Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 ,  June   2020 ,  pp.  3086 ~ 3094   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 3 . pp3086 - 309 4           3086       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Develop ed high  ga in m i crostrip  an tenna li ke mic roph one  structur e for  5G appli ca ti on         H. Yon 1 , N.  H.  A b d  Rahma n 2 , M.   A  A ri s 3 ,  H.   Ju m aat 4   1, 2 ,4 Antenna   R ese arc h   Cen tre (ARC),   Facu lty   of Electrical E ng in ee ring ,   Univ ersiti  T eknol ogi   MA RA,  Malay si a   2 Malay s ia - Jap an   Inte rn at ion al In stit ute of Te chno log y   (MJ IIT ), Univer siti   T eknologi  Mal a y s ia,  M al a y si a   3 Facul t y   of Elect ric a l  Eng ineeri n g,   Univer si ti T ek nologi   MA RA Kam pus Dungun, M al a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Sep   20 , 201 9   Re vised  N ov   2 7 ,   2019   Accepte d  Dec  10, 201 9     W e  pre sent  a   n ew  deve lopmen t   of  m ic rostrip  a nte nna  stru ct ur e   combining   a  sim ple   ci rcu l ar  struc ture  wit h  a  r ing  an te nn a  struc ture   as  t he  par asit i c   el ement  to  improve  the   ante nna  gai n  and  bandwidt h  for  5G  m obil e  appl i ca t ion.  The  proposed  an te n na  was  f ed  b y   a  50Ω   m ic rostrip  fee ding   lin e   due  to  it s  adv ant ag es  in  p erf orm anc e.   The  ant enn a  was  d esigne d  and  sim ula te d  using   a  single   subs t rat e  with  doubl e  lay er ed   copp er  (top  and   bott om )  with  t he  rad i at ing  p a tc h  on  t h e  top   lay er  and  full  ground  on   the   bott om   lay e r   of  the   sam e  subs tra te.  Thr ee   a nte nnas  hav e  be en  designed   namel y ;  design 1,   design2  and   design3  to  co m ple te   th e  rese arc h  works .   The   an te nn as  ware   sim ula t ed  a nd  opti m iz ed   at  18  GH z  using  Com pute r   Sim ula ti on  Te c hnolog y   (CST)   with  p ermitt i vity ,   r = 2. 2  an d  thickness,   h = 1. 57m m   on   low - loss  m at eri a l  Roger  RT - Duroid  5880  subs tra te .   The   ant enn as  wa re  re asona bl y   w e ll   m at c hed  at   their  cor r esponding   fre quen c y   of  oper ations.  The   sim ula t ion  and  m ea s ure m ent   result s  hav e   show n  tha t   the   ant enn a  wor ks  well .   Th e  si m ula ti on  r esult s   have  show n  th at   the   three  ant enn a s  works   well   at   the   sel ecte d  fre quen c y .   T he  fina l  sim ula t ed   ant enn a   for  design1,  d esign2  and  d e sign3   has  been  fab ri ca t ed  t o  m ea sure   the   p erf orm ance  and   al so   t o   validate  th e   sim ula t ion   r esult   with   the   m ea surem en t  result .  The   m e asure m ent   data   f or  ant enn a  desig n1,   design2  and  design3  sh ows   fre quency   shift   of  3%   from   the   si m ula ti on   result.   The   f ina l   prot y p e  of  d esign3  gi v es  6. 6dB  g ai n , - 1 4. 51dB  re turn  lo ss ,   180MH z   bandwidt h,   and   ant enn a  eff ici ency   of  53 . 9% .   All  thr ee   a nt enna s  ware   m ea sured  using  Vec tor  n et work  ana l y z er   (VN A) a nd  An e cho ic c h amber.     Ke yw or d s :   5G   CST   Mi cro strip   patc h  a nten na   Parasit ic   VSW R   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ham iz an  Yon ,    An te nn a  Resea rch Ce ntre  (A RC ),  Fac ulty  of Elect rical  E nginee rin g ,   Un i ver sit i  Te knol og i M ARA ,   Sh a h   Alam , S el angor 4 0450,   Ma la ysi a .   Em a il :  ha m iz a n2816@ uit m .ed u.m y       1.   INTROD U CTION   Ma ny  researc he r s   ha ve  us ed  m ic ro strip  a ntenn a  i n  their  a nt enn a   desi gn   du e  to  it s  adv a nta ges   of  li ght  weig ht,  lo w  vo lum e  and   thi n  prof il e  c onfig urat ion [1 - 3] .   M os t  of   t he  a nte nn a   de vel op m ent  ha ve   ch os e n  this  m ic ro strip  ant enn a  str uct ur e   to  fo c us   on  reducin g  the   a nten na  siz e   [4 - 5] .  I n  the  in com ing   5G   ne twork   te chnolo gy ,  sm al l   siz e  ante nn a s  are  highly   in  de m and   to  cat er  for  hi gh   f re qu e ncy  al lpica ti on   and  thu s ,   mi cro strip  ante nn a s  are  fou nd   to  be  a m on g  t he   m os t  su it able   antenn as   to  be  ad op te d   f or  the  nex t  ge nerat ion   anten na  de vice s.  