I nte rna t io na l  J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 ,  Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 46 7 ~ 3 4 7 4   I SS N:  2088 - 8708 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 7 i 6 . pp 3 46 7 - 347 4           3467       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   A Lea k y  Wav e A ntenna D esig n Ba sed o n  H a l f - m o de   S ubstra t e  I ntegra ted  W a v eg uide   Techno lo g y  f o r  X Ba nd Appl i ca tions       S.  Do ucha 1 ,  M .   Abri 2 ,   H .   Abri  B a da o ui 3 ,   B .   F ella h 4   T e le c o m m u n ica ti o n   D e p a rtem e n t,   F a c u lt y   o f   Tec h n o lo gy ,   Un iv e rsi t y   o f   T le m c e n –   BP   2 3 0 ,   Ch e to u a n e ,     1 3 0 0 0   T le m c e n ,   A l g e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   3 1 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   A pr   2 4 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   18 ,   2 0 1 7       A   n e w   t y p e   o f   le a k y - w a v e   a n ten n a   (L WA )  u sin g   h a l f - m o d e   su b stra te  in teg ra ted   w a v e g u id e   (HMS IW )   a s  th e   b a se   stru c t u re   is  p r o p o s e d   in   th is   p a p e r.   T h e   stru c tu re   c o n sists   o f   a n   a rra y   o f   slo t,   a n ten n a   d e sig n e d   to   o p e ra te  in   X   b a n d   a p p l ica ti o n s  f ro m   8   to   1 2   G Hz .   HMS IW   p re se r v e s  n e a rly   a ll   th e   a d v a n tag e s  o f   S IW   w h e re a s  it s  siz e   is  n e a rly   re d u c e d   b y   h a lf .   T h e   a n ten n a   ra d iate s  o n e   m a in   b e a m   th a t  c a n   b e   ste e re d   f ro m   th e   b a c k w a rd   to   th e   f o r w a rd   d irec ti o n   b y   c h a n g in g   f re q u e n c y .   K ey w o r d :   L ea k y   w a v e  a n ten n a    H alf   M o d e  s u b s tr ate  i n te g r at ed   W av eg u id e    X - B an d     C ST   Co p y rig h t  ©   2 0 1 7   In stit u te o f  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 l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :                 1.   I NT RO D UCT I O N   Su b s tr ate  I n teg r ated   W av e g u i d es  ( SIW )   is   u s ed   f o r   tr an s m is s io n   o f   E lectr o m a g n etic  w a v es.  T h e y   ar e  p lan ar   s tr u ctu r es  b elo n g i n g   to   th e  f a m il y   o f   S u b s tr ate  I n teg r ated   C ir cu i ts .   B ec au s e  o f   t h eir   p lan ar   n at u r e,   th e y   ca n   b e  f ab r icate d   o n   p la n ar   cir cu it s   li k e  P r in ted   C ir cu it  B o ar d s   ( P C B )   an d   ca n   b e  in teg r ated   w it h   o t h er   p lan ar   tr an s m i s s io n   lin e s   li k e   m icr o s tr ip s .   T h e y   r etai n   th e  lo w   lo s s   p r o p er ty   o f   t h eir   co n v e n tio n al  m etallic   w a v e g u id es   an d   ar e  w id el y   u s ed   as   in ter co n n ec t io n   i n   h ig h   s p ee d   cir cu it s ,   f ilter s ,   d i r ec tio n al  co u p ler s ,   an ten n a s . T h e  SIW   co n s is t s   o f   t w o   l in ea r   m etall ic  co n n ec te d   v ia  d ielec tr ic  s u b s tr ate  w i th   a  h ei g h t  o f   h .   