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.   10 ,   No .   5 Octo b er   2 0 2 0 ,   p p .   5 3 7 7 ~ 5 3 8 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 5 . pp 5 3 7 7 - 5 3 8 4          5377       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Co m pa ra tive a na ly sis  of f eeding   te chniques  for cyli n drica surro unding  patc h antenna       E rhieg a   N.   U m a y a h ,   Vira nja y   M .   Sriv a s t a v a   De p a rtme n o f   El e c tro n ic E n g in e e rin g ,   Ho w a rd   Co ll e g e ,   Un iv e rsity   o f   K w a Zu lu - Na tal,   S o u th   Af ric a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   1 5 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Ma r   9 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   A p r   11 ,   2 0 2 0       In   t h is  re se a rc h   w o rk ,   a   c y li n d rica su rro u n d in g   p a tch   a n ten n a   (C S P A w it h   im p ro v e d   p e rf o r m a n c e   p a ra m e ter b a se d   o n   in se f e e d   m e th o d   c o m p a re d   to   o th e f e e d   tec h n iq u e h a b e e n   p ro p o se d   f o 1 . 8   G Hz   a p p li c a ti o n s.    T h e   d e sig n e d   a n d   si m u late d   CS P is  a   ro tar y   v e rsio n   o f   a n   in it ially   d e sig n e d   re c tan g u lar  p lan a p a tch   a n ten n a   (RP P A ).   T h e   RP P A   is  m o u n ted   o n     a   c y li n d rica su rf a c e   w it h   ra d iu s   ( r 1 0   m m   w h ich   is  a n   in c re a se d   c u rv a tu re   f o b e tt e - 1 0   d B   S - p a ra m e ter  ( S 11 ),   im p e d a n c e   b a n d   w id th   ( BW ),   v o lt a g e   sta n d in g   w a v e   ra ti o   (V S W R),   ra d iatio n   p a tt e rn ,   a n d   g a in .   T h e   c o p p e r   ra d iatin g   p a tch   h a b e e n   c o n f o rm e d   o n   th e   su rf a c e   o f   th e   g ro u n d e d   f lex ib le  p o ly i m id e   su b stra te  w it h   re lativ e   p e r m it ti v it y   ( ε r 3 . 5   a n d   th ic k n e ss   ( h   1 . 6   m m   a t   n o rm a li z e d   in p u im p e d a n c e   o f   5 0   Ω R e su lt f o th e   RP P A   a n d     th e   p r o p o se d   CS P A   h a v e   b e e n   c o m p a re d   w it h   e x isti n g   d e sig n in   term o a n ten n a   siz e ,   re so n a n f re q u e n c y   ( f r ),   re tu rn   l o ss   ( S 11 ),   a n d   g a in   w h il e   tak in g   c o g n iza n c e   o f   th e   f e e d in g   tec h n iq u e s.  T h e   S 11 BW ,   V S W R a n d   g a in     a re - 1 2 . 7 8 4   d B 2 8   M Hz 1 . 8 a n d   4 . 8 1   d Bi   re sp e c ti v e l y   f o th e   re c tan g u lar  p lan a p a tch   a n ten n a   a n d   - 3 5 . 5 7 1   d B,   6 6   M Hz ,   1 . 5 ,   a n d   3 . 7 4   d Bi,   re sp e c ti v e l y   f o th e   c y li n d rica su rro u n d i n g   p a tch   a n ten n a .   K ey w o r d s :   An te n n a   I n s et - f ee d   P o ly i m id e   R ad iatio n   p atter n   R etu r n   lo s s   Co p y rig h ©   2 0 2 0   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 :   E r h ieg N.   U m a y a h ,     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ic  E n g in ee r in g ,   Ho w ar d   C o lleg e,   Un i v er s it y   o f   K w a Z u l u - Nata l,   Du r b an 4 0 4 1 ,   So u th   Af r ica.   E m ail:  er h ieg a @ ieee . o r g       1.   I NT RO D UCT I O N   Hig h   p er f o r m a n ce   f le x ib le  co n f o r m al  p atch   a n te n n i s   t h m ai n   f o c u s   o f   r e s ea r ch   an d   a p p licatio n s   f o r   p o in t - to - p o in co m m u n ic atio n s ,   r ad ar ,   m ed ical  i n d u s t r ies,  an d   ae r o s p ac [ 1 ,   2 ] .   T h is   is   b ec au s it   p o s s ess es  b etter   p er f o r m an ce   p ar am eter s   li k h i g h   g a in ,   lo w   r et u r n   lo s s ,   h ig h er   b an d w id th   etc.   co m p ar ed   to   its   p la n ar   co u n ter p ar t.  P lan ar   p atch   an ten n as   ar k n o w n   f o r   th eir   v er s atili t y   in   n o n - p la n ar   g eo m etr ie s   a n d   ar e   th u s   ap p licab le  in   d if f er en t sit u atio n s ,   co n s tr u ctio n ,   a n d   s u i t ab ilit y   f o r   in teg r atio n   w it h   m i cr o w av cir c u its .     T h r ad iatin g   p atch   ( ele m e n t)   is   o f   v ar io u s   s tr u ct u r es  ( co n f ig u r at io n )   w it h   t h m o s co m m o n   b ee n   r ec tan g u lar   o r   cir cu lar   in   s h ap [ 3 - 5 ] .   Ho w e v er ,   th p lan ar   an d   co n f o r m al  p atc h   an te n n as   h av s o m s i m ilar   ch ar ac ter is tic s   s u c h   as  lo w   p r o f i le,   s i m p licit y ,   li g h t w ei g h t ,   ea s o f   i n te g r atio n   w it h   m i cr o w av e - i n te g r ated   s y s te m s .   