T E L K O M N I K A ,   V o l . 9 ,   N o . 2 ,   A u g u s t   2 0 1 1 ,   p p .   3 4 1 ~ 3 5 0   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           3 4 1       R e c e i v e d   J a n u a r y   3 1 s t ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   M a r c h   1 9 th ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   J u n e   7 th ,   2 0 1 1   N u m e r i c a l   D e s i g n   o f   U l t r a - W i d e b a n d   P r i n t e d   A n t e n n a   f o r   S u r f a c e   P e n e t r a t i n g   R a d a r   A p p l i c a t i o n       R o y   B .   V .   B .   S i m o r a n g k i r * 1 ,   A c h m a d   M u n i r 2   1   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   I n s t i t u t   T e k n o l o g i   H a r a p a n   Ba n g s a   J a l a n   D i p a t i u k u r   N o .   8 0 - 8 4 ,   B a n d u n g   4 0 1 3 2 ,   I n d o n e s i a ,   P h . / F a x :   + 6 2 2 2 - 2 5 0 6 6 3 6 / 2 5 0 7 9 0 1   2   R a d i o   T e l e c o m m u n i c a t i o n   a n d   M i c r o w a v e   L a b o r a t o r y   Sc h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   I n f o r m a t i c s ,   I n s t i t u t   T e k n o l o g i   Ba n d u n g   J a l a n   G a n e s h a   N o .   1 0 ,   Ba n d u n g   4 0 1 3 2 ,   I n d o n e s i a ,   Ph . / F a x :   + 6 2 2 2 - 2 5 0 1 6 6 1 / 2 5 3 4 1 3 4   e - m a i l :   r o y @ i t h b . a c . i d * 1 ,   m u n i r @ i e e e . o r g 2         A b s t r a k   R a d a r   p e n e m b u s   p e r m u k a a n   ( SPR ,   s u r f a c e   p e n e t r a t i n g   r a d a r )   a d a l a h   s e b u a h   p e r a n g k a t   p e n c i t r a   g e l o m b a n g   e l e k t r o m a g n e t i k   y a n g   b e k e r j a   d e n g a n   c a r a   m e m a n c a r k a n   d a n   m e n g i r i m k a n   p u l s a   p e r i o d e   s e m p i t   m e l a l u i   a n t e n a .   Ka r e n a   p e n g g u n a a n   p u l s a   p e r i o d e   s e m p i t ,   m e n u r u t   d u a l i t a s   t r a n s f o r m a s i   F o u r i e r ,   a n t e n a   p i t a   s a n g a t   l e b a r   ( U W B,   u l t r a - w i d e b a n d )   m e n j a d i   s a l a h   s a t u   k e b u t u h a n   p e n t i n g   d a l a m   s i s t e m   SPR .   D a l a m   m a k a l a h   i n i ,   s e b u a h   a n t e n a   c e t a k   U W y a n g   b a r u   d i u s u l k a n   u n t u k   d i g u n a k a n   p a d a   a p l i k a s i   SPR .   Pa d a   d a s a r n y a ,   a n t e n a   u s u l a n   t e r s e b u t   d i k e m b a n g k a n   d a r i   s e b u a h   a n t e n a   m i k r o s t r i p   p e r s e g i   d e n g a n   p e n c a t u a n   b e r b e n t u k - T   s i m e t r i s .   Be b e r a p a   m e t o d e   i n v e s t i g a s i   s e p e r t i   p e m b e b a n a n   r e s i s t i f ,   t r a n s i s i   m e n d a d a k ,   d a n   m o d i f i k a s i   g r o u n d   p l a n e   d i l a k u k a n   u n t u k   m e n c a p a i   k a r a k t e r i s t i k   l e b a r   p i t a ,   e f i s i e n s i   r a d i a s i ,   d a n   u k u r a n   y a n g   d i p e r l u k a n   o l e h   s i s t e m .   U n t u k   m e n d a p a t k a n   d e s a i n   y a n g   o p t i m a l ,   k a r a k t e r i s t i k - k a r a k t e r i s t i k   a n t e n a   u s u l a n   d i p e l a j a r i   s e c a r a   n u m e r i k   m e l a l u i   p a r a m e t e r   f i s i k   a n t e n a .   D a r i   h a s i l   i n v e s t i g a s i   m e n u n j u k k a n   b a h w a   a n t e n a   u s u l a n   y a n g   d i i m p l e m e n t a s i k a n   p a d a   s u b s t r a t   Ep o x y   F R - 4   d e n g a n   p e r m i t i v i t a s   4 , 3   d a n   k e t e b a l a n   1 , 6 m m   m e m i l i k i   u k u r a n   y a n g   k o m p a k   7 2 , 8 m m   x   6 0 , 0 m m   d a n   l e b a r   p i t a   y a n g   b e s a r   m u l a i   5 0 M H z - 5 G H z   y a n g   c o c o k   u n t u k   a p l i k a s i   S PR .     K e y w o r d s :   g r o u n d   p l a n e   b e r b e n t u k   U ,     p i t a   s a n g a t   l e b a r ,   r a d a r   p e n e m b u s   p e r m u k a a n ,   t r a n s i s i   m e n d a d a k       A b s t r a c t   Su r f a c e   p e n e t r a t i n g   r a d a r   ( S PR )   i s   a n   i m a g i n g   d e v i c e   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   w a v e   t h a t   w o r k s   b y   e m i t t i n g   a n d   t r a n s m i t t i n g   a   n a r r o w   p e r i o d   p u l s e   t h r o u g h   t h e   a n t e n n a .   D u e   t o   t h e   u s e   o f   n a r r o w   p e r i o d   p u l s e ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   F o u r i e r   t r a n s f o r m   d u a l i t y ,   t h e r e f o r e   u l t r a - w i d e b a n d   ( U W B)   a n t e n n a   b e c o m e s   o n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   n e e d s   i n   SPR   s y s t e m .   I n   t h i s   p a p e r ,   a   n o v e l   U W p r i n t e d   a n t e n n a   i s   p r o p o s e d   t o   b e   u s e d   f o r   SPR   a p p l i c a t i o n .   Ba s i c a l l y ,   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   i s   d e v e l o p e d   f r o m   a   r e c t a n g u l a r   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   f e d   b y   s y m m e t r i c   T - s h a p e d .   S o m e   i n v e s t i g a t i o n   m e t h o d s   s u c h   a s   r e s i s t i v e   l o a d i n g ,   a b r u p t   t r a n s i t i o n ,   a n d   g r o u n d   p l a n e   m o d i f i c a t i o n   a r e   a t t e m p t e d   t o   a c h i e v e   r e q u i r e d   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   b a n d w i d t h ,   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y ,   a n d   c o m p a c t n e s s   n e e d e d   b y   t h e   s y s t e m .   T o   o b t a i n   t h e   o p t i m u m   d e s i g n ,   t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a   a r e   n u m e r i c a l l y   i n v e s t i g a t e d   t h r o u g h   t h e   p h y s i c a l   p a r a m e t e r s   o f   a n t e n n a .   I t   i s   s h o w n   t h a t   p r o p o s e d   a n t e n n a   d e p l o y e d   o n   a n   F R - 4   Ep o x y   s u b s t r a t e   w i t h   p e r m i t t i v i t y   o f   4 . 