I n t e r n a t io n a J o u r n a o f   E le c t r ic a a n d   Co m p u t e r   E n g in e e r in g   ( I J E CE ) Vo l. 6 ,   No . 3 , J u n e 2 0 1 6 ,   p p . 1 0 7 7 ~ 1 0 8 5 I S S N: 2 0 8 8 - 8 7 0 8 , DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 6 i 3 . 9 1 9 3 1 0 7 7 J o u r n a h o m e p a g e : h ttp : //ia e s jo u r n a l. c o m/o n lin e /in d e x . p h p /I J E C E Sy nt hes is   a nd  I m ple m ent a t io n   ( I ST M 8 S )   o f   P ha s ed  Circula r Ant enna   Arra y s   Us ing   T a g uchi  M et ho d N. Ne m r i, H . W.   B a d r i, R. G h a y o u la ,   H .   T r a b e ls i,   A. G h a r s a lla h U n i t   o f   Re s e a rc h   i n   H i g h   F re q u e n c y   E l e c t ro n i c   Ci rc u i t s   a n d   S y s t e m s , T u n i s   E l   M a n a U n i v e rs i t y ,   T u n i s i a Ar t ic le   I n f o AB S T RAC T A r tic le   h is to r y : R e c e iv e d Oc 1 3 ,   2 0 1 5 R e v i s e d J a n 1 ,   2 0 1 6 A c c e p te d J a n 1 6 ,   2 0 1 6 T h i s   p a p e i s   a i m e d   a t   a s s e s s i n g   t h e   e ff e c t i v e n e s s   o f   t h e   p h a s e - o n l y   c o n t ro l s t ra t e g y   b a s e d   o n   a   c u s t o m i z e d   T a g u c h i   m e t h o d   w h e n   a p p l i e d   t o   U n i f o rm Ci rc u l a A rra y s   ( U C A ) .     T h e   o b j e c t i v e   o f   t h i s   p a p e r   c o n s i s t s   t o   c o n t ri b u t e   t h e m a i n   l o b e   o p t i m i z a t i o n   o f   t h e   s m a rt   a n t e n n a   u s i n g   T a g u c h i ' s   m e t h o d .   W e u s e d   t h e   c i t e d   m e t h o d   i n   o rd e t o   d e t e rm i n e   p h a s e ' s   w e i g h t s   f o e a c h   e l e m e n t o f   t h e   c i rc u l a a n t e n n a   a rra y   i n   o rd e t o   s t e e t h e   p ri n c i p a l   l o b e   f r o m - 6 5 °   t o 6 5 °   c o v e ri n g   a l l   a n g u l a s p a c e .   A f t e t h a t ,   w e   m a d e   a n   e l e c t ro n i c   p l a t f o rm u s i n g   t h e   m i c ro c o n t ro l l e S T M 8 S   i n   o r d e t o   i m p l e m e n t   a n   i n t e l l i g e n t s y s t e m .   T h e   a rc h i t e c t u re   o f   t h i s   w o rk   h a d   u s e d   a   d i g i t a l   p h a s e s h i f t e rs ,   a d e m o d u l a t o A D 8 3 4 7 ,   a   m o d u l a t o A D 8 3 4 9 ,   a n   a rra y   a n t e n n a ,   c a rd s S T M 8 S - D i s c o v e r y . K e y w o r d : C ir c u la r   a n te n n a   a r r a y Op ti m i s a tio n R a d ia tio n S m a r a n te n n a T a g u c h i s   M e t h o d Co p y r i g h t   ©   2 0 1 6 In s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n 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 in g   A u th o r : Na d h e m   Ne m r i, Un it  o f   R e s e a r c h   in   Hi g h   F r e q u e n c y   E le c tr o n ic   C ir c u i ts   a n d   S y s te m s , T u n is   E M a n a r   U n i v e r s it y ,   T u n i s i a E m a il:  n a d h e m . n e m r i @ g m a i l. c o m 1 . I NT RO D UCT I O N I n   th e   la s f e w   y e a r s ,   i n   s o m e   c o u n tr ie s   t h e   n u m b e r   o f   s u b s c r ib e r s   to   w ir e le s s   s e r v ic e s   h a s   b o o s te d g r e a tl y .   A c t u a ll y ,   m o r e   t h a n   6 0 %   o f   t h e   p o p u la tio n   a r e   e n j o y i n g   it   w it h   n o   s i g n   o f   s a tu r a tio n .   P r o v id in g e v e r y o n e ,   e v e r y w h e r e   a a n y ti m e   w it h   m o b ile   c o m m u n ic a ti o n   s e r v ic e   a lo w   c o s w it h   h i g h   q u a l it y   a n d   h ig h d a ta r a te s   b u w i th   lo w   e m i s s io n   o f   r a d ia tio n   a n d   s o   f o r th   h a s   b e c o m e   à   p r e o c c u p a tio n .   T h is   le a d s   to c h a lle n g e s   f o r   th e   s y s te m   d e s i g n e r   a s   t h e s e   o b j e c tiv e s   a r e   c o u n te r a c ti n g .   Ov e r   t h e   la s d e c a d e ,   s m a r a n te n n a s y s te m s   a r e   r e q u ir e d   i n   t h e   c o m m u n ic a tio n s   i n d u s t r y   d u e   t o   th e ir   a d a p tiv e   f e a t u r e s .   S m a r a n te n n a s   c a n   b e c a te g o r iz e d   in to   t w o   m a in   te c h n iq u e s ;   s w i tc h e d   b e a m   a r r a y   a n d   p h a s e d   a r r a y   a n te n n a s .   I n   a   s w itc h e d   b e a m a r r a y ,   t h e   d ir e c tio n   o f   th e   b e a m   is   c h o s e n   f r o m   a   s e o f   p r e d e te r m i n e d   b e a m s   w h ile   i n   a   p h a s e d a r r a y ,   t h e m a i n   b e a m   i s   s te e r e d   to w a r d s   a   s p e c if ic   d ir e c tio n .   