I nte rna t io na l J o ur na l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   10 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 2 1 ,   p p .   7 0 ~ 7 8   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas.v 1 0 . i 1 . p p 70 - 78          70       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Simula tion a nd m a nufacturing  of   mo dified  ci rcula r  mo no po le  micro strip ant en na  f o r UWB  appli ca tions       B ila l S.   T a ha 1 ,   H a m za h M .   M a rho o n 2   1 Ira q i  M i n istry   o f  He a lt h ,  Ba g h d a d ,   Ira q   2 De p a rtme n t  o f  Co m p u ter T e c h n i q u e s E n g i n e e rin g ,   Al - Esra a   Un iv e rsity   Co ll e g e ,   Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   8 ,   2 0 2 0   R ev is ed   Dec   7 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Dec   2 3 ,   2 0 2 0       Ultra - wid e b a n d   (UWB)  tec h n o l o g y   is  o n e   o f  t h e   m o st  p ro m isi n g   wire les s   c o m m u n ica ti o n   so l u ti o n s   to   b e   d e v e lo p e d   q u ick l y   b e c a u se   o f  th e   h ig h - sp e e d   d a ta,  wid e   b a n d wid t h   a n d   e x c e ll e n t  imm u n it y   to   m u lt ip a t h   i n terfe re n c e .   In   th is  wo r k ,   th e   c o m p a c t  d e si g n   o f  a   m o d ifi e d   c ircu lar  m o n o p o le  m icro strip   a n ten n a   is  sim u late d   a n d   m a n u fa c tu re d   fo r  th e   UWB  a p p li c a t io n s.  Th e   sim u latio n   p r o c e ss   o f  t h e   p r o p o se d   a n ten n a   wa s  d o n e   b a se d   o n   th e   fi n it e   in teg ra ti o n   o f  th e   c o m p u ter  sim u latio n   tec h n o l o g y   (CS T )  m icro wa v e   stu d i o   (M WS ).   T h e   p r o p o se d   a n te n n a   c o m p rise s  a   c o p p e r  ra d iatin g   p a tc h ,   Ro g e r’s  Ka p p a - 4 3 8   s u b stra te,   a n d   a   si n g le  stu b   a c t  a s  a   re flec to r.   Th e   sim u latio n   re su lt s  sh o we d   a   re a so n a b le  a g re e m e n t  with   t h e   re su lt s   o f   th e   m e a su re m e n t   a n d   g o o d   p e rfo rm a n c e   wa s  a c h iev e d   i n   t h e   ra n g e   fr o m   1 . 8   to   1 0   G H z   with   VSW R  les s th a n   2 . 0 .   K ey w o r d s :   C ST - MW S   Mic r o s tr ip   m o n o p o le  a n ten n a   R o g er ’ s   Kap p a - 4 3 8   s u b s tr ate   Ultr a - wid eb an d   W ir eles s   co m m u n icatio n s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ham za h   M.   Ma r h o o n   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   T ec h n iq u es E n g in ee r in g   Al - E s r aa   Un iv er s ity   C o lleg e   Al - Kar ad a,   B ag h d ad ,  I r a q   E m ail: h am za alaz awy 3 3 @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   g en er al,   th e  an te n n a  is   a  t r an s d u ce r   th at  co n v er ts   th e  g u id ed   p r esen t  in   a  tr an s m is s i o n   lin e  o r   f ee d er   ca b le  i n to   r a d iated   elec tr o m ag n etic  e n er g y   tr av els  in   f r ee   s p ac e  to   th e   r ec eiv er   o r   v ice  v er s a.   An ten n as   ca n   also   b e  v iewe d   as  an   im p e d an ce   tr a n s f o r m er ,   c o u p lin g   b etwe en   an   i n p u t   o r   lin e  im p ed an ce   an d   f r ee   s p ac e   im p ed an ce   [ 1 ] .   Ultr a - wid e b a n d   ( UW B )   tech n o lo g y   is   o n e   o f   th e  m o s t  s u cc ess f u l  co m m u n icatio n   s y s tem s   s o lu tio n s ,   b ec au s e  o f   its   h ig h e r   d ata  r ate   an d   g o o d   im m u n ity   ag ain s t  m u ltip ath   in ter f er e n ce ,   th e  tech n o lo g y   o f   UW B   i s   u s ed   in   v ar io u s   f ield s   s u ch   as  r ad ar ,   r em o te   s en s in g ,   an d   m ilit ar y   c o m m u n icatio n   [ 2 ] .   