I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E )   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8 ,  p p.  30 38 ~ 3 045   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 303 8 - 3045          3038       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   A T riple  B a nd B o w  T ie Arra y  Ant e nna   Us ing   B o th - s i ded    M I C T echno lo g y       A k i m u n J a nna t  A l v i na ,  Sa m i a  Sa br i n,  M oh am m ad   Is t i a q u e  R e j a Job ai d a A k h t a r   D e pa r t m e nt  of  E l e c t r i c a l  a nd E l e c t r oni c  E ng i ne e r i ng ,  C hi t t a g ong  U ni v e r s i t y  o f  E ng i ne e r i ng  a nd T e c hno l og y ,   I ndi a       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   A ug 1 5 ,  201 7   Re v i se d   Ap r  6 ,  20 1 8   A ccep t ed   S e p 10 ,  2 01 8       A  s in g le - f ed  l i n ear l y  p o l ar i zed  2 x 2  m i cr o s t r i p  b o w  t i e ar r a y  an t en n a i s   pr o pos e d.  T he  f e e d ne t w or ha s   m i c r os t r i p l i ne  a nd s l ot  l i ne  w he r e   m ic r o s tr ip - s l o t  b r an ch  ci r cu i t  i s  co n n ect ed  i n  p ar al l el .  T h e f eed   n et w o r k  o f   t he  a r r a y  i s  de s i g ne d us i ng  bot h - s i de d M I C  T e c hnol og y  t o ove r c om e  t he   i m pe da nc e   m a t c hi ng  pr obl e m  of  c onv e nt i o na l  f e e d ne t w or k s .  T h e  2x 2 ha l f   bow  t i e  a r r a y  a nt e nna  i s  a l s o t r unc a t e d w i t h s p ur  l i ne s  f or  opt i m i z a t i on of   an t en n a p er f o r m an ce.   T h e ar r a y   an t en n a u n i t  can  b e r eal i zed  i n  v er y  s i m p l e   a nd  co m p act  s t r u ct u r e,  as  al l  t h an t en n a el em en t s  an d  t h e f eed i n g  ci r cu i t  i s   a r r a ng e d on a  T e f l on g l a s s   f i be r  s ubs t r a t e  w i t hout  r e qui r i ng  a n y   e x t e r na l   ne t w or k .   T he  de s i g f r e que nc y   of  t he  pr opos e d a nt e nna  i s  5 t 8 G H z  ( C - B a nd)  a n d t he  o bt a i ne d pe a k  g a i n i s   1 2. 41  dB i .  T he  r e s ul t a nt   a x i a l  r a t i i n d i cat es  t h at   l i n ear  p o l ar i zat i o n  i s  ach i ev ed .   Ke y wo rd :   A r r a y  A nt e n na ,   B o w  T i e  A nt e n na ,   M I C  T ech n o l o g y ,   M ic r o s tr ip  L in e ,   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   J oba i da  A kh t a r ,   D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  an d   E l ect r o n i c E n g i n eer i n g ,   C hi t t a go ng U ni ve r s i t y o f  E ng i ne e r i n &  T e c hno l o g y ,     C hi t t a go ng - 4349,  B a n g l a de s h ,  I nd i a .   E m a il: lil y j o b a id a @ c u e t. a c . b d       1.   I NT RO D UCT I O N   A n t e n n a i s  a v i t al  el e m e n t   o f  r ad i o  t r an s m i s s i o n  s y s t e m .   T h e ch o i ce o f  an t en n as  i s  b as ed  o n   ap p l i cat i o n  co n s t r ai n t s  s u c h  a s  f r eq u en c y ,   g ai n ,  co s t ,  co v er ag e,   w ei g h t  et c.  B o w  t i e a n t e n n a s  ar w el l   k n o w n   f o r  th e ir   m u ltib a n d  a b ilitie s  a n d  a d v a n ta g e o u s  c h a r a c te r i s t i cs .  I f  an  an t e n n a i s   m ad e u s i n g  p er f ect  co n d u ct o r s   an d  d i el ect r i cs  an d  i t s  d i m e n s i o n s  c h an g e,  t h e ch ar act er i s t i cs  o f  t h a t  an t e n n a ( i m p e d an ce,  p o l ar i zat i o n ,   r ad i at i o n  p at t er n ,  et c. )   w i l l  r em ai n  t h s a m e,  as  l o n g  as  t h e   w a v el e n g t h  o f  o p er at i o n  i s  ch an g ed   i n t he   s a m e   a m o u n t .  T h er ef o r e,  i f  t h e s h a p e o f  an  an t en n a i s  d et er m i n e d  o n l y  b y  an g l es ,  t h e p er f o r m an ce o f  t h at  a n t e n n a   w o u l d  b e i n d ep en d en t  o f   f r eq u en c y  s i n ce i t   w o u l d  b e i n v ar i an t  t o  a ch a n g e o f  s ca l [1 ] .  B o w  t i e  a nt e nna  i s  a   p er f ect  ex a m p l e o f   f r eq u e n c y   i n d ep en d en t  an t e n n a.   A nd  t he  s o l e   m o t i va t i o n b e hi nd  c ho o s i ng  t hi s  a nt e n na  i s   t o  i n co r p o r at e a n e w  co m m u n i cat i o n  t ech n o l o g y  en h a n ced  an d  ef f i ci e n t  f o r  ad v a n ced  ap p l i cat i o n s .     