Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  5, N o . 5 ,  O c tob e 201 5, p p . 1 119 ~112 I S SN : 208 8-8 7 0 8           1 119     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Dual Orthogonal  Feed Ci rcul a r Polarization Array Antenna  Using M i crost r ip  Slot F eed Net w ork       Quaz i  Del w ar  Ho ssai n *,  M d . Az ad  H o ss ai n* *,  Mu ham m ad  As ad  R a hman *   *Department of Electrical  and  Electron i Engin e ering, Ch ittagong  Un iversity  of  En gineer ing & Technolog y   **Department of  Electron i cs  and Telecommunication  Eng i neer ing, Chittagong University  of  Eng i n eering  & Techno log y       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  May 2, 2015  Rev i sed   Au g 2, 201 Accepted Aug 17, 2015      This pap e r presents a new  cir c ularly   polarized  microstrip array  an tenna  using   dual-orthogon al feed  techniqu e. The  f eed n e twor k for 1×2 array   is designed  using microstrip lines and slot line s b y  apply i ng  double-sided MIC concep effectively .  Th e 90° phase differ e nce  between tw o orthogonally  f eed signals   is  creat ed b y   ch oos ing appropria te feed  poin t  in the feed network  to advance  one of th e f eed  signals b y  quar t er wave leng th  ( λ /4) from other .  Ex cellent  radiation perfor m ance is obtain e d from this prop osed antenn a with low cross  polar component. The impedance  (< -10dB ) ban d width of th e ar ray  is 9 . 1%   and th e 3-dB  axial r a tio  bandwidth is 1.85%  (from 9.905 GHz  to 1 0 .09 GHz) .   The average g a in is higher than  9dBiC over the 3-dB AR bandwidth. The  relation between  antenn a dimens ions and  ch arac t e ris t i c s  is  als o  i nves tigat ed   with a  par a m e tri c  an al ysis of  th antenn a.   Keyword:  Ar ray  ant e nna   Circu l ar po lari zatio Doub le-sid ed  MIC   D u al - o r t ho gonal f eed   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Quazi Delwa r  Hos s ain,    Depa rtm e nt of  Electrical an d Electronic   Engineering,  Ch ittag o n g  Univ ersity of En gin eering   & Tech no log y Ch ittag o n g -434 9, Ban g l ad esh  Em a il: q d h o ssain @yahoo .co m       1.   INTRODUCTION  Circu l ar  p o l arizatio n  (C P) an t e n n a s are  su itab l e fo m a n y  micro w av e app licatio n s  as it  h a s ab ility to   reduce polariza tion losses .  Linearly pol arized an tenn as n e ed strict alig n m e n t b e tween  tran sm it ter an d  receiv e whe r e as circ ularly polarize d  antennas ca comm unicate fo r   v a r i ab le or   u nkn own  or ientatio n  [1 ]. In  case o f   array  a n t e n n a,  wei ght  a n d s i ze are t w o  p a ram e t e rs t o   be  ke pt  at  m i nd  d u r i n des i gn  p r oce ss as  som e   appl i cat i o ns re qui re l o w wei g ht  an sm all size antenna. Mi crost r ip a n te n n a s are g o od ca ndi dat e  t o  o v e r com e   th is prob lem  d u e  to its inh e ren t  adv a n t ag es o f  low  p r o f ile, lig h t   weigh t lo w co st and  easy in teg r ati o n wit h   microwa v e circuits [2]. C onv en tion a l arr a y an tenn as use o n l y m i cr o s tr i p  l i n es t o   desi gn  fee d  net w o r k t h at   lead to com p lex structure and l o nger  m i cro s t r ip  lin e len g t h  fo r im p e d a n ce m a tch i ng  circu it. As a resu lt,  antenna struct ure  becom e s large r  an d pe rf orm a nce deg r a d es d u e t o  hi g h er fee d i n g l o ss and cr oss  p o l a ri zed   rad i ation   [3 ].  Use  o f  dou b l e-sid e d  MIC  con cep t t h at  g i v e s flex i b ility to  pu t d i fferen t  t y p e o f  t r an sm ission  lin es on  th e both  sid e s of  th su bstr ate can  be u s ed  to d e si gn  sm all sized  ar r a y an tenn by o v e r c o m in g   th ese  pr o b l e m s  [4] .    There  are t w main ways to e x cite  circular polarization ra di ation.  A m i crostrip  patch ele m ent can  be   use d  t o  ac hi ev e ci rcul a r   pol a r i zat i on  ra di at i o n  by  m eans of  a  pert ur bat i o n  se gm ent .  