I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 8 ,   p p .   3 6 2 7 ~ 3 6 3 5   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 8 i 5 . pp 3 6 2 7 - 3635           3627       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Desig n St udy  o a  Minia turi z ed  Mu lti - la y ered    Antenna - in - pa c ka g e f o r 2.4  GH Z   Wireless  Co mm u nica tion       J a la l N a g ha r 1 ,   O t m a n Ag hzo ut 2 ,   Azz eddin   Na g ha r 3   1 De p t.   o f   P h y sic s,  F a c u lt y   o f   S c ie n c e ,   A b d e lma lek   Essa a d Un iv e rsity ,   T e to u a n ,   M o ro c c o   3 El e c tro n ics   &   M icro w a v e   G ro u p ,   T e lec o m m u n ica ti o n   De p a rtm e n t,   ENS A ,   T e to u a n ,   M o ro c c o   2 De p t.   o f   S ig n a t h e o ry   a n d   Co m m u n ica ti o n s,  Un iv e rsity   o f   V ig o ,   V ig o ,   S p a i n       Art icle   I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   3 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   2 8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   5 ,   2 0 1 8     T h is  p a p e p r o p o se a   n o v e m in iatu riza ti o n   tec h n iq u e   t o   e n h a n c e   th e   ra d iatio n   p ro p e rti e o f   sm a ll   m u lt i - lay e p a tch   a n ten n a   u se d   i n   p a c k a g e d   c ircu it s.  T h e   m u lt il a y e re d   a n ten n a   d e sig n   is  c o m p o se d   o f   th re e   lay e rs  w it h   d if fe re n sh a p e s.  A n   e n h a n c e m e n o n   t h e   ra d iati o n   p r o p e rti e s   h a b e e n   o b tai n e d   b y   o p ti m izin g   th e   g e o m e tr y   o th e   ra d iate d   e le m e n a n d   th e   p a ra siti c   c o n d u c to o f   th e   m id d le  la y e r.   Th e   w h o le  d e sig n   h a b e e n   im p lem e n ted   o n   th e   F R4   s u b stra te  w it h   d iele c tri c   c o n sta n o f   4 . 4 ,   th ick n e ss   o f   1 . 6   m m   a n d   Co p p e t h ick n e ss   o f   5     m .   T h e   f ir st  la y e is  a   d riv e n   e le m e n w h il e   se c o n d   a n d   th e   th ir d   lay e a re   p a ra siti c   p a tch   e le m e n ts.   T h e   o p ti m iz e d   m u lt il a y e r   a n ten n a   h a a   v e r y   s m a ll   si z e   o f                     .   Co n sid e ri n g   th e   sm a ll   siz e   o f   th e   a n ten n a ,   a   d e tailed   stu d y   o f   th e   p a ra m e ter  a ff e c ti n g   th e   ra d iatio n   h a b e e n   c o n sid e re d   t o   f o rc e   th e   a n ten n a   to   o p e ra te  a 2 . 4   G H z   b a n d .   M in iatu riza ti o n   tec h n iq u e b a se d   o n   th e   c u rre n d istri b u ti o n   h a v e   b e e n   a lso   tak e n   in to   a c c o u n to   sh if d o w n   th e   re so n a n f re q u e n c y   a n d   re d u c e m o r a n d   m o re   th e   a n ten n a   siz e   a th e   d e sig n e d   o p e ra ti n g   f re q u e n c y .   T h e   m in iatu rize d   a n ten n a   m a in tain p e rf o r m a n ra d iatio n   c h a ra c teristics   in   term s   o f   re f lex io n   c o e ff i c ien t,   b a n d w id th   a n d   d irec ti v it y .   A ll   d e v e lo p e d   a n ten n a a re   si m u late d   u sin g   t h e   c o m m e rc ial   El e c tro m a g n e ti c   CS T   M icro wa v e   S tu d io   so f t w a re .   A c h iev e d   re su lt d e m o n stra te  a   g o o d   p e rf o rm a n c e   w it h   lo w   c o st  a n d   c o m p a c siz e   K ey w o r d :   2 . 4   GHz   b an d   C o m p ac t size   Min iat u r izatio n   tec h n iq u e s     Mu lti - la y er   Mu ltil a y er ed   an te n n a   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te  o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J alal  Nag h ar   Dep t.  o f   P h y s ic s ,   E lectr o n ic  a n d   Mic r o w a v Gr o u p ,     Facu lt y   o f   Sc ien ce ,   A b d el m a lek   E s s aa d i U n iv er s it y ,     T eto u an ,   Mo r o cc o .   E m ail:  j alaln a g h ar @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     Fro m   t h p r o g r es s in g   o f   co m m u n icatio n   s y s te m s ,   a n te n n d esi g n   h as   b ee n   a l w a y s   th p r i m e   i m p o r tan to   tak u p   th i s   ch allen g e.   Mic r o s tr ip   p atch   an t en n a s   ar v er y   attr ac ti v ca n d id ates  f o r   u s i n   m o d er n   w ir eles s   co m m u n icat io n   s y s te m s   d u to   th ei r   m o d er ate  p er f o r m a n ce   an d   ea s e   o f   in te g r atio n   w i t h   m icr o w av d e v ices  a n d   w ir el ess   e n g i n ee r s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h m i cr o s tr ip   an ten n is   m o r an d   m o r f r eq u e n tl y   i n   m o d er n   co m m u n icat io n   s y s te m s ,   esp ec ial l y   i n   w ir ele s s   s y s te m   f o r   lo ca ar ea   n et w o r k   [ 3 ] .   