I nte rna t io na l   J o urna l   of   E lect rica l   a nd   Co m p ute r   E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 ,   Dec em b er   201 7 ,   pp.   350 7 ~ 3 5 1 4   I SS N:   2088 - 8708 DOI :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 6 . pp 350 7 - 351 4     3507       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   A   New   Dua l   Ba nd   Prin ted   M e ta ma terial   Ant enna   f o r   RFID   Rea der   Ap plica ti o ns       Abdelh a d i   E n na j ih 1 ,   J a m a l   Z b it o u 2 ,   M o ha m e d   L a t ra ch 3 ,   Ah m ed   E rr ki k 4 ,   Ra chi d   M a nd ry 5   1, 2, 4, 5 L M EE T   FST   of   S e tt a t,   Ha ss a n   1 st   U n iv e rsity ,   S e tt a t,   M o ro c c o   3 M icro w a v e   G ro u p   (ES EO),   A n g e rs,   F ra n c e       Art icle   I nfo     AB ST RAC T   A r ticle   his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 2 ,   201 7   R ev i s ed   Ju 2 3 ,   201 7   A cc ep ted   A u g   5 ,   201 7       In   th is   p a p e r,   we   p re se n t   a   n e w   d u a l   b a n d   m e ta m a teria l   p rin ted   a n ten n a   f o r   ra d io   f re q u e n c y   id e n ti f ica ti o n   a p p li c a ti o n s.   T h e   p ro p o se d   a n ten n a   c o n sists   of   tw o   L - sh a p e d   slo t   in   th e   ra d iati n g   e lem e n t   f o r   d u a l   b a n d   o p e ra ti o n   a n d   a   c o m p le m e n tar y   sp li t   rin g   re so n a to r   e tch e d   f ro m   th e   g ro u n d   p lan e   f o r   siz e   m in iatu riza ti o n .   T h is   a n ten n a   is   d e sig n e d   a n d   o p ti m ize d   by   CS T   m icro w a v e   stu d i o   on   FR - 4   su b stra te   w it h   th i c k n e ss   of   1 . 6   m m ,   d iele c tri c   c o n sta n t   of   4 . 4   a n d   tan g e n t   l o ss   of   0 . 0 2 5 .   A   m icr o strip   l in e   w it h   c h a ra c teristic   im p e d a n c e   of   50   o h m s   is   u se d   to   f e e d   th is   a n te n n a .   A   p ro t o ty p e   of   th e   p ro p o se d   a n ten n a   is   f a b rica ted   to   v a li d a te   th e   si m u latio n   re su lt s.   T h e   m e a su re d   a n d   si m u late d   re su lt s   a re   in   g o o d   a g re e m e n t.   K ey w o r d :   C S R R   Me ta m ater ial   Mic r o s tr ip   an ten n a   R FID   Co p y rig h t   ©   201 7   In stit u te   of   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 .     All   rig h ts   re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A b d elh ad i   E n n aj ih ,     L ME E T   FST   of   Settat ,   Hass a n   1 s t   Un iv er s it y ,   Se ttat,   Mo r o cc o .   BP   :   577,   R o u te   de   C asa b lan c a   - ,   Settat,   Ma r o c.   E m ail:   a b d elh ad i.e n n aj ih @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R FID    s tan d s   f o r   R ad io   f r eq u en c y   id en tific atio n .   It   is   a   g en er ic   ter m   u s ed   to   d escr ib e   a   t ec h n o lo g y   th at   u s es   r ad io   w a v e s   f o r   th e   p u r p o s es   of   id en tif icatio n   an d   tr ac k in g   ta g s   attac h ed   to   an   o b j ec t,   an i m al   or   p er s o n .   No w ad a y s ,   R FID   tec h n o lo g y   h a s   b ee n   p o p u lar   a n d   w id el y   ad o p ted   f o r   v ar io u s   ap p licatio n s   s u c h   as   ac ce s s   co n tr o l,   s u p p l y   ch a in   m an a g e m e n t,   f i le   tr ac k i n g ,   r ac e   ti m i n g ,   an i m al   f ar m s ,   s m ar t   lab els,   lib r ar y ,   s ec u r it y ,   h ea lt h ca r e,   s p o r ts ,   an d   o th er   ar ea s   [1 ,   2,   3,   4 ].   Gen er all y ,   a n   R FID   s y s te m   co n s i s ts   of   t h r ee   b asic   co m p o n e n t s :   a   tr an s p o n d er ,   a   r ea d er   an d   a   c o n tr o ller   [ 5 ].   