C ir c u la r   a n te n n a   a r r a y s   h a v e   b e e n   d e v e l o p e d   a n d   p r e s e n te d f o r   a   v a r ie t y   o f   a p p lic a tio n s i n   m o b ile   a n d   c o m m e r c ia s a te llite   c o m m u n ic a tio n s   s y s te m s ,   s o n a r   a n d   r a d a r .   I t c o n s is ts   o f   a   n u m b e r   o f   e l e m e n ts   a r r a n g e d   o n   a   c ir c le   [ 1 ]   w it h   u n i f o r m   s p a c i n g   a n d   c a n   b e   u s e d   f o r   b e a m f o r m i n g   in   th e   a z i m u t h   p la n e   f o r   e x a m p le   a t h e   b a s e   s ta tio n s   o f   t h e   m o b ile   r a d io   c o m m u n i c a tio n s   s y s te m   [ 2 ] . T h e y   a r e   v e r y   u s e f u i n   h i g h   p o w e r   tr a n s m is s io n ,   r e d u c e d   p o w e r   c o n s u m p tio n   a n d   e n h a n c e d   s p e c tr a l e f f ic ie n c y .   T o   p r o v id e   a   v e r y   d ir e c tiv e   p a tte r n ,   it   is   n e c e s s a r y   t h a t h e   f ie ld s   f r o m   th e   a r r a y   e le m e n ts   m u s a d d c o n s tr u c t iv e l y   i n   s o m e   d e s ir e d   d ir e c tio n   a n d   a d d   d e s tr u c tiv e l y   a n d   c a n c e e a c h   o t h e r   in   t h e   r e m a i n i n g   s p a c e . T h is is   i m p o r ta n to   r e d u c e   i n t e r f e r e n c e   f r o m   s id e   lo b e   o f   th e   a n te n n a   [ 3 ] . Am o n g   th e   d i f f e r e n t y p e   o f   a n te n n a   a r r a y s ,   r e c e n tl y ,   c ir c u l a r   a r r a y s   h a v e   b e c o m e   th e   m o s p o p u la r in   m o b ile   a n d   w ir e le s s   c o m m u n ic a t io n s .   I n   t h is   p a p e r   w e   p r o p o s e   th e   u s e   o f   t h e   T a g u c h M e t h o d   to d e te r m in e   a n   o p ti m u m   w e i g h ts   a n d   i m p le m e n i t’ s   i n   a n   e le c tr o n ic   p la t f o r m   u s in g   th e   m ic r o c o n tr o lle r S T M 8 S . 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 Vo l. 6 ,   No . 3 , J u n e 2 0 1 6 : 1 0 7 7 1 0 8 5 1 0 7 8 2 . CI RCU L AR  AR RAY  D E S I G N T h e   c ir c u la r   a r r a y ,   in   w h ic h   th e   e le m e n ts   a r e   p la c e d   in   a   c ir c u la r   r in g ,   h a v e   a n   in te r e s ti n g c o n f i g u r a tio n .   T h e a r r a y   f a c to r   o f   a   c ir c u la r   a r r a y   o f   e q u a l l y   s p a c e d   e le m e n ts   i s   w r itte n   a s   [ 4 ] : s i n c os 1 , n n N j k a n n A F I e q f f a q f ( 1 ) W h e r e : N Nu m b e r   o f   i s o tr o p ic   a n te n n a   e le m e n ts 0 0 s i n c o s n n k a a q f f W a v e   n u m b e r a R a d iu s   o f   th e   c ir c u la r   r in g n I Am p lit u d e   e x c ita t io n   o f   t h e t h n e le m e n t n a P h a s e   e x c ita t io n   o f   t h e t h n e le m e n t 2 n n N f p An g u la r   p o s itio n   o f   th e t h n e le m e n t T o   s te e r   th e   m a in   lo b e   in   th e 0 0 , q f d ir e c tio n ,   th e   p h a s e   e x c ita t io n   o f   t h e t h n e le m e n c a n   b e c h o s e n   to   b e : 0 0 s i n c o s n n k a a q f f ( 2 ) T h e   to ta f ie ld   o f   th e   a r r a y   is   d e te r m i n e d   b y   t h e   a d d itio n   o f   t h e   f ie ld s   r a d ia te d   b y   th e   in d iv id u a l e le m e n ts .   T h u s ,   th e   r e s u lti n g   a r r a y   f a c to r   c a n   b e   w r it te n   a s : 0 0 si n c os si n c os 1 , n n N j k a n n A F I e q j j q j j q f ( 3 ) 0 c o s c o s 1 , N j k a n n AF I e y y q f ( 4 ) F o r   c o n f o r m a a r r a y s ,   th e   e le m e n p a tte r n   p la y s   a n   i m p o r ta n r o le   in   th e   a r r a y   p a tte r n ,   b e c a u s e   e a c h e le m e n is   f a c i n g   a   d if f e r e n d ir e c tio n [ 5 ] .   T h e r e f o r e ,   th e   e le m e n p a tte r n   e x p r e s s io n   h a s   a   d if f e r e n v a l u e   i n e a c h   s u m m a n d   o f   e q u a tio n   4 . F ig u r e   1 . C e o m e tr y   o f   C ir c u la r   a n te n n a   a r r a y   w it h   id e n tic a e le m e n ts z x n j R y q r n R j d 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 S y n th e s is   a n d   I m p le me n ta tio n   ( I n   S T M 8 S )   o P h a s e d   C ir c u la r   A n te n n a   A r r a y s   . . . .   ( N .   N e mr i ) 1 0 7 9 3 . T H E T AG UCH I   M E T H O D T a g u c h i 's   m e th o d   w a s   f o u n d e d o n   th e   o r t h o g o n a l   a r r a y s   ( O A )   c o n c e p th a t   c a n   a c tu a l l y   i n c r e a s e   t h e te s ts n u m b e r   n e e d e d   i n   a n   o p ti m iz a tio n   p r o c e s s   [ 6 ] .   