I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 No .   2 A p r il   201 7 ,   p p .   791 ~ 7 9 8   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 2 . p p 7 9 1 - 7 9 8     791       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Dev elo p m e nt  o f  C o m pa ct  P - Ba nd  V ector Re flec to m et er       Yi  L un g   T hen 1 K o k   Yeo w   Yo u 2 M ing   H a o   L ee 3 ,   Chia   Yew   L ee 4   1 El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g in e e rin g   De p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Co m p u ti n g   a n d   S c ien c e ,   S w in b u r n e   Un iv e rsit y   o f   Tec h n o lo g y ,   S a ra wa k   Ca m p u s,  9 3 3 5 0   Ku c h in g ,   M a l a y sia   2 , 3, 4 Co m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g   De p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay si a ,   8 1 3 0 0   UT M   S k u d a i,   M a lay sia         Art ic le  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   9 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Ma r   1 8 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   3 0 ,   2 0 1 7       c o m p a c a n d   lo c o st  p o rtab le  v e c to re f le c to m e ter  is   d e sig n e d   f o a   re li a b le m e a su re m e n o f   re f lec ti o n   c o e ff icie n t,   S 11 .   T h is  re f lec to m e ter   f o c u se s   o n   re t u rn   lo ss   m e a su re m e n o f   f re q u e n c y   ra n g e f ro m   4 5 0   M Hz   t o   5 5 0   M Hz .   T h e   d e tec ti o n   o f   m a g n it u d e   a n d   p h a se   is  b a se d   o n   th e   u ti li z a ti o n   o f   su rf a c e   m o u n A n a lo g   De v ice s   A D8 3 0 2   g a in /p h a se   d e tec to r.   T h e   d a ta  a c q u isit io n   is  c o n tro ll e d   b y   u sin g   A rd u in o - Na n o   3 . 0   m icro c o n tro ll e r,   w it h   th e   u se   o f   t w o   a n a lo g   to   d ig it a c o n v e rter  (A DC a n d   a   d ig it a to   a n a lo g   c o n v e rter  (D A C).   On e   p o rt  ( Op e n ,   sh o rt  a n d   m a t c h e d   lo a d )   c a li b ra ti o n   tec h n iq u e   is  u se d   to   e li m in a te  s y ste m a ti c   e rro rs  p rio to   d a ta  a c q u isit i o n .   T h e   e v a lu a ti o n   o f   th e   re f le c to m e ter  is  d o n e   b y   c o m p a ri n g   th e   re su l o f   t h e   m e a su re m e n to   th a o f   v e c to n e tw o rk   a n a l y z e r.   K ey w o r d :   On p o r t c alib r atio n   P - b an d   R ef lec tio n   co ef f icie n t   Su r f ac m o u n t d ev ice  ( SMD)   Vec to r   r ef lecto m eter   Co p y rig h ©   2 0 1 In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ko k   Yeo w   Yo u   C o m m u n ica tio n   E n g i n ee r in g   Dep ar t m en t,   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Un i v er s iti T ek n o lo g i M ala y s ia ,   8 1 3 0 0   U T Sk u d ai,   Ma la y s i a.   E m ail:  k y y o u @ f k e. u t m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   T h d em an d   f o r   an al y s i s   an d   m ea s u r e m e n eq u ip m en f o r   m icr o w av d ev ice  is   r at h er   p r o m is i n g   d u e   to   th r ap id   d ev elo p m e n o f   co m m u n icatio n   d ev ice s .   E x is ti n g   eq u ip m e n f o r   m ea s u r i n g   p ar a m eter s ,   s p ec if icall y   t h S - p ar a m eter s   in   h ig h   f r eq u en c y   cir c u its   o r   r ad io   f r eq u en c y   ( R F)  d ev ice s ,   s u c h   as  n et w o r k   an al y ze r s   ar to o   co s tly   a n d   b u lk y   to   b p o r tab le  f o r   h an d h eld   m ea s u r e m en p u r p o s es.  As  an   alter n ati v to   th is   m atter ,   m o r co m p ac an d   lo w   co s r ef lecto m eter   is   d ev elo p ed   f o r   r eliab le  m ea s u r e m en o f   r ef lectio n   co ef f icie n t,  S 11   o r   s o - ca lled   r etu r n   lo s s .   R ef lec tio n   co e f f ic ien t   is   t h c o m p le x   r atio   o f   r e f lecte d   v o lta g e,   V r   to   i n cid en v o lta g V i ,   f r o m   w h ic h   th o p er atin g   f r eq u en c y   a n d   r esp o n s o f   d ev ice  u n d er   test   ( DUT )   o v er   r an g o f   f r eq u en c y   i s   d eter m i n ed .   I n   o th er   w o r d s ,   r ef lec to m eter   m ea s u r es  h o w   m u ch   p o w er   is   r ef lec ted   f r o m   th e   DUT   w i th   r ef er e n ce   to   t h e   in cid en t p o w er .   So m o f   t h ea r lier   r esear c h es  w er o n   t h d ev elo p m e n t   o f   s i x - p o r ts   v ec to r   r ef lecto m eter s   f o r   in d u s tr ial  p u r p o s es  co v er in g   f r eq u en c y   f r o m   2 . 2   GHz   to   2 . 