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 i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 2 ,   A p r i l   2 0 1 2 ,   p p .   2 0 7 ~ 2 1 3   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             2 0 7       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   E x p e r i m e n t a l   S t u d y   o n   I n c r e a s i n g   t h e   R e c e i v e d   P o w e r   o f   A n t e n n a   u s i n g   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   A r r a y   A n t e n n a       A .   A d y a   P r a m u d i t a 1 ,   L y d i a   S a r i 2 ,   V .   W i n d h a   M a h y a s t u t i 3   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p t . ,   A t m a   J a y a   I n d o n e s i a   Ca t h o l i c   U n i v e r s i t y   J e n d .   S u d i r m a n   K a v .   5 1 ,   J a k a r t a   1 2 9 3 0   e - m a i l :   1 p r a m u d i t a @ a t m a j a y a . a c . i d       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   D e c   1 2 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   F e b   2 8 th ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   1 6 th ,   2 0 1 2       A   m e t h o d   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   o f   a n   a n t e n n a   s y s t e m   b y   c o m b i n i n g   p o l a r i z a t i o n ,   s p a c e   a n d   f r e q u e n c y   d i v e r s i t i e s   i s   i n v e s t i g a t e d   i n   t h i s   p a p e r .   T h e   a n t e n n a   s y s t e m   u n d e r   i n v e s t i g a t i o n   c o n s i s t e d   o f   a n   a r r a y   o f   1 0   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t s .   E a c h   a n t e n n a   e l e m e n t   i s   a   m i c r o s t r i p   a n t e n a   w i t h   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n .   T w o   a r r a y   a n t e n n a s   w i t h   c i r c u l a r l y   p o l a r i z e d   e l e m e n t s     h a v e   b e e n   d e s i g n e d   f o r   r e c e i v i n g   e l o c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   i n   9 0 0   M H z   a n d   1 8 0 0   M H z   b a n d .   L a b o r a t o r y   m e a s u r e m e n t   h a s   b e e n   c o n d u c t e d   t o   s t u d y   t h e   i n c r e a s e   o f   a n t e n n a   r e c e i v e d   p o w e r   c a u s e d   b y   c o m b i n i n g   s p a c e ,   p o l a r i z a r i o n   a n d   f r e q u e n c y   d i v e r s i t i e s .   Re s u l t s   s h o w   t h a t   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i s   a b l e   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 2 . 9   d a t   9 0 0   M H z   a n d   b y   8 . 4   d a t   1 8 0 0   M H z   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t ;   a n d   b y   1 5 . 8   d a t   9 0 0   M H z   a n d   b y   9 . 5   d a t   1 8 0 0 M H z .   T h i s   i n c r e a s e   i s   m a i n l y   c o n t r i b u t e d   b y   t h e   u s e   o f   s p a c e   d i v e r s i t y ,   n a m e l y   t h e   u s e   o f   a r r a y   o f   1 0   e l e m e n t s   w h i c h   c o n t r i b u t e d   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 0 . 3   d i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .       T h e   u s e o f   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   e l e m e n t   i n c r e a s e d   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   2 . 6   d B .   O f   t h e   t h r e e   d i v e r s i t i e s   p r o p o s e d ,   f r e q u e n c y   d i v e r s i t y   w a s   f o u n d   t o   h a v e   t h e   l e a s t   s i g n i f i c a n t   c o n t r i b u t i o n   b e c a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   f r o m   1 8 0 0   M H z   b a n d   i s   s m a l l e r   t h a n   t h e   9 0 0   M H z   b a n d .   K e y w o r d :   R e c e i v e d   p o w e r     C i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n   A r r a y   M i c r o s t r i p   a n t e n n a     Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   A .   A d y a   P r a m u d i t a 1 ,   L y d i a   S a r i 2   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p t . ,   A t m a   J a y a   I n d o n e s i a   C a t h o l i c   U n i v e r s i t y   J e n d .   S u d i r m a n   K a v .   5 1 ,   J a k a r t a   1 2 9 3 0   e - m a i l :   1 p r a m u d i t a @ a t m a j a y a . a c . i d ,   2 l y d i a . s a r i @ a t m a j a y a . a c . i d         1 .   I N T R O D U C T I O N       C a p a b i l i t y   t o   r e c e i v e   h i g h   e l e c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   i s   a n   i m p o r t a n t   c h a r a c t e r i s t i c   f o r   a n   a n t e n n a   s y s t e m   t o   b e   u s e d   f o r   r e c t i f y i n g   a n t e n n a s   ( r e c t e n n a s ) .   