T h e   s c r ip t ( , , , ) O A N k s t is   r e p r e s e n te d   b y   r o w s ,   k c o lu m n s   w it h   s   le v e l s   a n d   s tr e n g t h s .   T h e   b a s ic   b e n e f it  o f   O A   c o n c e p is   t h a it  r e q u ir e d   o n l y   e x p e r i m e n ts to   a c q u ir e   a   g r e a te r   m i x t u r e   o f   c o n s ta n t   p r in c ip le s . T h e   s te p s   ta k e n   in   T a g u c h i s   o p ti m iz a tio n   c a n   b e s u m m a r iz e d   a s   f o llo w s   [ 7 ] - [ 1 0 ] 3 . 1 . I n it ia liz a t io n   o f   t h e   o p t i m iz a t io n   p r o c e d u r e I n   t h is   s te p ,   t h e   e n tr y   f e a t u r e s a r e   c h o s e n   f o r   g u id i n g   th e   e x p e r im e n t s .   F o r   a n   O w it h   s   e q u a to   3 , th e   le v e v a lu e   2   f o r   e a c h   p a r a m e te r   is   s e le c te d   f r o m   th e   c e n te r   o f   t h e   r a n g e   o f   o p ti m iz a t io n   f o r   th e   s e tti n g . T h e n ,   th e   o th e r   d e g r e e s   p r in c ip le s   a r e   o n   t h e   s a m e   w a y   c h e c k e d   o u b y   r e m o v i n g   a n d   a d d in g   a   " le v e l d if f e r e n c e "   s p e c if ic   ( L D )   o f   t h e   le v e v a l u e   o f   2 . T h e   e q u a tio n   w h ic h   d e te r m i n e s   th e   le v e d if f e r e n c e   i n   t h e   f ir s ite r a tio n   i s   ta k e n   a s   [ 7 ] . 1 ( m a x m i n ) 1 L D s ( 5 ) 3 . 2 . T h e   c o u r s e   o f   e x p e r i m e n t s T h e   f itn e s s   v a lu e   i s   u s e d   to   c a lc u la te   t h e   c o r r e s p o n d in g   s i g n a to   n o is e   r a tio h in   T a g u c h m e t h o d u s i n g th i s   e q u a tio n : 2 0 l o g f i t n e s s h ( 6 ) Af te r c o m p le tio n a ll  t h e   e x p e r i m e n ts   a n d c a lc u la te th e f i t n e s s v a l u e s   a n d   t h e   c o r r e s p o n d in g   s i g n a l   to n o is e   f o r   e a c h   p a r a m e te r   n   a n d   le v e m   u s i n g   [ 1 1 ] . , ( , ) , i i O A i n m s m n N h h ( 7 ) W ith m   i s   th e t h m le v e a n d   n   is   t h e t h n p a r a m e te r . 3 . 3 . I d e n t if y in g   O p t i m a L e v e V a lu e s   a n d   Co n d u c t in g   Co n f ir m a t io n   E x p e r i m e n t W h e n   t h e   r e s p o n s e   ta b le   is c a lc u la te d ,   th e   o p ti m a l e v e f o r   e a c h   p a r a m e te r   c a n   b e   id e n ti f ie d   b y f i n d in g   th e g r e a te r s i g n a to   n o is e r a tio n   in   t h e c o r r e s p o n d in g   c o lu m n   o f th e ta b le   [ 1 2 ] . Af te r   t h a t,   a   c o n f ir m a tio n   e x p e r i m e n is m a d e b y   u s in g   t h e c o m b i n a tio n   o f   t h e   o p ti m a le v e v a l u e s , opt n i V d e te r m in e d   in   t h e   r e s p o n s e   t a b le .   T h e   f itn e s s   v a lu e   o b ta i n e d   f r o m   t h e   o p ti m a c o m b i n a tio n   i s c o n s id e r e d a s   th e   f itn e s s   v a l u e   o f   th e   c u r r e n ite r a tio n . 3 . 4 . Re d u c in g   t h e   O p t i m iz a t io n   Ra n g e I f   th e   te r m i n a tio n   c r ite r ia   a r e   n o s a tis f ie d ,   th e   o p tim a le v e f o r   th e   c u r r e n ite r a tio n   w il b e   th e c e n te r   o f   th e   n e x ite r a tio n . 2 1 o p t n i n i V V ( 8 ) I n   a d d itio n ,   th e   o p ti m iz a tio n   r a n g e   f o r   th e   n e x ite r a tio n   i s   m i n i m iz e d   b y   m u l tip l y i n g t h e   c u r r e n t le v e d i f f e r e n c e   b y   th e   r e d u c i n g   r a te r r ( 9 ) . r r c a n   b e   s e t   b e t w e e n   0 , 5   a n d   1   a c c o r d in g   to   t h e   p r o b le m   [ 6 ] . S o ,   f o r   th e 1 t h i ite r a tio n . 1 1 1 i i L D RR i L D r r L D ( 9 ) W h e r e i R R i rr is   c a lle d   th e   r e d u c e d   f u n c tio n   [ 6 ] . 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 Vo l. 6 ,   No . 3 , J u n e 2 0 1 6 : 1 0 7 7 1 0 8 5 1 0 8 0 3 . 5 . Ch e c k in g   t h e   T e r m in a t io n   C r it e r ia T h e   n e x e q u a tio n   c a n   b e   u s e d   a s   a   te r m in a tio n   c r ite r io n   f o r   o p tim iz a tio n   p r o c e d u r e   [ 7 ] , [ 1 1 ] . 1 1 0.001 i L D c onv e r ge d  v al ue L D ( 1 0 ) 4 . S YNT H E S I S   AND  I M P L E M E NT AT I O N 4 . 