T h er ef o r e,   it  is   ch alle n g i n g   to   d esi g n   an d   m i n iat u r m icr o s tr ip   an te n n a s   to   h av e   b etter   r ad iatin g   p r o p er ties   w it h   co m p ac t   s ize.   I n   t h l iter atu r co n ce r n in g   th m i n iat u r izatio n   o f   t h s ize   o f   p atc h   a n ten n as,  a u th o r s   u s s e v er a l   tech n iq u es.  So m o f   t h e m   co n s is o n   i n s e r tio n   o f   s h o r ti n g   p o s ts   an d   p in   [ 4 ] ,   s h o r cir cu i [ 5 ]   an d   cu ttin g   s lo t s   in   r ad iati n g   p atch   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h e   o p ti m izatio n   is   o b tain ed   als o   b y   p ar tiall y   f i lled   h i g h   p er m itti v i t y   s u b s tr ate[ 8 ] ,   u s i n g   f r ac tal   m icr o s tr ip   p atc h   co n f i g u r atio n   [ 9 ]   a n d   i n cr ea s in g   t h e lectr ical  le n g t h   o f   t h a n ten n a   b y   o p tim izin g   th e   s h ap [ 1 0 ]   an d   ch i n g   p er io d ical  s lo w   w a v s tr u ctu r e s   o n   th e   g r o u n d   p la n [ 1 1 ] .   T o   r e d u ce   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 2 7     3 6 3 5   3628   an ten n d i m en s io n s   m o s tl y   s h o r ted   p atch es  a n d   P I FA s   ar u s ed   [ 1 2 ] - [ 1 4 ] .   I n   2 0 1 0   p r esen ted   p lan ar   elec tr icall y   s m all  r ec ta n g u lar   m icr o s tr ip   p atch   an te n n a   lo ad ed   w ith   m eta m ater ial  s q u ar e   s p lit   r in g   r eso n ato r   ( SR R )   [ 1 5 ]   .   I n   th is   p ap er   m u l tila y er ed   tech n o lo g y   i s   u s ed   f o r   r ed u ce   th s ize  o f   t h Mic r o s tr ip   p atch   an te n n a.   T h is   is   v er y   s i m p le,   ef f ic ien t,   v er y   u s e f u f o r   an ten n d esi g n   en g i n ee r s   to   d esi g n   s m a ll  a n ten n f o r   w ir eless   co m m u n icatio n .   A   s m all  m u ltil a y er   an te n n m o u n ted   o n   th r ee   la y er s   is   p r o p o s ed   in   th is   co n tr ib u t io n ,   to   o p er ate  in   th I n d u s tr ial,   Scie n ti f ic  a n d   Me d ical  ( I SM)   f r eq u e n c y   b an d   at  2 . 4 5   GHz .   T h an te n n h as  t h r ee   la y er s   s ep ar ated   b y   air   g ap p in g   w it h   f ee d   li n in   t h f ir s t,  s lo tted   r ad iatin g   p atch   i n   th s e co n d   an d   s q u ar p ar asit ic  p atch   i n   t h t h ir d   la y er .   T h FR 4   s u b s tr ates  w it h   C o o p er   th ick n es s   o f   5 0 µ m   ar co m b in ed   to g e th e r   to   o b tain   th b est  r esu lt s   an d   d esig n   f o r   th p r o p o s ed   an ten n a.   A n   o p ti m izatio n   s tu d y   o f   s i ze   an d   p er f o r m a n ce   b ased   o n   d i f f er e n s h ap es   f o r   th e   t w o   p ar asit ic   p atch   in   t h s ec o n d   a n d   t h ir d   la y er s .   T h r esu l tin g   a n te n n co n f i g u r atio n s   ar p r esen ted   an d   co m p ar ed ,   b etw ee n   d if f e r e n s tr u c tu r es  p r ese n ted   in   t h is   w o r k .   T h to tal   s ize,   ce n ter   f r eq u en c y   an d   b a n d w id th   o f   ea ch   ca s e   ar s t u d ied   in   d etail   to   ac h ie v t h o p tim a d esi g n .   T h e   an ten n p r o p o s ed   w it h   cir cu lar   ap er tu r an d   cir cu lar   p a r asit ic  ele m e n is   m i n iat u r ized   f o r   o b tain   lo w   r eso n an ce   f r eq u en c ies b ased   o n   th e f f ec t o f   le n g th   o f   t h f e ed   lin an d   r ad iu s   o f   ap er tu r e.   T h C ST   MW s   elec tr o m a g n etic  s i m u lato r   is   u s ed   to   p er f o r m   th e   an te n n c h ar ac ter is t ics.  T h ese  p er f o r m a n ce s   d e m o n s tr ate  t h at  th p r o p o s ed   an ten n is   g o o d   ca n d id ate   w ir eless   co m m u n icat io n   s y s te m s   o p er atin g   at  2 . 4   GHz .   T h is   p ap er   is   d iv id ed   in to   f o u r   s ec tio n s t h f ir s s ec tio n   is   d ev o ted   to   g iv th e   g eo m etr y   d esi g n   o f   t h m u lti - la y er s   p atc h   a n te n n a   an d   a   p r ef ac o f   th e   i m p o r tan p ar am eter s   in   d if f er e n t   la y er s   d esi g n s ,   f o r   to p   la y er ,   m id d le  la y er   a n d   b o tto m   la y er .   T h r esu lt  o b tain ed   an d   t h d esig n   co n s id er atio n   ar d is cu s s ed   in   t h is   s ec tio n .   