T h e   e l e c t r o m a g n e t i c   p o w e r   r e c e i v e d   b y   a n   a n t e n n a   s y s t e m   i s   d e t e r m i n e d   b y   b o t h   t h e   a n t e n n a   e f f i c i e n c y   a n d   i t s   r e c e i v e   d i v e r s i t y .   T o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   o f   a n   a n t e n n a   s y s t e m ,   s e v e r a l   d i v e r s i t y   t y p e s   c a n   b e   u t i l i z e d .   H i g h   r e c e i v e d   p o w e r   i s   c r u c i a l   f o r   r e c t e n n a s ,   t h e r e f o r e   a n   a n t e n n a   s p e c i f i c a l l y   d e s i g n e d   t o   i n c r e a s e   i t s   r e c e i v e d   p o w e r   m u s t   b e   u s e d   f o r   a   r e c t e n n a   s y s t e m .     R e s e a r c h e s   o n   r e c t i f y i n g   a n t e n n a s   h a v e   b e e n   i n   p r o g r e s s   s i n c e   t h e   1 9 6 0 s .   A t   f i r s t   r e c t i f y i n g   a n t e n n a s   w e r e   d e v e l o p e d   f o r   m i c r o w a v e   p o w e r   t r a n s m i t t e r   f o r   s a t e l l i t e   s y s t e m s   [ 1 ] .   T h i s   i n i t i a l   c o n c e p t   h a s   t h u s   b e e n   d e v e l o p e d   f o r   o t h e r   s y s t e m s   n a m e l y   R a d i o   F r e q u e n c y   I d e n t i f i c a t i o n   [ 2 ] ,   w h e r e   a   r e c t i f y i n g   a n t e n n a   i s   u t i l i z e d   a s   a   p o w e r   s u p p l y   n e e d e d   b y   a   s m a r t   c a r d   t o   t r a n s m i t   i d e n t i f i c a t i o n   d a t a .   T h e   t r e n d   t o w a r d s   d e v e l o p i n g   a l t e r n a t i v e   a n d   r e n e w a b l e   e n e r g y   s o u r c e s   h a s   p u t   r e c t i f y i n g   a n t e n n a s   i n   a   n e w   l i g h t .   S e v e r a l   r e s e a r c h e s   o n   m e c h a n i s m s   t o   r e c y c l e   e l e c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   i n t o   e l e c t r i c a l   s o u r c e s   h a v e   b e e n   c o n d u c t e d   [ 3 - 5 ] .     A   m e t h o d   o n   m i c r o w a v e   e n e r g y   r e c y c l i n g   u s i n g   r e c t i f y i n g   a n t e n n a   s y s t e m   w i t h   a   b r o a d b a n d   a n t e n n a   a t   2 - 1 8   G H z   f r e q u e n c y   r a n g e   h a s   b e e n   p r o p o s e d   [ 3 ] .   T h e   r e c e i v e d   e l e c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   c a n   b e   i n c r e a s e d   b y   e x p a n d i n g   t h e   e f f e c t i v e   a p e r t u r e   o f   t h e   a n t e n n a ,   w h i c h   i s   d o n e   b y   u s i n g   a r r a y   a n t e n n a .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 0 7     2 1 3   2 0 8   O t h e r   a t t e m p t s   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   e l e c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   i n c l u d e   t h e   u s e   o f   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y ,   i n   t h e   f o r m   o f   a   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   a n t e n n a   [ 6 ] .   T h e   i n c i d e n t   e l e c t r o m a g n e t i c   w a v e s   w i t h   v a r i e d   p o l a r i z a t i o n s   c a n   b e   e x p l o i t e d   m o r e   e f f i c i e n t l y   b y   a n t e n n a s   w i t h   e l l i p t i c a l   o r   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n .       I n v e s t i g a t i o n s   h a v e   b e e n   c o n d u c t e d   o n   r e c t e n n a   s y s t e m s   f o r   p a r t i c u l a r   f r e q u e n c y   b a n d s ,   n a m e l y   F M   B a n d   [ 4 ] ,   I S M   B a n d   [ 6 ] ,   9 0 0 - 9 5 0   M H z   [ 2 ]   a n d   C   b a n d   [ 7 ] .   T h e   r e c y c l a b l e   e n e r g y   a v a i l a b l e   a t   a n   a n t e n n a   s y s t e m   w i l l   i n c r e a s e   p r o v i d e d   t h a t   t h e   s a i d   a n t e n n a   s y s t e m   i s   c a p a b l e   t o   r e c e i v e   e l e c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   o r i g i n a t i n g   f r o m   d i f f e r e n t   f r e q u e n c y   b a n d s .     T h i s   r e s e a r c h   i n v e s t i g a t e d   a   m e t h o d   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   o f   a n   a n t e n n a   s y s t e m   f o r   r e c t e n n a   b y   c o m b i n i n g   s p a c e   d i v e r s i t y ,   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y   a n d   f r e q u e n c y   d i v e r s i t y .   T h e   a n t e n n a   s y s t e m   u n d e r   i n v e s t i g a t i o n   c o n s i s t e d   o f   a n   a r r a y   o f   1 0   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t s .   E a c h   a n t e n n a   e l e m e n t   i s   a   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   w i t h   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n .   T w o   a r r a y   a n t e n n a s   w i t h   c i r c u l a r y   p o l a r i z e d   e l e m e n t s   a r e   d e s i g n e d   f o r   r e c e i v i n g   e l o c t r o m a g n e t i c   e n e r g y   f r o m   G S M   b a n d ,   n a m e l y   9 0 0   M H z   a n d   1 8 0 0   M H z   b a n d s .   