T ab le   1   is   s h o win g   s tan d ar d s   o f   UW B   te ch n o lo g y .    I n   2 0 0 2 ,   th e  Fed e r al  C o m m u n icatio n   C o m m is s io n   ( FC C )   all o ca ted   an   u n licen s ed   7 . 5   GHz   b an d   ( i.e . ,   f r o m   3 . 1   to   1 0 . 6   GHz )   f o r   th e   in d o o r   UW B   wir eless   s y s tem   ap p licatio n s .   Fig u r e   1   s h o ws  t h e  s p ec tr al  m ask   o f   th e  in d o o r / o u td o o r   h a n d h eld   a p p licatio n s   an d   th e  d if f e r en t  f r eq u en c y   s p ec tr u m   was  s p ec if ie d   b y   FC C   in   th e   Un ited   States .   T h e  I n d u s tr ial  s tan d ar d s   s u ch   as  I E E E   8 0 2 . 1 5 . 3 a  o f   th e  h ig h   r ate  o f   d ata  a n d   I E E E   8 0 2 . 1 5 . 4 a   o f   th e   v e r y   l o w  r ate   o f   d ata   was  estab lis h ed   o n   th e   b asi s   o f   UW B   tech n o lo g y .   T h e   FC C   d ef in es  UW B   tech n o lo g y   as  an y   wir eless   s y s tem   wi th   a  f r ac tio n al   b an d wid th   o f   m o r e  th an   5 0 0   MH z  o r   2 0 %  o f   th e  ab s o l u te   b an d wid th   [ 3 ] .     I n   ad d itio n ,   t h e  p ass iv e  r a d io   f r e q u en c y   id en tific atio n   ( R FID )   tag   is   o n e   o f   th e  UW B   wir eless   s y s tem ' s   m o s t  co m m o n ly   u s ed   ap p licatio n s .   I t  is   ca lled   p ass iv e  d u e   to   th e  a b s en ce   o f   th e   a ctiv e  elem en ts   an d   th e  R FID   tag   d o esn ' t  r eq u ir e  a  b atter y   f o r   f ee d in g ,   th e  tag   ca n   b e  attac h ed   to   a  p ac k ag e  o r   p ets  f o r   tr ac k in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       S imu la tio n   a n d   ma n u fa ctu r in g   o f m o d ified   circu la r   mo n o p o l e  micro s tr ip   a n ten n a   fo r   UWB  …  ( B ila l S .   Ta h a )   71   an d   id e n tific atio n .   T h e   o th er   a p p licatio n s   o f   UW B   ar e  in   th e   r ad ar   ap p licatio n s ,   m ed ical   ap p licatio n s   o r   in   th e   w ir eless   p e r s o n al  ar ea   n etwo r k s   ( W PAN s )   [ 4 ] ,  [ 5 ] .   T h e  f ea tu r es  o f   th e  UW B   s y s tem   in clu d e  wid e  b an d wid th ,   d ir ec tio n al/o m n id ir ec tio n a l  r ad iatio n   p atter n ,   co n s tan t  g ain   i n   s p ec if ic  d ir ec tio n s ,   co n s tan tly   d es ir ed   p o lar izatio n ,   m o d e r ate  r a d iatio n   ef f icien cy ,   lin ea r   p h ase  r esp o n s e,   co m p a ct  s ize,   lo w  p r o f ile,   an d   lo w   m an u f ac tu r in g   c o s t  [ 6 ] .   UW B   tech n o lo g y   h as  m u ltip le  u n iq u e  ad v an tag es  o v er   co n v en ti o n al  wir eless   co m m u n icatio n   tech n o lo g y ,   s u ch   as  lo w  p o wer   co n s u m p tio n ,   b ig   d ata  r ates  a n d   less   m u lti - p ath   s p r ea d ,   d u e   to   th e  m en tio n ed   b en ef its ,   th e  UW B   tech n o lo g y   alwa y s   attr ac ts   r esear ch er s   f o r   d if f er e n t  ap p licatio n s   wh e r e   UW B   o f f er s   m an y   lev els  o f   s ec u r ity   an d   h i g h ly   r eliab le  co m m u n icatio n   s y s tem s   [ 7 ] .   I n   th is   p ap er ,   a  m o d if ied   ci r cu lar   m o n o p o le  m icr o s tr ip   an ten n a  ( MM A )   with   c o m p a ct - s ized   is   s im u lated   an d   f ab r icate d   f o r   th e  UW B   ap p licatio n s .   T h e  p ap er   o r g a n is ed   as  f o llo ws:   Se ctio n   2   p r esen ts   a  b r ief   d escr ip tio n   o f   th e  MM A   s p ec if icatio n s ,   ap p licatio n s ,   a n d   s tr u ctu r e.   