I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   9 ,   No .   1 Ma r ch   20 20 ,   p p .   1 2 ~1 8   I SS N : 2 0 8 9 - 4864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 9 .i 1 . p p 1 2 - 18          12       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   A co m pa ct  g ra ph ene bas ed nano - a ntenna for  co mm unica tion    in nan o - netw o rk       M.   Sa ra v a na n 1 ,   V. R.   P ra k a s h 2   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   Hin d u sta n   In st it u te  o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c iec n e ,   In d ia   E m ail:   m s ar a w i n s @ g m ail. co m 1       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 5 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Oct  6 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   No v   1 2 ,   2 0 1 9       Du e   to   re c e n a d v a n c e in   n a n o t e c h n o l o g y ,   th e   u se   o f   n a n o - d e v i c e a n d   it n e tw o rk   b e c o m e s   m o re   p o p u lar   in   th e   f ield   o f   m e d ica l,   c o m m e rc ial  a n d   m il it a r y   a p p li c a ti o n s.  On e   o f   th e   m a jo issu e in   d e sig n in g   n a n o - n e tw o rk   is   m in iatu riza ti o n   o f   n a n o - d e v ice w h ich   a re   li m it e d   d u e   to   c o m m u n ica ti o n   a n ten n a   u se d   in   t h a d e v ice   a n d   it p o w e c o n stra in ts.  A 1 0 0 0 n m   siz e ,     a n   a n ten n a   re so n a tes   a a ro u n d   1 0 0   T Hz   w h ich   su ff e rs  f ro m   g re a ter   p ro p a g a ti o n   lo ss   a n d   p r o v id e sig n a c o v e ra g e   o f   m i c ro m e ter   d istan c e s.  He n c e   th e re   i a   n e e d   f o n a n o - a n ten n a   w it h   re d u c e d   siz e   a n d   a ls o   o p e ra ti n g   a m id   in f ra re d   f re q u e n c ies   to   p r o v id e   a   g o o d   sig n a l   c o v e ra g e .   In   th is  p a p e r,   g ra p h e n e - b a se d   n a n o - a n ten n a   is  p re se n ted .   T h e   m o d e re so n a tes   a 5 5 T Hz   f re q u e n c y   w it h   a   p e a k   g a in   o f   5 . 4 7   d in   t h e   p ro p a g a ti o n   d irec ti o n .     T h e   m o d e e x p lo it th e   p rin c i p le  o f   su rfa c e   p las m a   p o lariti o n   w a v e s     f o m in iatu riza ti o n   a n d   a c h iev e 5 0 %   siz e   re d u c ti o n   w h e n   c o m p a re d     to   c o n v e n ti o n a n a n o - a n ten n a   a n d   b e st  su i tab le  f o n a n o - n e tw o rk   c o m m u n ica ti o n s.   K ey w o r d s :   Mic r o s tr ip   an ten n a   Nan o   an te n n a   R ad iatio n   p atter n   R ef lec tio n   co ef f icie n t   Su r f ac p las m p o lar ito n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   Sar av an a n ,     Dep ar te m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Hin d u s ta n   I n s t itu te  o f   T ec h n o l o g y   a n d   Sciecn e,   C h e n n ai,   I n d ia .   E m ail:  m s ar a w i n s @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   last   f e w   d ec ad es,  t h n an o d ev ices  p la y   v ital  r o l in   t h f ield   o f   b io m ed ical,   m ili tar y   ap p licatio n s .   De s ig n i n g   o f   a n ten n a s   s u itab le  f o r   t h ese  n a n o - d ev ices   is   b i g   c h alle n g d u to   it s   s ize  a n d   p o w er   co n s tr ai n ts .   E v a lu at io n   o f   n an o - a n ten n at  t h m id - i n f r ar ed   f r eq u e n c y   is   ca r r ied   in   [ 1 ] .   