L a b o r a t o r y   m e a s u r e m e n t   i s   c o n d u c t e d   t o   s t u d y   t h e   i n c r e a s e   o f   a n t e n n a   r e c e i v e d   p o w e r   a n d   t h e   c o n t r i b u t i o n   o f   e a c h   d i v e r s i t y   m e c h a n i s m .         2 .   R E S E A R C H   M E T H O D     F o r   t h e   e x p e r i m e n t a l   s t u d y   w e   d e t e r m i n e d   t h e   a n t e n n a   e l e m e n t   a n d   i t s   c o n s t r u c t i o n   m e t h o d   t o   a t t a i n   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y .   T h e   n e x t   s t e p   w a s   t o   d e t e r m i n e   t h e   a r r a y   a n t e n n a   s u i t a b l e   f o r   t w o   G S M   f r e q u e n c y   b a n d s   n a m e l y   9 0 0   a n d   1 8 0 0   M H z .   T h e   a n t e n n a   d i m e n s i o n   w a s   d e t e r m i n e d   u s i n g   ( 1 )   t o   ( 9 ) .     T h e   d e s i g n   w a s   r e a l i z e d   f o r   l a b o r a t o r y   m e a s u r e m e n t s   a n d   e x p e r i m e n t s .   T h e   r e c e i v e d   p o w e r   m e a s u r e m e n t s   w e r e   t a k e n   u s i n g   a   s p e c t r u m   a n a l y z e r .   B a s e d   o n   t h e   e x p e r i m e n t   r e s u l t s ,   t h e   e f f e c t s   o f   c o m b i n i n g   s p a c e ,   p o l a r i z a t i o n   a n d   f r e q u e n c y   d i v e r s i t i e s   a n d   t h e   c o n t r i b u t i o n   o f   e a c h   t y p e   o f   d i v e r s i t y   o n   t h e   i n c r e a s e   o f   r e c e i v e d   p o w e r   w e r e   a n a l y s e d .     2 . 1   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   M i c r o s t r i p   A n t e n n a   E l e m e n t     I n   t h i s   r e s e a r c h   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   w a s   u s e d   a s   a   b a s i c   e l e m e n t   o f   t h e   a n t e n n a   s y s t e m .     A   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   o n   a n   x y   p l a n e   h a s   a n   o m n i d i r e c t i o n a l   t r a n s m i t   p a t t e r n   a t   φ   d i r e c t i o n   a n d   a   d i r e c t i o n a l   c h a r a c t e r i s t i c   a t   a n g l e   θ   d i r e c t i o n   d u e   t o   t h e   e x i s t e n c e   o f   a   g r o u n d   p l a n e   [ 6 ] .   C i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n   i s   a t t a i n a b l e   b y   c u t t i n g   o f f   t h e   d i a g o n a l   c o r n e r s   o f   a   s q u a r e   m i c r o s t r i p   o r   e x c i t i n g   t h e   m i c r o s t r i p   u s i n g   t w o   f e e d s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1   [ 8 ] .   I n   t h i s   r e s e a r c h   t h e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   w a s   d e s i g n e d   s o   t h a t   t h e   p o l a r i z a t i o n   i s   n e a r l y   c i r c u l a r .                                     F i g u r e   1 .     M e t h o d s   t o   y i e l d   c i r c u l a r l y / e l l i p t i c a l l y - p o l a r i z e d   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   ( a )   C u t t i n g   o f f   t h e   C o r n e r s   ( b )   D o u b l e   F e e d i n g       T h e   r e s o n a n c e   f r e q u e n c y   f r     i s   a   f u n c t i o n   o f   t h e   e f f e c t i v e   l e n g t h   o f   t h e   a n t e n n a ,   w h i c h   c a n   b e   d e t e r m i n e d   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g :                                                                                         ( ) r e f f r e f f e f f r L L v L f e e e m D + = = 2 2 1 0 0 0                                                                                 ( 1 )     T h e r e f o r e   t h e   l e n g t h   o f   t h e   a n t e n n a   c a n   b e   d e r i v e d   a s   L   L   L   S   I n p u t   p o r t   I n p u t   P o r t     ( a )   ( b )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       E x p e r i m e n t a l   S t u d y   o n   I n c r e a s i n g   t h e   R e c e i v e d   P o w e r   o f   A n t e n n a   u s i n g   C i r c u l a r l y -   .   ( A .   