t h e   a rr a y   s t i l l   o pe r a t e s   a t   t r i p l e   b a n d ,   b ut   f o r   t h e   t hi r d  b a n d     a t   11 . 6  G H z ,  t h e   i m pe da n c e   b a n dw i dt h   i m p r o v e d  t o  1. 5  G H z ,   f r o m   1. 4G hz   f o r   s i n g l e   pa r a s i t i c   e l e m e nt   pl a c e d  s y m m e t r i c a l   t o   d r i v e n  e l e m e nt ,   a n  i m p r o v e m e n t   o f   1 000M h z   b a n dw i dt h.   F o r   t hr e e   pa ra s i t i c   e l e m e n t   s t a c k,   t h e   o pe r a t i n g  b a n ds   a r e   r e duc e d  t o   t w o ,   f r o m   t h e   e a rl i e r   t hr e e   b a n ds   i n   t w o   e l e m e n t s   pa ra s i t i c   s t a c k.   T h e   f i r s t   b a n d  i s   a t   6  G H z   w i t h   a n   i m pe d a n c e   b a n dw i dt h   o f  300  M H z ,   a n d  t h e   s e c o n d  b a n d  i s   a t   11 . 6  G H z   w i t h   a n   i m pe da n c e   b a n dw i dt h   o f   1. 7  G H z .   A   s i gn i f i c a nt   ob s e r v a t i o n   f r o m   t h e   s t ud y   i s   t h a t ,   i n   t h e   t hr e e   e l e m e n t   pa ra s i t i c   s t a c k,   t h e   i nt e r - b a n d  s e pa ra t i o n   i s   v e r y   s i g n i f i c a n t   o f   t h e   o rde r  o f   11. 6G h z   -   6G hz   =   5.   6G hz .   T hi s   h e l p  m i t i g a t e   t h e   a dj a c e n t   b a n d  i nt e r f e r e n c e .     F o r   a   s i n g l e   pa r a s i t i c   e l e m e n t   c o upl e d  t o   dr i v e n   e l e m e n t ,   t h e   ga i n   i s   7 . 46dB ,   a n d  i t   i n c r e a s e d  t o   7. 82 dB   fo r   t w o  e l e m e n t   pa ra s i t i c   s t a c k,   a n d  t o   8. 38  f o r   t hr e e   e l e m e n t   s t a c k.   T h e   di r e c t i v i t y   of   s i n gl e   pa r a s i t i c   e l e m e n t   c o upl e d  s y m m e t r i c a l l y   t o   dr i v e n   e l e m e n t   i s   7 . 97d B ,   a n d  i t   i n c r e a s e d  t o   8. 42dB   fo r   t w o  e l e m e n t   s t a c k,   a n d  u l t i m a t e l y   t o   9. 02dB   fo r   t hr e e   e l e m e n t   p a r a s i t i c   s t a c k.   T h i s   ha s   a n   a dv a n t a ge   o ve r   c o n v e n t i o n a l   a rr a y   t h a t   us e   m o r e   a c t i v e   a n t e nna   e l e m e nt s   t h a t   a r e   ge o m e t ri c a l l y   di s pl a c e d,   t h a t   h a v e   t h e   l i m i t a t i o n   o f   m o r e   pow e r   c o n s um pt i o n  a nd  m o r e   s p a c e   o c c upa n c y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     659   -   668   668   A C K N O WL ED G E M EN TS   T h e   a ut h o r s   w o ul d  l i ke   t o   a c kn o w l e dge   t h e   E t h i o pi a n   I n s t i t ut e   of   T e c h n o l o g y ,   M e ke l l e   U n i v e r s i t y ,   M e ke l l e ,   E t h i o pi a ,   f o r   f a c i l i t a t i n g   t o   c a rr y   o ut   t h e   w o r k.         R EF ER EN C ES   [ 1]   A . F . A .   A y o ub,   “ A na l y s i s   o f   R e c t a ng ul a r   M i c r o s t r i p  A nt e nna s   w i t h  A i r   S ub s t r a t e , ”   J our nal   of   E l e c t r om ag ne t i c   Wa v e s   and  A ppl i c at i on s ,   v o l .   