W ith   li m ited   av ailab ilit y   o f   p o w er ,   it  is   i m p o s s ib le  to   estab li s h   co m m u n ica tio n   i n   n a n o - n et w o r k s   u s in g   m ater ials   li k e   co p p er   etc.   T h is   ca n   b m iti g ated   b y   u s in g   g r ap h en e   m a ter ial  in   p lace   o f   co p p er .   B ec au s o f   it s   elec tr ical   p r o p er ty ,   g r ap h en ca n   ac as  g o o d   c o n d u ctiv s h ee an d   d o   w o r k   as  tr ad itio n al  an ten n m ad o f   co p p er .     A t h s ize  o f   n an o - m eter s ,   t h an te n n m ad o f   co p p er   o r   o th er   m etallic  m ater ial s   r es o n ates  at  v er y   h i g h   f r eq u en c ies  ( h u n d r ed s   o f   ter a h er tz) .   Fo r   ex a m p le  d ip o le  an ten n o f   s ize  1 0 0 0 n m   lo n g   r e s o n ates  at  1 5 0 T Hz   w h ic h   r es u lts   i n   i n cr ea s ed   p r o p ag atio n   lo s s   an d   h en ce   co v er s   s m all  r eg io n s .   T h is   p u ts   li m itatio n   i n   u s i n g   o f   th ese  a n te n n as  i n   n an o - n et w o r k s .   T h er ef o r th er i s   n ee d   t o   d esig n   an te n n at  n a n o - s ca l o p er atin g   at  lo f r eq u en c y .   T h is   ca n   b ac h ie v ed   b y   i n tr o d u ci n g   n a n o - m ater i als  esp ec iall y   g r ap h en h a v in g   o n ato m   t h ick   i n   m i n iat u r an ten n as  [ 2 ] .   J o s ep   Miq u el  J o r n et  an d   A k y ild iz  [ 3 ] ,   p r o p o s ed   an   ar ch itectu r f o r   co m m u n icat io n   i n   n an o - n e t w o r k s   a n d   its   i n teg r at io n   w ith   e x is tin g   co m m u n icat io n   n et w o r k s .   T h e y   m o d eled   an d   an al y ze d   n an o - b ased   an ten n an d   o b s er v ed   th at  w h e n   g r ap h e n is   e x cited   b y   m ea n s   o f   elec tr o m a g n etic  w a v es,  t h elec tr o n s   in   th g r ap h e n m o v es  b ac k   a n d   f o r th   at  lo w   f r eq u en cie s   [ 4 ]   an d   ar ca lled   s u r f ac p las m p o lar ito n   ( SP P )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       A   co mp a ct  g r a p h en b a s ed   n a n o - a n ten n a   fo r   co mmu n ica tio n   in   n a n o - n etw o r ( M.  S a r a va n a n )   13   an d   its   b eh av i o r   is   s tu d ied   an d   an al y ze d   [ 5 ,   6 ] .   P las m o n ic  an ten n a s   h a v an   elec tr ical  le n g t h   g r ea ter   t h an   it s   p h y s ical  len g t h   an d   h en ce   r es o n atin g   at  lo w er   f r eq u e n cie s   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al  a n ten n h av i n g   s a m e   d i m en s io n   [ 7 ]   an d   h e n ce   t h es an ten n a s   ar m o r co m p ac t   in   s ize  a n d   ar m o r s u itab l f o r   n a n o - d ev ice s .   Am o n g   m a y ,   m ater ials   g r ap h e n is   attr ac ti n g   m a n y   r esear ch er s   in   d ev elo p in g   n a n o - a n te n n d u to   its   u n iq u e   elec tr ical  p r o p er ties   [ 8 ] .   R en ato   I o v in e   et  al.   [ 9 ]   s tu d ied   th elec tr o m a g n e tic  b eh a v io r   o f   g r ap h en n a n o - p ar ticles  w h ich   co n s is t   o f   c ir cu lar   a n d   s q u ar e   r in g s   e m b ed d ed   in   t h d ielec tr ic  en v ir o n m e n t.   T h e y   co n cl u d ed   th at  lar g er   b an d w id th   is   o b tain ed   b y   v ar y in g   th g eo m et r ical  s tr u ct u r o f   th n a no - p a r ticles.  