A d y a   P r a m u d i t a )   2 0 9                                                     L f v L r e f f r D - = 2 2 0 e                                                                                                                                                 ( 2 )     R i g h t   t r i a n g l e s   a t   t h e   d i a g o n a l   c o r n e r s   o f   t h e   a n t e n n a   a r e   c u t   o f f ,   w h e r e   t h e   l e n g t h   c   o f   t h e   t w o   s i d e s   o f   t h e   t r i a n g l e   i s   e q u a l ,   a n d   c   i s   c a l c u l a t e d   u s i n g   [ 9 ]                                                               S c D =                                                                                                                                                                                 ( 3 )     S   i s   t h e   a r e a   o f   t h e   t r i a n g l e ,   w h i c h   c a n   b e   s t a t e d   a s                                                           Q S S 2 1 = D                                                                                                                                                                                   ( 4 )   w h e r e   :   S   i s   t h e   a r e a   o f   t h e   a n t e n n a   p a t c h   Q   i s   t h e   q u a l i t y   f a c t o r   o f   t h e   a n t e n n a   p a t c h       T o   d e t e r m i n e   t h e   q u a l i t y   f a c t o r   o f   t h e   a n t e n n a   Q ,   t h e   e f f e c t i v e   l o s s   t a n g e n t   δ e f f     a s   s t a t e d   b e l o w   i s   n e e d e d   [ 4 ]                             Q e f f 1 = d                                                                                                                                                                   ( 5 )   δ   e f f   c a n   b e   d e t e r m i n e d   u s i n g                                 e e f f w h 0 r 2 P w d d + D + =                                                     ( 6 )     W h e r e     d e n o t e s   s k i n   d e p t h   a n d   d e f i n e d   b y                                                             f r r m r 5 0 3 = D                                                                                                           ( 7 )   ρ   =   c o n d u c t o r   r e s i s t i v i t y   f r   =   r e s o n a n c e   f r e q u e n c y   µ r   =   m e d i u m   p e r m e a b i l i t y       T h e   e l e c t r i c a l   e n e r g y   w e   a t   r e s o n a n c e   i s                             h a b V w r e 8 2 0 0 e e =                                                                                                                                                       ( 8 )   w h e r e   V 0   =   a n t e n n a   o u t p u t   v o l t a g e       T h e   r a d i a t e d   p o w e r   P r   c a n   b e   c a l c u l a t e d   u s i n g   [ 1 0 ]                                             ( ) + - + + - - = 1 8 9 7 2 5 4 2 0 1 5 1 1 1 9 2 P 2 2 2 0 5 2 0 r A A B A A B R A V p               ( 9 )   w h e r e   R 0   =   i n t r i n s i c   i m p e d a n c e   o f   f r e e - s p a c e     w i t h   ( ) [ ] 2 0 / 2 l p a a A D + =   a n d ( ) [ ] 2 0 / 2 l p b b B D + =   a n d   s i n c e   a   s q u a r e   a n t e n n a   i s   u s e d ,     a   =   b   =   L .     2 . 2 .   A n t e n n a   A r r a y   a n d   F r e q u e n c y   D i v e r s i t y     T o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   e l e c t r o m a g n e t i c   p o w e r ,   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   a r r a y   a n t e n n a   i s   u s e d .   B a s e d   o n   P o i n t i n g   t h e o r e m ,   t h e   r e c e i v e   p o w e r   o f   t h e   a n t e n n a   c a n   b e   i n c r e a s e d   b y   e x p a n d i n g   t h e   a p e r t u r e   o f   t h e   a n t e n n a .   T h e   a r r a y   c o n f i g u r a t i o n   i s   g i v e n   i n   F i g u r e   2 .   T h e   e l e m e n t s   a r e   d i s t a n c e d   a t   l / 4   a t   x   d i r e c t i o n   a n d   l / 2   a t   y   d i r e c t i o n .   T h e   d i s t a n c e   i n   e a c h   d i r e c t i o n   i s   d e t e r m i n e d   o n   t h e   b a s i s   o f   m i n i m u m   c o u p l e d   i m p e d a n c e   b e t w e e n   e l e m e n t s ,   s o   t h a t   e a c h   e l e m e n t   c a n   b e   c o n s i d e r e d   i n d e p e n d e n t .   B a s e d   o n   t h i s   a s s u m p t i o n ,   a n   a r r a y   o f   n   a n t e n n a   w i l l   t h e o r e t i c a l l y   i n c r e a s e   t h e   a n t e n n a   g a i n   b y   a   f a c t o r   o f   1 0   l o g   n   [ 8 ] .   I n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 0 7     2 1 3   2 1 0 o u r   e x p e r i m e n t   t h e   n u m b e r   o f   a n t e n n a   e l e m e n t s   a r e   1 0   s o   t h a t   a n t e n n a   i s   e x p e c t e d   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e   p o w e r   b y   1 0   d B .                                 F i g u r e   2 .     A r r a y   o f   1 0   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t s       T o   a t t a i n   f r e q u e n c y   d i v e r s i t y ,   2   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t s   w i t h   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n   a t   f r e q u e n c i e s   9 0 0   a n d   1 8 0 0   M H z   w e r e   u s e d .   