I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8 ,   p p .   1 8 9 ~ 1 9 7   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 8 i 1 . p p 1 8 9 - 1 9 7           189       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   M icro strip - F ed C ircula r Disc  Mo no po le Ant enna  w ith  De fec ted  Wa v eg uide St ru c tures       S.   J .   Chin ,   M .   Z .   A.   Abd.  Azi z M .   R.   Ah m a d   Ce n tre f o T e lec o m m u n ica ti o n   R e se a rc h   a n d   In n o v a ti o n   (Ce T RI),   F a c u lt y   o f   El e c tro n ic an d   C o m p u ter E n g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n ik a M a la y sia   M e l a k a   (U T e M ),   7 6 1 0 0   D u rian   T u n g g a l,   M e lak a ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   1 6 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Dec   3 0 ,   2 0 1 7     T h is  p a p e p re se n ted   th e   m icro strip - f e d   c ircu lar  d isc   m o n o p o le  a n t e n n a   w it h   d e f e c ted   w a v e g u id e   stru c tu re .   F irst,   th e   m icro strip - f e d   c ir c u lar  d isc   m o n o p o le  a n te n n a   w a d e sig n e d .   Ne x t,   th e   m o n o p o le  a n ten n a   w a d e s ig n e d   w it h   w a v e g u id e   a n d   las tl y   f o ll o w e d   b y   th e   d e f e c t e d   w a v e g u id e   stru c tu re   w h e re   th e   u n ip l a n a c o m p a c (UC)  stru c tu re   w a u se d .   CS T   M icro w a v e   stu d i o   so f tw a r e   w a u se d   f o sim u latio n   a n d   p a ra m e tri c   stu d ies   p ro c e ss In it ially ,   th e   m icro strip - f e d   c ircu lar  d isc   m o n o p o le  a n ten n a   w a d e sig n e d   to   a c h iev e   re tu rn   lo ss   les th a n   - 1 0 d f o w id e b a n d   f re q u e n c ies .   T h e n ,   t h e   g a in   a n d   d irec ti v it y   w a i m p ro v e d   w it h   th e   in teg ra ti o n   o f   wa v e g u id e .   Th e   h ig h e st  d irec ti v it y   o f   1 1 . 3 8 d B f o u n d   a 1 3 . 5 G Hz .   Ho w e v e r,   lo w   e ff ic ien c y   a n d   n a rro w e b a n d w id th   w e r e   o b tain e d .   Ne x t,   u n i p lan a c o m p a c t   d e f e c ted   w a v e g u id e   stru c tu re   ( UC  DW S )   w a d e sig n e d   at   in n e su rf a c e   o f   w a v e g u id e .   T h e   b a n d w id th   a c h iev e d   3 . 0 9 GH z   w h e re   it   c o v e r e d   f ro m   1 0 . 9 1 G Hz   to   1 4 G Hz .   M e a n w h il e ,   th e   d irec ti v it y   m a in tain e d   h i g h e th a n   th e   m o n o p o le   a n ten n a   w it h   h ig h e st  d irec ti v it y   o f   8 . 8 4 d Bi  a 1 0 G Hz .   T h e   g a i n   w a s   a lso   im p ro v e d   f ro m   1 1 GH z   to   1 4 G H z   w it h   h ig h e st   g a in   o f   6 . 3 8 d o c c u rre d   a 13 . 5 G Hz .   K ey w o r d :   Def ec ted   w av e g u id s tr u c tu r ( DW S)   Mo n o p o le  an ten n a   Un ip lan ar   co m p ac ( U C )   W id eb an d   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   Z .   A .   A b d .   A ziz   C en tr f o r   T elec o m m u n icatio n   R e s ea r ch   an d   I n n o v at io n   ( C eT R I ) ,     Facu lt y   o f   E lect r o n ic  an d   C o m p u ter   E n g i n ee r i n g ,   Un i v er s iti T ek n ik al  Ma la y s ia  Me lak ( UT eM ) ,   7 6 1 0 0   Du r ian   T u n g g al,   Me la k a,   Ma la y s ia .   E m ail:  m o h a m ad zo in o l @ u te m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     T h tech n o lo g y   o f   w ir ele s s   c o m m u n icatio n   s y s te m   ar en h an cin g   to   s u p p o r th d e m a n d   o f   h i g h er   r eso lu tio n   a n d   h i g h er   d ata  r ate  r eq u ir e m en t.  Fo r   ex a m p le,   b y   h av i n g   h i g h er   r eso l u tio n s   an d   d ata  r ates,  p eo p le   ca n   s e n d   t h v id eo s   a n d   p ictu r es  in s tead   o f   tex t   i n   clea r   v ie w .   T h er ef o r e,   UW B   tech n o lo g y   is   u s ed   to   f u l f ill   th d e m an d .   T h er ar m an y   an ten n as  f o r   UW B   tech n o lo g y .   Ho w ev er ,   m o n o p o le  an ten n r ec eiv e s   g r ea t   atten tio n   d u to   its   lo w   p r o f ile ,   lo w   co s t,  ea s y   to   f ab r icate   an d   p er f o r m   o m n id ir ec tio n al  p at ter n .   B y   d esi g n i n g   an ten n w i th   lo w   p r o f i le  in to   co m m u n icatio n   d ev ice,   t h u s   it  ca n   s u p p o r th m o b il it y   a cc ess   b y   p r o v id i n g   an y w h er an d   an y ti m s er v ic to   p eo p le.   