3   a n d   t h i c k n e s s   o f   1 . 6 m m   h a s   a   c o m p a c t   s i z e   o f   7 2 . 8 m m   x   6 0 . 0 m m   a n d   a   l a r g e   b a n d w i d t h   o f   5 0 M H z - 5 G H z   w h i c h   i s   s u i t a b l e   f o r   SPR   a p p l i c a t i o n .     K e y w o r d s :   s u r f a c e   p e n e t r a t i n g   r a d a r ,   u l t r a - w i d e b a n d ,   a b r u p t   t r a n s i t i o n ,   U - s h a p e d   g r o u n d   p l a n e       1 .   I n t r o d u c t i o n   S u r f a c e   p e n e t r a t i n g   r a d a r   ( S P R )   a l s o   k n o w n   a s   g r o u n d   p e n e t r a t i n g   r a d a r   i s   a n   i m a g i n g   d e v i c e   a p p l i e d   f o r   d e t e c t i n g   o b j e c t s   b u r i e d   b e n e a t h   t h e   e a r t h s   s u r f a c e   o r   h i d d e n   b e h i n d   t h e   w a l l   u s i n g   e l e c t r o m a g n e t i c   w a v e   p h e n o m e n o n s .   R e c e n t l y ,   t h e   r a d a r   s y s t e m   h a s   a   v e r y   w i d e   a p p l i c a t i o n   i n   v a r i o u s   f i e l d s ,   i n c l u d i n g :   e a r t h   s c i e n c e ,   a r c h e o l o g y ,   c i v i l   e n g i n e e r i n g ,   n o n - d e s t r u c t i v e - t e s t i n g ,   a n d   d e f e n s e   [ 1 ] - [ 4 ] .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   a b i l i t y   o f   s u r f a c e   p e n e t r a t i n g   o f   t h e   r a d a r   s y s t e m   c a n   b e   u s e d   t o   p r o d u c e   i m a g e s   o f   t h e   s u b s u r f a c e   s t r u c t u r e   o f   h i g h w a y   [ 5 ] .   I n   g e n e r a l ,   S P R   s y s t e m   w o r k s   b y   e m i t t i n g   a   n a r r o w   p e r i o d   p u l s e   t h r o u g h   t h e   t r a n s m i t t e r   a n t e n n a   a n d   t h e n   r e c e i v e s   t h e   p u l s e   r e f l e c t e d   b y   s o m e   o b j e c t   t h r o u g h   t h e   r e c e i v e r   a n t e n n a .   I n   a c c o r d a n c e   w i t h   t h e   F o u r i e r   t r a n s f o r m ,   a   s i g n a l   w i t h   n a r r o w   p e r i o d   i n   t i m e   d o m a i n   h a s   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   2 ,     A g u s t u s   2 0 1 1   :     3 4 1     3 5 0   3 4 2 c o r r e s p o n d e n c e   w i t h   a   v e r y   w i d e b a n d   s i g n a l   i n   f r e q u e n c y   d o m a i n .   T h e r e f o r e ,   t h e   a n t e n n a   t h a t   h a s   t h e   a b i l i t y   t o   c o v e r   w i d e   b a n d   o f   f r e q u e n c y   r a n g e   s i g n a l s   b e c o m e s   o n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   t h i n g s   n e e d s   i n   S P R   s y s t e m .   U n f o r t u n a t e l y ,   t h e   s e l e c t i o n   o f   c e n t e r   f r e q u e n c y   a n d   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   r a n g e   o f   S P R   s y s t e m   w h i c h   h a s   t o   b e   a c c o m p l i s h e d   b y   t h e   a n t e n n a   i s   a   c r i t i c a l   p r o b l e m   t h a t   n e e d s   m o r e   a t t e n t i o n   p a r t i c u l a r l y   i n   t h e   d e s i g n   p r o c e s s .   T h e   c e n t e r   f r e q u e n c y   d e t e r m i n e s   t h e   a p p l i c a t i o n   o f   S P R ,   w h i l s t   t h e   o p e r a t i o n   f r e q u e n c y   r a n g e   o r   b a n d w i d t h   p l a y s   a n   i m p o r t a n t   r o l e   i n   t h e   r e s o l u t i o n   o f   S P R .   T h e   l o w   o p e r a t i o n   f r e q u e n c y   w i l l   r e s u l t   t h e   d e e p e r   p e n e t r a t i o n   l e v e l   o f   S P R   o r   v i c e   v e r s a ,   h e n c e ,   t h e   l a r g e r   b a n d w i d t h   o f   S P R   t h e   b e t t e r   r e s o l u t i o n   i s   p r o d u c e d .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   l a r g e r   b a n d w i d t h   c a n   a l s o   r e d u c e   l a t e - t i m e   r i n g i n g   w h i c h   i s   h a p p e n e d   a s   m u l t i p l e   r e f l e c t i o n s   b e t w e e n   a n t e n n a   o p e n   e n d s   a n d   t h e   f e e d   p o i n t .   T h e   r i n g i n g   w i l l   c o v e r   t h e   n e x t   p u l s e   r e f l e c t i o n   f r o m   t h e   o b s e r v e d   o b j e c t   a s   i t   a p p e a r s   a t   t h e   t a i l   p u l s e   t h a t   w i l l   a f f e c t   t h e   m a s k i n g   o f   t h e   t a r g e t   a n d   a u t o m a t i c a l l y   w o r s e n s   t h e   i m a g i n g   q u a l i t y   o f   t h e   s y s t e m .   I n   t h i s   p a p e r ,   a   c o m p a c t   n o v e l   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   w o r k s   f o r   a   f r e q u e n c y   r a n g e   o f   5 0 M H z - 5 G H z   i s   p r o p o s e d   t o   b e   a p p l i e d   f o r   S P R   a p p l i c a t i o n .   T h e   f r e q u e n c y   r a n g e   i s   c h o s e n   a s   a   t r a d e o f f   o f   b e t w e e n   t h e   r e s o l u t i o n   a n d   t h e   d e p t h   o f   p e n e t r a t i o n .   T h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   i s   d e v e l o p e d   f r o m   a   r e c t a n g u l a r   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   f e d   b y   s y m m e t r i c   T - s h a p e d   [ 6 ] .   S o m e   m e t h o d s   s u c h   a s   r e s i s t i v e - l o a d e d ,   a b r u p t   t r a n s i t i o n   a n d   g r o u n d   p l a n e   m o d i f i c a t i o n   a r e   i n c l u d e d   i n   t h e   d e v e l o p m e n t   t o   a c h i e v e   t h e   r e q u i r e d   s p e c i f i c a t i o n s   [ 7 ] - [ 1 1 ] .   T h e   d e v e l o p m e n t   i s   d o n e   b y   a d d i n g   f o u r   a b r u p t   t r a n s i t i o n s   o n   i t s   T - s h a p e d   a r m ,   a   c i r c u l a r   p a t c h   u n d e r   i t ,   a n d   U - s h a p e   g r o u n d   p l a n e   o n   t h e   o t h e r   s i d e   o f   t h e   a n t e n n a .   