I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   4 A u g u s t   201 7 ,   p p .   2 0 2 7 ~ 2 0 3 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 4 . p p 2 0 2 7 - 2035          2027       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   M icro strip Re cta ng ula r Mo no po le Ant enna s w ith  De fect e G ro und  for U WB  Applicatio ns       S.  E la j o u m i 1 ,   A.   T a j m o ua t i 2 ,   A.   E rr k i k 3 ,   A m .   Sa nchez 4 M .   L a t ra ch 5   1, 2, 3 L a b o ra to ry   L M EE T   F S T   o f   S e tt a t,   Un iv e rsity   Ha ss a n   1 st ,   M o r o c c o   4 DICO M   L a b o ra to ry ,   Ca n tab ria Un iv e rsit y ,   S a n tan d e r,   S p a i n   5 M icro w a v e   G ro u p   (ES EO),   A n g e rs,  F ra n c e       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   6 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma r   1 4 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   2 6 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e p re se n ts  th e   d e sig n   o n e w   c o m p a c 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.  Eac h   a n ten n a   c o n sists   o f   a   r e c tan g u lar  p a tch   fe d   b y   5 0   m icro strip   tran s m issio n   li n e   a n d   th e   g ro u n d   e lem e n is  a   d e f e c ted   g ro u n d   stru c tu re   (DG S ).   T h e   a i m   o f   th is  stu d y   is  to   i m p ro v e   th e   b a n d w id th   o f   th e se   a n ten n a b y   u sin g   D G S   a n d   th e   m o d if ic a ti o n   g e o m e tr y   o re c tan g u lar   stru c tu re ,   w h ich   g iv e n e w   c o m p a c a n ten n a f o UW a p p li c a ti o n s.  T h e   in p u im p e d a n c e   b a n d w id th   o f   th e   a n ten n a w it h   S 1 1 < - 1 0 d is   m o re   th a n   1 0 G Hz ,   f ro m   3 GH z   to   m o re   t h a n   1 4   G Hz .   T h e   p ro p o se d   a n ten n a a re   in v e stig a ted   a n d   o p ti m ize d   b y   u sin g   CS T   m icro w a v e   stu d io ,   th e y   a re   v a li d a ted   b y   u sin g   a n o t h e e l e c tro m a g n e ti c   so lv e A n so f HFS S .   T h e   m e a su re d   p a ra m e ter p re se n g o o d   a g re e m e n w it h   si m u latio n .   T h e   f in a l   a n ten n a   str u c tu re s o f f e e x c e ll e n p e rf o r m a n c e f o UW s y ste m .   K ey w o r d :   An s o f t H F SS   C ST   m icr o w a v s t u d io   Def ec ted   g r o u n d   s tr u ctu r ( DGS)   R ec tan g u lar   m icr o s tr ip   p atch   an ten n a   ( R M S A )   Ultr w id eb an d   ( UW B )     Co p y rig h ©   2017   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 :   Said E laj o u m i,   L ab o r ato r y   L ME E T   FS T   o f   Settat,    Un i v er s it y   Has s an   1 st   Mo r o cc o .   E m ail: sa id a. elaj o u m i@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   An   i m p o r tan c h a n g o cc u r r ed   in   Feb r u ar y   2 0 0 2 ,   w h e n   t h Fed er al  C o m m u n icatio n   C o m m is s io n   ( FC C )   o f f iciall y   r elea s ed   th r eg u lat io n   f o r   Ultr W id eb an d   ( UW B )   tech n o lo g y ,   w it h   g iv e n   s p ec tr al  m a s k   f o r   b o th   in d o o r   an d   o u td o o r   ap p licatio n s   in   t h US A .   UW B   r an g e   co v er s   3 . 1   GHz - 1 0 . 6 GHz   is   r elea s ed   b y   FC C   [ 1 - 2 ] .   Fro m   th e n   o n ,   t h er is   m u c h   in ter est  to d a y   in   d ev elo p in g   u ltra   w id eb an d   ( UW B )   r a d io   in   b o th   ac ad em ia  a n d   i n d u s tr y   f o r   s h o r t - r an g e   h i g h - s p ee d   w ir ele s s   co m m u n icatio n   n et w o r k s .   UW B   is   i n cr ea s i n g   r ap id ly   d u to   m ee t s   d e m a n d s   o f   w ir eles s   co m m u n icatio n   to   p r o v id in f o r m atio n .   T h is   t ec h n o lo g y   i s   b ased   o n   s i g n a ls   f r o m   t h lo w   p o w er   s p ec tr al  d en s it y .   T h U W B   s y s te m s   ca n   co e x is w it h   n ar r o w b an d   r ad io   s y s te m s   o p er atin g   i n   t h s a m s p ec tr u m   w i th o u ca u s in g   s tr o n g   i n ter f er e n ce s   [1 - 4 ] .   