T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   1 8 ,   No.   3 ,  J une   2020 ,   pp.   12 3 7 ~ 12 4 2   I S S N:  1693 - 6930,   a c c r e dit e d  F ir s t  G r a de   by  Ke me nr is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I :  10. 12928/ T E L KO M NI KA . v1 8 i 3 . 15720     1237       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   R ad ia t io n   b e a m  sc an n in g  f or   le ak y w ave  a n t e n n a b y  u si n g  sl ot s       J.   S .   Kas im 1 , M .   S .   M .   Isa 2 ,  Z.   Z ak ar ia 3 ,   M .   I .   H u s s e in 4 ,   M owaf ak   K .   M oh s e n 5   1, 2 ,3 Ce n t re  fo r  T el ec o mmu n i ca t i o n   Res e arch   an d   In n o v at i o n ,   Fac u l t y   o f  E l ec t ro n i c  an d   Co m p u t er  E n g i n eer i n g ,     U n i v er s i t i   T e k n i k a l   Mal a y s i a  Mel ak a,   Mal a y s i a    4 E l ec t ri ca l   E n g i n eeri n g   D ep ar t men t ,   U n i t e d   A ra b   E mi ra t es   U n i v er s i t y ,   U n i t ed   A rab   E m i rat e s   5 U n i v er s i t y   o f  K erb a l a,   Iraq       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  F e b  1 ,   20 20   R e vis e d  F e b  19 ,   2020   Ac c e pted  M a r   9 ,   2020     T h i s   p ap er  p r o v i d e s   an   i n s i g h t   o f  a  n ew ,   mi cro s t r i p   l eak y   w av e  an t e n n a.     It   h o l d s   t h e  ab i l i t y   t o   co n t i n u e  s t eer  i t s   b eam  at   a  s w ap p i n g   freq u e n cy .   T h i s   i s   d o n e  w i t h   accep t ab l e   i mp e d an ce  ma t ch i n g   w h i l e  s ca n n i n g   an d   v ery   l i t t l e  g a i n   v ari a t i o n .   In v es t i g at i o n   i s   carri ed   o u t   o n   L W A s ’  co n t ro l   rad i a t i o n   p a t t er n   i n   s t e p s   at   a  b an d   freq u en c y   v i a  v er t i ca l   an d   h o ri z o n t al   s l o t s .   T h e  en h an ceme n t   i s   real i ze d   b y   et c h i n g   h o r i zo n t a l   an d   v er t i ca l   s l o t s   o n   t h e  ra d i a t i o n   e l emen t .   T h i s   s t u d y   a l s o   p res e n t s   a  n o v el   h al f - w i d t h   mi cr o s t r i p   l ea k y   w av e  an t en n a  (L W A ).   T h e  a n t e n n a  i s   ma d e  u p   o f  t h e  fo l l o w i n g   b a s i c  s t r u ct u re s   g ro u p ’ s   v er t i c al   a n d   h o r i zo n t a l   s l o t s .   T h e  reac t an ce   p r o fi l e  at   t h e  mi cr o s t ri p ’s   free  ed g e  a n d   t h u s   t h e  ma i n   b eam  d i rect i o n   i s   ch an g ed   o n ce  t h e  c o n t ro l - ce l l   s t a t es   ar e  c h an g ed .   T h e  rad i at i o n   p a t t er n   d i rec t i o n   c h an g es   b y   s w eep i n g   t h e   o p erat i n g   freq u en c y   b et w een   4   G H z  t o   6   G H z. T h e  mai n   b eam  may   b e  d i r ect ed   b y   t h e  a n t e n n a   b et w een   1 5 o   an d   5 5 o .   C  b a n d   ach i ev e d   t h e  mea s u re d   p e a k   g a i n   o f  t h e  a n t e n n a   o f  1 0   d Bi   at   4 . 3   G H z  b eam  s ca n n i n g   ran g e.   K e y w o r d s :   B e a m  s tee r ing    HW - L W A  a r r a y   L W A    R a diation  pa tt e r n    S lot s   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e .     C or r e s pon din g  A u th or :   M owa f a k   K.   M ohs e n,   Unive r s it y  of   Ke r ba la ,   Ka r ba la,   I r a q.   E mail:   s a a r i@ut e m. e du . my       1.   I NT RODU C T I ON   S ince   the  p r opos a l  of   mi c r os tr ip   L W As   ( M L W As )   in  1978 ,   c ons ider a ble  int e r e s t  in   it s   r e s e a r c h  f oll owe d   [1 - 9] .   W ir e les s   wa ve s   with  dif f e r e nt  f r e que nc ies   ha ve   dif f e r e nt  c ha r a c ter is ti c s   that  c ould   be   mor e   s ui table   f or   a   c e r tain  type   of   wir e les s   de vice   [ 10 - 12] .   Due   to  their   la r ge   ba ndwidth,   a bil it y   to   int e gr a te  e a s il y  with  mi c r owa ve   a nd   mi ll im e t r e - wa ve   c ir c uit s ,   plana r   low - pr of il e   c onf igu r a ti on,   inher e nt   be a m - s c a n ning  a bil it ies   with  f r e que nc y  a nd  na r r ow  be a m  [ 13 ,  14] ,   mi c r os tr ip  L W As   c onti nue   to  be   a   popular   c hoice .     T he   e qua ti on  s in −1 ( β /k o )   gives   the  main  be a m’ s   dir e c ti on  ( θ)   a s   mea s ur e d  f r om  the  bor e s ight   of   a   L W A,   in  whic h  k o   r e f e r s   to   the   f r e e - s pa c e   wa ve number   while  β   r e f e r s   to   the   pha s e   c ons tant.   I n   r e lation   to   thi s ,     the  dir e c ti on  that   li e s   a t  90  de g r e e s   to  the  plane   o f   th e   a ntenna   is   the  bor e s ight .   