E a c h   r e s i s t i v e   l o a d   a t   t h e   e n d   o f   i t s   a r m s   a s   w e l l   a s   t h e   m o d i f i c a t i o n   o f   g r o u n d   p l a n e   s h a p e   i s   a p p l i e d   t o   i m p r o v e   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   t h r o u g h o u t   t h e   r e q u i r e d   f r e q u e n c y   r e g i o n   s o   t h e   r e q u i r e m e n t   o f   p r o p o s e d   b a n d w i d t h   c o u l d   b e   a c h i e v e d .   F o u r   a b r u p t   t r a n s i t i o n s   a n d   a d d i t i o n a l   c i r c u l a r   p a t c h   a r e   n e e d e d   t o   i m p r o v e   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   o f   a n t e n n a   a s   w e l l .   T h e   n u m e r i c a l   d e s i g n   i s   p e r f o r m e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m u m   d e s i g n   o f   a n t e n n a   w h e r e   p h y s i c a l   p a r a m e t e r s   o f   a n t e n n a   s u c h   a s   l e n g t h   a n d   w i d t h   o f   a r m s ,   l e n g t h   a n d   w i d t h   o f   g r o u n d   p l a n e ,   t r a n s i t i o n   a n g l e ,   r a d i u s   o f   c i r c u l a r   p a t c h ,   r e s i s t i v e   l o a d   v a l u e ,   a n d   t h i c k n e s s   o f   s u b s t r a t e   i s   i n v e s t i g a t e d   i n t e n s i v e l y   t h r o u g h   i t s   p a r a m e t r i c a l   s t u d y .       2 .   N u m e r i c a l   D e s i g n   B a s e d   o n   s i m p l i c i t y   r e a s o n s   a n d   p o s s i b i l i t y   o f   f u r t h e r   d e v e l o p m e n t ,   a   r e s i s t i v e   l o a d e d   T - s h a p e d   m o n o p o l e   a n t e n n a   i s   c h o s e n   a s   a n   i n i t i a l   d e s i g n   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a .   S o m e   p h y s i c a l   p a r a m e t e r   i n v e s t i g a t i o n s   s u c h   a s   a d d i t i o n a l   a b r u p t   t r a n s i t i o n s   t o   t h e   a r m s ,   p l a c e m e n t   o f   c i r c u l a r   p a t c h ,   a n d   g r o u n d   p l a n e   m o d i f i c a t i o n   a r e   i m p l e m e n t e d   t o   t h e   e x i s t i n g   d e s i g n   t o   a c c o m p l i s h   t h e   o p t i m u m   d e s i g n .   F i g u r e   1   i l l u s t r a t e s   a   s h a p e   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   f o r   i n v e s t i g a t i o n s   w h i c h   c o n s i s t s   o f   t h r e e   m a i n   p a r t s :   ( i )   a r m s   o f   a n t e n n a ,   ( i i )   c i r c u l a r   p a t c h ,   a n d   ( i i i )   U - s h a p e d   g r o u n d   p l a n e .                               F i g u r e   1 .     S h a p e   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a   f o r   i n v e s t i g a t i o n s       2 . 1 .   A r m s   o f   A n t e n n a   B a s i c a l l y ,   a r m s   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   a r e   m o d i f i e d   f r o m   a r m s   o f   r e s i s t i v e - l o a d e d   T - s h a p e d   m o n o p o l e   a n t e n n a   b y   a p p l y i n g   a b r u p t   t r a n s i t i o n s   o n   i t s   s h a p e .   H e r e ,   t h e   l e n g t h   o f   T - x   y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         N u m e r i c a l   D e s i g n   o f   U l t r a - W i d e b a n d   P r i n t e d   A n t e n n a   f o r   S u r f a c e     ( R o y   B .   V .   B .   S i m o r a n g k i r )   3 4 3   s h a p e d   m o n o p o l e   a n t e n n a   i s   6 2 m m   w h i c h   i s   d e t e r m i n e d   f r o m   a   h a l f   w a v e l e n g t h   o f   r e q u i r e d   b a n d w i d t h   a t   t h e   c e n t e r   f r e q u e n c y .   A s   t h e   r e s i s t i v e   l o a d i n g   i s   t h e   m o s t - w i d e l y   u s e d   m e t h o d   t o   e n h a n c e   t h e   a n t e n n a   b a n d w i d t h   w h i c h   s t i l l   m a i n t a i n s   t h e   c o m p a c t n e s s   o f   t h e   a n t e n n a   [ 7 ] - [ 9 ] ,   t h e   m e t h o d   i s   a l s o   a p p l i e d   i n   t h e   d e s i g n   t o   s a t i s f y   t h e   b a n d w i d t h   a n d   d i m e n s i o n   s p e c i f i c a t i o n   a s   w e l l .   T h e   i n i t i a l   v a l u e   o f   r e s i s t i v e   l o a d i n g   a t   t h e   e n d   o f   a r m s   i s   1 0 0 .   H o w e v e r ,   s i n c e   t h e   m e t h o d   d e c r e a s e s   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y ,   a b r u p t   t r a n s i t i o n   m e t h o d   b y   a p p l y i n g   a   n u m b e r   o f   s h a r p   e d g e s   a t   t h e   a r m s   i s   e m p l o y e d   f o r   c o m p e n s a t i o n   [ 7 ] .   H e n c e ,   t h e   a n t e n n a   r a d i a t i o n   a t   t h e   e d g e   o f   t r a n s i t i o n s   i s   m o r e   e f f e c t i v e   a s   t h e   i n c r e a s e   o f   d i s p l a c e m e n t   c u r r e n t .   I n   t h e   n u m e r i c a l   d e s i g n ,   t h e   n u m b e r   o f   a b r u p t   t r a n s i t i o n   i s   t a k e n   t o   b e   f o u r   f o r   s i m p l i c i t y   a n d   c o m p a c t n e s s   r e a s o n .     2 . 2 .   C i r c u l a r   P a t c h   A s   t h e   n e x t   s t e p ,   a   p l a c e m e n t   o f   c i r c u l a r   p a t c h   u p p e r   t h e   a r m s   o f   a n t e n n a   i s   i n v e s t i g a t e d .   T h e   i n i t i a l   v a l u e   o f   p a t c h   r a d i u s   f o r   t h e   i n v e s t i g a t i o n   i s   c h o s e n   t o   b e   2 2 m m   a s   t h i s   v a l u e   i s   c l o s e   t o   q u a r t e r   w a v e l e n g t h   o f   t h e   c e n t e r   f r e q u e n c y .   S i n c e   t h e   e f f e c t   o f   r e s i s t i v e   l o a d i n g   i n   t h e   p r e v i o u s   s t e p   c o n t r i b u t e s   t h e   d e c r e a s e   o f   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   s t r o n g e r   t h a n   o f   t h e   a b r u p t   t r a n s i t i o n s ,   t h e   p l a c e m e n t   o f   c i r c u l a r   p a t c h   i s   e x p e c t e d   a b l e   t o   i m p r o v e   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   a d d i t i o n a l   c i r c u l a r   p a t c h   a l s o   a f f e c t s   t o   t h e   i n c r e a s e   o f   r a d i a t i o n   r e s i s t a n c e   a n d   t h e   e f f e c t i v e   a p e r t u r e   o f   a n t e n n a   a s   w e l l ,   t h e r e f o r e   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   o f   a n t e n n a   c a n   i n c r e a s e   a c c o r d i n g l y .   