I n   o th er   w o r d s ,   UW B   co m m u n icatio n   tec h n o lo g y   h o ld s   g r ea p r o m i s an d   ex tr e m e l y   u s ef u f o r   v ast  ar r ay   o f   n e w   ap p licatio n s   th at   in   w h ic h   it  ca n   u s ed   f o r   p u b lic  s af e t y ,   b u s i n es s   an d   co n s u m er s ,   b ec au s o f   its   v ar io u s   s atis f y in g   f ac t u r es  in cl u d in g   h ig h   d ata,   h ig h   p r ec is io n   r a n g i n g ,   lo w   co s a n d   th m o s i m p o r tan f ac t u r o f   t h UW B   s y s te m s   i s   th i m m u n i t y   to   m u lt ip atch   i n ter f er e n ce   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   I n   r ec en t   y ea r s ,   UW B   tec h n o lo g y   h a s   m o s t l y   f o c u s ed   to   d esig n   an te n n f o r   w ir ele s s   co m m u n icatio n   o p er at in g   o v er   a n   u ltra   w id b an d w id th   as  allo ca ted   b y   th F C C .   C o m m o n l y   t h r etu r n   lo s s   f o r   th en tire   u l tr a - w id eb an d   s h o u ld   b b elo w   t h - 1 0 d B .   A ls o   s ati s f ac to r y   r ad iatio n   p r o p er ties   o v er   th e n tire   f r eq u en c y   b an d   d e f in ed   b y   FC C .   De s ig n ed   an ten n a s   s h o u ld   b co m p a ct  i n   s ize,   an d   ea s y   to   in te g r ate w it h   m o n o lit h ic  m icr o w a v i n teg r ated   cir cu it  ( MM I C ) P r in ted   m icr o s tr ip   an te n n a   is   w id el y   u s ed   d u to   t h eir   n u m er o u s   ad v a n tag e s   s u c h   a s   lo w   p r o f ile,   li g h t w ei g h t,   lo w   co s t,  ea s y   f ab r icatio n ,   an d   s m all  s ize.   Ma j o r   o p er atio n al   d is ad v an ta g o f   m icr o s tr ip   an te n n a   is   v er y   n ar r o w   f r eq u e n c y   b an d w id th .   I n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 1 7     2 0 2 7     2 0 3 5   2028   s o m ap p licatio n s   n ar r o w   b a n d w id th s   ar d esira b le  [ 5 ] .   B y   co n s eq u en t,  t h n ee d s   o f   U W B   an ten n a s   h a v b ee n   p r o p o s ed   an d   in v esti g ate d   o f   n e w   tech n o lo g ie s   to   o v er co m t h e s s h o r tco m in g s .     T h er ar s ev er al  w a y s   to   e n la r g th e   o p er atin g   b an d w id th   o f   m icr o s tr ip   an te n n a,   to   d esi g n   an   UW B   an ten n a,   s u c h   as  u s in g   n o tch e s   o r   s lo ts   o n   p atch   an te n n w it h   d if f er en s h ap es  a s   cir cu lar   s lo [ 6 ] , s lo t[ 7 ] ,   Z   s lo t[ 8 etc;  u s i n g   d ielec tr ic  s u b s tr ates  w it h   h ig h   p er m itti v it y   [ 9 ] u s i n g   p lan ar   m o n o p o le  an te n n f ed   b y   a   co p lan ar   w av e g u id tap er ed   r i n g   s lo an te n n [ 10 ] ,   tu n i n g   s t u b   [ 1 1 ],   [ 7 ] ,   L - p r o b f ee d in g   [ 12 ] . W ell  as  o th er   m et h o d s   o f   m icr o s tr ip   ele m e n t s   ca n   also   b u s ed   to   in cr ea s t h b an d w id th   [ 13 ],   [ 14 ],   Def ec ted   Gr o u n d   Stru ct u r ( DGS)   is   o n o f   t h m et h o d s ,   w h ich   ar u s ed   to   i m p r o v e   th i n p u t   i m p ed an ce   b a n d w id th   o f   t h e   m icr o s tr ip   a n ten n a. DG i s   r e alize d   b y   i n s er ted   a   s i m p le  s h ap i n   t h g r o u n d   p lan e.   T h im p le m e n tatio n   o f   DGS  in   th g r o u n d   p lan ca n   in cr ea s t h in p u i m p ed an c b an d w id t h   o f   th e   o r ig in al   m icr o s tr ip   an te n n a.   A l s o   DGS   p er m it s   to   r ed u ce   th s ize  o f   a n   a n te n n a,   t h u s   to   lo w er   r eso n a n ce   f r eq u en c y .   Fu r t h er   w e   ca n   u s e   th e   DGS   to   i m p r o v o t h er   p a r a m eter s   in   th e   a n ten n a s .   Fi n a ll y   th e   DGS   i n   t h e   g r o u n d   p lan p la y s   an   i m p o r tan r o le  in   th d esig n   o f   c o m p ac h i g h   p er f o r m an ce   m icr o w av cir cu its     [ 15 ],   [ 16 ].   