7   GHz ,   esp ec iall y   f o r   d ete r m in in g   o p er atin g   f r eq u en c y   o f   m icr o w a v d ev i ce   an d   ass is in   i m p ed an ce   m atch i n g   [ 1 ] .   T h s ix - p o r r ef l ec to m eter   o b tain ed   p h ase  r ea d in g   b y   d ed u cin g   f r o m   th p o w er   m ea s u r e m e n r ea d in g s   at  s e v er al  p o r ts   b ased   o n   th id ea   o f   p h a s e - s h i f i n ter f er o m etr y .   Ho w ev er ,   th er ar s o m o f   cr u ci al  is s u es  w it h   s i x - p o r r ef le cto m eter ,   s u ch   a s   co m p lica ted   ca lib r atio n   a n d   r eq u ir e m e n o f   co m p le x   c o m p u tatio n   to   o b tain   th a ctu al  m ea s u r e m en t .   T h er ef o r e,   s o m m o d i f icatio n s   ar e   i m p le m e n ted   b y   s i m p lify i n g   th e   co m p le x it y   o f   cir cu it  to   f e w er   p o r ts ,   w h ic h   lead   to   f o u r - p o r r ef lect o m e ter   w h ich   u t ilizes   s in g le  d etec to r   [ 2 ]   an d   ab le  to   o p er at in   b o t h   r ef lectio n   an d   tr an s m i s s io n   m o d es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 9 1 798   792   Af ter   th at,   r esear ch   co n tin u e d   f o r   th d esig n   o f   r ef lec to m eter   ap p licab le  f o r   h ig h er   f r eq u en c y ,   a t   m illi m eter   w a v u p   to   1 0 0   G Hz  [ 3 ]   d u to   th f ac th at  n o m an y   ex is ti n g   n et w o r k   an al y ze r s   at  th at  ti m ar e   ca p ab le  o f   m ea s u r e m e n u p   to   s u c h   h i g h   f r eq u en c y .   R ec e n w o r k s   s h o w   a n   i n cr ea s i n t er est  o n   r esear ch e s   o n   d esig n   o f   r e f lecto m eter s   f o r   s p ec if ic  ap p licatio n s .   So m o f   th ap p licatio n s   i n cl u d aq u eo u s   co n ce n tr atio n   m ea s u r e m e n [ 4 ] ,   m o is t u r m o n ito r in g   o f   b u ild i n g   [ 5 ]   an d   s o il  q u alit y   p r o ce s s i n g   [ 6 ] .   A t h s a m ti m e,   co m p u ter   i n ter f ac e s   a n d   L C D   d is p la y s   ar i m p le m e n ted   to g eth er   w it h   t h r ef lec to m eter   s y s te m   to   ea s d ata   an al y s is   a n d   in ter p r etatio n   [7 - 9] .   Su r f ac m o u n ted   d e v ice  ( S MD )   ar s tar ted   to   b i m p le m en ted   i n   t h d esi g n   o f   r ef lecto m e ter   esp ec iall y   f o r   in d u s tr ial,   s cie n ti f ic  an d   m ed ic al  ( I SM)   b an d   ap p licat io n s   [8 - 9] .   An o th er   h ig h li g h is   s el f - ca lib r at in g   r ef lecto m eter   s y s te m   in tr o d u ce d   to   o b tain   m o r co n s i s ten a n d   ac cu r ate   m ea s u r e m e n w i th o u t th n ee d   f o r   m an u al  ca lib r atio n   [ 5 ] .   T h is   p ap er   p r o p o s ed   co m p ac s in g le  p o r r ef lec to m eter   w it h   o n l y   o n o u tp u p o r f o r   DUT   an d   o n e   d etec to r   f o r   m a g n it u d an d   p h ase  m ea s u r e m e n t.  T h r ef lect o m e ter   u ti lizes  s u r f ac m o u n t ed   in teg r ated   cir c u it   A D8 3 0 2   f o r   t h d etec t io n   o f   m a g n it u d an d   p h ase   o f   t h r ef lectio n   co e f f icien t.   Fre q u en c y   r an g f o r   t h i s   r ef lecto m eter   is   f r o m   4 5 0   MH to   5 5 0   MH z.   A   m icr o co n tr o ller   A r d u in o   Na n o   3 . 0   co n tr o ls   th an alo g   to   d ig ital  co n v er ter s   ( ADC)  a n d   d ig ital  to   an alo g   co n v er ter   ( DA C )   f o r   d ata  ac q u is i tio n .   Har d w ar e   i m p le m en ta tio n   f o r   t h is   p r o ject  in v o lv e s   f ab r icatio n   o f   r ef lecto m eter   p r o to t y p b y   a s s e m b lin g   v o lta g e   co n tr o lled   o s cillato r ,   b id ir ec ti o n al  co u p ler   an d   d etec to r .   T w o   A D C   a n d   D A C   ar f a b r icate d   to   en ab le  co n tr o llin g   b y   u s i n g   m icr o co n tr o ller ,   f o llo w ed   b y   f ab r icati o n   o f   m ai n   b o ar d   f o r   t h m ic r o co n tr o ller   an d   its   p er ip h er als.  So f t w ar i m p le m en tatio n   i n cl u d es  p r o g r a m m i n g   o f   m icr o co n tr o ller   t o   o b tain   m ea s u r e m e n t   r esu lt .       2.   SI N G L E   P O RT   R E F L E C T O M E T E R   T h d esig n   o f   th r e f lecto m eter   is   d o n b y   u t ilizi n g   v o ltag co n tr o lled   o s cillato r   ( VC O) ,   a   b id ir ec tio n al  co u p ler   an d   an   A D8 3 0 2   g ain /p h ase  d etec to r .   T h VC is   ca p ab le  o f   g en er atin g   s ig n al s   w i th   f r eq u en c y   r a n g es   f r o m   4 5 0   MH to   5 5 0   MH z,   b y   s u p p l y i n g   t u n i n g   v o ltag e   f r o m   0 . 5 to   5 . 0 V.   