1 7,   no .   12 ,   pp .   1755 - 17 66,   2 012 .     [ 2]   M .   G upt a   e t   a l . ,   “ R e c t a ng ul a r   M i c r o s t r i p  P a t c h  u s i ng   a i r   a s   S ubs t r a t e   f o r   S - B a nd  A ppl i c a t i o n, ”   J ou r na l   o f   E l e c t r om agne t i c   A na l y s i s   and   A pp l i c a t i ons ,   v o l .   6 ,   no .   3 ,   pp .   38 - 42 ,   201 4.     [ 3]   M . A .   L a y e g h  e t   a l . ,   “ T he   O pt i m i z a t i o n  D e s i g n  o f   a   N o v e l   S l o t t e d  M i c r o s t r i p  P a t c h  A nt e nn a   w i t h  M u l t i b a nd s   U s i ng   A da pt i v e   N e t w o r k - ba s e d   F uz z y   I nf e r e nc e   S y s t e m ,   T e c hno l og i e s ,   v o l .   5 ,   no .   4 ,   pp .   75,   2 017 .     [ 4]   J .   S a i n i   a nd  S . K .   A g a r w a l ,   “ T   a nd  L   S l o t t e d  P a t c h  A nt e nn a   f or   F u t ur e   M o bi l e   a nd  W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n   C o m put i ng ,   8 th   I n t e r na t i o nal   c on f e r e nc e   on  C om m uni c at i on  a nd   N e t w or k   T e c hnol og i e s ( I C C C N T ) ,   N e w   D e l hi ,   I ndi a ,   2 017 .     [ 5]   D .   F i t s um   e t   a l . ,   “ D ua l ba n d  P r o xi m i t y   C o upl e d  F e e d  M i c r o s t r i p  P a t c h  A nt e na   w i t h  T - s l o t   o n  t he   R a d i a t i ng   P a t c h  a nd  D um bbe l l   S h a pe d   D e f e c t e d  G r o und  S t r uc t ur e , ”   I ndo ne s i an   J our na l   of   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   and   C om pu t e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   3 ,   no .   2,   pp .   435 - 44 0,   20 16 .     [ 6]   G .   Z ho u,   “ S ho r t i ng   P i n  L o a de d  A nnul a r   R i ng   M i c r o s t r i p  a n t e n na , ”   A nt e nna  and  P r opaga t i on  Soc i e t y   I nt e r n at i on al   Sy m pos i um ,   I E E E .   I l l i no i s ,   U S A ,   19 98.     [ 7]   P .   S i ng h,   “ R e c t a ng ul a r   N o t c h  L o a de d  D ua l ba n d  A nnul a r   R i ng   P a t c h  A nt e nna , ”   J ou r na l   o f   M i c r ow av e ,   O pt oe l e c t r on i c s   a nd   E l e c t r om a gne t i c   A pp l i c at i on ,   v o l .   1 3,   no .   1,   2 0 14.     [ 8]   K ha nna   e t   a l . ,   “ B a n dw i d t h  e nhn a c e m e nt   o f   m o di f i e d  s q ua r e   f r a c t a l   m i c r o s t r i p  pa t c h  a nt e nn a   us i ng   g a p - c o upl i ng , ”   E ngi ne e r i n g  Sc i e nc e   and   T e c hno l o gy ,   a n  I n t e r nat i o nal   J our nal ,   v o l .   18,   no .   2 ,   pp.   2 86 - 293 ,   2015 .     [ 9]   D . K .   S r i v a s t a v a   e t   a l . ,   “ D e s i g n  o f   W i de ba nd  g a p - c o upl e d  m o di f i e d  s qu a r e   f r a c t a l   a nt e nna ,   “ J our na l   of   C om put at i ona l   E l e c t r o ni c s , ”   v o l .   15 ,   no .   1,   20 16 .     [ 10]   M . K .   