No w ad a y s ,   th er e   is   ch allen g to   d esig n   m o n o p o le  an ten n w it h   w id b a n d w id th ,   h i g h   g ai n   an d   r ad iatio n   e f f icien c y   w it h   co m p ac d i m e n s io n .     B esi d es  th at,   m o n o p o le  an ten n h as   p o o r   d ir ec tiv it y .   Me an w h ile,   it   is   f o u n d   t h at  i t   d o es  n o d esi g n   w it h   w a v e g u id b y   h a v in g   th e   d ef ec ted   s tr u ct u r o n   it.  T h DW is   ex p ec ted   to   i m p r o v th d ir ec ti v it y   an d   m in iat u r ize  d i m e n s io n   o f   an ten n a.   T h er ar f e w   w id eb an d   an t en n a s   s u c h   a s   h o r n   an te n n a   [ 1 ] ,   lo g   p er io d ic  an te n n a   [ 2 ] ,   d ip o l e     an ten n [ 3 ]   a n d   m o n o p o le  an t en n a   [ 4 - 1 3 ] .   Ho r n   an ten n a n d   lo g - p er io d ic  an te n n ar n o r m all y   d esi g n ed   in   lar g d i m e n s io n .   I n   t h i s   p r o j e ct,   m o n o p o le  an te n n w it h   lo w   p r o f ile  a n d   lo w   co s i s   f o cu s e d .   Dif f er en t y p es   o f   f ee d in g   li n ca n   b d es ig n e d   f o r   m o n o p o le  an te n n a   s u ch   as  m icr o s tr ip   f ee d i n g   [ 4 ]   an d   co p lan ar   w a v e g u id Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8   :   1 8 9     1 9 7   190   ( C P W )   f ee d in g   [ 5 - 7 ] .   Mo n o p o le  an ten n its el f   ca n   b d esi g n ed   i n   d if f er en s tr u ct u r s u ch   as  in   s lo [ 6 - 8 ] ,   f r ac tal  [ 9 - 1 1 ]   an d   cir c u lar   d i s [ 4 ] [ 5 ] [ 12 ] [ 1 3 ] .   C ir cu lar   d is m o n o p o le  an ten n is   th m o s s i m p le  to   d esig n   an d   t h u s   it  i s   s elec ted .   Me an w h ile,   ar ti f icial  m a g n eti co n d u cto r   ( A MC)  i s   m eta m ater ial  w h ic h   d o es   n o ex is i n   n at u r [ 1 4 ] .   E x am p le  t y p es  o f   A MC  ar elec t r o m a g n e tic  b an d g ap   ( E B G)   [ 1 5 ] [ 1 6 ] ,   f r eq u en c y   s elec ti v s u r f ac ( FS S)  [ 1 7 ] ,   d ef ec ted   s u ch   as   d ef ec ted   g r o u n d   s tr u c tu r ( DG S)  [ 1 8 ]   an d   d ef ec ted   m ir co s tr ip   s tr u ct u r ( DM S)  [ 1 9 ] .   Def ec ted   s tr u ct u r ca n   b d esig n e d   at  g r o u n d   an d   m ir co s tr ip   f ee d   li n e,   th u s   th e   d ef ec t ed   s tr u ct u r at  w av e g u id is   ca lled   DW S.   I n   th i s   p ap er ,   m icr o s tr ip - f ed   cir cu lar   d is m o n o p o le  an ten n w it h   DW is   p r esen ted .   UC   DW S   i s   u s ed   as  t h d ef ec ted   s tr u ct u r e   at  th i n n er   s u r f ac o f   w a v e g u id e .   T h is   s tu d y   w ill  i n v esti g ate  t h ef f ec t s   o f   DW S to w ar d s   a n ten n p ar a m e ter s   s u c h   as r et u r n   lo s s ,   g ai n ,   d ir ec tiv it y   an d   e f f icien c y   at  m ic r o w av f r eq u e n c y   r eg io n .       2.   ANT E NNA  D E SI G N   T h m icr o s tr ip - f ed   cir cu lar   d i s m o n o p o le  an ten n ( De s ig n   A )   i s   d esi g n ed   f ir s t.  I i s   d esi g n ed   b ased   o n   t h p r ev io u s   e x p er i m e n tal   s tu d y   [ 4 ]   w h er it  ca n   o p er ate  in   w id eb an d   f r eq u en c ies .   I t   a ch iev e s   r et u r n   lo s s   o f   less   t h a n   - 1 0 d B   f r o m   f r eq u en c y   o f   2 . 6 9 GHz   to   1 0 . 1 6   GH z   in   s i m u latio n .   B ased   o n   t h s tu d y ,   t h p ar a m eter   s tu d ie s   ar d o n f o r   th len g t h   o f   f ee d   g ap   a n d   w id th   o f   g r o u n d   p lan e.   F in al l y ,   t h f ee d   g ap   w it h   len g t h   o f   0 . 3 m m   a n d   th g r o u n d   p lan e   w it h   w id th   o f   4 2 m m   ar ch o s en .   T h d esig n ed   an d   f ab r i ca ted   Desig n   A   ar e   s h o w ed   in   F ig u r 1   an d   2 .           Fig u r 1 .   T h ( a)   f r o n t a n d   ( b )   b ac k   v ie w   o f   De s i g n   A           Fig u r 2 .   T h ( a)   f r o n t a n d   ( b )   b ac k   v ie w   o f   p r o to t y p Desi g n   A       T ab le  1 .   T h an ten n p ar a m e t er s   o f   m icr o s tr ip - f ed   cir cu lar   d is m o n o p o le  an ten n a   P a r a me t e r s   V a l u e   P a r a me t e r s   V a l u e   W s   4 2 m m   L f   2 0 . 3 m m   L s   5 0 m m   R   1 0 m m   W f   2 . 6 mm   L g   2 0 m m       T h m ater ial  u s ed   to   d esig n   th a n te n n a   is   th e   F R 4   b o ar d   w i th   1 . 