T h b id ir ec tio n al  co u p ler   o p er ates  w it h   lo w   m ai n li n lo s s   o f   0 . 0 2   d B   u n d er   n o r m al  co n d itio n s   an d   m a x i m u m   o f   0 . 2 d B   in   w o r s ca s e.   A D8 3 0 2   en ab les  d etec tio n   o f   b o th   m a g n i tu d an d   p h a s at  th s a m e   ti m e,   w it h   s ca li n g   s lo p o f   2 8 . 7 m V/d B   an d   1 0 . 1 m V/De g r ee   r esp e ctiv e l y   [ 1 0 ] .   T h ex p r ess io n   o f   t h m a g n i tu d o u tp u v o ltag e   an d   p h a s o u tp u t   v o lta g i n   id ea l c a s es a r s h o w n   i n   E q u atio n   ( 1 )   an d   E q u atio n   ( 2 )   r esp ec tiv el y .     I N B I N A S L P m a g V V V V / l o g               ( 1 )     I N B I N A PHS V V V V               ( 2 )     w h er V SL P   is   t h s lo p o f   v o ltag to   m a g n i tu d e,   V Φ   i s   th s lo p o f   v o ltag to   p h ase,   V I NB   i s   t h in cid e n t   v o ltag a n d   V I N A   is   t h r ef lect ed   v o ltag [ 1 0 ] .   T h tu n i n g   v o lta g o f   t h V C is   co n tr o lled   b y   t h m icr o co n tr o ller   A r d u i n o   Na n o   3 . 0   w ith   t h aid   o f   DA C .   T h m ag n it u d an d   p h ase  v o ltag es  d etec ted   b y   A D8 3 0 2   ar in p u to   th m icr o co n tr o ller   th r o u g h   A D C s   f o r   an al y s i s .   I n   th i s   p r o j ec t,  2 4 - b it  r eso lu tio n   L T 2 4 4 0   is   u s ed   as  ADC  a n d   1 0 2 4 - p o s itio n   A D5 2 9 2   is   u s ed   as   D AC   to   o b tain   p r ec is m ea s u r e m en t.  T h d ata  tr an s f er   b et w ee n   t h m icr o co n tr o l ler   w ith   D AC   a n d   A D C s   is   ac h iev ed   b y   u s in g   m aster   in   s lav o u t ( MI SO)   an d   m aster   o u t sla v i n   ( MO SI)   p o r ts   w ith in   t h s er ia p er ip h er al  in ter f ac ( SP I )   o f   A r d u i n o .   T h p r o to t y p o f   th e   f ab r icate d   r ef lecto m eter   is   ill u s tr ated   i n   th e   b lo ck   d iag r a m   i n   Fi g u r 1 .   Du r in g   m ea s u r e m e n o f   r ef le ctio n   co ef f icie n t   u s i n g   th e   p r o to ty p e,   m icr o co n tr o ller   w il ap p l y   a   tu n in g   v o lta g to   th VC th r o u g h   D AC   s o   as  to   g en er a te  s ig n al  w it h   ce r tain   f r eq u en c y .   T h in cid en t   v o ltag e   o f   th e   g e n er ated   s i g n al,   V i   w il h av e   p o r tio n   o f   it  co u p led   to   t h d etec to r   t h r o u g h   b id ir ec tio n al   co u p ler ,   w h ile  t h r est  o f   it  w i ll  b g u id ed   to   t h DUT .   So m o f   th s i g n al  w ill  b tr an s m it ted   an d   p r o p ag ated   at  th DUT   w h er ea s   s o m w il b r ef lecte d   b ac k   to   th p o r t,  ac co r d in g   to   th p er f o r m a n c o f   th DUT .   T h e   r ef lecte d   s i g n al,   V r   w il b co u p led   to   th d etec to r   th r o u g h   b id ir ec tio n al  co u p ler .   A AD8 3 0 2   g ain /p h ase   d etec to r ,   th o u tp u t   v o lta g es   p r o p o r tio n al  to   th r atio   o f   t h r ef lecte d   v o ltag to   in cid e n t   v o lta g i n   d ec ib els,  V MAG   a s   w ell   as   t h p h ase  d i f f er en ce ,   V PH S   w i ll  b e   g e n er a ted   b ased   o n   th e   in c id en t   an d   r ef lecte d   v o lta g es   in p u t.  T h o u tp u v o lta g es  V M A G   a n d   V PH S   ar th e n   i n p u to   t h m icr o co n tr o ller   th r o u g h   t wo   in d iv id u a A DC s   v ia  SP I   in ter f ac o f   t h A r d u i n o   m icr o co n tr o ller .   T h p r o ce s s   o f   d ata  ac q u is itio n   is   co n tr o lled   b y   co m p u ter   USB   in ter f ac u s i n g   m icr o co n tr o ller .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     Dev elo p men t o f Co mp a ct  P - B a n d   V ec to r   R eflec to mete r   ( Yi  Lu n g   Th en )   793       Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h f ab r icate d   r ef lecto m eter   p r o to ty p e       I n   th is   p r o j ec t,  V I N A   is   u s ed   a s   in cid e n v o ltag a n d   V I NB   is   u s ed   as   r ef lecte d   v o lta g e.   T h er ef o r e,   th e   m ag n it u d o f   r ef lectio n   co ef f i cien t c an   b d er iv ed   f r o m   E q u atio n   ( 1 )   as sh o w n   i n   E q u atio n   ( 3 ) .     |   |                                                                        ( 3 )     Ho w e v er ,   d u to   th li m itatio n   o f   t h d etec to r ,   th p h ase  v a lu es  d etec ted   ar in   th f o r m   o f   ab s o lu te   p h ase,   w it h o u t p o s iti v o r   n eg ativ s i g n .   T h ab s o lu te  p h ase  w a s   ca lcu la ted   u s i n g   E q u atio n   ( 4 ) .     |     |                                                                       ( 4 )     T h er ef o r e,   in   o r d er   t o   d eter m i n th s i g n   o f   t h m ea s u r ed   p h ase,   an   alg o r ith m   i s   r eq u ir ed   to   b e   i m p le m en ted   i n   M A T L A B .   I n   th at  al g o r ith m ,   t h p h ase  o f   n ex f r eq u e n c y   w a s   co m p ar ed   w it h   th p h a s o f   cu r r en f r eq u en c y   as s h o w n   in   th p r o g r a m   co d b elo w .     for   n=1:1:sample - 1   if   (phaseact(n+1) - phaseact(n))>=0              M_prePhase3(n,1)= - phaseact(n);     else   (phaseact(n+1) - phaseact(n))<0              M_prePhase3(n,1)=phaseact(n);   end   end     I f   t h p h a s o f   th n e x f r eq u en c y   is   g r ea ter   t h an   th e   cu r r e n f r eq u e n c y ,   t h s i g n   o f   n eg a tiv p h ase   w il b as s i g n ed .   O n   t h o t h er   h a n d ,   if   th e   p h ase   o f   th e   n e x t   f r eq u e n c y   is   s m aller   t h a n   t h e   cu r r en t   f r eq u e n c y ,   th s i g n   o f   p o s iti v p h ase  w il l b ass ig n ed .   Fig u r 2   s h o w s   t h f ab r icate d   s in g le  p o r t r ef lect o m e ter .             Fig u r 2 .   T h f ab r i ca ted   s in g l p o r t r ef lecto m eter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 9 1 798   794   Fig u r 3   s h o w s   t h r ef lec to m e ter   s y s te m   w h ic h   in c lu d m icr o co n tr o ller ,   A DC   a n d   D A C .           Fig u r 3 .   T h r ef lecto m e ter   s y s te m   w h ic h   i n clu d m icr o co n t r o ller ,   A DC   a n d   DAC       3.   O NE   P O RT   ( O P E N,   SH O R T   AND  L O A D)   CAL I B RAT I O N   T h r ef lectio n   co e f f ic ien t   m e asu r ed   at  t h DUT   p o r w it h o u ca lib r atio n   m a y   n o b ac cu r ate  as  i t   tak es  all  th r ef lectio n s   in   th s y s te m   an d   th co m p o n e n t s   in to   ac co u n [ 1 2 ] .   T h er ef o r e,   in   o r d er   to   o b tain   ac cu r ate  r ef lectio n   co ef f icie n t   co n s id er i n g   th e   DU T   s o lel y ,   ca lib r atio n   i s   e s s e n tial  to   eli m i n ate  o r   m i n i m ize   s y s te m a tic  er r o r s   d u to   th e   co m p o n e n t s   o f   t h r ef lecto m eter .   On p o r ca lib r atio n   is   d o n b y   ta k i n g   th e   r ef lectio n   co ef f icie n m ea s u r e m en o f   t h r ee   k n o w n   s tan d ar d s ,   n a m el y   o p en ,   s h o r a n d   m atch ed   lo ad   ( OS L ) ,   an d   th e n   o b tain s   t h r ee   co r r ec tio n   f ac to r s   f o r   th ca lcu la tio n   o f   th ac t u al  r e f lectio n   co e f f ic ie n t.    OSL   ca lib r atio n   s ta n d ar d   is   th m o s co m m o n   s ta n d ar d   f o r   o n p o r m ea s u r e m e n t.  I n   o r d er   to   ac h iev e   p r ec is m ea s u r e m e n th r o u g h   ca lib r atio n ,   th th r ee   o p en ,   s h o r a n d   m a tch e d   ( 5 0 )   lo ad ,   ar co n n ec ted   to   th DUT   p o r p r o g r ess iv el y   a n d   th r esp ec tiv m ea s u r e m e n t s   o f   r e f lect io n   co ef f icie n ar r ec o r d e d .   A f ter   t h at,   t h k n o w n   ac t u al  v a lu e s   o f   r ef lectio n   co ef f icie n f o r   th t h r ee   s ta n d ar d s   ar u s ed   i n   th e   ca lcu latio n   o f   t h t h r ee   co r r ec tio n   f ac to r s   a s   s h o w n   i n   E q u atio n   ( 6 ) .   T h ac tu a r e f lectio n   co e f f ic ien t,   Γ A   is   ex p r ess ed   in   ter m s   o f   m ea s u r e d   r ef lectio n   co ef f icie n t,  Γ M   as  s h o w n   in   E q u a tio n   ( 5 )   b elo w .     A C B M M A                   ( 5 )     w h er Γ A   is   t h e   ac tu al   r ef lec ti o n   co ef f icie n t,  Γ M   i s   t h m ea s u r ed   r ef lectio n   co e f f ic ien t,   w h ile  A ,   B   a n d   C   ar e   th th r ee   co r r ec tio n   f ac to r s .   E q u atio n   ( 5 )   ca n   b ex p an d ed   in to   th f o r m   o f :     M M A A C B A                 ( 6 )     T h th r ee   co r r ec tio n   f ac to r s   ar d eter m i n ed   b y   s o lv in g   t h m atr i x   o f   OS L   s tan d ar d s   a s   s h o w n   i n   E q u atio n   ( 1 1 ) .       MO MO AO AO C B A               ( 7 )     MS MS AS AS C B A               ( 8 )     ML ML AL AL C B A               ( 9 )     ML MS MO ML AL AL MS AS AS MO AO AO C B A 1 1 1               ( 1 0 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     Dev elo p men t o f Co mp a ct  P - B a n d   V ec to r   R eflec to mete r   ( Yi  Lu n g   Th en )   795   ML MS MO ML AL AL MS AS AS MO AO AO C B A 1 1 1 1             ( 1 1 )     Af ter   t h v al u es   o f   t h th r ee   co r r ec tio n   f ac to r s   ar f o u n d ,   t h e y   ar s u b s tit u ted   i n to   E q u a t io n   ( 5 )   in   o r d er   t o   ca lcu late  f o r   th ac t u a l v alu o f   th r e f lectio n   co e f f i cien f o r   g iv e n   m ea s u r ed   v al u e.   