Seco n d   s ec tio n   p r esen th g eo m etr y   s t u d y   o f   th is   an ten n o n   th an ten n a   r esp o n s es,  b ased   o n   e f f ec d i f f er en t   s h ap es  o f   t h r ad iat ed   ele m e n ts   s u ch   as  th e   ap er tu r e   in   th e   s ec o n d   la y er   an d   p ar asit ic  p atch   i n   th t h ir d   lay er .   T h s h ap e s   s t u d y   o f   t h p ar asit ic  p atch   ar cir cu lar   ,   f r ac tal  an d   s q u ar e   co m b i n ed   b y   cir cu lar ,   f r ac tal  an d   s q u ar f o r m s   o f   th ap er t u r in   t h m id d le  la y er s   .   A   c o m p ar is o n   b et w ee n   all  co m b i n atio n s   ar p r ese n te d   an d   d is c u s s ed   in   t h is   s ec tio n .   T h ir d   s ec tio n   p r esen t s   a n   a n ten n a   g eo m etr y   o f   th ca s h a v i n g   g o o d   r ad iatio n   p r o p e r ties .   Oth er   t y p o f   an ten n m in iatu r izat io n   is   p r o p o s ed   in   th is   s ec t io n .   Fin all y ,   b r ief   c o n cl u s io n   is   p r esen ted   in   t h f o u r th   s ec tio n .       2.   ANT E NNA  D E SI G N   I n   th is   s ec tio n ,   it  is   ex p lai n e d   th s p ec if icatio n   o f   t h g e o m e tr y   d esi g n   o f   t h m u lti - la y er s   p atch   an ten n p r o p o s ed ,   w p r o v id d escr ip tio n   f o r   d if f er en la y er s   d esig n s ,   a n d   p r ef ac o f   t h e   r ad iated   s h ap es   u s i n g   in   t h i s   s t u d y .     2 . 1 .   M ultila y er s   p a t ch  a nte nn a   f o 2 . 4   G H z   Ou r   o b j ec tiv in   th i s   p ap er   is   to   d esig n   n o v e v er y   s m a ll   an ten n b ased   o n   w ir eless   a p p licatio n   s y s te m s   d ev elo p ed   p r ev io u s l y   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T h p r o p o s ed   m u l ti - la y er   s tr u c tu r an t e n n is   c o m p o s ed   b y   m u l ti - la y er s   s u b s tr ate s   an d   m u lti - c o n d u cto r .   A   lo n g   d etai led   s t u d y   o n   th p ar a m e ter   an te n n it  w a s   ta k en   in to   ac co u n to   m i n iat u r ize  th d i m en s io n s   o f   th a n te n n a,   p r ec is el y   t h ef f ec o f   t h s lo tted   r ad iatin g   p atch   a n d   s q u ar p ar asit ic   ele m e n t.  Af te r   lo n g   p r o ce d u r d esi g n ,   a n   ex p lo d ed   v ie w   o f   th i s   a n te n n a   is   ca n   b s h o w n   i n   Fig u r 1 .   As  f ir s s tep ,   th an ten n is   i m p le m e n ted   o n   FR 4   s u b s tr ate  h av i n g   r elativ p er m itti v it y   o f   4 . 4   an d   th ic k n e s s   o f   1 . 6   m m .   T h g r o u n d   p la n d i m e n s io n s   a r W _ g   ×   L _ g   =   6   ×  6   m m 2 .   T h m i cr o s tr ip   p atch   i s   f ee d   b y   m icr o s tr ip   o f   w id t h                  p r in ted   o n   b o tto m   d ielec tr ic  la y er .   T h f ee d   lin an d   p ar tial  g r o u n d   p lan   ar ch o s en   to   b co p p er   w ith   t h ick n e s s   o f   0 . 0 5   m m ,   w h ic h   ar s ep ar ated   b y   th F R 4   s u b s tr ate  o f   1 . 6   m m .   T h e   an ten n p r ese n ted   is   b ased   in   m u lti  la y er s   tech n iq u es  o n   t h FR 4   s u b s tr ate .   I n tr o d u cin g   s lo ts   i n   r ad iati n g   p atch   w it h   d if f er en t   g eo m etr y   allo w   b i g   p er f o r m a n ce   a n d   i m p o r ta n i m p r o v e m e n i n   s ize   d i m e n s io n s .   Fi g u r e   1   p r esen ts   d etailed   in i tial  d esig n   o f   2 . 4   GHz   p r o p o s ed   a n ten n a - in - P ac k a g e.   T h r est  o f   p ar a m eter s   o f   t h d esig n ed   an te n n ar e:        =   5 . 1   m m ,               =                   4 . 8   m m ,           5 . 5   m m ,           5 . 5   m m   an d   tr ee   la y er s   o f   an ten n h av i n g   f ix ed   v a lu e s   o f                     = 6   x   6   x   1 . 6   m m 3   T h an ten n a   co n s i s ts   o f   t h r ee   la y er s   w it h   s lo tted   r ad iatin g   p atch   a n d   s q u ar p ar asit ic   lo ca t ed   o n   t h m id d le  an d   to p   la y er   r esp ec ti v el y .   T h p ar asit ic  p atch   is   lo ca ted   at  th u p p er   s id o f   t h to p   d ielec tr ic  la y er   i n   o r d er   t o   p r o v id m a x i m u m   r ad iatio n A p er tu r in   t h m id d le  p atch   is   u s ed   to   r ad iate  th p ar asit ic  ele m e n t.    W p r esen t h an ten n r ad i atio n   b eh a v io r   af ter   s t u d y i n g   an d   o p ti m iz in g   all   cr itical  p ar a m eter s ,   Fig u r s h o w s   t h s i m u lated   r etu r n   lo s s   p er f o r m an ce   o f   th e   d ev elo p ed   an ten n a.   