I n t hi s  p a p e r ,  w e  ha ve  d e s i gne d  a  2 x2  ha l f  b o w  t i e  a r r a y  a nt e nna   us i n g b o t h s i d e d - M I C  T e c h n ol ogy  w it h  a n  a i m  a t o p ti m iz a tio n  a n d  c o m p a r a tiv e a n al y s i s  o f  d i f f er en t  d es i g n s  o f  s t r u ct u r e an d  f eed  ci r cu i t .  T h e   r e s u lta n t a x ia l r a tio  i n d ic a te s   th a t l in e a r  p o la r iz a tio n   is  a c h ie v e d .  T h e  d e s ig n  a n d  t h e  b a s ic  o p e r a tio n  a lo n g   w i t h  t h e s i m u l at i o n  r es u l t s  o f  t h e p r o p o s ed   b o w  t i e ar r a y  an t en n a ar e d e m o n s t r a te d  in  th is   p a p e r .   P o s s ib lity   o C - b a nd   a p p l i c a t i o us i ng  t he  p r op o s e d   a nt e nna   f o r   s a te llit e  c o m m u n ic a tio n s  tr a n s m is s i o n s ,  W i - F i d e v ic e s ,   w i r el e s s  t el eco m m u n i cat i o n ,  an d   w eat h er  r ad ar  s y s t e m s   ar e al s o  ex p l o r ed .       2.   LI TER A TU R E R EV I EW   2. 1.    B o w  T i e  A r r ay A n t e nna   A b r i  p r o p o s ed  a s i m p l e eq u i v al e n t  an d  accu r at e t r an s m i s s i o n  l i n m o d el  f o r  b i - ba nd bow  t i e   an t en n a s  ar r a y  d es i g n  o v er  a b an d  o f   f r eq u e n ci es   f o r  s at el l i t e  co m m u n i cat i o n s .  T h m o d el   u s ed  t h e r es i s t an ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  T r i pl e  B and B o w  T i e  A r r ay  A nt e nna  U s i ng  B o th - s i d e d M I C   ( A k i m un J ann at  A l v i na )   3039   o f  a  s q u ar e el e m e n t  t h at  ap p ear s  at  t h e ed g e s  o f  t h e   a n te n n a  ( r a d ia tin g  s lo ts )   [2 ] .  D i dou h   et  al .   us e d  a   tr a n s m is s io n  li n e   m o d e l to  d e s ig n  c o r p o r a te - f e d  m u lti - l a ye r e d  b o w  t i e  a nt e nna  a r r a ys ;  t he   s i m ul a t e d  a nt e n na s   ar r ay s   w er e d es i g n ed  t o  r es o n at e at  t h e f r eq u en ci e s  2 . 4  G H z,  5 G H z,  an d   8 G H z  c or r e s po n di ng  t o R F I D ,  W i - F i ,  an d  r ad ar s  ap p l i cat i o n s   [3 ] .  L i u   e t a l.   p r es en t ed  a n o v el  f r eq u en c y  r eco n f i g u r ab l e b o w  t i e an t en n a ar r a y   f o r   B lu e to o th ,   w o r ld w id e  in te r o p e r a b il i t y   f o r   m i cr o w a v e acce s s  ( W i M A X )  a n d   w i r el es s  l o cal  ar ea n et w o r k   ( W L A N )  a p p lic a tio n s   [4 ] .  B our s i a ni s   e t a l.   p r es en t ed  t h e d es i g n  p r o ced u r e o f  a  w i d eb an d  U H F  R F I D  r ead er   a n te n n a   w it h  p o la r iz a tio n  d iv e r s it y  s u ita b le   f o r  s e a r c h i n g  ta g g e d  ite m s .     T h e an t en n a  co n s i s t ed  o f  a  m i cr o s t r i p  ar r ay   w i t h  al t er n at i n g  o r t h o g o n a l  b o w  t i e  el e m en t s ,   w h i c h  ar e   f e d  in  s e r ie s  b y  a  p a ir  o f   m ic r o s tr ip  lin e s   [5 ] .   C y r  et  al .  car r i ed  o u t   a  s im u la t io n  p r o j e c t in c o r p o r a tin g  4  s e ts  o f   b o w tie  e le m e n t s  in to  a n  a r r a y   [6 ] .  G u e s m i e t a l.  p r o p o s e d  f r a c ta l b o w  tie  a n te n n a s  f o r  d es i g n i n g  R F I D  r ead er   r e s on a t i ng  a t  2. 45 G H z   [7 ] .  M eh ad j i  et  a l .  pr opos e de s i g n   of  pr i n t e d bo w  t i e  a nt e nn a s  a nt e n n a s   f or   w i r e l e s s   n e t w or ks  a n d t h e  opt i m i z e d a n t e nn a s   w e r e  t o be  i n t e g r a t e d on  l a pt ops   [8 ] .  O t m a n  et  al .  p r es en t ed  a  m i n i at u r e   m i cr o s t r i p  an t e n n w i t h  2 G H z b an d w i d t h  f o r  a r ef l ect i o n  co ef f i ci e n t   u n d er   - 1 0 d B  an d  cen t er ed  o n  t h e I S M   ba n d a t  5. 8 G H z   [9 ] .  H o s s ai n  et  al .  p r es en t ed  a ci r cu l ar l y  p o l ar i zed   m i cr o s t r i p  ar r ay  an t en n a u s i n g  d u a l   o r t h o g o n al   f eed  t ech n i q u [1 0 ] .   T h e r el at i o n  b et w ee n  a n t en n a d i m e n s i o n s  a n d  ch ar act er i s t i cs   w er e al s o   i n v e s t i g at ed  i n  t h i s  s t u d y   w i t h  p ar a m et r i c an al y s i s  o f  t h e a n t en n a.   A l v i n a et  al .  ex p er i m en t al l y  e v al u at ed  a  r ect en n a e m p l o y i n g  a b o w  t i e an t en n a.  