A cc o r d in g   to   l iter atu r es   [ 7 ,   1 2 ] ,   th ac tu al   v al u o f   r e f l ec tio n   co ef f icie n t s   f o r   o p en ,   s h o r a n d   m atc h ed   lo ad s   w er as s u m ed   to   b id ea in   th ca lc u latio n   as  s h o w n   i n   T ab le  1 .   Ho w e v e r ,   in   r ea ca s e,   th e   lo ad s   o f   th t h r ee   s ta n d ar d s   w er n o id ea as  clai m ed ,   w h er Γ AO =1 +j 0 ,   Γ AS = - 1 +j 0 ,   Γ AL =0 +j 0 .   I n   o r d er   to   o b tain   p r ec is v alu o f   ac t u al  r ef le ctio n   co ef f icie n o f   D UT ,   th ac tu al  v alu e s   o f   th t h r ee   OS L   s ta n d ar d s   n ee d   to   b o b tain ed   b y   m ea s u r in g   u s in g   VN A .   C u r v f itti n g   w a s   d o n to   th n e w   ac t u al  v a lu es,  a n d   th e n   t h e y   w er u s ed   as th ac t u al  r e f lect io n   co ef f icien t o f   OS L   to   ca lc u late  t h ac tu al  r e f lectio n   co ef f icie n t o f   DUT .       T ab le  1 .   A ctu al  v alu o f   r ef lec tio n   co ef f icie n ts   f o r   k n o w n   O SL   s tan d ar d s   Ty p e   o f   L o a d   M a g n i t u d e ,   | Γ |   P h a se ,   Φ   O p e n   1   0 o   S h o r t   1   ± 1 8 0 o   M a t c h e d   5 0   0   A r b i t r a r y       4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   4 . 1 .   M ea s ure m e nt  o f   Ref lect io n Co ef f icient   M a g nitude   C alib r atio n   w as  d o n p r io r   t o   d ata  ac q u is itio n .   A   s et  o f   m ea s u r e m e n t s   h a v b ee n   tak en   f o r   th e   r ef lectio n   co e f f icien m a g n it u d an d   p h ase  o f   DUT   u s i n g   th r e f lecto m eter   p r o to ty p e .   T h r esp o n s es  o f   m ea s u r e m e n t   o b tain ed   u s i n g   r ef lecto m eter   w er co m p ar ed   to   th m ea s u r e m en u s i n g   v ec to r   n et w o r k   an al y ze r .   T h m ag n it u d an d   p h ase  o f   r e f lectio n   co ef f icie n m ea s u r ed   u s in g   t h t w o   d e v ic es  w er p lo tted   an d   s h o w n   in   F ig u r 4   an d   Fig u r 6   r esp ec tiv el y .     B ased   o n   th M A T L A B   p lo as  illu s tr ated   in   Fig u r 4 ,   it  w as   f o u n d   th at  t h m ag n it u d m ea s u r e m en t   af ter   ca lib r atio n   w as  o n l y   ac c ep tab le  f o r   ce r tain   r an g o f   f r eq u en c y ,   s p ec if icall y   f r o m   4 9 0   MH to   5 5 0   MH z.   T h is   w as  d u to   th r ea s o n   th at  th m ea s u r e m e n d r o p p ed   to   lo w er   th a n   - 1 0   d B   f o r   f r eq u en c y   b elo w   4 9 0   MH z.   T h er w er to o   m an y   v ar iab les  w h ic h   m a y   lead   to   th p ar tial  f au lt y   m ea s u r e m e n t.  Sev er al  p o s s ib le   f ac to r s   i n   ca u s in g   th e   is s u ar in co r r ec t d esi g n   o f   tr a n s m is s io n   li n e,   i m p er f ec t O SL  lo ad s ,   s u r r o u n d i n g   n o i s e,   th er m a n o is a n d   w ea k   d etec ted   s ig n als.  Ho w e v er ,   th m ai n   f ac to r   w as  b elie v ed   to   b in co r r ec tly   d esi g n ed   tr an s m is s io n   li n at  t h t w o   b i - d ir ec tio n al  co u p ler s   a s   s h o w n   in   Fi g u r 5 .             Fig u r 4 .   C o m p ar is o n   o f   m ea s u r ed   r ef lectio n   co ef f icie n m a g n i tu d u s i n g   r e f lecto m eter   p r o to ty p an d   v ec to r   n et w o r k   a n al y ze r     Fig u r 5 .   P o s s ib le  s o u r ce   o f   er r o r s   d u to   in co r r ec d es ig n   o f   tr an s m is s io n   li n len g th   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 9 1 798   796   T h cir cled   p o r tio n   o f   th r ef l ec to m eter   in   y ello w   b o x   as  s h o w n   in   Fi g u r 5   w as  b elie v ed   to   b th e   m ai n   r ea s o n   o f   er r o r s   in   th d ata  o b tain ed   f o r   OSL   lo ad s   an d   DUT .   A s   m atter   o f   f ac t,  t h p h ase  d if f er en ce   b et w ee n   in p u A   w it h   i n p u B   to   th d etec to r   h as  to   b 1 8 0 o   in   o r d er   f o r   o p ti m u m   m ea s u r e m en t.   Un f o r tu n atel y ,   b ased   o n   th d atash ee o f   t h b i - d ir ec tio n al  co u p ler s ,   th er w as  n o   in f o r m atio n   r eg ar d in g   t h p h ase  d if f er en ce   o f   th i n p u t/ o u tp u p o r ts   an d   f o r w ar d /r ev e r s co u p led   p o r ts .   