I n   th i s   p ap er ,   an   ap p licatio n   o f   th DG to   i m p r o v m o r e o v er   th in p u i m p ed a n ce   b an d w id th   o f   r ec tan g u lar   m icr o s tr ip   an te n n a s   ar e   d e m o n s tr a ted .   T h p r o p o s ed   an ten n a s   s h o w a n   a cc ep tab le  r ef lectio n   co ef f icie n t,  w id er   in p u i m p ed an ce   b an d w id t h   a n d   s tab le  r ad iatio n   p atter n   t h r o u g h o u o f   t h UW B   f r eq u e n c y   b an d .   T h e s e   an ten n a s   ar e   s u c ce s s f u l l y   i m p le m en ted .   Deta ils   o f   t h an te n n d esig n s s i m u lated   r esu lt s   ar e   p r esen ted   an d   d is cu s s ed .       2.   DE S T RIP I T I O O F   UWB   AT E NNA  D E SI G N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   t h d escr ip tio n   o f   th p r o p o s ed   UW B   m icr o s tr ip   an te n n d esig n   an d   ca lcu latio n s   m et h o d o lo g y .   T h a n te n n a   s tr u ct u r d esi g n e d   is   b ased   o n   r ec ta n g u lar   r ad iato r   p atch .   T h e   r ec tan g u lar   p atch   i s   th m o s w id el y   u s ed   co n f i g u r atio n ,   f o r   th r ea s o n   t h at  it c an   b ea s il y   to   an al y ze .   I n   d esi g n in g   t h i s   t y p e   o f   an te n n a,   th er ar e   v ar io u s   p ar a m e ter s   n ee d ed   to   b co n s id er ed ,   w h ic h   i s   ass o ciate d   w it h   th e   r eso n a n t   f r eq u en c y   an d   b a n d w id th   o f   th a n te n n a.   T h w id t h   W ”  an d   le n g t h   L   ar cr itical  p ar a m eter s   in   d eter m i n in g   th e   o p er atin g   f r eq u en cie s   an d   in p u i m p ed an ce   o f   t h e   an ten n a   . T h len g t h   o f   t h a n te n n a   is   ab o u L = λ /2   f o r   d o m in a n t T M 10   m o d e.   T h len g t h   o f   t h p atc h   i s   v er y   cr itica l,  it   d eter m i n es   th r eso n a n f r eq u en c y .                   Hen ce ,   to   lead   to   p r ac tical  d e s ig n s   o f   r ec tan g u lar   m icr o s tr i p   an ten n as,  t h er e’ s   d esig n   p r o ce d u r e.   T h ess en tia p ar a m eter s   f o r   th d esi g n   ar t h d ielec tr ic  co n s ta n ( ε r ) ,   th r e s o n a n f r eq u en c y   ( f r )   an d   h eig h t   o f   s u b s tr ate  ( h ) .   T h p r o ce d u r is   as f o llo w s   [ 5 ] :   Fo r   an   ef f icie n t r ad iato r ,   p r a ctica w id th   t h at  lea d s   to   g o o d   r ad iatio n   ef f icien c ies is :                                                   ( 1 )     W h er C   is   t h f r ee   s p ac v elo cit y   o f   li g h t.   T h len g t h   h a s   b ee n   ex te n d ed   o n   ea ch   en d   b y   d is ta n ce   Δ L ,   th len g t h   o f   t h p atch   i s :                                            ( 2 )     T h ef f ec ti v len g t h   o f   t h p at ch   is :   Fig u r 1 .   Mic r o s tr ip   r ec tan g u l ar   p atch   an ten n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Micr o s t r ip   R ec ta n g u la r   Mo n o p o le  A n ten n a s   w ith   Defe cted   Gro u n d   fo r   UW B   ….   ( S .   E la jo u mi )   2029                                               ( 3 )     No r m a lized   ex te n s io n   o f   t h l en g t h   Δ L   i s :                                         (               )                         (             )                 ( 4)     Fo r   r ec tan g u lar   m icr o s tr ip   p atch   an te n n th e f f ec ti v d iel ec tr ic  co n s tan t f o r   an y   T M m m o d i s   g i v b y   as:                                      *            +                       ( 5 )       T h ai m   o f   th i s   s tu d y   i s   to   en lar g t h o p er atin g   b an d w id t h   o f   t h r ec ta n g u lar   p at ch   a n te n n a   p r esen ted   in   Fig u r e   1   in   o r d er   to   ac h iev th UW B   ch ar ac ter is tics .   A th s a m ti m th f i n al  an te n n s h o u ld   b s m all,   co m p ac t   a n d   ea s y   to   b in teg r ated   w it h   p ass i v an d   ac tiv co m p o n e n ts .   T h Fig u r e   2   s h o w s   t h g eo m etr y   a n d   co n f i g u r atio n   o f   t h f i n al  a n te n n a s .   