Yo u s i f   an d   Sa m r [ 1 0 ] ,   d is cu s s ed   th in f lu en ce   o f   a n te n n len g t h ,   g a p   d im e n s io n s   an d   s h ap es  o n   th p er f o r m a n ce   o f   o p tical  n an o - a n te n n an d   o b s er v ed   th at  t h ef f icie n c y   o f   t h an ten n i s   i m p r o v ed   b y   p o l ar izatio n   p ar allel  to   an ten n a x is .     I n   t h is   ar ticle,   a   g r ap h e n e - b ased   n a n o - a n te n n o p er atin g   at  ter ah er tz  b an d   is   m o d eled   an d   i s   an al y ze d   u s in g   f i n ite  d i f f er en ce   ti m d o m a in   ( FDT D)   m et h o d   u s i n g   co m m er cial   s o f t w ar e.   T h m o d el   ex p lo its   t h b eh av io r   o f   s u r f a ce   p las m p o lar ito n   in   o r d er   to   ac h iev s ize  r ed u ct io n   an d   t o   o p er ate  at  l o w er   b an d   f r eq u en cie s   s i m u ltan eo u s l y .   P ar a m etr ic  an al y s i s   is   ca r r ied   o n   th i m p ac o f   s u b s tr ate  th ick n es s   an d   its   p er m i tti v it y   ( Ɛ )   an d   d im e n s io n s   o f   g r ap h e n la y er   o n   p er f o r m a n ce s   o f   a n ten n i m p ed a n ce s   an d   its   r ad iatio n   c h ar ac ter is tic s .   T h r esu lts   o b tain ed   ar co m p ar ed   w it h   tr ad itio n al  an te n n m ad o f   m e tallic  m ater ial  a n d   s h o w s   t h at  p r o p o s ed   m o d el  ac h iev e s   g o o d   r ad iatio n   an d   im p ed a n ce   ch ar ac ter is tics   w it h   g r ea ter   r ed u ctio n   i n   s ize  h a v in g   h al f   th s ize  o f   co n v e n tio n al  n a n o - a n ten n a.   T h u s   th p r o p o s ed   an ten n m o d el  is   s u itab le  f o r   estab lis h in g   co m m u n icatio n   i n   w ir eles s   n a n o - n et w o r k s .       2.   P RINCI P L E   O F   P RO P O SE ANT E NNA  D E S I G N   2 . 1 .   Su rf a ce   pla s m a   po la rit o n ( SPP )   Su r f ac p las m p o lar ito n   ( SP P )   w av e s   ar g en er ated   at  th e   in ter f ac b et w ee n   t w o   m etal  b y   p ass i n g   elec tr o n s   in to   th o n o f   t h m etal.   T h ese  w av e s   p r o p ag ate  at  m u c h   s lo w er   s p ee d   alo n g   th i n ter f ac an d   v ir tu a ll y   in cr ea s t h elec tr ica len g th   o f   t h an te n n w h en   co m p ar ed   to   th p h y s ical  le n g th   o f   t h an ten n a.   Hen ce   r eso n a te  at  m u ch   lo w e r   f r eq u en cie s .   T h p r o p o s ed   m o d el  e x p lo its   t h is   p r in c ip le  to   r ed u ce   th o v er all   s ize  o f   th a n te n n a n d   th er eb y   m a k it s u itab le  f o r   n an o - n e t w o r k s   co m m u n icat io n s .     2 . 2 .   G eo m et ry   o f   pro po s ed  a nte nn a   I n   o r d er   to   g en er ate  SP P   w a v es,  s o u r ce   i s   n ee d ed   to   in j ec elec tr o n s   i n   th s u p er s tr ate   m ed i u m .     A   s ta n d ar d   p atch   an ten n o f   s ize  9 0 0 n m   x   9 0 0 n m   x   1 n m   i s   ch o s e n   to   o p er ate   at  1 0 0   T Hz  n ea r - in f r ar ed   f r eq u en c y   a n d   is   u s ed   f o r   th i s   p u r p o s as  s h o w n   in   Fig u r e   1 ( a) .   T h is   is   in   co n f lict  w it h   co n v e n tio n al  R F   an ten n d esi g n .   I n   co n v en tio n al  d ip o le  an ten n d esig n s ,   t h e   h eig h o f   th a n ten n is   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   th o p er atin g   w av e len g t h   w h ich   is   g i v e n   b y   h λ /2 .   