1 . S y n t h e s is   r a d ia t io n   p a t t e n F o r   th e   p u r p o s e   o f   g u id i n g   th e   r a d ia tio n   p a tte r n   o f   a   s m a r t   a n te n n a   i n   a   d e f in i te   d ir e c tio n ,   w it h o u t a n y   p o w e r   d r iv e n   o r   t w ir o r   lo c o m o tio n ,   i n   t h e   s y n t h e s is   o f   c ir c u la r   a n te n n a   a r r a y   T a g u c h i s   m e t h o d   w ill  b e u s e d   b y   c o n tr o lli n g   o n l y   p h a s e   p a r a m e te r s   w h ic h   h a s   6   e q u a ll y   s p a c e d   e le m e n t s .   T h e   e le m e n ts   a r e   s p a c e d   b y a 2 l a n d   s y m m e tr ic .   T h e   s y n t h e s iz e d   p h a s e s   o f   t h e   6   e le m e n t s   w il b e   o p ti m iz e d   b e t w e e n - 1 8 0 °   ( m i n )   a n d 1 8 0 °   ( m a x ) . F o r   th e   6   e le m e n ts   s y m m e tr ic a a r r a y ,   w it h   t h e   s a m e   a m p lit u d e ,   th e   a r r a y   f a c to r   c a n   b e   w r itte n   a s : 0 0 3 si n c os si n c os 1 , 2 n n n j k a n A F e q j j q j j j q f ( 1 1 ) F ig u r e   2 . Ge o m e tr y   o f   6   e le m e n ts   s y m m e tr ic   c ir c u la r   a r r a y L a p to p   w it h   I n te l ®  P e n ti u m ®   Du a C P U 2   GHz a n d   2   Go   R a m   w e r e   u s e d   f o r   s i m u la ti n g   t h e T a g u c h i s   a l g o r it h m ,   a n d   th e   s i m u la tio n ti m e   w a s   o n l y   6   s e c o n d s . T a b le   1   s h o w s   th e   s i m u l a tio n   r e s u lts   o f   t h e p r o p o s e d   a p p r o a c h .   F ig u r e   3   p r e s e n v a r io u s   r e s u lts   o f   s y n t h e s e s   o f   c ir c u la r   a n te n n a   a r r a y   a a   d e s ir e d   p a tte r n to   illu s tr a te   t h e   v a r io u s   p o s s i b ilitie s   o f f e r e d   b y   t h e   o p ti m iz a tio n   m e t h o d in   o r d e r   to   p r o v e   th e   e f f e c ti v e n e s s a n d   f le x ib ilit y   o f   T a g u c h m e t h o d .   T o   illu s tr a te   t h e   e f f ic ie n c y   o f   T a g u c h i s   m e t h o d ,   th e   c o n v e r g e n c e   c u r v e   o f th e   f i tn e s s   v a lu e   i s   p lo tte d   in   F ig u r e   4 .   I is   o b s e r v e d   th a th e   f it n e s s   v a l u e   c o n v e r g e s   to   th e   o p ti m u m   r e s u lt q u ic k l y . z x n j R y q r n R j d 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 S y n th e s is   a n d   I m p le me n ta tio n   ( I n   S T M 8 S )   o P h a s e d   C ir c u la r   A n te n n a   A r r a y s   . . . .   ( N .   N e mr i ) 1 0 8 1 T a b le   1 .   Op tim u m   P h a s e   Va lu e s   F o u n d   b y   T a g u c h i s   M e th o d E l e m e n t E x a m p l e   :   Ph a s e   V a l u e s ( deg )   @ - 5 1 ° ( deg )   @ - 2 1 ° ( d e g )   @   1 5 ° ( d e g )   @   4 5 ° 1 - 8 2 , 7 1 9 5 - 5 6 , 5 4 8 7 - 9 7 , 7 7 2 6 - 6 7 , 5 6 4 5 2 1 4 3 , 4 9 7 5 - 1 0 7 , 7 1 4 0 - 4 5 , 5 3 2 9 5 6 , 5 4 8 7 3 - 1 4 3 , 4 9 7 5 1 0 7 , 7 1 4 0 4 5 , 5 3 2 9 - 5 6 , 5 4 8 7 4 1 4 3 , 4 9 7 5 - 1 0 7 , 7 1 4 0 - 4 5 , 5 3 2 9 5 6 , 5 4 8 7 5 - 1 4 3 , 4 9 7 5 1 0 7 , 7 1 4 0 4 5 , 5 3 2 9 - 5 6 , 5 4 8 7 6 8 2 , 7 1 9 5 5 6 , 5 4 8 7 9 7 , 7 7 2 6 6 7 , 5 6 4 5 - 8 0 - 6 0 - 4 0 0 6 0 8 0 4 5 1 5 - 2 1 - 5 1 - 5 0 - 4 5 - 4 0 - 3 5 - 3 0 - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 O r i e n t e d   r a d i a t i o n   p a t t e r n | A F ( ) | ( d B )   ( D e g r e e ) @   - 5 1 ° @   1 5 ° @   4 5 ° @   - 2 1 ° F ig u r e   3 . S te e r in g   lo b e s   ( - 5 1 ° ) ,   ( - 2 1 ° ) ,   ( 1 5 ° ) ,   a n d   ( 4 5 ° ) 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 F i t n e s s I t é r a t i o n s F ig u r e   4 . C o n v e r g e n c e   c u r v e   o f   th e   f it n e s s   v a l u e 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 Vo l. 6 ,   No . 3 , J u n e 2 0 1 6 : 1 0 7 7 1 0 8 5 1 0 8 2 4 . 2 . I m p le m e n t a t io n   o f   t h e   s y n t h e s iz e d   p h a s e s I n   th i s   s e c tio n w e   p r e s e n t a n   e le c tr o n ic   p la tf o r m   d e d ic a te d   t o   th e   i m p le m e n ta tio n   o f   a   s m a r a n te n n a a r r a y .   Ou r   a p p r o a c h   h e r e   b r in g   u s   to   a   g e n e r ic   a r c h ite c t u r e ,   d y n a m ic a ll y   r e c o n f i g u r a b le   a llo w i n g   th e   d ir e c t i m p l e m e n ta tio n   o f   th e   s y n t h e s iz e d   p h a s e s   o n   a   S T M 8 S - Di s c o v e r y   w h ic h   is   a b le   to   s u p p o r a ll  th e   c a s e s   o f r a d ia tio n   p a tte r n   s y n t h e s i s s   [ 1 3 ] . Af te r d e v e lo p in g th e   m o d e o f   c o n tr o f o r   th e   d ig ita p h a s e   s h i f te r s   ( 8   b its )   [ 1 4 ] ,   in   th e   f o llo w i n g ,   w e p r o c e e d   to   th e i m p le m e n ta tio n   f o r   s y n th e s iz i n g   p h a s e s   b y   t h e   T a g u c h i   a lg o r it h m .   