T h e   elec tr o m ag n etic  f ield s   w it h i n   t h e  SIW   ar e  co n f i n ed   b y   t h ese  m etallic  v ia  ar r a y s   [ 1 ] .   A  m o r e  co m p ac t  g u id ed   w a v e   s tr u c tu r e  ca lled   h a lf - m o d e  s u b s tr ate  in teg r ated   w a v e g u id e  ( HM SIW )   h as  r ec en tl y   b ee n   p r o p o s ed   [ 2 ] , [ 3 ] ,   w h ic h   p r eser v es  n ea r l y   all  t h e  ad v a n tag e s   o f   SIW   w h er ea s   it s   s ize  i s   n ea r l y   r ed u ce d   b y   h al f .   T h e  t r an s v er s e  s lo tted   r ec tan g u lar   w a v e g u id e  is   a  s i m p le  s tr u ct u r e  th at  w o r k s   as  a   leak y - w a v e     an te n n a  h av i n g   f r eq u en c y   b ea m - s ca n n i n g   ca p a b ilit y ,   w it h   an   o r th o g o n al  p o l ar izatio n   f r o m   t h e  co n v e n tio n al    tr av el lin g - w a v e   s lo tted   an te n n a.   B ec au s e  o f   t h e  p o lar izatio n ,   t h e  tr an s v er s e   s lo tted   r ec tan g u lar   w a v e g u id e  ca n   s ca n   f r o m   n ea r   b r o ad s id e  t o   en d   f ir e  if   t h e  w a v eg u id e  is   f illed   w it h   a  d ielec t r ic  m ater ial   [ 4 ] .     Du e  to   th eir   s u p er io r   f r eq u en c y - s ca n n i n g   ca p ab ilit y   a n d   ea s e  o f   f ee d in g ,   lea k y - w a v e  an ten n a s   ( L W A s )   p o s s ess   ce r tai n   ad v a n tag e s   o v er   co n v e n tio n al  an te n n a  ar r a y s .   A   h i g h - g ain   L W A  ca n   b e  ac h iev ed   b y   s i m p l y   e x te n d in g   its   p h y s ica l  len g t h ,   w h ic h   ca n   r es u l t  in   a  co m p ac t  s ize  esp ec iall y   i n   m il li m e ter - w a v e   ap p licatio n s .   F u r th er m o r e,   L W A s   ca n   b e  d esi g n ed   to   ex h i b it  b o th   f o r w ar d   an d   b ac k w ar d   b ea m   s teer i n g   b y   in co r p o r atin g   m e ta m ater ia ls   i n to   th eir   u n it  ce lls   [ 5 ], [ 6 ] .   N ev er th ele s s ,   th e  f r eq u e n c y - s ca n n i n g   ca p ab ili t y   o f   m eta m ater ial - b ased   L W As  is   n o t  s u itab le  f o r   m o r e  co m m o n   f i x ed - f r eq u e n c y   ap p licatio n s .   T h u s ,   th er e  h a s   b ee n   co n s id er ab le  in ter est i n   t u n ab le  s ca n   a n g le  L W A s   [ 7 ].   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 .   6 ,  Dec em b er   201 7   :   3 4 6 7   –   3 4 7 4   3468   I n   th i s   p ap er ,   a  n o v el  leak y - w a v e  an te n n a  b ased   o n   th e   HM SIW   tech n iq u e  i n   th e  b an d   X  is   p r esen ted ,   f ir s t  w e  d esi g n   a  H MSI W   co m p o n e n t  o p er atin g   i n   X - b a n d   f o r   T E 1 0   m o d e  w it h   C ST   Mic r o w av e   Stu d io   ®  co m m er cial  s o f t w ar e' s .   T h e  d esig n   p r o ce d u r es  b e g in   b y   e x tr ac ti n g   t h e  eq u i v ale n t  w id th   g u id e  an d   th en   ca lcu late  t h e  w id t h   o f   H MSI W ,   b y   t h e  f o llo w i n g   f o r m u las  d es ig n .   Af ter   t h at,   an d   f o r   tr an s it  HM SIW   to   m icr o s tr ip   w e  u s e  th e  A D S ( ad v a n ce d   d esig n   s y s te m   )     So f t w ar e.   