Ho wev er ,   th i s   r elatio n   ca n n o b ap p lied   at  o p ti ca l   f r eq u en c ies  in   n an o - an te n n as  s in ce   t h r ad iatio n   e m itted   p ier ce s   in to   th m etal  an d   g e n e r ates  f r ee   elec tr o n   o s cillatio n s   alo n g   th is   s u r f ac e.   T h er ef o r f o r   n a n o - a n te n n as,  t h len g t h   i s   n o d ir ec t l y   r elate d   w i th   it s   w a v ele n g t h   λ   a n d   h e n ce   t h e   d i m e n s io n s   o f   th e   n a n o - a n t en n a   d ep en d s   o n   a   s h o r ter   ef f ec tiv e   w av e len g t h     λ ef f   λ   w h ich   ar d ep en d en o n   n a n o - a n ten n a s   m ater ial  p r o p er ties   [ 1 1 ]   g iv en   b elo w .     = 1 + 2 [ ]       ( 1 )     W h er   is   t h p la s m a   w av e len g th   co r r esp o n d in g   to   m etallic  m ater ial  u s ed   i n   n a n o - a n ten n a   an d   n 1   an d   n 2   ar co ef f icie n ts   d ep en d in g   o n   n an o - an te n n m ater ia p r o p e r ties .   Fo r   s in g le  an te n n ele m e n h a v i n g   r ad iu s   R   a n d   ef f ec ti v d ielec tr ic  co n s ta n t ε   th e f f ec tiv w a v elen g th   i s   g i v e n   b y       = 2  ( 1 + 2 ) 4       ( 2 )     T h p atch   is   m o d eled   o n   r o g er   s u b s tr ate  h av in g   p er m i tti v i t y   ( Ɛ )   o f   2 . 2   an d   a   th ick n es s   o f   3 6   n m .   T h len g t h   a n d   w id t h   o f   r o g e r   s u b s tr ate  is   ta k e n   as  1 8 0 0 n m   x   1 8 0 0 n m .   F ig u r e   1 ( b )   s h o w s   t h g eo m etr y   o f   p r o p o s ed   n an o - a n te n n a.   A   g l ass   m ater ial  h av i n g   p er m itt iv it y   ( Ɛ )   o f   2 . 5   is   tak e n   as  d ielec tr ic  m ed iu m .   Mu ltil a y er   g r ap h e n is   co ated   o n   th g las s   d ielec tr ic  m ed iu m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 2 0   :   1 2   -   18   14     ( a)         ( b )   Fig u r 1 .   Geo m e tr y   o f   n an o - a n ten n a ;   ( a)   Di m en s io n   o f   p atc h   an te n n w h ic h   ac t s   s o u r ce   to   ex cite    SP P   w a v es,   ( b )   Fin al  p r o to t y p a n ten n w it h   m u l tila y er   g r ap h en e       3.   P ARAM E T RIC AN A L Y SI S   T h p er m i tti v it y   ( Ɛ )   o f   th e   m ater ial  an d   th e   d i m e n s io n   o f   t h g r ap h e n ( L )   la y er   a f f ec t s   th o v er all   p er f o r m a n ce   o f   t h an te n n an d   h en ce   p ar a m e tr ic  an al y s i s   is   ca r r ied   o n   th ese  p ar am e te r s   an d   its   ef f ec o n   an ten n p er f o r m a n ce   is   s t u d ied .   Fig u r e   2   s h o w s   ef f ec t s   o n   ch a n g i n g   p er m itti v it y   ( Ɛ )   o f   t h u p p er   s u b s tr ate  o n   o p er atin g   f r eq u en c y   o f   th a n te n n a.   T h r ee   d if f er e n d ielec tr ic  m a ter ia ls   h a v in g   a   wid v ar iatio n   in   p er m itti v it y   ( Ɛ )   is   ch o s e n   a n d   it s   ef f ec o n   o p er atin g   f r eq u en c y   is   s h o w n .   I is   o b s er v ed   th at  g l ass   m a ter ial  p er f o r m s   w ell  w h en   co m p ar ed   to   air   an d   r o g er   s u b s tr ate.           Fig u r 2 .   E f f ec t o f   m ater ial  p e r m itti v it y   ( Ɛ )   o n   an ten n p er f o r m an ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       A   co mp a ct  g r a p h en b a s ed   n a n o - a n ten n a   fo r   co mmu n ica tio n   in   n a n o - n etw o r ( M.  S a r a va n a n )   15   Fig u r e   3   s h o w s   t h e f f ec o f   l en g t h   o f   t h g r ap h e n co at  o n   an ten n p er f o r m an ce .   