Easi er  to  de sign,   low  pro file   config ur at io n  an d  wide  ra ng e  of   a ppli cat ion s   [6]   are  s om e  of  reasons   of why   m os t of   the r e sea rch e r s opte d  for  m ic ro strip an te nna . Alt hough  the m ic ro strip a nten na  po s sess  a  lot  of   ad van t ages,  the   m ic ro strip  has  s om e  lim it at ion s .  A m on g  them   are  loss es   from   th e  le akag e  at   the  op e n  bounda ry, sm al l rad ia te d p ower a nd b a ndwi dth ,  lo w powe r  h a nd li ng ca pa bili ti es   [7]   an d l i m it ed  gain   [8] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo ped h i gh  ga i n microst rip  an te nna  li k e m ic r ophone  s tructure f or   5G  app li catio n  ( H . Yon )   3087   In   a dvance ,  m any  anten na s   hav e   bee n  devel op e d  by  m any  resea rch e r s   su c h  as  in   [5]   to  i m pr ove   m ic ro strip  a ntenn a  perf or m ance  and   t hese  sc enar i os   ha ve   in crease  the   a ntenn a  dem and   in   m any  syst e m s   su c h  as  W i - Fi   [ 9] ,  W iM AX   [ 10 ] ,   W LA N   [ 11]   and   oth e r  ap pl ic at ion s   [ 12 ] .  Re centl y,  the  m ob il e  app li cat ion   an d  desig n  ha ve  exp e rience d   si gn i ficant  gro wth,   es pecial ly   du e  to  the   fu tu re  5G  m ob il e  network   [ 13] .   Ma ny  researc he r s   ha ve   de ve lop e d  an d  des ign ed   their  an te nn a s   ba sed  on   these   new   requirem ent s .   So m e   researc her s   ha ve   desi gn ed   th ei r  anten na s   to   cov e r  hi gh   fr e qu e ncy  ba nd  due  to  this  ra pi d  de velo pm ent  of   5G   wireless  netw ork   [14] .  Ty pi cal ly ,  a  patch  anten na  has  a   gain  valu e  of   betwee n  5  to   6dBi   [2] .  Wi th  this   lim it at ion ,  rese arch e r  ha s  de ve lop e d  f utu re  a nten na  pr opos e dly  to  i m pr ove   the  anten na  ga in.  S om e  research e r  hav e  us e d  m e tam at erial   [15] ,  arr ay   struct ur e   [16] ,  slott ed  str uctur e   [ 17 ]   an d  diele ct ric  loade d  Vivald i     structu re  [18]  t o  im pr ove the   m ic ro strip a nte nn a  g ai n.     In   this  researc h  w orks ,  the  de sign e d  ante nn a  s tructu re  is  s i m ulate d  us in g  an  us e r   f rien dl y  so ftwar e ,  Com pu te r  Sim ulati on   Tec hnol og y  (CS T).  T hr ee  a nten nas  hav e  bee n  desi gn e d  to   com plete   the  resea rc h  w orks   for  gain  im pr ove m ent. Th e first an te nna w it h  basic ci rc ular  sh ape d  has be en  desi gn e d  du e to its adv anta ges  as  m entioned  in  [ 19 ]   to  res on a nt   at   18GH z .  T hen,  the  sec on d  ante nna  has  been   desi gn e d  us in g  a  ri ng – s hape d  structu re  that  c an  res onant  at   the  sam e  fr equency  ba nd   a s  d esi gn   1,   w hich   is  18GHz.  A nt enn a  desig n  3  with   the co m bin at io n of   desi gn1  a nd  desig n 2  has been  d e sig ned  as the  final  pro toty pe  an d  is  optim iz ed  to im pro ve  the  anten na  ga in.  The  rin g  an te nn a  that  is  rounde d  outsi de  the  ci rcu la r  ra diati ng   patc h  works  as  the   par asi ti c   el e m ent   [20]   to  im pr ov e   the  anten na  gain.  The  e ff ect   of   t he  par asi ti c  el em ent  that   is   pl aced  a rou nd   t he   m a in  rad ia ti ng  patch   has   bee n  obse rv e d  us in g  C S T   softwa re.  Th e  final  o pti m izati on   for   a nten na  desig n1,  a nt enn a   desig n2  an d  an te nn a  de sig n3   ha ve  been   fabr ic at ed  and   m ea su re d  f or   valid at ion   pur pose .  The  sim ulati on   and   fabrica ti on r es ult s   su c h  a s  gain,   ba ndwidt h  a nd ef fici ency  a re in   go od  ag re e m ent .       2.   AN TE NNA D ESIGN   The  first  ante nna  was  de vel oped  us in g  a  ci rcu la r  str uctur e  as  sh ow n  in  Figure  1.  A   50  O hm   feed ing  li ne  was   us e d  to  co nnect   the   ra diati ng   patc h  with  the   el e ct rical   source   [21].  T he dim e ns io n  of  the   ci rcu la r   anten na  was  cal culat ed  us i ng   e qu at io ns   in   [22 - 23] .  To  desig n  the  ci rcu la r  str uctur e ,  so m e  calcu la te d  dim enion s  s ha ll   be  de te rm in ed  in   or der  to   de velo p  t he  a nten na  str uct ure  es pecial ly   fo r   the  patch   r adius .     The  act ual r a di us   ( )   of the  circ ul ar p at c h  is  give n by   [ 22] .       (1)     Wh e re  F is a c on sta nt  giv e n b y (2):       (2)     The  e ff ect ive  ra diu s  of the  p at ch ( a e )  is  deter m ined  by  ( 3) :       (3)     Hen ce , th e  r es on a nt  fr e qu e nc y i s shown by ( 4) :        (4)     w he re  0   is t he fr ee space  sp ee d of l igh t.   