Fin all y ,   w e   d esi g n   a  lea k y - w a v e  a n te n n a   b ased   o n   h al f   m o d e  s u b s tr ate  i n te g r ated   w a v e g u id e   ( HM SIW )   w it h   tr a n s v er s e  s lo t s ; t h e  a n ten n a  r ad iate s   o n e  m a in   b ea m   t h at  ca n   b e  s teer ed   f r o m   t h e  b ac k w ar d   to   th e  f o r w ar d   d ir ec tio n   b y   ch a n g i n g   f r eq u e n c y .   T o   co n f ir m   o u r   r esu lts   an o th er   s i m u lato r   HFSS   is   u s ed   f o r   co m p ar is o n .                                 a)   SIW                                                                                                                                       b )   HM SIW     Fig u r e  1 .   s h o w s   t h e  co n s tr u cti o n   o f   SIW   an d   HM SIW       2.   H M SI W   E Q UA T I O N S   W h en   th e  d o m i n a n t  m o d e  p r o p ag ates  in   a  SIW ,   th e  m a x i m u m   v alu e  o f   E - f ie ld   is   p lace d   at  th e  v er tical  ce n ter   p lan e  alo n g   t h e  tr an s m is s io n   d ir ec tio n .   I n   ad d itio n ,   b ec au s e  o f   lar g e  w id t h   to   h ei g h t  r atio   ( W HR ) ,   th e  n o r m al  m a g n e tic  f ield   i s   eq u al  to   ze r o   at  th i s   p lan e.   A s   a  r es u lt,  t h e  s y m m et r ical  p lan e  o f   SIW   co u ld   b e  co n s id er ed   as  a  m ag n etic  w al l  w h e n   i t  w o r k s   a t  it s   d o m i n an t  m o d e.   B ased   o n   t h is   th eo r y ,   t h e  SIW   s tr u ct u r e  co u ld   b e  b is ec ted   i n to   h al v es  at  th e  m a g n etic  w all.   E ac h   h al f   is   ca lled   HM SIW   an d   is   ab le  to   s u p p o r t n ea r l y   h al f   o f   t h e  o r ig i n al  f ield   d is tr ib u tio n .  I n   t h is   s ec tio n   w e  ca lc u late  t h e  p ar a m eter s   o f   HM SIW   b y   th e  f o llo w in g   eq u atio n s.   Si n ce   SIW   d esig n   g e n er all y   w o r k s   i n   T E 1 ,   0   m o d e,   s o   h er e  m =1 ,   n =0 .   T h er ef o r e  th e   eq u atio n   f o r   cu to f f   f r eq u e n c y   r ed u ce s   to :      a c f c 2                                                                                     Fo r   DFW   w it h   s a m e  cu t o f f   f r eq u en c y ,   d i m e n s io n   " ad "   is   f o u n d   b y :     r d a a                                                                                  Hav i n g   d eter m in ed   t h e  d i m e n s io n   ad   f o r   th e  DFW ,   w e  ca n   n o w   p ass   to   t h e  d esig n   eq u atio n s   f o r   SIW   [ 8 ].       ) 95 . 0 ( 2 s d a a d s                           w h er e,   a  i s   t h e  to tal  b r o ad   s id e  d i m e n s io n   o f   t h e  r ec ta n g u lar   w a v e g u id e,   a s   i s   t h e  s ep ar atio n   b et w ee n   v ia  r o ws   ( ce n tr e  to   ce n tr e) ,   a  is   th e  w i d th   o f   DFW ,   d   is   th e  d ia m ete r     ( as  s h o w n   i n   Fi g u r e  2 )   an d   c  is   th e  v e lo cit y   o f   lig h t in   f r ee   s p a ce .   