6 m m   t h ick n es s ,   4 . 4   d ielec tr ic  co n s ta n a n d   0 . 0 1 9   tan g en l o s s   o f   s u b s tr ate.   T h th ick n ess   o f   co p p er   is   0 . 0 3 5 m m .   T ab le  1   s h o w s   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Micr o s t r ip - F ed   C ir cu la r   Dis Mo n o p o le  A n ten n a   w ith   Defe cted   W a ve g u id S tr u ctu r es ( S.   J.   C h in )   191   o p tim ized   p ar am eter s   u s ed   in   th an te n n d esig n .   Fo r   an te n n p ar a m eter s ,   W s   an d   L s   ar t h w id th   a n d   h ei g h o f   s u b s tr ate   r esp ec tiv el y .   Me an w h ile,   W a n d   L f   ar t h d i m e n s io n s   o f   f ee d   li n e.   R ad i u s   o f   c ir cu lar   d i s m o n o p o le  an te n n i s   R   w h ile  h eig h t o f   g r o u n d   p lan is   L g .   R   ca n   b d eter m i n ed   b y   u s in g   m icr o s tr ip   cir cu lar   p atch s   E q u atio n s   as b elo w   [ 2 0 ] :                          *    (       )            +                   ( 1 )     w h er e       ac tu al  r ad iu s                                               r eso n an f r eq u en c y         s u b s tr ate  h e ig h t           s u b s tr ate  d ielec tr ic  co n s tan t     W an d   L f   ca n   b ca lcu lated   b y   u s i n g   t h m icr o s tr ip   f ee d   li n E q u atio n s   a s   b elo w   [ 2 1 ]:     C h ar ac ter is tic  i m p ed a n ce ,                                   (             )                                ( 2 )                             *                             (               ) +                            ( 3 )     w h er             lin w id th     E f f ec tiv d ielec tr ic  co n s ta n t,                                                      (            )               ( 4 )       T h en ,   th m o n o p o le  an te n n a   ( Desig n   A )   is   d esi g n ed   w it h   w av e g u id as  De s ig n   B   as   s h o w n   i n     Fig u r 3   a n d   F ig u r 4 .   T h w a v e g u id is   d esig n ed   b ased   o n   t h d i m en s io n   o f   t h De s i g n   A   in   r ec tan g u lar   s h ap e.   T h w a v eg u id m ater i al  u s ed   is   FR 4   b o ar d   w ith   t h co p p er   at  th i n n er   s u r f ac o f   w a v eg u id e.   T h len g th   o f   w a v eg u id is   v ar i ed   b y   1 0 m m   to   o b tain   t h o p tim ized   an te n n d e s ig n .   T h f in al ize  d esig n   d i m en s io n   w i th   o p ti m ized   p er f o r m an ce   f o r   r etu r n   lo s s ,   d ir ec tiv it y ,   g a in   a n d   ef f icie n c y   ar W 1 =4 0 m m   a n d   W 2 =3 0 m m .              Fig u r e   3.   T h ( a)   f r o n t ( b )   s id v ie w   o f   De s ig n   B   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8   :   1 8 9     1 9 7   192       Fig u r 4 .   T h ( a)   f r o n t a n d   ( b )   s i d v ie w   o f   p r o to t y p Desi g n   B       Af ter   th a t,  th U C   s tr u ctu r is   d esig n ed .   Du to   its   p lan ar   an d   co m p ac s tr u ctu r e,   it  ca n   b p r in ted   o n   th FR 4   b o ar d   ea s ily .   Fro m   p r e v io u s   s tu d ie s   [ 2 2 - 2 5 ] ,   it  is   u s ed   to   d esig n   to   ac h iv w id b an d g ap   ch ar ac ter is tic   in   co m p ac t   s ize ,   h a v h ig n   g a i n   a n d   lo w   b ac k w ar d   r ad iatio n .   I ca n   b ap p lied   f o r   m icr o s tr ip   an ten n a s   a n d   f ilter s   at  m icr o w a v f r eq u en c ies.  I t   is   d es ig n ed   to   h av e   p er io d ic  p atter n   to   ac t   as   h ig h   i m p ed an ce   s u r f ac e.   I ca n   b r ep r esen ted   as  th eq u i v alen d is tr ib u ted   L C   cir cu it  at  r eso n a n f r eq u e n c y   to   ac t   as b an d p ass   f ilter .   T h ce n tr al  f r eq u en c y   o f   t h b an d g ap   ca n   b ca lcu lated   b y   u s in g   t h E q u atio n   ( 5 )   b elo w .                                            ( 5 )     T h UC   DW S   is   d esi g n ed   w it h   s q u ar s h ap at  t h b e g in n i n g .   T h en ,   it  i s   m o d if ied   to   r e m o v e   r ec tan g u lar   s h ap es   o f   1 2 . 5 m m   x   0 . 2 5 m m   f r o m   ea c h   ed g o f   t h s q u ar e.       T h en ,   r ec t an g u lar   s h ap es   w it h   an o th er   d i m en s io n   o f   1 . 5 m m   x   2 . 5 m m   ar r e m o v ed   t w ice  with   d i s tan ce   o f   1 m m   in   b et wee n   f r o m   ea c h   ed g e   o f   th e   s q u ar e.   