H o w e v e r   a s   t h e   i n c r e a s e   o f   r a d i a t i o n   r e s i s t a n c e   o f   a n t e n n a ,   t h e   t o t a l   i m p e d a n c e   w i l l   c h a n g e   t o   b e   u n m a t c h e d   t h a t   n e e d s   t o   b e   i m p r o v e d .     2 . 3 .   U - s h a p e d   G r o u n d   P l a n e   T h e   n e x t   s t e p   i n   n u m e r i c a l   d e s i g n   o f   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   i s   m o d i f i c a t i o n   o f   t h e   g r o u n d   p l a n e .   A s   t h e   m e t h o d   h a s   b e e n   a p p l i e d   t o   i m p r o v e   t h e   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   o f   a n t e n n a   [ 1 0 ] - [ 1 1 ] ,   i n   t h e   d e s i g n   t h e   o r i g i n a l   g r o u n d   p l a n e   i s   t h e n   m o d i f i e d   i n   o r d e r   t o   d r a w b a c k   t h e   m a t c h i n g   i m p e d a n c e   w h i c h   h a s   b e e n   d i s t u r b e d   b y   a d d i t i o n a l   c i r c u l a r   p a t c h   i n   t h e   p r e v i o u s   a t t e m p t .   H e n c e ,   t h e   f i n a l   g e o m e t r y   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .   T h e   o p t i m u m   p a r a m e t e r s   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a   s u c h   a s   l e n g t h   o f   a r m s   ( A ) ,   t r a n s i t i o n   a n g l e   ( B ) ,   l e n g t h   o f   a r m s   a f t e r   t r a n s i t i o n   ( C ) ,   w i d t h   o f   a r m s   ( D ) ,   p o s i t i o n   o f   a r m s   f r o m   g r o u n d   p l a n e   ( E ) ,   l e n g t h   a n d   w i d t h   o f   g r o u n d   p l a n e   ( F ,   G ) ,   r a d i u s   o f   c i r c u l a r   p a t c h   ( R ) ,   r e s i s t i v e   l o a d i n g   v a l u e ,   a n d   t h i c k n e s s   o f   s u b s t r a t e   a r e   i n v e s t i g a t e d   t h r o u g h   p a r a m e t r i c a l   s t u d i e s   w i t h   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )   i s   u s e d   f o r   t h e   p e r f o r m a n c e   i n d i c a t o r   f o r   e a c h   p a r a m e t e r .                                       ( a )   f r o n t   v i e w   ( b )   b a c k   v i e w     F i g u r e   2 .     T h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   a n d   i t s   p a r a m e t e r s ,   ( a )   f r o n t   v i e w ,   ( b )   b a c k   v i e w .       3 .   N u m e r i c a l   R e s u l t s   a n d   A n a l y s i s   T h e   f i r s t   p a r a m e t e r   i n v e s t i g a t e d   i s   t h e   l e n g t h   ( F )   a n d   w i d t h   ( G )   o f   U - s h a p e   g r o u n d   p l a n e .   T h e   i n v e s t i g a t i o n   i s   s t a r t e d   w i t h   s e t t i n g   o f   G   i n   c o n s t a n t   v a l u e   o f   6 0 m m   a n d   t h e n   A   G   F   6 0   m m   7 2 . 8   m m   C   D   R   R e s i s t i v e   l o a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   2 ,     A g u s t u s   2 0 1 1   :     3 4 1     3 5 0   3 4 4 p e r f o r m i n g   t h e   p a r a m e t r i c a l   s t u d y   t o   o b t a i n   t h e   o p t i m u m   v a l u e   o f   F .   W i t h   t h e   o b t a i n e d   o p t i m u m   v a l u e   o f   F ,   t h e   p a r a m e t r i c a l   s t u d y   i s   c o n d u c t e d   a g a i n   t o   o b t a i n   t h e   o p t i m u m   v a l u e   o f   G .   F i g u r e s   3   a n d   4   s h o w   t h e   e f f e c t   o f   v a r y i n g   p a r a m e t e r   F   a n d   G   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) ,   r e s p e c t i v e l y .   F r o m   t h e   r e s u l t ,   t h e   o p t i m u m   v a l u e   o f   F   i s   6 0 m m ,   w h i l s t   f o r   G   i s   1 5 m m .   I t   i s   s h o w n   t h a t   t h e   a d j u s t m e n t   o f   F   i n f l u e n c e s   s i g n i f i c a n t l y   t o   t h e   i m p r o v e m e n t   o f   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   f o r   h i g h   f r e q u e n c y   ( >   1 2 5 0 M H z )   a n d   t h e   l o w   f r e q u e n c y   ( 5 0 M H z 6 0 0 M H z ) ,   w h e r e a s   t h e   a d j u s t m e n t   o f   G   p l a y s   a n   i m p o r t a n t   r o l e   t o   t h e   i m p r o v e m e n t   o f   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   f o r   p a s s   b a n d   ( 6 0 0 M H z 1 2 5 0 M H z ) .           F i g u r e   3 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   l e n g t h   o f   U - s h a p e   g r o u n d   p l a n e   ( F )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )     F i g u r e   4 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   w i d t h   o f   U - s h a p e   g r o u n d   p l a n e   ( G )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )       B y   u s i n g   t h e   d i m e n s i o n s   o f   U - s h a p e d   g r o u n d   p l a n e   w h i c h   h a v e   b e e n   o b t a i n e d   a b o v e ,   t h e   d i m e n s i o n s   o f   a r m s   a r e   t h e n   i n v e s t i g a t e d   n u m e r i c a l l y .   T h e   n e x t   t u n i n g   p a r a m e t e r   i s   t h e   l e n g t h   o f   a r m s   ( A ) .   F i g u r e   5   s h o w s   t h e   e f f e c t   o f   v a r y i n g   p a r a m e t e r   A .   T h e   d e c r e a s e   o f   p a r a m e t e r   A   d e c r e a s e s   c o n s e q u e n t l y   t h e   b a n d w i d t h   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a .   H e r e ,   t h e   l e n g t h   o f   a r m s   i s   c h o s e n   t o   b e   5 0 m m   s i n c e   t h e   l e n g t h   g i v e s   a   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   i n   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )   a n d   s t i l l   p r o v i d e s   s u f f i c i e n t   t o t a l   s p a c e   o f   6 2 m m   t o   m a k e   f o u r   a b r u p t   t r a n s i t i o n s .             