Sectio n   3   illu s tr ates  th e  s tep s   f o r   th e   an ten n a  d esig n   p r o ce s s ,   wh er e  th e  f ir s t  s tep   is   s u m m ar is ed   b y   d eter m in in g   th e  an ten n a  d im en s io n s   th r o u g h   th e  n ec ess ar y   e q u atio n s   an d   t h e  s ec o n d   s tep   is   t h e  s im u lati o n   o f   t h e  p r o p o s ed   a n ten n a   u s in g   th e  c o m p u ter   s im u latio n   tech n o lo g y   ( C ST)   m icr o wav e  s tu d i o   ( MWS ) .   Sectio n   4   in clu d es  a   p r esen tatio n   an d   d is cu s s io n   f o r   th e  o b tain e d   r esu lts   f r o m   th e  s o lv er   o f   th e   C ST - MWS   s u ch   as  th e  a n ten n a   g ain ,   v o lta g e  s tan d in g   wav e   r atio   ( VSW R ) ,   an d   r etu r n   lo s s   ( 11 ) .   Sectio n   5   p r esen ts   th e   an ten n a  f a b r icatio n   p r o ce s s   also   p r esen ts   th e  m ea s u r e d   r esu lts   f o r   th e   11 .   Fin ally ,   s ec tio n   5   p r o v id es th e  co n clu s io n   o f   th is   p ap er .           Fig u r e  1 .   UW B   f r eq u en c y   s p e ctr u m       T ab le  1 .   Stan d a r d s   o f   UW B   tech n o lo g y   C o u n t r y     B a n d s   o f   f r e q u e n c y   O r g a n i z e d   b y   Eu r o p e   3 . 1 – 4 . 8   G H z   w i t h   D e t e c t   A n d   A v o i d   (DAA)  r e st r i c t i o n s ;   6 – 8 . 5   G H z   b a n d   w i t h   n o   r e st r i c t i o n s     El e c t r o n i c   C o mm u n i c a t i o n s   C o mm i t t e e   ( E C C )   A meric a ,   C a n a d a   3 . 1 – 1 0 . 6   GHz   u n l i c e n se d   b a n d   w i t h o u t   r e st r i c t i o n s     F e d e r a l   C o mm u n i c a t i o n   C o mm i ss i o n   ( F C C )   Jap a n   3 . 4 – 4 . 8   G H z   w i t h   D A A   r e st r i c t i o n s;   7 . 2 5 – 1 0 . 2 5   GHz   u n l i c e n se d   b a n d     M i n i s t r y   o f   I n t e r n a l   A f f a i r s &   C o mm u n i c a t i o n s   ( M I C s)   K o r e a   3 . 1 – 4 . 8   G H z   w i t h   D A A   r e st r i c t i o n s;   7 . 2 – 1 0 . 2   G H z   b a n d   w i t h   n o   r e st r i c t i o n s     El e c t r o n i c s  a n d   Te l e c o mm u n i c a t i o n s   R e se a r c h   I n st i t u t e   ( ETR I )   S i n g a p o r e   6 – 9   G H z   b a n d   w i t h   n o   r e st r i c t i o n s;   3 . 4 – 4 . 2   G H z   b a n d   w i t h   D A A   r e st r i c t i o n s   I n f o c o mm   D e v e l o p m e n t   A u t h o r i t y   ( I D A )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :  70   –   78   72   2.   M O NO P O L E   M I CRO ST RI P   ANTE N NA   T h e  MMA   is   a  ty p e  o f   th e   r a d io   an ten n a  f o r m e d   b y   r e p lacin g   o n e  h alf   o f   a  d ip o le  a n ten n a  with   a   g r o u n d   p la n e  at  r ig h t  a n g les  to   th e  r em ain in g   h alf .   I f   th e  g r o u n d   p la n e  is   lar g e  en o u g h ,   th e   m o n o p o le  b e h av es  ex ac tly   lik e  a  d ip o le,   as if   its   r ef lectio n   in   th e  g r o u n d   p lan e  f o r m ed   th e   m is s in g   h alf   o f   th e  d ip o le  [ 8 ] .     I n   a  v ar iety   o f   co m m e r cial  ap p licatio n s   lik e  m o b ile  s atellite  co m m u n icatio n s ,   d ir ec t  b r o ad ca s t   s y s tem s   ( DB S),   g lo b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( GPS),   r em o te  s en s in g ,   an d   b io m ed ical  a p p l icatio n s ,   th e  MPA  b ec o m es  att r ac tiv e  ca n d id ate s .   T h e  b asic  f o r m   o f   th e  M PA  is   co n s is t s   o f   a  r ad iatin g   p atch   s itti n g   o n   a  d ielec tr ic  m ater ial  ca lled   s u b s tr ate  an d   a  p ar tially   g r o u n d   p l an e  ca n   b e  p r in ted   o n   th e  b o tto m   o f   th e  s u b s tr ate  o r   as a   s m all  p late  p r in ted   o n   t h e  f ac e  o f   th e  s u b s t r ate,   as illu s tr ated   in   Fig u r e  2   [9 ] ,  [ 1 0 ] .           Fig u r e  2 .   T h e  MMA   s tr u ctu r e       3.   