T h i n s et  s tr ip   is   d esi g n ed   at  ce n tr w h ic h   i s   s li g h t l y   lo n g er   to   ac as  b r id g to   co n n ec w i th   o th er   UC   s tr u ct u r es  b esid e.   T h u s ,   s m all  r ec ta n g u lar   s h ap o f   1 . 5 m m   x   2 . 5 m m   is   ad d ed   at  ea ch   in s et  s tr ip .   T h UC   DW w i th   co m p lete  d esig n ed   s tr u ct u r is   s h o w ed   at  Fig u r 5 .               Fig u r 5 .   T h u n it o f   U C   s tr u c tu r e       UC   s tr u ct u r es  ar e   no r m all y   d esig n ed   to   b in ter co n n ec te d   w it h   t h eq u i v ale n cir c u it   f o r m ed   as   s h o w n   i n   Fi g u r 6 .   T h g ap   b et w ee n   t h co r n er   p atc h   o f   t wo   UC   s tr u ct u r es  f o r m s   th eq u iv ale n ca p ac ita n ce   w h ile  t h co n n ec tio n   o f   in s et  s tr ip   b et w ee n   t w o   UC   s tr u ct u r es  f o r m s   t h eq u i v alen in d u ct an ce .       r ep r esen ts   th d i m en s io n   o f   U C   s tr u ct u r e.       is   t h w id t h   o f   g ap   b et w ee n   t h co r n er   p atc h   an d   b r id g e.       is   th len g t h   o f   b r id g w h ich   i s   co n n ec ted   to   s id o f   an o th er   UC   s tr u ct u r e.       is   th w id th   o f   th b r id g e.         is   th ef f ec ti v e   p er m i tti v it y   w h er it i s   d ef in e d   w h en   th e   UC   s tr u ct u r is   lo ca ted   o n   F R 4   b o ar d   w it h       L   a n d   C   th e n   ca n   b e   r ep r esen ted   b y   u s i n g   th E q u a tio n s   ( 6 )   an d   ( 7 )   b elo w   [ 2 2 ] .                      (        )                     ( 6 )                          (        )                 ( 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Micr o s t r ip - F ed   C ir cu la r   Dis Mo n o p o le  A n ten n a   w ith   Defe cted   W a ve g u id S tr u ctu r es ( S.   J.   C h in )   193   w h er                                 Fig u r 6 .   T h co n n ec tio n   o f   U C   s tr u c tu r es  w i th   t h eq u i v ale n t c ir cu i t       T h e n,   UC   is   d esig n ed   at  th in n er   s u r f ac o f   w a v e g u id e   as  Desig n   C .   A f ir s t,  th U C   DW is   v ar ied   b y   t h d i m e n s io n   w h er th U C   DW is   r ed u ce d   to   h alf   o f   t h o r ig in a d i m e n s io n   o f   UC   s tr u ctu r e .   I is   f o u n d   th at  th s m aller   d i m e n s io n   o f   UC   DW as  s h o w n   i n   Fig u r 7   o f   Desig n   C   ( i)   p r o v id e   w id er   b an d w id t h ,   h ig h er   d ir ec ti v it y   a n d   h ig h er   g ain .   T h en ,   t h U C   DW i s   d esig n ed   to   h av e   g ap   b et w ee n   s tr u ct u r es  a s   s h o w n   in   Fi g u r 7   o f   De s i g n   C   ( ii)   an d   Desi g n   C   ( iii) .   I is   o b s er v ed   th a t h Desi g n   C   ( ii )   g iv e s   t h w id er   b an d w id t h ,   h ig h er   g a in   a n d   h i g h er   e f f icie n c y .   T h U C   DW is   v ar ied   ag ai n   to   h a v d i f f er en len g t h   o f   g ap .   Fin a ll y ,   t h Desi g n   C   ( ii)  w it h   g ap   len g th   of   1 . 5 m m   i s   ch o s e n   to   f ab r icate   as s h o w n   i n   Fi g u r 8   an d   9 .           Fig u r 7 .   T h v ie w   o f   De s i g n   C   ( i)   w it h o u t g ap ,   Desi g n   C   ( ii )   an d   Desig n   C   ( iii)  w it h   g ap           F ig u r 8 .   T h ( a)   f r o n t ( b )   s id v ie w   o f   De s ig n   C   ( ii)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8   :   1 8 9     1 9 7   194         Fig u r 9 .   T h ( a)   f r o n t a n d   ( b )   s id v ie w   o f   p r o to t y p Desi g n   C   ( ii)       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   T h co m p ar is o n   r es u lt s   ar d o n f o r   Desi g n   A Desi g n   B   an d   Desig n   C   ( ii)  as  s h o w n   in   F ig u r e s   1 0 - 13 T h m ea s u r e m e n t o f   r etu r n   l o s s   ar d o n f o r   ea ch   d esi g n .   I n   Fi g u r e   10 ,   it  s h o w s   t h at  t h lo w es r etu r n   lo s s   o f   Des ig n   A   s i m u lated   i s   - 3 4 . 2 8 d B   at  1 3 . 4 3 GHz Desig n   B   s i m u lated   ac h iv e s   th lo w e s r etu r n   lo s s   o f   - 3 2 . 5 6 d B   at   1 2 . 2 7 GHz   w h ile  Des i g n   C   ( ii)  s i m u lated   ac h iev t h lo w est  r et u r n   lo s s   o f   - 4 6 . 8 3 d B   at  1 1 . 8 8 GHz .   B es id es  th at,   it  is   o b s er v ed   t h a Desig n   A   co v er b an d w id t h   o f   2 . 5 3 GHz   f r o m   1 1 . 