I ca n   b e   o b s er v ed   t h at  th e   p r o p o s ed   an ten n ac h ie v es   b a n d w id th   o f   1 . 4   to   3 . 5   GHz .   T h p lo tted   r esu lt  i n d icate s   t h at,   at  - 4 8   d B   r etu r n   lo s s ,   th co m p ac an t en n o p er ate  p er f ec tl y   at  2 . 4   GHz .   C o n s eq u en t l y ,   th a n te n n a   p r esen ted   b a s ed   i n   m u ltil a y er   s u b s tr a te s   a n d   d i m en s io n   p ar a m eter s   tec h n iq u e s   to   r ed u ce   th e   s ize,   p r o v id es g o o d   r ad iatio n s   p r o p er ties .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   S tu d o a   Min ia tu r iz ed   Mu lti - la ye r ed   A n ten n a - in - p a ck a g fo r   2 . 4   GHZ  W i r eles s   ... ( Ja la l Na g h a r )   3629         ( a)       ( b )     Fig u r 1 .   Geo m e tr y   o f   t h p r o p o s ed   v er y   s m a ll a n te n n u s in g   FR 4   ( a )   b y   la y er s ,   ( b )   : 3 D           Fig u r 2 R etu r n   L o s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n o n   F R 4   m ater ial       B y   co m p ar in g   t h s tr u c tu r d ev elo p ed   in   Fig u r 1 ,   W it h   t h co n v e n tio n al   s i n g le  la y er   m icr o s tr ip   an ten n o p er atin g   in   th e   s a m e   r eso n an ce   f r eq u en c y   o f   2 . 4   GHz ,   w co n cl u d t h at  8 0 r ed u ctio n   i n   s u r f ac e   s ize  a n ten n e n h an ce m e n t   is   o b tain ed   o f f er in g   g o o d   r ad iatio n   p r o p er ties   w it h   i m p r o v e m en o f   b an d w id t h   w it h   r etu r n   lo s s   o f   ab o u - 5 0   d B .       2 . 2 .   Desig c o ns i dera t io n   T h g eo m etr y   p r o p o s ed   in   th is   w o r k   is   v er y   s m all ,   f o r   th i s   r aiso n   i s   n o p o s s ib le  to   f e ed in g   t h e   an ten n b y   co ax ial  SM A   co ax ial  p r o b co n n ec ter .   I n   o r d er   to   f ab r icate   th i s   an ten n w p r o p o s to   in tr o d u ce   th s i m p le  tech n iq u e;  t h is   is   e x p an d in g   t h f ee d   lin o n   6   m m   to   b ex citin g   t h an te n n a.   T h n e w   g e o m etr y   p r o p o s ed   is   p r esen ted   in   Fi g u r 3 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 2 7     3 6 3 5   3630       Fig u r 3 .   Desig n   co n s id er atio n   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a       2 . 3 .   Sh a pes   ef f ec t   o f   t he  ra dia t ed   a nd   pa ra s it ic  pa t ch s   o f   t he  pro po s ed  a nte nn a   I n   th is   s ec tio n ,   w p r esen th e   s h ap es  o f   th r ad iated   ele m e n ts   s tr u ct u r an d   p ar asit ic  p atch   us ed   in   th is   s t u d y ,   w p r o p o s to   s tu d y   all  p o s s ib le  co m b in at io n s   o f   d if f er e n s h ap es  o n   th r ad iati n g   p atc h   p r esen ted   in   Fi g u r 4   ( s q u ar e,   cir cu lar ,   an d   f r ac tal)   a n d   d if f er en f o r m s   o f   ap er tu r i n   Mid d le  p at ch   ( s q u ar ap er tu r e,   cir cu lar   ap er tu r an d   f r ac tal  ap er tu r e)   illu s tr ated   in   Fi g u r 5 ,   A ll  s ce n ar io   m o d el s   ar p r esen ted   in   T ab le  1 .         Fig u r 4 .   P r o p o s ed   p ar asit ic  p atch   s h ap es    ( a )   cir cu lar ,   ( b )   s q u ar ,   ( c )   f r ac tal         Fig u r 5 .   P r o p o s ed   a p er tu r s h ap es ( m id d le  p atch )   ( a )   cir cu lar ,   ( b )   s q u ar ,   ( c f r ac tal       T ab le  1 .   Dif f er en C o m b i n atio n s   Sce n ar io s   f o r   th Mu l tila y e r   A n ten n u n d er   St u d y   P a r a si t i c   p a t c h   A p e r t u r e   o f   t h e   mi d d l e   p a t c h   S q u a r e     C i r c u l a r     F r a c t a l     S q u a r e   C a se   1   C a se   4   C a se   7   C i r c u l a r   C a se   2   C a se   5   C a se   8   F r a c t a l   C a se   3   C a se   6   C a se   9       I n   t h n ex t s tep ,   d etail  s t u d y   o f   t h d i f f er e n t r ad iated   s h ap e s   co m b i n atio n s   ca n   d e m o n s tr a te  clea r l y ,   th e f f ec o f   t h ese   s h ap es  o n   t h d esire d   r esp o n s e.   A s   ca n   b s h o w n   b elo w ,   t h f o r m   o f   t h ap er tu r m id d le  p atch   h as a n   i m p o r ta n t e f f ec o n   th cu r r e n t d is tr ib u t io n   o f   t h an te n n p r esen ted .       