Af te r  the  c omplet ion   of  ante nn a  desig n1,  we  de velo ped   seco nd   a nten na   (an te nna  de s ign2)  us in g    a  rin g  sh a pe  a s   sho wn  in   Fig ur e   1  ( b).  T he   anten na  has   be en  desig ne d  t o  res on a nt  at   t he   sam e  fr eq ue ncy  as  the  anten na  de sign1.  On ce  c om plete d,   the  anten na  desi gn3,   w hich  is  ac om bin at ion   of  desig n1  an d  de sig n2   (that  w orks   a s  a  pa rasit ic   el e m ent)  has  been  de si gn e d  as  sho wn   i n  Fig ur e  1  (c).  The   ob j ect ive  of    this  com bin at ion   is  t o  to  s ol ve  the  pr e vious  desig n  iss ue   wh ic h  was  to  im pr ov e  t he   anten na  gain  f or    5G appli cat ion.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 86   -   3094   3088         (a)   (b)   (c)     Figure   1 .   A nte nn a   (a ) d esi gn 1   (b) desi gn 2  ( c)  desig n3       The  pro posed   anten na  was  de s ign e d  on  a  fu l l  gr ound  co ppe r   in  order   to  im pro ve  the  e le ct ro m agn et ic   ref le ct io n [ 24 ] .  The  total   siz e  of   the  a nten na  was  30  m m   x  30   m m ,  a nd   the  anten na  has  achieve d  res on ant  at  18G Hz  f or   5G   m ob il e  app li cat ion   [ 25 ] .T he   di m ension   of   the  pro po se d  f inal  desig n3   a nten na  str ucture  ar e   giv e n  in  Ta ble  1.         Table  1.   A nten na  desig n3  para m et er   Para m eters   Valu e [ m m ]   Dia m et er  o f   p atch   5 .6   Leng th  of  f eed    8 .94   Leng th  of  su b strate    30   Mater i al ’s   th ick n e ss   1 .57   W id th   o f  parasitic  ele m en t   1 .95   W id th   of   f eed   4 .9   W id th  of  su b strate    30       3.   RESU LT S   A ND  DI SCUS S ION S   In   this  sect io n,  t he  si m ulate d   resu lt s   f or   the  anten na  desi gn1,   d e sig n2   a nd  desig n3   a re  com par ed   i n  te rm   of   their  pe rfor m ance,   re s pecti vely .  Fig ur e  2   sho ws  th e  anten na  re flect ion   coe ff ic ie nt ,  11   fo r  a nten na   (a)  d esi gn 1 ,  (b)  de sign2  a nd  (c )  desig n3 .   F r om  the  res ults  obt ai ned   i n  Fig ur e  2,   t he  re flect ion   c oeffici ent   shows  that  the  ante nna  de sig n1   ha ve  ac hieve d  11   of  - 33. 59dB  a t  18GH z .  F ro m   the  si m ulatio n,   it   s hows  that   the  ante nn a  ha s  co ver e d  7.6 %  of  oper at in g  ba ndwi dth   a t  the  desire d  f reque ncy  ra nge  from   17 . 43GH z  t o  18.75 G Hz .Me anwhil e  in  a ntenn a   desi gn ,  a   good  re flect io n  co ef fici ent  ha s  bee n  ac hiev ed  afte r  opti m i zat ion  process .  H owe ver,  the  a nten na   desig n2  ha ve   ob ta in ed  sm aller  ba ndwidt h  than  desig n1,  wh ic h  is  only   6.6%   from   17 .35 GHz  to  18.49 GH z .  In   t he  thir d  anten na  desi gn ,   the  integrati on  of  ante nn a  de sign2  into  a nt enna   desig n1  was  pe rfor m ed  to  optim iz e  the  side  e ff ec t  of  the  return  l os s.   From   the  F ig ur e   2,  it   sho w s  that   the  ref le ct io n  coeffic ie nt  of  the  pr opos e d  a nten na  f or  ant enn a  desi gn3  has  been   im prov e d   to  - 37.73 dB  with   band width  co ver a ge  of1 7.1 4GHz  t o  18. 58G Hz,   a n  i m pr ov em ent  of   8.4%   of  op e rati onal   ba ndwidt h.   Fr om   the  figur e,  it   is  cl ear  th at   the  op ti m ized   struct ur e  is   ob ta ine d  f ro m   the  com bin ed   structu re  ( des ign3) ,  wh ic h has ac hi eved g ood i m p ed ance  m at chi ng and  broa der ba ndwidt h  as   com par ed  t o d esi gn1  a nd  des ign2.   Figure  3  sho w s  the  VSWR  f or   a nten na  des ign1,  desig n2  and   desi gn3,   r especti vely .  T he  val ues  f or  the  pro posed   anten na  is  le ss  than  2dB  at   the  des ire d  ba nd  of   fr e qu e ncy  ( 17.5   G Hz - 18. 5GHz) .   Fr om   the  si m ulati on   res ults ,  it   sh ow s  th at   the  pr op ose d  anten na  c an  be  de sig ne d  f or   5G  Mob il e   com m un ic at ion   syst e m   app li cat ion   ( base  on   the  ITU   sta nd ard)   [ 26 ] .   T he  si m ulati on   wor ks   we re  co ntin ued   to  evaluate  the  a nt enn a  c urren t  di stribu ti on  as  s how n  in  F ig ur e  4 .   Fig ure  4  s hows   that  the  c urren t  distrib ution   is  con ce ntrate d  at   the  ed ge  of   th e  rad ia ti ng  pat ch  str uctu re  an d  it   is  sh ows  t hat  the  propos ed  ante nna  ha ve   be e n  well   m a tc h  to  the  50Ω  i nput  i m ped ance  of  t he  syst em   design.   