F i g u r e   5 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   l e n g t h   o f   a r m s   ( A )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )   F i g u r e   6 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   t r a n s i t i o n   a n g l e   ( B )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         N u m e r i c a l   D e s i g n   o f   U l t r a - W i d e b a n d   P r i n t e d   A n t e n n a   f o r   S u r f a c e     ( R o y   B .   V .   B .   S i m o r a n g k i r )   3 4 5         F i g u r e   7 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   l e n g t h   o f   a r m s   a f t e r   t r a n s i t i o n   ( C )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )     F i g u r e   8 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   w i d t h   o f   a r m s   ( D )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )           F i g u r e   9 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   p o s i t i o n   o f   a r m s   f r o m   g r o u n d   p l a n e   ( E )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )     F i g u r e   1 0 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   r a d i u s   o f   c i r c u l a r   p a t c h   ( R )   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )     F i g u r e s   6   a n d   7   p l o t   t h e   e f f e c t   o f   v a r y i n g   t r a n s i t i o n   a n g l e   ( B )   a n d   l e n g t h   o f   a r m s   a f t e r   t r a n s i t i o n   ( C )   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) ,   r e s p e c t i v e l y .   F r o m   t h e   r e s u l t s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   6 ,   i t   i s   n o t e d   t h a t   t h e   w i d e r   a n g l e   o f   t r a n s i t i o n   t h e   w i d e r   b a n d w i d t h   i s   o b t a i n e d .   H o w e v e r ,   h e r e   t h e   t r a n s i t i o n   a n g l e   i s   c h o s e n   t o   b e   1 5 0 0   d u e   t o   t h e   c o m p a c t n e s s   r e a s o n   a s   t h e   w i d e r   t r a n s i t i o n   a n g l e   t h e   l a r g e r   d i m e n s i o n   o f   a n t e n n a   i s   r e q u i r e d .   A f t e r   o b t a i n i n g   p a r a m e t e r   B ,   t h e   a d j u s t m e n t   o f   p a r a m e t e r   C   i s   t h e n   c o n d u c t e d   n u m e r i c a l l y .   I n   F i g u r e   7 ,   i t   i s   s h o w n   t h a t   t h e   p a r a m e t e r   C   o f   2 m m   g i v e s   t h e   b e s t   p e r f o r m a n c e   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) .   T h e   s h a p e   o f   v e r t i c a l   s t r a i g h t   o f   C   a f t e r   a b r u p t   t r a n s i t i o n   w a s   c h o s e n   f o r   s i m p l i c i t y   r e a s o n .   N e x t ,   t h e   i n v e s t i g a t i o n   i s   t h e n   m o v e d   t o   t h e   i n f l u e n c e   o f   v a r y i n g   w i d t h   o f   a r m s   ( D )   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) .   S i n c e   e a c h   a r m   c o m e s   f r o m   t h e   r e c t a n g u l a r   p a t c h   a n t e n n a ,   i t   c a n   b e   a n a l y z e d   w i t h   t r a n s m i s s i o n   l i n e s   a p p r o a c h   f o r   m i c r o s t r i p   a n t e n n a .   H e n c e ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   e q u a t i o n   i n   [ 1 2 ]   w h i c h   i s   u s e d   t o   o b t a i n   t h e   i m p e d a n c e   o f   m i c r o s t r i p   a n t e n n a ,   i t   c a n   b e   n o t e d   t h a t   t h e   i m p e d a n c e   o f   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   i s   a f f e c t e d   b y   i t s   t h i c k n e s s .   T h e r e f o r e ,   t h e o r e t i c a l l y   t h e   c h a n g e s   o n   p a r a m e t e r   D   w i l l   a f f e c t   t h e   v a l u e   o f   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) .   F r o m   t h e   r e s u l t   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   8 ,   i t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   p a r a m e t e r   D   i n f l u e n c e s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   S 1 1   e s p e c i a l l y   i n   h i g h   f r e q u e n c y   r e g i o n .   B a s e d   o n   t h e   i n v e s t i g a t i o n   r e s u l t ,   t h e   p a r a m e t e r   D   i s   t a k e n   t o   b e   1 m m .   F i g u r e s   9   a n d   1 0   s h o w   t h e   e f f e c t   o f   v a r y i n g   p o s i t i o n   o f   a n t e n n a   a r m s   f r o m   t h e   t o p   e d g e   o f   g r o u n d   p l a n e   ( E )   a n d   r a d i u s   o f   c i r c u l a r   p a t c h   ( R )   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   2 ,     A g u s t u s   2 0 1 1   :     3 4 1     3 5 0   3 4 6 r e s p e c t i v e l y .   F r o m   t h e   r e s u l t   i n   F i g u r e   9 ,   i t   i s   s h o w n   t h a t   t h e   o p t i m u m   p e r f o r m a n c e   i s   a c h i e v e d   w h e n   p o s i t i o n   o f   a n t e n n a   a r m s   i s   0 . 5 m m   f r o m   t h e   t o p   e d g e   o f   g r o u n d   p l a n e .   T h e   c o n d i t i o n   w h e n   t h e   b o t t o m   e d g e   o f   a n t e n n a   a r m s   c o i n c i d e s   w i t h   t h e   t o p   e d g e   o f   g r o u n d   p l a n e   i s   u s e d   a s   t h e   r e f e r e n c e   p o i n t .   W h e n   t h e   b o t t o m   e d g e   o f   a r m s   i s   p l a c e d   h i g h e r   t h a n   r e f e r e n c e   p o i n t ,   t h e   p a r a m e t e r   E   i s   r e p r e s e n t e d   b y   p o s i t i v e   v a l u e ,   o t h e r w i s e   i t   i s   r e p r e s e n t e d   b y   n e g a t i v e   v a l u e .   W h e r e a s   f r o m   F i g u r e   1 0 ,   a l t h o u g h   t h e   c h a n g e   o f   p a r a m e t e r   R   g i v e s   n o   s i g n i f i c a n t l y   e f f e c t   t o   t h e   c h a n g e   o f   S 1 1 ,   t h e   r a d i u s   o f   2 2 m m   i s   c h o s e n   a s   i t   s t i l l   d e m o n s t r a t e s   t h e   b e s t   p e r f o r m a n c e   c o m p a r e   t o   o t h e r s .   