C y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n ten n a s   ( C SP A )   is   p r ef er r ed   b ec au s o f   its   ad d i tio n al  ad v an ta g e s .   T h is   in cl u d r ed u ctio n   o f   a er o d y n a m ic   d r ag ,   m ec h a n ica r o b u s tn e s s   o n   h o s s u r f ac es,  r ed u ce d   r ad ar     cr o s s - s ec tio n ,   w id er   an g u lar   co v er ag an d   ea s o f   co n ce ali n g   w it h i n   h o s s u r f ac m ak i n g   i an   in teg r al  p ar o f   t h e   h o s t   [ 1 ,   6 ,   7 ] .   R e p o r t e d   r e s e a r c h   b a s e d   o n   c o n f o r m a l   p a t c h   a n t e n n a s   h a v e   d e m o n s t r a t e d   t h a t   t h e   p e r f o r m a n c e   p ar am eter s   o f   an te n n as a r af f ec ted   b y   f ee d in g   tech n iq u e/ m e th o d   [ 8 - 12]   T h is   p r esen r esear c h   w o r k   h as  a n al y ze d   th d esi g n   a n d   s i m u latio n   o f   i n s e f ee d   c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n te n n o b tain ed   f r o m   co n f o r m al  r ec t an g u le  s h ap ed   p lan ar - p atc h   a n ten n at  1 . 8   GHz   f r eq u en c y   b an d   f o r   m o b ile  co m m u n icatio n   an d   au to m o ti v ap p licatio n s   w h er an te n n a s   h av to   b in teg r ated   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.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 3 7 7   -   5384   5378   o n   cu r v ed   s u r f ac e s .   T h ap p r o ac h   tak e s   i n to   ac co u n t   th e   e f f ec o f   cu r v at u r r ad iu s   ( r )   o n   r et u r n   lo s s   ( S 1, 1 ) ,   i m p ed an ce   B an d   W id th   ( BW ) ,   Vo ltag Sta n d in g   W av R ati o ,   an d   th E -   an d   H -   p lan r a d iatio n   p atter n s   o f   th an ten n as  [ 1 1 - 1 5 ] .   T h is   r esear ch   w o r k   h a s   r eso lv ed   t h li m itatio n s   o f   co ax ial,   p r o b an d   p r o x im it y   f ee d i n g   tech n iq u es  a n d   h as  j u s ti f ied   th at  m icr o s tr ip   in s et - f ee d   tec h n iq u ca n   m i tig a te  th s h o r tco m in g s   o f   o th er   f ee d in g   m eth o d s .   T h is   p ap er   h as  b ee n   o r g a n iz ed   as  f o llo w s Sectio n   2   d e als  w it h   t h d esi g n   a n d   m o d ellin g   o f     th C SP A   d etaili n g   t h e   p h y s i ca d i m e n s io n s   o f   th e   R P P an d   t h m o d el  o f   t h p r o p o s ed   in s e f ee d   C SP A .   Sectio n   3   d ea ls   w ith   r esu l ts   a n d   d is cu s s io n s   an d   it s   co m p ar i s o n   w it h   o th er   e x is tin g   m o d el  h as b ee n   p er f o r m ed   in   s ec tio n   4 .   Fin all y ,   s ec tio n   5   p r esen ts   t h co n cl u s io n   o f   t h w o r k   a n d   r ec o m m e n d s   f u tu r asp ec t.       2.   P RO P O SE M O DE L   O F   T H E   CYL I NDR I CA L   SURR O UNDIN G   P AT CH   ANT E NNA   T h d esig n in g   o f   t h c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atch   an ten n h a s   b ee n   f ir s d er iv ed   f r o m     f u n d a m e n tal  d esi g n   o f   r ec tan g u lar   p atc h   a n d   f u r t h er   o p ti m ized   a n d   co n f o r m ed   o n   th e   c y li n d r ical  s u r f ac e.   Su b s eq u e n s u b s ec t io n s   p r ese n t th o r d er ed   d esig n   d etail s .     2 . 1 .     P hy s ic a l di m en s io ns   o f   re ct a ng ula pla na pa t ch  a nte nn a   T h o p ti m ized   p h y s ica l d i m en s io n   d etai ls   o f   th e   d esi g n ed   r e ctan g u lar   p lan ar   p atc h   a n te n n a   as  s h o wn   in   Fi g u r 1   h as  b ee n   ca lc u la ted   b y   tr a n s m is s io n   li n m et h o d   b y   t h u s o f   ( 1 )   to   ( 5 ) .   T a b le  1   d e p icts     th co m p lete  d etails o f   th p h y s ical  d i m e n s io n s   o f   t h r ec ta n g u lar   p lan ar   p atch   a n te n n [ 1 4 - 1 6 ] .     T h w id th   o f   t h p atch   ( w p )   is :     ( 1 ) 2 2 p r r c w f   ( 1 )     w h er c,   f r   a n d   ε r   ar th v elo cit y   o f   lig h t,  r eso n an f r eq u e n c y ,   an d   p er m it tiv it y   o f   t h s u b s tr ate  r esp ec tiv el y .   