P ar a m et r i c s t u d i es  o f  a b o w  t i e an t en n w er e c o n d u ct ed  b y  u s i n g   el ect r o m ag n et i c s i m u l at i o n  an d  t w o  t y p es  o f   b o w  t i e r ect en n as   w er e f ab r i cat ed  b as ed  o n   t h e an t e n n a d es i g n   f or  5. 8 G H z   [ 11 ]     2. 2 .   B o t h Si de d M I C  T e c hno l o g y   A  M i cr o w a v e I n t e g r at ed  C i r cu i t  ( M I C )  i s  a s p eci al   g r o u p  o f  h i g h l y  i n t eg r at ed  an al o g  ci r cu i t s ,   d es i g n ed  f o r  o p er at i o n  at  f r eq u en ci e s  o f  ap p r o x i m at el y  1   g i g ah er t z ( G H z)  o r   m o r e.  I n  t h i s  f r eq u e n c y  r a n g e,   t he   va r i o u s   c i r c ui t   f u nc t i o ns   t ha t   w e r e   us ua l l y   i m p l e m e nt e d   i t he   p a s t   us i n b ul k m e t a l   w a ve g ui d e s   a nd   co ax i al  l i n es ,  can   n o w  b e i m p l e m en t ed   u s i n g  p r in te d   m ic r o s tr ip  lin e s  o r  o th e r   f o r m s  o f   p la n a r  tr a n s m i s s io n   l i n es .   S u c h  co m p o n en t s  ar e p h y s i cal l y  s m al l ,  i n   s o m e ca s es  h av i n g  l e s s  t h a n  o n s q u ar m i l l i m et er  ( 1   m m 2 o f  s u r f ace ar ea.  A d v an t a g es  o f  MI C s  i n c l u d e ex cel l en t  ci r c u i t  f u n ct i o n s  a n d  g r eat er  d es i g n  f le x ib ilit y   [ 12]   M I C  T ech n ol ogy  e n a bl e s  a l l   t h e  opt i c a l  a n d e l e c t r i c a l  f unc t i on s   t o be  pe r f or m e d on a   s i ng l e  c h i p   t ech n o l o g y .  I t  o f f er s  p o t en t i al  f o r  l o w   co s t   m a n u f act u r e,  as   w el l  a s  r ed u c t i o n  o f  p ar as i t i c  ef f ect s  as s o ci at ed   w i t h p a c ka gi n g a nd  i nt e r c o n n e c t s .  I t  a l s o  e ns ur e s   un i f o r m it y  o f   th e  d e v ic e .  B o th - S i de M I C  T e c h n ol ogy  i s   c om pos e d o f   m i c r os t r i p l i n e s   a n d s l ot  l i n e s .  T h i s  t y pe  of  a r r a y  a nt e nn a   n e e ds   n o i m pe da nc e   m a t c h i n g  c i r c u i t s   an d  h a v v er y   s i m p l e c i r cu i t   co n f i g u r at i o n ,   w h i c h  ar m a i n l y  d u t o  t h e e x cel l e n t  p er f o r m an ce s  o f  b o t h t he   m ic r o s tr ip - s lo t p a r a lle l b r a n c h  c ir c u it a n d  t h e  s lo t - m ic r o s tr ip  s e r ie s  b r a n c h  c ir c u it  [ 13] .   T he  us e   o f  bot h - s i de d M I C  T e c h n ol ogy   f or  a n t e n n a  opt i m i z a t i on  i s  a  c o m p l e t e l y   n e w  t e c h n ol og an d  h as  i m m e n s e p o t en t i a l  t o  i m p r o v e an t en n a p er f o r m a n c e.  H o s s ai n  et  al .  d es i g n ed  ci r cu l ar  p o l ar i zat i o n   s w i t c h ab l e m i cr o s t r i p   ar r ay  an t en n u s i n g  m ag i c - T  b ia s  c ir c u it u s in g  bot h - s i de M I C  T e c h n ol ogy   [ 14] R ah m a n   et   al .   al s o   d es i g n ed   p l an ar   ar r a y   a n t en n u s i n g   b o t h - s i d ed   M I C   [ 15] .   R a h m a n   et   al .   d es i g n ed   ci r cu l ar l y  p o l ar i zed  ar r ay  a n t e n n w i t h   i n cl i n ed  p at ch e s  u s i n g  b o t h - si d e d  M I [ 16] .  H o w ev er ,  t o  t h e b es t  o f   au t h o r s '   k n o w l ed g e,   n o n o f   t h r es ear c h er s   h av i n co r p o r at ed   b o t h - s i d ed   M I C   T ech n o l ogy   f or   t h e   o p tim iz a tio n  o f  b o w  tie  a r r a y   a n te n n a s  till d a te ,   w h ic h  is  t h e  p r im e   f o c u s  o f  th is  p a p e r .       3.   DE S I G N AND L AYO UT   3. 1.   C h ar ac t e r i s t i c s  of   T y p ic a B o w  T i e  A nt e nna   A   b o w   t i e   a nt e nna  i s   a   t he o r e t i c a l l f r e q ue nc y i nd e p e nd e nt   a nt e nna ,   i . e . ,  a   w i d e b a nd   a nt e n na .   I n   cas e o f  h a l f - w a ve l e ng t h  d i p o l e  a nt e n na ,  t he  a nt e nna  d e s i gn   i s  s p e c i f i e d  b y t he   l e n gt h o f  t h e  a nt e n na  e l e m e nt s .   T he   l e ngt m u s t   b e   e q ua l   t o   a   ha l f   w a ve l e n gt a t   t he   f r e q ue nc o f   i nt e r e s t .   W he a   b o w   t i e   a nt e nna   w i t h   i n f i n i t el y  l o n g  el e m e n t s  i s  co n s i d er ed ,  i t  i s  s p eci f i ed  s o l el y  b y  t h e  an g l e o f  t w o   m et al   p i eces .  I n  t h i s  cas e,   w a ve l e ngt h ne ve r  c o m e s  i nt o  t he  e q ua t i o n.  