Fo r   SIW   d esig n ,   th e  f o llo w i n g   t w o   co n d i tio n s   ar e  r eq u ir ed   [9 ]:     5 g d                                                                                                                                                                                                                                                                      M e t a l             v i a   S u bs tr a t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       A   Lea ky   W a ve   A n ten n a   Desig n   B a s ed   o n   Ha lf - mo d e   S u b s tr a te  I n teg r a ted   W a ve g u id e    . . . .   ( S .   Do u ch a )   3469   d s 2                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             w h er e   : λg   ( g u id ed   w a v elen g t h )   is   [ 10 ]             2 2 2 2 2 a c f r g                                          3.   H M SI W  DE SI G N   T h e  F ig u r e   2  s h o w s   th e  tr an s m i s s io n   co ef f icien t  an d   th e  r ef lectio n   co ef f icie n t  o f   HM SIW   w it h   d if f er e n t  v alu e s   o f   g u id e  w id t h   ( a s2 ) ,   f r o m   t h e  f ig u r e  it  ca n   b e  s ee n   t h at  t h er e  is   a  tr a n s m i s s io n   f r o m   th e  c u t - o f f   f r eq u e n c y   ( 8 . 5 GHZ )   f o r   a  w id t h   eq u al  to   h al f   o f   g u id e  SIW   ( a s2   =  a s   / 2 ) .                   Fig u r e  2 .   T h e  tr an s m i s s io n   co ef f icien t a n d   th e  r e f lecte d   p o w er   o f   th e  HM SIW   w av e g u id e  f o r   d if f er en t    v alu e s   a s2         T h e  s tr u ctu r e  o f   th e  HM SIW   is   s k etc h ed   in   Fi g u r e  3 .   T h e  s u b s tr ate  is   co v er ed   w it h   co p p er   o n   b o th   s id es  f o r m i n g   a  w a v e g u id e,   to g eth er   w it h   on e   r o w   o f   m eta lli c  v ia s   alo n g   th e   w av e   p r o p ag atio n   d ir ec tio n ,   T h e   th ic k n e s s   an d   th e  w id t h   o f   th e   HM SIW   ar e   h   an d   a s2 ,   r esp ec tiv el y .   T h e  d iam eter   o f   th e  m e talli c  v ias  is   d ,   an d   th e  p er io d   o f   th e  v ias  i s   s .   W e  u s e  T h e  p r ev io u s   eq u atio n s   to   b u ild   a  HM SIW   w i th   C S T   b y   th e  f o llo w in g   s p ec if icatio n s ;   cu to f f   f r eq u en c y   o f   T E 10    m o d e  in   SIW   is   s elec ted   ab o u t  8 . 5   GHz   w it h   th e  f o llo w i n g   p ar am et er s   :  s u b s t r at   t y p e  A r l o n   C u     2 3 3 lx   ( lo s s y ) ,   d ielec tr ic  co n s ta n t  o f   εr =  2 . 3 3   an d   tan g   δ=0 . 0 0 1 3 .   T h e  f i g u r e   4   s h o w s   th e  d o m in a n t  m o d e  elec tr ic  f ield s   o f   H MSI W   g u id e  s i m u lated   in   f r eq u e n c y   1 0   GHz .           7 8 9 10 11 12 13 14 15 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0     a s 2 = a s / 2 a s 2 = 3 a s / 4 a s 2 = a s 7 8 9 10 11 12 13 14 15 -5 -4 -3 -2 -1 0     a s 2 = a s a s 2 = 3 a s / 4 a s 2 = a s / 2 S 11     S 12                     Fre q u e n c y   [G H z ]     Fre q u e n c y   [G H z ]     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 .   6 ,  Dec em b er   201 7   :   3 4 6 7   –   3 4 7 4   3470     .         Fig u r e   3 .   HM SIW     p ar am eter s           Fig u r e   4 .   