O u r   s o l u tio n   i s   to   d iv id e   th e s p a c e   in to   1 3   s e c to r s   ( S 1 , . . , S 1 3 ) ,   r e p e a te d   e v e r y   1 0 °   in   t h e   in te r v a f r o m - 6 5 °   to   6 5 °   in c lu s i v e   ( F i g u r e   5 ) , e a c h   s e c to r   r e p r e s e n ts   a   s te e r in g   lo b e .   T h e   u p d a te   o f   th e   s y n th e s iz e d   w e i g h t s   is   g i v e n   a c c o r d in g   to   th e   r a te   o f th e   m o v e m e n o f   u s e r   w h ic h   in d ic a te s   t h e   c h o ic e   o f   t h e   s e c to r .   T h e r e f o r e ,   o u r   im p le m e n ta tio n   h a s   b e e n s i m u la te d   i n   th e   S T M 8 S - d is c o v e r y   b u i lt  a r o u n d   a n   S T M 8 S 1 0 5 C 6 T 6   b y   th e   C   la n g u a g e . F ig u r e   5 . S e c to r   B e a m f o r m i n g T h e   s y s te m   c o n s is ts   o f   5   p a r ts . A s e le c tio n   i n p u t   ( S e c to r _ lo b e )   w h ic h   p r e s e n t s   t h e   r e tu r n   o f   s o u r c e lo c a liz a tio n   a lg o r it h m   ( M U S I C ,   E S P R I T ) ,   a n d   in d ic a te s   th e   a n g u la r   p o s itio n   o f   th e   u s e r .   On c e   th e   p o in ti n g a n g le   i s   g i v e n ,   th e   c o n tr o d e v ic e   g e n e r a te s   t h e   o u tp u t s   ( s y n th e s iz e d   p h a s e s )   w h ic h   w ill  b e   th e   in p u t s   f o r   th e d ig ita p h a s e   s h i f te r s .   T h e n ,   w e   f i n d   t h e   s ta g e   o f   M o d u la to r /De m o d u la to r ,   w h ic h   w il b e   a s s u r e d   b y m o d u la to r s   A D8 3 4 9   in   th e   c a s e   o f   b r o a d c a s a n d   b y   d e m o d u la to r   A D8 3 4 7   in th e   c a s e   o f   r e c e p tio n   [ 1 4 ] . F ig u r e   6 . A   b lo c k   d ia g r a m   o f   a   p h a s e d - a r r a y   a n te n n a   c o m p o s e d   o f   a n te n n a   e le m e n ts ,   p h a s e   s h i f te r s ,   a n d S T A M 8 S   Dis c o v e r   c a r d   c o n tr o l. 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 S y n th e s is   a n d   I m p le me n ta tio n   ( I n   S T M 8 S )   o P h a s e d   C ir c u la r   A n te n n a   A r r a y s   . . . .   ( N .   N e mr i ) 1 0 8 3 ( a ) ( b ) ( c ) F ig u r e   7 . S T M 8 S - Dis c o v e r y   c a r d   c o n tr o l T h e   R F   s e c tio n   in c l u d e s 6   e le m e n ta r y   a n te n n a s ,   to   g u id e   t h e   r a d ia tio n   p a tte r n   to   th e   d e s ir e d   s e c to r ; w e   m u s s i m u l ta n e o u s l y   e x c it e   e a c h   a n te n n a   b y   t h e   a p p r o p r ia te   p h a s e s   w h ic h   a r e   a lr e a d y   s y n t h e s iz e d   w it h th e   T a g u c h m e t h o d ,   s o   w e   m u s u s e   6   d ig ita p h a s e   s h i f te r s   to   r e a liz e   th i s .   I n   o r d e r   to   m a k e   r e lia b le   t h e   to ta l o p e r a tio n   o f   o u r   s y s te m ,   w e   p r o p o s e   a   d ir e c t   c o n n e c tio n   b e t w e e n   th e   p h a s e   s h i f te r s   a n d   t h e   p o r ts   in /o u o f   th e m ic r o c o n tr o lle r .   E a c h   p h a s e   s h i f te r   is   c o n tr o lle d   w it h   a   d ig ita s i g n a ( 8   b its ) ,   in   to ta w e   n e e d   4 8   b its t o s a tis f y   t h e   i m p le m e n ta tio n   o f   a ll  th e   a p p lic a tio n .     T h e   S T M 8 S 1 0 5 C 6   h a s   4 8   p in s   o n   w h o m   w e   f i n d   3 8 ,   w h ic h f o r m s   th e   to ta lit y   o f   t h e   p o r ts   in /o u t   [ 9 ]   ( 3 2   p in   c o n f ig u r a b le   a s   o u tp u t ) .   W ith   t h is   d e s c r ip tio n   w e   c a n   e x c ite   3 p h a s e   s h i f te r s   w it h   o n l y   o n e   m ic r o c o n tr o lle r   b y   u s in g   p o r t s   B ,   a n d   a   c o n c a te n a tio n   o f   P o r A   a n d   P o r C . S o ,   w e   n e e d   2   c a r d s   S T M 8 S - Dis c o v e r y   to   g e n e r a te   4 8   b its   i n   th e   s a m e   t i m e . F ig u r e   8 . S T M 8 S 1 0 5 C 6   in p u ts /o u tp u ts 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 Vo l. 6 ,   No . 3 , J u n e 2 0 1 6 : 1 0 7 7 1 0 8 5 1 0 8 4 Ou r   s o lu tio n   is   to   u s e   t h r e e   c a r d s   S T M 8 S - Dis c o v e r y ,   t w o   f o r   c o n t r o g e n e r a tio n   s i g n a ls ,   th e   th ir d c a r d   is   f o r   d e te c tin g   t h e   p o s itio n   o f   th e   u s e r   w h o   i s   c o n n e c te d   in   o u r   c a s e   to   a   k e y p a d   w h ic h   is   g o in g   to r e p la c e   th e   b lo c k   o f   e s ti m a tio n   a r r iv a l   d ir e c tio n s   ( D A O ) .   