T h er ef o r e,   th tr a n s m i s s io n   li n e   co n n ec ti n g   o u tp u o f   b i - d ir ec ti o n al  co u p ler   1   to   in p u o f   b i - d ir ec tio n al  co u p ler   2   co u ld   in d u ce   ce r tain   p h a s e   s h i f w h ic h   w a s   h ar d l y   d eter m i n ed   [ 1 3 ] .   I n   o r d er   to   en s u r th co n d itio n   o f   1 8 0 o   as  s ta ted   p r ev io u s l y   to   b m et,   t h elec tr ical  le n g th   o f   t h p ar o f   tr an s m is s io n   l in e   b et w ee n   t h t w o   b i - d ir ec tio n al  co u p ler s   h a v to   b e   d esig n ed   s o   th at  t h p h ase  d i f f er en ce   o f   in p u A   w it h   in p u B   to   th d etec to r   is   1 8 0 o [ 1 4 ] .   Ho w e v er ,   th i s   is   j u s t   s p ec u latio n   a s   th r e m ai n in g   ti m d id   n o allo w   m o r alt er n ativ e s   to   b i m p le m en ted   t o   co r r ec th f la w s .   Mo r f u t u r w o r k s   w er r eq u i r ed   to   j u s tify   t h h y p o th e s is   a n d   i m p r o v e m en ts   w er r eq u ir ed   to   o b tain   b etter   m ea s u r e m e n t.   I n   th r an g o f   ap p licab le  m ea s u r e m en t,  f r o m   4 9 0   MH to   5 5 0   MH z,   it  w as  f o u n d   th at  t h e   m ea s u r ed   r esp o n s co r r elate s   w it h   t h VN A   m ea s u r e m e n t,  w it h   s o m er r o r   an d   f lu ct u atio n s .   T h m ax i m u m   d ev iatio n   fr o m   t h VN A   m ea s u r e m en w a s   r ec o r d ed   as  5 . 9 5 d B   f o r   th ap p licab le  f r eq u en c y   r a n g e.   I w as  s u s p ec ted   th at  t h ese  er r o r s   w er d u to   th er r o n eo u s   m ea s u r ed   r ea d in g s   o f   r ef lectio n   co e f f ic ien f o r   th OSL   lo ad s ,   w h ic h   in   t u r n ,   ca u s ed   b y   t h i n co r r ec tl y   d esi g n ed   tr an s m is s i o n   lin as d is c u s s ed   p r ev io u s l y .     4 . 2 .   M ea s ure m e nt  o f   Ref lect io n Co ef f icient   P ha s e   B y   r e f er r in g   to   th p h a s r esp o n s p lo in   F ig u r 6 ,   it  w a s   f o u n d   th a th m ea s u r ed   p h ase  d if f er e n ce   o f   th DUT   co r r elate s   w ell  w i th   th VN A   m ea s u r e m en t h r o u g h o u t   t h f r eq u e n c y   r an g o f   4 5 0   MH t o   5 5 0   MH z,   w ith   m i n o r   f l u ct u atio n s   an d   er r o r s   in   th e   ac ce p tab le  r an g e.   T h m ax i m u m   er r o r   o f   m ea s u r ed   p h ase  w as   f o u n d   to   b 3 5 o ,   w it h   a   s i g n i f i ca n t i m p r o v e m en t c o m p ar ed   t o   m ea s u r e m en t   b ef o r ca lib r at io n .   I w a s   b elie v ed   th at   t h tr an s m i s s io n   li n d esi g n   i s s u s tated   p r ev io u s l y   h ad   ce r tain   i m p ac t o n   t h p h a s m ea s u r e m en t r es u lt.   A p ar f r o m   t h at,   t h m a g n itu d an d   p h ase  m ea s u r e m e n o f   r ef lectio n   co ef f icie n b ef o r an d   af ter   ca lib r atio n   w er d eter m i n ed   an d   s u m m ar ized   in   T ab le   b el o w .     I w a s   n o ticed   th at  t h er w a s   s lig h r is in   th m a x i m u m   er r o r   f r o m   3 . 1 8   d B   to   5 . 9 5   d B   f o r   m a g n i tu d a f ter   ca lib r atio n ,   b u w it h   s ig n i f ica n i m p r o v e m en t i n   t h m a x i m u m   p h ase  er r o r ,   w h ic h   d r o p p ed   f r o m   1 7 1 . 5 7 o   to   3 5 o   T h m ea s u r e m e n t o f   m a g n i tu d w a s   ac ce p tab le  f o r   f r eq u e n c y   o f   4 9 0   MH o n w ar d s   to   5 5 0   MH z,   b u t   n o f o r   b elo w   4 9 0   MH z.   Ho w e v er ,   th p h a s r esp o n s was  co n s id er ed   as  r elativ el y   p r ec is as  it  co r r elate s   w ell  w ith   t h VN A   m ea s u r e m en t.           Fig u r 6 .   C o m p ar is o n   o f   m ea s u r ed   r ef lectio n   co ef f icie n t p h a s u s in g   r ef lecto m eter   p r o to t y p an d   v ec to r   n et w o r k   a n al y ze r       T ab le  2.   C o m p ar is o n   o f   m a x i m u m   m a g n i tu d an d   p h a s er r o r   b ef o r an d   af ter   ca lib r atio n   Er r o r   B e f o r e   C a l i b r a t i o n   A f t e r   C a l i b r a t i o n   M a x i m u m   mag n i t u d e   e r r o r   3 . 1 8   d B   5 . 9 5   d B   M a x i m u m   p h a se   e r r o r   1 7 1 . 5 7 o   3 5 . 0 0 o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     Dev elo p men t o f Co mp a ct  P - B a n d   V ec to r   R eflec to mete r   ( Yi  Lu n g   Th en )   797   5.   CO NCLU SI O N   T o   c o n clu d e,   co m p lete  r ef le cto m eter   p r o to ty p s y s te m   i s   d ev elo p ed   an d   i m p le m e n ted   i n   ter m s   o f   h ar d w ar an d   s o f t w ar e.   