T h e  d o m in a n t  m o d e  elec tr ic  f ield s   o f   H MSI W   g u id e  s i m u lated   i n   f r eq u e n c y   1 0   G HZ       T h e  s i m u latio n   r e s u lt s   b et w ee n   th e  f r eq u e n cies  r a n g e s   [ 8 - 1 5   GHz ]   ar e  illu s tr ated   i n   t h e  f i g u r e   5,   it  is   clea r   th at  th e  tr a n s m i s s io n   b etw ee n   [ 7 - 8 . 5   GHz ]   is   i m p o s s ib le  b ec au s e  it is   b e f o r e  th e  cu to f f   f r eq u e n c y ,   w h ic h   is   8 . 5   GHz   as  ca lcu la ted   th eo r etica ll y .   I n   th i s   ca s e,   t h e  tr a n s m is s io n   b et w ee n   [ 8 . 5 - 15   GHz ]   is   lo w   an d   th is   is   d u e  to   th e  in co r r ec t a d ap ta tio n   o f   th e  g u id e .                                                           ( a)                                                                                                                                                                           ( b )     Fig u r e  5 .  ( a ) : T h e  r ef lecte d   p o w er   an d   ( b )   :   th e   tr an s m is s io n   co ef f icie n t o f   th e  HM SIW   w a v eg u id e.   T h e  HM SIW   w a v eg u id e  p ar a m eter s   ar e  s et  to :  a s2 = 7 . 4   m m ,   d =2 .5   m m ,   s = 3. 25   m m ,   h =0 . 5 0 8   m m       On ce   t h e  SIW   is   d esig n ed ,   it   is   n ec es s ar y   to   h a v e  a  tr an s i tio n   to   a  tr an s m is s io n   l in e  to   en s u r e  a  p er f ec t  ad ap tatio n .   T h is   tr an s it io n   co n ta in s   t w o   m a in   p ar a m e ter s ,   th e   o r ig i n al   w id th   W 0 ,   th e  f i n al   w id th   W   o f   th e  p r o f ile  li n e  . I t  is   n ec e s s ar y   to   ca lcu late  t h e  i m p ed an ce   o f   SIW   g u id e,   w h ic h   is   g iv e n   b y   t h e  f o llo w i n g   f o r m u la   [ 8 ]   :     s a b 8 Z = Z 2 TE pi                                                                                                                                                                                                                                                                                                 S   d   as 2   S u b s t r a t   ( ε r ,   tan g   δ )   h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       A   Lea ky   W a ve   A n ten n a   Desig n   B a s ed   o n   Ha lf - mo d e   S u b s tr a te  I n teg r a ted   W a ve g u id e    . . . .   ( S .   Do u ch a )   3471   Fo r   th e  ca lcu la tio n   o f   t h e   g u id e  i m p ed an ce ,   it  is   a ls o   n ec es s a r y   to   ca lc u late   th e   w a v e  i m p e d an ce   o f   T E   m o d e,   w h ic h   is   g iv e n   b y   [ 8 ]   :   Z TE = j = = √ × g         T h e  ca lcu lated   p ar a m eter s   ar e  u s ed   to   co n s tr u ct  a  tap er   b y   u s i n g   A DS   ( ad v an ce d   d esi g n   s y s te m )   s o f t w ar e,   th e  p h y s ical  tr an s itio n   s tr u ctu r e  o f   m icr o s tr ip   li n e  w it h   t h e  g u id e  HM SIW   is   s h o w n   i n   Fi g u r e  6 .                 Fig u r e   6 .   T o p o lo g y   o f   tr a n s iti o n   w ith   HM SIW   g u id e. w i th   w= 5 . 5 9   m m , w 0 =1 . 5 9   m m ,   L =1 6 . 6 3   an d     L 0 =1 6 . 