S v eral   st ruct ure s  f o r  a   ci rcul arl y  p o l a ri zed a n t e n n a usi n g pe rt u r b a t i on t ech ni q u e  have  bee n  st udi e d  [ 5 - 9 ] .  I n  [ 5 ] ,  a m e t hod i s   reporte d  to  des i gn circ ular polarized  rectan gu lar m i cro s trip an tenn with   one  point  feed where  feed point is   located eithe r   on x axis  or  on  th e d i agon al  lin e o f   th e p a tch.  Trun catin g a  pai r   of  p a t c h c o r n er s i n  rect a n g u l a r   o r  squ a re  p a tch   for CP is  d i scu ssed  i n  [6 ].  An  an tenn a with   slits  or  spu r   lin es to th bou nd ary of t h p a tch is  rep o rt e d  i n   [7 - 8 ] .  Desi gn  o f   t r apez oi dal  s h ape sl ot   an tenn a ex cited  b y   CPW  lin e is sh own  in   [9 ].  Du al - ort h o g onal  fee d  t ech ni q u e i s  anot h e r way  t o  ge nerat e  C P  whe r e t w o se parat e  o r t h o g o n al  feed s are e x ci t e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 15   :   111 –  11 27  1 120 wi t h  a 90 ° p h a s e di ffe rence .  Dual  fee d  C P  ant e n n as ha ve  been  prese n t e d  i n  [2, 1 0] . On t h e ot he r ha n d si ngl e   feed or  dual feed a n tennas  c a be a rraye [11-15].  serial feed   sequ en tially ro tated   tech n i qu e is  used  t o   design a CP a r ray antenna  [11] where eac patch elem ent  is sin g l e feed.  In  t h is array, co m p lete feed  network  i s  desi gne d usi ng m i crost r i p  l i n es. A C P  sl ot  array  ant e n n a wi t h  ort h og o n a l  feed i s  prese n t e d i n  [ 12] . I n  [13 - 1 4 ] , sing le layer m i cro s trip  array an te nn as  fo r CP ar p r opo sed   w h er e a 90 °  h ybrid circuit is u s ed  to ach i ev ci rcul ar pol a r i zat i on. Do u b l e -si d e d   M I C tech no log y  is u s ed  to  design  th e array antennas of [12-14]  as the   feed net w ork in each array consists of  m i crostrip lines and  slot lines. An ot her 128 ele m e n ts CP array antenna   ex cited   u s ing  a 1b y 4 corp orate feed   n e two r k of  h o llow m e t a llic wav e g u i des is d e m o n s trated  in   [1 5 ] I n  t h is p a p e r, a d u a l - or tho gonal f eed   1 × 2  m i cr o s t r ip  arr a y an tenn a is d i scussed .  Th f eed   n e two r k  is  fo rm ed by  pl a c i ng m i crosri p  l i n es  on  t h ob ve rse si de a n d  sl ot  l i n e s   o n  t h e  re ve rse  si de  of t h e s u bst r at e.   Double-side d   MIC conce p t  is e m ployed to design  fe ed network s u ccess f ully. A param e tric study is  conducted  by s i m u lation to optim i ze  t h e ant e nna  pe rf orm a nce. T h pr op o s ed ar ray  ant e nna  has a  3- dB  axi a rat i o  ba nd wi dt h of  1. 85 %. Th e com p l e t e  ant e nna st r u ct u r e al on g wi t h  ant e nna  per f o r m a nces i s  prese n t e d an d   di scuss e d  i n  s u bse que nt  sect i o ns.   Literature re vi ew that has  been done aut h or  use d  in the chapte r "Introduction" t o  explain t h e   di ffe re nce of t h e m a nuscri p t  wi t h  ot her  pa pers , t h at  i t   is  in n o v a tiv e, it are u s ed   in the cha p ter "Research  Meth od " to   d e scr i b e  t h e step o f  r e sear ch  an d u s ed  i n  th e ch ap ter  "Results an d   D i scu s sio n "  t o  su ppor t th an alysis o f  th e resu lts [2 ]. If th m a n u s cri p t  was wr itten  really h a v e  h i g h   o r i g in ality, which  p r op o s ed  a n e m e thod  or algorithm ,  the a d ditional c h a p ter afte r th e  "Introduction" c h apte r a n d be fore the  "Res earc h   M e t h o d " c h apt e r ca be a dde d t o  ex pl ai n  b r i e fl y  t h e t h e o ry   and/ or  t h pr o p o se d m e t hod/ al go ri t h m  [4] .       2.   A N T EN NA  DESIGN  The com p lete s t ructure of the  arra y an tenn a is sh ow n  in  Fi gu r e  1. Th e an ten n a  is d e sign ed  on  Tef l on  glass fibe r s u bstrate backe d   by the ground  plane. Relative dielectric const a nt ( ε r of t h e s ubst r at e i s  2. 