T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   1 9 ,   No .   4 A u g u s t   2021 ,   p p .   13 42 ~ 13 48   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Ke m e n r is te k d i k ti,  Dec r ee   No 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI KA . v 1 9 i 4 . 1 8 7 8 8     1342       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   S m a rt  anten na  de sig n ali m en ted  by  a 4 x 4   butler  m a t rix       S.  Al m o ra bet i 1 ,   H .   T er c ho un e 2 ,   M .   Rif i 3 ,   H .   T izy i 4 ,   S.   S m i hil y 5   1 , 2, 3, 5 C ED  En g i n e e rin g   S c ien c e ,   E NSE M ,   RIT M .   L a b /E S T C   Ha ss a n   II  Un iv e rsit y   Ca sa b lan c a ,   M o ro c c o   4 S T RS . L a b Na ti o n a In sti tu te  o f   P o sts a n d   T e lec o m m u n ica ti o n s - I NP T   Ra b a t,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   4 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   Feb   1 5 ,   2 0 2 1   A cc ep ted   Feb   2 7 ,   2 0 2 1       In   th e   las d e c a d e s,  th e   d e v e lo p m e n o f   e ff icie n a n ten n a f o w ir e les p o w e r   tran sf e a p p li c a ti o n h a g a in e d   g re a a tt e n ti o n   f ro m   r e se a r c h e rs  w o rld w id e   a n d   h a b e c o m e   a   v it a re se a rc h   t o p ic.  I n   th is  p a p e r,   w e   p ro p o se   th e   o p ti m u m   d e sig n   a n d   im p lem e n tatio n   in   m icro strip   tec h n o l o g y   o f   a   s w it c h e d   b e a m   s m a rt  a n ten n a   a li m e n ted   b y   a   4 x 4   b u tl e m a tri x   (BM )   f o a   m icro w a v e   w irele ss   p o w e tran s m is sio n   sy st e m   (M P T a 5 . 8   G Hz .   T h e   p ro p o se d   sm a r t   a n ten n a   c o n sists   o f   a   f o u li n e a r   m icro strip   p a tch   a n ten n a   a rra y   a n d   a   4 x 4   b u tl e m a tri x   b e a m f o rm in g   n e t w o rk .   It  wa a b le  to   f o rm   a n d   ste e f o u o rth o g o n a b e a m in   th e   f o u d i re c ti o n (±3 9 ° ,   a n d   ±1 5 ° ).   F u rth e r m o re ,   it   e x h ib it e d   a   h ig h   g a in   o f   1 7 . 9 8   d a n d   g o o d   sim u late d   a n d   m e a s u re d   re tu r n   lo ss e s.  T h e   d e si g n ,   o p ti m iza ti o n   a n d   sim u latio n   o f   th e   s m a r a n ten n a   c o m p o n e n ts w e re   p e rf o r m e d   u sin g   a d v a n c e d   d e sig n   sy ste m   ( A DS ) .   K ey w o r d s :   An te n n ar r a y   B u tler   m atr i x   P atch   an ten n a   S w itc h ed   b ea m   s m ar t a n te n n a   W ir eless   p o w er   tr an s f er   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e 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 :   S.  A l m o r ab eti   C E E n g i n ee r in g   Scie n ce ,   E NSEM   R I T M.   L ab /EST C   Hass an   I I   Un i v er s it y   C a s ab lan ca   Mo r o cc o   E m ail:  s o u m a y a. al m o r ab eti@ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   O w in g   to   t h ad v a n ce m en in   elec tr o n ics  i n   r ec en y ea r s ,   t h e m er g e n ce   o f   elec tr o n ic  s y s te m s   an d   w ir ele s s   p o r tab le  d ev ice s   s u c h   as   R FID   s y s te m s ,   s e n s o r s ,   s en s o r   n et w o r k s   an d   m icr o - d r o n es  h as   co n tr ib u ted   to   th p r o s p er ity   o f   m a n y   k e y   ar ea s   an d   esp ec iall y   th in ter n et  o f   th i n g s .   T h ese  s y s te m s   ar m ass iv el y   u s ed   in   p lace s   t h at  ar d a n g er o u s   a n d   u n r ea c h ab le   [ 1 ] [ 2 ] Nev er th e less ,   t h e y   ar e   li m ited   i n   a u to n o m y   b ec a u s e   o f   t h e   r ap id ly   u n lo ad i n g   o f   t h eir   b att er ies.   W ith   v ie w   to   i m p r o v i n g   t h w ir ele s s   s y s te m s   a u to n o m y ,   th r esear ch er s   ar i n cr ea s i n g l y   tu r n i n g   to   w ir ele s s   p o w er   tr an s f er   tech n o lo g y   [ 2 ] .   