ANT E NNA   D E SI G N   T h e  an ten n a  d esig n   is   d o n e   b y   u s in g   C ST - MWS ,   th e  ess en tial  p ar am eter s   f o r   d esig n in g   th e  UW B   an ten n a  in clu d es  th e  o p er atin g   f r eq u en cy   r an g e,   s u b s tr ate  d ielec tr ic  co n s tan t,  s u b s tr ate  h eig h t,  co n d u ct o r   th ick n ess ,   lo s s   tan g en t,  s u b s tr ate  wid th ,   s u b s tr ate  len g th ,   an d   in p u t  im p ed an ce ,   T ab l e  2   illu s tr ates  th e   f u n d am e n tal  p ar am ete r s   u s ed   to   s im u late  th e  an ten n a.       T ab le  2 .   Fu n d am en tal  p a r am et er s   o f   th e  p r o p o s ed   UW B   an ten n a   P a r a me t e r   V a l u e   U W B   F r e q u e n c y   1 . 8 - 1 0   G H z   D i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( εr )   4 . 3 8   H e i g h t   o f   su b s t r a t e   1 . 5 2 4   m m   S u b s t r a t e   w i d t h   5 0   mm   S u b s t r a t e   l e n g t h   5 0   mm   H e i g h t   o f   c o n d u c t o r   0 . 0 3 5   mm   S u b s t r a t e   m a t e r i a l   R o g e r ’ s K a p p a - 4 3 8   s u b s t r a t e   Lo ss  Ta n g e n t   t a n   ( δ )   0 . 0 0 5   I n p u t   i m p e d a n c e   5 0   Ω       T h e  s u b s tr ate  d im en s io n s   o f   t h e  s im u lated   an ten n a  ca n   b e  o b tain ed   b y   u s in g   th e  s im p le  e q u atio n s   o f   a  r ec tan g u lar   m icr o s tr ip   p atch   an ten n a,   as f o llo ws [ 1 1 ] :     ε r ef f = ε r + 1 2 + ε r − 1 2 [ 1 + 12 h w ] − 1 2   ( 1 )     W = c 2f √ 2 ε r + 1   ( 2 )     L ef f = c 2 f r √ ε r ef f   ( 3 )     ∆ L = 0 . 412h ( ε r ef f + 0 . 3 ) [ w h + 0 . 264 ] ( ε r ef f − 0 . 258 ) [ w h + 0 . 8 ]   ( 4 )     L   =      −   2    ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       S imu la tio n   a n d   ma n u fa ctu r in g   o f m o d ified   circu la r   mo n o p o l e  micro s tr ip   a n ten n a   fo r   UWB  …  ( B ila l S .   Ta h a )   73   w s = 2 ×   ( 6 )     Ls = 2 ×     ( 7 )     wh er e,   ε r ef f   is   th e  ef f ec tiv e  d ielec tr ic  co n s tan t,  ε r   is   th e  d ielec tr ic  c o n s tan t  o f   s u b s tr ate,     is   th e  lig h t  s p ee d   in   f r ee   s p ac e,   h   is   h eig h t  o f   s u b s tr ate.   W   is   th e  p atch   wid th ,     is   ef f ec tiv e  len g th ,     is   th e  ac tu al  p at ch   len g th ,   ws   is   th e  s u b s tr ate  wid th ,   an d   Ls   is   th e  s u b s tr ate  len g th .   T h e  s tep s   to   d esig n   th e  p atch   with   th e  cir cu lar   s h ap e   was d o n e  u s in g   ( 8 ) - ( 1 0 )   [ 1 2 ] .     a e = a { 1 + ( 2h π a ε r ) [ ln ( π a 2h ) + 1 . 7726 ] } 1 2   ( 8 )     a = F { 1 + 2h π ε r F [ ln ( π F 2h ) + 1 . 7726 ] }   1 2   ( 9 )     F = 8 . 7 91 × 10 9 f r √ ε r   ( 1 0 )     Af ter   ca lcu latin g   th e  ess en tia l  p ar am eter s   o f   th e  cir cu lar   m icr o s tr ip   p atch   an ten n a  th r o u g h   th e  p r e v io u s ly   m en tio n ed   e q u atio n s ,   th e   f ir s t  s im u lated   cir cu lar   s h ap e  a n d   11   ar e  illu s tr ated   in   Fig u r e  3 .               Fig u r e  3 .   T h e  s im u lated   UW B   an ten n a  in s id e  C ST - MWS       As  o b s er v ed   f r o m   th e  p r ev i o u s   d esig n   th e  b a n d wid th   im p ed an ce   m atch in g   s tar tin g   f r o m   2 . 4 5   to     1 0   GHz   with   a  n o tch   at  6 . 5   GHz ,   th e  d esire d   UW B   o p er atin g   f r eq u en cy   b a n d   an d   11   ar e  n o t  ac h iev ed .   So ,   s h o u ld   attem p t  to   m o d i f y   th e  p r ev io u s   d esig n   b y   ad d i n g   a  s ec o n d   cir cle  p atch   to   im p r o v e  th e  o v er all   p er f o r m an ce   o f   th e   an ten n a,   s u ch   as  en h an ce   t h e  r a d iatio n   p atter n   an d   ch a n g in g   th e   cu r r en t  d is tr ib u tio n   o v e r   th e  r ad iatin g   p atch ,   Fig u r e  4   il lu s tr ates th e  m o d if ied   an te n n a  d esig n   an d   r etu r n   lo s s   af ter   ad d in g   th e  2 nd   cir cle.             