T he   main   be a m  dir e c ti on   c ha nge s   a s   the  va lue  o f   ( β /k o )   f luctua tes   with   f r e que nc y.   Us ua ll y,   wir e les s   c omm unica ti o n   s ys tems   f unc ti on  in   pr e de f ined  f r e que nc y  ba nd  a lt hough   the  L W As   s c a n  the  be a m  via   s we e ping  the  ope r a ti ng   f r e que nc y.   M uc h  r e s e a r c h   a c ti vit ies   ha ve   tar ge ted  the  topi c   of   be a m  s tee r ing  by  c ha nging   the  ope r a ti ng  f r e que nc y  s uc h  a s .   How e ve r ,   a   huge   numbe r   o f   a ppli c a ti ons   uti li z e d  f ixed  f r e que nc y  while   be a m  s c a nning.   T he r e f or e ,   ther e   is     a   lac k  of   s tudy   to  pr ov ide  f ixed   f r e que nc y – be a m   s t e e r ing  ba s e d  on  a n  HW – M L W A.     As   s uc h,   be a m  s c a nning  a t  a   f ixed  f r e que nc y  be c omes   the  de s ir e d  f unc ti on.   S e ve r a l  L W As   ha ve   be e n   b uil t  f o r   the   pur pos e   of   f ixed - f r e que nc y  s c a nning,   whic h  include s   a   mu lt it e r mi na l   M L W A  [ 15] ,   F a b r y - P e r ot  L W A,   c ompos it e   lef t/ r ight - ha nde d  ( C R L H)   L W A  [ 16] ,   a nd  ha l f - width  M L W As   [ 17] .   S ince   ther e   is   a   s tr ong  a tt a c hment  of   e lec tr ic  f ield  be twe e n  the  gr ound  pl a ne   a nd  mi c r os tr ip,   the  f unda menta l  mode  of   a   m icr os tr ip  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   1 8 ,   No .   3 ,  J une   2020:    12 3 7   -   124 2   1238   li ne   ne ve r   r a diate s .   L e a ky  wa ve s   a r e   r a diate d  by  s ome  higher - or de r   modes .   An  e lec tr ic  f ield - null   make s   up    the  f ir s t  highe r - or de r   mode  a nd   a   pha s e   r e ve r s a l  a l ong  the  c e nter   o f   the   mi c r os tr ip.   C ons ider a ti ons   of   the  f i r s t  higher - or de r   mode’ s   pr ope r ti e s   led  to  the  de s ign  of   a   M L W A  in  whi c h  the  c e nter   of   the  mi c r os tr ip  is   f ixed  with  a   s hor ti ng   wa ll .   T his   c a us e s   the   mi c r os tr ip   li ne ’ s   width  to   be   r e duc e d   by   ha lf .   S uc h   a ntenna   is   a ls o   t e r med  a s   ha lf - width  ( HW )   mi c r os tr ip  L W A  ( HW - M L W A)   [ 18] .   T he   r e qui r e ment  of   not   e xc it ing  a nyth ing  e ls e   a p a r t  f r om  the  f i r s t  higher   or de r   mode   c ompl ica tes     the  f e e ding  pr oc e s s   of   a   tr a dit ional  mi c r os tr ip   L W A.   B e ne a th  the  mi c r os tr ip,   the  e lec tr ic   f ield ’ s   nor mal  c omponent  is   the  mode’ s   pe c uli a r   a s pe c t.   As   s uc h,   e xc it a ti on  c a n  only  be   a c hieve d  by  uti li z ing  two  of f s e t  f e e ds   that  a r e   dr iven  180  out  of   pha s e .   Via s   that  c onne c t  a   ha lf - width  li ne   with  one   e dge   to  the  plane   of   th e   gr ound  a nd  ha ving  a   s ingl e   o f f s e t  f e e d  wa s   r e c e ntl y  s ugge s ted  by  Z e li ns ki  e t   a l.   T his   a r r a nge ment  c r e a tes   a n   e lec tr ic   wa ll   a t  a   loca ti on  in   whic h   f ull - width  a ntenna ’ s   e l e c tr ic  f ield   be c omes   z e r o.   I n   a ddit ion  to  uti li z ing  a   s im pler   f e e d  s ys tem,   thi s   im pleme ntation  be ne f i ts   by   ha ving  only   one   r a diating  e dge .   L umpe d  c a pa c it or s   c ould  be   c ombi ne d  to  s uc h  s ingl e   e dg e   a s   s ugge s ted  by  L a h e ur te  a nd  L uxe y,   in  or de r   to  give  the  r e quir e d  r e a c tanc e   to  potentially  a lt e r   the   main  be a m’ s   d ir e c ti on  towa r ds   a ny  a ngle  f r om  b r oa ds ide  to  e ndf i r e .     T his   pa pe r   pr ovides   a n   ins ight   int o   the   de ve lopm e nt  of   a   method   that   a ll ows   a   M L W As   to  r e a c h  be a m   s c a nning  a nd  a ls o  s ugge s ti ons   on  a   nove l  HW - M L W A  c onf igur a ti on   be c a us e   t he   hi gh - ga i n  a n d   t he   hi ghl y   di re c t i ona l   a nt e nna   a t   t he   t ra ns m i t t e r  (T X )  a nd   t he   re c e i ve r  ( RX )  re i nfo rc e s   t he   s ui t a bi l i t y  o f   w i re l e s s   c om m uni c a t i ons .   Us e d   two   gr oup   of   s lot s   ve r ti c a l  a nd  hor izonta l   in   or de r   to  c a n   c ontr ol   r a diation   pa tt e r n  by   s we e ping  the  ope r a ti on  f r e que nc y.   T his   ne w   de s ign  is   s ui table   f or   C   ba nd  a ppli c a ti on   in  r a da r   s ys tem.         2.   AN T E NN A  CONF I GURA T I ON   T he   s tr uc tur e   pr opos e d  is   a   modi f ied   one   e leme nts   of   ha lf   width   mi c r os tr ip   lea ky   wa ve   a ntenna   with   24   pe r iodi c   c ontr ol  uni t  s lot   c e ll s   in  e leme nt  a s   s hown  in  F ig ur e   1   ( a ) .   