T h p r o p o s ed   an ten n a s   ar p la n ar   m icr o s tr ip   an te n n a s   w it h   u ltr a - w id eb an d   r ad iatio n   p r o p er ti es.  T h e s e   an ten n a s   ar e   f ed   b y   m icr o s tr ip   lin e   w it h   ch ar ac ter i s tic  i m p ed a n c o f   5 0   o n   an   FR 4   s u b s tr ate  an d th ic k n e s s   o f   1 . 6 m m ,   r ela tiv p er m itt iv i t y   o f   4 . 4   an d   lo s s   tan g e n o f   0 . 0 2 5 . T h o p tim izatio n   p ar a m e ter s   d esig n   i s   d o n b y   u s i n g   C ST - MW   an d   t h v alid atio n   is   v er if ied   b y   u s i n g   an o th er   s o l v er   An s o f HF SS .     T h f in a d i m e n s io n s   o f   t h an ten n s tr u ct u r e s   ar lis ted   in   T ab le   1 .     Ma n y   tech n iq u e s   h av b ee n   u s ed   to   en lar g t h o p er atin g   b an d w id t h   f r eq u en c y .   O n w a y   is   th e   m o d i f icat io n   o f   t h r ec ta n g u l ar   s h ap b y   u s i n g   t h s tep p ed   cu co r n er   w it h   t w o   s tep s ,   an d   b y   u s in g   D GS Fig u r 3   p r esen ts   t h ev o l u tio n   o f   t h p r o p o s ed   an ten n as.         Fig u r 2 .   Geo m e tr ies o f   t h p r o p o s ed   an ten n a s ,   T o p   v ie w ,   B o tto m   v ie w       T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a s                             P a r a me t e r   V a l u e   ( mm )   p a r a me t e r   V a l u e   ( mm )   W   26   L   30   Wp   16   Wa   11   Lp   15   La   8 . 2 5   Lf   1 3 . 2 5   R   1 2 . 2   Wf   3   Wr   3 . 5   Ls   8   Lr   3 . 5   Ws   4   a   1 . 5   W1   2   b   1   L1   3   W2   20       L2   11   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 1 7     2 0 2 7     2 0 3 5   2030       A te n n I                         A ten n II         3.   SI M UL AT I O R E S UL T A ND    DIS C USS I O N   I n   th is   p ar d is cu s s io n   is   g i v en   in   m o r d etail  ab o u th m icr o s tr ip   an ten n a s   w it h   d ef ec t ed   g r o u n d   s tr u ct u r ( DGS) .   T h r ef lectio n   co ef f icien r esu l ts   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a s   s i m u l ated   b y   u s i n g   t h e   o p tim izatio n   tec h n iq u e s   in teg r ated   in   C ST - MW .   T h r ef lecti o n   co ef f icien s i m u latio n   r e s u l ts   o f   all  d esi g n s   o f   th p r o p o s ed   an ten n as  ( A n te n n I   an d   A n te n n I I )   ar e   s h o w n   in   F i g u r e   4. T h er ef o r e,   th f ir s s tep   in   d esig n in g   th an te n n a s,   w h a v s tar ted   f r o m   th d esi g n   ( a) .   T h r ef lectio n   co ef f icien o f   d esig n   ( a)   is   s h o w in g   g o o d   m atc h in g   at  t h f ir s b an d w id t h   f r o m   3 GHz   to   4 GHz ,     f o r   b o th   an te n n as,  w h ile  t h s ec o n d   b an d w id th   i s   f r o m   6 GHz   to   1 5 GHz    f o r   an ten n a   I   an d   5 . 2 GHz   to   1 5   GHz   f o r   an ten n I I   w it h   r ef lect io n   co ef f icien less   t h a n   - 1 0 d B ,   s e m ic ir cu lar   s h ap ed   g r o u n d   w it h   a   r ec tan g u lar   n o tch   a n d   s y m m etr ic   r ec tan g u lar   n e x to   t h e   s e m ic ir cu lar   in   g r o u n d   h av ef f ec o n   th e n h a n ce m en o f   th   i m p ed an ce   b an d w id t h   o f   th a n te n n a s ,   th e   d esig n   ( b )   an d   th d esig n   ( c) , it c an   b s ee n   t h at  th r e f lectio n   co ef f icie n t s   w er i m p r o v ed .   A t h en d ,   w h a v co m p let ed   th DGS o f   t h an te n n I   b y   a s s o ciati n g   an   ad d itio n al  p atch   d esig n   ( d ) ,   w h er ea s   f o r   an te n n a   I I   w e   m o d if ied   g eo m etr y   o f   an te n n to   ac h ie v d es ig n   ( d )   . T h ese   tech n iq u e s   p er m it  to   en lar g t h b an d w id th   a n d   to   g et  th b est r eso n a n f r eq u e n cies.           Fig u r e   4 .   r ef lectio n   co ef f icie n t s   f o r   d if f er en t d esi g n s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a s       Fig u r 5   s h o w s   th e f f ec o f   th s tep p ed   cu co r n er   o n   th p r o p o s ed   an ten n a s   in   t er m   o f   th e   r ef lectio n   co ef f icie n t.  