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   I n   t h is   s ec tio n ,   w e   p r esen t   t h e   th e   ef f ec t   o f   r ad iated   ele m e n t s   s tr u ct u r ( r ad iated   an d   p ar as itic  p atch )   o n   th a n te n n r esp o n s es.  T h ai m   o f   t h i s   s t u d y   i s   to   d e m o n s tr ate  t h at,   b y   i m p le m e n ti n g   r ad iated   ele m e n ts   w it h   d i f f er en s h ap e s   it  i s   p o s s ib le  to   o b tain   th a n te n n r esp o n s es  w it h   h ig h er   i m p r o v e m en ts   i n   ter m   o f   b an d w id t h ,   r etu r n   lo s s   a n d   r ed u ctio n s   in   v o lu m s ize.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   S tu d o a   Min ia tu r iz ed   Mu lti - la ye r ed   A n ten n a - in - p a ck a g fo r   2 . 4   GHZ  W i r eles s   ... ( Ja la l Na g h a r )   3631   3 . 1 .   Ant enna   w it h sq ua re   a pert ure   I n   t h is   s ec tio n ,   w p r ese n t h e   ef f ec s tu d y   o f   p ar asit ic  p atc h   i m p le m en ted   in   th ir d   la y er   o f   an ten n a   p r o p o s ed   o n   th a n te n n a   r esp o n s e s .   Fo r   th i s   p u r p o s e,   t h ap e r tu r f o r m   i n   t h s ec o n d   la y er   h as  s q u ar f o r m   ( C s ae 1 ,   C ase2 ,   an d   C a s e3   in   T ab 1 )   an d   th r esu lts   ar e   p lo tte d   in   Fig u r 6 .           Fig u r 6 .   R etu r n   L o s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n w it h   s q u ar a p er tu r f o r   d if f er e n t r ad iated   ele m e n t str u ctu r e s       3. 2 .   Ant enna   w it h c ircula a pert ure   As  m en tio n ed   p r ev io u s l y ,   o u r   p r in cip al  p u r p o s is   f o c u s ed   o n   th e   s t u d y   o f   t h e f f ec o f   t h ap er tu r e   in   th m id d le  p atch   o n   r ad iati o n   p r o p er ties   o f   th is   an te n n a.   I n   th i s   s ec tio n ,   w w il p r esen th ca s 3 ,   C ase  4   an d   ca s 5   f r o m   T ab le  1 .     Fig u r 7   s h o w s   t h s i m u late d   R etu r n   lo s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n w i th   c ir cu lar   ap er t u r u s in g   d if f er e n f o r m   o f   th e   p ar asit ic   ele m e n t   in   t h to p   la y er .   Af t er   d etailed   s t u d y ,   w co n s id er   th at,   th e   cir cu lar   ap er tu r h av e   b ig   e f f ec o n   th r eso n an ce   f r eq u e n c y   an d   b an d w id t h   o f   th a n te n n a,   it  is   clea r   t h at  th e   i m p le m en ta tio n   o f   cir cu lar   r ad iated   p atch   w i th   cir c u lar   ap er tu r ( C ase  5 )   allo w   b i g   p er f o r m a n ce   a n d   i m p o r tan i m p r o v e m e n i n   b an d w id th .   T h er ef o r e,   th r ad iatio n   o f   th is   an ten n is   m o r i m p o r tan w it h   t h e   f r ac tal  p ar a s itic p atch   ( C a s 6 ) .             Fig u r 7 .   R etu r n   L o s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n w it h   cir cu lar   ap er tu r f o r   d if f er e n t r ad iated   ele m e n t str u ctu r e s       3. 3 .   Ant enna   w it h f ra ct a a pert ure   T h ef f ec o f   r ad iated   p atch   g eo m etr y   o n   th a n te n n r a d iatio n s   p r o p er ties   is   p r esen t ed   in   th i s   s ec tio n   w it h   th Fra ctal  ap er tu r in   th m id d le  la y er .   T h r etu r n   lo s s   o f   t h p r o p o s ed   m u lti - la y er   an ten n a   ( C ase  7 ,   C ase  8   an d   C ase  9 )   is   p r esen ted   in   Fi g u r 8 .   W ca n   o b s er v th at,   t h g e o m e tr y   o f   th r ad iated   ele m en a f f ec t s   t h r ad iatio n   a n d   r eso n an ce   f r eq u en c y   o f   t h a n te n n a.   T h e r ef o r f o r   th e   cir cu lar   p ar asit i ele m e n h a v an   i m p o r ta n e f f ec o n   th a n te n n r esp o n s w it h   r etu r n   lo s s   o f   - 4 0 d B .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 2 7     3 6 3 5   3632       Fig u r 8 .   R etu r n   L o s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n w it h   f r ac tal  a p er tu r f o r   d if f er e n r ad iated   ele m e n t str u ctu r e s       3. 4 .   Resul t s   a n c o pa riso ns   T h ai m   o f   th is   s t u d y   i s   d e m o n s tr ate  th at   th e   f o r m   o f   th e   s h ap r ad iated   in   th e   p atch   h as   a   b ig   e f f ec in   t h e   r ad iatio n   p r o p er ties   o n   t h is   an ten n o n   f r eq u e n c y   r eso n an ce   o f   2 . 4   GHz .   Fo r   t h i s   r ai s o n   d i f f er en t   ca s es   p r esen ted   in   T ab le  1   a r p r ese n ted   in   t h w o r k .   