T he   p r opos e d  a ntenna   of   h a lf   width  mi c r os tr ip  lea ky  wa ve   a ntenna   ( HW - M L W A )   is   de s igned  on  R og e r s   R T 5880  s ubs tr a te  with  ε r   =   2. 2,   a nd     tanδ   =   0 . 0009.   L e ngth  ( L ) ,   width  ( W ) ,   a nd  he ight   ( h)   of   the  s ubs tr a te  is   2 50   mm   ( 3. 3347λ o ) ,   100   mm   ( 1. 33 λ o ) ,   a nd  1. 575   mm ,   r e s pe c ti ve ly,   whe r e   λ o   de notes   the  f r e e - s pa c e   wa v e length  that  is   c a lcula ted  a t  4   GH z .   L e ngth  a nd  width  of   the  gr ound   plane   ha s   the  s a me  r e s pe c ti ve   dim e ns ions   of   the  s ubs tr a te.   T he   length  ( l p )   a nd     the  width  ( w p )   of   mi c r os tr ip   li ne   is   222   mm   ( 3. 108λ o )   a nd   12   mm   ( 0 . 168λ o ) ,   r e s pe c ti ve ly.   T he   pr opos e d    HW - M L W A  a r r a y  is   f e d  f r om   one   e nd   of   the   r a dia ti on  e leme nt   us ing  a   s tanda r d  S M A   f e e d  a nd   the   o uter   f r e e   c or ne r   of   e a c h  br a nc h  is   s hor ted  to   the  gr ound  plan e   by  a   via  to  a void  r e f lec ti on  a nd  to  a c hieve   good  i mpeda nc e   matc hing  a s   de mons tr a ted  in  F ig u r e   1   ( b) .     Dimens ions   of   the   f e e d   li ne   a r e   opti mi z e d  a c c o r ding  to   s ome  pa r a metr ic   s tudi e s .   T he   opti mum   pa r a mete r   va lues   f or   the  length  l p   a nd  l p1   a r e   4   m m  a nd   6. 32   mm ,   r e s pe c ti ve ly.   T he   width  o f   the  f e e d  w f1   a r e   7. 6   mm .   One   e dge   of   m icr os tr ip   li ne   is   c onne c ted  to  the   gr ound   us ing   a   vias   a r r a y,   whic h   is   pl a c e d  a long  the   e dge   of   mi c r os tr ip   li ne .   M a jor   pu r pos e   of   the   vi a s   a r r a y  is   to  a void   the  p r opa ga ti on  of   the  f und a menta l  tr a ns ve r s a l  e lec tr omagne ti c   ( T E M )   wa ve   a nd   to   s uppor t  the   pr opa ga ti on   of   f ir s t   higher - or de r   mode  th r ough  the   s tr uc tur e   [ 19] .   T he   pr opos e d   a ntenna   to  s hor ten  the  e dge   of   e a c h  e leme nt  a r e   us e d  60  via s .   T h e   de s ign   c onf igur a ti ons   of   thes e   s tr uc tur e s   ha ve   be e n  p r e s e nted  in.   T he   meta ll ize d  diame ter   ( D )   a nd  dis tanc e   ( P )   be twe e n   the  two  a djac e nt  vias   c a n  be   c a lcula ted  us ing  the   f oll owing  e qua ti ons ,   that   s e t  the  de s ign  r ules   [ 20] .     5 . 0 , 2 . 0 P D D o                 ( 2)     T he   dis tanc e   ( P )   be twe e n  the  two  vias   is   1 . 5  m m,   a nd  the  va lue   of   the  diame ter   ( D )   of   e a c h  via  is     0. 8  mm .   T he   a ppr opr iate   hor izonta l   s lot   ( S 1 )  a nd  the  ve r ti c a l  s lot   ( S 2 )   c ont r ol  c e ll   a r e   3 . 2   mm   a nd  8. 5   mm ,   r e s pe c ti ve ly ,   a s   s hown  in  F ig u r e   1   ( c ) .   T he s e   s lot s   a r e   r e quir e d  to  f o r c e   the  wa ve   towa r d  the   mi c r os tr ip  e dge s   a nd  im pr ove   matc hing   im pe da nc e   [ 21 ] .   T he   c onc e pt  of   c a s c a ding  mul ti ple   type   of   s lot s   unit   c e ll s   t o  c r e a te    a  lar ge r   c e ll   ha s   be e n   pr e vious ly  s tudi e d   by  [ 22]   f or   nonr e c onf igur a ble  s tr uc tu r e s .   M a jor   dr a wba c k  in   that   a ppr oa c h  is   that   thi s   de s ign  s ys tem  is   nonr e c onf igu r a ble,   whic h   mea ns   lar ge   c e ll s   c a nnot  be   ope r a ted  f or   other   c onf igur a ti ons   a f ter   f a br ica ti on.   I n   thi s   pa pe r ,   the  id e a   of   a   hor izonta l  a nd  ve r ti c a l   s lot s   is   pr e s e nted.   T h e   de s ign  a ll ows   to  dyna mi c a ll y  c ha nge   the  c ha r a c ter is ti c s   a nd  s ize   of   the  la r ge - c e ll .   T he   mi c r os tr ip   li ne   c ontains   ( 24 )  e qua ll y  s pa c e d  unit   c ontr ol  c e ll s   o f   e a c h  e leme nt  w it h  a   s pa c e   s e pa r a ti on  be twe e n  c e ll s   ( g 1 )   o f   4 . 6   mm .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         R adiat ion  be am  s c anning  for   leak y   w av e   antenna  by   us ing  s lot s   ( J .   S .   K as im )   1239     ( a )         ( b)   ( c )     F ig ur e   1.   R e c onf igur a ble  S I W   a ntenna :  ( a )   top   vie w,   ( b )   mi c r os tr ip  f e e d   li ne ,   ( c )   c ontr ol  un it   s lot   c e ll       3.   