7 4 GHz   to   1 4 GHz .   Fo r   Des ig n   B ,   it   co v er s   t h b an d w id t h   o f   1 . 2 9 GHz   f r o m   1 1 . 3 4 GHz   to   1 2 . 6 3 GHz .   B an d w id t h   o f   De s ig n   C   ( ii)  i s   3 . 0 9 GHz   w h ic h   is   co v er ed   f r o m   1 0 . 9 1 GHz   to   1 4 GHz .   T h lo w e s r etu r n   lo s s   m ea s u r ed   is   s h if ted   to   th lef co m p a r to   th r etu r n   lo s s   s i m u lated   f o r   ea ch   d esig n .   A ll  t h r etu r n   lo s s   m e asu r ed   ar also   h i g h er   t h a n   th s i m u lated   r es u lts   e x ce p f o r   Desig n   B .   Desi g n   B   ac h iev e s   lo w est  r etu r n   lo s s   o f   - 3 5 . 8 d B   at  1 0 . 9 1 GHz .   B o th   Desig n   A   an d   Desi g n   C   ( ii)  ac h iev lo w e s t   r etu r n   lo s s   o f   - 1 9 . 2 d B   at  1 0 . 5 8 G Hz  an d   - 1 9 d B   at  1 1 . 6 2 GHz   r esp e ctiv el y   w it h   f r eq u e n c y   s h i f ted   to   lef t .   I i s   f o u n d   th at  t h b an d w id th   o f   Desi g n   B   b ec o m n ar r o w er   w h en   w a v eg u id is   i n te g r ated .   W h en   w a v e g u id w it h   U C   DW is   ap p lied ,   th lo w e s r etu r n   lo s s   is   s h if ted   to   lef w i th   w id er   b an d w id t h   d u to   eq u iv a len d is tr ib u ted   L C   cir c u it  u s e s   at  r eso n a n t f r e q u e n c y   o f   1 1 . 8 8 GHz .     I is   f o u n d   th at  Desi g n   B   ac h iev es  th h i g h e s g ai n   w h ile  Desig n   ac h ie v es   th e   lo w est   g ai n   f r o m   f r eq u en c y   1 1 . 5 GHz   to   1 2 . 5 GHz   in   Fi g u r 1 1 .   Desi g n   B   h a s   o b v io u s   i n cr ea s a n d   d ec r ea s f o r   t h g ai n   v alu e.   I s tar ts   to   i n cr ea s f r o m   0 d B   at  1 0 GHz   to   h ig h e s g a in   o f   6 . 5 6 d B   at  1 2 . 5 GHz   an d   d r o p   to   - 1 . 5 d B   at  1 4 GHz .   Me an w h ile,   b o th   Desi g n   A   a n d   Desig n   C   ( ii)  h a v s m all  d if f er e n b et w ee n   t h lo w e s an d   h i g h e s v al u eo f   g ain .   De s i g n   A   ac h iev e s   h i g h est  g ai n   o f   5 . 2 5 d B   at  1 0 GHz   an d   d r o p s   to   l o w est  g ai n   o f   2 . 7 6 d B   at  1 2 GHz   an d   in cr ea s es  a g ai n   to   4 . 2 2 d B   at  1 4 GHz .   Desig n   ( ii)  s tar t s   w it h   g ai n   o f   6 . 2 6 d B   an d   d r o p s   to   lo w e s g a in   o f   2 . 8 d B   1 0 . 5 GHz   an d   th en   i n cr ea s es a g ai n   w it h   h ig h e s t g ai n   o f   6 . 3 8 d B   o cc u r s   at  1 3 . 5 GHz .             Fig u r 1 0 .   R etu r n   lo s s   o f   all  t h e   s i m u lated   an d   m ea s u r ed   r esu lt s     Fig u r 1 1 .   Gain   o f   all  th s i m u lated   r esu l ts     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Micr o s t r ip - F ed   C ir cu la r   Dis Mo n o p o le  A n ten n a   w ith   Defe cted   W a ve g u id S tr u ctu r es ( S.   J.   C h in )   195   T h d ir ec tiv it y   f o r   ea ch   d e s ig n   i s   al s o   s h o w ed   i n   Fi g u r 1 2 .   Desi g n   B   s h o w s   th e   h ig h est   d ir ec tiv it y   w h ile  De s i g n   s h o w s   t h lo w e s d ir ec tiv it y .   Desi g n   A   p er f o r m s   h i g h e s d ir ec ti v it y   o f   6 . 7 2 d B at  1 0 GHz .   T h h ig h est   d ir ec tiv it y   o f   D esig n   B   an d   De s i g n   C   ( ii)  a r 1 1 . 3 8 d B at  1 3 . 5 GHz   an d   8 . 8 4 d B at  1 0 GHz   r esp ec tiv el y .   B o th   Des ig n   B   an d   Desi g n   C   ( ii)  s h o w   f l u ct u ated   d ir ec tiv it y   w h ile   Desi g n   A   s h o w s   lo w est   d ir ec tiv it y   at  ce n ter   f r eq u e n c y   r an g t h at  is   s h o w ed   in   Fi g u r 1 2 .   B esid es  th at,   Desi g n   an d   Desig n   C   ( ii)   p er f o r m   al m o s s a m cu r v f o r   r esu lt o f   m ax i m u m   g ai n   a n d   d ir ec tiv it y   w h er t h e y   ar r elat ed   to   ea ch   o th er .   T h ef f icien c y   is   a ls o   r elate d   to   d ir ec tiv it y   a n d   g ain   o f   an ten n a   w h ich   is   s h o w ed   in   Fig u r 1 3 .   A lt h o u g h   Desi g n   s h o w s   lo w   g ai n   an d   d ir ec ti v it y ,   i s h o w s   h i g h e s e f f icie n c y   i n   o v er all.   Desi g n   s h o ws   h ig h e s e f f ic ien c y   o f   - 1 . 4 7 d B   at  1 0 GHz .   Desig n   B   s h o w s   h i g h e s e f f icien c y   o f   - 2 . 7 6 d B   at  1 2 GHz   w h ile   Desig n   C   ( ii)  s h o w s   t h e   h i g h e s ef f icie n c y   o f   - 1 . 