T h w id th   o f   t h g r o u n d   p lan e   ( w g )   w h ic h   i s   th s a m a s   th at   o f   th s u b s tr ate  ( w s )   is   g iv e n   as:     6 g s p w w h w   ( 2 )     A l s o ,   th le n g t h   o f   t h g r o u n d   p lan ( l g )   w h ic h   is   t h s a m as   th at  o f   t h s u b s tr ate  ( l s )   is   o b tain ed   f r o m :     g 6 p l h l    ( 3 )     Ho w e v er ,   th r eso n a n f r eq u e n c y   ( f r )   is :     2 r e ff r c f l   ( 4 )     an d   f i n all y ,   th e f f ec tiv le n g t h   o f   t h p atch   ( l eff )   is   g iv e n   b y :     2 e f f p p l l l   ( 5 )     w h er th e x te n d ed   len g t h   ( Δ l )   d u to   f r in g in g   ef f ec t i s :     ( 0 . 3 ) ( / 0 . 2 6 4 ) 0 . 4 1 2 ( 0 . 2 5 8 ) ( / 0 . 8 ) p r e ff p r e ff p l w h h w h            Mo r eo v er ,   th ef f ec ti v d ielec tr ic  co n s ta n ( ε reff )   d u e   to   d iel ec tr ic  co n s ta n o f   t h s u b s tr at ( ε r )   an d   th at   o f   air   ( ε o )   w h ic h   i s   r esp o n s ib le  f o r   f r in g in g   f ield   ( ef f ec t)   is   g iv e n   a s :     1 / 2 11 1 22 12 rr r e f f p h w             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:  2 0 8 8 - 8708       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o feed in g   tech n i q u es fo r …  ( E r h ieg a   N .   Uma ya h )   5379       Fig u r 1 Di m e n s io n   d etails o f   th d esig n ed   r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an ten n a       T ab le  1 .   P h y s ical  p ar a m e ter s   o f   th r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an ten n   D e scri p t i o n   D e si g n   P a r a me t e r   V a l u e   P a t c h     L e n g t h   o f   P a t c h   (l p )   4 4 . 1 0 0     m m   W i d t h   o f   P a t c h   (w p )   5 5 . 6 0 0     m m   P a t c h   t h i c k n e ss (t)      0 . 0 3 5     m m   S u b s t r a t e / G r o u n d   p l a n e       L e n g t h   o f   S u b st r a t e / G r o u n d   p l a n e   (l s   = l g )   5 3 . 7 2 0     m m   W i d t h   o f   S u b st r a t e / G r o u n d   p l a n e   (w s   = w g )   6 5 . 2 0 0     mm   M i c r o st r i p   f e e d       I n se t   f e e d   l e n g t h   (l f )   1 8 . 2 2 5     m m   I n se t   f e e d   l e n g t h   (f l )   1 3 . 4 2 5     m m   I n se t   f e e d   W i d t h   (w f )      3 . 6 4 4     m m   S u b s t r a t e   H e i g h t   ( h )      1 . 6 0 0     m m   G r o u n d   p l a n e   T h i c k n e ss   ( t )      0 . 0 3 5     m m   P a t c h / M i c r o st r i p   f e e d     G a p   b e t w e e n   P a t c h   a n d   f e e d   ( g pf )      1 . 0 0 0     m m       2 . 2 .     M o del o f   t he  pro po s ed  ins et   f ee d c y lin drica l su rr o u nd ing   pa t ch  a nte nn a   T h p r o p o s ed   C SP A   s h o w n   i n   Fi g u r 2   is   r o tar y   v er s io n   o f   th R P P A   o b tain ed   b y   tr an s f o r m a tio n   o f   th o p ti m ized   R P P A   o n   g r o u n d ed   f lex ib le  p o ly i m id s u b s tr ate  o f   cu r v at u r r ad iu s   ( r )   co m p u ted   b ased   o n   th as s u m p tio n   t h at  t h p er i m e ter   o f   th c y l in d r ical  s u b s tr ate  is   eq u al  to   th w id t h   o f   t h R P P A   as:      0 0 2 360 p r p w r    ( 6 )     w h er p   i s   t h e   p er i m eter   o f   t h c y li n d er   f o r m ed   b y   t h s u b s tr ate  an d   r   i s   t h e   cu r v atu r e   r ad iu s   w h i le  θ  a n d   ϕ   ar an g les i n   d eg r ee s   a n d   r ad ian   f o r m ed   b y   t h r ad iu s   o f   th e   p atch   at  th ce n ter   o f   th c y li n d er .           Fig u r e   2 Desig n ed   p r o p o s ed   c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n ten n a   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.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 3 7 7   -   5384   5380   T h R P P A   is   b en alo n g   t h p atch   w id t h   ( H - p la n e )   s in ce   it  af f ec t s   th i m p ed an ce   b an d w id t h   s ig n i f ica n tl y .   T h o th er   p h y s ical  d i m en s io n al  d etails  s u c h   as  th len g th   o f   t h p atch   ( l p )   an d   len g t h   o f     th s u b s tr ate/ g r o u n d   p lan ( l s /l g )   ar tak e n   as  t h h ei g h o f   t h c y li n d r ical  s tr u ctu r e.   Si n ce   R P P A   is   in te n d ed   to   b co n f o r m all y   m o u n ted   o n   c y li n d r ical  s u r f ac e,   th c h o ice  o f   f le x ib le  s u b s tr ate  is   ess e n tial  to   s o lv e     th ef f ec o f   s u b s tr ate  cr ac k i n g   ca u s ed   b y   b en d in g   ef f ec a n d   cu r v atu r r ad iu s .   B en d in g   a n d   cu r v at u r r ad iu s   ar k e y   d eter m i n an t s   o f   th p er f o r m an ce   o f   c y li n d r ical  an te n n a s   as  r ep o r ted   in   liter atu r es  [ 1 7 - 1 9 ] .   