15  wi t h   a t h i c knes s  of  0. 8 m m .  Thi c k n ess o f  t h e c o p p er s h eet  use d   fo r ra di at i ng a nd  gr o u n d  pl a n e i s  0. 01 8 m m . The  di m e nsi on  of t h gr o u n d   pl an e i s  6 1 . 3 5×3 7 . 2 3  m m 2       Fi gu re  1.  C o m p l e t e  st ruct ure   of  t h 2 ar ra y  ant e n n (a)  T o p  vi e w   (b ) C r oss sect i onal   vi ew     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Dua l   Orthog ona l Feed  Circu l a r  Po lariza tion Array An tenna   Using  Microstrip  S l o t  …   ( Q uazi  Delwa r   H. )   1 121 Sq uare m i crost r i p  pat c h i s  used as radi at i n g  el em ent .  As the pat c h l e n g t h  det e rm i n es the res ona nt   freq u e n c y [1 6 ] , th e fo llowing eq u a tion  is u s ed  to  calcu late th e p a tch  len g th  an d  th en  the wid t h  of th p a tch  keep s as  sam e   l e ngt h  val u be cause  of  s qua r e  pat c h .      2   2   (1 )     Wh ere C is th e v e lo city of ligh t  and   f r  i s  t h reso na nt  f r eq u e ncy .     Due t o  a f r act i on  of t h e fi el d s  l i e s out si de t h e p h y s i cal  di m e nsi on  ( W × L ) o f  t h pat c h  cal l e d as t h e   fring ing   field ,  t h e effectiv p a tch  leng th  L e   becom e s L + 2 Δ L and the  relative  dielectric constant  ε r  is  repl aced  by the e ffecti v e dielectric constant  ε re . T h value of  ε re  c a n   be cal cul a t e b y  t h e eq uat i o gi ve n i n  [ 1 7]  as    εr e  1 2 ε  1 2 1 1 0 /   (2 )     whe r h is t h e t h ickness  of the  substrate.    Ad di t i onal  l i ne  l e ngt Δ o n   ei t h er e n d  o f  t h e pat c h  l e n g t h   can  be  obt ai ne fr om  [18]  as     ∆ 0 .412   0 . 3  0 . 258 0 .264 0 . 8   (3 )     Each si de  of  t h e pat c hes i s  set  as  9. 55  m m  for  10  G H fre q u e ncy .    The  fee d   net w or k i s  c o m posed  o f   micro s trip  lin es an d  sl o t  lin es. Th d oub le-sid ed  MIC co n cep t is v e ry effectiv e to   d e sig n  th is typ e  of feed  net w or k an d i t  i s  successful l y  em pl oy ed i n  t h i s  desi gn p r ocess. R a di at i ng  pat c hes an d m i crost r i p  l i n es are  placed on the uppe r surface of the subs trat e and the slot lines lie on the  lowe r surface of the substrat e. The   feed  net w or k  consi s t s   of  m i crost r i p - s l o t  bra n ch ci r c u i t  and sl ot -m icrost ri p b r a n c h  ci rcui t .  F o r  pr ope r   im pedance m a tchi n g  bet w ee m i crost r i p  l i n e  and  sl ot  l i n e,  t h e i m pedance  of m i crost r i p  l i ne s h o u l d   be  h a l f  of   t h e sl ot  l i n e i m pedance [ 19] . Fo r a  desire d characte r istic im pedance Z C , the wi dth  of t h e m i crostrip line can  be calculate by [20] as     W 8  2   (4 )     Whe r e A  =        0.23 .   and B =         For  proper m a tching bet w een  the each patc and m i cros trip  line of the slot -mic rostrip bra n ch circuit,  12  q u a r t e r- wave  t r a n sf or m e r i s  use d  t h a t  i s  com put ed  b y  [2 1]  as     Z   (5 )     Whe r e Z 0  i s  t h e im pedance  at  feed  p o i n t   of t h pat c h a n d  Z i  is th e m i cro s trip  lin e im p e dan ce  o f  t h slot-m icrostrip bra n c h   circ uit.       3.   BASIC BEHAVIOR OF THE ARRAY  To ge nerat e  ci rcul ar  pol a r i zed wa ves, t w o ort h o g onal  si g n al s of e qual   am pl i t ude wi t h  9 0 ° p h as e   shift betwee n them  are needed. The  ba si c b e havi or o f  t h e pr o pose d  ci rcu l arly polarized  array antenna  can be   expl ai ne usi n g Fi g u re  2. T w o sepa rat e  ort h og o n al  feed P o rt  I an d Po rt  II  are use d  t o  ex ci t e  t w o dege n e rat e   ort h o g onal  m odes i n  t h pat c hes. M o re ove r,  t h e feed  poi nt  as sho w n i n  fi g u re i s  ch ose n  i n  suc h  a way  t h at  t h e   si gnal   of t h e l o wer  feed  ci rcui t  i s  ahead  by  q u art e wa ve l e ngt h f r om  t h at  of  u ppe r fee d  c i rcui t  t h at  creat e 90 °   pha se  di ffe renc e bet w ee n t w o   ort h o g onal  i n p u t  si g n al .   