V e r m a   e t   a l . ,   “ A   N ov e l   C i r c ul a r l y   P o l a r i z e d  g a p - c o upl e d  W i de ba nd  A nt e nna   w i t h  D G S   f o r   X / K u   A ppl i c a t i o ns ,   E l e c t r om a gne t i c s ,   v o l .   39 ,   no ,   3,   20 19 .   [ 11]   K .   P e ng   e t   a l . ,   “ B a ndw i d t h  E n ha nc e m e n t   L - S ha pe d  P a t c h  A nt e n na   w i t h  P a r a s i t i c   E l e m e n t   f o r   5. 8G hz   W i r e l e s s   L o c a l   A r e a   N e t w o r k  A pp l i c a t i o ns , ”   W i r e l e s s   P e r s ona l   C om m uni c a t i ons ,   v o l .   9 ,   no .   3,   pp .   116 3 - 1170 ,   2016 .     [ 12]   C . K . . W u  a nd  K . L .   W o ng ,   “ B r o a d ba nd   M i c r o s t r i p  A nt e n na   w i t h  D i r e c t l y   C o upl e d  P a r a s i t i c   P a t c he s , ”   M i c r ow av e   O pt i c a l   T e c h nol ogy   L e t t e r s ,   v o l .   22,   p p.   34 8 - 349,   1 985 .     [ 13]   V .   S ha r m a   a nd  R . K .   V i s w a ka r m a ,   “ A   S t a c ke d  M i c r o s t r i p  a nt e nn a   f o r   m ul t i ba nd  o pe r a t i o n, ”   2015   I n t e r na t i ona l   C onf e r e nc e   on   C om p ut e r ,   C om m uni c a t i o n  and   C on t r o l ( I C 4 ) ,   I ndi a ,   20 1 6.     [ 14]   A g a r w a l   a n d  A .   K a ur ,   “ A   D ua l b a nd  S t a c ke d  A pe r t ur e   C o upl e d  A nt e nna   f o r   W L A N   A ppl i c a t i o ns , ”   M i c r ow av e   and  O pt i c a l   T e c h nol ogy   L e t t e r s ,   v o l .   59,   no .   3 ,   2017 .     [ 15]   J .   P a dh i   e t   a l . ,   “ D e s i g n  o f   a   S t a c ke d   T w o   L a y e r   C i r c ul a r   F r a c t a l   M i c r o s t r i p  A nt e nna   f o r   X - ba nd  A ppl i c a t i o n.   2 016   I E E E   A nnu al   I ndi a  C o nf e r e nc e ( I N D I C O N ) ,   I ndi a ,   20 16.   [ 16]   S .   K um a r   e t   a l . ,   “ M i n i a t u r i z e d  I nv e r t e d  M ul t i ba nd  S t a c ke d  T r i a ng ul a r   F r a c t a l   P a t c h  A nt e nna   f o r   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n, ”   20 14  I n t e r na t i o na l   C onf e r e nc e   on  Si gna l   P r oc e s s i n g  and  I n t e gr a t e d  N e t w or k s ( SP I N ) .   I ndi a ,     pp.   2 - 11 ,   2016 .     [ 17]   X . R e n  e t   a l . ,   “ A   S t a c ke d  M i c r o s t r i p  A nt e nn a   A r r a y   w i t h  F r a c t a l   P a t c he s ,   “ I nt e r n at i on al   J our nal   of   A nt e n na   a nd   P r o pa g a t i o n,   v o l .   2014 ,   pp .   1 - 10,   20 14 .     [ 18]   J .   A ng ue r a ,   “ D ua l   F r e q ue nc y   B r o a dba nd  M i c r o s t r i p  A nt e n na   w i t h  a   R e a c t i v e   L o a di ng   a nd  S t a c ke d  E l e m e nt s ,   “ P r ogr e s s   i n   E l e c t r om agne t i c s   R e s e ar c h  L e t t e r s ,   v o l .   10 ,   pp .   1 - 10,   2009 .     [ 19]   K . P .   R a y   e t   a l . ,   “ C o m pa c t   B r o a db a nd  G a p - c o upl e d  R e c t a ng u l a r   M i c r o s t r i p  A nt e n na , ”   M i c r ow av e   and  O pt i c al   T e c hnol o gy   L e t t e r s ,   v o l .   