T o   r ed u ce   th e f f ec o f   th e   s u b s tr ate  o n   th e   an te n n p er f o r m a n ce ,   f le x ib le  a n d   al m o s n o n - cr ac k i n g   s u b s tr ate   p o ly i m id w it h   p er m itti v it y   ( ε r 3 . 5 ,   p er m ea b ilit y   ( μ r )   1   an d   lo s s   ta n g e n t   ( tan   δ )   0 . 0 0 2 7   w as   ch o s en   f o r     th d esi g n   o f   t h a n te n n a   [ 2 0 ] .   T h c y li n d r ical  b en d i n g   p r o ce s s   w a s   ac h iev ed   b y   k ee p i n g   t h r ad iu s   ( r )   o f     th c y li n d er   co n s ta n at  an   o p tim ized   r ad iu s   o f   1 0   m m   b ec au s d ec r ea s in g   t h r ad iu s   ( i.e .   in cr ea s i n g     th c u r v at u r e)   f r o m   h i g h er   v a lu es   to   t h o p ti m ized   v al u i n cr ea s es   th e   b a n d w id t h   o f   th an te n n a   w h ich   is   d esira b le  p ar am eter   f o r   an te n n p er f o r m an ce   [ 2 1 ,   2 2 ] .       3.   P ARAM E T RIC  A NAL YSI O F   T H E   P RO P O S E C YL I N DRIC AL   SURRO UN DIN G   P AT CH   ANT E NNA    I n   t h is   w o r k ,   p o l y i m id m ater ial  w it h   a   t h ic k n e s s   o f   1 . 6   m m   h as   b ee n   u s ed   as   s u b s tr ate   b ec au s o f   its   f le x ib ili t y   to   co n f o r m   o n   c y lin d r ical  s u r f ac e.   Var io u s   r esu lts   f r o m   th d esi g n   is   p r esen te d   as f o llo w s .     3 . 1 .     Ret urn lo s s   ( S - pa ra m et er ,   S 11 )     Fig u r es  3   an d   4   s h o w s   t h r etu r n   lo s s   ( S - p ar a m eter ,   S 11 )   in   dB   f o r   th r ec ta n g u lar   p l an ar   p atch   an ten n a n d   th c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atc h   an te n n at  r eso n an f r eq u e n c y   ( f r 1 . 8   GHz .   T h r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n ac h iev ed   r etu r n   lo s s   o f   - 1 2 . 7 8 4   dB ,   w h ile  t h c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atc h   a n ten n as   w it h   cu r v at u r r ad iu s   ( r )   o f   1 0   m m   ac h ie v ed   r etu r n   lo s s   o f   - 3 5 . 5 7 1   d B .           Fig u r 3 .   R etu r n   lo s s   f o r   r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   a n te n n at   1 . 8   GHz           Fig u r 4 .   R etu r n   lo s s   f o r   c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atc h   an te n n at  1 . 8   GHz   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:  2 0 8 8 - 8708       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o feed in g   tech n i q u es fo r …  ( E r h ieg a   N .   Uma ya h )   5381   3 . 2 .     I m pe da nce  ba nd w idth   T h e   im p e d a n c e   b an d w i d th   f o r   t h e   r e c t an g u l a r   p l an a r   p a tc h   a n t en n an d   th e   cy lin d r i c a s u r r o u n d i n g   p a t c h   a n t en n a   a t   r es o n an t   f r e q u en cy   ( f r 1 . 8   G Hz   c an   b e   o b ta i n e d   f r o m   F ig u r e   3   an d   Fi g u r e   4 .   T h e   r e c t an g u l a r   p l a n a r   p a t ch   an t en n a   a ch ie v e d   a n   im p e d an c e   b an d w i d th   o f   2 8   M H z   a t   a   f r e q u en cy   r an g e   o f   1 . 7 8 5 6 - 1 . 8 1 4 2   G H z   w h il e   th e   cy li n d r ic a l   s u r r o u n d i n g   p a t ch   an t en n as   w i th   a   cu r v a tu r e   r a d iu s   ( r )   o f   1 0   m m   a c h i ev e d   a   - 1 0 d B   im p e d an c e   b an d w id th   o f   6 6   M H z   a t   a   f r e q u en cy   r an g e   o f   1 . 7 6 2 3 - 1 . 8 2 8 1   G H z .     3 . 3 .     Vo lt a g s t a nd ing   wa v ra t io   ( VSWR)   T h v o ltag s tan d i n g   w a v r a tio   ( VSW R )   s h o w n   in   Fi g u r e   5   an d   Fi g u r 6   ar f o r   th r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n an d   t h c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   an ten n a s   r esp ec tiv el y .   VSW R   in d icate s   t h le v el   o f   m atch in g / m is m atc h   b et w ee n   t h s ig n al   f ee d   l in e   an d   t h an ten n w it h   t y p ical  v al u o f   1 :2 .   T h VSW R   f r o m   th f i g u r e s   ar 1 . 8   an d   1 . 5   r esp ec tiv el y .   T h is   s h o w s   t h at  t h t w o   a n te n n a s   ar w ell  m atch ed   at     th r eso n a n f r eq u en c y   o f   1 . 8   GHz .           Fig u r 5 .   Vo ltag s ta n d in g   w a v r atio   f o r   r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n at  1 . 8   GHz           Fig u r 6 .   Vo ltag s ta n d in g   w a v r atio   f o r   c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n te n n at  1 . 