W h en  RF signal is su p p lied  t o  th e f e ed  po int, th e sig n a ls are d i v i d e d  in  phase to  th e slo t  lin e th ro ugh  th m i cro s trip-slo t p a rallel b r an ch es and  th ey are su ccessi vely d i v i d e d  in   o u t  of ph ase to th m i cro s trip lin es  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 15   :   111 –  11 27  1 122 through the slot-microstrip se ries bra n c h es and fee d  the signals to each pa tch ele m ent. Microstri p -sl o t branc h   circu it acts as a  p a rallel power d i v i d e with  in -ph a se  ou tpu t s an d slot- m icr o str i p bran ch is ser i es po w e divide r where out puts  a r i n  out   of phase  [19]. T h ere f ore,  in each patc of t h e a rray, t w o orthogonal signal s   are form ed with 90°  phase sh ift an d  as a  resu lt circu l arly po larized  si g n a l  is ex cited .  One in terestin g  t h in g  is  that LHCP and RHCP can be  excited usi ng s a m e  array st ru ct ure by  c h an g i ng fee d   poi nt  as sho w n i n  Fi gu re 2 .   Wh en   feed  po i n t is p l aced  at  Feed-1, LHCP  will b e  rad i ated  an d RHCP can   b e  ex cited   by ch ang i ng   feed   p o i n t   p o s ition  fro m   Feed-1  to  Feed-2.           Fi gu re  2.  B a si c be havi or  o f  t h e array  a n t e nna       4.   PA RAM ETRIC  STUD Y OF THE  A R R AY  To o b t a i n  best  perf orm a nce,  t h e param e t r i c  st udy  of t h pr o pose d  ant e nna i s  co nd uct e d. Di f f e r ent   p a ram e ters fo r p a ram e tric stu d y  are illu strat e d  i n  Fi g u re   1 .  Th e m i cro s trip  lin e wi d t h of th bran ch  ci rcu its  den o t e d by   M W , t h e spaci ng  bet w ee n t h e fe ed l i n e an d t h e  sl ot -m i c rost ri p b r anc h   poi nt  den o t e by  D  and t h e   l e ngt of t h e sl ot  l i n e ext e nsi on f r o m   m i crost r i p  l i n e i n  sl ot -m i c rost ri p b r anch  den o t e b y  L SM  are  m a in  three  param e t e rs res p o n si bl e f o r  p r ope r i m pedanc e m a t c hi ng             Fi gu re  3.  Ef fec t  of  M W  o n  the  retu rn  l o ss  of t h e an tenn     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708      Dual  Orthogonal Fee d  Circul ar P o larizati on Array A n tenna  Using Micr ostrip Sl ot …   ( Q uazi  Delwa r   H. )   1 123 Hence ,  t h ese p a ram e t e rs can  be o p t i m i zed  by  param e t r i c   st udy . T h e sl o t  l i n e wi dt h (S W ) and t h e   p o s ition  of th e feed  po in t (F L ) are anot her  t w o pa ram e t e r s  t o  be st udi ed  as t h ey  i n fl uence b o t h  i m pedanc e   b a ndwid th  and  ax ial ratio .Th e  effects of  vary i n g t h e  wi dt h o f  m i crost r i p  l i n es (M W ) on the antenna   perform a nce are shown in Figure  3. It  is ob serv ed  th at th o p e rating  b a ndwid th  is sh ifted  left and  return  lo ss  decrease s  with increasi ng t h e   m i crostr ip  line wid t h. Fi g u re 4  sh ows t h e si m u lated  retu rn  lo ss ob tain ed   b y   chan gi n g  t h e s p aci n g   bet w ee n sl ot -m i c rost ri p b r anc h  a n d t h e fee d  l i n e  w h en  ot her  para m e t e rs are fi xe d. T h e   val u of  D c h an ges t h e o p e rat i ng  fre q u e n cy  an d t h e i m pedance ba n d wi dt h i s  dec r eased  ra pi dl y  wi t h   i n creasi n g t h spaci n g . B u t  a t  an o p t i m u m   poi nt , i t  gi ves   bet t e r ret un l o ss val u e  an d i m pedance ba n d wi dt h   and it is chose n  as  16.935 mm .                          Fi gu re  4.  R e t u r n  l o ss f o di ffe rent   val u es  o f   D       Fi gu re  5.  