RE S UL T S   &   DI S CU S S I ON   T he   unit   c e ll   s lot s   that  a r e   u ti li z e d  f o r   thi s   tes t  a r e   t a ke n  a s   the  be s t  a ntenna   a nd  the  s lot   in  mi c r os tr ip   pa tch  is   r e pr e s e nted  by   c a pa c it a nc e .   E xtr a   c ontr ol   o ve r   thi s   r e a c ti on  p r of il e   is   a tt r ibut e d  to   ha ving   thes e   c ontr ol   c e ll s   in  the  mi c r os tr ip’ s   f r e e - e dge .   C S T   M icr owa ve   S tudi o  wa s   put  in to  c ons ider a ti on  f o r   the  de ve lop ment  a nd  s tudy  of   the   pr opos e d  a ntenna .   L owe r   c a pa c it a nc e   c a us e s   a   main   be a m  that  l ies   a t   a   g r e a ter   d is tanc e   f r om   br oa ds ide  while  the   higher   c a pa c it a nc e   c a us e s   the  main  be a m   to   li e   ne a r e r   to  the  b r oa ds ide .T he   ga in  de c r e a s e s   whe n  the  be a m  is   ne a r   the  e nd  f ir e   be c a us e   of   the  poor   r a diation  in  the  e nd  f ir e .   T he   r a diation  powe r   is   de pe nde nt  on  the   HW – M L W A  length  lp   a nd  lea ka ge   r a te  ( α ) .   As   obs e r ve d  in  F igur e   2,   the   lea ky  wa ve   pr opa ga ti on  ha s   a n  e xpone nti a l  f unc t ion   whe n  the   be a m  s c a nning  is   f r om  the  br oa ds ide  towa r ds   e nd  f ir e .           F igur e   2.   P r opa ga ti on   of   lea ky  wa ve   in   HW - M L W A       I n  c ompar is on  to   the  e f f e c ti ve   c a pa c it a nc e   withou t  pa tche s ,   the  longe r   pa tche s   br ing   out  a   r e duc e d  e f f e c ti ve   c a pa c it a nc e   be twe e n  the  r a diating   e dge   a nd  gr ound.   T hus ,   s lot s   c a us e   the  di r e c ti on  o f   the   m a in  be a m  to  be   moved  towa r ds   the  e ndf ir e .   Alter a ti ons   to   t he   s lot s   c onf igur a ti on  f or   a   given  pa tch  length  c a n  f ur ther   c a us e s   c h a nge s   to  the  main  be a m’ s   dir e c ti on.   T he   s we e ping  f r e que nc y   c a s e s   a nd  c or r e s ponding  dir e c ti on  of   main  be a ms   a t  4   to   6  GH z .   T he   r e tur n   los s   of   the   p r opos e d  a ntenna   ge t  it   wide ba nd  a nd   wid e   s c a nning  r a nge ,   a s   s hown  in  F igur e   3 .   T he y  s how   that  f or   thes e   s w e e ping  f r e que nc y   c a s e ,   the   a ntenna   is   highl y   c oor d inate d  a t  5 GH z .   C ompar e d  to   the   c a pa c it a nc e   of   the  s lot s ,   t he   c a pa c it a nc e   be twe e n  the  gr ound   plane   a nd  f r e e   e dge   of   the  mi c r os tr ip  l ine  is   gr e a ter   than  a t  5   GH z .   T he   a dmi tt a nc e   pr of il e   a t  the  mi c r os tr ip  li ne ’ s   r a diating   e dge   is   a lt e r e d  by  the  c ha nge   o f   ope r a ti ng   f r e que nc y ,   a nd  t hus   c a us ing  a lt e r a ti ons   to  the  e f f e c ti ve   β   of   the  s tr u c tur e .     F ig ur e   4   s hows   the  r a diation   pa tt e r n   f o r   the  f ive   dis t inct  ope r a ti ng   f r e que nc y   s e tt ings .   I t   is   obs e r va ble   that  f o r   s tate   1   whe n   ope r a ti on   f r e que nc y  is   4. 3G Hz   the   main   be a m  di r e c ti on   c ombi ne   towa r ds   ( 1 5 o )   ne a r   of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   1 8 ,   No .   3 ,  J une   2020:    12 3 7   -   124 2   1240   br oa ds ide.   F or   s tate   5  whe n   the   ope r a ti ng   f r e que nc y  is   5 . 5   GHz   the   main   be a ms   a r e   dir e c ted  towa r ds   ( 55 o )   ne a r   of   the  e nd f ir e .   T he   ga in  de c r e a s e s   whe n  the  be a m  is   ne a r   the  e nd   f ir e   be c a us e   of   the  poo r   r a diation  i n  the  e nd   f ir e .   T he   r a diation  e f f icie nc y  of   the  p r opos e d  de s ign  de c r e a s e s   gr a dua ll y  whe n  the  main  be a m  dir e c ti on  be c omes   c los e r   to  the  e ndf ir e   a nd  is   high   ne a r   b r oa ds ide.   T he   pr opos e d  HW – M L W A  wa s   tes ted  u s ing  the  C S T   M icr owa ve   S tudi o .   T he   s c a nning  r a nge   of     HW – M L W A  is   r e a li z e d  by  ve r ti c a l  a nd   hor izont a l  s lot s   on  the  the  r a diation  e leme nt .   T he   e tching   s lot s   in    the  r a diation  pa r t   did  not   incr e a s e   the  s ize   of   the  a n tenna ,   a nd  the  r a diation  pa tt e r n   ha d  a   s mall  e f f e c t.   T he   s lot s   tec hnique  on  the  r a diation   e leme nts   led  to   a n  incr e a s e   in  the  ba ndwidth,   whe r e a s   the   e tching  of   ve r t ica l  s lot s   c los e   to  the  matc hing  load  is   us e d  to   incr e a s e   the  c ur r e nt  s ur f a c e   f ield  in   the  e nti r e   a nd  to  matc h   the  i mpeda nc e   f or   pr opos e d  a ntenna .   