C o n s e q ue nt l y,  b o w  t i e  a nt e nna   ha s  a i n f i n i t e  b a n d w id th   th e o r e tic a ll y ; if  i w o r k s  i n  o n e  f r e q u e n c y ,  it  m u s t b e   w o r k in g  in  a ll  f r e q u e n c ie s .     F i g ur e   1 ( a)  s h o w s  a  s ch e m at i c  s t r u ct u r e  o f  a  t y p i cal  b o w  t i an t en n a.  T w o  t r i an g l e  an t en n a  el e m e n t s   ar p l aced   v i s - à - v i s   o n   s u b s t r at e.   A   f eed  p o i n t   i s   b et w ee n   t he   a nt e nna   e l e m e nt s .   T hi s   F i g ur e   a l s o   s ho w s   d i m en s i o n al   p ar a m et er s   o f  t h an t en n a.     a nd   L   ar t h e v er t ex   an g l e an d  l en g t h  o f   t h e  t r i an g l el e m en t s ,   r es p ect i v el y .   g   i s  t h g ap   w i d t h  b et w ee n  t h e t w o  an t e n n a el e m en t s .   F i gu r e  1( b)  s h o w s  a  t y pi c a l  a n t e nn a   i m p ed a n ce o f  a b o w - t i e an t e n n a.  R ed  an d  b l u s h o w s  t h e r eal   an d  i m a g i n ar y  p ar t s  r es p ect i v el y .  H er e M 1  i s  t h f i r s t  r es o n an t   f r eq u e n c y  a n d  M 2  i s  t h e s eco n d  r es o n a n t   f r e q ue nc y.  T he  b o w - t i e  a nt e nna s  a r e  us ua l l y   u s e d  i n t he  f i r s t  r e s o na nt   f r e q ue nc y.  B ut  a s  a n t en n a r eal   i m p ed an ce i s   h i g h  at   s eco n d  r es o n an t  f r eq u e n c y   s o  i t  can  b e  al s o  co n s i d er ed .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   303 8   -   3045   3040     ( a)   (b )     F i g u r e 1 .  ( a)  S t r u ct u r e o f  a t y p i cal  B o w  T i e A n t e n n a ( b )  t y p i cal  an t en n a i m p ed an ce o f  a B o w  T i e A n t en n a       3 .2 D e s i gn   of  a  Si ng l e  B o w   T i e  A nt e n na   T h e g eo m et r y  o f  a  s i ngl e  b o w  t i e  e l e m e nt  i s  p r o p o s e d  a nd  s ho w n  i n F i gur e   2 (a ).  F ro m  t h e   i m p ed an ce  g r ap h  s h o w n  i n  F i g u r e 2 ( b ) ,  t h e s eco n d  an d  t h i r d  r es o n an t   f r eq u en c i es   w er e c h eck ed  t o  s el ect  t he   a n t e nn a  i m pe da n c e  ( 100 ohm ) .   T h e d at a o f   S ( 1 , 1 )  p ar am et er   i n  F i gur e  2 ( c )   p r o vi d e s  t he  r e t ur l o s s  l e s s  t ha n   - 10 dB ,   w hi c i n di c a t e s   g ood pe r f or m a n c e  o f  t h e  pr opos e d s i ng l e  bo w   t i e  e l e m e n t .  T h e   f r e qu e n c y  of  s i ng l e   b o w  tie  a n te n n a  is   o b t ai n ed  ar o u n d  6 . 5  G H z.  T h e s a m e b o w  t i e el e m e n t   h as  b een   u s ed  i n   a 2 x 2  h al f  b o w  t i e   ar r ay .                     ( a)     (b             ( c)     F i g u r e.  2  ( a)  G eo m et r y  o f  a h a l f  B o w  T i e E l e m en t  ( b )  A n t e n n a i m p ed an ce  f o r  h al f  B o w  T i e E l e m en t     ( c)  R et u r n  l o s s  o f  t h e h al f  B o w  T i e el e m e n t     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  T r i pl e  B and B o w  T i e  A r r ay  A nt e nna  U s i ng  B o th - s i d e d M I C   ( A k i m un J ann at  A l v i na )   3041           F i gu r e  3.  ( a )  L a y ou t  of  t h e  pr opos e d 2x 2 B o w  T i e  A rra y   A n t e n n a  (T o p  V i e w (b C r o s s  S e c tio n a l V ie w   ( AA’ )       3. 3 .  D e s i g n o f  P r o po s e d B o w  T i e  A r r a y  A nt e nna   U si n g   M I C  T e c h n ol ogy   T o   d es i g n   t h e b o w  t i e ar r a y  a n t en n a,  t h e a n t en n a i m p ed an c e f o r  s ev er al  d i m e n s i o n s   w er e  s i m u l at ed   us i n A D S  ( A d va nc e d  D e s i g n  S y s t e m )  M o m e nt u m  o f  K e ys i ght  T e c h no l o g i es .  T h e t ar g e t   d e s i g n f r e q ue nc y i s   6 . 5  GHz .   T h e co m p l et e l a y o u t  o f  t h e p r o p o s ed  b o w  t i e ar r a y  an t en n a i s  s h o w n  i n  F i g u r e 3 ( a) .  A n d  t h e cr o s s - s ect i o n al   v i e w   i s  s h o w n  i n  F i g u r e 3 ( b ) .  T h e co n s i d er ed  d es i g n  p ar a m et er s  ar e s h o w n  i n   T ab l e 1 .  I n  s u b s t r at l a ye r ,  T e f l on   w i t h  a  t hi c kn e s s  o f  0. m m  a n d r e l a t i v e  di e l e c t r i c  c on s t a n t  of  2. 15 i s   u s e d t o de s i gn  t h e   pr op os e d a n t e nn a .  