B ased   o n   th co m p ar is o n   o f   t h e   m ea s u r e m e n o b tain ed   u s i n g   th r e f lecto m eter   p r o to ty p w it h   th m ea s u r e m e n u s i n g   Ag i len E 5 0 7 1 C   VN A ,   t h r es u lts   s h o w   g o o d   co r r elatio n s   b et w ee n   t h e   t w o   s ets  o f   m ea s u r e m e n ts   in   g en er al,   e s p ec iall y   in   t h p h a s m ea s u r e m e n t.  Ho w ev er ,   t h er ar co n ce r n s   o n   th m ea s u r e m en t   er r o r   f o r   m ag n it u d b elo w   f r eq u en c y   o f   4 9 0 MH z,   w h e r t h r ea d in g s   f all  b elo w   t h e   ex p ec ted   p r ec is io n   le v el.   P r i m ar y   in s p ec tio n   h as   b ee n   d o n an d   h y p o th etica l l y ,   it  is   i n f er r ed   th at  t h i s s u i s   d u to   s o m f la w   in   th e   d esi g n   o f   tr a n s m is s io n   li n co n n ec ti n g   th e   t w o   b i - d ir ec tio n al  co u p ler s .   Un f o r tu n atel y ,   th li m itat io n   o f   ti m d o es  n o allo w   m o r co r r ec tio n s   o r   i m p r o v e m e n to   b i m p le m en t ed   in   o r d er   to   o b tain   m o r p r ec is e   m ea s u r e m e n t.  T h er ef o r e,   f u t u r w o r k s   ar r eq u ir ed   to   j u s tify   t h f la w   s o   as  to   e n h a n ce   t h e   p r ec is io n   o f   m ea s u r e m e n t.  I n   g en er al,   t h o b j ec tiv es o f   th i s   p r o j ec t a r ac h iev ed .       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   s tu d y   w a s   s u p p o r ted   b y   a   R e s ea r ch   U n i v er s it y   Gr an ( GUP )   f r o m   U n i v er s iti   T ek n o lo g i   Ma la y s ia   u n d er   p r o j ec n u m b er   Q. J 1 3 0 0 0 0 . 2 5 2 3 . 0 4 H7 7   an d   th Min i s tr y   o f   Hi g h er   E d u ca tio n   o f   Ma la y s i a   ( MO HE ) .       RE F E R E NC E S   [1 ]   V .   Bi li k e a l. ,   " Vec to Reflec to me ter   S y ste fo In d u stria A p p l ica ti o n s " ,   24 th   Eu r o p e a n   M icro w a v e   Co n f e re n c e p p .   1 0 1 0 - 1 0 1 5 ,   S e p 1 9 9 4 .   [2 ]   S . A .   Ch a h in e e a l. ,   " L o w   C o st  Ef fi c ie n Reflec to me ter " ,   in   Ra d io   S c ie n c e   Co n f e re n c e ,   2 0 0 4 .   NRSC   2 0 0 4 .   P r o c e e d in g s o f   th e   T w e n t y - F irst  Na ti o n a l,   2 0 0 4 ,   p p .   A 1 - 1 - 5 .   [3 ]   G .   Ka m it a n i ,   e a l. ,   " L o Co st  M il li me ter - W a v e   Ve c to Reflec to me ter " ,   in   M ic ro wa v e   Co n fer e n c e   Pro c e e d in g s ,   2 0 0 5 .   AP M 2 0 0 5 A sia - P a c if ic Co n f e re n c e   P ro c e e d i n g s,   2 0 0 5 ,   p p .   1 - 4 .   [4 ]   M .   Ho f m a n n ,   e a l. ,   " M icr o wa v e   S e n sin g   S y ste fo A q u e o u Co n c e n tra t io n   M e a su re me n Ba se d   On   A   M icr o wa v e   Reflec to me ter " ,   in   M icro w a v e   S y m p o siu m   Dig e st  ( M T T ),   2 0 1 2 .   I EE M T T - S   In tern a ti o n a l,   2 0 1 2 ,     p p .   1 - 3 .   [5 ]   T .   S o k o ll ,   e t   a l. ,   " S e lf - Ca l ib ra ti n g   L o w - C o st  S e n so S y ste f o M o istu re   M o n it o rin g   o B u il d in g s " ,   i n   M icro w a v e   S y m p o siu m   Di g e st ,   2 0 0 6 .   IEE M T T - S   In tern a ti o n a l,   2 0 0 6 ,   p p .   1 5 8 4 - 1 5 8 7 .   [6 ]   Y. L .   T h e n e a l. ,   " S o il   M o ist u re   Die lec tric  M e a su re me n Us in g   M icr o wa v e   S e n so S y ste m " ,   In tern a ti o n a S y m p o siu m   o n   A n ten n a s an d   P r o p a g a t io n   ( IS AP ),   2 0 1 4 ,   p p .   9 7 - 98 .   [7 ]   J.T .   Na g y ,   Rem o tely   Op e ra te d   Reflec to me ter ,   Ba c h e lo rs  De g re e   o f   S c ien c e   in   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   Un d e rg ra d u a te Co ll e g e s,  T h e   Oh i o   S tate   Un iv e rsit y ,   Oh io ,   2 0 1 3 .   [8 ]   M .   Kro k ,   e a l. ,   " L o w - C o st  P Co n tro ll e d   S y ste fo M e a su re me n o Vec to Reflec ti o n   Co e ff icie n in   I S M   Ba n d " ,   In ter n a ti o n a S y m p o siu m   o n   M icro w a v e s,  Ra d a &   W irele s s Co m m u n ica ti o n s (M IKO N),  2 0 0 6 ,   p p .   3 3 - 36 .   [9 ]   A .   W a s ,   e a l. ,   " L o w - Co st  Ha n d h e ld   M u lt ip ro b e   Reflec to me ter   fo th e   IS M   Ba n d " ,   17 th   In tern a ti o n a S y m p o siu m   o n   M icro w a v e s,  Ra d a &   W irele s s Co m m u n ica ti o n s (M IKO N) ,   2 0 0 8 ,   p p .   1 - 4 .   [1 0 ]   A n a lo g   De v ice s,  A D8 3 0 2   RF /I F   G a in   a n d   P h a se   De tec to r” ,   M a ss a c h u se tt s: A n a lo g   De v ice s In c ,   2 0 0 2 .   [1 1 ]   K.Y.  