Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  5, N o . 4 ,  A ugu st  2015 , pp . 75 0 ~ 75 I S SN : 208 8-8 7 0 8           7 50     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Metal Mountable Ladder Feed  Line UHF-RFID Tag Antenna      Najwa Mohd  Faudz i, Mohd   Tarmiz i   Ali,  I s mar a ni  Isma i l, Hadi Juma at N u Hida yah Mo hd Suka imi  Antenna R e sear ch Group (ARG), Faculty   of  Electrical Eng i neerin g (FKE),    Universiti Tekno logi Mar a  (UiTM) , Shah Alam,  Selangor, Malaysia        Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  Mar 16, 2015  Rev i sed  Ap 20 , 20 15  Accepted  May 15, 2015      A microstrip dipole UHF-RFID tag ante nna th at can be mounted on metal  objec t is presented in this pape r.  The antenna, which has a v e r y  simple  structure withou t an y  shorting p i n and s hortin g p l ate,  is composed of ladder  feed l i ne , rec t an gular loop , c a pa citiv e t i p-load in g and T-m a tch s t ructur e.  The   insertion of gro und plane in th e tag  antenna d e sign reduces the negative  im pact of m e tal  object to  the p e rform ance of t h e tag ant e nna .  The tag is   designed to operate in the Malay s ia frequen c y  r a nge with  the center   frequency   of 92 1 MHz. Th e p e rformance of  th e tag is  evalu a ted through   s i m u lation and  m eas urem ent i n  term s of impedance match i ng, antenna  refle c tion  co effi cien t and  tag  re ading r a nge.  Th e m eas ured r e a d ing rang e   obtain e d when the tag is in free  air  and on metal object is 2.3 m and 2.2 m  res p ect ivel y.     Keyword:  m eander   Metal   micro s trip  p a tch  RFID   T a g  an te nn T-m a tch   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Naj w a M o hd  F a udzi ,     An ten n a  Research Group   (AR G ), Facu lty  of  Electrical E ngi neeri n g  (F KE ),   Un i v ersiti Tekn o l o g i  Mara  (UiTM),  Sh ah  Alam , Selan g o r, Malaysia.  Em a il: n a j w a_n m f@yah o o . co     1.   INTRODUCTION   In rece nt  y ears ,  R a di o F r eq ue ncy  Ide n t i f i cat i on (R F I D) t e c h n o l o gy  i s  hi g h l y  dem a nded  i n  vari ous   ap p lication s ; in clud ing  an imal tag g i ng o b j ect track i n g, in v e n t ory p r ocess and  also ite m - lev e l-ta g g i ng.  There f ore,  rapi d de vel o pm ent  i n  t h e R F ID t echn o l o gy  i s  requi red .  The o p erat i n g f r eq u e ncy  of  UHF - R FI D   sy st em   i s  bet w een 8 60  – 96 M H z wi t h  som e  vari ance i n  f r eq ue ncy  from  regi o n  t o  regi on  depe n d i n g on t h e   radi o re g u l a t i o of t h at  re gi o n  [ 1 ] .  T h e c o m ponent  t h at   pl ay s a vi t a l  r o l e  i n  t h e R F I D  sy st em  i s  RFID  t a g   whi c h i s  com p ose d  of a n  ant e nna a nd a ch i p . In  desi gn ing  th e RFID tag ,  th e si ze of  the antenna and the   sen s itiv ity o f  th e tag  to  t h e ob j ect it is attach ed  t o  n e ed  to   b e  con s idered   [2 ] [3 ]. Th e tag  will b e  m o un ted   o n   th e ob j ects  with  d i fferen t k i nd  of m a terials  in clu d i n g   m e ta l. Howev e r, m e tal o b j ect  will stron g l y affect th e   per f o r m a nce of t h e t a g due t o  t h e si gni fi ca nt  chan ges  in  th e an tenn a imp e d a n ce wh en  it is  attach ed  o n  m e tal  object [4].   According to image theory c once p t,  if a dipole tag antenna  is placed  in close proxim ity to the m e ta surface, a n  ide n tical  m i rror image an tenna is form ed due  to the reflec tion from  the  m e tal surface,  but the  cur r ent   fl o w  i s   i n  re vers e di re ct i on. C o nseq u e nt l y , t h e el ect rom a gnet i c  fi el ds  pr o duce d   by  t hose  ant e nna s  wi l l   cancel each  other a nd lea d  to the re duction of ra diati ng resistance  [5]. Pre v ious  resea r che r s ha ve  propos e d   several tec h niques t o   ove rcome this proble m ,  which  include s inse rting  a foam  spacer betwee n t h e a n