8 4 d B   at  1 2 GHz .   B o th   Desi g n   B   an d   Des ig n   C   ( ii)  s h o w   t h e   h ig h e s ef f icie n c y   at  th s a m f r eq u en c y .   I is   o b s er v ed   t h at  b o th   Des ig n   A   an d   De s i g n   C   ( ii)  h a v les s   ch an g o f   e f f icien c y .   De s ig n   B   s h o w s   b ig   d if f er en t   wh ich   is   6 . 2 5 d B   b etw ee n   t h h ig h e s a n d   lo w est   ef f icien c y .   I is   also   f o u n d   th a it  h as  th al m o s s i m ilar   cu r v f o r   g r ap h   m a x i m u m   g ain   a n d   ef f icien c y   w h er e   th m a x i m u m   p ea k   is   o cc u r r e d   at  alm o s t c en ter   o f   f r eq u e n c y   r an g e.               Fig u r 1 2 .   Dir ec tiv i t y   o f   all  t h s i m u lated   r es u lts     Fig u r 1 3 .   E f f icie n c y   o f   all  t h s i m u lated   r es u lts               Fig u r 1 4 .   R ad iatio n   p atter n   o f   all  t h e   s i m u lated   r esu lt s   at  1 0 GHz ,   1 2 GHz   an d   1 4 GHz   f o r   E - f ield   an d   H - f ield .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8   :   1 8 9     1 9 7   196   T h r ad iatio n   p atter n   o f   ea c h   d esig n   is   s i m u lated   in   Fi g u r 1 4 .   Desig n   A   p er f o r m s   eq u iv ale n t   r ad iatio n   p atter n   f o r   H - f ield   b u n o f o r   E - f ield .   At  f r eq u en c y   1 2 GHz   a n d   1 4 GHz ,   t h r ad i atio n   p atter n   f o r   H - f ield   p er f o r m ed   ar s lig h tl y   s i m ilar   a s   o m n id ir ec tio n al   r ad iatio n   p atter n   b u w it h   m i n o r   lo b es  at  f r o n a n d   b ac k   lo b e.   Me an w h i le,   Desig n   B   p er f o r m s   d ir ec tio n al  r ad iatio n   p atter n   esp ec iall y   f o r   E - f ield   at  1 0 GHz   an d   H - f ield   at  1 2 GHz .   I m o s tl y   p er f o r m s   le s s   d ir ec ti v it y   at  t h b ac k   lo b o f   r ad iatio n   p atter n .   Ho w e v er ,   it  s h o w s   h ig h e s d ir ec tiv it y   at  t h b ac k   lo b o f   1 8 0   d eg r e f o r   H - f ield   at  1 0 GHz .   Fo r   Desi g n   C   ( ii ) ,   it  al m o s p er f o r m s   th d ir ec tio n al  r ad iatio n   p atter n .   I also   s h o w s   les s   d ir ec tiv it y   at  th b ac k   lo b e.   I is   n o tice d   th at  it  s h o w s   le s s   d ir ec tiv it y   at  t h s id f o r   E - f ie ld   co m p ar es to   H - f ield .       4.   CO NCLU SI O N   T h m ic r o s tr ip - f ed   cir cu lar   d i s m o n o p o le  an ten n w i th   D W is   p r esen ted .   T h d esig n   o f   DW to   th m icr o s tr ip - f ed   c ir cu lar   d i s m o n o p o le  an te n n a   s h o w s   th at  th e   d ir ec tiv it y   an d   g ai n   ca n   b i m p r o v e d .   T h e   d ir ec tiv it y   a n d   g ain   ar en h an ce d   s ig n i f ica n tl y   f r o m   1 1 GHz   to   14 GHz.   T h h ig h e s d ir ec tiv it y   is   8 . 8 4 d B i   at  1 0 GHz   w h ile   th e   h ig h est   g a i n   i s   6 . 3 8 d B   at  1 3 . 5 GHz .   T h b an d w id th   is   3 . 0 9 GHz   w h er it  co v er s   f r o m   1 0 . 9 1 GHz   t o   1 4 GHz .   T h lo w e s r etu r n   lo s s   is   - 4 6 . 8 3 d B   a 1 1 . 8 8 GHz .   T h r ad iatio n   p atter n   is   also   ch a n g ed   m o s tl y   n e ar   to   d ir ec tio n al  r ad iatio n   p atter n   at  1 2 GHz   a n d   1 4 GHz   f o r   b o th   E - f ield   an d   H - f ield T h r esear ch   ca n   b co n ti n u ed   b y   ch a n g i n g   t h s h ap o f   U C   DW i n to   r ec tan g u lar   s h ap i n s tead   o f   s q u ar to   s t u d y   t h ef f ec ts .       ACK NO WL E D G E M E NT   Au t h o r s   w o u ld   lik e   to   ac k n o wled g t h s u p p o r f r o m   Un iv e r siti   T e k n ik a M a la y si a   M e lak a   ( UT e M a n d   Min i s tr y   o f   Hi g h er   E d u ca tio n   ( MO HE )   d u r in g   th e   p r o j ec w o r k .   T h ac k n o w led g e m e n t i s   also   g a v e   to   UT eM   Z a m ala h   Sch e m d u to   f in a n cial  s u p p o r t p r o v id ed .       RE F E R E NC E S   [1 ]   K.  S in g h ,   A .   S iw a c h   a n d   L .   Ka u r,   A d v a n c e m e n in   d e sig n in g   o f   wid e b a n d   h o rn   a n ten n a ,   I n ter n a t io n a J o u rn a o f   En g i n e e rin g   T re n d a n d   T e c h n o l o g y   ( IJ ET T ) ,   v o l.   4 ,   iss u e   4 ,   p p .   7 1 9 - 7 2 2 ,   A p ril   2 0 1 3 .     [2 ]   J.A .   