I n   f ac t,  w ir eles s   p o w er   tr an s f er   u s i n g   m icr o w a v es  ( MP T )   is   an   alter n ati v an d   p r o m is in g   tec h n o lo g y   th at  ca n   p r o v id s o u r ce   o f   en er g y   ab le  to   i m p r o v t h b atter ies  l i f o r   to   r e m o te  p o w er   to   t h elec tr o n ic   d e v ices .   I n   p ar tic u lar ,   t y p ical  MP T   s y s t e m   co n s is ts   o f   t w o   m ai n   p ar ts t h e   tr an s m is s io n   a n d   t h r ec ep tio n .   T h g e n er al  b lo ck   d iag r a m   o f   th i s   s y s te m   is   d ep icted   in   F i g u r 1 .   I n   t h e   tr an s m is s io n ,   m icr o w a v g e n er at o r   co n v er ts   t h d ir ec cu r r en ( DC )   p o w er   to   th m icr o w a v es  p o w er .   T h en ,   th tr an s m it tin g   an te n n r ad iates  th i s   p o w er   u n i f o r m l y   th r o u g h   th f r ee   s p ac to   r ec eiv er .   I n   th r ec ep tio n ,   a   r ec ten n ca p tu r e s   an d   co n v er t s   th m icr o w a v es  b ac k   to   u s e f u d ir ec p o w e r   DC .   I n   t h is   s tu d y ,   w w ill  f o cu s   o n   th d ev elo p m e n t o f   th tr a n s m i tti n g   a n te n n a   (T X ) .     I n   f ac t,  i n   m o s r ec en r esear ch   w o r k s ,   th d ir ec tio n al  an ten n as  ( o r   d ir ec tio n al  an ten n as  a r r ay s )   ar u s ed   as  tr a n s m itti n g   an te n n as  in   MP T   s y s te m   [ 3 ] - [ 5 ] .   Ho w e v er ,   th e s an te n n as  a r n o r ec o n f i g u r ab le,   an d   th e y   ar n o p r o m i s in g   f o r   w ir ele s s   p o w er   tr a n s f er   ap p licatio n s   w h ic h   h a v tar g et s   th at   ca n   b m o b ile.   T h er eb y ,   w p r o p o s to   u s s m ar a n te n n a s   b ec au s th e y   ar r ec o n f ig u r ab le   an d   s ee m   to   b p r o m is i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         S ma r t a n ten n a   d esig n   a limen ted   b a   4 x4   b u tler   ma tr ix  ( S .   A lmo r a b eti )   1343   tech n o lo g y   to   f o r m ,   co n tr o an d   d ir ec th m icr o w a v b ea m   t o w ar d s   th tar g et.   Fu r t h er m o r e,   th e y   co n ce n tr ate  th en er g y   o n l y   i n   t h d esire d   d ir ec tio n   an d   ca n   i m p r o v s i g n i f ican tl y   t h e f f ic ien c y   o f   MPT   s y s te m .   T h s m ar an te n n s y s te m s   a r b asicall y   d iv id ed   in to   t w o   ca teg o r ies  [ 6 ] ad ap tiv ar r a y   s y s te m   b ased   o n   th e   ad ap ti v d ig ital   b ea m f o r m in g   tec h n iq u e s   ( s i g n al  p r o ce s s i n g ) ,   an d   s w itc h ed   b ea m   s y s te m   b ased   o n   t h f i x ed   b ea m f o r m i n g   tec h n iq u es   ( an alo g   cir cu its ) .   T h s ec o n d   s y s te m   is   w id el y   r ec o m m en d ed   b ec au s i t   less   e x p en s i v a n d   ea s y   to   i m p le m en t   i n   co m p ar is o n   w i th   t h f ir s t   s y s te m   th a r eq u ir es  m a n y   s ig n al s   p r o ce s s in g   an d   co m p licated   alg o r ith m s   [ 6 ] .   B u tler   m a tr ix   ( B M)   is   o n o f   t h m o s p o p u lar   b ea m f o r m i n g   n et w o r k s   u s ed   i n   s w itc h ed   b ea m   s m ar a n te n n a   s y s te m   d u t o   m a n y   ad v a n tag e s   [ 7 ] ,   [ 8 ] Fis t,  it  i s   ab le  to   g en er ate   o r th o g o n al  b ea m s   w i th   h i g h   d ir ec tiv it y .   Seco n d ,   i h as   s i m p le   ar ch itect u r w ith   r ed u ce d   n u m b er   o f   co m p o n e n ts   co m p ar ed   to   o t h er   b ea m f o r m i n g   n et w o r k s   ( n o len   m atr i x ,   b las s   m a tr ix ) .   T h i r d ,   it  ca n   b ea s il y   i m p le m en ted   a s   w ell  a s   t h an te n n ar r a y   o n   t h s a m s u b s tr ate  u s i n g   m ir co s tr ip   tec h n o lo g y .   T h is   p ap er   p r esen ts   t h s t u d y ,   d es i g n ,   s i m u latio n ,   a n d   i m p le m e n tatio n   o f   s w i tch ed   b ea m   s m ar an ten n b ased   o n   a   p lan ar   4 X4   b u tler   m a tr ix   at  5 . 