9 9   mm       T h e  R ef lecte d   p o w er   a n d   th e   t r an s m is s io n   co e f f icie n t  o f   th e   tr an s itio n   to p o lo g y   w it h   HM S I W   g u id e  is   o b tain ed   b y   s i m u latio n   u s i n g   C ST   s o f t w ar e  ar e  s h o w n   i n   th e  Fi g u r e  7 .  On e  ca n   o b s er v e  th at  i n   th e  to tal   p ass b an d   ( 8 . 5   -   1 5   GHz )  t h e  r ef lectio n   co ef f icien t  S  1 1   is   le s s   th a n   - 1 0   d B   an d   th e  S1 2   in cr ea s es  r ap id ly   f r o m   th e  c u t - o f f   f r eq u e n c y   to   a  to ta l  tr an s m i s s io n   o f   t h e  p o w er , o b tain ed   r es u lt s   ar e  co n f ir m ed   with   H FS S  w h ic h   i s   u s ed   f o r   co m p ar is o n   .            ( a)                                                                                                                                                                         ( b )     Fig u r e  7 .  ( a) :  R ef lecte d   p o w er   an d   ( b ) :  th e  tr an s m is s io n   co ef f icie n t o f   t h e  tr an s itio n   to p o lo g y   w i th   HM SIW   g u id e       4.   L WA  B AS E D  O N  H M SI W  DE S I G N   T h e  leak y - w av e  a n te n n a s   ar e  ess en t ial  to   p r o v id e  th e  b en ef it  o f   h i g h   d ir ec ti v it y   wi t h o u t  co m p le x   f ee d in g   n et w o r k . T h e  g eo m e tr y   o f   t h e  H MSI W   w it h   tr an s v er s e  s lo t  i s   s h o w n   i n   Fi g u r e  8.   T h e  leak a g e  i s   o b tain ed   b y   t h e  i n tr o d u ctio n   o f   a  p er io d ic  ar r ay   o f   tr a n s v er s e  s lo ts   o n   t h e  to p   o f   HM SIW   w h ic h   in ter r u p t  th e   cu r r en t  f lo w   o n   t h e  to p   w all.   T h e  ar r an g e m e n t  o f   th e  s lo ts   d eter m in e s   t h e  p o lar izatio n   a n d   th e  d ir ec tio n   o f   r ad iatio n   o f   th e  L W A   a n ten n a.   T h e  L W A   an te n n a  i n   HM S I W   tech n o lo g y   i s   d esig n ed   o n   a  s u b s tr ate  w ith   a   co n s ta n t d ielec tr ic  o f   2 . 3 3 ,   tan g δ =   0 . 0 0 1 3   an d   th ick n e s s   0 . 5 0 8   m m   f o r   X - b an d   ap p licatio n s .                           W0                     W                     L                     L 0     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 .   6 ,  Dec em b er   201 7   :   3 4 6 7   –   3 4 7 4   3472                                                                                           ( a)                                   ( b )     Fig u r e   8 .  ( a)   Stru ctu r e  o f   leak y - w av e  a n te n n a   b ased   o n   HM SIW ,   ( b )   L W A   HM SIW   alig n m en t in   t h e  co o r d in ates       T h e  s i m u la ted   r esu lts   o f   S - p ar a m eter s   f o r   leak y   w av e  an ten n a  b ased   o n   HM SIW   is   s h o w n   in   Fi g u r e   9 .   I t  ca n   b e  o b s er v ed   th at  s i m u lated   S 11   is   b elo w   – 1 0   d B   f r o m   8 . 5   to   15   GHz   an d   S 21   is   b ig g er   th a n   – 5   d B   f r o m   9   to   15   G Hz .   T h e  F i g u r e   10   s h o w s   th e  d o m in a n t  m o d e  elec tr ic  f ield s   o f   L W A   H MSI W   s i m u lated   i n   f r eq u en c y   1 0   GHz .   