T he n,   furth er  in vestigat io n  h as  bee n  m a de  by   evaluati ng  the  anten na  ra diati on   patte rn.  Ra diati on   patte r n  is  ver y  i m po rtant  aspect  in  de sign i ng   a n  an te nn a.   The  rad ia ti on  patte rn  is  use d  to  obser ve  the   de pende ncy  of  the   ra diati on  stren gth   of  the   anten na  with   r espec t   to  it s  an gu la r   di rec ti on   from   a   source .  Fig ure   5  s hows  t he  a nten nas  rad ia ti on   patte r n   in  2 - D  view   f or   de sign1 ,   desig n2  a nd  de sign3,   res pecti vely .  Me an w hile  Fig ur e   6   shows  the   ante nn a  ra diati on  patt ern  in  3 - D   vie w  for   three a nten na,   resp ect ively .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo ped h i gh  ga i n microst rip  an te nna  li k e m ic r ophone  s tructure f or   5G  app li catio n  ( H . Yon )   3089   The  s umm ary  of   the  sim ulated   res ult  of   t he   desig ne d  ant enn a  a re  gi ve n  in  Table  2.   A s  show n  in     the  ta ble,  t he  anten na  desig n3  has   bette r   perform ance  as  com par ed   to   desig n1  a nd  desig n2.  At  18G Hz ,     the  gain  of   t he  ante nn a  de sign3   is   9.1 8d Bi .  M ea nwhile   the  ref le ct ion   coe ff ic ie nt  is  - 37. 7 3d B  and     the  ba ndwi dth   is  1307MHz .  T her e fore,   desi gn3  is  dem on str at ed  to  giv e   be tt er  gain ,  band width  an d  e ff ic ie ncy   as com par ed  to  d esi gn1  a nd  de sign2,  corres pondin gly.             Figure   2 .   Re fle ct ion   c oeffici ent  ante nn a   de sign 1 ,  desig n2 a nd d e sign3     Fig ure   3 .   V S W R   s im ul a t i on   r e s ul t             (a)   (b)   (c)     Figure  4. A nte nn a  ( a ) desig n1  (b) desi gn 2  ( c)  desig n3           Figure  5. 2 - D  r adiat ion   patte r n  of ante nn a  d e sign1,  d esi gn2 and de sig n3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 86   -   3094   3090         (a)   (b)   (c)     Figure  6. 3 - D   view o f  fa r - fiel d radiat io n patt ern  f or  (a ) d esi gn1 ,  (b) de sig n2 a nd ( c ) desig n3       Table  2.   Sim ul at ion   resu lt     P a ram et er s   D e s i g n 1   D e s i g n 2   D e s i g n 3   F r e q u e n cy   (G Hz )   18   18   18   S 1 1   ( d B)   - 3 3 . 5 9   - 1 8 . 3 1   - 3 7 . 7 3   G a i n  ( d B i)   7 . 8 7   6 . 3 3   9 . 1 8   B a n d w i d t h  ( MH z)   119 2   114 0   1307   V SW R  ( d B )   1 . 0 4 2   1 . 2 7 6   1 . 0 0 1   E ff i c i e n cy  ( %)   8 2 . 8   8 5 . 5   9 1 . 9       4.   MEASU REM ENT RES UL T   As  s how n  i n  Figure  7,  th re e  ante nn as   ha ve  bee n  fa bri cat ed  to   m easur e  their  pe rform ance  an d  t o  ver ify   their  si m ula ti on   and   m easur em ent  resu lt .   The  ante nn a  perform ance  has  been   m easur e d  us i ng   Keysi ght   Vecto r  Netw ork  Anal yz er  f or  the  re flect ion  c oeffici ent  a nd  us in g  a nec ho ic   cham ber   for  t he  far - fiel d  ra di at ion  patte rn.  The  a nten na  re flect ion   c oeffici ent  is  com par ed  be tween  sim ulatio n  a nd   fabrica ti o n  res ult  as  sho w n    in Figu re  8 .   The  m easur em ent  data  f or   a nt enn a  desig n1,   desig n2   a nd  desig n3  sho w  the  fr e quency  sh ift  of  3%   from   the  si m ulati on  due  t o  the   im pr eci sion  in  ha nd l ing   t he  m easur em ent  proc ess  an d  fa br i cat ion    inaccu racies   [ 2] .  H ow e ve r,   t he  m easur ed  f reque ncy  is  within  the  r an ge   of   5G   netw ork   [ 25,  26] .   Fi gure  9  sh ows   the  ant enn a   ra diati on  patte r n  in   2 - D  view   that  ha s  bee n  m easur e d  us in g  an echo ic   cham ber   a nd     Figure  10 s hows  th e  3 - D view  of  t he patt er ns .   A lt hough  the   anten na  ref l ect ion   c oeffici ent  hasslig htly   sh ifte d  fro m   the  si m u la te d  res ult,     the  m easur em ent  of  t he  fina l  anten na  s ho ws  a   ve ry  cl ose   ag reem ent  to  the   sim ulated   resu lt .   As   show n  i n    Figure  9,  the  a nten na  2 - D  ra diati on   patte r n  sh ows  good  m easur em ent  resu lt .  Howe ve r,   the  gain  is  lowe r  as  com par ed  t o  the  sim ulate d  r esult .  T he  re s ult  show s  that   the  gain  of  the  a nten na  de sign1  has  dec reased     from   7. 87dBi   to  6.2 dBi,  and   for  desig n  2,   the  gain  is  reduced  fro m   6. 