tenna   and  t h e m e t a l  object   wi t h  a n al so by   usi ng  m e t a m a t e ri al s fo r e x am pl e El ect rom a gnet i c  B a nd  Ga (EB G ) a n Artificial Magn etic Co ndu cto r   (AMC)  [6 ] [7 ]. By u s i n g   t h ese technique s , the interf eren ce fro m  th e metall ic  surface can  be  reduced, but the size of  t h e antenna will be increase d  an d the ante nna becom e m o re bul ky Pri n t e d i n vert e d -F  ant e nn a ( P IFA )  i s  al s o  c o m m onl y  used  f o r m e t a l  ob ject  t a ggi ng but  t h e fab r i cat i o n  c o st  o f   t h e PIF A  i s   m u ch  hi g h er  due  t o  t h e exi s t e nc e of sh o r t i ng  p l at e or sho r t i n g  pi n i n  t h e ant e nna  desi g n  st r u ct ure  [8] .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    75 –  75 7 51  In t h i s   pape r,  m i crost r i p  di pol e a n t e n n a t h at  can be m ount e d  o n  m e t a l ob ject  has  be en p r o p o se d.   Th is tag  an tenn a, wh ich   is  c o m p o s ed  of lad d e r feed   line, rectangula r  loop, T-m a tc h and  ful l  gr ou n d  pl ane, i s   easy to design  and fa bricate as the antenna s t ructure do es n o t  cont ai n a n y  sho r t i n g pl at e or vi a h o l e  bet w een  t h e pat c h a n gr o u n d . T h e i n sert i o of  ful l  gro u nd  pl an e  i n  t h e t a g a n t e nna  desi gn  re duce s  t h e ne g a t i v im pact  of m e tal  ob ject  t o  t h e per f o r m a nce of t h e t a g a n t e nna , t h us m a ke i t  sui t a bl e t o  be  at t ached  on m e t a l   ob ject The  re st  of  t h pa pe r i s  c o n d u ct ed  as f o l l o ws:  S ect i on  descr i bes t h e a n t e n n desi g n  st r u ct ure,   Sect i on 3 e xpl ai ns t h e sim u l a t i on an d t h e m easurem ent  resul t  and fi nal l y  concl u si o n and f u t u re w o r k s are  summ arized in Section 4.      2.   A N T EN NA  DESIGN  STRUC TUR E   The  pr o p o s ed   t a g ant e nn a d e si gn , w h i c h i s  cal l e d m e t a l   m ount abl e  l a d d er  fee d  l i n e t a g a n t e n n sho w som e  i m provem e nt  fr om  t h e pre v i o u s  t a g a n t e n n d e si gn  p ubl i s he d i n   [ 9 ] ,  i n  t e r m s of si ze an gai n ,  as  a resu lt of i n sertin g a cap acitiv e tip-lo a d i ng   stru cture an d  also  th u s o f  l a d d e feed  lin e in stead  o f  a mean der  feed line respectively.  Th e copper layer traces on t h e  upper si de of Rogers s u bs trate form ed s e veral   stru ctures, in cl u d i n g  ladd er feed  lin e, rectan gu lar lo o p , cap acitiv e tip-load i ng  an d T-match  as illu strated  in  Fig u re 1. Th fu ll g r o und  p l an e at th e b ack   o f  th e an tenn will act as a re flecto r  to  th e an tenn a and  m a in tain   the perform a nce of the ante nna eve n  when  attached on  metal object. T h e Rogers s u bstrate with the electric  perm i t t i v i t y  of 2. 2 an d a t a ng ent  l o ss  of  0. 0 0 0 9   has a sm all  t h i c kness  wi t h  o n l y  0. 8 m m .  At  t h e ce nt er  of t h e   coppe r  traces,  a SOT 1 040 chi p  in form  of strap from   NXP Semiconduct o with  the  im pedance value of 14.8 -  j 127 .1  i s  at tached [ 1 0] . The o v eral l  di m e nsi o n o f  t h e t a g ant e n n a i s  53  x 28  x 0. 8   m m 3 , whi c h i s  25%   sm al l e r t h an t h e t a g ant e n n a  desi g n  i n  [9] .  Tabl e 1 sh ow s t h e param e t e rs an d di m e nsi ons  of t h e a n t e nn a   structure.       (a)     (b )     Fi gu re  1.  The  ( a ) si m u l a t e d an (b fab r i cat ed  pr o pose d  t a ant e n n a st r u ct u r e       Tabl e 1. Param e t e rs  an d Di m e nsi o n of   Ta g A n t e n n a   P a r a me t e r  D i me n s i o n   [ m m]  P a r a me t e r   D i me n s i o n   [ m m]   a 2  b 3  15   c 1  d 10   7. e 8  f  0. L   53   g 1. 28       Th e cap acitiv e tip  lo ad ing  stru cture, wh ich  is a larg e rad i at in g  area at th e en d   o f  t h e feedin g  lin e, i s   in serted in  t h tag  an ten n a  d e sig n  t o   redu ce  th e ov erall d i mension  of the a n tenna.  