I i s   o b s er v ed   th at   w it h   an   i n cr ea s i n   th e   le n g th   o f   t h g r ap h e n co at,   t h e   an te n n a   r eso n ate s   to w ar d s   t h lo wer   b an d .   I i s   d u e   to   th f ac t h at  w h e n   th g r ap h e n d i m en s io n   i s   less er   th a n   th o v er all  s u r f ac d i m e n s io n   o f   th g la s s   m ater ial,   th i n ter f ac e   b et w ee n   g la s s   a n d   th e   d ielec tr ic  m ater ial  is   l ess er   an d   h e n ce   t h SP P   p r o p ag ates  f o r   s m aller   d is tan ce   r es u lti n g   i n   th e   g e n er atio n   o f   h i g h - f r eq u e n c y   co m p o n e n t s .     T h er ef o r th le n g th   an d   w id th   g r ap h e n e   la y er   m u s co v er   th e   en tire   s u r f ac o f   th e   d ielec tr ic  m at er ial  in   o r d er   to   i n cr ea s t h in ter f ac le n g th .     T h is   v ir tu al l y   i n cr ea s es  t h ele ctr ical  len g th   o f   t h an te n n an d   th er eb y   r eso n ati n g   at  lo w er   f r eq u en ci e s   w h ic h   ar o b s er v ed   in   Fig u r e   3 .             Fig u r 3 .   E f f ec t o f   len g t h   ( L )   o f   g r ap h e n la y er   o n   a n ten n p er f o r m a n ce       4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     Fro m   p ar a m etr ic  an a l y s is   d is c u s s ed   ab o v th o p ti m u m   le n g th   o f   g r ap h e n la y er   i s   tak e n   a s   1 8 0 0 n m   an d   ef f ec t iv e   p er m itti v it y   ( Ɛ )   o f   t h d ielec tr ic  m ater ial   ( g la s s )   is   tak e n   a s   2 . 5 .   Fi g u r 5   s h o w s   t h elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n   o f   m u lti la y er   g r ap h en co at  u p o n   e x citat io n   at  t h r eso n an f r eq u en c y .   W h en   t h p atch   is   e x cited ,   elec tr o n s   ar in j ec ted   in to   th u p p er   s u b s tr ate  ( g las s ) .   T h is   cr ea tes     s u r f ac p las m p o lar ito n s   ( SP P)  b etw ee n   th g r ap h e n la y er   an d   t h d ielec tr ic  in ter f ac w h ic h   ar p r o p ag atin g   a lo n g   t h a n te n n ax i s .   T h is   cr ea te s   T M 10   m o d w h ic h   i s   li n ea r l y   d is tr ib u te d   o n   t h s u r f ac e   o f   th g r ap h e n la y er   as   s h o w n   in   Fi g u r e   4 .   T h r eso n an f r eq u en c y   d u e   to   t h g en er atio n   o f   SP P   w a v es   i s   s h o w n   in   Fi g u r 5   an d   is   co m p ar ed   w it h   co n v en t io n al  n a n o - a n te n n w it h   t h s a m d im en s io n   a s   th at  o f     th p r o p o s ed   m o d el.               ( a)   ( b )   ( c)   ( d )     Fig u r 4 .   Field   d is tr ib u tio n   o n   g r ap h en s u r f ac e ;   ( a)   t=0   &   T ( b )   t= T /4 ( c)   t=2 T / 4 ( d )   t=3 T /4       I is   o b s er v ed   i n   Fig u r e   5 ,   co n v e n tio n al   an ten n r eso n at es  at  1 1 0   T Hz.   T h o u g h   i o f f er s   g o o d   b an d w id t h ,   it  s u f f er s   f r o m   h ig h   p r o p ag atio n   lo s s .   T h is   r esu lt s   in   t h p o o r   c o v er ag ar ea   o f   m icr o m eter   d is tan ce   an d   also   r eq u ir es  h u g p o w er   r eq u ir e m en co m p ar ed   t o   p o o r   r e q u ir e m en n ee d ed   f o r   th r em ai n in g   cir cu its   in   t h n an o - d ev ice s .     T h is   p u ts   d if f ic u lt y   i n   u s in g   c o n v e n tio n al   d esi g n   i n   n an o - an ten n a s .   