T h e   u p d a te   o f   o u tp u i s   d o n e   w i t h   a   te s o n   t h e   i n p u t v a lu e   ( s e c to r _ lo b e )   w h ic h   w il b e   in j e c te d   in   t h e   p o r B   ( GP I OB )   o f   th e   f ir s t   m ic r o c o n tr o lle r   ( S T M _ M a s te r ) u s i n g   a   k e y b o a r d   1 6   k e y s .   T h is   r e a d i n g   i s   m a n a g e d   b y   a   ti m e r   i n te r r u p t.   P e r io d ic a ll y   t h e   ti m e r   c r e a te s   a n in te r r u p tio n ,   w h e n   it   o c c u r s i c a u s e s   t h e   c a l o f   tr e a t m e n a s s o c ia te d .   I n   t h is   r o u ti n e ,   th e   k e y b o a r d   is   r e a d e n lin e   b y   li n e ,   it s   s ta te   i s   c o d e d   o n   1 6   b its   i n   a   v a r ia b le   t h a will  b e   d e c o d e d   a n d   s to r e d   in   a   b u f f e r   a s   a   s tr in g . T h e n   a   te s o f   t h e   b u f f e r s   v a l u e   c a u s e s   t h e   g e n e r a tio n   o f   a   s y n c h r o n iz a ti o n   s i g n a ( 8   b it s )   th a t   i s   tr a n s m itte d b y   a   lin k   U AR T   ( T X )   ( s e r ia t r a n s m is s io n )   w it h   th e   o th e r   c a r d s   S T M 8 S .   F o r   th o s e   c a r d s ,   th e   s y n c h r o n iz a tio n s ig n a is   d e te c te d   b y   th e   U AR T _ R o f   e a c h   m ic r o c o n tr o lle r w it h   t h e   v a l u e   o f   th is   s i g n a w e   g e a   s e le c tio n o f w e ig h t s   f o r   th e   u p d a te   to   c o n tr o th e   d ig ita p h a s e   s h if te r s . 5 . Co n c lu s io n I n   th i s   w o r k ,   a   c o m p le te   a n a l y s i s   a n d   d e s i g n   o f   a   p la n a r   c ir c u la r   p h a s e d   a r r a y   w a s   p r o p o s e d .   A s y n t h e s i s   m e th o d   f o r   th e   d i g it a b e a m f o r m i n g   u s in g   t h e   p h a s e   o n l y   c o n tr o w i th   T a g u c h m e t h o d   w a s   s tu d ie d a n d   p r o p o s e d .   T h is   te c h n iq u e   b a s e d   o n   T a g u c h i 's   m e t h o d   wa s   a p p lie d   o n   th e   d e s i g n   o f   c ir c u la r   a n te n n a   a r r a y s a n d   i m p le m e n T a g u c h i   m e th o d   in   a n   e le c tr o n ic   p la tf o r m   u s in g   t h e   m ic r o c o n tr o lle r   S T M 8 S .   T h e   a d v a n ta g e o f   T a g u c h i 's   o p ti m iz a t io n   te c h n iq u e   i s   th e   a b il it y   o f   s o l v in g   p r o b le m s   w i th   a   h i g h   d e g r e e   o f   c o m p le x it y   u s i n g s m a l n u m b e r   o f   e x p e r i m e n t s   in   th e   o p ti m iz a tio n   p r o c e s s .   T a g u c h i 's   m e t h o d   is   e a s y   to   i m p le m e n t   a n d c o n v e r g e s   to   th e   d e s ir e d   g o a q u ic k l y . RE F E R E NC E S [1 ] R.   S . E l l i o t t ,   A n t e n n a   T h e o ry   a n d   d e s i g n ,   Re v i s e d   E d i t i o n ,   J o h n   W i l e y ,   N e w   J e rs e y ,   2 0 0 3 . [2 ] N .   P a t h a k , e t   a l . ,   S y n t h e s i s   o f   t h i n n e d   p l a n a c i rc u l a a rra y   a n t e n n a s   u s i n g   m o d i f i e d   p a rt i c l e   s w a r m   o p t i m i z a t i o n , P r o g r e s s   In   E l e c t r o m a g n e t i c s   T e s e a r c h   L e t t r e s , v o l .   1 2 , p p . 8 7 - 9 7 ,   2 0 0 9 . [3 ] M .   S h i h a b , e t   a l . ,   D e s i g n   o f   n o n - u n i f o rm   Ci rc u l a a n t e n n a   a rra y s   u s i n g   P a rt i c l e   S w a r m   O p t i m i s a t i o n , J o u r n a l   o f E L E CT R ICA L   E NG INE R ING ,   v o l / i s s u e : 5 9 ( 4 ) , p p . 2 1 6 - 2 2 0 , 2 0 0 8 . [4 ] C.   A .   Ba l a n i s ,   S m a rt   a n t e n n a s   f o f u t u re c o n f i g u ra b l e   w i rl e s s   c o m m i n i c a t i o n   n e t w o rk s ,   A ri z o n a   s t a t e   U n i v e rs i t y , t e c h .   Re p . ,   2 0 0 0 . [5 ] J . R . M o h a m e d , Co m p a ra t i v e   P e rf o rm a n c e   In v e s t i g a t i o n s   o f   S t o c h a s t i c   a n d   G e n e t i c   A l g o ri t h m s   U n d e F a s t D y n a m i c a l l y   Ch a n g i n g   E n v i ro n m e n t   i n   S m a rt   A n t e n n a s , In 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   Co m p u t e r E n g i n e e r i n g   ( IJ E CE ) , v o l / i s s u e : 2 ( 1 ) ,   p p .   9 8 ~ 1 0 5 , 2 0 1 2 . [6 ] W .   C.   W e n g , e t   a l . ,   E l e c t ro m a g n e t i c s   a n d   A n t e n n a   O p t i m i z a t i o n   U s i n g   T a g u c h i ’s   M e t h o d ,   S a n   Ra fa e l ,   C A : M o rg a n   &   Cl a y p o o l , 2 0 0 7 . [7 ] W .   