8   GHz .   I t is p r o p o s ed   as th tr an s m itt in g   an ten n f o r   MP T   s y s te m .           Fig u r 1 .   Gen er al  b lo ck   d iag r a m   o f   MP T   s y s te m       2.   SWI T CH E B E AM   S M ART ANT E NN A   T h s w itc h ed   b ea m   s y s te m   m ain l y   co n s i s ts   o f   an   a n ten n a r r ay   an d   b ea m f o r m i n g   n e t wo r k .   I ca n   f o r m   s e v er al  f i x ed   b ea m s   w it h   en h an ce d   s en s iti v it y   in   s p ec if ic  d ir ec tio n   [ 9 ] .   M o r eo v er ,   it  d etec ts   s ig n al   s tr en g th ,   s elec t s   o n o f   t h s e v er al  p r ed eter m i n ed   f ix ed   b ea m s ,   a n d   s w itc h es   f r o m   o n e   b ea m   to   a n o t h er   as   th e   tar g et  m o v es  [ 10 ].   Fig u r 2   illu s tr ate s   t h b asic  s tr u ct u r e   o f   s w itc h ed   b ea m   s y s te m   t h at   w w i ll  u s i n   o u r   s tu d y .   I n   tr an s m is s io n   m o d e,   w h e n   a   R s i g n al   is   ap p lied   to   t h i n p u o f   th s w itc h ed   b ea m   s m a r an te n n a,   it  is   s w i tch ed   to   o n o f   t h b e a m f o r m i n g   n et w o r k s   p o r ts   ( 4 x 4   b u tler   m atr i x   i n   o u r   s t u d y )   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h p o r t   is   s elec ted   ac co r d in g   to   th p o s itio n   o f   t h d esire d   tar g et T h b u tler   m atr i x   d iv id es  t h in p u s i g n al  in to   f o u r   s ig n al s   o f   t h s a m a m p li tu d an d   w it h   t h r eq u ir ed   p h ase   s h if t   [ 1 1 ] - [ 2 3 ] .   Fin all y ,   t h an te n n a   ar r a y   g en er ates   th co r r esp o n d in g   r ad iatio n   p atter n   ( Fo u r   o r th o g o n a b e a m s   ar g en er ated   an d   p o in ted   in   ce r tain   d ir ec tio n   ( an g le   θ i ) )   [ 1 0 ] - [ 2 0 ] .   Fig u r 3   illu s tr ate s   an   e x a m p le  o f   4 x 4   b u tler   m a tr ix   [ 9 ] ,   [ 1 8 ] - [ 2 4 ] .             Fig u r 2 B asic stru ct u r o f   s w itc h ed   b ea m   s y s te m     Fig u r 3 .   4 x 4   Ma tr ix   B u tler   to p o lo g y       T h p h ase  d if f er e n ce   at  th o u tp u t p o r ts   is   g i v e n   b y   ( 1 )   [ 1 4 ]:     φ = 2n 1 N 180°                 ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   4 A u g u s t   202 1 :    13 4 2   -   1 3 4 8   1344   w it h   n   r ep r ese n t s   th e   in p u t p o r t n u m b er   w i th   r esp ec ted   to   t h e   n o r m al   ( 1   o r   2 ,   in   t h ca s e   o f   4 x 4   m a tr ix ) .   T h e   b ea m   d ir ec tio n   θ  ca n   b d eter m i n ed   as f o llo w s   ( 2 )   [ 1 5 ] :             θ   =   s in 1   ( ±   ( 2n 1 )   / N               ( 2 )       3.   P RO P O SE SM ART ANT E NNA   T h d esig n s   an d   s im u latio n s   o f   all  ci r cu i ts   at  5 . 8   GHz   w er p e r f o r m ed   u s in g   Mo m en tu m   s im u lato r   o f   ad v an ce d   d esig n   s y s tem   ( A DS )   s o f tw ar e   [2 2 ] .   A ll  tr an s m is s i o n   lin es ( ch a r ac t er is ti im p ed a n ce   o f   5 0 Ω )   w id th s   an d   l en g th s   ar ca lcu la te d   u s in g   th L in eCalc  t o o l .   W e   h av u s ed   th FR - 4   s u b s t r a te  ( d iel ec tr i c o n s tan o f   4 . 4 ,   th ick n ess   o f   1 . 6   m m   an d   l o s s   t an g en o f   0 . 0 2 5 )   d u to   its   l o w   c o s t   an d   ea s y   f ab r ic ati o n   [ 2 5 ] .     3 . 1 .     Desig n   W h av co m b i n ed   4 x 4   b u tl er   m atr ix   to   li n ea r   an ten n ar r ay   ( f o u r   p atch   a n te n n a s )   o n   t h s a m e   s u b s tr ate  FR 4   to   i m p le m e n o u r   s m ar a n te n n a.   W n o te  t h at  t h d esi g n   a n d   s i m u latio n s   o f   o u r   p r o p o s ed   b u tler   m atr i x   an d   p atch   a n te n n ele m e n ar d etailed   in   [ 1 9 ].   