Since  m o st of the c h arges  i s   store d  at the e nd  of the feed line  dipole a n tenna, increa sing t h e size  of  t h e structure near t h e ends will  in crease th e cap acitan ce  o f  the an ten n a  [11 ] . As a  resu lt,  the reso nan t   frequ en cy  will b e   sh ifted to th e l o wer  fre que ncy. T o  increase the re sonant freque ncy back nea r  to  th e op er ating f r e qu en cy , the  size of the antenna   Ca pac i tiv e   Ti p - L o ad ing  T-Match  La dd er  li ne  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708    Meta l Moun tab l e La dd er Feed  Li n e   U H F- RFI D  Ta g An tenn a   ( N aj w a  M o hd  F a u d zi )   75 2 will b e  redu ced .  Moreo v e r, t h e add e d  cap acitan ce is rou g h l y p r o portio nal to  th e p e ri meter o f  th e lo ad i ng  sh ap e [1 ]. Th erefore,  b y  us ing L-sh ap ed   o f  cap acitiv e tip -l oad i ng  stru cture, th p e rim e ter o f  t h e lo ad ing   sh ap can  be m o re increased and  va ried, co m p ared to the  comm on re ctangular s h ape ,  thus i n crease the ca paci tance   o f  th e an tenn a.   It is  well kno wn  t h at sm all si zed  an tenn wi ll su ffer  a sm all antenna  gai n . But,   ot her fact or that ca also affect the  gain  of t h e a n tenna  besi des t h e ante nn a size, is th e m u tu al co up lin g that  occurs  betwee n the   meander line [12].  The c u rre nt s that fl ow in the  opposite  direction  in t h e m eander line  tends t o  ca nce l  each  othe r o u t as illustrated i n  Fig u re  2 (a)  [1] .   As a res u lt, th e an tenn a rad i atio n  resi sta n ce  as well as the antenna  efficien cy will b e  d e creased Sin ce th e an ten n a  efficien cy  is p r o p o r tion a l  to  th e an tenn a g a in d ecreasin g  t h an tenn a efficien cy will d ecrease th e an ten n a g a in . In  o r der to  redu ce the cu rren t  can cellatio n  b e tween  th adjace nt  arm s  of t h e m eander  l i n es, t h e c u r r e nt s sh o u l d   be  avoi ded t o  fl o w  i n  t h o p p o s i t e  di rect i on.  O n e o f   t h e sol u t i o ns i s  by  usi n g l a dd er sha p e fee d  l i n e i n st ead o f   m eander  feed l i ne as sh ow n i n  Fi g u re  2 ( b ).  From   the fi gure it ca be see n , the  current  t h at fl ows in th op posite d i rection  i n  th e ladd er lin e is  b r ou gh fu rt h e from  each other. This will re duce the  possibility of the curre nt to be can celled out. As  a result, the antenna   efficien cy can   b e  im p r ov ed an d th e an tenn g a in   will b e  increased, thu s  in crease th e tag read  rang e as  well.            (a)       (b )     Figu re  2.  Cu rre nt fl ow  in t h e ( a ) m eander  fee d  line a n (b ) l a dde feed  line       The T - m a tch structure is  formed by c o nne c ting a  s h ort   d i pol e i n di cat ed  wi t h   param e t e r x  an d y  t o   th e ladd er feed lin e to easily match  th e im p e d a n c o f  t h an tenn with  t h e ch ip im p e d a n ce  witho u t  altering  th e wh o l d i men s ion   o f  t h an tenn a.  Sin c e th e im p e d a n c e o f  t h e ch ip   is h i gh ly cap acitiv e, th e an t e n n a   i m p e d a n ce  n e ed s to   b e  h i g h l y  in du ctiv e, so  th at m a x i m u p o wer will b e  tran sferred  to  the ch ip . Th e T-match   structure is c o m posed  of a  se ries and s h unt  inductance  as  i llu strated  in Fi g u re  3 .  By altering  th e v e rtical an th e ho rizo n t al  len g t h of th T-m a tch ,  th v a lu o f  th e series and  shu n t in du ctan ce also  will b e  chan g e d.  Th erefo r e, th h i gh ly in du ctiv e an te nn a can b e  ach i ev ed   on ly b y  alter i ng th e leng th of   x  an d y p a r a meter s whi l e  ot he r par a m e t e rs  rem a i n   u n cha n ged .            Fi gu re  3.  Tag  a n t e n n a e qui val e nt  ci rc ui t  wi t h  T-m a t c hi ng t e chni que  [ 1 ]       3.   