R e t u r n  l o ss f o di ffe rent   val u es  o f   L S       The vari at i o n of ret u rn  l o ss f o r di f f ere n t   val u es of  L S  i s   pl ot t e d i n   Fi g u re  5. T h e c u t - of fre que ncy  i s   al m o st fix e d  bu t i m p e d a n ce  b a ndwid th  is red u c ed   wh en  th e leng th  is in creased So   L S  = 5.2 m m   i s  t h e   opt i m u m  val u e t h at  pr ovi des  hi g h er  ret u rn l o ss wi t h  best   p o ssi bl e i m pedance ba n d wi dt h .  Fi g u re  6 sh o w s t h e   effect s o f  va r y i ng t h e l e ngt h of m i crost r i p  l i n e ext e nsi on  of sl ot -m i c rost ri p b r anc h  ci rcui t  (L SM ) fo r two   d i fferen t  v a lu es o f  m i cro s trip lin e ex ten s ion o f  m i cro s trip -slo t b r an ch   (L MS ).   Whe n  L MS  (= 5. 58 m m ) is equal   to   th e v a lu e o f  th wav e leng th  ( λ at  desi g n  f r eq ue ncy ,   va ri at i on of  L SM  h a s little effect o n  th p e rfo rm a n ce  of  the antenna. B u in the case  of L SM  = L MS t h e cut - of f f r e que ncy  i s  m oved f r om  l o wer  fre que ncy  t o  a  hi g h e r   fre que ncy  a n d   gi ves  bet t e ret u r n  l o ss  val u e .           Fi gu re  6.  R e t u r n  l o ss f o di ffe rent   val u es  o f   L MS  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 15   :   111 –  11 27  1 124     Fig u re  7 .  Ax ial ratio   for  d i fferen t feed  l o catio n (F L     Fi gu re 8.   Retur n  lo ss f o diffe rent  values  o f   F L       After pro p e r i m p e d a n ce m a t c h i ng , it is requ ired  to  analysis th o s p a rameters wh ich  influ e n ce the  axi a l  rat i o  ba n d wi dt h.  Feed  poi nt  l o cat i on  (F L ) i s  ve ry  i m port a nt  para m e t e r t h at  req u i r e d  fi ne t uni ng t o  get   o p tim u m  ax ial  ratio . Fi g u re  7  and  Fi g u re  8  show th e axial ratio  an d   retu rn  lo ss  for  d i fferen t  feed  lo catio respect i v el y .  T h o u g h   t h e p o si t i on of  t h e fee d  poi nt   shi f t s   t h e ope rat i n f r e que ncy  ban d w i d t h   as  s h ow n by   Figure 8 but it is also necessary to  place feed point in such  a location that can create 90° phase differenc e   b e tween  th o r th og on al feed  sig n a ls of th patch . Wh en  th p o s ition  is at th e op tim u m  p o i n t , th e rad i ation  will  b e   p e rfectly circu l arly  p o l arized  an d th e ax ial ratio   cu rve at op erating frequ en cy  will b e  ap pro ach ed  to  min i m u m  v a lu e. Th e m i n i m u m  ax ial ratio  o f  0.243   d B  is fo und  wh en  F L   = 7. 5 m m  as sho w n i n   Fi g u r e  7  a n d   i t  can be  t a ke as an  o p t i m u m   poi nt  as i t  al s o   gi ves  bet t e ret u r n  l o ss  val u e .           Fi gu re 9.   Ax ial  ratio  for d i fferen v a l u es o f   S W       Figure 10.   R e tu rn   lo s s  f o r  d i ff e r en t   v a lu e s  o f   S W       Slo t  lin e wi d t h sho u l d   b e  op ti mized  to  g e better ax ial ratio and  ret u rn  loss. Variatio n s  of ax ial ratio   and  retur n  loss  for c h an gin g   S W  are show i n  Fi gu re 9 a n d Fi g u re  10 r e spect i v el y .  Fo r  fi ne t uni ng  of  axi a ratio , it is  n ecessary to adju st  slo t  lin wid t h   an d select an   op ti m u m  v a lu e t h at will  g i v e  go od  ax ial  ratio   with  b e tter i m p e d a nce  m a tch i n g .  Bu t it is  also  o b s erv e d  th at at a  lo ng er wi d t h, th e ax ial ratio  an d  ret u rn  lo ss  ag ai start to  decrea s e . So S W  = 0.2  mm is th e o p t i m u m  v a lu e to   g e t b e tter p e rform a n ce.      5.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ONS   Th e an tenn a is d e sign ed  and   si m u lated  u s ing  co mm ercial  EM  soft ware package ,  Adva nced  Design  Sy st em  (AD S )  base o n  t h e   M e t h o d   of M o m e nt s (M OM ).  The  o p t i m al  dim e nsi ons  o f  t h e a n t e n n o b t a i n ed   by param e tric  analysis are:  M = 1.5 m m ,   S = 0.2  m m D = 16. 9 35 m m , L MS  = L SM  =  L = 5.2 m m  and F 7 . 