Ha m a d a m e e n ,   A n a l y sis,  d e sig n ,   a n d   sim u latio n   o f   a   lo g   p e ri o d ic  a n te n n a   f o m o b il e   c o m m u n ica ti o n   b a n d s” ,   W S EA S   T r a n s a c ti o n s o n   Co mm u n ica ti o n ,   v o l .   7 ,   issu e   5 ,   M a y   2 0 0 8 .   [3 ]   G . Y.  Ch e n ,   K.  Ch a n g ,   J.S .   S u n   a n d   Y.D.  Ch e n ,   Ultra - wi d e b a n d   ( UW B)  d ip o le a n ten n a   d e sig n   a n d   me a su re me n t,   P r o g re ss   In   El e c tro m a g n e ti c s Re s e a rc h   S y m p o siu m   P r o c e e d in g s,  Xi’a n ,   Ch in a ,   p p .   1 8 1 4 - 1 8 1 6 ,   M a rc h   2 0 1 0 .   [4 ]   J.  L ian g ,   C. C.   Ch iau ,   X .   C h e n   a n d   C. G .   P a rin i,   P r in ted   c ircu lar  d isc   m o n o p o le  a n ten n a   f o u lt ra - w id e b a n d   a p p li c a ti o n s,”  El e c tro n ics   L e tt e rs ,   v o l.   4 0 ,   n o .   2 0 ,   S e p tem b e 2 0 0 4 .   [5 ]   J.  L ian g ,   L .   G u o ,   C.   C.   Ch iau ,   X.  Ch e n   a n d   C.   G .   P a rin i,   S tu d y   o CPW - fed   c irc u la d isc   mo n o p o le  a n ten n a   f o r   u lt ra   wi d e b a n d   a p p li c a ti o n s,   IEE   P r o c e e d in g -   M icro w a v e s,  A n ten n a a n d   P ro p a g a ti o n ,   v o l.   1 5 2 ,   n o .   6 ,     p p .   5 2 0 - 5 2 6 ,   De c e m b e 2 0 0 5 .   [6 ]   Y.  Co u li b a ly ,   T . A .   De n id n i,   L .   Talb a n d   A . R.   S e b a k ,   A   n e w   sin g le  la y e b ro a d b a n d   C P W   fe d - p ri n ted   m o n o p o le   a n ten n a   f o w irel e ss   a p p li c a ti o n s,”  El e c trica a n d   Co mp u ter   En g i n e e rin g ,   Ca n a d i a n   Co n fe re n c e ,   v o l.   3 ,     p p .   1 5 4 1 - 1 5 4 4 ,   M a y   2 0 0 4 .   [7 ]   R. A .   M o o d y   a n d   S . K.  S h a rm a ,   I n v e stig a ti o n s o n   c o - p l a n a r wa v e g u id e   fed   p e n ta g o n   sh a p e   p la n a mo n o p o le u lt ra - wid e   b a n d wi d t h   ( UW B)  a n ten n a   o n   fo a su b str a te  p ro v i d in g   in v a ria n ra d ia ti o n   p a tt e rn s,”   A n ten n a a n d   P r o p a g a ti o n   S o c iety   In tern a ti o n a l   S y m p o siu m   ( A P S URSI),   IE EE ,   p p .   1 - 4 ,   Ju ly   2 0 1 0 .   [8 ]   J.Y.  S z e ,   C. I. G .   Hs u   a n d   C. H.  L in ,   C o mp a c b ro a d b a n d   c irc u la r ly  p o l a rize d   mo n o p o le  a n ten n a ,   A n ten n a a n d   P r o p a g a ti o n   (IS A P ) ,   In ter n a ti o n a l   S y m p o siu m ,   p p .   6 1 1 - 6 1 2 ,   De c e m b e 2 0 1 4 .   [9 ]   L .   W a n g ,   S .   L in ,   R. N.  Ca i,   G . - L.   Hu a n g   a n d   W . - B.   Z h a n g ,   M u l ti b a n d   p ri n ted   m o n o p o le  a n ten n a   wit h   sq u a re - n e ste d   fra c ta l,   Co m m u n ica ti o n a n d   Ne tw o rk in g   in   Ch in a   (CHIN A C OM),   6 th   In ter n a ti o n a ICS T   Co n f e re n c e ,   p p . 9 2 9 - 9 3 2 ,   A u g u st 2 0 1 1 .   [1 0 ]   H.  F a ll a h a n d   Z.   A tl a sb a f ,   S tu d y   o a   c las s   o U W CP W - f e d   m o n o p o le an ten n a   w it h   f ra c tal   e le m e n ts,   An ten n a a n d   W ire les s P ro p a g a ti o n   L e tt e rs ,   IEE E ,   v o l. 1 2 ,   p p . 1 4 8 4 - 1 4 8 7 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   M . N.  Iq b a l,   H.   U.  Ra h m a n   a n d   S . F .   Jilan i,   N o v e c o mp a c wid e   b a n d   c o p l a n a wa v e g u id e   fe d   h e p ta g o n a l   fra c ta l   mo n o p o le  a n ten n a   f o wire les a p p li c a ti o n s,   W irele ss   a n d   M icro w a v e   T e c h n o lo g y   Co n fe re n c e   (W A M ICON ),   2 0 1 3   IE EE   1 4 t h   A n n u a l,   p p . 1 - 3 ,   A p ril   2 0 1 3 .   [1 2 ]   L .   Zh o n g ,   B.   S u n ,   J.   Qiu   a n d   N.   Zh a n g ,   S tu d y   o f   a   c ircu lar  d is c   m o n o p o le   u lt ra w id e - b a n d   m in i a tu re   a n ten n a ,   PIE RS ,   v o l. 4 ,   n o . 3 ,   p p . 3 2 6 - 3 3 0 ,   2 0 0 8 .   [1 3 ]   R.   P il lala m a rri,   J.R.   P a n d a   a n d   R. S .   Ks h e tri m a y u m ,   P ri n ted   UW c ircu lar  a n d   m o d if ied   c ircu l a d isc   m o n o p o l e   a n ten n a ,   I n ter n a t io n a J o u rn a o Rec e n T re n d in   En g in e e rin g ,   i ss u e   1 ,   v o l. 1 ,   M a y   2 0 0 9 .   [1 4 ]   J.R.     S o h n ,   K.Y.    Kim ,   H. - S .     T a e   a n d   J. - H.    L e e ,   Co m p a ra ti v e   st u d y   o n   v a rio u a rti f icia m a g n e ti c   c o n d u c to rs  f o r   lo w - p ro f il e   a n ten n a ,   Pro g re ss   In   El e c tro ma g n e ti c s R e se a rc h ,   v o l.   6 1 ,   p p . 