SIMULATION AND MEAS UREME N T RESULTS   3. 1.    An t e nn a I m p e da n ce   The m easurement of a n tenna  im pedance  has  been  ca rried  out using a m e thod called Im age Method  [8], [13]. To  utilize  this Im age Meth od, t h e antenna structure is divi de sym m e trically in half and  m ounted  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    75 –  75 7 53  on a large elec trical ground  plane  that i n cludes t h e a n tenna fee d   poi nt . Figure  4 (a ) s hows the m easure m ent  set up o f  t h e an t e nna i m pedan ce. The sy m m e t r i c  hal f  t a g ant e nna  was m ount ed o n  a co pp er gr o u n d  pl a n e wi t h   t h e di m e nsi on of 3 0  x 3 0  cm 2 . The antenna feeding point  was soldere d  to the central  pi of SM A c o n n e c t o r at   t h e bac k  o f  t h e  gr ou n d  pl a n e,  whi c h has  bee n  passe d t h ro u gh a sm al l  hol e i n  t h e co ppe r  pl at e. The m e t a l l i part  of the a n t e nna  on t h e sy mme tric plane  was als o   so ld er ed  t o  th e gr oun d p l an e. Th SMA  co nn ector  w a connected to t h e Vector Net w ork  An alyzer (VNA) port through coa x ial  cab le, wh ich  was h i dd en  und er the  coppe r  plate.   Fi gu re 4 ( b ) s h ows t h e si m u l a t e d and m easur ed ant e n n a i m p e dance  of t h e p r o p o sed t a g a n t e nna  wi t h   respect to t h e freque ncy. From the gra p h,  it can be s een t h at, at 921 MHz the m easured antenna im pe dance ,                       Z m eas  = 20. 4 + j2 9 0 . 5   , is slig h tly h i gh er t h an  th e sim u late d  im p e d a n ce with  th e v a lu of Z sim   = 1 4 . 1  + j 126  , es pecially in the  reactance pa rt. T h e i n crease  of   res i stance and  re actance  of t h e  m easured a n t e nna   im pedance i s  m o st  proba bl y  due t o  t h e s o l d er el em ent   that has been  us ed to c onnect the antenna wi th the   g r ou nd   p l an e i n  th e im ag meth od . Th so l d er elem en t acts as a p a rasitic ele m en t, wh ich   d e teriorates th ove ral l  i m pedance  of  t h e a n t e nna , t h us  i n cre a se t h resistance as  well as re actance  of t h antenna.          (a)       (b )     Fi gu re  4.  A n t e nna  i m pedance  (a)  m easurem ent  set u (b ) si m u l a t e d an d m easure d   res u l t       3.2.   Antenna Reflecti o n Coefficient,  S 11     The m easure m ent of S 11  w a s carri e d  o u t   usi n g V N A  f r o m  R ohde &  Sh warz a n d a ji g.  The  ji g ,   whi c h use d  t h e  conce p t  o f  baz o o k bal u n [ 1 4 ] , was desi gne d  and  sim u late d  first to  m a k e  su re t h at th e j i g  was  ope rat e d at  t h e  desi re d o p e r at i ng  fre que ncy ,   92 1 M H z as s h o w n i n  Fi gu r e  5 (a ). T h fa bri cat ed  ji sh ow n i n   Fi gu re 5  (b ) w a s con s t r uct e usi n g a 5 0    fl ex ib le RG3 1 6   co ax ial cab le sh ield ed   with  Tan  FEP  j a ck et, SMA  co nn ector  an a r e sistor  w ith  t h i m pedance val u e of   1 5   . The 15   loa d   was inse rted at the end  of t h jig i n   or der t o  ens u re  t h at  t h e out pu t  im pedance o f  t h e ji g i s  ap pr oxi m a t e l y  t h e sam e  as t h e chi p  im pedance ,   whi c h   i s  14. . Figure 5  (c) s h ows the sim u late d and m easured S 11  val u e of  t h e ji g. T h e si m u l a t e d ji g ha s wi de r   bandwidth as  com p ared t o  the fa bricat ed  jig. T h e slight  diffe re nce in t h e S 11  value from   the  m easured  a n si m u lated  j i g  i s  du e to  th e fab r icated  error o f  t h e j i g a n d also the e x istence of   parasit i c ele m ent from the  so ld er ing  pro c ess. Bo th  t h e si m u lated  an d   measu r ed   j i gs  co v e r  th wh ole U H F   r a ng e, w h ich  is 86 0    960  MHz a n d the  results agree  well with  each   o t h e r.    