33dBi  to   5.98dBi   as  well   as    from   9. 16dBi  to  6.6d Bi   f or   desig n3.  The s e  reducti on s  of  gain  values  are  belie ve d  due  to   the  im p roper  handlin g  w he n  the  anten na  is  placed  on   t he  ante nn a  holder  in  the  c ham ber .  T he  m easur em ent  resu lt   is  su m m arized in  Table  3.             (a)   (b)   (c)     Figure  7. Fa br i cat ed  ante nna ( a)  desig n1, (b ) desig n2 a nd ( c ) d esi gn3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo ped h i gh  ga i n microst rip  an te nna  li k e m ic r ophone  s tructure f or   5G  app li catio n  ( H . Yon )   3091         (a)     (b)         (c)     Figure  8.  Com par is on of sim ulate d  a nd m ea su re d reflect io n  c oeffici ent fo r  a nten na ,     (a)   desi gn1 (b)  desig n2 a nd ( c ) d esi gn3             (a)     (b)     Figure  9. Com par is on of  far - f ie ld r a diati on   pa tt ern   betwee n sim ulati on  and  m easur e m ent r esult,    (a)   desi gn1, ( b)   desi gn2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 86   -   3094   3092       (c)     Figure  9. Com par is on of  far - f ie ld r a diati on   pa tt ern   betwee n sim ulati on  and  m easur e m ent r esult ,   (c)   desi gn3   ( co ntinu e )               Figure  10.  Me a su re d 3 - D fa r - f ie ld p at te r n for   (a) de sig n1, (b ) desig n2 and  ( c)  desig n3       Table   3.   A nten na  m easur em e nt r es ult   P a ram et er s   D e s i g n 1   D e s i g n 2   D e s i g n 3     S im u la t e d     M e a s u r e d   S im u la t e d     M e a s u r e d   S im u la t e d     M e a s u r e d   F r e q u e n cy   (G Hz )   18   18 .6   18   18 .3   18   18 .6   S 1 1   ( d B)   - 3 3 . 5 9   - 1 4 . 0 6   - 1 8 . 3 1   - 1 4 . 0 5   - 6 6 . 4 8   - 1 4 . 5 1   G a i n  ( d B i)   7 . 8 7   6 . 2   6 . 3 3   5 . 9 8   9 . 1 8   6 . 6   B a n d w i d t h  ( MH z)   1197   160   1170   160   1307   180   E ff i c i e n cy  ( %)   8 2 . 8   5 2 . 8   8 5 . 5   5 1 . 5   9 1 . 9   53 .9       5.   CONCL US I O N   A   new   ante nn a   desig n   i n  the   form   of   a  m ic ro ph on e   str uctu re  wa s  desig ne d  a nd  eval uated .  T hro ugh  the  anten na  si m ula t ion   software ,  a   pa ram et ric  stud y  wa s  perform ed  to  analy ze  an d  to  optim iz e  t he  fi nal   anten na  desi gn3  c onfig urat ion.  The  a nten na  was  desig n ed   t o  achiev e   good  m a tc hin g  at   the   res on a nt   fr e qu e ncy   of   18G Hz  with  high   gain .  The   fi na l  anten na  with  a  ci rc ular   rin g  locat e d  ar ou nd  t he  m ai n  ra diati ng  patch  works  a s  a  par asi ti c  el e m ent,  wh ic h  has  im pr ov e d  the  overall   ant enn a  pe rfor m ance  in  te rm so f   gain,   band width  an d  ef fici ency.  Althou gh  the   si m ulati on   r esult  sho ws  cl ear  im pr ov e m ent  on  the   res ult ,     the  pe rfo rm ance  of  the   fa bri cat ed  a nt en na  has  s how n  som e  degrad at io ns   due  to   im p roper  ha ndli ng   duri ng   m easur em ent  process .   F ur th er  in vestigat io n  s hall  be  done   to  im pr ov e  t he  a nten na  pe r form ance  espe ci al ly   to   m ini m ise  the sh ifti ng er ror.   T he  ra diati on p a tt ern , whic h  w as shown t o  be  sh ifte d  f ro m  0   directi on  i n  E - pla ne   al so   s hall  be   inv est ig at ed  in  f uture  to  i m pr ov e  th e  a nten na  perfor m ance  in  real   5G  ap plica ti on  an d  env i ronm ent.    (a)   (b)   (c)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo ped h i gh  ga i n microst rip  an te nna  li k e m ic r ophone  s tructure f or   5G  app li catio n  ( H . Yon )   3093   ACKN OWLE DGE MENTS   The  a utho rs  w ou l d  li ke   to  t ha nk  U niv e rsiti   Tek nolo gi  M ARA   f or  spo nsori ng  the   w ork.   A uthors  would  al s o  li ke  to  express  grat it ud e  to  the   m e m ber s  of   the  A nten na  Re search  Ce nter   (A RC ),   Fac ul ty   of   Ele ct rical  En gi neer i ng, Uni ve rsiti  Tekno l og i  MARA  for su pport ing t he re search  wo rk.       REFERE NCE S     [1]   C. A.  B al an is,  “ A nte nna  Theory , ”   Thi rd edit. Third   Edition, Hobok en,   N ew  Jerse y :   John W il e y   &   S ons,  Inc . ,   2005.   [2]   A.  I.   Ramesh  Garg ,   Praka sh  Ba rti a ,   Inde r  Bah l,  “ Mic ros trip  Ant enna  Design  Handbook , ”   no .   1 ,   Artec h  Hous e   Publisher,   Lond on,   2001 ,   2001 .   [3]   K.  P.  R .   