C oppe r  i s  u s e d a s  t h e  c on du c t or   m e t a l  a n d t h e  t h i c k n e s s  i s  18 µ m .  T h e  i m pe da n c e  of  t h e   m i c r os t r i p l i n e  i n  t h e  de s i g n  i s  50  ohm s  ( 2. 42 m m )   a nd   λ / 4   i s  8. 472  m m .   T h e i m p ed an ce o f  t h e s l o t  l i n e i n   t h e  de s i g n  i s  100 ohm s  ( 0. 19  m m )  a n λ / 4   i s  9. 953 m m .  T o i n c or por a t e  M I C  T e c h n ol ogy  a s  t h e r e  i s  g r o u n d   p l an e,  s o  t h e d es i g n ed  an t en n a  i s  co n s i d er ab l y   m i cr o s t r i p  h al f  b o w  t i e el e m e n t .       T ab l e 1 .   C on s i de r e V al u es   o f  t he   D es i g n  P ar am et er   D es i g n  P a r a m et er s   V a l u es   D ie l e c tr i c  C o n s ta n t   2 . 1 5   T h i c kn e s s  o f  C o n d u c t or  ( c o pp e r )   1 8  µ m   T h i c kn e s s  o f  S ub s t r a t e   0 . 8  m m   Ta n δ   0 . 0 0 1   P o r t  I m p e d a n c e   5 0   Ω           F i gu r e  4.   C u r r e n t  D i s t r i but i on   t h r oug h  t h e  pr opos e d l a y ou t   T e f l on  gl as s  f i be r  s ub s t r at Ɛ 2 . 1 ) z x y θ  0 . mm Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   303 8   -   3045   3042   E m b ed d i n g  a p ai r  o f  s p u r  l i n e s  i n  t h e b o w  t i e an t e n n a,  a n e w  r es o n an t   m o d w i t h  a l o w e r  r es o n an t   f r eq u en c y  t h a n  t h a t  o f  t h f u n d am e n t al   m o d e can  b e e x ci t ed .  D u e t o  t h e p r es e n ce o f  t h s p u r  l i n e s ,  t h e ex ci t e b o w  t i e  s ur f a c e  c ur r e nt  p a t h i s  l e ngt he ne d  a nd  t h us  t he  r e s o n a nt  f r e q ue nc y o f  t he  b o w  t i e  e l e m e nt  i s  l o w e r e d .   D u e t o   t h e  ex i s t e n ce o f  t r u n cat ed  co r n er   w i t h  s p u r  l i n es ,  t h s i ze o f  r ad i at i n g  b o w  t i e el e m en t s  can  b e r ed u ced   c o n s id e r a b l y .  I n  t h e  la y o u t,   w id t h  of   m i c r os t r i p l i n e  a n d s l o t  l i n e  a r e  2. m m  a n d 0. 19  m m  r e s pe c t i v e l y .  T h e   i m pe da n c e  of   m i c r os t r i p l i n e   a n d s l ot  l i n e  i n  t h e  l a y out  a r e  50 oh m  a n d 100 ohm  r e s pe c t i v e l y .  F or  pr ope r   m a tc h in g  b e t w e e n   m ic r o s tr ip  lin e  a n d   s lo t lin e ,  3 5 0  o h m   q u a r te r - w a ve l e n gt h   tr a n s m is s i o n  lin e  i s  u s e d  a s   i m pe da n c e  t r a n s f or m e r   w i t h   a   w i dt h  of  0. 34  m m  a n λ / 4   of  8. 905 m m .  T h e  i m pe da n c e  t r a n s f or m e r   w a s   ev al u a t ed  f r o m  t h e eq u at i o n  ( 1 ) :     1 = 0 _                    (1 )     W h er 0   a nd   _    i s  t h e ch ar act e r i s t i c i m p ed an ce o f  t h m i cr o s t r i p  l i n e an d  s i n g l e b o w  t i e an t en n a   r es p ect i v el y .  T h e f eed i n g  p ar t  co n s i s t s  o f   m i cr o s t r i p - s l o t  b r an ch  ci r c u i t   w h i ch  i s  co n n ect ed  i n  p ar al l el .   T h u s ,   t h e f eed i n g  s t r u ct u r h as  t h e e f f ect  o f   m u l t i p l e f eed  b u t   w i t h o ut  c o m p l i c a t e d  f e e d i ng  ne t w o r k.  T o  d e s i gn t hi s   t y pe  of   f e e d n e t w or k  B ot h - s i d e d  M I C  T e c hno l o g i s  ve r u s e f ul .   F i gur e  4  s ho w s   t he  d i s t r i b ut i o n o f  c ur r e n t   t h r oug h  t h e  pr opos e d l a y ou t .       4.   RE S U L T S  AND D I S CU S S I O NS   I n  th e  s i m u la te d  r e s u lt s  o f  S   ( 1 , 1 ) ,  th e  d a ta   ar e ev al u at ed   f o r  t h e f eed   n et w o r k  n ear   t h o p t i m i zed   v al u e.  T h e d at a o f  S  ( 1 , 1 )  p ar a m et er   f r o m   F i g u r e 5  i n d i c at es  t h e e x cel l e n t  p er f o r m an c e o f  t h e p r o p o s ed   an t en n a.  I t  i s  o b s er v ed  t h at  t h e r et u r n  l o s s es  ar e  f ar  b el o w  t h an   - 10 dB .  T h e   m a xi m um  ob t a i n e d a n t e nna  ga i n   i s  a bou t  12. 41  dB i .           F i gu r e  5.  P e r f or m a n c e  of  S  ( 1, 1)  pa r a m e t e r  f or  pr opos e d l a y ou t  of  B o w  T i e  A r r a y   A n t e n na           F i gu r e  6.  V S W R  G r a ph  f or  pr opos e d l a y ou t       T h e s m al l er  t h e V S W R  i s ,  t h e b et t er  t h e an t en n a i s   m at c h ed  t o  t h e t r an s m i s s i o n  l i n e an d  t h e   mo r e   p o w er  i s  d el i v er ed  t o  t h e  an t e n n a.  