4 8,   no .   12 ,   pp . 238 4 - 2389 ,   2006 .     [ 20]   R .   R i t u  e t   a l . ,   “ B a ndw i dt h  E n ha nc e m e n t   U s i ng   G a p - c o upl e d  H e x a g o na l   M i c r o s t r i p  A nt e nna   i n  L - ba nd, ”   M i c r ow av e   and  O pt i c a l   T e c hno l og y   L e t t e r s ,   v o l .   55 ,   no .   1 1,   pp .   270 3 - 2709 ,   20 16.     [ 21]   K . F .   L e e   e t   a l . ,   M i c r o s t r i p   P a t c h  A nt e nna s ,   2 nd  E d i t i o n,   W o r l d   S c i e n t i f i c   P ubl i s hi ng   C o .   P t e .   L t d ,   S i ng a po r e .   [ 22]   J . P .   G i a nv i t t o r i o   a nd  Y . R .   S a m i ,   “ F r a c t a l   A nt e nn a s :   A   N ov e l   A nt e nn a   M i n i a t u r i z a t i o n  T e c hn i qu e ,   a n d   A ppl i c a t i o ns , ”   I E E E   A nt e nna s   P r op aga t i o n  M a gaz i ne ,   v o l .   4 4,   no .   1,   pp .   20 - 36,   2 002 .     [ 23]   D .   M i t r a   e t   a l . ,   “ A   m i ni a t u r i z e d  R i ng   S l o t   A nt e nna   w i t h  E nha nc e d   R a di a t i o n  C ha r a c t e r i s t i c s , ”   I E E E   T r ans ac t i o n  on   A nt e nna   and   P r opa gat i o n,   v o l .   6 4,   no .   1,   p p.   30 0 - 305 .     [ 24]   H .   O r a i z i   a n d  Y .   H e da y a t i ,   “ M i n i a t u r i z a t i o n  o f   M i c r o s t r i p  A nt e n na s   by   t he   N o v e l   A ppl i c a t i o n  o f   t he   G i us e ppe   P e a no   F r a c t a l   G e o m e t r i e s , ”   I E E E   T r ans a c t i on   a n  A nt e nna   an d  P r o paga t i o n,   v o l .   60,   no .   8 ,   pp.   3 559 - 356 7,   20 12.     [ 25]   S . R .   B e s t ,   “ A   D i s c us s i o n  o n  t he   S i g ni f i c a nc e   o f   G e om e t r y   i n  D e t e r m i ni ng   t h e   R e s o na n t   B e h a v i o r   o f   F r a c t a l   a n d   O t he r s , ”   I E E E   A n t e nna s   P r opa ga t i o n  M a gaz i ne ,   v o l .   45 ,   no .   3,   20 0 3.     [ 26]   M . F .   B a r ns l e y ,   F r a c t a l s   E v e r y w he r e ,   2 nd   e d i t i o n,   A c a de m i c   pr e s s ,   1 993,   U . S . A .     [ 27]   P .   H e i nz - O t t o   e t   a l . ,   C ha o s   a n d  F r a c t a l s :   N e w   F r o nt i e r s   o f   S c i e nc e ,   2 nd   E d i t i o n,   S p r i ng e r ,   20 04 .     [ 28]   S . T .   Y a d a v   a nd   M .   A khi l e s H ,   “ U l t r a - w i de b a nd   A nt e nn a   U s i ng   M i nko w s k i -   L i ke   F r a c t a l   G e o m e t r y , ”   M i c r ow av e   and  O pt i c a l   T e c hno l og y   L e t t e r s ,   v o l .   56 ,   no .   1 0,   pp .   413 0 - 4136 ,   20 14.     [ 29]   T . S .   B i r d ,   “ D e f i ni t i o n  a nd  M i s u s e   o f   R e t u r n  L o s s , ”   I E E E   A nt e nn as   an d  P r opag at i on  M a gaz i ne ,   v o l .   5 1,   no .   2 ,     pp.   16 6 - 167,   2 009 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.