T h e  s a m e  r esu lt s   ar e  also   o b tain ed   w it h   HFSS   s i m u lato r .                                                                                 ( a)                                                                                                                                                                                       ( b)     Fig u r e   9 . ( a ) :   R ef lecte d   p o w er   an d   ( b ) :  th e  tr an s m is s io n   co e f f icien t o f   L W A   b ased   o n   HM S I W                                                    S l o t s   S u b s t r a t   ( ε r ,   tan g   δ )   f =  8  G H z     f =  8 .5 G H z     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       A   Lea ky   W a ve   A n ten n a   Desig n   B a s ed   o n   Ha lf - mo d e   S u b s tr a te  I n teg r a ted   W a ve g u id e    . . . .   ( S .   Do u ch a )   3473                                       Fig u r e   10 .   T h e  s i m u lated   r ad iatio n   p atter n s   i n   p o lar   co o r d in ates                 Fig u r e   11 .   T h e  s i m u lated   r ad iatio n   p atter n s   i n   3 - D       Fig u r e  10   an d   11   s h o w s   r esp ec tiv el y   t h e  s i m u lated   r ad iati o n   p atter n s   in   p o lar   a n d   3 - D.   As  s h o w n ,   th e  m a in lo b e  d ir ec tio n   o f   th is   L W A   H MSI W   s ca n s   f r o m   0 ◦   at  8   GHz   t o   4 6 ◦   at  9 . 5 .5   G Hz ,   w it h   a  m a x i m al   r ea lized   g ain   o f   1 0 . 8   d B   at  32 ◦   ( f = 9   GHz ) .   S o   w h e n   t h e   f r eq u e n c y   i s   i n cr ea s ed ,   th e   n ar r o w   b ea m   s ca n s   s m o o th l y   f r o m   t h e  b r o ad s id e   to   en d   f ir e  d ir ec tio n .   B o th   o f   HFSS   a n d   C ST   g iv e  t h e  s a m e  r e s u lt.            f =   9 .5 G H z     f =  9  G H z     f =  8  G H z     f =   8 .5   G H z     f =   9   G H z     f =   9 .5 G H z     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 .   6 ,  Dec em b er   201 7   :   3 4 6 7   –   3 4 7 4   3474   5.   CO NCLU SI O N   A   lea k y - w a v e  an ten n a  b ased   o n   th e  HM SIW   tech n iq u e  is   p r o p o s ed .   T h e  an ten n a  is   c h ar a cter ized   b y   m an y   attr ac ti v e  ad v a n ta g es,  i n clu d i n g   co m p ac t   s ize,   ea s y   f ab r icatio n ,   lo w   co s t,  lo w   lo s s ,   w id e  b an d w i d t h ,   an d   d ir ec t  in teg r atio n   w it h   p lan ar   cir cu its .   T h e  d esig n   i s   f ir s t  p ass ed   b y   ca lcu la tin g   th e  p ar am eter s   o f   HM SIW ,   th an   w e  o p ti m ize  t h e  tap er   to   m a k e  th e  tr an s iti o n   b et w ee n   s u p p l y   a n d   i n p u t   g u id e  to   en s u r e  a   p er f ec t  ad ap tatio n ,   af ter   th a t  w e  d es ig n   a  lea k y   w a v e  a n te n n a   b ased   o n   a  h al f   m o d e  s u b s tr ate  i n te g r ated   w a v e g u id e  ( HM SIW ) ,   s i m u lat io n s   ar e  r ea lis ed   w i th   b o th   o f   C ST   an d   HFS S  (   f o r   co m p ar is o n   )   ,   th e  d ir ec tio n   o f   r ad iatio n   in   t h is   a n te n n a  c h an g e  ac co r d in g   to   th e  v ar iatio n   o f   f r eq u en c y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   Na sri,   e t  a l. ,   “ A   Co m p a c t  S I W   M ix e r  f o r  M il li m e ter - Wav e   Ap p li c a ti o n s,”  I n ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l   a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v ol /i ss u e :   4 ( 6 ) ,   p p .   