T h d is tan ce   b et w ee n   t h b u tler   m a tr ix   o u tp u t   p o r ts   r ep r esen ts   th d i s tan ce   d   b et w ee n   t h a n te n n a s .   I is   ab o u 0 . 5   λ   in   o r d er   to   o b tain   o r th o g o n al  b ea m s ,   m ax i m u m   g ai n   an d   m i n i m u m   m u tu al   co u p li n g   b et w ee n   an ten n a s .   Fi g u r 4   r ep r esen t s   th f i n al  g eo m etr y   ( 9 0 . 6 1 ×9 6 . 5 4   m m 2 o f   t h p r o p o s ed   s w itc h ed   b ea m   s m ar a n ten n at  5 . 8   GHz .   T ab le  1   p r esen t s   t h p r in cip al  p ar am eter s   o f   o u r   p r o p o s ed   s m ar t a n te n n a.           Fig u r 4 Fin al  g eo m etr y   o f   t h p r o p o s ed   s w itc h ed   b ea m   s m ar t a n ten n at  5 . 8   GHz       T ab le  1 .   T h p r in cip al  p ar am e ter s   o f   th p r o p o s ed   s m ar t a n t en n at  5 . 8   GHz   P a r a me t e r   L m               W m                      d                                     a   V a l u e   ( mm )   9 0 . 6 1        9 6 . 5 4         2 5 . 8           1 1 . 6             3 . 2   Resul t s   a nd   dis cu s s io n   Fig u r 5   s h o w s   clea r l y   t h at  a ll  th r ef lectio n   co ef f icie n ts   S 11 ,   S 22 ,   S 33 ,   an d   S 44   ( o f   th f o u r   in p u p o r ts )   o f   th p r o p o s ed   s m ar t   a n ten n ar b elo w   - 1 0   d B   at  th r eso n an ce   f r eq u e n c y   5 . 8   GHz .   T h p ar am eter s   S 11 ,   S 44   ar - 2 4 . 7   d B   an d   th p ar am eter s   S 22 ,   S 33   ar - 2 0 . 8   d B ,   w h ic h   m ea n s   g o o d   i m p ed a n ce   m atc h i n g .   Fig u r 6   an d   F i g u r e   7   illu s tr a te  r esp ec tiv el y   t h s i m u lated   r ad iatio n   p atter n s   ( 2 p o lar )   an d   3 g ai n   p atter n   o f   o u r   s m ar t a n te n n at  5 . 8   GHz   u s i n g   th C ST   s o f t w ar ( C o m p u ter   Si m u latio n   T ec h n o lo g y ) .     W o b s er v th at  th p r o p o s ed   s m ar an ten n p r o d u ce s   f o u r   o r th o g o n al  b ea m s   i n   t h e   r eq u ir ed   d ir ec tio n s .   I n   f ac t,  w h e n   th p o r ts   1 ,   4 ,   3   an d   2   a r ex cited   b y   a n   R s i g n al,   t h an ten n p o n tin g   an g les  ar r esp ec tiv el y   s y m m etr ical  w it h   r esp ec to   th ax is .   T h ese  an g les  ar +1 5 °/ - 1 5 °  an d   +3 9 °/ - 3 9 °  r esp ec tiv el y   f o r   th p o r ts   4 /1   an d   2 /3 .   W h e n   t h p o r 1   is   ex cited ,   t h m ax i m u m   g ai n   o f   o u r   s m ar t   an te n n is   ar o u n d   1 7 . 9 8   d B   at  5 . 8   GHz .   T ab le  2   s h o w s   a   co m p ar is o n   b et w ee n   th p er f o r m a n ce s   o f   o u r   s m ar an te n n an d   th ese  o f   th e   p r o p o s ed   tr an s m i ttin g   a n te n n as  f o r   MP T   s y s te m .   W ca n   s a y   th at  o u r   s m ar a n te n n e x h ib its   b etter   p er f o r m a n ce s   i n   ter m s   o f   g ai n ,   r etu r n   lo s s   a n d   b an d w id t h   in   co m p ar is o n   w it h   o th er   p r o p o s ed   tr an s m itti n g   an ten n a s   f o r   MP T   s y s te m .   I is   clea r   th at  o u r   s w itc h ed   b ea m   s m ar a n ten n ca n   b u s e d   as  tr an s m itti n g   an ten n i n   MP T   s y s te m   at  5 . 8   GHz .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         S ma r t a n ten n a   d esig n   a limen ted   b a   4 x4   b u tler   ma tr ix  ( S .   A lmo r a b eti )   1345       Fig u r 5 .   Si m u lated   r etu r n   lo s s es o f   t h p r o p o s ed   s m ar t a n te n n a           Fig u r 6 .   Ma in   b ea m s   d ir ec tio n s   p r o d u ce d   b y   t h p r o p o s ed   s w itc h ed   b ea m   s m ar t a n ten n a t 5 . 8   GHz   ( C ST   So f t w ar e )           Fig u r 7 .   Si m u lated   3 g ai n   p atter n   o f   t h p r o p o s ed   s m ar t a n ten n at  5 . 