8   GHz       3 . 4 .     F a rf ield  ra dia t io pa t t er n   T h f ar f ield   r ad iatio n   p atter n   i s   th e   p lo t o f   t h f ar f ield   p r o p er ties   as a   f u n ctio n   o f   s p atial  co - o r d in ates   s p ec if ied   b y   ele v atio n   an g le  ( θ)   an d   az i m u th   ( ϕ )   o r   ca n   b d ef in ed   as  p lo o f   p o w er   r ad iated   p er   u n it  s o lid   an g le  [ 1 1 ,   1 4 ,   1 5 ] .   I t   co u ld   b in   p o lar ,   C ar tesi an ,   2 o r   3 g r ap h .   I s h o w s   th an te n n g ai n   at  d if f er e n t   p o in ts   i n   s p ac as  w ell  a s   t h e   an ten n d ir ec ti v it y .   Fi g u r 7 ( a)   an d   Fig u r 7 ( b )   d ep icts   th 3 an d   p o lar   p lo t   r ad iatio n   p atter n s   f o r   th r ec t an g u lar   p lan ar   p atch   an te n n w h ile  Fi g u r 8 ( a)   an d   Fig u r 8 ( b )   d ep icts   th 3 an d   p o lar   p lo t   r ad iatio n   p atter n s   f o r   th c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atc h   an te n n a.   T h f ar f iel d   p lo an d   r a d iatio n   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.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 3 7 7   -   5384   5382   p atter n   o f   th c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atch   a n te n n i s   d if f er en f r o m   t h r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n a   b ec au s its   s u r f ac is   n o p ar allel  to   th p r in cip al  ax es.  T h g ain s   o f   th a n ten n a s   ar 4 . 8 1   d B i   a n d   3 . 4 7   d B f o r   th R P P A   a n d   th C SP A   r esp ec tiv el y .   Fro m   Fi g u r 7 ( b ) ,   th m ai n   lo b m a g n itu d e,   m ai n   lo b d ir ec tio n ,   3   d B   an g u lar   w id t h ,   an d   s id lo b lev el  f o r   th r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an ten n ar 4 . 7 8   d B i 0 . 0   d eg .,   9 8 . 9   d eg . ,   an d   - 8 . 6   d B   at  1 . 8   GHz   r esp ec tiv el y .   Fro m   Fi g u r 8 ( b ) ,   th m ain   lo b m a g n i tu d e,   m ai n   lo b e   d ir ec tio n ,   an d   3   d B   an g u lar   w id t h s   f o r   th c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n te n n ar 3 . 3 4   d B i 0 . 0   d eg .,   an d   1 7 4 . 8   d eg .   at  1 . 8   GHz   r esp ec tiv el y .               ( a)     ( b )     Fig u r 7 .   ( a)   Far f ield   3 D - r ad iatio n   p atter n   f o r   r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n an d     ( b )   Far f ield   p lo t o f   r ad iatio n   p atter n   f o r   r ec tan g u lar   p lan ar   p atch   an te n n a             ( a)     ( b )     Fig u r 8 .   ( a)   Far f ield   3 D - r ad iatio n   p atter n   f o r   c y lin d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n te n n a n d     ( b )   Far f ield   p lo t o f   r ad iatio n   p atter n   f o r   c y l in d r ical  s u r r o u n d in g   p atc h   an te n n a       4.   CO M P ARIS O O F   T H E   P RO P O SE CY L I ND RICA L   SURRO UN DIN G   P A T C H   ANTE N NA  WI T H   E XI ST I N G   DE SI G N S   T h s elec tio n   o f   f ee d in g   tech n iq u i s   a   cr itical   is s u e   f o r   p atch   a n te n n a s   b ec a u s it  a f f ec t s   t h p atc h   s ize,   r etu r n   lo s s ,   VSW R ,   B W ,   an d   S m it h   c h ar [ 1 7 ,   2 3 ] .   T h au th o r s   c h o s i n s et  f ee d   te ch n iq u b ec au s it   s i m p le  to   m o d el,   ea s y   to   f ab r icate ,   an d   ea s y   to   m atch   i n   ter m s   o f   i m p ed a n ce   [ 2 3 ] .   T h p er f o r m an ce   o f     th p r o p o s ed   c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atch   a n te n n h as   b ee n   co m p ar ed   w i th   ex i s ti n g   d esig n s   in   o th er   to   s u p p o r its   i m p o r tan ce   a s   ca n d id ate  an te n n f o r   cu r v e d   s u r f ac ap p licatio n s   as  r e p o r ted   in   liter atu r e.     T h co m p ar is o n   i s   s h o w n   i n   T ab le  2 .     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:  2 0 8 8 - 8708       C o mp a r a tive  a n a lysi s   o feed in g   tech n i q u es fo r …  ( E r h ieg a   N .   Uma ya h )   5383   T ab le  2 .   C o m p ar is o n   o f   p r o p o s e d   an ten n w it h   e x is ti n g   d esi g n s   R e f e r e n c e   S u b s t r a t e   Ty p e   F e e d   Ty p e   A n t e n n a   si z e   ( mm 3 )   R e so n a n t   f r e q u e n c y   ( G H z )   R e t u r n   l o ss (d B )   G a i n   ( d B i )   [ 2 4 ]   P o l y a mi d e   M i c r o st r i p / I n se t   5 0 × 4 0 × 0 . 