9 0 2 ~ 9 0 8 ,  2 0 1 4 .   [2 ]   Y.  Q.  W a n g ,   e t  a l. ,   “ Ha l f   m o d e   s u b stra te  in teg ra ted   w a v e g u id e   (H M S IW )  f il ter,”  IEE E  M icr o w.   W i re les s  Co mp u t .   L e tt . ,   v o l / issu e :   17 ( 4 ) ,   p p .   2 6 5 – 2 6 7 ,   2 0 0 7 .   [3 ]   B.   L iu ,   e t  a l . ,   “ Ha lf   m o d e   su b stra te.i n teg ra ted   w a v e g u id e   (HMS IW )  3 - d B  c o u p ler,”  IEE E  M icr o w.   W ire les s  Co mp u t .   L e tt . ,   v o l /i ss u e :   17 ( 1 ) ,   p p .   2 2 – 2 4 ,   2 0 0 7 .   [4 ]   T .   V .   R .  Krish n a ,   e t  a l. ,   “ M i c r o strip   L in e   F e d   L e a k y   W a v e   A n te n n a   w it h   S h o rt in g   V ias   f o r  W id e b a n d   S y ste m s , ”  In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,  v ol / issu e :   6 ( 4 ) ,   p p .   1 7 2 5 ~ 1 7 3 1 ,  2 0 1 6 .   [5 ]   Y.  W e it sc h   a n d   T .   Ei b e rt,   “ A   le f t - h a n d e d /ri g h t - h a n d e d   lea k y - wa v e   a n ten n a   d e ri v e d   f ro m   slo tt e d   re c tan g u lar  h o ll o w   w a v e g u id e , ”   in   E u ro p e a n   M icr o wa v e   Co n f . ,   M u n ic h ,   G e r m a n y ,   p p .   9 1 7 – 9 2 0 ,  2 0 0 7 .   [6 ]   K.  Ok u b o ,   e t  a l. ,   “ Ne w   c o m p o site  rig h t/ lef t - h a n d e d   tran sm issio n   li n e   u sin g   s u b stra te  i n teg ra ted   w a v e g u id e   a n d   m e tal - p a tch e s,” in   IEE E  M T T - S   I n t.   M icr o wa v e   S y m p .   Di g . ,   B o sto n ,   M A ,   p p .   4 1 – 44 ,  2 0 0 9 .   [7 ]   S .   L i m ,   e t  a l. ,   “ El e c tro n ica ll y - c o n tro ll e d   m e ta m a t e rial  b a se d   tran s m issio n   li n e   a s a c o n ti n u o u s - sc a n n i n g   lea k y - w a v e   a n ten n a , ”   i n   IEE E   M T T - S   In t.   M icr o wa v e   S y mp .   Di g . ,   F o rt   W o rth ,   T X ,   p p .   3 1 3 – 3 1 6 ,  2 0 0 4 .   [8 ]   X .   Ch e n ,   e t  a l. ,  “ S u b stra te  I n teg ra ted   W a v e g u id e   (S IW )  L in e a r   P h a se   F i lt e r, ”   IEE E  M icr o wa v e   a n d   W ire les s   Co mp o n e n ts  L e tt e rs ,  v ol /i ss u e :   15 ( 11 ) ,   2 0 0 5 .   [9 ]   J.  E.   R .  S a n c h e z   a n d   V .   G .  Ay a l a ,   “ A   G e n e ra l  EM - Ba se d   De sig n   P ro c e d u re   f o r  S i n g le - L a y e r  S u b s trate   In teg ra ted   W a v e g u id e   In terc o n n e c ts  w it h   M icro strip   T ra n siti o n s , ”   IEE E  M T T - S   In t .   M icr o wa v e   S y mp .   Dig . ,   A tl a n ta,  GA ,   p p .   983 - 9 8 6 ,  2 0 0 8 .   [1 0 ]   Y .   J .   B an ,   “ T u n a b le F e rrit e   P h a se   S h if ters   Us in g   S u b stra te I n teg ra ted   W a v e g u id e   T e c h n iq u e , ”   t h e se s ,   2 0 1 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.