The m easurement setup  of S 11  i s  sh ow n i n  Fi gu re  (a),  w h e r e t h p r ot ot y p e  was c o nnect e d  t o  t h ji g   at one end, fol l owe d  by a coaxial cable to the VNA  po rt at the other e n d. The an te nna reflection  coefficient   was m easu r ed   in  two cond itio n s wh ich   a r e in free air a n d on copper  plat e wi t h   t h e di m e nsi on of   3 0  x  3 0   cm 2 It can  be  o b se rve d  in  Fig u r e  6  (b ) that t h e  sim u late d as  wel l  as m easured  res ona nt   f r eq ue ncy  o f  t h e t a g   attach ed   on  m e tal is o n l y sli g h tly sh ifted   from  th e si m u late d a n d m easure d  ta g in free ai r re spectively.  Thus,  th is resu lt proved  th at t h is  p r op o s ed tag  an ten n a  is su itab l for m e tal o b j ect tag g i ng , as t h e i m p e d a nce  of th antenna is not m u ch affected whe n  the  tag is attached on metal. It can also  be seen that the  m easured res u lt i s   Freque ncy (GHz ) 0. 90 0.9 2 0 . 94 0. 96 0. 98 Impedanc e (ohm) -50 0 0 50 0 100 0 150 0 Real (s imulat i o n) Imagin a ry  (s imulat ion) Real (meas u r ement ) Imagin a ry  (meas u r ement ) R si m   = 14.   R m eas  =  20.   X me a s  = 290.   X si m  = 126    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708    Meta l Moun tab l e La dd er Feed  Li n e   U H F- RFI D  Ta g An tenn a   ( N aj w a  M o hd  F a u d zi )   75 4 slig h tly sh ifted fro m  th e si m u lated  resu lts due to  th e fabr icated error  of the  antenna a n d the jig as  well as the   existence of pa rasitic  ele m ent   from   the solde r ing process. Howe ve r, the  resona nt freque nc y is stil l acceptable  as it is still with in  t h UHF  ran g e           (a)     (b )       (c)     Fi gu re  5.  The  ( a ) si m u l a t e d an (b ) fab r icated jig  a n d (c)  t h S 11  resu lt of si m u lated  and   measu r ed j i       (a)     (b )     Fi gu re  6.  (a ) T h e m easurem ent  set u of  S 11   and (b) sim u lated a n d m easured S 11  res u lt       3. 3.   A n ten n a  Gai n  an d Ra d i ati o P a t t ern   Fi gu re 7 ( a ) an d ( b ) s h o w s t h e sim u l a t e d radi at i on  pat t e rn  of t h e p r op ose d  t a g ant e nna i n  p o l a r pl ot   wh en  th e tag  is in  free air and o n  m e tal o b j ect. In   free ai r, t h ere i s   radi at i o n i n   bac k wa rd  di rect i o n beca use  o f   t h e di ff ract i o n fr om   t h e edge  of t h gr ou n d  pl ane,  whi c h i s  al so cal l e d edge e ffect  [ 15] . Ho we ver ,  w h en t h e   tag is attached on m e tal objec t, the antenna radiation  pa ttern bec o m e m o re directional as  the  m e tallic surface  will redu ce th e field  th at d i ffracts fro m  th e e d g e   of th g r ou nd   p l an e, t h us enh a n ce t h d i rectiv ity o f  t h e tag  ant e n n a.  At  9 21 M H z, t h real i zed gai n  of t h e t a g i s  -8. 97  dB  an d - 9 . 15  dB  i n  f r ee ai r and  on   m e t a resp ectiv ely. Th e n e g a tiv g a in  of th e an ten n a  is  b ecau s e o f  t h e sm all  sized  an ten n a , wh ich  is d e fi n itely   sm al l e r t h an a   wavel e ngt h at  t h ope rat i n g f r e que ncy   92 M H z.      F r eq uency (GH z ) 0 . 86 0.8 8 0 . 90 0.9 2 0 . 94 0.9 6 0 . 98 1.0 0 S 11  (dB) -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 fr ee  ai r (si m ) m e tal ( s im ) fr ee  ai r (m ea s) met a l  ( m ea s) 921 M Hz =  - 26. 9 dB   941 M Hz =  - 17. 9 dB   923 M Hz =  - 18. 9dB   943 M Hz =  - 16. 4 dB   Fr e quency  (G H z ) 0. 4 0 . 6 0. 8 1 . 0 1. 2 1 . 4 S 11  (dB ) -5 0 -4 0 -3 0 -2 0 -1 0 0 si mul a ti on m easure m ent Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    75 –  75 7 55  -2 2 - 2 0 -1 8 - 1 6 -1 4 - 1 2 -1 0 - 8 -2 2 -2 0 -1 8 -1 6 -1 4 -1 2 -1 0 -8 -2 2 -2 0 -1 8 -1 6 -1 4 -1 2 -1 0 -8 -2 2 -2 0 -1 8 -1 6 -1 4 -1 2 -1 0 -8 0 30 60 90 120 15 0 180 21 0 240 270 300 330 phi  =  0 phi  =  90     (a)   -40 - 35 -30 - 25 -20 - 1 5 -10 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -40 -35 -3 0 -25 -20 -15 -10 -40 -35 -30 -2 5 -20 -15 -10 0 30 60 90 12 0 150 180 210 24 0 270 300 330 phi =  0 phi =  90     (b )     Fi gu re  7.  