Fig u r e  4 .   T h e  s im u lated   2 nd   cir cu lar   MPM A  an ten n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :  70   –   78   74   T o   in cr ea s e  th e   an ten n a  r ad i atio n ,   an   ad d itio n al   cir cle  wa s   cr ea ted   with   a  r ad iu s   o f   7   m m   in   th e   m id d le  o f   t h e  p atch .   Fig u r e  5   i llu s tr ate s   th e  r etu r n   lo s s   an d   g ain   af ter   ad d in g   th e   3 rd   cir cle  i s   g ettin g   b etter .             Fig u r e  5 .   T h e  3 rd   s im u lated   M PMA       I n   Fig u r e  6 ,   th e  f ee d   len g th   is   in cr ea s ed   to   1 0 . 3 1   m m   an d   6   a r cs a r e  ad d ed   o n   b o th   s id es o f   th e  p atch ,   to   en h a n cin g   th e   o v e r all  an te n n a  p e r f o r m an ce .   Sli ts   wer e  u s ed   in   th e   an ten n a   to   cr ea te   ad d itio n al  f r eq u e n cies   an d   in cr ea s e  an te n n a  g ai n ,   b a n d wid th ,   r ad ia tio n   p atter n ,   an d   11 .             Fig u r e  6 .   T h e  4 th   s im u lated   M PMA       Af ter   m an y   tr ials   o f   th e  d esig n   m o d if icatio n   f o r   th e  s im u lated   an ten n a,   a  s in g le  p late  was   p r esen t  at  th e  r ig h t e d g es a s   a  r ef lecto r   t o   ac h iev e  th e   b est r esu lts   as ill u s tr ated   in   Fig u r e  7 .           Fig u r e  7 .   T h e  f in al  s im u lated   MPM A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       S imu la tio n   a n d   ma n u fa ctu r in g   o f m o d ified   circu la r   mo n o p o l e  micro s tr ip   a n ten n a   fo r   UWB  …  ( B ila l S .   Ta h a )   75   4.   SI M UL A T I O N   R E S UL T   T h is   s u b s ec tio n   co m p r is es  a  p r esen tatio n   o f   th e   s im u lated   an ten n a   g ain ,    ,   an d   11   r esu lts   wh ich   wer e  o b tain ed   f r o m   th e  tr an s ien t  C ST - M W S  s o lv er   af ter   th e  an ten n a  s im u latio n   p r o ce s s   h as  b ee n   co m p leted .   Fig u r e  8   an d   T ab l e  2   illu s tr ate  th e  s im u lated   an ten n a  r esu lts   f o r   th e  11   an d      o f   t h e  f in al   d esig n   o f   th e  p r o p o s ed   a n ten n a           Fig u r e  8 .   11   o f   t h e  f in al  s im u late d   an ten n a       T ab le  3 .   R etu r n   l o s s   an d      r esu lts   o f   th e  s im u lated   an ten n a   F r e q u e n c y   ( G H z )   R e t u r n   l o ss ( d B )   V S W R   1 .   9   - 1 3 . 9 5   1 . 5   2 . 1   - 1 9 . 2 4   1 . 2 4   2 . 4 5   - 1 8 . 8 8   1 . 2 5   3 . 1   - 16   1 . 3 7   5 . 8   - 1 7 . 8 7   1 . 2 9   6 . 5   - 1 5 . 1 6   1 . 4 2   10   - 1 9 . 2 6   1 . 2 4       T h e  m icr o s tr ip   an ten n as  is   well  k n o wn   f o r   its   p o o r   g ain ;  th is   d u e  to   th e  g ain   o f   t h e   m icr o s tr ip   an ten n as  ar e   af f ec ted   b y   th e   ℎ   an d   th e  ε r   wh er e ,   th e   Gain   is   in v er s ely   p r o p o r tio n al  with     an d   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  with   th e  ℎ   [ 1 3 ] - [ 1 5 ] .   Fig u r es  9   an d   1 0   illu s tr ate  th e  s im u lated   b r o a d b an d   an te n n a  g ain   a n d   th e   3 D  f ar - f ield   r esu lts   o f   th e  s im u lated   an ten n a   r esp ec tiv ely .             Fig u r e  9 .   B r o a d b an d   g ain   o f   t h e  s im u lated   an ten n a       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :  70   –   78   76     At  =1 . 8   GHz ,   Gain =1 . 8 4   d B i       At  =1 . 9   GHz ,   Gain =1 . 7 9   d B i       At  =2 . 1   GHz ,   Gain =1 . 9 1   d B i       At  =2 . 4   GHz ,   Gain =1 . 