C.   W e n g , e t   a l . ,   L i n e a A n t e n n a   A rra y   S y n t h e t i s   U s i n g   T a g u c h i ’s   M e t h o d :   A   n o v e l   o p t i m i z a t i o n   i n e l e c t ro m a g h n e t i c s , IE E E   T r a n s .   A n t e n n a   P r o p a g a t i o n ,   v o l .   5 5 ,   p p   7 2 3 - 7 3 0 ,   2 0 0 7 . [8 ] G .   T a g u c h i , e t   a l . ,   T a g u c h i ’s   Q u a l i t y   E n g i n e e ri n g   H a n d b o o k . ,   N e w   Y o rk :   W i l e y ,   2 0 0 5 . [9 ] R.   Ro y ,   D e s i g n   o f   E x p e ri m e n t s   U s i n g   t h e   T a g u c h i   A p p r o a c h :   1 6   S t e p s   t o   p ro d u c t   a n d   P r o c e s s   Im p ro v e m e n t , J o h n   W i l e y   a n d   S o n s , 2 0 0 1 . [1 0 ] S .   K .   Bo d h e , e t   a l . ,   Be a m f o rm i n g   T e c h n i q u e s   f o S m a rt   A n t e n n a   u s i n g   Re c t a n g u l a A r ra y   S t ru c t u re , In 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   ( IJ E CE ) , v o l / i s s u e : 4 ( 2 ) ,   p p . 2 5 7 ~ 2 6 4 , 2 0 1 4 . [1 1 ] W .   C.   W e n g   a n d   C.   T .   M .   C h o i ,   O p t i m a l   D e s i g n   o f   CP W   S l o t   A n t e n n a s   U s i n g   T a g u c h i ’s   M e t h o d , IE E E T r a n s a c t i o n s   o n   M a g n e t i c s , v o l / i s s u e : 4 5 ( 3 ) , p p . 1 5 4 2 - 1 5 4 5 , 2 0 0 9 . [1 2 ] A .   S m i d a , e t   a l . ,   A m p l i t u d e - o n l y   a d a p t a t i v e   n u l l i n g   b a s e d   o n   T a g u c h i ’s   m e t h o d , M u l t i - Co n f e r e n c e   o n   S y s t e m s , S i g n a l s   &   D e v i c e s   S S D ’1 1 ,   T u n i s i a ,   M a rc h   2 2 - 2 5 ,   2 0 1 1 . [1 3 ] N .   N e m ri , e t   a l . , P h a s e - O n l y   A rra y   Be a m   Co n t ro l   u s i n g a   T a g u c h i   O p t i m i s a t i o n   M e t h o d , M e d i t e r r a n e a n M i c r o wa v e   S y m p s i u m   ( M M S ) ,   p p   9 7 - 1 0 0 ,   S e p t e m b e 2 0 1 1 . [1 4 ] N . N e m ri , e t   a l . , Im p l e m e n t a t i o n   o f   a   c o n t ro l   s y s t e m   o f   i n t e l l i g e n t   a n t e n n a s   b a s e d   o n   t h e   S e q u e n t i a l   Q u a d ra t i c P r o g ra m m i n g   ( S Q P )   A l g o ri t h m , T h e   8 t h   E u r o p e a n   C o n f e r e n c e   o n   A n t e n n a s   a n d   P r o p a g a t i o n   ( E u CA P   2 0 1 4 ) ,   p p : 1 7 9 7 - 1 8 0 1 ,   2 0 1 4 . 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 S y n th e s is   a n d   I m p le me n ta tio n   ( I n   S T M 8 S )   o P h a s e d   C ir c u la r   A n te n n a   A r r a y s   . . . .   ( N .   N e mr i ) 1 0 8 5 B I O G RAP H I E S O F AUT H O RS N a d h e m   N EM R I re c e i v e d   t h e   d e g re e   i n   E l e c t ro n i c   a n d   s c i e n c e   c o m p u t e Ba c c a l a u re a t e   i n 2 0 0 9   a n d   t h e   M a s t e o f   S c i e n c e   d e g re e   i n   A n a l y z e   a n d   D i g i t a l   P ro c e s s i n g   o f   t h e   E l e c t r o n i c S y s t e m s   i n   2 0 1 1 .   F ro m   2 0 1 0   t o   p re s e n t ,   h e   w a s   a   g ra d u a t e   s t u d e n t   re s e a rc h e i n   t h e   U n i t   o f Re s e a rc h   i n   H i g h   F re q u e n c y   E l e c t ro n i c   Ci rc u i t s   a n d   S y s t e m s .   S i n c e   S e p t e m b e r 2 0 1 1 ,   h e   h a s b e e n   a   a s s i s t a n t   i n   s o f t w a re   e n g i n e e ri n g   a n d   i n f o rm a t i o n   s y s t e m   d e p a rt m e n t   a t   H i g h e In s t i t u t e o f   Co m p u t e S c i e n c e   o f   E l   M a n a r,   T u n i s i a .   H i s   c u r re n t   re s e a r c h   f o c u s e s   o n   s m a rt   a n t e n n a s , T a g u c h i s   m e t h o d ,   n e u ra l   n e t w o rk   a p p l i c a t i o n s   i n   a n t e n n a s ,   a d a p t i v e   a rra y s ,   a n d   d i f fe re n c e   o f a rri v a l ,   d i re c t i o n   o f   a rri v a l ,   p h a s e d   a rra y s ,   d i re c t i o n   f i n d i n g . H a n i Wa d i e   B A D R I re c e i v e d   h i s   m a s t e r’s   d e g re e   i n   e l e c t ro n i c s   f ro m   t h e   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s , T u n i s ,   T u n i s i a ,   i n   2 0 1 1 .   H e   i s   c u r re n t l y   w o rk i n g   t o w a rd   h i s   P h D   d e g re e   a t   t h e   F a c u l t y   o f S c i e n c e s ,   T u n i s .   