5  mm .  Retu rn  lo ss  (S1 1 ) of th e array is sh own  in  Fi g u re 11 . Th e resu lt in d i cates th at th e return  lo ss i s   sm a ller th an  -10  d B  fro m  9 . 65  to  10 .5 7   GHz. So  th e im p e d a n ce  b a ndwidth  is 9 . 1 %   with resp ect to  th e cen ter  f r e q u e n c o f   10 .1 1 GH z. Figu r e   12  sho w s th e ax ial r a tio   p e rf or m a n ce of  th pr opo sed an tenn a. From  9 . 905  GHz t o   1 0 .09   GHz, th e ax ial ratio  is b e l o w 3   d B  lev e l. So  th e ax ial ratio  (AR <  3  d B ) b a nd wi d t h   of t h d e sign ed  ar r a y  an ten n a  is 185  MH z or  abou t 1 . 8 5 %   respect to the center fre quency of 9.99  GHz a n d the  min i m u m  v a lu e o f  ax ial ratio   is 0 . 0 2 6   d B  at  9 . 9 9   GHz. Th i s  resu lt sho w a g ood  ax ial ratio  sm a ller th an  3 d B   at th e d e sign   freq u e n c y an d it  co nfirm s  th at  the  proper ci rcular po larization is ach iev e d.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708      Dual  Orthogonal Fee d  Circul ar P o larizati on Array A n tenna  Using Micr ostrip Sl ot …   ( Q uazi  Delwa r   H. )   1 125     F i g u r e   1 1 .  R e tu rn  lo s s   o f  t h e   a n t e n n     Fig u re 12 . Ax ial  ratio  o f   t h an tenn     Gain   of th e array an tenn a is il lu strated  i n   Figu re  13 . Max i mu m  g a in  of   9 . 49   d B ic is ach i ev ed at 9.91  GHz . It is als o  obse rve d  tha t  avera g e gai n  ove r the  co mp lete o p erating b a ndwid th   i s  hi g h er  t h an 9 dB i c .   Fi gu re  1 4  e x h i bi t s  t h radi at i on  pat t e r n   of  1× 2 a rray  a n t e nna  at   9. 99   GHz . Fi gu re  s h o w s  g o o d  ra di at i o n   p e rf or m a n ce of  th e arr a y an ten n a An te nn a rad i atio n is left h a nd  circu l ar ly po larized (LHCP). B u t it  is also  pos si bl e t o  ra d i at e ri ght   ha nd  ci rcul arl y   p o l a ri zed  (R HC P )  wa ves  usi n s a m e  ant e n n a st ruct ure  by  c h a ngi ng   o n l feed po i n t.  When Feed -2  is  u s ed  t o  ex cite th e  an t e nna,  i n p u t  si gnal   o f  P o rt  I  i s  ahea by   qua rt e r   wavel e ngt h t h a n  t h at  o f  P o rt   I I As a res u l t ,  t h e ra di at i on  wi l l  be R H C P . T h e cr oss  p o l a l e vel  of t h e ant e nna   i s  bet t e r t h an - 45  dB  t h at  i ndi cat es very  go o d  radi a t i o n pe r f o r m a nce of t h e ant e nna . To  com p are the antenna  per f o r m a nce, f o u r   pre v i o us  w o r k s a r e l i s t e d i n  Ta bl 1.           Fig u r e  13 . G a i n  o f   th ar r a an tenn     Fi gu re  1 4 . R a d i at i on pat t e r n  a t  9. 99  G H z                                                                 Tabl e 1.  C o m p ari s o n   Ref .  No.  Year   Arra y Si ze   Frequency,  GHz   Im pedance  B W  ( <  - 10dB)   Axial Ratio B W  (<  3  dB)   Gain,   dBic  [11]   2006   2×2  2.45   0.073 GHz  0.02 GHz  ---  [12]  2010   2×2  7. 1. GHz  12%   - - -   [13]  2012   2×2  10   1.25 GHz  ( < - 15dB)   10%  12. 5   [14]  2012   2×2  10   1. GHz  3. 8%  - - -   Pr oposed  Antenna  2014   1×2  10   0.92 GHz / 9.1%   0.185 GHz / 1.85%  9.49         6.   CO NCL USI O NS   A ne w dual-orthogonal feed circul arly pol arized m i crostrip arra y  ant e nna at  1 0  G H z  has bee n   dem onst r at ed i n  t h i s  pa per .   M i crost r i p  l i n e s  and sl ot  l i n es are use d  t o  de si gn a n t e n n a f eed net w o r w i t h  t h e   hel p   of  d o u b l e -si d e d  M I C  c o ncept  a n d t h i s   feed  net w o r k e l im i n at es t h e u s e of a n y  t y pes  of  p o we di vi der  or   h ybrid  circu its. Param e tric an alysis h a s b e en do n e  to   op ti mize th e an ten n a  p a ram e ters. Im p e d a n ce b a nd wi dt ( <  -1 0 d B )  and ax ial r a tio   b a nd w i d t h   ( <  3-dB)  of  th e ar r a an tenn a ar e 9.1% and  1.85 resp ectiv ely. An tenna  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 5 ,  O c tob e 20 15   :   111 –  11 27  1 126 sho w hi g h  ga i n  al l  over t h e  ope rat i ng  ba n d wi dt h a nd m a xi m u m  gai n  is 9. 