4 7   d B i       At  =3 . 1   GHz ,   Gain =2 . 1 6   d B i       At  =5 . 8   GHz ,   Gain =5 . 5   d B i     At  =6 . 5   GHz ,   Gain =5 . 2 3   d B i       At  =1 0   GHz ,   Gain =5 . 9 3   d B i   Fig u r e  1 0 .   Far   f ield   r esu lt o f   t h e  s im u lated   an ten n a       5.   ANT E NNA  F A B RIC AT I O N   Af ter   th e  an ten n a  s im u latio n   h as  b ee n   co m p leted   in   th e  C ST - MWS ,   th e  s im u lated   an ten n a  Ger b e r   f ile  is   ex p o r ted   an d   s en t  to   th e  f ac to r y   f o r   th e  m an u f ac tu r in g   p r o ce s s .   T h e  d esig n er   co m m o n ly   u s ed   th e  FR - 4  s u b s tr ate,   b u t  in   th is   wo r k   th e  R o g er   Kap p a - 4 3 8   s u b s tr ate  is   u s ed   in s tead   o f   th e  FR - 4   s u b s tr ate,   s in ce   b o th   ty p es  h av e  s im ilar   d ielec tr ic  ch ar ac ter is tics   co n s tan t  an d   t h e  s am e  s u b s tr ate  h eig h t,  ℎ   =  1 . 5 2 4   m m   b u t  th e   d if f er en t  i n   lo s s   tan g en t,   R o g e r   Kap p a - 4 3 8 ’   lo s s   tan g en t  is   0 . 0 0 5   w h ile  th e  FR - 4   is   0 . 0 1 5 ,   th is   ef f ec ts   o n   th e   p er f o r m an ce   o f   t h e  an ten n a  [ 1 6 ] .   A  s im p le,   co m p ac t  UW B   an ten n a  with   a  s in g le  s lo t,  an d   a  m icr o s tr ip   f ee d   lin e  is   b ein g   im p le m en ted   as  illu s tr ated   in   Fig u r e  1 1 .   T h e  m an u f ac tu r e d   an ten n a  s h o wed   co n s is ten t  g ain   ch ar ac ter is ti cs  as  well  a s   a  2 :1      was  ac h iev ed   in   th e  UW B   r an g e.   T h e  p h y s ical  s u r f ac e  ar ea   o f   th e  d esig n   is   r ed u ce d   b y   im p lem en tin g   th e   cir cu lar   s h ap e  o f   t h e  p atch   in   t h is   wo r k .   T h e   m an u f ac tu r e d   an te n n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       S imu la tio n   a n d   ma n u fa ctu r in g   o f m o d ified   circu la r   mo n o p o l e  micro s tr ip   a n ten n a   fo r   UWB  …  ( B ila l S .   Ta h a )   77   co v er s   a  f r eq u e n cy   r an g e   o f   1 . 8   to   1 0   GHz .   Fig u r e   1 2   an d   F ig u r e  1 3   illu s tr ate  th e   m ea s u r e d   11   v ia  s p ec tr u m   an aly ze r   An r its u - s ite  m aster   S3 6 2 E   wh ic h   is   lim ited   to   6   GH z,   r esp ec tiv ely .           Fig u r e  1 1 .   T h e  f a b r icate d   a n ten n a           Fig u r e  1 2 .   T h e  m ea s u r ed   11   in   An r its u - s ite  m aster   S3 6 2 E       6.   CO NCLU SI O N     Du e  to   th e  r ap id   g r o wth   o f   m o b ile  s y s tem s   to war d s   t h e  5 th   g en er atio n ,   th at   r eq u ir es  m an y   f r eq u en cy   b an d s ,   th e  UW B   i s   s u itab le  f o r   s u ch   ap p licatio n s .   I n   th is   p ap er ,   a  m o d if ied   cir cu lar   m o n o p o le  m icr o s tr ip   an ten n a  h as  b ee n   d esig n e d ,   s im u lated ,   f ab r icate d   an d   m ea s u r ed   b y   u s in g   th e   p h o to   r esis tiv e  tech n iq u e   f o r   th e   UW B   ap p licatio n s .   T h e  s im u lated   an ten n a  c o v er s   th e  f r eq u en c y   r an g e  b etwe en   1 . 8   to   1 0   GHz   with   r ea s o n ab le  11 ,   r ad iatio n   p atter n ,   an d   g ain .   T h e  11   o f   t h e  m a n u f a ctu r ed   a n ten n a  is   m ea s u r ed   p r ac tically   b y   u s in g   An r its u - s ite  Ma s ter   S3 6 2 E .       RE F E R E NC E   [1 ]   Ba lan is,  Co n sta n ti n e   A ,   An te n n a   t h e o ry :  a n a lys is a n d   d e sig n ,   J o h n   wiley   &   so n s,   2 0 1 6 .   [2 ]   I.   B.   Ve n d i k ,   S .   M e m b e r,   A.  R u s a k o v ,   K.  Ka n jan a sit,   a n d   J.  