T h g o o d   r e s u lt  o b tain ed   i n   th d i f f er e n c ases   f o r   th is   s t u d y   is   ill u s tr ated   in   T ab le  2 .   T h r etu r n   lo s s   o f   t h an te n n p r o p o s ed   f o r   th o p ti m ized   ca s es i s   s h o w   in   Fig u r 9 .       T ab le  2 .   Op tim i ze d   C o m b i n ati o n s   Sce n ar io s   f o r   th M u ltil a y er   A n ten n u n d er   St u d y   D e si g n   f r e q u e n c y   B a n d w i d t h   D i r e c t i v i t y   V S W R   R a d i a t i o n   ( d B )   C a se   3   2 . 4   4 3 5 . 2   M H z   2 . 4 5   1 . 0 5   - 4 4   d B   C a se   5   2 . 4   1 8 8 0   M H z   3 . 3 1   1 . 3   - 2 1   d B   C a se   7   2 . 4   4 0 0   M H z   2 . 5 3   1 . 0 2   - 4 5 d B       T h ca s 5   p r esen g o o d   p er f o r m an ce   an d   i m p o r tan i m p r o v e m en t   in   b a n d w id th .   T h e r ef o r e,   th e   r ad iatio n   o f   th i s   an ten n is   m o r im p o r tan i n   ca s 3   a n d   ca s 7 .   W co n clu d th at  t h a n ten n i n   p ac k a g e   w it h   cir cu lar   r ad iatio n   ele m e n an d   cir cu lar   ap er tu r ( C as 5 )   is   th b est  co m b in atio n   f o r   o b tain ed   g o o d   r ad iatio n   p r o p er ties .   T h f ab r icatio n   r esu l ts   is   t h p r in cip al  f ac to r   f o r   d eter m i n ate  th o p ti m ized   s tr u c tu r e.           Fig u r 9 .   R etu r n   L o s s   o f   t h p r o p o s ed   an ten n o f   t h an te n n p r o p o s ed   f o r   th o p tim ized   c ases     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   S tu d o a   Min ia tu r iz ed   Mu lti - la ye r ed   A n ten n a - in - p a ck a g fo r   2 . 4   GHZ  W i r eles s   ... ( Ja la l Na g h a r )   3633   3. 5 .   Ant enna   m in ia t uriza t io n   T h g eo m etr y   o f   th e   o p ti m ize d   an ten n s tr u ct u r i s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 .   T h cir cu lar   p ar asit p atc h   an d   cir cu lar   ap er tu r h av e   a n   i m p o r tan e f f ec f o r   m in iatu r ized   o f   t h i s   a n te n n a   . th i s   s tr u ctu r h av e   g o o d   p er f o r m a n ce   in   b a n d w id th   i n   co m p ar i s o n   w it h   o t h er s   s tr u ctu r i n   T ab le  2 .   T h m o s i m p o r tan p ar a m eter   i n   v ie w   o f   t h i s   s tr u ct u r is   t h r a d iu s   o f   t h cir cu lar   ap er tu r e,   h af f ec t t h r ad iatio n   p r o p er ties   o f   th is   an ten n a.           Fig u r 1 0 .   Geo m etr y   in   d etail  o f   th o p ti m ized   an ten n a           Fig u r 1 1 .   R etu r n   L o s s   o f   th p r o p o s ed   an ten n w ith   f o r   d if f er en t r ad iu s   o f   t h ap er tu r e       I s h o u ld   b n o ted   th a t,  s t u d y   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a   w i th   d i f f er en s h ap es  o f   t h e   p r ev io u s   p ar ag r ap h   is   n ec es s ar y   to   o b tain   t h b es r esp o n s e s   i n   th e   s a m r eso n an ce   f r eq u e n c y .   A   s tu d y   o f   t h cr itica l   p ar am eter s   e f f ec o f   t h o p ti m ized   an te n n   is   i n tr o d u ce d   to   i m p r o v m o r e   an d   m o r t h a n ten n a   p er f o r m a n ce   an d   m i n iat u r th i s   o p ti m ized   s tr u ctu r p r o p o s ed   in   th is   w o r k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 2 7     3 6 3 5   3634   W co n clu d i n   t h is   s t u d y   t h a th r ad i u s   o f   t h ap er tu r a n d   len g th   o f   f ee d   li n ar th e   t w o   cr itical   p ar am eter s   to   d eter m i n t h r esp o n s o f   t h is   a n te n n a.   Ma n y   s ce n ar io s   ar e   tr ied   to   c h o ice   th e   o p ti m u m   r ad i u s   o f   th cir c u lar   ap er tu r e   f o r   t h an ten n o p ti m ized   to   g i v m ax i m u m   m i n iat u r izatio n   r es u lt  o f   th a n te n n a,   Fig u r 1 1   illu s tr ates   t h a n te n n r e s p o n s f o r   d if f er en v al u es  co m b i n atio n   b et w ee n   r ad iu s   r   o f   th c ir cu lar   ap er tu r an d   len g th   o f   f ee d   li n L f .     As  s h o w n   i n   th f i g u r e,   it  is   c lear   th at  th L f   an d   r   r ad iu s   ar r esp o n s ib le  to   s h if tin g   t h e   f r eq u en c y   b an d .   T h v ar iatio n   v al u es  o f   t h is   t w o   p ar a m e ter   i n clu d th lo w   f r eq u en c y ,   th i s   is   a n o th er   t y p o f   m i n iat u r izatio n   o f   t h i s   an te n n a .         4.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er   v er y   s m al an te n n f o r   p ac k ag i n g   s y s te m s   at  2 . 