8   GHz   ( C ST   So f t w ar e)       T ab le  2 C o m p ar is o n   w i th   o t h er   p r o p o s ed   tr an s m itti n g   an te n n as  f o r   MPT   s y s te m   R e f e r e n c e   [2 - 3 ]   [ 5 ]   [ t h i s   w o r k ]   F r e q u e n c y   ( G H z )   5 . 8   2 . 4 5   5 . 8   T r a n smit t i n g   a n t e n n a s   A n n t e n n a   A r r a y   of   si x t e e n   p a t c h s   H o r n   a n t e n n a   a r r a y   A n t e n n a   a r r a y   o f   f o u r   p a t c h a l i me n t e d   b y   a   4 x 4   B u t l e r   M a t r i x   S i mu l a t e d   g a i n   ( d B )   1 6 . 8   1 4 . 3 7   1 7 . 9 8   S i mu l a t e d   S 11   ( d B )   - 1 9 . 1 9   - 1 7 . 1   2 4 . 6 9   S i mu l a t e d   b a n d w i d t h   ( M H z )   1 3 0   _   M o r e   t h a n   5 0 0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   4 A u g u s t   202 1 :    13 4 2   -   1 3 4 8   1346   3 . 3 .         F a brica t io n a nd   me a s ur m ent s   3 . 3 . 1 .   F a brica t ed  pro t o t y pe   W h av e   m a n u f ac tu r ed   t h p r o p o s ed   s m ar a n ten n in   m icr o s tr ip   tech n o lo g y   to   co n f ir m   t h v alid it y   o f   its   d es ig n   a n d   v er i f y   its   p e r f o r m an ce s .   I is   p r i n ted   o n   t h co m m er cial  s u b s tr ate  F R 4   ( εr =4 . 4 ,   h =1 . 6   m m   an d   tan δ=0 . 0 2 ) .   Fig u r 8   illu s tr ates  th f ab r icate d   p r o to ty p e   o f   th is   s m ar an te n n ( th S MA   co n n ec to r s   ar u s ed   as  f ee d in g   p o r ts ) .             Fig u r 8 .   Fab r icate d   p r o to ty p e   o f   th p r o p o s ed   s m ar t a n te n n ali m e n ted   b y   4 x 4   B u tler   Ma tr ix       3 . 3 . 2 .     Co m pa riso n bet w ee n t he  s i m ula t ed  a nd   m ea s ured  re s ults   We   h av m ea s u r ed   th r ef lect io n   co ef f ic ien t s   o f   o u r   s m ar a n ten n i n   o r d er   t o   v alid ate  its   f ab r icate d   p r o to ty p e.   T h m ea s u r e m e n ts   o f   r ef lec tio n   co e f f icie n ts   w er p er f o r m ed   u s i n g   t h A N R I T SU   v ec to r   n et w o r k   as  s h o w n   i n   F i g u r 9 .   T h F ig u r e s   ( 1 0 ,   1 1 ,   1 2   an d   1 3 )   p r esen r esp ec ti v el y   t h co m p ar is o n s   b et w ee n   th e   s i m u lated   a n d   m ea s u r ed   S - p ar a m eter s   ( S 11 ,   S 22 ,   S 33   an d   S 44 )   o f   th p r o p o s ed   s m ar a n t en n a.   T h T ab le  p r esen ts   t h co m p ar is o n   b et wee n   th s i m u la ted   an d   m ea s u r e d   r esu lts .             Fig u r 9 .   Me asu r e m en t o f   th s m ar t a n ten n r ef lectio n   co e f f ic ien t s     Fig u r 10 .   C o m p ar is o n   b et w e en   th s i m u la ted   an d   m ea s u r ed   S 11   ( p o r t 1   is   ex cited )       W o b s er v th at  t h m ea s u r e d   r ef lectio n   co e f f ic ien t s   ( S 11 ,   S 22 ,   S 33   a n d   S 44 )   o f   th p r o p o s ed   s m ar t   an ten n ar le s s   th a n   - 1 0   d B   ( g o o d   im p ed an ce   m atc h i n g )   a 5 . 8   GHz .   T h u s ,   th f ab r icate d   p r o t o ty p o f   t h i s   an ten n p r ese n ts   g o o d   r esu l t s   alt h o u g h   th er ar s o m d if f er en ce s   b et w ee n   th m ea s u r ed   an d   s i m u lated   r esu lt s .   On   o n h a n d ,   th ese   d if f er e n ce s   ar ce r tain l y   d u es  to   t h f ab r icatio n   i m p er f ec tio n s   a n d   to   th e   co n n ec to r s   s o ld er in g .   On   t h o th er   h an d ,   t h e y   ca n   b also   ex p lain ed   b y   t h ex p er i m en ta co n d itio n s .   I n   f ac t,   th m ea s u r e m en ts   w er n o p er f o r m ed   in   an   an ec h o ic  ch a m b er .   C o n s eq u e n tl y ,   th e y   ar m an y   m u lt ip le  p ath s   b ec a u s o f   t h p r esen ce   o f   w al ls   an d   o th er   m e tallic  o b j ec ts .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l         S ma r t a n ten n a   d esig n   a limen ted   b a   4 x4   b u tler   ma tr ix  ( S .   A lmo r a b eti )   1347         Fig u r 11 .   