A f t e r   c o m p l e t i n g   i n v e s t i g a t i o n s   o f   p h y s i c a l   p a r a m e t e r s   o f   a n t e n n a ,   t h e   p a r a m e t r i c a l   s t u d y   o f   r e s i s t i v e   l o a d i n g   v a l u e   i s   p e r f o r m e d .   F i g u r e   1 1   s h o w s   t h e   e f f e c t   o f   v a r y i n g   r e s i s t a n c e   v a l u e   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) .   I t   i s   s h o w n   t h a t   i n c r e a s e   o f   r e s i s t a n c e   v a l u e   a f f e c t s   t o   t h e   i n c r e a s e   o f   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   p e r f o r m a n c e   i n d i c a t e d   b y   t h e   l o w e r   v a l u e   o f   S 1 1 .   H o w e v e r ,   t h e   i n c r e a s e   o f   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   p e r f o r m a n c e   s h o u l d   b e   p a i d   b y   t h e   d e c r e a s e   o f   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 2 .   T h e r e f o r e ,   b y   c o n s i d e r i n g   t h e   t r a d e o f f   b e t w e e n   i m p e d a n c e   m a t c h i n g   o f   a n t e n n a   a n d   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y ,   t h e   r e s i s t i v e   l o a d i n g   o f   8 2   i s   t h e n   t a k e n   f o r   t h e   d e s i g n .   T h i s   v a l u e   i s   s u f f i c i e n t   t o   a c c o m p l i s h   t h e   r e q u i r e d   b a n d w i d t h   b y   s t i l l   m a i n t a i n i n g   t h e   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y .           F i g u r e   1 1 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   r e s i s t a n c e   v a l u e   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )     F i g u r e   1 2 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   r e s i s t a n c e   v a l u e   t o   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y       A s   t h e   f i n a l   s t e p ,   t h e   s u b s t r a t e   t h i c k n e s s   o f   F R - 4   e p o x y   i s   i n v e s t i g a t e d .   S i n c e   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   i s   d e p l o y e d   o n   t h e   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e ,   i t s   t h i c k n e s s   h a s   a   s i g n i f i c a n t   r o l e   a s   i t   w i l l   d e t e r m i n e   t h e   Q   f a c t o r .   F i g u r e   1 3   s h o w s   t h e   i n f l u e n c e   o f   s u b s t r a t e   t h i c k n e s s   t o   t h e   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 ) .   F r o m   t h e   r e s u l t ,   i t   s h o w s   t h a t   t h e   i n c r e a s e   o f   t h i c k n e s s   a f f e c t s   t o   t h e   i n c r e a s e   o f   w o r k i n g   b a n d w i d t h .   I t   c a n   b e   n o t e d   t h a t   t h e   t h i c k e r   s u b s t r a t e   t h i c k n e s s   t h e   l o w   Q   f a c t o r   i s   o b t a i n e d   a s   t h e   m o r e   e n e r g y   i s   k e p t   b y   t h e   s u b s t r a t e .   H o w e v e r ,   d u e   t o   t h e   a v a i l a b i l i t y   o f   s u b s t r a t e   a n d   t h e   r e s u l t   o f   p e r f o r m a n c e ,   t h e   t h i c k n e s s   i s   c h o s e n   t o   b e   1 . 6 m m .   F r o m   p h y s i c a l   p a r a m e t e r   i n v e s t i g a t i o n s   t o   o b t a i n   t h e   o p t i m u m   d e s i g n   o f   a n t e n n a   w h e r e   t h e   r e s u l t s   h a v e   b e e n   p l o t t e d   i n   F i g u r e s   3 - 1 3 ,   t h e   o p t i m u m   d i m e n s i o n   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   i s   s u m m a r i z e d   i n   T a b l e   1 .   T h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   w h i c h   i s   d e p l o y e d   o n   a n   F R - 4   E p o x y   s u b s t r a t e   w i t h   p e r m i t t i v i t y   o f   4 . 3   a n d   t h i c k n e s s   o f   1 . 6 m m   h a s   a   c o m p a c t   s i z e   o f   7 2 . 8 m m   x   6 0 . 0 m m .   T o   e n s u r e   t h a t   t h e   a n t e n n a   w o r k s   f o r   a   f r e q u e n c y   r a n g e   o f   5 0 M H z - 5 G H z ,   t h e   f i n a l   d e s i g n   b a s e d   o n   t h e   o p t i m u m   d i m e n s i o n s   t a b u l a t e d   i n   T a b l e   1   i s   t h e n   c h a r a c t e r i z e d   n u m e r i c a l l y   a n d   t h e   r e s u l t s   i n   t e r m   o f   V S W R   ( V o l t a g e   S t a n d i n g   W a v e   R a t i o ) ,   o v e r a l l   g a i n ,   a n d   n o r m a l i z e d   r a d i a t i o n   p a t t e r n   a r e   p l o t t e d   i n   F i g u r e s   1 4 ,   1 5 ,   1 6 ,   r e s p e c t i v e l y .   W h i l s t   t h e   c u r r e n t   d i s t r i b u t i o n   o n   t h e   s u r f a c e   o f   a n t e n n a   f o r   t h e   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   o f   2 . 5 5 G H z   w h i c h   i s   c l o s e   t o   t h e   c e n t e r   f r e q u e n c y   i s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   1 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         N u m e r i c a l   D e s i g n   o f   U l t r a - W i d e b a n d   P r i n t e d   A n t e n n a   f o r   S u r f a c e     ( R o y   B .   V .   B .   S i m o r a n g k i r )   3 4 7         T a b l e   1 .     O p t i m u m   d i m e n s i o n s   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   V a r i a b l e   D i m e n s i o n   A   5 0 m m   B   1 5 0 0   C   2 m m   D   1 m m   E   0 . 5 m m   F   6 0 m m   G   1 5 m m   R   2 2 m m   R e s i s t i v e   L o a d i n g   8 2   S u b s t r a t e   t h i c k n e s s   1 . 6 m m       F i g u r e   1 3 .     E f f e c t   o f   v a r y i n g   s u b s t r a t e   t h i c k n e s s   t o   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t   ( S 1 1 )       F r o m   F i g u r e   1 4 ,   i t   i s   s e e n   t h a t   f o r   a l l   r a n g e s   o f   d e s i r e d   f r e q u e n c i e s ,   V S W R   v a l u e s   a r e   l e s s   t h a n   1 . 5 .   T h i s   m e a n s   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   c a n   s a t i s f y   t h e   r e q u i r e m e n t s   n e e d e d   b y   t h e   S P R   s y s t e m .   