T h e V S W R   g r ap h   f o r  t h e p r o p o s ed  an t en n l a y out  F i gu r e  6   s ho w s  va l ue s   l es s  t h a n  2  f o r  t h t h r ee o p er at i n g  f r eq u e n ci e s .   T he  s i m ul a t i o n   r a d ia tio n  p a tte r n s   ( 2 D  v i e w)   fo r   t he   ma x i mu m   ga i n f r e q ue nc a r e  s ho w n i n F i gu r e 7  an d  8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  T r i pl e  B and B o w  T i e  A r r ay  A nt e nna  U s i ng  B o th - s i d e d M I C   ( A k i m un J ann at  A l v i na )   3043     F i g u r e 7 .  R ad i at i o n  p at t er n   f o r  T h et a=0  ( l ef t )  an d  T h et a=9 0  ( r i g h t )   f o r  f r eq u en c y  6 . 5  G H z           F i gu r e  8.  R a di a t i on  pa t t e r n   f or  P h i = 0 ( l e f t )  a n d P h i = 90 ( r i g h t )  f or  f r e qu e n c y  6. 5 G H z           F i gu r e  9.   3D  v i e w  o f  t h e  r a di a t i on  pa t t e r n  ( f = 5. 8 G H z ,  6. 5 G H z ,  8 G H z )  of  B ow  T i e  A r r a y   A n t e n n a       T ab l e 2 .   S u m m ar y   T ab l fo r   P r o p o s ed  A n t en n a P ar a m et er s   F r e q u e n c y   G a i n  ( d B i)   D ir e c ti v i ty  ( d B i )   R ad i at ed  P o w er  ( W a t t s )   5 . 8  G H z   1 1 . 91   1 2 . 88   0 . 0 01 9   6 . 5  G H z   1 2 . 41 2 2   1 2 . 85   0 . 0 02 2   8  GH z   7 . 8 47 1   8 . 8 1   0 . 0 01 8       T he   3 D  vi e w  o f  t he   r a d ia tio n  p a tte r n s   fo r  t h e   t hr e e   ma x i mu m g a i n   f r eq u en ci e s   ( f = 5 .8  G H z , 6 .5  G H z 8  GHz )   ar e s h o w n   i n F i gu r e  9.   T he   o p er at i n g  f r eq u e n ci e s ,  G ai n ,  D i r ect i v i t y  a n d  R ad i at ed   P o w er  o f   s i m u la te d   b o w  t i e ar r ay   an t en n a   ar r ep o r t ed   i n  T ab l e 2 .   A  co m p ar at i v e an al y s i s  i s  car r i ed  o u t  t o  s t u d y  t h e p er f o r m an c e   o f   t h d es i g n ed   an t e n n w i t h   t h at   o f   t h a n t e n n a s   d es i g n e d   i n   es t ab l i s h ed   l i t er at u r es   i n   T ab l 3 .   T h t ab l e   p r es en t s  a s u m m ar y  o f  t h f i n d i n g s  f r o m  t h e co m p ar i s on ,  c om bi n i n g   m i c r os t r i p a n d bo w  t i e  a r r a y  a n t e nn a s   w i t h  a n w i t h o u t  t h e  i n c or por a t i on  of  bot h  s i de d M I C  T e c h n ol ogy .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   303 8   -   3045   3044   T ab l e 3 .   S u m m ar y   T ab l of  A n t e nn a s   w i t h  a n w i t h ou t  B ot h S i de d M I C   L ite r a t u r e   A n t e n n a  C o n f i g u r a t i o n   T yp e  o f   A n t e n n a   M I C   T e c h n o l o g y   F r e q u e n cy   Ga i n   S u b s tr a te   C y r ,  2 0 1 1   [ 6 ]   2  ×  2  b ow  t i e  a r r a y   a n t e n n a   2 x 2  b o w   t i e   m i c ro s t ri p  a rra y   a n t e n n a   No   2 . 4  G H z   3  d B i   W o v e n  F i b e r   G l a s s  ( 1 . 6  mm)   H o s s ai n  e t  al .,   2 0 1 4   [ 1 4]   2  x   2  c i r c u l a r l y  p o l a r i z e d   s w i t ch a b l e  ar r ay  an t e n n a   2 x 2  m i c r os t r i a n t e n n a   Y es   3 . 8  G H z   6 . 2 4 dB i   T e f lo n  G la s s   ( 0 . 8  mm)   R ah m an   et  a l . ,   2 0 1 7   [ 1 6]   2  ×  2  c i r c u l a r l y  p o l a r i z e d   ar r ay  an t e n n a w i t h   i n cl i n e d   p at ch es   2 x 2  m ic r o s tr ip   a n t e n n a   Y es   9 . 8 6 - 1 0 . 23  G H z   6 . 3 6 dB i   T e f lo n  G la s s   ( 0 . 8  mm)   P r o p os e d   S t ru c t u re   2  ×  2  b ow  t i e  a r r a y   a n t e n n a     2 x 2  b o w   t i e   m i c ro s t ri p  a rra y   a n t e n n a   Y es   5  t o   8  G H z   1 2 . 41 d B i   T e f lo n  G la s s     ( 0 . 8  mm)       5.   CO NCL U S I O N     T h e d es i g n  o f  a 2 x 2  l i n ear l y  p o l ar i zed  h al f  b o w  t i e ar r a y  a n t en n w i t h  t r u n cat ed  s p u r  l i n e s  h as  b een   de s i gn e d.  T h e  i n c or po r a t i on  o f  bot h  s i de d M I C  T e c h n ol ogy  t o ov e r c om e  i m pe da n c e   m a t c h i ng  pr obl e m s  o f   f eed  ci r cu i t s  h a s  e n h an ced  t h e  an t e n n a p er f o r m a n ce.  T h e   pe a k  a n t e n n a  g a i n a c r os s   t h e  ove r a l l  ope r a t i n g ba n d   i s   m e a s u r e d t o be  12. 4 6 dB i  a t  6. 