Gir ish  Kum ar,   “ Broadba n d  Microstr ip A nte nna,”  Book ,  p p.   511,   2003.   [4]   A.  Enna j ih,   J.  Z bit ou,   M.  L at r ach,  A.  Err kik ,   and   R.   Mandr y ,   “ A  New  Dual  Band  Printe d  Meta m ateri a l  Antenna   fo r   RF ID  Rea der   Applicati ons, ”  Int ernati onal  Journ al  of  El e ct rica l  and  Computer  Engi nee ring  ( IJECE) ,  vol.   7,   no.   6,   pp.   3507 – 3514 ,   2017.   [5]   M.  S.  R abba ni   a nd  H.  Ghafour i - shiraz,  “ Evalua ti o n  of  ga in enha nc ement  in   improved  siz e  m ic rostr i p  antenna   arr a y s   for  m il li m et r e - w ave   appl i cations,”  A EUE  -   Int .   J.  El e ct ron.   Comm un. ,   vol. 81, pp.  105 – 113,   2017 .   [6]   S.   N.  Kam aru di n,   M.  T.   Al i,   S.   Subahir,   and  H.  Yon,  “ Deve lop m ent   of  Microst rip  Monopole  A nte nna  In te gr at e d  with  L ight   Emitt ing  Diode   ( LED   ), ”   J .   Te lecomm un.   E lectron. Comput.   Eng . ,   vol .   10,   no .   1 ,   pp .   49 – 52,   2018 .   [7]   A.  Singal  and   D.  Kedi a,  “ Perform anc e  An aly sis   of  Antenna  Sel e ct ion   Techni qu e s  in  MIM O - OFDM  Sy st em  wit h   Hardware   Im pai rm ent s :  Ene rg y   Eff ic i ency   p erspe ctive , ”  Int ernati onal  Jour nal  of  El e ct ri c al  and  Computer  Engi ne ering  ( IJ ECE ) ,   vol .   8 ,   no .   4,   pp.   2272 – 227 9,   2018 .   [8]   S uhai la   Subahir  Ham iz an  Yon ,   Azia t i  Hus na  A. ,   Mohd  Ta rm iz i  Ali ,   “ Deve lopment  of  stac ked  a nte nna  in te gra ted  with  ring   conf ig ura ti on   LE D   for w i - fi  app li c ation , ”  Proceedi ng   20 17  Asia Pasific Microw.   Con f. ,   p p.   5 – 8 ,   2017 .   [9]   H.  Yon  et   al. ,   “ Inte gra te d  Stac k e d  Microstri p  Antenna   with  Li gh t  Emitt ing  Diode  (  LE D  )  for  W i - Fi  Applic at ion , ”   J.   Te lecomm un.   El e ct ron.   Comput.   Eng. ,   vo l. 8,  no.   6 ,   pp .   83 – 86 ,   1843.   [10]   A.  Akdagli  and   A.  Tok ta s,   “ Design  of  wid eband  orthogonal  MIM O  ant enna  with  improved   cor re la t ion  usi ng    a  par asit i c elem ent   for  m o bile  h a ndsets, ”  In t. J. Microw.   W irel. T ec hnol. ,   vo l. 8,  no.   01 ,   pp .   109 – 115,   2016 .   [11]   S.  Subahir,  R.   A .   Ramli ,   M.  T.  Ali,   M.   N.  M.   T an,   and  S.  Al am,  “ Inve stigation  on  Inte gr at ed   Archi m ede an   Spira l   Patc h  Ant enna  with  L ight   Emitt ing  Diode   ( LED   ), ”   IE EE 6 th  Co ntrol  Syst .   Gr ad.   Re s.   Col loq. ,   pp .   169 – 173 ,   2015 .   [12]   M.  K.  Abdulha m ee d,   M.  S.  M.   Isa,   Z .   Z aka ri a,   M.  K.  Mohs in,   a nd  M.  L.   At ti ah ,   “ Mus hroo m - Li ke  EBG  to  Im pro ve  Patc h  Antenna   Perform anc e  for   C - Band  Sate lli te   Applicati on , ”   Int.   J.   El e ct r.   Comput.   Eng . ,   vol.   8,   no.   5 ,     pp.   3875 – 3881 ,   2018.   [13]   A.  Salh,   L.   Audah,   N.  S.  M.  Shah,   and  S.  A.  Ham za h,   “ Ada pti ve  Antenna   S el e ct ion  and  Pow er  Alloc ation  in   Dow nli nk  Massi ve  MIM O  Sy st ems , ”  Inte rnatio nal  Journal  of  El e ct rica l  and  Computer  Enginee ring  ( IJE CE ) ,    vol.   7 ,   no .   6 ,   pp .   3521 – 3528,   201 7.   [14]   M.T . A.  Bah aro m   B,   “Mult ipl e - el ement  PIF A  M IMO   ant enna   s y stem  design  for  future   5G  wire les s  com m unic at io n   appl i ca t ions,”  As ia - Pacific  Mi cro w.   Conf .   Procee dings,  A PMC ,   p p.   0 – 3 ,   2017 .   [15]   C.   H.  Ng,  K.  K.  A.  Devi,   C.   K.  Chakra bar t y ,   N.   Din,   and  C.   F.  Kw ong,   “ Gain  Enha nc ement  of  Microstri p  Patch   Antenna   using  L ow  Loss  Nega ti ve  Refr a ct iv e  In dex  Meta m ateri a l  Superstrat e , ”  J.  Tele commun.  E l ec tron.  Comput .   Eng. ,   vol .   9 ,   no .   1,   pp .   95 – 99 ,   20 13.   [1 6]   J.  L.  L iu,  T.  Su,  and  Z .   X.   L iu,  “ High - Gain  Grat i ng  Antenna  with   Surfac e   W ave  La unch er  Arra y , ”  IE EE  Antenna s   Wirel .   Propag.   Lett. ,   vol. 17, no.  4,   pp .   706 – 709 ,   2018.   [17]   W .   Han,   F.   Yan g,   J.   Ou y ang,   P.   Yang,   “ Low - co st  wideba nd   and   high - ga in  slot ted  ca v i t y   antenna   using  high - ord e r  m odes  for  m il lim et er - wave   application,”  I EE E   T rans .   Ant ennas   Propag. ,   vol. 63, no. 11, pp. 4624 – 4631,   2015 .   [18]   J.  Pus kely ,   J.  L ac ik ,   Z .   Ra ida,  and  H.  