T h e   o v e r a l l   g a i n   o f   p r o p o s e d   a n t e n n a   a s   d e p i c t e d   i n   F i g u r e   1 5   i s   q u i t e   l o w   e s p e c i a l l y   i n   l o w   f r e q u e n c y   r e g i o n   w h e r e   t h e   v a l u e   i s   a l m o s t   a f f e c t e d   b y   t h e   u s e   o f   r e s i s t i v e   l o a d i n g   a s   c o m p e n s a t i o n   t o   t h e   i m p e d a n c e   m a t c h i n g .   H o w e v e r ,   a s   t h e   r e s i s t i v e   l o a d i n g   m e t h o d   i s   v e r y   e f f e c t i v e   t o   a c h i e v e   w i d e   b a n d w i d t h   w h i c h   i s   n e e d e d   i n   S P R   a p p l i c a t i o n ,   t h e   g a i n   q u a l i t y   n e e d s   t o   b e   s a c r i f i c e d .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   g a i n   o f   a n t e n n a   i s   a c t u a l l y   o n e   o f   f a r   f i e l d   p a r a m e t e r s   w h i c h   i s   n o t   t h e   f o c u s   i n   S P R   s y s t e m   t h a t   g e n e r a l l y   w o r k s   o n   n e a r   a n d   m i d d l e   f i e l d .   H o w e v e r ,   i f   t h e   S P R   s y s t e m   w i l l   b e   a p p l i e d   t o   d e t e c t   t h e   o b j e c t s   a t   f a r   f i e l d   r e g i o n   o f   t h e   a n t e n n a ,   t h e n   t h e   l o w   g a i n   c a n   b e   c o m p e n s a t e d   b y   i n c r e a s i n g   t h e   i n p u t   p o w e r   o f   a n t e n n a   o r   t h e   a n t e n n a   c a n   b e   c o n f i g u r e d   a s   a n   a r r a y   o f   a n t e n n a .             F i g u r e   1 4 .     V S W R   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   w i t h   o p t i m u m   d i m e n s i o n s     F i g u r e   1 5 .     O v e r a l l   g a i n   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   w i t h   o p t i m u m   d i m e n s i o n s     F u r t h e r m o r e ,   f r o m   t h e   n o r m a l i z e d   r a d i a t i o n   p a t t e r n   p l o t t e d   i n   F i g u r e   1 6 ,   i t   c l e a r l y   s h o w s   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   h a s   t h e   o m n i d i r e c t i o n a l   p a t t e r n   a l m o s t   f o r   a l l   f r e q u e n c y   r a n g e s   b e l o w   3 G H z .   A s   t h e   i n c r e a s e   o f   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   e s p e c i a l l y   a b o v e   3 G H z ,   a l t h o u g h   i t   s t i l l   s h o w s   s i m i l a r   p a t t e r n   q u a l i t a t e v l y ,   h o w e v e r   t h e   r a d i a t i o n   p a t t e r n   t e n d s   t o   b e   u n s m o o t h e r .   T h i s   s h o u l d   b e   n o t e d   t h a t   t h e   r a d i a t i o n   p a t t e r n   o f   a n t e n n a   i s   a l m o s t   d o m i n a t e d   b y   t h e   c i r c u l a r   p a t c h   t h a t   w o r k s   f o r   l o w e r   f r e q u e n c y ;   t h e r e f o r e   f o r   t h e   h i g h e r   f r e q u e n c y   t h e   a n t e n n a   i s   t o   b e   i n s e n s i t i v e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   2 ,     A g u s t u s   2 0 1 1   :     3 4 1     3 5 0   3 4 8 W h i l s t   f r o m   F i g u r e   1 7 ,   i t   c a n   b e   o b s e r v e d   t h a t   a t   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   o f   2 . 5 5 G H z ,   t h e   c u r r e n t s   p r o p a g a t e   o n   t h e   a r m s   o f   a n t e n n a ,   t h e   e d g e   o f   U - s a h p e d   g r o u n d   p l a n e   c l o s e d   t o   t h e   a r m s   a n d   r e s i s t i v e   l o a d i n g s .   T h e s e   c o n f i r m   t h a t   t h e   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   o f   2 . 5 5 G H z   i s   o b t a i n e d   f r o m   t h e   a p p r o p r i a t e   l e n g t h   o f   a n t e n n a   a r m s   w i t h   t h e   c o u p l i n g   i n t e r a c t i o n   f r o m   t h e   g r o u n d   p l a n e ,   a n d   t h a t   t h e   r e s i s t i v e   l o a d i n g s   p l a y   a n   i m p o r t a n t   r o l e   t o   m a t c h   t h e   i m p e d a n c e   b y   a b s o r b i n g   t h e   c u r r e n t   o r   r a d i a t e d   e n e r g y ,   a l t h o u g h ,   r e s u l t i n g   t h e   g a i n   a n d   r a d i a t i o n   e f f i c i e n y   t o   b e   w o r s e n .                                                                                             ( a )   E - p l a n e   ( b )   H - p l a n e     F i g u r e   1 6 .     N o r m a l i z e d   r a d i a t i o n   p a t t e r n   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   w i t h   o p t i m u m   d i m e n s i o n s ,   ( a )   E - p l a n e ,   ( b )   H - p l a n e         f   =   0 . 8   G H z   f   =   2 . 0   G H z   f   =   3 . 0   G H z   f   =   4 . 0   G H z   f   =   5 . 0   G H z   f   =   3 . 5   G H z   f   =   2 . 5 5   G H z   f   =   1 . 5   G H z   f   =   0 . 8   G H z   f   =   2 . 0   G H z   f   =   3 . 0   G H z   f   =   4 . 0   G H z   f   =   5 . 0   G H z   f   =   3 . 5   G H z   f   =   2 . 5 5   G H z     f   =   1 . 5   G H z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         N u m e r i c a l   D e s i g n   o f   U l t r a - W i d e b a n d   P r i n t e d   A n t e n n a   f o r   S u r f a c e     ( R o y   B .   V .   B .   S i m o r a n g k i r )   3 4 9         F i g u r e   1 7 .     C u r r e n t   d i s t r i b u t i o n   o n   s u r f a c e   o f   p r o p o s e d   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   a t   o p e r a t i n g   f r e q u e n c y   o f   2 . 5 5 G H z       4 .   C o n c l u s i o n   T h e   n u m e r i c a l   d e s i g n   o f   a   n o v e l   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   p r o p o s e d   f o r   S P R   a p p l i c a t i o n   h a s   b e e n   d e m o n s t r a t e d   t h r o u g h   i t s   p h y s i c a l   p a r a m e t e r   i n v e s t i g a t i o n .   T h e   a n t e n n a   t h a t   h a s   a   c o m p a c t   s i z e   o f   7 2 . 8 m m   x   6 0 . 0 m m   h a s   b e e n   i m p l e m e n t e d   o n   a n   F R - 4   E p o x y   s u b s t r a t e   w i t h   p e r m i t t i v i t y   o f   4 . 