W ca n   o b s er v t h s tep p ed   cu co r n er   h as   th e   g o o d   ef f ec to   i m p r o v t h b an d w id t h   an d   to   g et  t h b est r eso n an t f r e q u en cie s   m o s t l y   i n   b an d   b et wee n   6 GHz   to   1 0 GHz .   Fo r   th v alid atio n   an d   th c o m p ar is o n   o f   th r esu lts   o b tain ed   b y   C ST ,   w h a v ap p lied   an o th er   m et h o d   to   an aly ze   t h e s e   a n t en n a s , th e n   w h a v u s th F E ( Fin it  E le m en Me t h o d )   in tr o d u ce d b y   HFS S   s o f t w ar e .   Af ter   t h s i m u latio n ,   th e   f o llo w i n g   r es u lts   ar s h o w n   i n   Fi g u r 6,   it  is   cle ar l y   o b s er v ed   th a t   s i m u lat io n   r e s u l ts   o n   C ST   an d   HFS ar c lo s est   ag r ee m e n i n   ter m s   o f   b an d w id th   r es u lt s .   Fig u r 7   s h o w s   t h e   s i m u lated   VSW R   o f   th e   p r o p o s ed   an te n n a s .   W ca n   b s ee n   t h at  th e   s i m u lated   r es u lt s   g i v a   VSW R   2   f o r   3 GHz - 1 5 GHz .   Fig u r 3 .   Desig n   ev o l u tio n s   o f   th p r o p o s ed   an ten n as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Micr o s t r ip   R ec ta n g u la r   Mo n o p o le  A n ten n a s   w ith   Defe cted   Gro u n d   fo r   UW B   ….   ( S .   E la jo u mi )   2031     Fig u r 5 .   R ef lect io n   co ef f icie n ts   o f   t h an te n n a   w i th   t h s tep p ed   an d   th an ten n w it h o u t t h s tep p ed           F ig u re   6 .   C o m p a riso n   b e tw e e n   r e f lectio n   co ef f icien ts   o b tain e d   b y   HFS S   a n d   CS T - MW           Fig u r 7 .   C o m p ar is o n   b e t w e e n   V S W o b tain e d   b y   HFS S   a n d   CS T - MW       T h F ig u r p r esen ts   t h s i m u lated   an te n n g ai n ,   f o r   th f r e q u en cie s   b et w ee n   3   to   1 5 GHz . T h m ax i m u m   v a lu o b tain ed   is   ap p r o x i m atel y   3 . 8   dB   f o r   an ten n I   an d   3 . 9   d B   f o r   an ten n a   II.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 1 7     2 0 2 7     2 0 3 5   2032       Fig u r 8 .   Si m u lated   Gai n   o f   th p r o p o s ed   an ten n a s       T h Fig u r e   9   Sh o w   th e   r ad iatio n   p atter n s   o f   t h p r o p o s ed   an te n n a s   o n   E - p lan a n d   H - p lan e   a t   d if f er e n t f r eq u en cie s   ( 3 . 1 ,   6   a n d   1 0 . 6   GHz ) .   Gen er all y ,   th r ad iatio n   p att er n s   ar s y m m etr ic  a n d   n e ar l y   o m n id ir ec tio n al.   T h r ad iatio n   i s   r elativ el y   s tab le  o v er   th e   b an d   d ef in ed   b y   FC C .   O n   th e   o th er   h a n d , in   E - p lan e   t h s i m u la ted   r esu lt s   s h o w   a n   al m o s t o m n id ir ec tio n al  in   lo w   f r eq u en c ies  w h ic h   ar 3 . 1   GHz ,   6   GHz   an d   lo s th o m n id ir ec tio n alit y   f o r   h i g h   f r eq u en c y   w h ich   is   1 0 . 6   GH z.   I n   H - p la n t h r ad iatio n   p atter n s   is   n ea r l y   b id ir ec tio n a l   f o r   all   f r eq u en c y   b an d s .                                                                                                            Fig u r e   9 .   Si m u lated   r ad iatio n   p atter n s   f o r   th p r o p o s ed   an ten n a s   o n   E - p la n an d   H - p lan at:  3 . 1 GHz ,   6 GHz   an d   1 0 . 6 GHz     A te n n I I     An te n n I   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Micr o s t r ip   R ec ta n g u la r   Mo n o p o le  A n ten n a s   w ith   Defe cted   Gro u n d   fo r   UW B   ….   ( S .   E la jo u mi )   2033   4.   ACH I E V E M E NT   AND  M E ASURM E NT   R E SU L T S   W f ab r icate d   th p r o p o s ed   an ten n a s   b y   u s in g   L P KF   m a ch in e,   af ter   th e   d esi g n ,   o p ti m izatio n   b y   u s i n g   C ST   an d   HF SS .   T h p r o to t y p es   o f   th e   p r o p o s ed   an ten n a s   ar i llu s tr ated   i n   F ig u r e   10 .   