T h is   ca n   b e   o v er co m b y   ex p lo iti n g   s u r f ac p las m a   p o lar ito n s   ( SP P )   w av e s   i n   co m b in a tio n   w it h   co n v e n tio n al  n a n o - an ten n as d is c u s s ed   ab o v e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 2 0   :   1 2   -   18   16       Fig u r 5 .   C o m p ar is o n   o f   o p er atin g   f r eq u e n cie s   b et w ee n   t h p r o p o s ed   m o d els    w it h   co n v e n tio n al  n a n o - a n te n n a       Fig u r 6   s h o w s   g ai n   p lo f o r   co n v en tio n al  p atch   an te n n a   an d   p r o p o s ed   an ten n a.   I is   o b s er v ed     th at  th e   co n v en t io n al  p a tc h   g iv es   s y m m e tr ical  u n i - d ir ec tio an r ad iatio n   p atter n   to w ar d s   ze n it h   w i th   p ea k   g ain   o f   5 . 2 5   d B   w h er ea s   p r o p o s ed   an te n n a   g i v es   b i - d ir ec tio an r ad iatio n   p atter n   w it h   p e ak   g ain   o f   5 . 4 7   d B .   T h is   is   d u to   p r esen ce   o f   SP P   w av e s   w h ic h   g i v e s   r is to   ad d itio n al  r ad iatio n   co m p o n e n ts   to w ar d s   g r o u n f   p lan r eg io n .         ( a)       ( b )     Fig u r 6 .   Gain   p lo t ;   ( a)   C o n v e n tio n al  p atc h   an te n n a ,   ( b )   P r o p o s ed   an ten n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       A   co mp a ct  g r a p h en b a s ed   n a n o - a n ten n a   fo r   co mmu n ica tio n   in   n a n o - n etw o r ( M.  S a r a va n a n )   17   T h SP P   w a v es   g e n er ated   p r o p ag ates a t   lo w er   s p ee d   i n   t h e   d ielec tr ic  m ed i u m   ( g la s s )   [ 6 ]   an d   h e n ce   v ir tu a ll y   i n cr ea s e s   elec tr ical  l en g t h   w h e n   co m p ar ed   to   its   p h y s ical  le n g th .   T h is   m a k es  t h p r o p o s ed   m o d el  to   r eso n ate  at   5 5 T Hz  n ea r   in f r ar ed   r eg io n   w i th o u s ac r if ici n g   its   p er f o r m a n ce   c h ar ac ter is tics   an d   w h er ea s     th co n v e n tio n a m o d el   h a v i n g   s a m e   len g t h   a n d   w id t h   a s   t h at  o f   p r o p o s ed   m o d el  r eso n a te s   at  1 1 0   T Hz  w h ic h   is   t w o   ti m es  g r ea ter   th a n   th p r o p o s ed   m o d el  o p er atin g   f r e q u en c y   an d   s u f f er s   f r o m   g r ea t er   p r o p a g atio n   lo s s .   T h is   m a k e s   g r ap h en e - b ased   n an o - an ten n to   co v er   t w o   ti m es   t h co v er a g d is tan ce   with   h al f   th e   p o w er   r eq u ir e m en n ee d ed   b y   th co n v e n tio n al  n a n o - a n te n n a n d   t h er eb y   m a k es  i m o r s u itab le   f o r   co m m u n icatio n   in   n a n o - d e v ices  w h e n   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al  n a n o - a n te n n as.T h r ad iatio n   ch ar ac ter is t i cs  o f   co n v en t io n al  n an o - an ten n ar co m p ar ed   w it h   g r ap h e n e - b ased   n a n o - a n ten n a   as  s h o w n   i n   Fig u r e   7 .   T h co n v e n tio n al   an ten n g i v es   s y m m etr ical   r ad iatio n   p atter n   to w ar d   p r o p ag atio n   d ir ec tio n   w it h   a   p ea k   g ain   o f   5 . 2 5   d B     at  ze n it h .   Ho w ev er ,   t h p r o p o s ed   an ten n m o d el  g iv e s   s y m m etr ical  b id ir ec tio n al  r ad iatio n   p atter n   w i th     p ea k   g ain   o f   5 . 4 7   d B .   