T he   s ha pe   of   the   s lot   on   the   r a diation  e leme nt   is   ve r y   c r it ica l.   T he   p r opos e d  de s ign  us e d   a   ve r ti c a l  a nd  hor izonta l  s lot   to   incr e a s e   the  ba ndwidth  with  good  matc hing  im pe da nc e   a nd  de c r e a s e   the  c r os s   polar iza ti on  of   the  a ntenna .       F r e q u e n c y (G H z ) 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 S 11 (d B) -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5   -18 0 -15 0 -12 0 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 -4 0 4 8 -4 0 4 8 -4 0 4 8 -4 0 4 8 f =   4 . 3   G H z f =   4 . 5   G H z f =   4 . 7   G H z f =   5   G H z f =   5 . 5   G H z     F igur e   3.   R e tur n  los s   f o r   p r opos e d  HW - M L W A  without   hor izonta l   a nd  ve r ti c a l  s lot s     F igur e   4.   R a diation  pa tt e r ns   (x - z - plane )   of   the  pr opos e d  HW – M L W A  ( P hi   =   0)       T he   VSWR   is   the   r a ti o   be twe e n  the  maximum   R F   volt a ge s   to  a   mi nim u m  a long   the  t r a ns mi s s ion  li ne .   T he   s tanding  wa ve   is   the   c ompanion  o f   the  o r igi na l  s ignal  pr opa ga ted   in   the  a ntenna   a nd  r e f lec ted  wa ve .     T he   r a ti o   be twe e n  thes e   wa ve s   is   known   a s   the  vo lt a ge   s tanding  wa ve   r a ti o   ( VSWR ) .   T his   pa r a mete r   is   us e d   to  mea s ur e   the   c ha r a c ter is ti c   im pe da nc e   of   the   t r a ns mi s s ion  li ne   a nd   matc he s   the   ter mi na l   im pe da nc e   of     the  pr opos e d  a ntenna .   I t  is   a ls o  us e d  to   de s c r ibe  th e   pe r f or manc e   of   the   pr opos e d  a ntenna   with   a   t r a ns mi s s ion   li ne .   F igur e   5   s hows   that  the   VSWR   is   ≤   2 ,   whic h  mea ns   the  pr opos e d  a ntenna   ha s   good   matc hing   im pe da nc e .     T he   volt a ge   s tanding  wa ve   r a ti o  ( VSWR )   indi c a te s   the  im pe da nc e   matc hing  of   a ntenna .   T he   va lue   o f   VSWR   s hould  li e   be twe e n  1  a nd  2 .     T he   main   be a m   f o r   the  p r opos e d  a ntenna   c a n   s c a n  b y  c ha nging   it s   ope r a t ing  f r e que nc y,   whe n   a   c ha nge   in  the  ope r a ti ng   f r e que nc y  r e s ult s   in  a   c ha nge   in  the   va lue  of   β /k o   then   the  main   be a m  dir e c ti on   c ha nge s .   Va r ious   s tudi e s   ha ve   e xplor e d  L W As   be a m  s c a nning  by  c ha nging  the  ope r a ti on   f r e que nc y.   Although   mos t  of   thes e   s tudi e s   ha ve   f oc us e d  on  be a m  s c a nning,   f e w  s tudi e s   ha ve   f oc us e d  on  incr e a s ing  the  ba ndwidth  lea d  to  obtaining  wide   r a nge   be a m  s c a nning.   T he   bounda r y  ba ndwidth  o f   the  pr opos e d  a ntenna   is   4. 3  GH z   to  6. 3  GH z .   W he n  the  ope r a ti on  f r e que nc y  be twe e n  thi s   ba nd   a nd  the   main  be a m  dir e c ti on   is   c ha nge d,   s uc h  a s   whe n  the  e leva ti on  a ngle  of   the   main   be a m  is   + 15 o   a t   4 . 3   GH z   a nd   th e   main   be a m  di r e c ti on   is   + 55 o   a t  5 . 5   GH z ,   the   mai n  lobe   is   s c a nne d  be twe e n  the  br oa ds ides   towa r ds   e ndf ir e   d i r e c ti on.   T he   r e a li z e d  ga in  is   de c r e a s e d  whe n  the  be a m  s c a n   is   c los e   to  e ndf ir e   be c a us e   of   the  poor   r a diation   e f f icie nc y  in  e ndf ir e .     As   the  be a m  point s   ge t  ne a r e r   to   the  f o r e s ig ht,   the  e f f icie nc y  o f   a   M L W A’ s   r a diation  is   high.     T he   r a diation  e f f icie nc y  lowe r s   a s   the  be a m  move  towa r ds   the  e ndf ir e   [ 23 - 25] .   C onve r s e ly,   a s   the  be a m  s c a ns   the  s a me  r a nge   a t  4 . 3  GH z ,   the  r e c onf igur a ble  H W - M L W A’ s   r a diation  e f f icie nc y  lowe r s   by   only  4 . 4% -   f r o m   94. 6%   to   90. 2% .   As   the  a ntenna   is   pr ope r ly   s im il a r   f or   a ll   the  s e lec ted  ope r a ti on  f r e que nc y   s tate s ,     the  r e c onf igur a ble  a ntenna ’ s   tot a l  e f f icie nc y  a lm os t  matc he s   a ll   thos e   s tate s ’   r a diation  e f f icie nc y.   I n   bo th  f or ms   of   L W A’ s ,   whe n  the  be a m   is   s tee r e d  towa r ds   the   dir e c ti on   o f   e nd - f ir e ,   the   lowe r ing   of   r a diation   e f f icie nc y  c ompens a tes   f or   the  r is e   in  di r e c ti vit y.   