W m ea s u r ed   t h e   r ef lectio n   co ef f ic ien t u s in g   t h e   Ag ile n T ec h n o lo g ie s   2 - p o r P NA - L   Vec to r   Net w o r k   An al y ze r   N5 2 3 0 A .   T h e   ca lib r atio n   u s ed   is   t h 3 . 5 m m   A g ilen tech n o lo g ie s   ca lib r atio n   k it  co m p o s ed   f r o m   Op en ,   Sh o r an d   L o ad   co m p o n e n t s .   Fig u r e   11   s h o w s   th s i m u latio n   b y   u s i n g   t wo   elec tr o m a g n etic  s o lv er s   C S T - MW   an d   A n s o f t   HFSS   a n d   m ea s u r ed r ef lectio n   co ef f icien ts   r es u lts .   I ca n   b o b s er v ed   th at  th s i m u latio n   r es u lt s   ar in ag r ee m e n w it h   m ea s u r e m e n i n   ter m s   o f   b an d w id t h   r es u l ts .   B esid es,  t h p r o p o s ed   an ten n a s   h av w id eb an d   p er f o r m a n ce   f r o m   3 . 1 GHz   to   1 4   GHz   co v er in g   th en t ir UW B   f r eq u en c y   b an d . T h ese  t y p o f   an ten n a s   ca n   ea s il y   b in teg r ated   w i th   R F/ m icr o w a v cir c u its   f o r   co m p ac d esi g n   an d   f ab r icate d   at  v er y   lo m an u f ac t u r in g   co s t.   T h is   m ea s u r e m en w as  d o n b y   u s i n g   5 0   SM ( Su r f ac Mo u n A d ap to r ) ,   w h ic h   is   co n n ec ted   to   th e n d   o f   t h m icr o s tr ip   tr a n s m i s s io n - li n a n d   g r o u n d ed   t o   th g r o u n d   p lan e.   Ho w ev er   s o m d i f f er en ce s   i n   th s i m u lated   a n d   m ea s u r ed   r esu lt s   ar o b s er v ed .   O n o f   th r ea s o n s   i s   t h at  t h m ea s u r e m en t   o f   s m al l   an ten n is   v er y   s e n s iti v to   th p r esen ce   o f   th R ca b le  co n n ec ted   to   th i n p u o f   t h an ten n a,   cr ea ti n g   a n   ad d itio n al  in d u cta n ce .   An o th e r   r ea s o n ,   s in ce   t h an te n n is   f ed   b y   a   m icr o s tr ip   li n s o ,   m is ali g n m e n o cc u r s   b ec au s etc h in g   i s   r eq u ir ed   o n   b o th   s id es  o f   th d ielec tr ic  s u b s tr ate.   T h is   g i v es  r i s to   d eg r ad atio n   o f   an ten n p er f o r m a n ce .         Fig u r 1 0 .   P h o to g r ap h s   o f   th ac h iev ed   UW B   an te n n a s           Fig u r 1 1 .   Si m u lated   an d   m ea s u r ed   r ef lectio n   co ef f icie n ts   v s   f r eq u e n c y   o f   th p r o p o s ed   an ten n a s       5.   CO NCLU SI O N   T w o   co m p ac t   UW B   m o n o p o le  an te n n as  h a v b ee n   p r o p o s ed ,   an al y ze d   a n d   v alid ated   f o r   UW B   b an d   ap p licatio n s .   T h d ef ec ted   Gr o u n d   Str u ctu r ( DG S)  in   th g r o u n d   p lan p la y s   a n   i m p o r ta n r o le  in   th e   d esig n   o f   co m p ac an d   h ig h   p er f o r m a n ce   m icr o s tr ip   an te n n a.   Hen ce ,   th ese  n e w   p atch   an ten n as  w it h   DGS  h a v th e s e   p r o p er ties i m p r o v ed   r ef lecti o n   co ef f icie n t,  V SW R   b a n d w id t h ,   g ai n   o f   t h a n ten n as  co m p ar ed   to   t h e   co n v e n tio n al   an te n n a.   T h s i m u lated   an d   th m ea s u r ed   r esu lt s   ar i n   ag r ee m e n i n   ter m   o f   r ef lect io n   co ef f icie n t s   w h ic h   v al id ate  t h n o v el  co m p ac a n te n n s t r u ctu r es   w it h   b an d w id t h   o f   ( 3 - 1 4 . 5 GHz )   f o r   an ten n I   an d   ( 3 . 2 - 1 4 . 5 GHz )   f o r   an ten n I I .   T h ese  an t en n a s   ar s u itab le  ca n d id ate  f o r   UW B   b an d   ap p licatio n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 1 7     2 0 2 7     2 0 3 5   2034   ACK NO WL E D G E M E NT S   A ll  a u th o r s   w o u ld   lik to   th an k   DI C OM   L ab o r ato r y   i n   Un i v er s it y   o f   C a n tab r ia,   f o r   p r o v id in g   s u p p o r t a n d   ass is tan ce   to   p er f o r m   s i m u lat io n s   b y   u s in g   s o f t w ar es a n d   m ea s u r e m en ts   o n   t h VNA .       RE F E R E NC E S   [1 ]   T .   W .   B a rre tt ,   Histo ry   o Ultra W id e b a n d   UW Ra d a a n d   C o m mu n ica t io n s:  Pi o n e e rs   a n d   I n n o v a to rs ,   i n   P r o c .   