4   GHz   f r eq u en c y   b an d   tec h n o lo g ies  i s   p r esen ted .   Mu lti - la y er   s u b s tr a te  w i th   F R 4   h a s   b ee n   i n tr o d u ce d .   Stu d y   b ased   o n   t h d if f e r en s h ap es  in   t h p ar asit ic  p atch   an d   ap er tu r el e m en t is i m p le m en ted   to   t h r esp o n s o f   t h p r o p o s ed   an ten n a.   A ll c o m b i n atio n   s tu d y   ar o p ti m ized   f o r   o b tain ed   f r eq u en c y   r ad iated   o f   2 . 4   GHz .   T h an ten n s t u d y   h a v i n g   cir c u lar   s h ap es  in   t h e   r ad iated   p atch   a n d   p ar as itic p atch   h av e   th e   b est   r ad iati o n   p r o p er ties   in   co m p ar i n g   w i th   o t h er s   s tr u c tu r es   s tu d y   i n   t h is   w o r d .   B ec au s t h r ad iu s   o f   t h ap er tu r a n d   len g th   o f   f ee d   li n ar th e   t wo   p r in cip al  f ac to r   to   d eter m in th a n te n n r esp o n s e,   th i s   a n te n n is   m i n iat u r ize d   f o r   o b tain ed   th lo w   r eso n a n ce   f r eq u en c y .   T h is   tech n iq u d is c u s s ed   h er m a y   b ex ten d ed   to   o th er   g eo m etr i es  lik tr ia n g u lar ,   d iag o n al  o r   f r ac tal  p atch es  a n d   m a y   f i n d   p o ten tial a p p licatio n s .       ACK NO WL E D G E M E NT   R esear ch   s u p p o r ted   b y   E lec tr o n ics  &   M icr o w a v Gr o u p ,   T elec o m m u n icatio n   Dep a r t m en o f   Natio n al  Sc h o o l o f   A p p lied   Scien ce s   o f   T eto u an   ( T etu an ,   M o r o cc o ) .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ro h it   K.  Ra j,   M o n o j   Jo se p h ,   C. K.  A n a n d a n ,   K.   V a su d e v a n ,   P .   M o h a n a n ,   A   Ne w   Co m p a c t   M ic ro strip - F e d   Du a l - Ba n d   Co p lan e A n ten n a   f o WL A N   A p p li c a ti o n s ,   IEE T ra n s.  An ten n a Pro p a g . ,   v o l.   5 4 ,   n o .   1 2 ,   p p .   3 7 5 5 - 3 7 6 2 ,   2 0 0 6 .   [2 ]   Zh ij u n   Zh a n g ,   M a g d y   F .   Isk a n d e r,   Je a n - Ch risto p h e   L a n g e a n d   Ji m   M a th e w s,  Du a l - Ba n d   W LA Dip o le  A n ten n a   Usi n g   a n   In tern a l   M a tch i n g   Circu it ,   IEE E   T ra n s.   An ten n a s   a n d   Pr o p a g . ,   v o l.   5 3 ,   n o .   5 ,   p p .   1 8 1 3 - 1 8 1 8 ,   2 0 0 5 .   [3 ]   K.F .   T o n g ,   K.M .   L u k ,   K.F .   L e e   a n d   S . M .   S h u m ,   A n a l y sis   o f   a   b ro a d b a n d   U - slo M icro stri p   A n ten n a ,   1 0 t h   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   A n te n n a   a n d   P ro p a g a ti o n n o.   4 3 6 ,   p p 14 - 1 7 ,   1 9 9 7 .   [4 ]   K. - L .   W o n g ,   Co m p a c a n d   Bro a d b a n d   M icro stri p   A n ten n a s,   Jo h n   W il e y   &   S o n s,  Ne Yo rk ,   NY ,   USA ,   p p .   1 - 7 ,   2 0 0 2 .   [5 ]   S .   P in h a a n d   S .   S h tri k m a n ,   Co m p a riso n   b e tw e e n   C o m p u ted   a n d   M e a su re d   B a n d w id th   o f   Q u a rter - wa v e   M icro strip   R a d iato rs ,   I EE T r a n sa c ti o n o n   An te n n a s a n d   Pro p a g a ti o n v o l .   3 6 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 6 1 5 - 1 6 1 6 ,   1 9 8 8 .   [6 ]   K.  L .   W o n g   a n d   K.   P .   Ya n g ,   S m a ll   d u a F re q u e n c y   M icro strip   A n ten n a   w it h   C ro ss   S l o t ,   El e c tro n ics   L e tt e rs v o l.   3 3 ,   p p .   1 9 1 6 - 1 9 1 7 ,   1 9 9 7 .   [7 ]   Ku ld e e p   Ku m a P a ra sh a r,   De si g n   a n d   A n a l y sis  o f   IS lo tt e d   Re c tan g u lar  M icro strip   P a tc h   A n ten n a   f o W irel e ss   A p p li c a ti o n ,   I n ter n a t io n a l   J o u r n a o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g v o l.   4 ,   n o .   1 ,   p p .   3 1 - 3 6 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   Y.  D.  L in   a n d   T .   Ito h ,   F re q u e n c y - s c a n n in g   A n te n n a   u sin g   t h e   C ro ss ti e o v e rlay   s lo w - w a v e   S tru c tu re a s   T ra n s m issio n   L in e ,   IEE T ra n An ten n a s P r o p a g . ,   v o l.   3 9 ,   p p .   3 7 7 - 3 8 0 ,   1 9 9 1 .   [9 ]   S a ty a n d ra   S in g h   L o d h i ,   P . K.  S i n g h a a n d   V . V .   T h a k a re ,   De sig n   a n d   A n a l y sis  o f   T rip p le  Ba n d   Ko c h   F ra c tal  Ya g i   Ud a   A n ten n a ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o E lec trica a n d   Co mp u ter   E n g i n e e rin g v o l.   3 ,   n o .   4 ,   p p .   4 5 6 - 4 6 0 ,   2 0 1 3 .     [1 0 ]   N.  