H o n g ,   “ Ultra - Wi d e b a n d   (UWB)  P la n a r  An ten n a   wit h   S in g le  - ,   Du a l  - ,   a n d   Tri p le  -   B a n d   No tch e d   Ch a ra c teristic  Ba se d   o n   El e c tri c   Rin g   Re so n a t o r, ”   I EE E  An te n n a s  W ire l. Pro p a g .   L e tt . ,   v o l .   1 6 ,   p p .   1 4 ,   2 0 1 7 .   [3 ]   P a v it h ra ,   P . ,   A.  S riram ,   a n d   K.  Ka li m u th u ,   “ Co m p a c t  p lan a r  u lt ra wid e b a n d   M IM O  a n ten n a   fo r  wire les s   a p p li c a ti o n s ,”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  Ad v a n c e s in   Ap p li e d   S c ien c e s (IJAAS ) ,   v o l .   8 ,   n o .   3 ,   p p .   2 4 3 - 2 5 0 ,   2 0 1 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci ,  Vo l.   10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :  70   –   78   78   [4 ]   R.   Cicc h e tt i,   E.   M io z z i,   a n d   O.  Tes ta,  “ Wi d e b a n d   a n d   U WB  An ten n a s  fo r   Wi re les s  Ap p li c a ti o n s :  A   Co m p re h e n si v e   Re v iew , ”   Hin d a wi  In t.   J .   An ten n a s P rp a g a ti o n ,   v o l.   2 0 1 7 ,   p p .   1 – 4 5 ,   2 0 1 7 .     [5 ]   C.   K.  To t h   e t   a l. ,   “ P o sit io n in g   S l o w - M o v in g   P latfo rm s  b y   UWB  Tec h n o l o g y   i n   G P S   Ch a ll e n g e d   Are a s,”   J .   S u rv .   En g . ,   v o l.   1 4 3 ,   n o .   4 ,   p p .   1 - 9 ,   2 0 1 7 .     [6 ]   S .   B.   Vig n e sh ,   E .   L .   Tan ,   K.   Ho ,   a n d   H.   Li ,   “ UWB  D o u b le - S id e d   P rin ted   B o wtie  An te n n a   Us i n g   S u p e rsh a p e , ”   in   2 0 1 8   Asi a - P a c if ic M icr o w a v e   Co n fer e n c e   (AP M C) ,   I EE E ,   p p .   1 6 1 2 - 1 6 1 4 ,   2 0 1 8 .     [7 ]   R.   S in g h ,   A.  S .   Ra th o u r,   V.  Ku m a r,   D.  S e th ,   S .   Ra wa t,   a n d   K.  Ra y ,   “ De sig n   a n d   An a ly sis  o f  L o w P r o fil e ,   E n h a n c e d   Ba n d wid t h   UWB  M icro stri p   P a t c h   An ten n a   fo r  B o d y   Are a   Ne tw o rk , ”   In   E n g in e e rin g   V ib ra ti o n ,   Co mm u n ica ti o n   a n d   In f o rm a ti o n   Pro c e ss in g ,   S p ri n g e r ,   p p .   1 8 7 - 1 9 5 ,   2 0 1 9 .     [8 ]   Ala m ,   S . ,   S u rjati,   I. ,   F e ra wa n ,   A.,   a n d   F irma n sy a h ,   T,   “ De sig n   a n d   Re a li z a ti o n   o f   C o m p a c t  M icr o strip   An te n n a   Us in g   F ra c tal  S ierp e n sk i  Ca rp e t  fo r  Wi re les s  F id e li t y   Ap p li c a ti o n , ”   In d o n e sia n   J o u r n a l  o f  El e c tric a l  En g i n e e rin g   a n d   In f o rm a ti c s ( IJ EE I) ,  v o l.   6 ,   n o .   1 ,   p p .   7 0 - 7 8 ,   2 0 1 8 .      [9 ]   Tah a ,   B.   S . ,   M a rh o o n ,   H.   M . ,   &   Na se r,   A.  A.,   “ S imu lati n g   o f   RF   e n e rg y   h a rv e sti n g   m icro - strip   p a tch   a n ten n a   o v e r   2 . 4 5   G HZ, ”   In ter n a ti o n a l  J o u r n a l   o f   E n g i n e e rin g   &   T e c h n o l o g y ,   v o l. 7 ,   n o .   4 ,   p p .   5 4 8 4 - 5 4 8 8 ,   2 0 1 8 ,   DO I:   1 0 . 1 4 4 1 9 /i jet.   v 7 i4 . 2 7 0 3 1 .   [1 0 ]   Bil a l  S .   Tah a ,   “ D e sig n   o f  q u a d   b a n d   m icro strip   p a tch   a n ten n a   fo r  e lec tro m a g n e ti c   e n e rg y   h a r v e stin g   a p p l ica ti o n s , ”   J o rn a l  o f  S o u th e rn   J ia o to n g   Un iv e rs it y ,  v o l.   5 4 ,   n o .   5 ,   Oc t   2 0 1 9 ,   D OI :   1 0 . 3 5 7 4 1 /i ss n . 0 2 5 8 - 2 7 2 4 . 5 4 . 5 . 3 0 .   [1 1 ]   E.   Th a k u r,   D.  Ku m a r,   N.   Ja g lan ,   S . D.  G u p ta,   S .   S riv a sta v a ,   “ M a th e m a ti c a l  An a ly sis  o f  C o m m o n l y   Us e d   F e e d i n g   Tec h n iq u e s  in   Re c tan g u lar   M ic ro strip   P a tch   A n ten n a , ”   Ad v a n c e s  in   S i g n a l  Pro c e ss in g   a n d   C o mm u n ic a ti o n ,  S p rin g e r ,   p p .   