I f   e a c h   a n t e n n a   r e c e i v e   t h e   s a m e   p o w e r   l e v e l   t h e n   t h e   t o t a l   r e c e i v e   p o w e r   w i l l   i n c r e a s e   b y   3   d B .     T h e   p r o p o s e d   e l e m e n t   i s   g i v e n   i n   F i g u r e   3   a n d   t h e   d i m e n s i o n   o f   e a c h   e l e m e n t   i s   g i v e n   i n   T a b l e   1 .   U s i n g   ( 1 )   t o   ( 9 )   t h e   d i m e n s i o n s   o f   t h e   p r o p o s e d   a n t e n n a   c a n   b e   c a l c u l a t e d .     T h e   a n t e n n a   w a s   d e s i g n e d   u s i n g   F R 4   e p o x y   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e   w i t h   ε r = 4 . 4   a n d   h e i g h t   ( h )   0 . 8   m m .   T a b l e   1   s h o w s   t h e   c a l c u l a t e d   d i m e n s i o n s   o f   t h e   a n t e n n a .         T a b l e   1 .   D i m e n s i o n   o f   a   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a       F r e q u e n c y   B a n d   9 0 0   M H z     F r e q u e n c y   B a n d   1 8 0 0   M H z     S D   4 . 2 7   m m   3 . 1 7   m m       L   7 5 . 4 7   m m   3 8 . 7 8   m m                     F i g u r e   3 .     S t r u c t u r e   o f   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   ( a )   T o p   v i e w   ( b ) S i d e   v i e w       3 .   R E S U L T S   A N D   A N A L Y S I S     M i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t   f o r   f r e q u e n c y   b a n d   9 0 0   M H z   h a s   b e e n   d e s i g n e d   f o r   9 4 7   M H z .   T h e   a x i a l   r a t i o   m e a s u r e m e n t   w a s   d o n e   b y   c o m p a r i n g   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   f r o m   t h e   d i p o l e   a n t e n n a   i n   F i g u r e   4   w h i c h   i s   c o n n e c t e d   t o   a   s i g n a l   g e n e r a t o r   a n d   o r i e n t e d     t o   x   a n d   y   d i r e c t i o n s .   T h e   r e s u l t   o f   a x i a l   r a t i o   m e a s u r e m e n t   a t   y   x   ( a )   ( b )   S   L   h   D i e l e c t r i c   S u b s t r a t e   G r o u n d   p l a n e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       E x p e r i m e n t a l   S t u d y   o n   I n c r e a s i n g   t h e   R e c e i v e d   P o w e r   o f   A n t e n n a   u s i n g   C i r c u l a r l y -   .   ( A .   A d y a   P r a m u d i t a )   2 1 1 t h e   a n t e n n a   m a i n   l o b e   d i r e c t i o n   s h o w s   t h a t   t h e   a n t e n n a   h a s   a n   a x i a l   r a t i o   o f   0 . 9   d B ,   w h i c h   i s   c a t e g o r i z e d   a s   n e a r l y   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n .   T h e   r e s u l t   o f   p o l a r i z a t i o n   m e a s u r e m e n t   i s   g i v e n   i n   T a b l e   2 .   M i c r o s t r i p   a n t e n n a   e l e m e n t   f o r   1 8 0 0   M H z   b a n d   w a s   d e s i g n e d   f o r   1 8 4 4   M H z .   A x i a l   r a t i o   m e a s u r e m e n t   r e s u l t   a t   t h e   d i r e c t i o n   o f   t h e   a n t e n n a   m a i n   l o b e   s h o w s   t h a t   t h e   a n t e n n a   p o s s e s s e s   a n   a x i a l   r a t i o   o f   1   d B ,   w h i c h   c a n   b e   c a t e g o r i z e d   a s   n e a r l y   c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n .   T h e   r e s u l t   o f   t h e   p o l a r i z a t i o n   m e a s u r e m e n t   i s   g i v e n   i n   T a b l e   2 .   T o   i n v e s t i g a t e   t h e   e f f e c t   o f   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y   o f   a   c i r c u l a r   a n t e n n a   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r ,   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   w a s   c o m p a r e d   t o   t h a t   o f   a   p r i n t e d   d i p o l e   l i n e a r   a n t e n n a .   T h e   m e a s u r e m e n t   r e s u l t   i s   g i v e n   i n   T a b l e   3 .   T h e   r e c e i v e d   p o w e r s   o f   a   l i n e a r   a n d   c i r c u l a r   a n t e n n a   d i f f e r   b y   2 . 6   d B   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t ,   w h e r e a s   i n   a n   o u t d o o r   e n v i r o n m e n t   t h e   d i f f e r e n c e   i s   3 . 9   d B .     T h i s   s h o w s   t h a t   a   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   a n t e n n a   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   2 . 6   d B   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t ,   a n d   b y   3 . 9   d B   i n   a n   o u t d o o r   e n v i r o n m e n t .     T o   i n v e s t i g a t e   t h e   e f f e c t   o f   u s i n g   a n t e n n a   a r r a y   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r ,   w e   u s e d   a n   a r r a y   a n t e n n a   c o m p r i s i n g   o f   1 0   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   e l e m e n t s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   4   a n d   5 .     