He rsc o v ici  a n d   M .   F .   Os o r io   e a l . ,   M in iat u riz a ti o n   o f   R e c tan g u lar  M icro strip   P a tch e u sin g   G e n e ti c   A l g o rit h m s ,   IEE An ten n a s W ir e les s P ro p a g . L e tt . ,   v o l.   1 ,   p p .   94 - 9 7 ,   2 0 0 2 .   [1 1 ]   B.   L e e   a n d   F .   J.  Ha ra c k ie w icz ,   M in iatu re   M icro stri p a n ten n a w it h   a   P a rti a l ly   F il led   h ig h   -   P e rm it ti v it y   S u b stra te ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   An te n n a s a n d   Pr o p a g a ti o n v o l.   5 0 ,   n o .   8 ,   p p .   1 1 6 0 - 1 1 6 2 ,   2 0 0 2 .   [1 2 ]   H.  K.  Ka n ,   R.   B .   W a terh o u se ,   S m a ll   P ri n ted - w in g   A n ten n a   S u i tab le  f o W irele ss   H a n d se T e r m in a ls ,   M icr o wa v e   a n d   Op ti c a T e c h n o l o g y   L e tt e rs v o l.   3 0 ,   n o .   4 ,   p p .   2 2 6 - 2 2 9 ,   2 0 0 1 .   [1 3 ]   S h a c k e lf o rd ,   A .   K.,   K.  F .   L e e ,   a n d   K.  M .   L u k ,   De sig n   o f   s m a ll - si z e   w id e - b a n d w id th   M icro stri p - p a tch   A n ten n a s ,   IEE A n ten .   a n d   Pr o p a .   M a g . v o l.   4 5 ,   n o .   1 ,   p p .   7 5 - 8 3 ,   F e b .   2 0 0 3 .   [1 4 ]   R .   Ch a ir,   K.  M .   L u k ,   K.  F .   L e e ,   M in iatu re   sh o rted   D u a lp a tch   A n t e n n a IEE   Pro c e e d in g   M icr o wa v e s,  An ten n a a n d   Pro p a g a t io n v o l.   1 4 7 ,   n o .   4 ,   p p .   2 7 3 - 2 7 6 ,   2 0 0 0 .   [1 5 ]   J.  G .   Jo sh i,   S .   S .   P a tt n a ik ,   S .   De v a n d   M .   R.   L o h o k a re ,   El e c tri c a ll y   S m a ll   P a tch   A n ten n a   L o a d e d   w it h   M e tam a teria l ,   IET J o u rn a o R e se a rc h v o l.   5 6 ,   n o .   6 ,   p p .   3 7 3 - 3 7 9 ,   2 0 1 0 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       Desig n   S tu d o a   Min ia tu r iz ed   Mu lti - la ye r ed   A n ten n a - in - p a ck a g fo r   2 . 4   GHZ  W i r eles s   ... ( Ja la l Na g h a r )   3635   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS          He   w a b o rn   in   T e to u a n ,   M o rr o c o .   He   re c e iv e d   th e   En g in e e r   De g re e   in   tele c o m m u n ica ti o n   e n g in e e rin g   a th e   Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e f ro m   A b d e l m a le k   Essa a d Un iv e rsit y ,   T e to u a n ,   M o ro c c o   2 0 1 1 .   He   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd   th e   P h . D.   d e g re e   in   T e lec o m m u n ica ti o n s   En g in e e rin g   w it h   th e   e lec tro n ic  a n d   m icro w a v e   g ro u p   a A b d e lm a l e k   Es sa a d Un iv e rsit y .   His  re se a rc h   in tere sts in c lu d e   a n ten n a s an d   sy ste m s in   p a c k a g e .               He   w a b o rn   in   T e to u a n ,   M o rr o c o .   He   re c e iv e d   th e   En g in e e r   De g re e   in   tele c o m m u n ica ti o n   e n g in e e rin g   a th e   Na ti o n a S c h o o o f   A p p li e d   S c ien c e f ro m   A b d e l m a le k   Essa a d Un iv e rsit y ,   T e to u a n ,   M o ro c c o   2 0 1 1 .   He   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd   th e   P h . D.   d e g re e   in   T e lec o m m u n ica ti o n s   En g in e e rin g   w it h   th e   e lec tro n ic  a n d   m icro w a v e   g ro u p   a A b d e lm a l e k   Es sa a d Un iv e rsit y .   His  re se a rc h   in tere sts in c lu d e   a n ten n a   d e sig n   a n d   RF   f il ters .               He   w a s   b o rn   in   T é to u a n ,   M o ro c c o .   He   re c e iv e d   th e   El e c tro n ics   d e g re e   f ro m   A b d e l m a l e k   Ess a a d Un iv e rsit y ,   Této u a n ,   M o ro c c o ,   in   1 9 9 5 ,   a n d   M .   d e g re e   a n d   th e   P h . D.  d e g re e   in   T e le c o m m u n ica ti o n En g in e e rin g   a th e   Hig h   S c h o o o f   T e l e c o m m u n ica ti o n En g in e e rin g   (ET S ITG C)   o f   C a n a r y   Un iv e rs it y ,   in   2 0 0 2 .   S i n c e   2 0 0 9   He   jo in e d   t h e   T e lec o m m u n ica ti o n   De p a rtme n tt   a a n   a ss o c iate   P r o f e ss o o f   T e lec o m m u n ica ti o n En g in e e rin g   a th e   Na ti o n a S c h o o l   o f   a p p li e d   S c ie n c e s,  UA E,   Teto u a n ,   M o ro c c o .   Cu rre n tl y   h e   is  in tere ste d   o n   p ri n ted   m icro w a v e   p a ss iv e   a n d   a c ti v e   c ircu it s,  F il ters   a n d   a n ten n a   d e sig n s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.