8   1 . 8 / 1 3 . 3   - 1 6   t o   - 43   5 . 5 3   [ 2 5 ]   R o g e r s R T   D u r i o d   5 8 8 0   C o a x i a l   2 0 0 × 2 0 0 × 6   1 . 8 / 2 . 4 / 3 . 5 / 5 . 8   - 1 7   t 0   - 30   2 . 6 / 2 . 3 / 3 / 2   [ 2 6 ]   P l e x i g l a ss   M i c r o st r i p   5 6 × 4 4 × 0 . 8   1 . 5 7 5 / 2 . 4 5 / 3 . 5 / 5 . 2   - 2 2   t o   - 28   3 . 5 5 / 3 . 9 3 / 5 . 0 2 / 4 . 8 6   [ 2 7 ]   R o g e r s R T   D u r i o d   5 8 8 0   NA   5 1 × 3 5 × 1 . 5 7   1 . 2 / 1 . 5 / 2 . 4 / 3 . 3 / 5 . 8   NA   1 . 0 7 / 1 . 7 5 / 1 . 8 8 / 1 . 5 2 / 5 . 4 8   [ 2 8 ]   (NA)   NA   1 6 × 1 6 . 3 × 0 . 2 5 4   7 . 5 / 8 . 5 / 9 . 5   - 1 0   t o   - 40   2 . 0   - 3 . 2   ( d B i c )   [ 2 9 ]   F R 4   M i c r o st r i p   6 5 × 3 8 . 5 × 0 . 8   0 . 9 5 / 1 . 5 / 2 . 4   - 2 2   t o   - 34   1 . 2 / 1 . 2 / 1 . 3   [ 3 0 ]   F R 4   I n se t   M i c r o st r i p   5 8 × 4 0 × 1 . 6   2 . 4 / 5 / 5 . 8 7   - 1 2   t o   - 27   5 . 2 / 4 . 8 / 5   P r o p o se d   a n t e n n a   P o l y i mi d e   I n se t   M i c r o st r i p   4 4 × 5 5 . 6 × 0 . 0 3 5   1 . 8   - 3 5 . 5 7 1   3 . 4 7       5.   CO NCLU SI O NS A ND  F UT URE ASP E C T S   I n   th is   p ap er ,   w h a v p r o p o s ed   c y li n d r ical  s u r r o u n d in g   p atch   a n ten n f o r   ap p licatio n   i n   1 . 8   GHz   ap p licatio n   f o r   m o b ile  co m m u n icat io n   w h er a n te n n a s   h a v to   b i n te g r ated   o n   cu r v ed   s u r f ac es.     An te n n p er f o r m a n ce   p ar a m et er s   s u c h   as  r etu r n   lo s s ,   i m p ed an ce   b an d w id th ,   V S W R ,   an d   r ad iatio n   p atter n   f o r   th r ec ta n g u lar   p la n ar   p atch   a n ten n a n d   t h c y li n d r ical  s u r r o u n d i n g   p atc h   a n te n n a   h a s   b ee n   i n v e s ti g ated   w it h   r ef er en ce   to   its   p lan ar   co u n te r p ar t.  I h as  b ee n   o b s er v ed   th at  u s i n g   c y li n d r ical  g r o u n d in g   s tr u ct u r co u ld   in cr ea s f r eq u en c y   b an d w id t h ,   b etter   b ea m w id t h ,   an d   g o o d   r ad iatio n   ch ar ac ter is tic s   o f   t h e   p atch .   A l s o ,   it  h as   b ee n   o b s er v ed   th at  t h p h y s ic al  s ize  o f   a n   a n ten n i s   u s u all y   i n v er s e l y   p r o p o r tio n al  to   its   r eso n an f r eq u e n c y .   T h p r o p o s ed   C SP A   co m p ar ed   t o   ex is ti n g   d esi g n s   a s   s h o w n   in   T ab le  2   is   s u itab le  f o r   v e h icu lar   ap p licatio n .   T h an ten n p er f o r m a n ce   p a r a m eter   s u ch   a s   g ain ,   b a n d w id t h ,   g r ea ter   b ea m   w id t h   a n d   b etter   co v er ag e   ( an g u lar   w id th )   etc.   ca n   b i m p r o v ed   b y   u s o f   ar r ay   a n te n n as.  T h is   w il f u r th er   en h a n ce   o m in id ir ec tio n alit y   an d   p o r tab ilit y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   L .   M .   Bh o w m i k ,   e a l. ,   " De s ig n   a n d   a n a ly sis  o f   c o n f o r m a l   Ku - b a n d   m icro strip   p a tch   a n ten n a   a rra y s, "     IEE In ter n a ti o n a S y mp o si u m ,   p p .   8 1 5 - 8 2 0 ,   2 0 1 3 .   [2 ]   K.  L .   W o n g ,   Co m p a c a n d   b ro a d b a n d   m icro strip   a n ten n a s,   J o h n   W il e y   &   S o n s,   2 0 0 2 .   [3 ]   Erh ieg a   N.  U m a y a h   a n d   V iran jay   M .   S riv a sta v a ,   R a d iatio n   p a tt e r n   o f   n o v e c y li n d rica su rro u n d in g   p a tch   a n ten n a   f o 2 . 4   G Hz   a p p li c a ti o n s,”   In t.   J .   o f   El e c trica l   a n d   El e c tro n ic   En g in e e rin g   &   T e lec o mm u n ica ti o n s,   v o l.   8 ,   n o .   4 ,     p p .   2 1 3 - 2 2 0 ,   2 0 1 9 .   [4 ]   N.  T .   M a rk a d ,   e a l. ,   " De sig n   o f   c a v it y   m o d e m icro strip   p a tch   a n ten n a , "   C o mp u ter   En g in e e rin g   a n d   In telli g e n t   S y ste ms ,   v o l.   6 .   n o .   4 ,   p p .   1 - 1 3 ,   2 0 1 5 .   [ 5 ]   A .   E l r a s h i d i ,   e t   a l . ,   " I n p u t   i m p e d a n c e ,   V S W R   a n d   r e t u r n   l o s s   o f   a   c o n f o r m a l   m i c r o s t r i p   p r i n t e d   a n t e n n a   f o r   T M 0 1   m o d e   u s i n g   t w o   d i f f e r e n t   s u b s t r a t e s , "   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   N e t w o r k s   a n d   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   2 ,   n o .   2 ,   p p .   1 3 - 1 4 ,   2 0 1 1 .   [6 ]   S .   L a k rit ,   e a l. ,   " A   n e s m a ll   h ig h - g a in   w id e b a n d   re c tan g u lar  p a tch   a n ten n a   f o X   a n d   Ku   b a n d a p p li c a ti o n s,"   J o u rn a o T a ib a h   Un ive rs it y   fo S c ien c e ,   v o l.   1 2 ,   n o .   2 ,   p p .   2 0 2 - 2 0 7 ,   2 0 1 8 .   [7 ]   R.   S a h o o   a n d   D .   V a k u la,  " A   c y li n d rica c o n f o rm a a n ten n a   f o GPS   a p p l ica ti o n , "   8 th   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Co mp u t in g ,   C o mm u n ic a ti o n   a n d   Ne two rk in g   T e c h n o lo g ies ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 7 .   [ 8 ]   E l f a t i m i   A . ,   B r i   S . ,   a n d   S a a d i   A . ,   C o m p a r i s o n   b e t w e e n   t e c h n i q u e s   f e e d i n g   f o r   s i m p l e   r e c t a n g u l a r ,   c i r c u l a r   a n d   t r i a n g u l a r   p a t c h   a n t e n n a   a t   2 . 4 5   G H z ,   4 t h   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   O p t i m i z a t i o n   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 1 8 .   [9 ]   A Ku m a r,   N .   G u p ta,  a n d   P .   C .   G a u ta m ,   G a in   a n d   b a n d w id t h   e n h a n c e m e n tec h n i q u e i n   m icro strip   p a tch   a n ten n a s - a   re v iew ,   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o C o mp u ter   Ap p li c a ti o n s,   v o l.   1 4 8 ,   n o .   7 ,   p p .   9 - 1 4 ,   2 0 1 6 .   [1 0 ]   Erh ieg a   N.  U m a y a h   a n d   V iran jay   M .   S riv a sta v a ,   Co m p a ra ti v e   v ie w   o f   re tu rn   lo ss ,   V S W R,   g a in ,   a n d   e ff icie n c y   o f   c y li n d rica su rro u n d i n g   p a tch   a n ten n a   w it h   f r e q u e n c y   sh if t,   In t.   J .   o El e c trica a n d   El e c tro n ic  En g i n e e rin g   &   T e lec o mm u n ica ti o n s,   v o l.   8 ,   n o .   6 ,   p p .   3 5 2 - 3 5 7 ,   2 0 1 9 .   [ 1 1 ]   A y o d e l e   S .   O l u w o l e   a n d   V i r a n j a y   M .   S r i v a s t a v a ,   F e a t u r e s   a n d   f u t u r e s   o f   s m a r t   a n t e n n a s   f o r   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n s :     A   t e c h n i c a l   r e v i e w ,   J o u r n a l   o f   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   R e v i e w ,   v o l .   1 1 ,   n o .   4 ,   p p .   8 - 2 4 ,   2 0 1 8 .     [ 1 2 ]   H .   K .   V a r s h n e y ,   M .   K u m a r ,   A .   K .   J a i s w a l ,   e t   a l . ,   " A   s u r v e y   o n   d i f f e r e n t   f e e d i n g   t e c h n i q u e s   o f   r e c t a n g u l a r   m i c r o s t r i p   p a t c h   a n t e n n a , "   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C u r r e n t   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   4 ,   n o .   3 ,   p p .   4 1 8 - 4 2 3 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ]   S .   D.  G u p ta,  M .   C.   S riv a sta v a ,   a n d   A .   S in g h ,   " De si g n   a n d   p e rf o r m a n c e   a n a l y sis  o f   c y li n d rica m i c ro strip   a n ten n a   a n d   a rra y   u sin g   c o n f o rm a m a p p in g   tec h n iq u e , "   C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g   A p p l i c a t i o n s ,   v o l.   2 ,   p p .   1 6 6 - 1 8 0 ,   2 0 1 1 .   [1 4 ]   C.   A .   Ba lan is,  A n ten n a   T h e o ry   A n a l y si s a n d   De sig n ,   5 t h   Ed .   J o h n   W il e y   a n d   S o n s,   2 0 0 5 .     [1 5 ]   K.  L .   W o n g ,   D e sig n   o f   n o n p lan a m icro strip   a n ten n a a n d   tran s m is sio n   li n e s ,   J o h n   W il e y   a n d   S o n s,  Ne Y o rk ,   US A,   2 0 0 4 .   [1 6 ]   N.  Ka lam b e ,   D.  T h a k u r,   a n d   S .   P a u l,   " Re v ie w   o f   m icro strip   p a tch   a n ten n a   u sin g   UW f o w irele ss   c o m m u n ica ti o n   d e v ice s,"   In tern a ti o n a Jo u rn a o f   Co m p u ter S c ien c e   a n d   M o b il e   Co m p u ti n g ,   v o l.   4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 2 8 - 1 3 3 ,   2 0 1 5 .   [1 7 ]   K.  El leith y ,   H.  Ba jw a ,   a n d   A .   El r a sh id i,   " Co n f o rm a m icro strip   p ri n ted   a n ten n a , "   Ame ric a n   S o c iety   fo En g in e e rin g   Ed u c a ti o n ,   2 0 1 1 .   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.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 3 7 7   -   5384   5384   [1 8 ]   T .   M it h a   a n d   M .   