T h e   m e a s u r e m e n t   r e s u l t   i s   g i v e n   i n   T a b l e   4 .   T h e o r e t i c a l l y   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   e l e m e n t s   h a v e   t h e   s a m e   r e c e i v e d   l e v e l s   a t   t w o   o r t h o g o n a l   d i r e c t i o n s   ( x   a n d   y   )   a n d   t h e   t o t a l   r e c e i v e d   p o w e r   i n c r e a s e s   b y   3 d B   c o m p a r e d   t o   t h a t   o f   l i n e a r l y - p o l a r i z e d   e l e m e n t s .   E x p e r i m e n t s   w i t h   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   a n t e n n a   i n d i c a t e s   a   r e l a t i v e l y   s a m e   r e s u l t   w i t h   t h e o r e t i c a l .   C o n s i d e r i n g   t h e   t h e o r e t i c a l   a n d   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s ,   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y   a t t a i n e d   b y   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   a n t e n n a   e l e m e n t s   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   a b o u t   3   d B .       T a b l e   2 .   P o l a r i z a t i o n   M e a s u r e m e n t   R e s u l t s   A t   A n t e n n a   M a i n   L o b e   f o r   9 0 0   a n d   1 8 0 0   M H z   F r e q u e n c y   R e c e p t i o n   a t   y   d i r e c t i o n   R e c e p t i o n   a t   x   d i r e c t i o n   A x i a l   R a t i o   9 0 0   M H z   A n t e n n a   9 2 5   - 1 6 . 4   d B m   - 1 7 . 6   d B m   1 . 2   d B   9 3 0   - 1 6 . 6   d B m   - 1 7 . 3   d B m   0 . 7   d B   9 4 7   - 1 6 . 6   d B m   - 1 7 . 3   d B m   0 . 7   d B   9 5 0   - 1 6 . 5   d B m   - 1 7 . 4   d B m   0 . 9   d B   9 5 5   - 1 6 . 4   d B m   - 1 7 . 5   d B m   1 . 1   d B   9 2 5   - 1 6 . 4   d B m   - 1 7 . 6   d B m   1 . 2   d B   1 8 0 0   M H z   A n t e n n a   9 3 5   - 1 4 . 6   d B m   - 1 5 . 6   d B m   1   d B   1 8 3 0   - 1 4 . 6   d B m   - 1 5 . 5   d B m   0 . 9   d B   1 8 4 4   - 1 4 . 5   d B m   - 1 5 . 5   d B m   1   d B   1 8 5 0   - 1 4 . 5   d B m   - 1 5 . 5   d B m   1   d B   1 8 5 5   - 1 4 . 7   d B m   - 1 5 . 8   d B m   1 . 1   d B         T a b l e   3 .     R e c e i v e d   P o w e r   M e a s u r e m e n t   R e s u l t   o f   L i n e a r l y -   a n d   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   A n t e n n a s         T a b l e   4 .   R e c e i v e d   P o w e r   M e a s u r e m e n t   R e s u l t s   o f   a   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   A r r a y     M i c r o s t r i p   A n t e n n a       T h e   m e a s u r e m e n t   r e s u l t s   s h o w   t h a t   a n   a r r a y   o f   1 0   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   e l e m e n t s   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 2 . 9   d B   a t   9 0 0   M H z   a n d   b y   8 . 4   d B   a t   1 8 0 0   M H z   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .     F o r   a n   o u t d o o r   e n v i r o n m e n t ,   t h e   a r r a y   o f   1 0   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   e l e m e n t s   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 5 . 8   d B   a t   9 0 0   M H z   a n d   b y   9 . 5   d B   a t   1 8 0 0   M H z .   C i r c u l a r   p o l a r i z a t i o n   h a s   b e e n   s h o w n   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   2 . 6   d B   i n   a n   i n d o o r   e n v i r o n m e n t .   S i n c e   t h e   u s e   o f   1 0   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   e l e m e n t s   s h o w   a n   i n c r e a s e   o f   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 2 . 9   d B ,   i t   c a n   b e   c o n c l u d e d   t h a t   t h e   a r r a y   c o n t r i b u t e s   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 0 . 3   d B .   T h e   c o n t r i b u t i o n   o f   a n   a r r a y   a n t e n n a   t o   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   i n   a n   o u t d o o r   e n v i r o n m e n t   i s   1 1 . 9   d B .     T h e o r e t i c a l l y ,   t h e   u s e   o f   1 0   a n t e n n a   e l e m e n t s   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 0   d B .   T h e   d i s c r e p a n c y     L i n e a r   A n t e n n a   ( p r i n t e d   d i p o l e )   C i r c u l a r   A n t e n n a   ( c i r c u l a r   m i c r o s t r i p   a n t e n n a )   R e c e i v e d   p o w e r ,   i n d o o r   e n v i r o n m e n t   - 9 8 . 6   d B m   - 8 1 . 2   d B m   R e c e i v e d   p o w e r ,   o u t d o o r   e n v i r o n m e n t   - 9 9 . 5   d B m   - 8 3 . 4   d B m   9 0 0   M H z   B a n d   S i n g l e   E l e m e n t   A r r a y   o f   1 0   E l e m e n t s   R e c e i v e d   P o w e r ,   I n d o o r   e n v i r o n m e n t   - 8 1 . 