Arth aber,  “ High - Gain  Diel e ct ri c - Lo aded  Vival di   Ante nna  for  Ka - B an d   Applic a ti ons,”   I EE E   Antennas  Wirel .   Propag.   Lett. ,   vol. 15, pp.  2004 – 2007,   201 6.   [19]   T.   Firm ans y ah  e t  al. ,   “ Bandwidth  enha nc ement  a nd  m ini at uri za t i on  of  ci rcu la r - sh ape d  m ic rostrip  ant enn a  base d  o n  bel ev ed  hal f - cu t  struct ur e  for  MIM O  2×2  appl icati on , ”  In te r nati onal   Journa l  of  E le c tric al   and  Computer  Engi ne ering  ( IJ ECE ) ,   vol .   9 ,   no .   2,   pp.   1110 – 112 1,   2019 .   [20]   H.  Yon,  A.  H.  Aw ang,   M.  T.   Ali,   S.  Subahir,  and  S.  N.  Kama ruddin,   “ Para m et ri c  Stud y   of  I nte gra te d  Sta cked  Microstri p  Ante nna  with  Li ght   Emitt ing  Diod e  (LE D)  f or  W i - Fi  Applic a ti on , ”  Proc . - 6th  Int .   Conf.   Comput .   Comm un.   Eng. I nnov.   Te chnol. t o  Serv e   Hum anit.  ICCCE   2016 ,   p p.   9 – 12 ,   2016 .   [21]   A.  Kum ar,   J.  K aur ,   and  R.   Sing h,   “ Perform anc e   Anal y s is  of  Dif fer ent  Feedi ng   Te chn ique s, ”  J .   Eme rg.  Techno l.   Adv .   Eng . ,   vol .   3 ,   no .   3 ,   pp .   884 – 890,   2013 .   [22]   R.   Devi  and  D.   K.  Neog,  “ Det erminat ion   of  Radi us  of  Cir c ula r  Mic rostrip  Antenna   Us ing  Clona l  Se lecti o n  Algorit hm , ”  IOSR  J .   El e ct ron.   C omm un.   Eng. Ve r.  I ,   vol .   10 ,   no .   4,   pp .   2278 – 283 4,   2015 .   [23]   K.  Gune y ,   “ Resonant   Freque nc y   Calculation  f or  Circ ula r  Mic rostrip  Antennas   with  a  Diel ectric   Cover  usin g  Adapti ve  Ne twork - Based  Fuzz y   Infe ren c e  S y st e m   Optimize d  b y   Vari ous  Algorithm s,”   Prog.   El e ct rom agn.   Re s. ,  vol.   72 ,   pp .   279 – 306,   2007 .   [24]   N.  Rezaz ade h ,   “ Study   of  Fini t e  Ground  P la n e   Eff e ct s  in   Cir c ula rl y -   Polarize d  Circ ul ar  Mi cr ostrip  Antenn as, ”     17th  Int .   S ymp.   Ant enna   Technol.  App l. E l ectrom agn. ,   pp.   3 – 4,   20 16.   [25]   Sheikh  Raff i e  Abd  Rahman ,   “ MCM C  I ss ues   the   Revi sed  S ta ndar d  R adi o  S y stem  Plan  in   Prepa ration  fo r     the   Int roduc t ion   of  4G  Servi ce s   in  th e  2600  M Hz  Spect rum   B and, ”   Suruhanj a y a   Kom unika si  Dan  Multi m edi a  Malay s ia ,   no .   M cmc,   pp .   3 – 5 ,   20 12.   [26]   D.  Andree v ,   “ Overvi ew  of   ITU - T  a ct iv it i es  on  5 G/IMT - 2020, ”   I nt.   Te lecomm un.   Union ,   2017.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 86   -   3094   3094   BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Hami z an  Yon   was  born  in  M uar   Johor  on  F ebr uar y   07,   19 80.   H e  recei ve d  the   Bac h el o r   Inform at ion  T echnolog y   with  N et work  Com puting  in  2013 .  In  2 017,   he  completed  his  Master   in   El e ct ri ca l  Enginee ring  (Com m unic a ti on)  with   Antenna   Rese arc h  Cen tre   (A RC)  Facul t y   of  El e ct ri ca l  Engi n ee ring ,   Univer si ti   Te k no logi   MA RA.   Now   he  pursuing  his  Ph . D  at   Antenn a   Resea rch   C ent re   (ARC)  Facul t y   of  El ectri ca l  En gine er ing,   Unive rsiti   Te k no logi   MA RA.  In  2009 ,   he  joi n  Univer sit i  Te knologi   MA RA  at   Shah  Al a m   ca m pus   as  as s ista nt  lectur er  an d  has  appoi nte d   as  le c ture r  in  2018  aft er  complete  his  Maste r.   Acti v e  in  r e sea rch   a ctivates,  he  is  on e  of   the   m embers  of   funda m ent al   re sea rch   gra nt  (F RGS )  under   Mi niste r  of  Higher   Educ ation  and  UiTM  Le stari   gr ant .   As   ac ad e m i ci an ,   Ham iz an  a l so  m ember  of  T he  Instit ut ion  of  Engi ne eri ng  and   Te chno log y   tha t   ac ti v ely   pre sen t ing  and  publi shi ng  rese arc h  a ct i vit ie s  at   n at ion al  and  int ern a ti ona l   le ve ls.            N.  H.  Ab d  Ra hman   (M’15 )  obta in ed  her   M.  Eng.   in  E le c tro nic   from   Unive rsit y   of  Surr e y ,   Guildford,   United  Kingdom  in  2 008  and  a  Ph.D  in  El ectri c,   Elec t ronic   and  S y ste m s  Engi nee ring   from   Univer siti   Keba ngsaa n  Mal a y si a  (UK M),  Bangi ,   M ala y s ia   i n  2014.   Her  Ph.D  work  was  o n   designi ng  and  a naly z ing  sate l li t e - m ount  par abolic   ref l ector   ante nna   for   Malay si a  bea m   cove rag e   b y   adopting  ra y - tra c ing  m et hod.   