P o u r,   " Co n f o r m a w id e b a n d   m icro strip   p a tch   a n ten n a o n   c y li n d rica p latf o r m s,"   Pro g re ss   In   El e c tro ma g n e ti c s R e se a rc h   L e tt e rs ,   v o l.   8 0 ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 8 .   [1 9 ]   Da v id   F e rre ira,  e a l. ,   Ex a m in in g   th e   e ff e c o f   b e n d in g   o n   t h e ir  p e rf o r m a n c e , "   IEE An ten n a a n d   Pro p a g a ti o n   M a g a zin e ,   v o l.   5 9 ,   n o .   3 ,   p p .   5 4 - 5 9 ,   2 0 1 7 .   [2 0 ]   L .   D.  Ja n g ,   W .   K.  L i,   H.  Y .   Ch i,   e a l. ,   " A d v a n c e   p o ly i m id e   m a teria ls:   S y n th e se s,  p h y sic a p ro p e rti e a n d   a p p li c a ti o n s,"   Pro g re ss   in   Po lym e r S c ien c e ,   v o l.   3 7 ,   n o .   7 ,   p p .   9 0 7 - 9 7 4 ,   2 0 1 2 .   [ 2 1 ]   P .   L i ,   K .   L .   L a u ,   a n d   K .   M .   L u k ,   " A   s t u d y   o f   t h e   w i d e - b a n d   L - p r o b e   f e d   p l a n a r   p a t c h   a n t e n n a   m o u n t e d   o n   a   c y l i n d r i c a l   o r   c o n i c a l   s u r f a c e , "   I E E E   t r a n s a c t i o n s   o n   A n t e n n a s   a n d   P r o p a g a t i o n ,   v o l .   5 3 ,   n o .   1 0 ,   p p .   3 3 8 5 - 3 3 8 9 .   2 0 0 5 .   [2 2 ]   F .   Xu ,   L .   S u n ,   K.  Z h a n g ,   e a l. ,   " El e c tro m a g n e ti c   p e r f o r m a n c e   a n d   im p a c d a m a g e   o f   th e   m i c ro strip   a n te n n a s   in teg ra ted   in   c y li n d rica th re e   d im e n sio n a w o v e n   c o m p o site  stru c tu re s,"   Po lym e Co mp o sites ,   v o l.   3 9 ,   n o .   9 ,     p p .   3 2 5 9 - 3 2 6 7 ,   2 0 1 8 .   [2 3 ]   L .   C.   P a u l,   e a l. ,   " T h e   e ff e c o f   c h a n g in g   su b stra te  m a teria a n d   th ick n e ss   o n   th e   p e rf o rm a n c e   o in se f e e d   m icro strip   p a tch   a n ten n a , "   Ame ric a n   J o u rn a o Ne two rk s a n d   C o mm u n ica ti o n s,   v o l.   4 ,   n o .   3 ,   p p .   5 4 - 5 8 ,   2 0 1 5 .   [2 4 ]   S .   M o h a n d o ss ,   S .   K .   P a lan isw a m y ,   R.   R.   T h ip p a ra ju ,   e a l . ,   " On   th e   b e n d i n g   a n d   ti m e   d o m a in   a n a l y sis  o f   c o m p a c w id e b a n d   m o n o p o le an ten n a s,"   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c tro n ic  Co mm u n ica ti o n ,   v o l .   1 0 1 ,   p p .   1 6 8 - 1 8 1 ,   2 0 1 9 .   [2 5 ]   W .   Lee ,   e a l. ,   O m n id irec ti o n a l   lo w - p ro f il e   m u lt ib a n d   a n ten n a   f o v e h icu lar  tele c o m m u n ica ti o n , "   Pro g re ss   in   El e c tro ma g n e ti c   Res e a rc h   L e tt e rs ,   v o l.   5 3 ,   p p .   5 3 - 5 9 ,   2 0 1 5 .   [2 6 ]   Y.  F .   Ca o ,   S .   W .   Ch e u n g ,   a n d   T .   I.   Yu l,   " A   m u lt ib a n d   slo a n ten n a   f o G P S /W iM A X /W LA s y ste m s,"     IEE T ra n sa c ti o n   o n   An ten n a s a n d   Pr o p a g a ti o n ,   v o l.   6 3 ,   n o .   3 ,   p p .   9 5 2 - 9 5 8 ,   2 0 1 5 .   [2 7 ]   T .   R.   Ra o ,   " De sig n   a n d   p e rf o rm a n c e   a n a l y sis  o f   a   p e n ta - b a n d   sp iral  a n te n n a   f o v e h icu lar  c o m m u n ica ti o n s,"   W ire les s P e r so n a C o mm u n ica ti o n s,   v o l.   9 6 ,   n o .   3 ,   p p .   3 4 2 1 - 3 4 3 4 ,   2 0 1 7 .   [ 2 8 ]   K .   F u j i t a ,   K .   Y o s h i t o m i ,   K .   Y o s h i d a ,   a n d   H .   K a n a y a ,   " A   c i r c u l a r l y   p o l a r i z e d   p l a n a r   a n t e n n a   o n   f l e x i b l e   s u b s t r a t e     f o r   u l t r a - w i d e b a n d   h i g h - b a n d   a p p l i c a t i o n s , "   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r o n i c   C o m m u n i c a t i o n ,   v o l .   6 9 ,   n o .   9 ,     p p .   1 3 8 1 - 1 3 8 6 ,   2 0 1 5 .   [2 9 ]   S .   M u ll a   a n d   S .   S .   De sh p a n d e ,   " Co m p a c m u lt ib a n d   f e d   w it h   w id e b a n d   c o u p le d   li n e   im p e d a n c e   t ra n sf o r m e f o im p ro v e m e n o f   im p e d a n c e   m a tc h in g , "   M icr o wa v e   o p ti c a T e c h n o lo g y   L e tt e rs ,   v o l .   5 9 ,   n o .   9 ,   p p .   2 3 4 1 - 2 3 4 8 ,   2 0 1 7 .   [3 0 ]   P .   M .   P a u l,   K.  Ka n d a sa m y ,   a n d   M .   S .   S h a ra w i,   " A   tri - b a n d   slo a n ten n a   lo a d e d   w it h   sp li ri n g   re so n a to rs,"   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.   5 9 ,   n o .   1 0 ,   p p .   2 6 3 8 - 2 6 4 3 ,   2 0 1 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.