P o l a r  ra di at i on  pat t e rn  o f  t h e  p r op o s ed t a g a n t e n n a  i n   (a)  free  ai r  an (b on  m e tal       Figure  8 s h ows the c u rre n t distribution  on  the s u rf ace  of  the tag a n tenna. It ca be se en that t h e   cu rren t in ten s i t y is h i g h  at th e lad d e r feed  lin e and   cap acitiv e tip -load i ng  stru cture. Th e cu rren t also  d i str i bu ted  eq ually at  th e o t h e r  r a d i ating  ele m en t in clu d i ng  th e r ectangular  lo op . Th is ag r ees  w e ll w ith  the  th eory o f  d i p o l e, wh ere t h e anten n a   rad i ation is  m a x i m u m  a t  th e end  of th e d i po le,  wh ich   is at th e lad d e r lin an d cap acitiv tip -lo a d i ng due to  a larg e num b e r o f  ch arg e s g a t h ered  th ere.          Fi gu re  8.  C u rre nt  di st ri but i o n   on  t h su rface   of  t h e t a g a n t e nna       3. 4.   Re ad  R a nge   The t a g  rea d i ng  ra nge , w h i c h i s  t h e m a xim u m  di st ance that the rea d er can detect  the tag,  wa s   m easured usi n Ev o - U H F 2 2 00 rea d er  a nd t y pe  B   ci rcul ar l y   pol ari zed  a n t e nna wi t h   t h e gai n  val u e of 9  dB i .   Th e tag  read ing  rang e can   be calcu lated  u s in g  th e Friis eq u a tion  in  (1 ), wh ere P t  is the tran sm i tted   p o wer   fr om   RFID rea d er , G r/t  is th g a in   fro m  th read er and  th tag ,  P th  is th e th resho l d   po wer an τ  is t h p o wer  trans f er c o effic i ent [3] [16]. T h e power tra n s f er c o efficient,  τ   m easures  how m u ch the antenna im pedance is  match e d  to th ch ip  im p e d a n c e and  it can   b e   calcu lated   b y  usin g th e equ a tio n in   (2 ).     4    (1 )    4 |  | 2       (2 )     From  sim u l a t i on , t h e m a xim u m  readi ng  ran g e o b t a i n e d  by  t h e pr o p o s ed t a g ant e nna  des i gn i s  3 . 2 m   i n  free ai r an d  sl i ght l y  l o wer  on m e t a l obje c t  wi t h  t h e di st ance of  3. 1 m  as sho w n i n   Fi gu re 9 ( a ). T h e t a g   readi ng ra n g e obt ai ne d i s  1 0  % hi g h er t h a n  t h e pre v i o us t a g ant e n n a de si gn i n  [ 9 ]  as a resul t s  of u s i n g l a d d e r   feed line  inste a d of m eander feed li ne i n  t h e t a g ant e nna   desi g n The m easurem ent of  the tag  readi n g range  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Meta l  Moun tab l e La dd er Feed  Li n e   U H F- RFI D  Ta g An tenn a   ( N aj w a  M o hd  F a u d zi )   75 6 was carried   ou t in  An tenn e Research   Group  lab a ro tory. Figu re  9  (b shows th e setup  fo th e tag  read ing rang measurem ent. To m easure the rea d ing ra nge , the tag  was sl o w l y  m ove d a w ay  fr om  the reader and t h e   maxim u m  distance t h at the  reader can  detect the tag  wa measured a n recorde d . T h sam e  proce d ure was   rep eated  to   v e rify th e resu lt.  Fro m   m easu r emen t, th e m a x i m u m  read in g   ran g e  ob tain ed   wh en  t h e tag  was in   free air is 2.3  m ,  while on coppe r  plate the  reading ra ng e is aro und  2.2   m .  In  co m p ariso n  t o  th e simu latio result, the m e asure d  rea d in g  range  has re d u ced a r o u n d  0.9  m  d u e  to  t h e in ev itab l e in terferen ce from th su rr oun d i ng         (a)       (b )     Figu re  9.  (a ) Si m u lated rea d in ran g e i n  f r ee  air  and  on m e tal (b)  readi n g range  m easurement setup      4.   