Thi s  proje c t  was  a  col la bor at ion  bet wee n  UK M  and  the   Nati ona l   Defe nse  Aca de m y ,   Yokos uka,   Japa n.   In  2014,   s he  was  appoi nted  as  a  senior  le cturer  in  Univer sit i   Te knologi  MA RA  Malay s i a  ( UiTM).   She  ha s  work  expe rience   in  the   f ie ld   of  sate l li t e  an d   comm unic at ion  engi ne eri ng.   In  2008,   she  joi n ed   As trona uti c  Tec hnolog y   (M)  Sd n.   Bhd.   (known  as  ATSB ® )  as  a  spac ec r aft   engi n ee r.  At  ATSB ® ,   she  was  invol ve d  in  var ious  sm al l - class   sate l li t e   deve lopment  pr oje c ts  such  as  C ubeSAT  and  InnoSA T,   and  an  R&D  proje ct   re l at ed  to  sat el l it e   X - band  tra nsm ission  sy st em.  She  was  al so  inv olve d  in   m ission  def inition  stu d y   for   nationa l   comm unic at ion  sate llit e  proje c t.   She  has  expe rience s  in  m odel li n g,   designi ng  an d   deve lopi ng  RF   and  comm unic ation  m odule s,  sp ec if ic a lly   ant enn as  and  RF   tra ns m it te rs.  Curr ent l y ,   she  is  a   post - doct ora te   f ellow  at  Malay si a - Ja pan  Int ern ationa l  Instit u te  of  T e chnol og y ,   Univ ersit i   Te kno logi  Malay s ia  (MJ IIT - UTM)  Kuala  Lumpur.  She  h a s  rec e ive d   seve r al   r ese ar ch  gr an ts  in  we ara bl e  ant enn as,   l ens  a nd  ref lector   antenna s,  and  oth e r  comm unic at io n - rel a te d  areas,   obta in ed  from   gover nm ent   an d  the   unive rsit y .   Curr ent l y ,   she  is  supervising  seve ral   postgraduate   an d   under gra dua te  student s.  She   has  publi she d  m ore   t han  50  sc ie nt ifi c   pape rs  in  ind ex ed  journ al s  an d   conf ere n ce   pro c ee dings.  In  addition,   she  is  al so  ac t ive   in  r eviewing  rese ar ch  ar ticle s  for  seve r al  journa ls  relate d  to  ant enn as  and  propa gation.   He r  cur ren t  rese a rc h  int ere sts  inc lu de  ant enn as  for  sp ac e  and  t err e stria l  appl i catio ns,  arr a y   anten nas,   ref lector   a nd  le ns  an te nn a s,  wea rab le   and  fle xible  antenna s ,   RF   and   m ic row ave   d esign and e le c tromagnet i c a naly s is.         Mohd  A z i z   Ari s   was  born  in  Sem porna   Sabah  in  1975.   H e  re c ei ved  the  Diplo m a  in  elec tri cal  engi ne eri ng  fro m   Univer siti   T eknol ogi  MA RA  Shah  Alam   in  1999.   In  20 03,   he  re ce iv ed   the   B .   Eng  d egr e e  (Hon s) i n  e lect ric a l  eng ine e ring   (Com m unic at io n)  and  th e  m aster de g re e  in   2006   from   Univer siti   Te knologi   MA RA  Shah  Alam.  Now   he  c om ple te d  his  PhD   in  el ec tr ic a l   engi ne eri ng  (C om m unic at ion)   with  Antenna  Resea rch   Cen te r  (ARC)  facult y   of  el e ct r ical  engi ne eri ng  Un i ver siti   T eknol o gi  MA RA.   In  2006,   he  joi n  Univer si ti   T ek n ologi   MA RA  a t   Te ren gg anu  Ca m pus  aft er  com ple t ed  his  m aste r .   Acti ve  in  rese arc h  activiti es,   he  rec e ive d  thr e e   fun damenta l   re sea rch   gr ant  sc heme  (FRG S)  under   Minis tr y  of  Higher   Ed uca t ion  to   lead   the   rese arc h  on   ant enna   d esign   and  nondestructive   m at er ial  m ea surem ent   for  RF   appl ic a ti ons.   As   ac ade m ic i an,  Mohd   Aziz   al so  m emb er  of  In stit ute   of  Elec tr ical   El ectroni c  Eng i nee ring  Soci e t y   (IE EE )   th at   acti vely   pr ese nti ng   and  publ ishing  rese arc h   a c ti v it i es  at  na ti ona l  a nd  interna t iona l s  le ve l.   During  pu rsuing  his  PhD ,   he  al so  re ce iv ed   the   awa rd  ti t le   as  an  innovative  and  dedica t ed   t ec hno logi c al re s ea rch er  b ase d  on   his c on tri but ion in  rese arc h   and   i dea s.         Hadi  Jumaat  r ec e ive d  the   B .   Eng.   in  engi n eering  el e ct roni cs  and  M.Sc.   deg ree   in  elec tri c a l   engi ne eri ng  fro m   the   Univer sit i  Te knolog i  MA RA  (UiTM),   Sela ngor,   Ma lay sia  in  2012  an d   2015.   He  is  cur ren tly   working  t owards  the   Ph.  D.  degr ee   in  e lectr i ca l  engi ne ering  at   Antenn a  Resea rch   Cente r  (ARC)   in   Un ive rsiti  Te kno lo gi  MA RA.  Since   2015 ,   he   jo ine d   UiTM  as   a  lectur er .     His  rese arc h  int er ests  are   in  comm unic ation  antenna   d esign,   biomedi c al   antenna   and   el e ct rom agne t ic  wave   prop aga t io n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.