P r o g re ss   in   El e c tro m a g n e ti c s S y m p o siu m   2 0 0 0   ( P IERS 2 0 0 0 ),   Ca m b rid g e ,   M A ,   Ju l y ,   2 0 0 0 .   [2 ]   F .   C.   C o m m issio n ,   Re v isio n   o f   P a rt  1 5   o f   th e   Co m m is sio n ’s  Ru les   Re g a rd in g   Ultra - w id e b a n d   T ra n sm i ss io n   S y st e m s,   F irst  Re p o rt  a n d   Or d e r” ,   ET   Do c k e 9 8 - 1 5 3 ,   F CC 0 2 - 4 8 ,   p p .   1 0 0 - 1 1 8 ,   2 0 0 2 .   [3 ]   Ka rti k   Ra m e sh   P a tel,   Ra m e sh   Ku lk a rn i ,   Ultra - W id e b a n d   (U W B)  W irele ss   S y ste m ,   In ter n a ti o n a J o u r n a o Ap p li c a ti o n   o r In n o v a ti o n   i n   E n g i n e e rin g   &   M a n a g e me n ( IJ AIE M )   IS S N 2 3 1 9   -   4 8 4 7     [4 ]   Ra sh id   A .   F a y a d h ,   M o h d   F a re q   A .   M a lek ,   Hilal  A .   F a d h il ,   F w e n   Ho o n   W e e ,   P lan a F i n g e r - S h a p e d   A n ten n a   Us e d   in   Ultra - W id e b a n d   W irele ss   S y st e m s ”,   T EL KOM NIKA,   v o l. 1 2 ,   n o . 2 ,   Ju n e   2 0 1 4 ,   p p .   4 1 9 - 4 2 8   [5 ]   C.   A .   Ba lan is,   A n ten n a   T h e o ry   t h ird   e d it i o n   -   A n a l y sis a n d   d e sig n ,   2 0 0 5 ,   p p .   8 1 6 - 8 3 0     [6 ]   S u n i ta  Ra n i,   Er.   De v e n d e S in g h ,   Krish a n   S h e rd ia  , UW Circu lar  M icro strip   P a tch   A n ten n a   d e sig n   sim u latio n   &   it A n a l y sis ,   In ter n a ti o n a J o u r n a o Ad v a n c e d   Res e a rc h   in   C o mp u ter   a n d   Co mm u n ica t io n   En g i n e e rin g ,   v o l.   3 ,   no.   7 ,   J u ly   2 0 1 4   [7 ]   M .   Ko o h e sta n i ,   M .   G o lp o u r ,   U - sh a p e d   M icro stri p   P a tc h   A n ten n a   w it h   No v e P a ra siti c   T u n in g   S tu b f o Ultra  W id e   Ba n d   A p p li c a ti o n s ,   IET   M icr o wa v e s,  An ten n a s &   Pro p a g a ti o n   ,   v o l.   4 ,   p p .   9 3 8 - 9 4 6 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   S .   A sh o k   Ku m a r,   T .   S h a n m u g a n a n th a m ,   I m p lan tab le  CP W   F e d   Z - S h a p e d   A n ten n a   f o IS M   Ba n d ,   9 7 8 - 1 - 4 6 7 3 - 5 9 5 2 - 8 /1 3 IEE 2 0 1 3 .   [9 ]   X .   T a n g ,   H.W o n g ,   Y.  L o n g ,   Q.  X u e ,   K.  L .   L a u ,   Circu larly   P o lar ize d   S h o rted   P a tch   A n ten n a   o n   H ig h   P e rm i tt iv it y   S u b stra te w it h   W id e b a n d ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   An ten n a s a n d   Pr o p a g a ti o n ,   v o l .   6 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 5 8 8 - 1 5 9 2 ,   2 0 1 2 .   [1 0 ]   P.   F e ,   Y. - C.   Jia o ,   Y.  Din g ,   F. - S .   Zh a n g ,   A   Co m p a c   Co p lan a W a v e g u id e   F e d   W id e   T a p e re d   S lo Ultra - W id e b a n d   A 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   L e tt e rs , v o l.   2 5 ,   p p .   7 7 - 8 5 ,   2 0 1 1   [1 1 ]   Ch a ir,   R. ,   A .   A .   Kish k ,   K.  F .   L e e ,   C.   E.   S m it h ,   M ic r o strip   L in e   a n d   C P W   f e d   Ultra  W id e b a n d   S l o t   A n ten n a w it h   U - sh a p e d   T u n i n g   stu b   a n d   Re f lec to r ,   Pro g re ss   In   El e c tro m a g n e ti c s R e se a rc h ,   PIE R   5 6 ,   p p .   1 6 3 - 1 8 2 ,   2 0 0 6 .   [1 2 ]   W a n   No o Na jw a   W a n   M a rz u d i ,   Z u h a iri a h   Zain a A b id in ,   W id e b a n d   G - S h a p e d   S lo t ted   P r in ted   M o n o p o l e   A n ten n a   f o W LAN  a n d   W iM AX   A p p li c a ti o n s” I n ter n a ti o n a l   J o u rn a l   o n   El e c trica l   En g i n e e rin g   a n d   In fo rm a ti c s v o l.   6 ,   n o .   3 ,   S e p tem b e 2 0 1 4   [1 3 ]   Y.  S u n g ,   T rip le  Ba n d - No tch e d   UW P lan a M o n o p o le  A n ten n a   Us in g   a   M o d if ied   H - S h a p e d   Re so n a to r ,   IEE E   T ra n sa c ti o n   o n   A n ten n a   a n d   Pro p a g a ti o n ,   v o l.   6 1 ,   n o .   2 ,   F e b ru a ry   2 0 1 3 .   [1 4 ]   Ha ss a n   M .   El k a m c h o u c h i,   Ra te b a   A .   S a le m ,   M icro strip   P a tc h   A n ten n a   w it h   Do u b le  S lo tf o W id e   Ba n d   A p p li c a ti o n s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c tro n ics   a n d   Co mm u n ic a ti o n   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   3 ,   n o .   3 M a rc h   2 0 1 6 .     [1 5 ]   L .   H.  W e n g ,   Y.  C.   G u o ,   X . W .   S h i,   X.  Q.   Ch e n ,   A n   Ov e rv ie w   o n   De f e c ted   G r o u n d   S tr u c tu r e ,   Pro g re ss   i n   E lec tro ma g n e ti c   Res e a rc h , v o l. 7 ,   p p .   1 7 3 - 1 8 9 ,   Ju ly   2 0 0 8 .   [1 6 ]   L o v e le e n   Ch e e m a ,   Krish a n   Ku m a S h e rd ia,   De sig n   o f   M icro stri p   A n ten n a   w it h   De f e c ted   G ro u n d   S tr u c tu re   f o r   UW A p p li c a ti o n s” ,   I n ter n a ti o n a J o u rn a o f   Ad v a n c e d   Res e a rc h   in   Co mp u ter   a n d   Co mm u n ica ti o n   E n g in e e rin g v o l.   2 ,   n o .   7 ,   Ju ly   2 0 1 3       B I O G RAP H I E O F   AUTH O RS          S a id a   Ela j o u m i   w a b o rn   in   Ag a d ir.   In   se p tem b e 1 9 8 4 .   He   re c e iv e d   th e   M a ste d e g re e   in   In stru m e n tatio n   &   T e lec o m   f ro m   th e   F S   Un iv e rsity   o f   Be n z o h r   in   Ag a d ir  M o ro c c o .   He   is  c u rre n tl y   a   P h stu d e n in   F S T   Un iv e rsity   H a ss a n   1 st   S e tt a t   M o r o c c o .   Hi re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   th e   a n a ly sis a n d   d e sig n   o f   m icro wa v e   p lan a a n te n n a s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Micr o s t r ip   R ec ta n g u la r   Mo n o p o le  A n ten n a s   w ith   Defe cted   Gro u n d   fo r   UW B   ….   ( S .   E la jo u mi )   2035     Abd e la li   Ta j m o u a ti   w a b o rn   i n ,   M o ro c c o ,   i n   1 9 6 2 .   He   re c e iv e d   th e   P h . D.   d e g re e   in   sc ien c e   e n g in e e f ro m   th e   Un iv e rsity   o f   P e r p ig n a n ,   F ra n c e ,   i n   1 9 9 2 .   He   is   c u rre n tl y   a n   a ss o c iate   P ro f e ss o o f   El e c tro n ics ,   t h e rm a tran sfe a n d   th e rm o d y n a m ic  in   F a c u lt y   o f   sc ien c e a n d   tec h n i q u e Un iv e rsit y   Ha ss a n   1 st   S e tt a t   M o ro c c o .   He   is  in v o lv e d   i n   th e   d e sig n   o f   h y b rid ,   m o n o li th ic ac ti v e   a n d   p a ss iv e   m icro w a v e   e lec tro n ic circ u it s               Ahm e d .   E r r k i k   w a b o rn   in   Ju ly   1 9 6 0   in   M o ro c c o .   He   re c e iv e d   t h e   P h . D.  d e g re e   in   p h y sic f ro m   th e   Un iv e rsity   o f   Tec h n o lo g y   Co m p ieg n e   (U T C ) ,   Co m p ieg n e ,   F ra n c e .   He   is  c u rre n tl y   a n   a ss o c iat e   P r o f e ss o o f   p h y si c in   F S T   u n iv e rsit y   Ha ss a n   1 st   S e tt a M o r o c c o .   He   is  in v o lv e d   in   t h e   d e sig n   o f   h y b rid ,   m o n o li t h ic ac ti v e   a n d   p a ss iv e   m icro w a v e   e lec tro n ic circ u it s               M o h a m e d .   La t r a c h   wa s   b o rn   in   Do u a rKs ib a ,   S les s,  M o ro c c o ,   i n   1 9 5 8 .   He   re c e i v e d   th e   P h . D.   d e g re e   in   e l e c tro n ics   f ro m   th e   U n iv e rsity   o L i m o g e s,   L i m o g e s,  F ra n c e ,   in   1 9 9 0 . He   is  c u rre n tl y   a   P r o f e ss o o m icro w a v e   e n g in e e r in g   w it h   th e   Eco le  S u p rieu re   d ’E lec tro n iq u e   d e   l’Ou e st  (ES EO),   A n g e r s ,   F ra n c e ,   w h e re   h is  re se a r c h   in v o lv e RF   a n d   m i c ro wa v e s.  His  f ield   o f   in tere st  is   th e   d e sig n   o f   h y b rid ,   m o n o li t h ic  a c ti v e ,   a n d   p a ss iv e   m i c ro wa v e   c ircu it s,  m e ta  m a teria ls,   L m a teria ls,   a n ten n a s an d   th e ir   a p p l ica ti o n in   w irele ss   c o m m u n ica ti o n s.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.