27 - 3 5 ,   2 0 1 9 .     [1 2 ]   K.  G u p ta,  K.  Ja i n ,   a n d   P .   S in g h ,   “ An a ly sis  An d   De sig n   Of   Circ u lar  M icr o strip   P a tch , ”   I n t.   J .   C o mp u t .   S c i.   I n f.   T e c h n o l . ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p p .   3 8 9 5 – 3 8 9 8 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ]   H.  M .   M a rh o o n   a n d   N.  Qa se m ,   “ S imu lati o n   a n d   o p ti m iza ti o n   o f  t u n e a b le   m icro strip   p a tc h   a n t e n n a   f o r  fif th - g e n e ra ti o n   a p p li c a ti o n s  b a se d   o n   g ra p h e n e , ”   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l   o f   El e c trica l   a n d   Co m p u t e r  En g i n e e rin g   (IJ ECE ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   5 ,   p p .   5 2 7 4 - 5 2 8 7 ,   2 0 2 0 .     [1 4 ]   N.  Qa se m   a n d   H.  M .   M a r h o o n ,   “ S imu latio n   a n d   o p ti m iza ti o n   o f  a   tu n e a b le  re c tan g u lar  m i c ro stri p   p a tch   a n te n n a   b a se d   o n   h y b ri d   m e tal - g ra p h e n e   a n d   F S S   su p e rstra te  fo r  fift h - g e n e ra ti o n   a p p l ica ti o n s,”   T EL KOM NIK A   T e lec o mm u n ica ti o n ,   Co m p u t in g ,   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l ,   v o l.   1 8 ,   n o .   4 ,   p p .   1 7 1 9 - 1 7 3 0 ,   2 0 2 0 .   [1 5 ]   D.  S i n g h ,   A.  Th a k u r,   a n d   V.   M .   S riv a sta v a ,   “ M in iat u riza ti o n   a n d   G a in   En h a n c e m e n t  o f   M icro stri p   P a tch   An ten n a   Us in g   De fe c ted   G ro u n d   with   EB G , ”   J .   Co mm u n . ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 3 0 - 7 3 6 ,   2 0 1 8 .     [1 6 ]   Bil a l  Tah a ,   Tah e r  AlS h a ra b a ti   “ P e rfo rm a n c e   Co m p a riso n   b e twe e n   t h e   F R 4   S u b stra te  a n d   th e   R o g e rs  Ka p p a - 4 3 8   S u b stra te f o r  M icr o strip   P a tch   An ten n a s,”   IJ CS M C , v o l.   9 ,   n o .   2 ,   p p .   1 - 12 ,  2 0 2 0 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Bil a l  S .   Tah a   wa s  b o rn   i n   Ap ril - 1 9 8 0   i n   Ira q ,   Ba g h d a d .   In   2 0 1 4   h e   re c e iv e d   h is  BS c .   De g re e   in   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g   fr o m   AlM ’a m o n   Un iv e rsit y   Co l leg e ,   a n d   a   BS c   De g re e   in   P h y sic s   fro m   Al - M u sta n siri y a   Un iv e rsit y   Co ll e g e .   Cu rre n tl y ,   h e   wo rk s  in   th e   m in ist ry   o f  h e a lt h ,   i n   th e   re p u b l ic  o f   Ira q .   He   o b tai n e d   M S c .   d e g re e   in   c o m m u n ica ti o n   e n g i n e e rin g   fr o m   Al - Ah li y y a   Am m a n   Un iv e rsity ,   Am m a n ,   J o rd a n   in   2 0 1 9 .   E - m a il :  b e lalsa l@y a h o o . c o m           Ha m z a h   M .   M a rh o o n   re c e iv e d   h i s  B. S c .   d e g re e   in   El e c tri c a l  E n g i n e e rin g   (Ra n k   2 )   fro m   Co ll e g e   o f  En g i n e e rin g   Al - M u sta n siriy a h   Un i v e rsity ,   Ba g h d a d ,   Ira q   i n   2 0 1 6 .   He   o b tain e d   h is  M . S c .   d e g re e   i n   C o m m u n ica ti o n s  En g in e e rin g   (H o n o u rs)   in   2 0 2 0   fro m   A l - Ah li y y a   Am m a n   U n iv e rsit y ,   Ha sh e m it e   Kin g d o m   o f  Jo r d a n .   He   wo rk s  a s  a n   As sista n t  Le c tu re r  a t  Al - Esra a   Un iv e rsity   Co ll e g e ,   Ba g h d a d ,   Ira q .   His  re s e a rc h   in tere sts  in c lu d e   An te n n a s ,   Tu n e a b le  An ten n a s,  E n e rg y   Ha rv e stin g   An ten n a s,  S S R,   I o T ,   a n d   Em b e d d e d   S y ste m s.   h tt p s:// o rc id . o rg /0 0 0 0 - 0 0 0 1 - 5 6 1 3 - 6 6 8 5 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.