3   a n d   t h i c k n e s s   o f   1 . 6 m m .   I t   i s   s h o w n   t h a t   e a c h   p a r t   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a ,   e . g .   a r m s   o f   a n t e n n a ,   c i r c u l a r   p a t c h ,   a n d   U - s h a p e d   g r o u n d   p l a n e ,   h a s   i t s   r e s p e c t i v e   r o l e   i n   e s t a b l i s h i n g   o v e r a l l   p e r f o r m a n c e   o f   a n t e n n a .   S e v e r a l   p a r a m e t r i c a l   s t u d i e s   s u c h   a s   t r a n s i t i o n   a n g l e ,   r e s i s t i v e   l o a d i n g ,   a b r u p t   t r a n s i t i o n ,   a n d   g r o u n d   p l a n e   m o d i f i c a t i o n   h a v e   b e e n   a t t e m p t e d   t o   a c h i e v e   t h e   s p e c i f i c a t i o n s .   F r o m   t h e   i n v e s t i g a t i o n   r e s u l t s ,   i t   h a s   b e e n   s h o w n   t h a t   t h e   a n t e n n a   h a s   a   l a r g e   w o r k i n g   b a n d w i d t h   f r o m   5 0 M H z - 5 G H z   f o r   t h e   V S W R   v a l u e   l e s s   t h a n   1 . 5 .   I t   s h o u l d   b e   n o t e d   t h a t   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   c a n   a c c o m p l i s h   t h e   r e q u i r e m e n t   n e e d   b y   t h e   S P R   s y s t e m .   F u r t h e r m o r e ,   m o r e   r e a l i s t i c   i n v e s t i g a t i o n   i n   t h e   c h a r a c t e r i z a t i o n   o f   a   m a n u f a c t u r e d   c o m p a c t   U W B   p r i n t e d   a n t e n n a   i s   u n d e r w a y   w h e r e   m o r e   r e l i a b l e   p r o p e r t i e s   w i l l   b e   d e m o n s t r a t e d   l a t e r .       A c k n o w l e d g e m e n t   T h i s   w o r k   i s   p a r t i a l l y   s u p p o r t e d   b y   t h e   P r o g r a m   o f   R e s e a r c h   a n d   I n n o v a t i o n   R e s e a r c h   G r o u p   G r a n t   2 0 1 1 ,   I n s t i t u t   T e k n o l o g i   B a n d u n g   ( P r o g r a m   R i s e t   d a n   I n o v a s i   K K   I T B   2 0 1 1 )   C o n t r a c t   N o .   1 4 4 / K . 0 1 . 6 / D N / 2 0 1 1 .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]     J o l   H M ,   D e c h a i n e   R J ,   Ei s e n m a n   R .   Ar c h e o l o g i c a l   G PR   I n v e s t i g a t i o n   a t   R e n n e s - l e - C h a t e a u ,   F r a n c e .   Pr o c e e d i n g   o f   9 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   G r o u n d   Pe n e t r a t i n g   R a d a r   ( G PR ) .   Sa n t a   Ba r b a r a .   2 0 0 2 ;   9 1 - 9 5 .   [ 2 ]     D a n i e l   D J .   G r o u n d   Pe n e t r a t i n g   R a d a r .   Se c o n d   Ed i t i o n .   L o n d o n :   I EE  R a d a r ,   So n a r ,   N a v i g a t i o n   a n d   Av i o n i c s   Se r i e s .   2 0 0 4 .   [ 3 ]     I s h i k a w a   J ,   Ki y o t a   M ,   F u r a t a   K .   T e s t   a n d   E v a l u a t i o n   o f   An t i - p e r s o n n e l   L a n d m i n e   D e t e c t i o n   Ba s e d   o n   Ve h i c l e - m o u n t e d   G PR   Sy s t e m .   J a p a n   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   Ag e n c y .   I EI C T e c h n i c a l   R e p o r t   N o .   1 0 5 ( 3 6 3 ) .   2 0 0 5   [ 4 ]     M a c h g u t h   H ,   Ei s e n   O ,   Pa u l   F .   H e l i c o p t e r   Bo r n e   S n o w   Pr o f i l i n g   o n   Al p i n e   G l a c i e r s   w i t h   G PR .   G e o p h y s i c a l   R e s e a r c h   L e t t e r s .   2 0 0 6 ;   8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   9 ,   N o .   2 ,     A g u s t u s   2 0 1 1   :     3 4 1     3 5 0   3 5 0 [ 5 ]     Ke n n e t h   R M .   U s e   o f   G PR   f o r   R e h a b i l i t a t i o n   o f   C o m p o s i t e   Pa v e m e n t s   o n   H i g h   Vo l u m e   R o a d s .   T r a n s p o r t a t i o n   R e s e a r c h   R e c o r d :   J o u r n a l   o f   t h e   T r a n s p o r t a t i o n   R e s e a r c h   Bo a r d .   2 0 0 2 ;   1 8 0 8 ( 1 4 ) :   1 2 2 - 1 2 6 .   [ 6 ]     M e n o n   SK,   L e t h a k u m a r y   B,   V a s u d e v a n K,   M o h a n a n   P .   W i d e   Ba n d   R e c t a n g u l a r   M i c r o s t r i p   An t e n n a   U s i n g   Sy m m e t r i c   T - s h a p e d   F e e d .   M i c r o w a v e   a n d   O p t i c a l   T e c h n o l o g y   L e t t e r s .   2 0 0 2 :   3 5 ( 3 ) .   2 3 5 - 2 3 6 .   [ 7 ]     W u   T ,   Ki n g   R .   T h e   C y l i n d r i c a l   An t e n n a   w i t h   N o n r e f l e c t i n g   R e s i s t i v e   L o a d i n g .   I EEE  T r a n s a c t i o n s   o n   An t e n n a s   Pr o p a g a t i o n .   1 9 6 5 ;   1 3 ( 3 ) :   3 6 9 - 3 7 3 .   [ 8 ]     Sh l a g e r   KL ,   Sm i t h   G S,   M a l o n e y   J G .   O p t i m i z a t i o n   o f   Bo w - t i e   An t e n n a s   f o r   Pu l s e   R a d i a t i o n .   I EEE   T r a n s a c t i o n s   o n   An t e n n a s   Pr o p a g a t i o n .   1 9 9 4 ;   4 2 ( 7 ) :   9 7 5 9 8 2 .   [ 9 ]     W o n g   KL ,   L i n   Y F .   Sm a l l   Br o a d b a n d   R e c t a n g u l a r   M i c r o s t r i p   A n t e n n a   w i t h   C h i p - r e s i s t o r   L o a d i n g .   El e c t r o n i c s   L e t t e r s .   1 9 9 7 ;   3 3 :   1 5 9 3 - 1 5 9 4 .   [ 1 0 ]     Pr o m b u t r   N ,   Ki r a w a n i c h   P,   A k k a r a e k t h a l i n   P.   B a n d w i d t h   E n h a n c e m e n t   o f   U W B   M i c r o s t r i p   An t e n n a   w i t h   a   M o d i f i e d   G r o u n d   Pl a n e .   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   M i c r o w a v e   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 0 9 .   [ 1 1 ]     W a n g   F ,   D u   Z ,   W a n g   Q ,   G o n g   K.   En h a n c e d - b a n d w i d t h   PI F w i t h   T - s h a p e d   G r o u n d   P l a n e .   El e c t r o n i c s   L e t t e r s .   2 0 0 4 ;   4 0 :   1 5 0 4 - 1 5 0 5 .   [ 1 2 ]     Po z a r   D M .   M i c r o w a v e   En g i n e e r i n g .   S e c o n d   Ed i t i o n .   Si n g a p o r e :   J o h n   W i l e y   So n s   ( ASI A)   Pt e   L t d .   2 0 0 3 :   1 6 1 - 1 6 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.