CO NCL USI O N   M i crost r i p   di p o l e  U H F - R F I D  t a g a n t e n n a ,  w h i c h ca be m ount e d  o n  m e t a l  objec t ,  has  been   pr o pose d desi gne d an d m easure d . T h e si m p l e  st ruct u r e o f  t h e t a g ant e n n a wi t h out  a n y  sho r t i ng  pi n a nd  vi a   hol e m a kes i t   easi e r t o  fab r i cat e. The l a dde r  feed l i n e im pl em ent e d i n  t h e t a g ant e nna  d e si gn h a s im prove d   th e g a i n   o f  t h an tenn a, m ean wh ile th e cap acitiv e tip  lo ad i n g stru ctu r e con t ribu tes to th e redu ction   o f  an tenna  si ze up t o  2 5 %  fr om  t h e previ ous  desi gn . M o re o v er, t h e e x i s t e nce of  g r o u nd  pl ane  i n  t h e  t a g ant e nna  d e si gn   ab le to   red u c th e sen s itiv ity o f  t h e tag  to  t h e m e tal o b j ect   attach ed As a  resu lt, t h reader can  detect th e tag  u p  to 2.2 m   wh en  attach ed on  m e tal o b j ect. In  th e fu t u re, th e m easu r em en t o f  tag   read i n g rang will be  carried out  out doors in a large em pty area to  re duce  the i n terfe rence  f r om  the s u r r o u n d in g .       ACKNOWLE DGE M ENTS   The a u thors  would like t o  conve y  th d eep est gratitu d e  to An tenn a Research  Gro up (ARG),  Micro w av Tech no log y  Cen t re (MTC ) an Un i v ersiti Te kn o l o g i   Mara (UiTM) for  supp ort an d gu id an ce.        REFERE NC ES   [1]   D.M. Dobkin,  T h e R F   in R F ID:  Pas s i ve UHF  R F ID in  Pr act i ce . United  States of  America, 2008 [2]   A.  Ferchichi,   G.  Ali, A.  Info,  S. R. Frequency ,   and A. Ferchichi, “A  Novel Small Sierpenski Antenn as”,  International Jo urnal of   Electrical  and   Computer Engin eering  ( I JECE) , vo l. 3, n o . 4 ,  pp . 436–44 0, 2013 [3]   K.V.S. Rao, S.  Mem b er, P.V  Nikitin , and S.F.  Lam ,  “ A nte nna  Design for UHF RFID Tags A Review and a  P r acti cal  Appli c ation ,   IEEE Trans. Antennas Pr opag. , vol. 53, n o . 12 , pp . 3870– 3876, 2005 [4]   L.  Mo and H.   Zhang, “RFID  Antenna  Ne ar t h e S u rfac e  of  M e tal in  International S y mposium on Microw ave,  Antenna Propagation and  EMC  Technolog ies fo r Wireless Com m unications , 20 07, pp . 803–806 [5]   M. Bolic, D. Simplot-R y l, and I. Stojmenovic,  RFID Systems: Research Trends and Challenges . Wiley ,  2010, p.  552.  [6]   B.  Ga a nd M.M. F.  Yue n ,  “Pa ssive  UHF  RFID  with Ferrite Electromagnetic Ba n d  Gap ( EBG )   Material for  Metal  Objects  Tra c kin g  Capaci tor Cap aci tor a” , in  Electronic Components and Technology Conferen ce , 2008, pp. 1990– 1994.  [7]   M. Abu and  M.K.A. Rahim ,  “Si ngle-band and Dual-band Artif ici a l Magneti c Conductor Ground Planes for Multi- band Dipole Antenna”, vo l. 21, n o . 4 ,  pp . 999–10 06, 2012 Freq uen c y  (G Hz) 0 . 8 6 0.8 8 0.9 0 0.92 0.94 0.96 0.98 1 . 0 0 Read range , r (m) 0 1 2 3 4 fr e e  ai r met a l r  = 3. m   r  = 3. m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    75 –  75 7 57  [8]   H. G.  Cho,  N. R.  Labadie,   a nd S.K. Sharma, “De s ign of an embedded-feed  t y p e  m i crostrip patch  antenna for UHF   radio frequ enc y   identif ic ation  ta g on m e tall ic ob jec t s”,  IET Micr owaves, An tenn as Propag. , vol. 4, no. 9 ,  p. 123 2,  2010.  [9]   N.M. Faudzi, M.T.  Ali, I. Ismail,  H. Jumaat, a nd  N.H.M. Sukaimi, “Metal Mount able UHF-RFID  Tag Antenn a with  Meander Feed Line and  Double  T-Match in  International S y mposium on Technology Managem e nt and Em ergin g   Technologies , 2 014.  [10]   NXP Semiconductor, “Product D a ta Sheet  SL3IC S 1002/1202 UCODE G2XM and G2XL”, 2012.  [11]   T. Hu and C. Liu, “Design and Anal y s is of UHF Tag Antenna  Structure”,  Chin a-Japan Jt. Micr ow. Conf. Proc. , pp.  1–4, 2011 [12]   B.M. Irav a ni, “Electromagnetic  I n terfer e nce Red u ction using  EB G structures  in  P ackages ,  Enc l o s ures , Cavit i es  a nd  Antennas”, Univ ersity  of  Ma r y land, College Park , 2007 [13]   Y. Tikhov , Y. K i m, and Y. Min, “Compact Low  Cost Antenna f o r Passive RFID Transponder in  IEEE Antenna and Propagation  Society International S y mposium , 2009, pp. 101 5–1018.  [14]   H. Arai, “ A ntenna M eas urem ent s  for Ra dio Handsets and Mobile Terminals”, in   Measurement of Mobile An tenn Systems , Second ., Artech  House,  2013, p .  230 [15]   M . F .  