49  dB i c  at  9. 91  GHz . Ex cel l e nt   rad i ation   p e rform a n ce is also   o b s erv e d wh ere  cro ss  po lar co m p on en t is lo wer than -45   d B Du e to  the  excel l e nt  ra di a t i on  per f o r m a nce a nd  hi gh  gai n , t h p r o pos ed a n t e n n a  i s  sui t a bl f o r m a ny  m i crowa v e   ap p lication   su ch  p o rtab le rada r ,  RF sensor s,  RFI D  etc.      REFERE NC ES   [1]   J.  Garcia, A.  Arriol a ,  F .  C a s a d o ,   X .  C h e n ,  J .  I .   Sancho,  and D. V a lderas, “Coverag e  and r ead  rang e comparison of  linearly  and circularly  polar ized radio  fr equen c y  identi catio n ultra-high fr equen c y   tag  antennas”,  IET Microwaves,  Antennas and  Pr opagation , vol.  6, no . 9 ,  pp .1070 –1078, 2012 [2]   J. Q.  Howell,  “Mic rostrip  antennas”,  IEEE Trans.  on Antennas and  propagation , vo l. 23 , no . 1 ,  pp . 9 0 -93, 1975 [3]   K. Kodama, E. Nishiy ama an d M. Aikawa,  “Slot  array   antenna using bo th-sided MIC technolog y IEEE   International symposium  on Antennas and Prop agation , vol. 3 ,   pp. 2715-2718 2004.  [4]   M. Aikawa, H .   Ogawa, “Double-side d MIC’s and their  applications”,  IEE E  T r ans . Micr ow. T h eo r y  T ech ., vol. 37 no. 2 ,  pp . 406–4 13, 1989 [5]   M. Haneishi and  S. Yoshida, “A  desi gn method of circularly  polar ized recta ngular  microstrip anten n a b y  one-poin t   method”,  Electr onics and Comm unications  in  Ja pan , vol. 64-B ,  n o . 4 ,  pp . 46-54 1981.  [6]   W.S. Chen, C.K. Wu, and K. L. Wong,  “Sing l e-feed square-ring microstrip  antenna with tru n cated corners fo r   com p act  cir c ular  polar iza tion  ope ration ,   El ectr o n .  L e t t ., vol. 34, p p . 1045–1047 , 1 998.  [7]   J.H. Lu, C.L. Tang, and K.L.  Wong, “Circular p o larization desig n  of a si ngle-feed equilateral- triangular microstrip   antenn a” Electr on. Lett ., vo l. 34 , pp . 319–321 , 1 998.  [8]   H.M. Chen and K.L. Wong, “On ci rcular polar ization design of a nnular-ring micr ostrip antenn as”,  IEEE T r ans. on  Antennas and  Pr opagation , vol.  47, pp . 1289–12 92, 1999 [9]   R.V.S . R.  Kris hna and  R.  Kum a r, “ D es ign o f  ultr a wid e ban d  trap ezoid al  s h ape s l o t   anten n a with  ci rcul a r   polarization”,  In t.  J.  El ec tr on. C o mmun ., vol. 67 , pp. 1038-1047,  2013.  [10]   G.G. Sanford, “ C onformal microstrip phase ar ray  for aircr a ft  tests with ATS-6”,  I EEE Trans.  on Antennas an propagation , vo l. AP-26, no . 5 ,  p p . 642-646 , 197 8.  [11]   M . N. J a z i   and  M . N. Azarm a n e s h , “ D es ign and  im plem enta tion  of c i rcu l arl y   p o lari zed m i c ros t rip an tenna  arr a using a new serial feed sequ entially  rotated tech nique”,  IEE Pro c . Microw . Antennas Propag ., vol. 153, no. 2 ,  pp 133-140, 2006 [12]   Y. Ushijim a, S.  Feng, E.  Nishi y am a and M. Aik a wa, “ A   Novel  Circul ar Polari z a tion Swit chabl e  Slot-Ring Arra Antenna with Or thogonal Feed  Circuit”,  Asia- P ac ific  Mi crowave   Conferenc e  ( A P M C) , pp. 1569-1 572, 2010 [13]   Y. Ushijim a, E.  Nishi y am a and  M. Aikawa, “ S ingle-l a yer  integ r ated m i crostr ip  arra y an tenna f o r dual cir c ul a r   polarisation”,  I E T Microw.  Anten nas and Propag ., Vol. 6 ,  Issue 8 ,   pp. 962-968 , 20 12.  [14]   Y. Ushijim a, E.  Nishiyam a, I.  To y o d a  and M. Aikawa, “ C ircul a r polari zat ion switchab l e single  la yer m i crostri p   array  antenna”,  I EEE Internation a l Symposium Ante nnas and  Propagation So ciety ( APSURSI) , pp.  1-2, 2012   [15]   M .  S h ahabadi,  D. Bus u ioc, A. Borji a nd S. Safavi-Naeini,  “Low-cost, high- ef cien c y  qu as i - planar arr a y  o f   waveguide-f ed circularly  po la r i zed microstrip antennas”,  IEEE T r ansactions on  Antennas and Propagation , vol.  53, no . 