2 7 - 3 7 ,   2 0 0 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Micr o s t r ip - F ed   C ir cu la r   Dis Mo n o p o le  A n ten n a   w ith   Defe cted   W a ve g u id S tr u ctu r es ( S.   J.   C h in )   197   [1 5 ]   Y.  S u ,   L .   X i n g ,   Z.   Z.   Ch e n g ,   J.  Din g   a n d   C.   J.  G u o ,   M u tu a c o u p li n g   re d u c ti o n   in   m icro strip   a n ten n a b y   u sin g   d u a lay e r   u n ip lan a c o m p a c EB (UC - EB G stru c tu re ,   M icr o wa v e   a n d   M il li me ter   W a v e   T e c h n o lo g y   ( ICM M T ) 2 0 1 0   I n tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n ,   Ch e n g d u ,   p p .   1 8 0 - 1 8 3 ,   2 0 1 0 .   [1 6 ]   M .   S .   A lam ,   M .   T .   Isla m   a n d   N.  M is ra n ,   Per fo rm a n c e   i n v e stig a ti o n   o a   u n i - p la n a c o mp a c e lec tro ma g n e ti c   b a n d g a p   ( UC - EB G)  stru c tu re   fo wid e   b a n d g a p   c h a r a c t e ristics ,   2 0 1 2   A sia - P a c if ic  S y m p o siu m   o n   El e c tro m a g n e ti c   Co m p a ti b il it y ,   S in g a p o re ,   p p .   6 3 7 - 6 4 0 ,   2 0 1 2 .   [1 7 ]   N.  Ku sh w a h a   a n d   R.   Ku m a r,   Hig h   g a in   UW a n ten n a   u si n g   c o mp a c mu lt il a y e FS S ,   IEE In tern a ti o n a l   M icro w a v e   a n d   RF   C o n f e re n c e   (IM a RC),   Ba n g a lo re ,   p p .   1 0 0 - 1 0 3 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   S .   Ou d a y a c o u m a r,   T .   Ka rth ik e y a n   a n d   V .   Ha ri p ra sa d ,   tri p l e - b a n d   mic ro strip   fed   mo n o p o le   a n ten n a   u si n g   d e fec ted   g ro u n d   stru c t u re   fo W L AN  a n d   W i - M AX   a p p li c a ti o n s,   A d v a n c e in   El e c tri c a En g in e e rin g   (ICA EE ),   In tern a ti o n a C o n f e re n c e ,   p p . 1 - 4 ,   Ja n u a ry   2 0 1 4 .   [1 9 ]   V . S .   Ku sh w a h   a n d   G . S .   T o m a r,   S ize   re d u c ti o n   o mic ro strip   p a tc h   a n ten n a   u sin g   d e fec ted   mic ro st rip   stru c tu re s,”   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   Co m m u n ica ti o n   S y ste m s an d   Ne t w o rk   T e c h n o lo g ies ,   p p . 2 0 3 - 2 0 7 ,   2 0 1 1 .   [2 0 ]   B.   J.  K w a h a ,   O.  N.  In y a n g   a n d   P .   Am a lu ,   T h e   c ircu lar  m icro st rip   p a tch   a n ten n a - d e sig n   a n d   imp lem e n tatio n ,   In ter n a t io n a J o u rn a o Rec e n R e se a rc h   a n d   Ap p li e d   S t u d ies   ( IJ RR AS ) ,   8   ( 1 ),   p p .   8 6 - 9 5 ,   Ju ly   2 0 1 1 .   [2 1 ]   G . W . M .   W h y t e ,   A n ten n a s f o W i re les s S e n so Ne tw o rk   A p p li c a ti o n s.  S c o t lan d :   Un iv e rsity   o f   G las g o w ,   2 0 0 8 .   A.   E.   I.   L a m m in e n ,   A .   R.   V im p a ri  a n d   J.  S a il y ,   UC - EB G   o n   LT CC  f o 6 0 - G H z   f re q u e n c y   b a n d   a n ten n a   a p p li c a ti o n s,”  IEE E   T ra n sa c ti o n s   o n   An te n n a s a n d   Pro p a g a ti o n ,   v o l. 5 7 ,   n o . 1 0 ,   p p .   2 9 0 4 - 2 9 1 2 ,   Oc to b e 2 0 0 9 .   [2 2 ]   H.  Qin ,   D.  S u   a n d   X .   Zen g ,   No v e d e sig n   o 4   e lem e n ts  GPS   a n ten n a   a rr a y   wit h   UC - EB stru c t u r e ,   M icro w a v e   T e c h n o lo g y   &   Co m p u tatio n a El e c tro m a g n e ti c (ICM T CE),   IEE In te rn a ti o n a C o n f e re n c e   Qin g d a o ,   p p .   2 8 0 - 2 8 3 ,   2 0 1 3 .   [2 3 ]   M .   S .   A lam ,   M .   T .   Isla m   a n d   N.  M isra n ,   Per fo rm a n c e   i n v e stig a ti o n   o a   u n i - p la n a c o mp a c e lec tro ma g n e ti c   b a n d g a p   ( UC - EB G)  stru c tu re   fo wid e   b a n d g a p   c h a ra c ter isti c s,”   A sia - P a c i f ic  S y m p o siu m   o n   El e c tro m a g n e t ic  Co m p a ti b il it y ,   S in g a p o re ,   p p .   6 3 7 - 6 4 0 ,   2 0 1 2 .   [2 4 ]   Bo n d a rik   a n d   D.  S b e rg ,   Imp lem e n ta ti o n   o UC - EB stru c t u re   fo 6 0   GH g rid d e d   p a ra siti c   p a tch   sta c k e d   mic ro strip   a n ten n a ,   9 t h   E u ro p e a n   Co n f e re n c e   o n   A n ten n a s an d   P r o p a g a ti o n   ( Eu CA P ) ,   L isb o n ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 5 .                                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.