Otero  and   R.G. Roj a s ,  “ A n a l y s i s  and  Tr eat m e nt of  Edge  Ef fects  on  th e Rad i ation  P a tt ern of   a M i cros tr ip P a t c Antennat ,  in  An tennas and  Propagation So ciety  I n ternational Symposium , 1995,  pp. 1050–1053 [16]   T.A. Rahm an, S. Kam a l, A. Rah i m ,   S.L. Rosa, a nd E.P.C. Gen,  D evel opm ent of RFID EPC Ge n2 Tag for Multi  Acces s  Control  S y s t em ”,  In tern ational Journal of    Electrical  an d  Computer En gineering ( I JEC E ) , vol. 3, no. 6 ,  pp.  724–731, 2013 .        BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Najw a M o hd F a ud z i   was born in Kel a ntan ,  Mala ysia . She  rec e ived  the  B.Sc degr ee  in   Electrical Engin eering  from Hochschule Osnabru eck, German y  in 2012. Curren t ly  she furthers   her stud y  in M. Sc in Elec tri cal  Engine ering at   Universiti T e kn ologi Mara (UiT M), Shah Alam Malay s ia since 2012. Her research inter e sts in clude RFID sy stem, radi o wave propagation and   antenn as. She is  a m e m b er of IEEE  and now a tta ched with An tenna R e sear ch  Group (ARG),   UiTM.           Dr. Mohd Tarmiz i Ali  receive d the B. Eng. D e gree in e l e c tri c al engin eering f r om  Univers iti   Teknologi Mara (UiTM), Selan gor, Malay s ia  in  1996 and  the M. Sc. degr ee in electrical  engineering fro m University  of Leeds, United  Kingdom, in 2002. He received th e Ph.D degree in  electri cal  engin e ering from  Universiti T e knolog Malay s ia (UTM ), Johor, Malay s ia in 2010. H e   has published o v er 100 journal  papers and conf er ences proceeding on various  topics related to   antenn as, m i cro w aves and  el ec trom agneti c r a d i ation  an al ysis.  He a l so has f illed  5 p a ten t   applications on communication  ante nn as. Thus far, his publicati ons have been cited 237 times,  and the H-index  is 8 (Source: Google Scholar).   Hi s professorial interests in clu d e the ar eas of  communication  antenn a design, rad i o astr onomy  anten n as,  satelli te antenn as,  and   electromagnetic ra diation analy s is.          Ismar ani Ismai l  rece ived the B  Eng. Degree in  Elec tric al and  Ele c troni cs  Engi neering from  John Moores Un iversity Liv e rpo o l, UK. is a Senior  lectur er at the Faculty  of Electrical and Ph.   D in Electronics Manufacturing   Engineering fro m Un ivers i t y  of  S a lford, UK.  He r m a in res earch   inter e st is in RFI D  s y stem, electr onics product an d s y stem dev e lo pment, el ectronic and  electr ical  manufacturing  p r ocesses. She has published  in  num ber  of  natio nal and intern ational journals .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708    Meta l Moun tab l e La dd er Feed  Li n e   U H F- RFI D  Ta g An tenn a   ( N aj w a  M o hd  F a u d zi )   75 8   Hadi Jumaat  was born in Johor, Malay s ia. He complete d his Diploma stud y  in  Mara Poly - T ech  College, Kuan tan, Malay s ia in 2009.  Later, he  r e ceived  the B.Sc degr ee in Electronics  Engineering fro m  Universiti  Teknologi Mar a  ( U iT M), Shah A l am , Mal a y s ia i n  2012. H e  is   current l y  furthe r  his  s t ud y  in M . S c  Ele c tri cal  En gineer ing at Ui T M , S h ah Alam , M a la y s ia s i n ce  2012. His resear ch inter e sts include plasma ante nnas, LTCC and  microwave tech nologies. He is  a member of IEEE Malay s ia  an d now attached  with Antenna R e search Group ( A RG) in UiTM,  Mala y s ia .             Nur  H i day a h M o hd Su kaimi  was born in Joh o r Bahru, Malays ia. She completed her Diploma  stud y  in Univers iti T e knologi M a ra (UiTM), Pen a ng,  Malay s i a  in  2009. Lat e r, sh e received th e   B.Sc degr ee  in  Electrical Engin eering  from UiTM , Shah Alam in 2012. Curr ently  she furth e rs  her stud y  in  M.Sc Electrical  Engineer ing in  U i TM, Shah Alam, since 2012 . Her research  inter e s t s  include  LTCC, m i crowave and ant e nna s .  She is a  member of IEEE Malay s ia and now  attached  with  Antenna  Research  Group (ARG), in UiTM, Malay s ia.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.