2   d B m   - 6 8 . 3   d B m   R e c e i v e d   P o w e r ,   O u t d o o r   E n v i r o n m e n t   - 8 3 . 4   d B m   - 6 7 . 6   d B m   1 8 0 0   M H z   B a n d   S i n g l e   E l e m e n t   A r r a y   o f   1 0   E l e m e n t s   R e c e i v e d   P o w e r ,   I n d o o r   e n v i r o n m e n t   - 9 1 . 4   d B m   - 8 3       d B m   R e c e i v e d   P o w e r ,   O u t d o o r   E n v i r o n m e n t   - 9 1       d B m   - 8 1 . 5   d B m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     2 0 7     2 1 3   2 1 2 b e t w e e n   t h e   t h e o r e t i c a l   a n d   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   d u e   t o   i m p e r f e c t i o n s   i n   t h e   m e a s u r e m e n t   e n v i r o n m e n t .   R e c e i v e d   p o w e r   c a n   b e   i n c r e a s e d   b y   i n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   a r r a y   e l e m e n t .     F r e q u e n c y   d i v e r s i t y   w a s   a t t a i n e d   b y   c o m b i n i n g   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   o f   t h e   a r r a y   a t   9 0 0   a n d   1 8 0 0   M H z .   H o w e v e r   a s   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   o f   1 8 0 0   M H z   a r r a y   i s   r e l a t i v e l y   l o w e r   t h a n   9 0 0   M H z   a r r a y ,   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   t h e   t w o   w i l l   n o t   s i g n i f i c a n t l y   a f f e c t   t h e   i n c r e a s e   o f   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   i n   d B .             F i g u r e   4 .     M e a s u r e m e n t   o f   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   M i c r o s t r i p   A r r a y   A n t e n n a   a t   9 0 0   M H z           F i g u r e   5 .     M e a s u r e m e n t   o f   C i r c u l a r l y - P o l a r i z e d   M i c r o s t r i p   A r r a y   A n t e n n a   a t   1 8 0 0   M H z       4 .   C O N C L U S I O N     L a b o r a t o r y   e x p e r i m e n t s   s h o w e d   t h a t   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y   a n d   t h e   u s e   o f   b o t h   a n t e n n a   a r r a y   a n d   f r e q u e n c y   d i v e r s i t y   i n t o   o n e   s y s t e m   w i l l   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   e l e c t r o m a g n e t i c   p o w e r   o f   a n   a n t e n n a .   I n   a n   a r r a y   o f   t e n   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   m i c r o s t r i p   a n t e n n a ,   t h e   a r r a y     i s   t h e   m a i n   c o n t r i b u t o r   o f   t h e   i n c r e a s e   o f   t h e   r e c e i v e d   e l e c t r o m a g n e t i c   p o w e r .     T h e   l e a s t   c o n t r i b u t i o n   t o   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   i s   a t t a i n e d   t h r o u g h   f r e q u e n c y   d i v e r s i t y .   E x p e r i m e n t s   s h o w e d   t h a t   t h e   u s e   o f   c i r c u l a r l y - p o l a r i z e d   s q u a r e   m i c r o s t r i p   a r r a y   a n t e n n a   c a n   i n c r e a s e   t h e   r e c e i v e d   p o w e r   b y   1 2 . 9   d B ,   f r o m   w h i c h   2 . 6   d B   w a s   c o n t r i b u t e d   b y   p o l a r i z a t i o n   d i v e r s i t y   a n d   1 0 . 3   d B   w a s   c o n t r i b u t e d   b y   t h e   a r r a y   o f   1 0   a n t e n n a   e l e m e n t s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       E x p e r i m e n t a l   S t u d y   o n   I n c r e a s i n g   t h e   R e c e i v e d   P o w e r   o f   A n t e n n a   u s i n g   C i r c u l a r l y -   .   ( A .   A d y a   P r a m u d i t a )   2 1 3 A C K N O W L E D G E M E N T S     T h i s   r e s e a r c h   w a s   s u p p o r t e d   b y   C e n t r e   o f   R e s e a r c h   a n d   C o m m u n i t y   S e r v i c e ,   A t m a   J a y a   C a t h o l i c   U n i v e r s i t y   o f   I n d o n e s i a ,   u n d e r   t h e   2 0 1 1   C o m p e t i t i v e   G r a n t   s c h e m e .       R E F E R E N C E S     [ 1 ]   Br o w n ,   W .   C. ,   " T h e   h i s t o r y   o f   p o w e r   t r a n s m i s s i o n   b y   r a d i o   w a v e s ,   "   I E E E   T r a n s .   M i c r o w. T h e o r y   T e c h . ,   V o l .   3 2 ,   N o .   9 ,   1 2 3 0 1 2 4 2 ,   1 9 8 4   [ 2 ]   Ch e n ,   R. H ,   e t   a l . ,   " D e s i g n   a n d   E x p e r i m e n t   o f   a   L o o p   Re c t e n n a   f o r   RF I D   W i r e l e s s P o w e r   T r a n s m i s s i o n   a n d   D a t a   Co m m u n i c a t i o n   A p p l i c a t i o n s ,   " P r o g r e s s   I n   E l e c t r o m a g n e t i c s   R e s e a r c h   P r o c e e d i n g ,   Be i j i n g ,   M a r c h   2 3 - 2 7 ,   2 0 0 9 .   [ 3 ]   H a g e r t y ,   J . A ,   F l o r i a n ,   B. ,   " Re c y c l i n g   A m b i e n t   M i c r o w a v e   E n e r g i   W i t h   Br o a d - Ba n d   Re c t e n n a   A r r a y s , "   I E E E   T r a n s .   M i c r o w. T h e o r y   T e c h . ,   V o l .   5 2 ,   N o .   3 ,   1 0 1 4 1 0 2 4 ,   2 0 0 4 .   [ 4 ]   M o h i   E . M . ,   " E n e r g y   H a r v e s t i n g   U s i n g   a   Ch e a p   E a s y - t o - F a b r i c a t e   F M   Re c t e n n a , "   T h e   O n l i n e   J o u r n a l   o n   E l e c t r o n i c s   a n d   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   ( O J E E E )   V o l .   1 ,   N o . 1   J u l y ,   2 0 0 9 .   [ 5 ]   G i a n f r a n c o ,   A . V . ,   " E f f i c i e n t   Re c t e n n a   D e s i g n   f o r   A m b i e n t   M i c r o w a v e   E n e r g y   Re c y c l i n g ,   " T h e s i s ,   U n i v e r s i t a t   P o l i t e c n i c a   D e   Ca t a l u y a ,   J u l y   2 0 0 9 .   [ 6 ]   J u o k o   H e i k k i n e n ,   M a r k k u   K i v i k o s k i . ,   " L o w   P r o f i l e   Ci r c u l a r l y   P o l a r i z e d   Re c t i f y i n g   A n t e n n a   f o r   W i r e l e s s   P o w e   T r a n s m i s s i o n   a t   5 . 8   G H z ,   "   I E E E   M i c r o w a v e   a n d   W i r e l e s s   Co m p o n e n t   L e t t e r ,   V o l .   1 4 ,   N o .   4 ,   A p r i l ,   2 0 0 4 .   [ 7 ]   G a o ,   Y . Y ,   " A   Ci r c u l a r   P o l a r i z e d   Re c t e n n a   W i t h   l o w   P r o f i l e   f o r   W i r e l e s s   P o w e r   T r a n s m i s s i o n ,   " P r o g r e s s   I n   E l e c t r o m a g n e t i c s   R e s e a r c h   L e t t e r s ,   V o l .   1 3 ,   4 1 4 9 ,   2 0 1 0 .   [ 8 ]   Ba l a n i s ,   C. A . ,   "   A n t e n n a   t h e o r y ,   "   J o h n   W i l e y   a n d   S o n s . I n c . R,   1 9 9 7 .     [ 9 ]   S a i n a t i ,   R o b e r t   A . ,   " CA D   o f   M i c r o s t r i p   A n t e n n a s   f o r   W i r e l e s s   A p p l i c a t i o n ,   "   A r t e c h   H o u s e . I n c , 1 9 9 6 .   [ 1 0 ]   P o z a r ,   D . M ,   S c h a u b e r t ,   D . H . ,   " M i c r o s t r i p   A n t e n n a s ,   " A   s e l e c t e d   r e p r i n t   v o l u m e   I E E E   A n t e n n a .   P r o p a g a t i o n   S o c i e t y ,   I E E E   P r e s s ,   1 9 9 5 .       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S         A d y a   P r a m u d i t a   w a s   b o r n   i n   1 9 7 7 .   H e   r e c e i v e d   t h e   B. E   d e g r e e   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   G a d j a h   M a d a   U n i v e r s i t y ,   I n d o n e s i a ,   i n   2 0 0 0 ,   t h e   M . E   a n d   D . E   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g     f r o m   Ba n d u n g   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   I n d o n e s i a ,   i n   2 0 0 5   a n d   2 0 0 9 ,   r e s p e c t i v e l y .     S i n c e   2 0 0 2 ,   h e   i s   a   L e c t u r e r   a t   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t   U n i k a   A t m a   J a y a ,   I n d o n e s i a .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   t h e   a n t e n n a   ,   p r o p a g a t i o n   a n d   i t s   a p p l i c a t i o n .               L y d i a   S a r i   w a s   b o r n   i n   1 9 7 4 .   S h e   r e c e i v e d   t h e   B. E   d e g r e e   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   T r i s a k t i   U n i v e r s i t y ,   I n d o n e s i a ,   i n   1 9 9 8 ,   t h e   M . E   a n d   D . E   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g     f r o m   U n i v e r s i t y   o f   I n d o n e s i a ,   i n   2 0 0 2   a n d   2 0 1 0 ,   r e s p e c t i v e l y .   S i n c e   2 0 0 4 ,   s h e   i s   a   L e c t u r e r   a t   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t   U n i k a   A t m a   J a y a ,   I n d o n e s i a .   H e r   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   w i r e l e s s   t e l e c o m m u n i c a t i o n   a n d   e r r o r   c o n t r o l   s c h e m e s .             V e r o n i c a   W i n d h a   w a s   b o r n   i n   1 9 7 9 .   S h e   r e c e i v e d   t h e   B. E   d e g r e e   i n   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   A t m a j a y a   U n i v e r s i t y ,   I n d o n e s i a ,   i n   2 0 0 1 ,   t h e   M . E   f r o m   Ba n d u n g   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   i n   2 0 0 7   r e s p e c t i v e l y .     S i n c e   2 0 0 4 ,   s h e   i s   a   L e c t u r e r   a t   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t   U n i k a   A t m a   J a y a ,   I n d o n e s i a .   H e r   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   i n c l u d e   t e l e c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m   a n d   d a t a   n e t w o r k i n g .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.