55 G H z ,   w h i c h i s   n ot e w or t hy  i m pr ov e m e nt  ov e r  pr e v i ous l y  de s i gn e d   an t en n a s  u n d er  s i m i l ar  co n s t r ai n t s .  T h e s a m e an t e n n i s   a b l e t o  o p e r at at   t h r ee  d i f f er e n t   f r eq u en ci e s :   5 .8   G H z,  6 . 5 5  G H z an d  8 . 0  G H z.  T h m aj o r  ad v an t ag e o f  t h e  s i n g l e - f e e d ,  b o w  t ie  a r r a y  a n te n n a s  is  th e ir  s i m p le   s t r u ct u r e,   w h i c h  d o es  n o t  r eq u i r e an  e x t er n al  p o l ar i zer .  T h er ef o r e,  t h e y  ca n  b e r eal i zed  m o r e co m p act l y  b y   u s i n g   l es s  b o ar d   s p ace  t h an   d u al - f eed   l i n ear l y   o r   ci r cu l ar l y   p o l ar i zed   m i cr o s t r i p  an t e n n as .  T h e s i m p l e an d   co m p act   s t r u ct u r m a k es  t h e p r o p o s ed  an t en n a ex cl u s i v e l y  s u i t ab l e f o r  l ar g e s ca l e ex t e n s i b l e ar r ay  a n t en n a s .     S i n ce t h e f r eq u e n c y  r a n g e o f  t h e p r o p o s ed  an t en n as   f al l s   w i t h i n  t h s p ect r u m  o f   IE E E  C - Ba n d ,  i t s   i m p l e m en t a t i o n  i n  s at el l i t e co m m u n i cat i o n  can  b e a p o t en t i a l  f i el d  o f   f u t u r e r es ear ch .  T h C - ba n d i s  pr i m a r i l u s e d  f o r   o p e n   s a te llite   c o m m u n ic a tio n s ,  w h e th e r  f o r  f u l l - t i m e   s a te llite   te le v is io n   n e t w o r k s  o r   r a w   s a te llite   f eed s .  S i n ce o v er l oa di n g  o f  t he  C - b a n d  d u e  to  te r r e s tr ia m ic r o w a v e  li n k s  le d  to  th e  d e v e lo p m e n t o f  K u - ba n d,   opt i m i z a t i on  o f  t h e  pr opos e d a n t e nn a   f or  K u - b a n d  can  b e r e s ear ch ed .  T h e u s e  o f  M I C  T ech n o l o g y   w as   f o u n d   t o  f ur t he r   i m p r o ve  t he  o ve r a l l   a nt e n na  p e r f o r m a nc e .  I n  t hi s  s tu d y ,   th e  b o w  tie s   w e r e  tr u n c a te d   w ith  s p u r  li n e s .   R e c onf i gu r a t i o n  of  t h e  pr opos e d a n t e n n a  us i n g di f f e r e n t  t r un c a t i on  m e t h ods ,   s u c h a s  s qua r e  r i n g ,  t r i a ngu l a r   r i n g ,  cr o s s  s t r i p ,  ci r c u l ar  s l o t  e t c.  can  b e e x p l o r ed  t o  f u r t h er  i m p r o v e t h e an t en n a p er f o r m a n ce  a nd  i n ve s t i ga t e   its  e x te n s iv e  a p p lic a tio n s  in   w ir e le s s  c o m m u n ic a tio n  te c h n o l o g ie s .         ACK NO W L E D G E M E NT S     W e  t ha nk D r .  I c hi hi ko  T o y o d a  a nd  M r .  M .   A .  R a h m a n o f  S a ga  U ni ve r s i t y,  J a p a w h o   p r o vi d e i ns i g ht f ul  t ho ug ht s  t ha t  gr e a t l y a s s i s t e d  t he  r e s e a r c h.  W e  a l s o   t ha nk  M .   A .  H o s s a i f r o m  t he  E l e c t r o ni c  a nd   T e l e c o m m u ni c a t i o n  E n gi ne e r i ng d e p a r t m e nt  o f   C hi t t a go ng  U ni ve r s i t y o f  E n gi ne e r i n g a nd  T e c hno l o g y   f o r  hi s   f r ui t f ul  r e c o m m e nd a t i o ns .       R EF ER EN C ES     [ 1]   V .  H .  R u m s e y  a n d  E.  E.  R .  L .  U n iv e r s ity  o f  I llin o is  a t U r b a n a - C ha m pa i g n  :   A nt e nna   L a bor a t or y ,   F r eq u en cy  i nde pe nde nt  a nt e n nas .   U r b a n a ,   I ll in o is :   U n iv e r s ity   o f   I llin o is ,   1 9 5 7 .   [ 2]   M .  A b ri ,  “ Bi - B a nd B ow - T i e   A nt e nna s  A r r a y  D e s i g n U s i ng  a  S i m pl e  E qui v a l e nt  T r a ns m i s s i on L i ne  M ode l ,   I nt e r nat i o nal  J our n al   of  C om p ut e r  N e t w or k s   &  C om m uni c at i o ns ,   v ol .  4,  no.   4,   p p.  27 9 2 90 ,   J ul .  2 012 .   [ 3]   S .  D i do uh ,  M .  A br i ,  a nd F .  T .  B e ndi m e r a d,  “ C or por a t e - F eed  M u l t i l ay er  B o w - T i e   A nt e nna  A r r a y   D e s i g n U s i ng  a   S im p le  T r a n s m is s io n  L in e M o d el , ”  M ode l l i n an d S i m ul at i o n i n E ngi ne e r i ng ,  20 12 .   p. 4 1.   [ 4]   H. - W . L i u , F . Q i n , J . - H L e i , P . W e n B . - P .  R en ,  an d  X .   X i ao ,  “D u al - b a n d  m ic r o s tr ip - f e d bow - t i e an t en n a f o r  G P S   a nd W L A N  a ppl i c a t i on,   M i cr o w a ve a n d  O p t i ca l  T ech n o l o g y L et t e r s . ,   v ol .  56,   no .  9,  pp .   