T ab l 1   s h o w s   th p er f o r m an ce   c o m p ar is o n   o f   p r o p o s ed   m o d el  w it h   co n v e n tio n a l     p atch   an te n n a .         ( a)     ( b )     Fig u r 7 .   R ad iatio n   p atter n ;   ( a )   G r ap h en b ased   n an o - an te n n a ,   ( b )   C o n v en tio n al  n a n o - a n te n n a       T ab le  1 .   P er f o r m a n ce   co m p ar i s o n   o f   p r o p o s ed   m o d el  w it h   co n v e n tio n al  p atc h   an te n n a   P a r a me t e r   C o n v e n t i o n a l   P a t c h   P r o p o se d   M o d e l   S i z e   1 8 0 0 n m   x   1 8 0 0 n m   x   3 6 n m   1 8 0 0 n m   x   1 8 0 0 n m   x   3 6 n m   O p e r a t i n g   F r e q u e n c y   1 1 0   T H z   5 5   T H z   R e f l e c t i o n   C o e f f i c i e n t   1 8 . 4   d B   1 7 . 6   d B   G a i n   5 . 2 5   d B   5 . 4 7   d B   D i r e c t i v i t y   5 . 1 4   d B   ( U n i - D i r e c t i o n a l )   5 . 3 8   d B   ( B i - D i r e c t i o n a l )       5.   CO NCLU SI O N     I n   th is   le tter ,   g r ap h e n e - b ased   n a n o - a n te n n f o r   co m m u n ica tio n   i n   n a n o - n et w o r k s   i s   m o d eled     an d   an al y ze d .   T h p r o p o s ed   m o d el  ex p lo its   t h p r in cip l o f   s u r f ac p las m p o lar ito n   ( SP P )   w a v es  f o r     its   m i n iat u r izatio n .   T h p er f o r m a n ce s   o f   t h p r o p o s ed   n a n o - a n t e n n a   ar ch ar ac te r ized   u s i n g   f in ite     d if f er e n ce   ti m d o m ai n   m e t h o d   an d   ar co m p ar ed   w ith   co n v e n tio n al  n a n o - a n te n n a .   I is   o b s er v ed   th at     th n an o - a n ten n ac h ie v es  g r ea ter   m i n iat u r izatio n   h a v i n g   h al f   t h s ize  o f   th e   co n v en t io n al  a n te n n a   w it h o u t   s ac r if ici n g   it s   p er f o r m an ce s   at  its   o p er atin g   f r eq u en c y   a n d   h e n ce   it  i s   b etter   s u itab l f o r   n an o - n e t w o r k   co m m u n icatio n   d e v ices.       ACK NO WL E D G E M E NT   T h au th o r   t h an k s   th Hin d u s ta n   I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y   an d   Scien ce ,   C h en n ai  f o r   p r o v id in g   lab o r ato r y   f ac il it y   to   ca r r y   o u r   r esear ch   w o r k .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 2 0   :   1 2   -   18   18   RE F E R E NC E S   [1 ]   Ju n se Ho rik a w a ,   e a l. " Ev a lu a ti o n   o f   Na n o - S l o A n te n n a   F o M id - In f ra re d   De tec to rs,"   In fra re d   Ph y sic &   T e c h n o l o g y ,   v o l.   6 7 ,   p p .   21 - 2 4 ,   2 0 1 4 .   [2 ]   I.   L latse r ,   e a l. ,   " G ra p h e n e - b a se d   n a n o - p a tch   a n ten n a   f o t e ra h e rtz  ra d iatio n , "   P h o t o n ics   Na n o str u c tu re s - Fu n d a me n t a ls A p p l . ,   v o l .   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   3 5 3 3 5 8 ,   2 0 1 2 .   [3 ]   Ia n   F .   A k y il d iz  a n d   Jo se p   M iq u e Jo rn e t,   " El e c tro m a g n e ti c   w irel e ss   n a n o se n so n e tw o rk s,"   Na n o   Co mm u n ica ti o n   Ne two rk s,   v o l.   1 ,   p p .   3 - 1 9 ,   2 0 1 0 .   [4 ]   Jo se p   M i q u e l   Jo rn e t   a n d   Ia n   F .   Ak y il d iz,  " G ra p h e n e   -   b a se d   P las m o n ic  Na n o - A n ten n a   f o Tera h e rtz  Ba n d   Co m m u n ica ti o n   i n   Na n o n e tw o r k s,"   IEE J o u rn a l   o n   S e lec ted   Are a i n   C o mm u n ic a ti o n s ,   v o l.   3 1 ,   n o .   1 2 ,     pp.   6 8 5 - 6 9 4 ,   2 0 1 3 .   [5 ]   L ong   Ju ,   e a l. ,   " G ra p h e n e   p las m o n ics   f o t u n a b le  tera h e rtz  m e ta m a teria ls,"   Na tu re   Na n o t e c h n o l. ,   v o l.   6 ,     pp.   6 3 0 6 3 4 ,   2 0 1 1 .   [6 ]   M o n a   Na f a ri  a n d   jo se p   m iq u e jo rn e t,   " M o d e li n g   a n d   P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   M e talli c   P las m o n ic  Na n o - A n ten n a   f o W irele s s Op ti c a Co m m u n ica ti o n   Na n o n e tw o rk s,"   IEE Acc e ss ,   v o l.   5 ,   p p .   6 3 8 9 - 6 3 9 8 ,   2 0 1 7 .   [7 ]   J.  Do rfm ü ll e r,   e a l. " P las m o n i c   n a n o w ire  a n ten n a s:  Ex p e rim e n t,   sim u latio n ,   a n d   t h e o ry , "   Na n o   L e tt . ,   v o l.   1 0 ,     no.   9 ,   p p .   3 5 9 6 3 6 0 3 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   T.   P a lac io s,  A .   Hs u   a n d   H.  W a n g ,   " A p p li c a ti o n o f   g ra p h e n e   d e v ice in   RF   c o m m u n i c a ti o n s,"   IEE E   Co mm u n ica ti o n s M a g a zin e ,   v o l.   4 8 ,   n o .   6 ,   p p .   1 2 2 1 2 8 ,   2 0 1 0 .   [9 ]   Re n a to   Io v in e ,   Rich a rd   T a rp a re ll a n d   L u c io   V e g n i,   " El e c tro m a g n e ti c   A n a l y sis  o f   G ra p h e n e   Na n o p a rti c les   O p e ra ti n g   in   t h e   T e ra He rtz Ban d , "   Ad v a n c e s in   N a n o p a rticle s ,   v o l.   3 ,   p p .   72 - 7 6 ,   2 0 1 4 .   [1 0 ]   Be d ir  B.   Yo u sif   a n d   A h m e d   S .   S a m r a ,   " Mo d e li n g   o f   Op ti c a Na n o a n ten n a s,"   Ph y sic Res e a rc h   In ter n a ti o n a l   pp.   1 - 1 0 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   L .   No v o tn y ,   " E ff e c ti v e   w a v e len g t h   sc a li n g   f o o p t ica a n ten n a s,"   Ph y sic a Rev iew L e tt e rs ,   v o l.   9 8 ,   2 0 0 7 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       M.   S a ra v a n a n   w a b o rn   in   M a rc h   1 9 8 9 . He   re c e iv e d   h is  m a ste o f   e n g in e e rin g   d e g re e   (Co m m u n ica ti o n   sy ste m f ro m   A n n a   Un iv e rsit y ,   Co im b a to re ,   In d ia  in   2 0 1 2 .   He   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to wa rd h is  P h . D.  d e g re e   in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e ri n g   a t     th e   Hin d u sta n   Un iv e rsit y ,   In d ia.  He   h a d   tw o   y e a r o f   tea c h in g   e x p e rien c e   in   V . S . B.   o f   c o ll e g e   o f   e n g in e e rin g ,   In d ia.   His res e a rc h   in tere sts in c lu d e   re c o n f ig u ra b le an ten n a   d e sig n ,   RF   d e sig n .             V . R.   P ra k a sh   h a re c e iv e d   h is  Ba c h e lo d e g re e   in   M a d u ra Ka m a   ra Un iv e r sit y   a n d   M a ste r   d e g re e   in   A n n a   Un iv e rsity   in   th e   y e a 2 0 0 3   a n d   2 0 0 6 .   Cu rre n tl y   w o rk in g   in   Hin d u sta n   Un iv e rsit y   a A s st  . P r o f e ss o in   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g .   He   is  d o in g   P h in   t h e   a re a   o f   v id e o   c o m p re ss io n   tec h n i q u e s.  He   h a d   p u b li sh e d   e ig h t   In tern a ti o n a Jo u rn a ls,  f o u N a ti o n a Jo u rn a ls  a n d   v a rio u In tern a ti o n a Co n f e re n c e s.   S p e c ialize d   o n   th e   M u l ti m e d ia,  wire les s c o m m u n ica ti o n   a n d   im a g e   P ro c e ss in g .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.