H i s   re s e a rc h   i n t e re s t s   i n c l u d e   i n c l u d e   w i d e b a n d   a n t e n n a R i d h a   G H A Y O U L A re c e i v e d   t h e   D i p l o m a   E n g i n e e d e g re e   i n   A u t o m a t i c - E l e c t ri c a l   i n   2 0 0 2 a n d   t h e   M a s t e o f   S c i e n c e   d e g r e e   i n   A n a l y z e   a n d   D i g i t a l   P ro c e s s i n g   o t h e   E l e c t ro n i c   S y s t e m s i n   2 0 0 5   a n d   t h e   D o c t o o f   P h i l o s o p h y   d e g r e e   i n   2 0 0 8   f ro m   T u n i s     M a n a U n i v e rs i t y , F a c u l t y   o f M a t h e m a t i c a l ,   P h y s i c a l   a n d   N a t u ra l   S c i e n c e s   o f   T u n i s ,   T u n i s i a .   F ro m 2 0 0 4   t o   2 0 1 2 ,   h e   w a s   a g ra d u a t e   s t u d e n t   re s e a rc h e w i t h   t h e   U n i t   o f   Re s e a rc h   i n   H i g h   F re q u e n c y   E l e c t ro n i c   Ci rc u i t s a n d   S y s t e m s .   S i n c e   A u g u s t   2 0 0 9 ,   h e   h a s   b e e n   a n   a s s i s t a n t   p ro f e s s o i n   t h e   E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   D e p a rt m e n t   a t   H i g h e In s t i t u t e   o f   Co m p u t e S c i e n c e   o f   E l   M a n a r,   T u n i s i a .   S i n c e M a y   2 0 1 2 ,   h e   h a s   b e e n   a   s t u d e n t   re s e a r c h e i n   Ra d i o c o m m u n i c a t i o n s   a n d   S i g n a l   P r o c e s s i n g L a b o ra t o ry   ( L R T S ) ,   D e p a rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   a n d   Co m p u t e E n g i n e e ri n g ,   L a v a l   U n i v e r s i t y , Q u é b e c   Ca n a d a .   H i s   c u rre n t   re s e a rc h   f o c u s e s   o n   s o f t w a r e   e n g i n e e ri n g ,   f i e l d   p ro g ra m m a b l e g a t e   a rra y ,   s o f t - c o re   p ro c e s s o r,   m o d e l i n g   a n d   s i m u l a t i o n ,   t i m e   d i ff e r e n c e   o f   a rri v a l ,   d i re c t i o n o f   a rri v a l ,   p h a s e d   a rra y s ,   s m a rt   a n t e n n a s ,   d i re c t i o n   f i n d i n g ,   ra d i o c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m s , n e u ra l   n e t w o rk   a p p l i c a t i o n s   i n   a n t e n n a s ,   a d a p t i v e   a rra y s ,   a n d   m i c ro w a v e   c i rc u i t s   d e s i g n . H i c h e m   T R A B ELS I w a s   b o rn   i n   T u n i s i a   i n   1 9 6 2 .   H e   re c e i v e d   t h e   P H . D .   d e g re e   i n e l e c t ro n i c s   f ro m   t h e   U n i v e rs i t y   o f   P i e rre   &   M a ri e   C u ri e ,   P a r i s   V I ,   F ra n c e   i n   1 9 9 1 .   H e   j o i n e d t h e   d e p a rt m e n t   o f   P h y s i c s   a t   t h e   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s ,   T u n i s ,   i n   1 9 9 2 ,   w h e re   h e   i s   c u rre n t l y w o rk i n g   o n   m i c ro w a v e   a c t i v e   a n d   p a s s i v e   f i l t e rs   a n d   e l e c t ro m a g n e t i c   t h e o ry   f o r s o l v i n g   f i e l d p ro b l e m s   i n   m i c ro w a v e   c i rc u i t s . A l i   G H A R S A LLA H re c e i v e d   t h e   Ra d i o   F re q u e n c y   E n g i n e e ri n g   d e g re e   f ro m   t h e   H i g h e r S c h o o l   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n   o f   T u n i s ,   T u n i s ,   T u n i s i a ,   i n   1 9 8 6 ,   a n d   t h e   D o c t o o f   P h i l o s o p h y d e g re e   f ro m   t h e   E n g i n e e ri n g   S c h o o l   o f   T u n i s ,   T u n i s ,   T u n i s i a ,   i n   1 9 9 4 .   S i n c e   1 9 9 1 ,   h e h a s b e e n   w i t h   t h e   F a c u l t é   d e s   S c i e n c e s   d e   T u n i s ,   D e p a rt m e n t   o f   P h y s i c s   U n i v e rs i t y   T u n i s   M a n a r F a c u l t y   o f   S c i e n c e s   o f   T u n i s ,   T u n i s ,   T u n i s i a .   H e   i s   a l s o   a fu l l   p r o f e s s o o f   E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g   a n d   d i re c t o o f   E n g i n e e ri n g   w i t h   t h e   H i g h e M i n i s t r y   E d u c a t i o n o f   T u n i s i a , T u n i s ,   T u n i s i a .   H e   h a s   a u t h o re d   o c o a u t h o re d   a p p ro x i m a t e l y   7 0   p a p e rs   p u b l i s h e d   i n   s c i e n t i f i c j o u r n a l s   a n d   1 2 0   c o n f e re n c e   p a p e rs .   H e   h a s   a l s o   s u p e rv i s e d   o v e 2 0   t h e s e s   a n d   5 0   m a s t e r s .   H i s c u rre n t   re s e a rc h   i n t e re s t s   i n c l u d e   s m a rt   a n t e n n a s ,   a rra y   s i g n a l   p r o c e s s i n g ,   m u l t i l a y e re d s t ru c t u re s ,   a n d   m i c ro w a v e   i n t e g ra t e d   c i rc u i t s . 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