C o m p ar is o n   b et w e en   th s i m u la ted   an d   m ea s u r ed   S 22   ( p o r t 2   is   ex cited )     Fig u r 12 .   C o m p ar is o n   b et w e en   th s i m u la ted   an d   m ea s u r ed   S 33   ( p o r t 3   is   ex cited )           Fig u r 13 .   C o m p ar is o n   b et w e en   th s i m u la ted   an d   m ea s u r e d   S 44   ( p o r 4   is   ex cited )       T ab le  3 C o m p ar is o n   b et w ee n   th s i m u lated   an d   m ea s u r ed   r ef lectio n   co ef f icien ts   o f   t h p r o p o s ed   s m ar an ten n a   R e su l t s   S i mu l a t i o n   M e a su r e me n t   S 11   ( d B )   A t   5 . 8   G H z   - 2 4 . 7   - 20 . 6   S 22  ( d B )   A t   5 . 8   G H z   - 20 . 8   - 28 . 3   S 33  ( d B )   A t   5 . 8   G H z   - 20 . 8   - 28 . 8   S 44  ( d B )   A t   5 . 8   G H z   - 2 4 . 7   - 29 . 4       4.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er ,   p lan ar   d esig n ,   s i m u latio n   an d   i m p le m e n tat io n   o f   s w itc h ed   b ea m   s m ar an ten n a   ali m e n ted   b y   4 x 4   b u tler   m atr i x   at  5 . 8   GHz   h as  b ee n   p r esen ted .   T h s i m u lated   r esu lt s   s h o w   t h at  th e   p r o p o s ed   s m ar a n te n n a   o f f er s   i n ter esti n g   p er f o r m a n ce s   in   ter m s   o f   r et u r n   lo s s e s   a n d   g ain .   I i s   ca p ab le  to   p r o d u ce   f o u r   o r th o g o n al  b ea m s   in   th e   d ir ec tio n s   ( ±   1 5 °,  ±   3 9 °).   Fu r t h er m o r e,   t h r etu r n   lo s s es  o f   th is   a n te n n a   h av b ee n   co n f ir m ed   b y   ex p e r i m en tatio n .   T h er ef o r e,   it  is   c l ea r   f r o m   t h s i m u lated   a n d   m ea s u r ed   r esu lts   t h at   o u r   s m ar t a n ten n is   s u itab le  f o r   w ir eless   p o w er   tr an s f er   ap p licatio n   at  5 . 8   GHz .         RE F E R E NC E S     [1 ]   A .   T a y b i,   A .   T a j m o u a ti ,   J.  Zb it o u ,   A .   Err k i k   a n d   M .   Latra c h ,   " D e sig n   o f   a   n e w   5 . 8   G Hz   RF - DC   re c ti f ier  stru c tu re   f o w irele ss   p o w e tran s m issio n , "   2 0 1 7   I n ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   W ire les T e c h n o lo g ies ,   Emb e d d e d   a n d   In telli g e n S y ste ms   ( W IT S ) p p .   1 - 4 ,   2 0 1 7 d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /W IT S . 2 0 1 7 . 7 9 3 4 6 1 5 .   [2 ]   M .   A .   S e n n o u n i ,   J .   Z b i t o u B .   A b b o u d A .   T r i b a k H .   B e n n i s   a n d   M .   L a tr a c h ,   " H ig h   S e n s i t iv e   a n d   E f f ic i e n t   C i rc u l a P o l a r i z e d   R e c t e n n a   D e s ig n   f o r   R F   E n e r g y   H a r v e s t i n g   a t   5 . 8   G Hz , C h a p t e r   1 0 ,   Ad v a n c e s   i n   U b i q u i t o u s   N e t w o r k i n g I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   U b i q u i t o u s   N e t w o r k i n g ,   p p .   1 9 5 - 2 0 9 ,   2 0 1 6 ,   D O I :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 981 - 287 - 9 9 0 - 5 _ 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   4 A u g u s t   202 1 :    13 4 2   -   1 3 4 8   1348   [3 ]   A .   Ca r v a lh o ,   N .   Ca rv a lh o 1 ,   P .   P i n h o   a n d   R .   G o n c a lv e s,   " W irel e ss   p o w e tran s m issio n   a n d   it s   a p p li c a ti o n f o p o w e rin g   Dro n e s , Arti c le f o r t h e   8 th   Co n g re ss   o th e   P o rtu g u e se   Co mm it tee   o UR S I ,   2 0 1 4 .   [4 ]   A .   Ca r v a lh o ,   N.  Ca rv a lh o ,   P .   P in h o ,   A .   G e o rg iad is  a n d   A .   Co n sta n z o ,   " 5 . 8   G Hz   m i c ro strip   a n ten n a a n d   a rra y   f o m icro w a v e   p o w e tran s f e r, "   2 0 1 5   9 th   Eu r o p e a n   C o n fer e n c e   o n   A n t e n n a a n d   Pro p a g a ti o n   ( Eu CAP ) ,   p p .   1 - 5,   2 0 1 7 .   [5 ]   S .   