I n  thi s   c a s e ,   withi n  the  c ontext   of   a   pr ope r   L W A  de s ign,   p r odu c ti on  by  thi s   ga in  va r iation  may  be   lowe r   than  the   indus tr ial   s tanda r d  3dB   li mi t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l         R adiat ion  be am  s c anning  for   leak y   w av e   antenna  by   us ing  s lot s   ( J .   S .   K as im )   1241   T his   is   the  main  pr oblem  with  a   pe r iod ic  HW - M L W A1  that  is   de s igned  not  us ing  a ny  s lot s .   T his   is   be c a us e   the  r a diation  f r om   the  mi c r os tr ip  l ine  is   p olar ize d  in  the  x - dir e c ti on  whe r e a s   r a diation  f r om   the  f r e e   e dge   of   uni f or m   HW - M L W A1  is   polar ize d  in  th e   y - dir e c ti on.   S o ,   a n   e f f e c ti ve   wa y   is   ne c e s s a r y  to  r e duc e     the  c r os s - polar iza ti on  while  maintaining  the  dis ta nc e   be twe e n  s lot s .   F igur e   6  s hows   the  c r os s   polar i z a ti on  of   pr opos e d  HW – M L W A. I t  c a n  be   obs e r ve d  that  the  c r os s – polar iza ti on  incr e a s e s   whe n  the  main  be a m  moves   to  f or wa r d  di r e c ti on,   f r o m  lowe r   f r e que nc ies   to  the  hi ghe r   f r e que nc ies .   I t  is   obs e r ve d  in   the  pr e vious   de s ign  that   the  c r os s - polar iza ti on  incr e a s e s   s igni f ica ntl y  wh e n  the   be a m  s c a ns   c los e   to   e ndf ir e   a nd   be yond  it   int o     the  f or wa r d   dir e c ti on.         F r e q u e n c y (G H z ) 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 6 . 0 6 . 5 7 . 0 V S W R 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0   M ai n   Be am   D i r e c ti on   (D e gr e e ) -150 -100 -50 0 50 100 150 C r os s -P ol ai z at i on  (d B) -40 -30 -20 -10 0 U n i f or m  H W - M L W A  W i t h ou t  S l ot s U n i f or m  H W - M L W A  W i t h  S l ot s     F igur e   5.   VSWA   f or   the  pr opos e d  uni f or m    HW – M L W A     F igur e   6.   C r os s - polar iza ti on  leve l  of   p r opos e d  unif or m  HW - M L W A  with  ve r ti c a l  a nd  hor izonta l   s lot s       4.   CONC L USI ON     A  ne w  de s ign   to  c ont r ol   the  r a diations   of   pe r iodi c   HW - M L W A s   a t  a   wide ba nd   r a nge   s c a nning ,   us ing   us ing  two  type   of   ve r ti c a l   a nd  ho r izonta l  s lot s ,   is   p r e s e nted  in  the   a r ti c le.   T he   pr opos e d  a ntenna   ha s   g e ne r a ll y  high  r a diation   e ffi c ienc y,   a nd  the   main   be a m  c a n  s c a n  c onti nuous ly  in  a   f or wa r d   dir e c ti on   by  c ha ng ing  only   the  ope r a ti ng  f r e que nc y .   T he   one   of   e dge   a ntenna   is   c onne c ted  with  gr ound  plane   by  us ing  vias   c o nne c tor ,  whic h  a r e   unif or m  ha l f   width   mi c tos tr ip   lea ky   wa ve   a ntenna ,   a nd   thi s   s lot s   ha s   be e n   us e d  to   incr e a s e    the  s c a nning  r a ng   o f   the  p r opos e d  a ntenna .   T his   de s ign  he lps   us   to   a c hieve   be a m  s c a nning   while   ther e   is   with   c ha nge   the  ope r a ti ng  f r e que nc y.   W e   ha ve   de ve loped  a   mul ti - s tate   of   r a nge   f r e que nc y   a pp r oa c h  to  a n a lys e s   of   thi s   a ppr oa c h  f or   the  r a da r   s ys tem .   O ur   c ur r e nt  me thodol ogy  is   he lpf ul   f or   the   de s ign  a nd   a na lys is   of   unif or m   HW - M L W A   s tr uc tur e   s ys tema ti c a ll y.   T he   s c a nning  r a nge   o f   the   de s igned  a ntenna   is   4 0 o   be twe e n  4  t o  6  GH z   while  the  pe a k  ga in  a t   5   GH z   is   10   dB i  be a m   s c a nning  r a nge   is   r e a li z e d  in  C   ba nd   a ppli c a ti ons .       RE F E RE NC E S     [1 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .  S .  M . ,   Z ak ari a  Z . ,   Is a  A .  A .  M . ,   A b d u l h am eed   M .  K. ,   " E l ect r o n i cal l y   co n t r o l l ed   ra d i a t i o n   p at t ern   l ea k y   w av e  a n t e n n a  arra y   fo r  (C  b a n d )  a p p l i ca t i o n ,"   TE LKO M NIKA   Te l eco m m u n i ca t i o n   C o m p u t i n g   E l ec t r o n i cs   a n d   C o n t r o l ,   v o l .   1 7 ,   n o .   2 ,   p p .   5 7 3 - 5 7 9 ,  2 0 1 9 .     [2 ]   E l   H amrao u i   A . ,   A b d el m o u n i m  E .  H . ,   Z b i t o u   J . ,   E l a b d e l l a o u i   L . ,   Ben n i s   H . ,   L at rach   M. ,   " A   N ew   Co mp act     CPW - Fed   D u al - Ba n d   U n i p l an ar  A n t en n a  fo r  RFI D   A p p l i cat i o n s ,"   2 0 1 6   5 t h   In t er n a t i o n a l   Co n f e r en c e  o n   M u l t i m e d i a   Co m p u t i n g   a n d   S ys t em s   (ICM CS ) ,   2 0 1 6 .    [3 ]   Mo h s en   M .  K . ,   I s a  M .  S .  M . ,   Rah man   T .  A . ,   A b d u l h ame ed   M .  K . ,   Is a  A .  