6 ,  pp . 20 36-2043, 2005 [16]   R. Garg, P. Bh arti a, I. Bh al , and A. Ittipiboon , Mi crostrip Ant e nna Design Handbook, Artech  House, London,  2001.  [17]   M.V. Schneider , “ Microstrip dis p ersion ”, Pro c . I EEE, vol. 60 , no . 1 ,  pp . 144-146 , 1972.  [18]   E.O. Hammerstad, “Equations fo microstrip  cir c uit d e sign”, 5th   European Microwave Con f ., pp 268-272, 1975 [19]   K. Egas hira, E .  Nis h i y am a and  M .  Aikawa, “P lanar a rray  an tenna using both-sided  M I C’s  feeded  c i rcui ts ”,   Electronics and   Communications in  Japan , vol. 8 7 , no . 7 ,  pp . 23- 30, 2004 [20]   David M. Pozar , Microwave Eng i neer ing, 3r edition, John Wiley  & Sons, Inc., 20 05.  [21]   Matthew N.O .  S a diku, “Elements of El ectromagnetics”, 3r edition, Oxford Univ ersity  Press, New York, 2005.      BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Quaz i Del w ar  Hossain  (MIEEE) was born in Barisal ,  Bangl ad esh, in 1976. H e  rec e ived  the   B.Sc. degr ee in  electri cal  and el ectron i c eng i neering from  Chittagong Universit y   of Engineering   and Technolog y   (CUET), Chittag ong,  Bangladesh ,  in 2001; th e Master of Engin e ering degree in  semiconductor  electronics and  in tegration sciences from Hir o sh ima University , Hiroshima,  Japan,  in 2007;  and th e Ph.D. d e gr ee  in microelectronics from th University  of  Trento , Tr ento Italy ,   in 2010. During his Ph.D. program, he al so spent a period with the SOI  Group, Bruno   Kessler Foundation,  Trento , I t aly as a Postgradua te Research er. From 2001 to 200 7, he was with  CUET as a  Lecturer. In 2007 , h e  became an As sist ant Professor with the Faculty  of  Electr ical  and Computer  Engineering, CUET. Presently   he  is  working a s  an As s o ciate  P r ofes s o r at the   Institution .  His research  inter e st s include im ag e  sensors, antenn a design and re lat e d readou t   circu it simulatio n and experimental ch aracte r i zation of semico nductor devices , sensors an d   photovoltaic cells.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Dua l   Orthog ona l Feed  Circu l a r  Po lariza tion Array An tenna   Using  Microstrip  S l o t  …   ( Q uazi  Delwa r   H. )   1 127   Md. Az ad Hossain  (MIEEE)  was born in  Dhak a, B a ngl adesh, i n  1981.   He  rec e ived  the  B.Sc degree  in El ect r i ca l and E l ec tro n ic Engin eer ing   from Rajshahi University  of Engineer ing and  Techno log y  (RU ET), Rajshahi, Ba nglad esh, in 2004. The Master  of Engineering  degree in  EEE  from Saga Univ ersity , Saga, Japan, in 2010; a nd the Ph.D. degree in Scien c e and advanced  Techno log y , in  2013 from  the  sam e  Institute.  From  2013  to  2014, he was with Chittagong  University  of En gineer ing and Technolog y  (CUET)  as a Lectur er. Presently  he is working as an  As s i s t ant P r ofes s o r at CUET.  His  res earch in t e res t s  inc l ude  M i crowave an te nna des i gn and   related readou t circuit  simulation   and exper i m e nt al char act eri zat i on.           M uhammad A s ad Ra hman   was born in Chittagong , Bang la desh, on Oct ober, 1986. He  received his B.Sc. degree in El ectrical and  El ect r onic Engin eerin g from  Chittagong Universit y  of   Engineering  and  Techno log y  (C UET), B a nglad es h in 2009. Cu rrently  h e  is p e rusing M.Sc.   degree on larg e s cale ex tens ibl e  m i cros trip arra antenn a and als o  working as  a fa cult y m e m b er  in CUET, Bang ladesh. His f i eld  of interest is  microstrip  antenna design,  polar ization div e rsity   techn i ques ,  wire les s  power t r ans f er and  nex t  g e n e rat i on wir e les s   com m unication  s y s t em . He  is   student member  of IEEE  and member of  Institute of Eng i neers, B a nglad esh.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.