2 08 8 2 09 1,   S e p.  20 14.   [ 5]   A .  B our s i a ni s ,  A .  D i m i t r i ou,  A .   B l e t s a s ,  a nd J .  N .  S a ha l os ,  “ A  w i de ba nd U H F  R F I D  r e a de r  a nt e nna  a r r a y   w i t bow - tie  e le m e n ts ,  in   1 0t h  E ur op e an C o nf e r e nc e  on  A n t e nn as  a nd   P r opa ga t i o n ( E uC A P ) ,  2 01 6 ,  2 016 ,   pp .  1 4.   [ 6]   Ph i l  C y r  a nd R .  K w ok ,  “ 2. 4 G hz  2x 2 B ow t i e  A r r a y   A nt e nna ,   W i r e l .  A nt e n na  P r oj .  S an  J os e  St at e   U ni v . ,  20 11 .   [ 7]   C .  G u es m i ,   A .  F er ch i ch i ,  an d  A .   G h ar s al l ah ,  “ A  M o d i f i ed  F r act al  B o w   T i e   A n t en n a f o r  an   R F I D  R ead er ,   I nt e r nat i o nal  J our n al   of  E l e c t r i c al  an d C om pu t e r  E n g i n eer i n g  ( I JE C E ) v o l . 4 , n o 3 p p . 4 4 1 44 6,   J un.  20 14 .   [ 8]   A .  M eh ad j i ,  H .  B ad ao u i ,  an d   Z .  B er b er ,  “A  B o w - T i e  B l ue t oot h/ W i m a x   A nt e nna  D e s i g n f or   W i r e l e s s  N e t w or k s   A p p lic a tio n s ,   I nt e r n at i o na l  J our nal  o f  I nf or m at i o n a nd N e t w or k  Se c ur i t y  ( I J I N S) , v o l 1,  no.  3 ,  pp .  207 21 5,  J u l .   201 2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  T r i pl e  B and B o w  T i e  A r r ay  A nt e nna  U s i ng  B o th - s i d e d M I C   ( A k i m un J ann at  A l v i na )   3045   [ 9]   O .  O t m a n,  N .   A .  T ouha m i ,  M .  A g hout a ne ,  a nd A .  B .  K c ha i r i ,  “ A  N e w  D e s i g n of  a  W i de ba nd M i n i a t ur e  A nt e nna   A rra y ,   I nt e r nat i on al  J our nal   of   E l e c t r i c al  an d C om p ut e r  E ngi ne e r i ng ( I J E C E ) ,  v ol .  7,  n o.  4,   pp.   1 850 18 57 ,  A u g.   2 01 7.   [ 1 0]   Q .  D .  H os s a i n,  M .  A .  R a h m a n,   a nd M .  A .  H os s a i n,  “ D ua l  O r t hog ona l  F e e d C i r c ul a r  P ol a r i z a t i o n  A r r a y   A nt e nna   U s in g  M ic r o s tr ip  S lo t F e e d  N e tw o r k ,   I nt e r nat i o na l  J our n al  of  E l e c t r i c al  and C om put e r  E n gi ne e r i ng ( I J E C E ) , v ol .  5,  n o.   5,   pp.  1 11 9 11 27,  O c t .  20 15.   [ 1 1]   A .  .  A l v i n a,  E .  N i s h i y a m a,  an d  I .  T o y o d a,  “E x p er i m en t al  E v al u at i o n   o f  a B o w  T i e R ect en n a, ” i n   I E I C E  T ech n i ca l   R e por t ,  T ok y o U ni v e r s i t y ,  201 6.   [ 1 2]   M .  A i ka w a  a nd H .  O ga w a ,  “ D oubl e - s i de d M I C s  a nd t he i r  a pp l i c a t i ons ,   I E E E  t r a ns ac t i ons  o n m i c r ow a ve t h eo r y   and  t e c hni que ,   v ol .  37 ,   n o.  2,  pp .  406 41 3,  19 89 .   [ 1 3]   K .  K oda m a ,  E .  N i s hi y a m a ,  a nd M .  A i k a w a ,  “ S l ot  a r r a y  a nt e nna  us i ng  bo t h - s i de d M I C  T e c hnol og y ,  i A n t e nn as   and  P r o pa gat i o n S oc i e t y  I nt e r n at i on al   Sy m pos i um ,  2 00 4.  I E E E ,  20 04,   v o l .  3,  pp.   2 71 5 27 18.   [ 1 4]   M .  A .  H os s a i n,   P .  C h ow dhur y ,  Q .  D .  H os s a i n,   E .  N i s h i y a m a ,  a nd I .  T oy oda ,  “ D e s i g n of  a  c i r c ul a r  p ol a r i z a t i o n   s w itc h a b le   m ic r o s tr ip  a r r a y  a n te n n a  u s in g  m a g ic - T  b ia s   c ir c u it,  in   20 13 I nt e r nat i o nal  C onf e r e n c e  on   E l ect r i ca l   I nf or m at i o n a nd  C om m u ni c a t i on  T e c hnol ogy   ( E I C T ) ,   F eb   2 01 4 ,  pp.  1 4.   [ 1 5]   M .  A .  R a hm a n,  Q .  D .  H os s a i n,   M .  A .  H os s a i n,  E .  N i s hi y a m a ,  a nd I .  T oy oda ,  “ D e s i g n a nd  pa r a m e t r i c  a na l y s i s  of   a   p l an ar  ar r a y  an t en n a f o r  ci r cu l ar  p o l ar i zat i o n ,   I nt e r n at i o na l  J ou r nal  of  M i c r ow av e  a nd W i r e l e s s  T e c hnol ogi e s . v ol .  8,  n o.   06,  p p.   92 1 92 9,   S e p.  201 6.   [ 1 6]   M .  A .  R ah m an ,  E .  N i s h i y a m a,  M .  A .  H o s s ai n ,  Q .  D .  H o s s ai n ,  an d  I .  T o y o d a,  “ A  ci r cu l ar l y  p o l ar i zed  ar r a y  an t en n w i t h i nc l i ne d  pa t c he s   us i ng  b ot h - s i de d M I C  T e c hnol og y ,   I E I C E  C o mmu n i c a t i o n s E x p re ss ,   vo l .  6,  n o.  1,  pp .  40 45,  20 17 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.