A .  M . ,   Saat   M .  S .  I .  M .  Z .  S. ,   " N o v el   D e s i g n   an d   Imp l emen t at i o n   o f  MIMO   A n t e n n a  f o r  L T E   A p p l i c at i o n ,"   J o u r n a l   Tel ec o m m u n i c a t i o n   E l ect r o n i c s   Co m p u t ing   E n g i n eer i n g ,   v o l .   10 ,   n o .   2 ,   p p .   43 - 49 ,   2 0 1 8 .   [4 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .  S .  M . ,   Is a  A .  A .  M . ,   A b d u l h amee d   M .  K. ,   " E n h an ceme n t   o f  b o re s i g h t   rad i at i o n   fo r  l eak y   w av e  an t e n n a  arra y ,"   TE LKO M NIK A   Tel eco m m u n i c a t i o n   Co m p u t i n g   E l ect r o n i c s   a n d   C o n t r o l ,  v o l .   17 ,   n o .   5 ,    p p .   2 1 7 9 - 2 1 8 5 ,  2 0 1 9 .   [5 ]   A t t i a h   M .  L . ,   Is a  A .  A .  M . ,   Z ak ari a  Z . ,   A b d u l h ameed   M .  K . ,   Mo h s en   M .  K . ,   A l i   I. ,   " A   s u rv ey   o f  mmW a v e  u s er  as s o ci a t i o n   mech an i s m s   an d   s p ect r u m  s h ar i n g   ap p ro ach es :   an   o v er v i e w ,   o p en   i s s u es   an d   ch al l en g es ,   fu t u re  res e arch   t ren d s ,"   W i r el   Net w o r k s ,   2 0 1 9 .   d o i : 1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 6 - 0 1 9 - 0 1 9 7 6 - x   [6 ]   A b d u l h amee d   M .  K . ,   Is a   M .  S .  M . ,   Ib rah i m  I .  M . ,   Z i n   M .  S .  I .  M . ,   Z ak ari a  Z . ,   Mo h s i n   M .  K. ,   " Rev i ew   o f  Ra d i at i o n   Pat t er n   Co n t r o l   Ch arac t eri s t i cs   fo r  T h e  Mi cro s t r i p   A n t e n n a  Bas ed   O n   E l ec t ro ma g n e t i c  Ban d   G ap   (  E BG   ) , "   Jo u r n a l   o f   Tel ec o m m u n i c a t i o n ,   E l ec t r o n i c  a n d   Co m p u t e r   E n g i n e er i n g ,   v o l .   10 ,   p p .   1 2 9 - 1 4 0 ,   2 0 1 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E l  C ontr o l ,  Vol.   1 8 ,   No .   3 ,  J une   2020:    12 3 7   -   124 2   1242   [7 ]   Mo h s en   M .  K . ,   I s a  M .  S .  M . ,   Is a  A .  A .  M . ,   Z ak ari a  Z . ,  A b d u l h amee d   M .  K. ,   " Co n t ro l   Ra d i a t i o n   Pa t t er n   fo r  H al f  W i d t h   Mi cro s t ri p   L eak y   W av e  A n t e n n a  b y   u s i n g   PIN   D i o d es ,"   In t   J  E l ect r   Co m p u t   E n g . ,   v o l .   8 ,   n o .   5 ,    p p .   2 9 5 9 - 2 9 6 6 ,  2 0 1 8 .    [8 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .  S .  M . ,   Is a  A .  A .  M . ,   et   al . ,   " T h e  Fu n d amen t al   o f  L eak y   W a v e  A n t en n a ,"   J .   Tel eco m m u n   E l ec t r o n   Co m p u t   E n g . ,   v o l .   10 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 9 - 1 2 7 ,  2 0 1 8 .   [9 ]   A t t i a h   M .  L . ,   Is a  A .  A .  M . ,   Z ak ari a  Z . ,   A b d u l h amee d   M .  K . ,   Mo h s e n   M .  K . ,   D i n ar  A .  M. ,   " In d ep e n d e n ce  an d   Fai r n es s   A n a l y s i s   o f  5 G   mmW av e  O p era t o r s   U t i l i zi n g   S p ect r u m  Sh ari n g   A p p r o ach ,"   v o l .   2 0 1 9 ,   p p .   1 - 1 2 ,   2 0 1 9 .   [1 0 ]   A s t an e h   A .  A . ,   G h ei s ari   S. ,   " Rev i ew   an d   Co mp ar i s o n   o f   Ro u t i n g   Met r i cs   i n   Co g n i t i v e  Rad i o   N et w o r k s ,"   E m e r g   S ci   J . ,   v o l .   2 ,   n o .   4 ,   p p .   1 9 1 - 2 0 1 ,  2 0 1 8 .    [1 1 ]   K h a k p o u r  M . ,   D ag h i g h i   Mas o u l e  G . ,   A mi rn ej a d   Mo j d e h i   M. ,   " T h e  Imp act   o f  Co n t e x t - Ba s ed   Ca p ab i l i t i es   o n   t h e  T y p e   o f  Co mmu n i ca t i o n   o f  Sp aces ,"   Ci v  E n g   J . ,   v o l .   4 ,   n o .   6 ,  p p .   1 4 1 5 - 1 4 2 5 ,  2 0 1 8 .    [1 2 ]   A h ma d i   S . ,   A zh ar i   S .  J. ,   " A   N o v el   Fu l l y   D i fferen t i a l   Se co n d   G en erat i o n   C u rren t   Co n v e y o r  a n d   It s   A p p l i ca t i o n   as   a  V ery   H i g h   CM RR  In s t ru me n t a t i o n   A mp l i f i er ,"   E m er g   S ci   J . ,   v o l .   2 ,   n o .   2 ,   p p .   8 5 - 9 2 ,   2 0 1 8 .    [1 3 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .   s aari   B .  M . ,   I s a  A .  B .  A .  M . ,   A b d u l h ameed   M .  K . ,   A t t i ah   M .  L . ,   A l s h araa   B. ,   " N o v el   an d   act i v e  t ech n i q u e  fo r  c o n t ro l l i n g   t h e  rad i at i o n   p a t t er n   o f  t h e  h a l f - w i d t h   mi cr o s t ri p   l ea k y   w a v e  an t e n n a  array ,"     A E U   -   In t   J  E l ect r o n   Co m m u n ,   v o l .   1 1 0 ,  2 0 1 9 .   [1 4 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .  S .   ari   B .  M . ,   Is a  A .  B .  A .  