Yo u ,   e a l. ,   " P re c ise   M o istu re   M o n it o r in g   f o V a rio u S o il   T y p e s   Us in g   Ha n d h e ld   M icro w a v e - S e n so M e ter " ,   IEE S e n so rs   J o u r n a l ,   v o l.   1 3 ,   p p .   2 5 6 3 - 2 5 7 0 ,   M a rc h   2 0 1 3 .   [1 2 ]   K . Y Yo u ,   e a l. ,   " S i m p le  Ca li b ra ti o n   a n d   Die lec tri c   M e a su re m e n T e c h n iq u e   f o T h in   M a teria Us in g   Co a x ial   P r o b e " ,   IEE E   S e n s o rs   J o u r n a l v o l.   1 5 ,   p p .   5 3 9 3 - 5 3 9 7 ,   Oc 2 0 1 5 .   [1 3 ]   Y.L .   T h e n ,   e a l. ,   " Co mp a c M ic ro strip   S - B a n d   9 0 °  Hy b rid   Co u p ler " ,   IEE S y m p o siu m   o n   W irel e ss   T e c h n o lo g y   a n d   A p p li c a ti o n s (IS W TA ) ,   2 0 1 3 ,   p p .   2 0 2 - 2 0 6 .   [1 4 ]   C. Y.  L e e ,   e a l. ,   En h a n c e d   F iv e - P o r Rin g   Circu it   Re f le c to m e ter   f o S y n th e ti c   Bre a st  Ti ss u e   Die lec tri c   De ter m in a ti o n ,   Pro g re ss   In   El e c tro ma g n e ti c s R e se a rc h   C ,   v o l .   6 9 ,   p p .   8 3 - 9 5 ,   2 0 1 6 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       Yi  Lu n g   T h e n   w a b o rn   in   Ku c h in g ,   M a lay sia   in   1 9 8 8 .   He   re c e iv e d   b o th   h is  b a c h e lo d e g re e   a n d   P h . D.  i n   e lec tri c a e n g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a la y si a   (U T M ),   S k u d a i,   M a la y sia .   He   is  c u rre n tl y   a   le c tu re in   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Co m p u ti n g   a n d   S c ien c e ,   S w in b u rn e   Un iv e rsity   o f   T e c h n o l o g y   (S UT S ),   b a se d   in   S a ra w a k ,   M a la y sia .   His  r e se a r c h   in tere sts  in c lu d e   RF   a n d   m icro w a v e   e n g in e e rin g ,   p a ss iv e   m icr o w a v e   c o m p o n e n ts  d e sig n   a n d   f a b rica ti o n ,   a n ten n a   d e sig n   a n d   f a b rica ti o n ,   a n d   m icro w a v e   se n so rs   a n d   re f lec to m e ter  f o m o d e rn   a g ricu lt u re .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 9 1 798   798     K o k   Ye o w   Yo u   wa b o rn   in   1 9 7 7 .   He re c e iv e d   th e   B. S c .   d e g re e   in   p h y sic s   (Ho n s.)  f ro m   Un iv e rsiti   Ke b a n g sa a n   M a la y sia ,   Ba n g i,   S e lan g o r,   M a lay sia ,   in   2 0 0 1 ,   th e   M . S c .   d e g re e   in   m icro w a v e   f ro m   th e   F a c u lt y   o f   S c ien c e   in   2 0 0 3 ,   a n d   t h e   P h . D. d e g re e   in   w a v e   p ro p a g a ti o n   f ro m   th e   In sti tu te  f or   M a th e m a ti c a R e se a rc h ,   Un iv e rsiti   P u tra  M a lay s ia   (UPM ),   S e rd a n g ,   S e lan g o r,   M a la y sia ,   in   2 0 0 6 .   He   is  c u rre n tl y   a   S e n io L e c tu re w it h   th e   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   De p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n o l o g M a lay sia   (U T M ),   S k u d a i M a la y sia .   His  c u rre n re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   th e o ry ,   si m u lat io n ,   a n d   in str u m e n tatio n   o f   e lec tro m a g n e ti c   w a v e   p ro p a g a ti o n   a m icro wa v e   f re q u e n c ies   f o c u sin g   o n   t h e   d e v e lo p m e n o m icro w a v e   se n so rs  f o a g ricu lt u ra l   a p p li c a ti o n s.         M in g   H a o   Le e   w a b o rn   in   I p o h ,   M a la y sia   in   1 9 9 0 .   He   re c e iv e d   th e   B.   En g .   d e g re e   in   e lec tri c a -   tele c o m m u n ica ti o n e n g in e e rin g   (Ho n s.)  f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a la y sia   (U T M S k u d a i,   M a la y sia ,   in   2 0 1 4 .   He   is  c u rre n tl y   a   w irele ss   p ro d u c e n g in e e in   Ne tw o rk   De sig n   a n d   Bid d in g   De p a rtme n t,   Hu a w e Tec h n o lo g i e (M a la y sia S d n   Bh d .   He   c u r re n tl y   w o rk o n   th e   w irele ss   n e tw o rk   d e sig n   f o G S M ,   UMT S ,   L T p ro jec ts  f o n e tw o rk   o p e ra to rs  a n d   se rv ice   p ro v id e rs  i n   M a la y sia .         Ch ia   Ye w   Le e   wa b o rn   in   1 9 8 8 .   He   re c e iv e d   th e   b a c h e lo r’s  d e g re e   in   e le c tri c a e n g in e e rin g   (c o m p u ter)  f ro m   Un iv e rsiti   T e k n o l o g M a lay sia ,   S k u d a i,   M a lay sia   in   2 0 1 2 .   He   in v o lv e d   in   re se a rc h   o n   b i o m e d ica se n so d e sig n s f o h is  P h . D.  d e g re e   in   b io m e d ica e n g in e e rin g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.