Ch a n k a p o e ,   " W irele ss   p o we tran sm is sio n   u si n g   h o rn   a n ten n a   w it h   2 . 4 5   G Hz   m a g n e tro n , "   2 0 1 6   S e c o n d   Asia n   Co n fer e n c e   o n   De fen c e   T e c h n o lo g y   ( ACDT ) ,   p p .   1 7 - 2 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /A CDT . 2 0 1 6 . 7 4 3 7 6 3 6 .   [6 ]   C .   A .   Ba lan is,   " A n ten n a   th e o ry   a n a ly sis  a n d   d e sig n , 3 rd   e d it io n ,   J o h n   wil ley   a n d   S o n ’s  In c   2 0 0 5 ,   IS BN:  0 - 4 7 1 - 6 6 7 8 2 - X.   [7 ]   N .   M d .   Jiz a t ,   N .   A h m a d ,   Z .   Yu s o f f ,   N .   M .   No r ,   M .   I .   S a b ra n ,   " 5 G   b e a m - ste e rin g   2 × 2   b u t ler  m a tr ix   w it h   slo tt e d   w a v e g u id e   a n ten n a   a rra y , "   T EL KOM NIKA   T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   El e c tro n ics   a n d   Co n tro l ,   v o l .   1 7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 6 5 6 - 1 6 6 2 ,   A u g .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / telk o m n ik a . v 1 7 i4 . 1 2 7 7 7 .   [8 ]   N .   S o u a lm i,   R .   A h m e d   a n d   H .   L i ,   " A   5 . 8   GH z   B a n d   S m a rt  A n ten n a   Us in g   4 x 4   Bu tl e M a tri x , Ap p li e d   M e c h a n ics   a n d   M a ter ia ls ,   v o l.   6 1 0   p p   8 7 8 - 8 8 1 ,   2 0 1 4 ,   d o i:   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 4 0 2 8 /w ww . s c ien ti f ic.n e t/ A M M . 6 1 0 . 8 7 8 .   [9 ]   A .   Bh a n d a re ,   M .   F e rn a n d e s,  C.   De sa a n d   R.   L o h a n i,   " W id e b a n d   sw it c h e d   b e a m   p a tch   a n ten n a   a rr a y , "   2 0 1 3   IE EE   Ap p li e d   El e c tro m a g n e ti c s   Co n fer e n c e   ( AE M C) p p .   1 - 2 ,   2 0 1 3 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /A EM C. 2 0 1 3 . 7 0 4 5 0 2 0 .   [1 0 ]   M .   M o u b a d ir ,   H.  Az iz,  N.  A .   T o u h a m i,   M .   Ag h o u tan e ,   K.  Zeljam a n d   A .   T a z o n ,   " D e sig n   a n d   I m p le m e n tatio n   o f   a   T e c h n o lo g y   P lan a 4 x 4   B u tl e M a tri x   f o Ne t w o rk A p p li c a ti o n , In ter n a t io n a j o u r n a l   o mic ro w a v e   a n d   o p t ica l   tec h n o l o g y ,   v o l.   1 0 ,   n o . 6 ,   p p .   4 4 6 - 4 5 1 ,   No v .   2 0 1 5 .   [1 1 ]   D .   M .   P o z a r ,   " M icro w a v e   En g in e e rin g , W il e y ,   3 rd   e d it i o n ,   Ne Y o rk ,   2 0 0 5 .   [1 2 ]   W .   M .   F a th e lb a b ,   " T h e   S y n th e sis  o f   a   Clas o f   Bra n c h - L in e   Dire c ti o n a Co u p lers , "   IEE T ra n sa c ti o n o n   M icr o wa v e   T h e o ry   a n d   T e c h n i q u e s ,   v o l.   5 6 ,   n o .   8 ,   p p .   1 9 8 5 - 1 9 9 4 ,   A u g .   2 0 0 8 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T M T T . 2 0 0 8 . 9 2 7 4 0 7 .   [1 3 ]   M .   F e rn a n d e s,  A .   Bh a n d a re ,   C.   De ss a a n d   H.  V iran i,   " A   w id e b a n d   sw it c h e d   b e a m   p a tch   a n ten n a   a rr a y   f o LT a n d   Wi - F i, "   2 0 1 3   A n n u a l   IEE E   I n d ia   Co n fer e n c e   ( INDICO N) ,   p p .   1 - 6,   2 0 1 3 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /INDCO N. 2 0 1 3 . 6 7 2 6 1 5 0 .   [1 4 ]   M a c n a m a ra ,   T .   1 9 8 7 ,   " S im p li f ie d   d e sig n   p r o c e d u re f o Bu tl e m a tri c e in c o rp o ra ti n g   9 0 Â °   h y b rid o 1 8 0 Â °  h y b rid s , IEE   Pro c e e d in g M icr o wa v e s,  An ten n a a n d   Pro p a g a ti o n ,   v o l .   1 3 4 ,   n o .   1 ,   p p .   50 - 54 ,   F e b .   1 9 8 7   doi 1 0 . 1 0 4 9 /i p - h - 2 . 1 9 8 7 . 0 0 1 0 .   [1 5 ]   H .   E r r if i ,   A .   Ba g h d a d ,   A .   B a d r a n d   A .   S a h e l ,   " De s ig n   a n d   s im u l a t io n   o f   a   p l a n a t o p o l o g y   b u t l e r   m a t r i x   f o 1 0   G h z   sw i t c h e d   m u l t i b e a m   a n t e n n a , C o n f e r e n c e :   C o n g r è s   M é d i t e rr a n é e n   d e s   T é l é c o m m u n i c a t i o n s   C M T - 2016 ,   M a y   2 0 1 6 .   [1 6 ]   G .   P .   S riv a sta v a   a n d   V .   L .   G u p ta ,   " M icro w a v e   d e v ice s   a n d   c ircu it   d e sig n , "   Pre n ti c e - Ha ll   o I n d ia   Priva te  L imit e d Ne w   De lh i,   2 0 0 6 .   [1 7 ]   E .   H.  F o o k a n d   R.   A .   Zak a re v i c iu s,   " M icro w a v e   e n g in e e rin g   u sin g   m icro s tri p   c ircu it s , Pre n ti c e   Ha ll ,   Ne w   Yo rk ,   IS BN - 1 3 :   9 7 8 - 0 1 3 6 9 1 6 5 0 5 ,   1 9 9 0 .   [1 8 ]   Z .   Zh a n g ,   Y. - C.   Jia o ,   S . - F   Ca o ,   X . - M .   W a n g   a n d   F - S .   Zh a n g ,   " M o d if ied   Bro a d b a n d   S c h if fm a n   P h a se   S h if ter  u sin g   De n tate   M icro strip   A n d   P a tt e rn e d   G ro u n d   P la n e ,"   Pro g re ss   In   El e c tro ma g n e ti c Res e a rc h   L e tt e rs ,   v o l.   2 4 ,     p p .   9 - 1 6 ,   2 0 1 1 ,   d o i:   1 0 . 2 5 2 8 / P IE RL 1 1 0 4 1 4 0 6 .   [1 9 ]   S .   A l m o ra b e ti ,   M .   Ri f i,   H.  T e rc h o u n e   a n d   H.  T iz y i,   " D e sig n   a n d   Im p le m e n tatio n   o f   a   S w it c h e d   Be a m   S m a rt   A n ten n a   f o W irele s P o w e T ra n sf e S y ste m   a 5 . 8   G Hz , "   2 0 1 8   Ren e wa b le  En e rg ies ,   P o we S y ste ms   &   Gr e e n   In c lu siv e   Eco n o my   ( RE PS - GIE) p p .   1 - 6 ,   2 0 1 8 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /R E P S G IE. 2 0 1 8 . 8 4 8 8 8 0 6 .   [2 0 ]   M .   Ha n a o u i,   M .   Rif i,   H.   Bo u a ss a m   a n d   H.   T e rc h o u n e ,   " Im p ro v e m e n o f   e n e rg y   e ff i c ien c y   o f   G S M   BT S   b y   u sin g   s m a rt  a n ten n a   sy ste m , M e d it e rr a n e a n   T e lec o mm u n ic a ti o n   J o u rn a l ,   v o l.   5 ,   n o .   2 ,   Ju n .   2 0 1 5 .   [2 1 ]   A .   T a y b i,   A .   Taj m o u a ti ,   J.  Zb it o u ,   L .   El   A b d e ll a o u i,   M .   L a trac h ,   a n d   A .   Err k ik ,   " A   n e w   c o n f ig u ra ti o n   o f   p a tch   a n ten n a   a rra y   f o r   re c ten n a   a rra y   a p p li c a ti o n s,"   T EL KOM NIKA   T e lec o mm u n ica ti o n   Co m p u t in g   El c tro n ics   a n d   Co n tro l ,   v o l.   1 7 ,   n o.   5 ,   p p .   2 1 8 6 - 2 1 9 3 ,   Oc t.   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 /t e lk o m n ik a . v 1 7 i5 . 1 1 4 7 6 .   [2 2 ]   A d v a n c e d   De sig n   S y ste m s.  [ On li n e ] .   A v a il a b le:  h tt p s:// w ww . k e y si g h t. c o m /zz / e n /p ro d u c ts/so f tw a r e /p a th w a v e - d e sig n - so f twa re /p a th w a v e - a d v a n c e d - d e sig n - s y ste m . h t m l .   [2 3 ]   N.  A .   M u h a m m a d ,   S .   K.  A .   Ra h i m ,   N.  M .   Jiz a t,   T .   A .   Ra h m a n ,   K.  G .   T a n   a n d   A .   W .   Re z a ,   " Be a m   F o rm in g   Ne tw o rk s Us i n g   Re d u c e d   S ize   B u tl e M a tri x , "   W ire les s P e rs o n a Co mm u n ica ti o n s,  v o l .   6 3 ,   p p .   7 6 5 - 7 8 4 ,   2 0 1 2 .   [2 4 ]   T .   M a z ri,   F .   Rio u c h   a n d   N .   El   A m r a n El   Id rissi,   " A p p li c a ti o n   o f   Bu tl e M a tri x   to   a   T re e   S tru c tu re   o f   M icro stri p   A n ten n a   A rra y , "   IJ CS In ter n a ti o n a J o u rn a o C o mp u ter   S c ien c e   Iss u e s v o l.   8 ,   n o .   4 ,   p p .   2 7 4 - 2 7 8 ,   Ju l.   2 0 1 1 .   [2 5 ]   S .   Z.   Ib ra h im   a n d   M .   K.  A .   Ra h im ,   " S w it c h e d   Be a m   A n ten n a   u s in g   o m n id irec ti o n a a n te n n a   a rra y , "   2 0 0 7   Asia - Pa c if ic Co n fer e n c e   o n   Ap p li e d   El e c tro ma g n e ti c s ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 0 7 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /A P A CE. 2 0 0 7 . 4 6 0 3 9 2 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.