M . ,   A b d u l h ameed   M .  K . ,   A t t i ah   M .   . L . ,   D i n ar  A .  M. ,   " D es i g n   fo r  rad i a t i o n   b r o ad s i d e  d i rect i o n   u s i n g   h al f - w i d t h   mi cr o s t ri p   l eak y - w av e  a n t e n n a  array ,"   A E U   -   In t   J  E l ect r o n   Co m m u n . ,  v o l .   1 1 0 ,   2 0 1 9 .   [1 5 ]   L ei   L i u   C .  C .   an d   T .   l t o h ,   " D o m i n an t   mo d e  l eak y - w av e  an t e n n a  w i t h   b ack f i re - to - en d fi re  s can n i n g   ca p ab i l i t y ,"   E l ec t r o n   Let t . ,   v o l .   38 ,   n o .   23 ,   p p .   1 4 1 4 - 1 4 1 6 ,  2 0 0 2 .   [1 6 ]   L i m  S . ,   Cal o z  C . ,   It o h   T . ,   " E l ect r o n i cal l y   s can n ed   c o mp o s i t e  ri g h t / l ef t   h a n d e d   mi cr o s t ri p   l ea k y - w av e  an t e n n a ,"   IE E E   M i c r o w  W i r e l   Co m p o n e n t s   Let t . ,   v o l .   14 ,   n o .   6 ,   p p .   2 7 7 - 279 ,  2 0 0 4 .    [1 7 ]   K armo k ar  D .  K . ,   E s s e l l e  K .  P. ,   " Peri o d i c  U - Sl o t - L o a d e d   D u al - Ba n d   H al f - Wi d t h   Mi cr o s t ri p   L eak y - W av e  A n t e n n a s   fo r  Fo rw ar d   an d   Back w ar d   Beam  Scan n i n g ,"   IE E E   Tr a n s   A n t en n a s   P r o p a g ,  v o l .   63 ,   n o .   12 ,   p p .   5 3 7 2 - 5 3 8 1 ,   2 0 1 5 .    [1 8 ]   G.   M.   Z el i n s k i ,   G .   A .   T h i el e,   M.   L .   H as t r i t er  M .  J .  H .   an d   A .  J .  T .  A. ,   " H al f  w i d t h   l eak y   w a v e  an t en n as ,"   IE T  M i c r o w a ves   A n t e n n a s   &  P r o p a g a t i o n ,  v o l .   1 ,   n o .   2 ,   p p .   3 4 1 - 3 4 8 ,   2 0 0 7 .   [1 9 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Is a  M .  S .  M . ,   Is a  A .  A .  M . ,   A b d u l h ameed   M .  K . ,   A t t i ah   M .  L . ,   D i n ar  A .  M. ,   " E n h an cemen t   b an d w i d t h   o f  h al f  w i d t h - mi cr o s t ri p   l eak y   w av e  an t en n a  u s i n g   ci rcu l ar  s l o t s ,"   P r o g   E l ec t r o m a g n   R es   C . ,   v o l .   94 ,   p p .   59 - 74 ,   2 0 1 9 .    [2 0 ]   Mo h s en   M .  K . ,   Memb er  S . ,   Is a  M .  S .  M . ,   et   a l . ,   " A ch i e v i n g   Fi x ed - Fre q u e n cy   Beam  Sca n n i n g   w i t h   a  Mi cr o s t ri p   L eak y   –   W av e  A n t en n a  U s i n g   D o u b l e  G ap s   Ca p aci t o r  T ech n i q u e , "   IE E E   A n t e n n a s   W i r el   P r o p a g   Let t ,  2 0 1 9 .   [2 1 ]   K armo k ar  D .  K . ,   E s s el l e  K .  P . ,   H ay   S .  G. ,   " A   mi cro s t r i p   l eak y - w a v e  an t en n a  w i t h   t w o   s y mmet r i cal   b eam s   t o w ard s   s i d es   f o r  fi x e d - freq u en c y   d u al - b eam  s can n i n g ,"   P r o c - A NTE M   2 0 1 4   2 0 1 4   1 6 t h   I n t   S y m p   A n t en n a   Tech n o l   A p p l   E l ec t r o m a g n ,   2 0 1 4 .   [2 2 ]   Ma  Z . ,   J i an g   L . ,   G u p t a  S . ,   Sh a  W . ,   " D i s p ers i o n   Ch ara ct eri s t i cs   A n al y s i s   o f  O n e  D i men s i o n a l   Mu l t i p l e  Per i o d i c   St ru c t u re s   an d   T h e i r  A p p l i cat i o n s   t o   A n t e n n a s ,"   IE E E   Tr a n s   A n t e n n a s   P r o p a g ,  v o l .   63 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 3 - 1 2 1 ,  2 0 1 5 .    [2 3 ]   K as i m  J .  S . ,   M.   Is a  M .  S . ,   Z ak ari a  Z . ,   H u s s e i n   M .  I . ,   K .   Mo h s en   M. ,   " Rev i ew   o n   fi x ed - fre q u e n cy   b e am     s t eer i n g   fo r  l ea k y   w av e  a n t e n n a ,"   TE LK O M NIK A   Tel e co m m u n i c a t i o n   Co m p u t   E l ect r o n   Co n t r o l ,  v o l .   17 ,   n o .   6 ,    p p .   2 8 9 5 - 2 9 0 2 ,   2 0 1 9 .   [2 4 ]   A l h eg az i   A . ,   Z ak ar i a  Z . ,   Sh ai r i   N .  A . ,   Sal l eh   A . ,   A h m ed   S. ,   " Co mp ac t   U W B  f i l t eri n g - a n t e n n a  w i t h   co n t r o l l a b l e  W L A N   b a n d   re j ect i o n   u s i n g   d efec t ed   m i cro s t r i p   s t ru c t u r e ,"   R a d i o en g i n eer i n g ,  v o l .   27 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 0 - 1 1 7 ,  2 0 1 8 .    [2 5 ]   A b d u l h amee d   M .  K . ,   Is a  M .  S .  M . ,   Ib rah i m  I .  M . ,   Mo h s e n   M .  K . ,   H as h i m  S .  R . ,   A t t i ah   M .  L. ,   " Imp ro v emen t   o f  mi cro s t r i p   an t en n a  p erf o rman c e  o n   t h i ck   a n d   h i g h   p e rmi t t i v i t y   s u b s t rat e  w i t h   e l ect r o mag n et i c  b a n d   g ap ,"   J  A d v  R es   D yn   Co n t r o l   S y s t . ,   v o l .   10 ,   n o .   4 ,   p p .   6 6 1 - 6 6 9 ,   2 0 1 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.