T h e   r ea d er   or   in ter r o g ato r   is   a   s i m p le   d ev ice   th a t   is   co m p o s ed   of   an   an te n n a,   an   RF   elec tr o n ic s   m o d u le,   an d   a   co n tr o l   elec tr o n ic   m o d u le,   t h e   r ea d er   is   u s ed   to   r ea d   an d   w r ite   in f o r m a tio n   f r o m   t h e   tag .   T h e   tr an s p o n d er   or   tag   is   co m p o s ed   of   a   s e m i co n d u cto r   ch ip ,   an   an ten n a   a n d   s o m e ti m es   a   b atter y ,   th e   tr an s p o n d er   p r o v i d es   in f o r m atio n   ab o u t   t h e   t ag g ed   o b j ec t.   T h e   co n tr o ller   m o s t   o f te n   ta k es   t h e   f o r m   of   a   P C ,   or   a   w o r k s tat io n   r u n n i n g   d atab ase   an d   co n tr o l   s o f t w ar e.     T h er e   ar e   s ev er al   d if f er e n t   f r eq u en cie s   f o r   R FID   s y s te m ,   wh ich   ca n   be   u s ed .   Gen er all y ,   t h er e   is   t h e   lo w - f r eq u en c y   b a n d   ( f r o m   1 2 5   KHz   to   134   KHz ) ,   th e   h i g h - f r eq u e n c y   b an d   ( 1 3 . 5 6   M Hz) ,   th e   u ltra - h i g h   f r eq u en c y   b an d   ( f r o m   860   MH z   to   960   MH z)   an d   th e   m icr o w a v es   f r eq u en c y   b an d   ( 2 . 4 5 GHz   or   5 . 8 GHz )   [6 ].   T h e   m icr o w a v es   f r eq u en c y   b an d s   ar e   p o p u lar   th an   o th er   R FID   b an d s   in   m a n y   ar ea s   b ec au s e   of   t h eir   h i g h   r ea d ab le   r an g e,   f ast   r ea d in g   s p ee d ,   lar g e   in f o r m at io n   s to r ag e   ca p ab ilit y   a n d   lo w   co s t.   In   1968,   th e   R u s s ia n   p h y s icis t   Victo r   G.   Vesela g o   h as   in tr o d u ce d   an   ar tific ial   m ater ial   w h ich   h as   a   n e g ati v e   p er m ea b ilit y   a n d   p er m i tti v it y   v al u es   an d   t h is   ma ter ial   is   ca lled   m eta m ater ial   [7 ].   Me tam ater ial   s tr u ctu r e   co n s i s ts   of   t h i n   w ir e   ele m e n ts   to   g en er ate   n eg a ti v e   p er m itti v it y   a n d   Sp lit   R in g   R eso n a to r s   ( SR R s )   to   p r o d u ce   n eg ati v e   p er m ea b ili t y .     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 .   6 ,   Dec em b er   2 0 1 7   :    3 5 0 7 3 5 1 4   3508   T h e   elec tr o m ag n etic   p r o p er ties   of   th e   s p lit   r in g   r eso n ato r s   h av e   b ee n   alr ea d y   a n al y ze d   in   [ 8 ,   9 ],   th is   an al y s is   s h o w s   t h at   SR R s   s tr u ctu r es   b e h av e   as   an   LC   r eso n ato r   th at   ca n   be   ex ci ted   by   an   ex ter n al   m a g n e tic   f l u x .   T h e   to p o lo g ie s   of   t h e   S R R   an d   i ts   eq u iv a len t   cir cu i t   m o d el   ar e   s h o w n   in   Fi g u r e   1 ( a)   [ 1 0 ] .   Fig u r e1 ( b )   r ep r esen t s   t h e   co m p le m e n tar y   s p lit   r i n g   r eso n ato r   ( C S R R )   w h ic h   is   t h e   n eg a tiv e   i m ag e   of   t h e   SR R   s tr u ct u r e   an d   it   is   th e   co n s tati v e   ele m e n t   f o r   th e   s y n t h e s i s   of   n e g ati v e   p er m itti v it y   [ 1 1 ].   W h er e 0 C in d icate s   th e   to tal   ca p ac itan ce   b et w ee n   t h e   r in g s   an d   s C   is   t h e   s er ies   ca p ac ita n ce   of   u p p er   an d   lo w er   h al v es   of   t h e   SR R ,   t h at   is   0 /4 s CC ,   an d s L can   be   ap p r o x im a ted   by   a   s in g le   r in g   w it h   r ad iu s   0 r   an d   w id t h   c”   [ 6 ] .           Fig u r e   1 .   T o p o lo g y   an d   eq u i v alen t   cir cu it   m o d el of   ( a)   SR R   ( b )   C SR R       In   th is   p ap er ,   we   p r ese n t   a   d u al   b an d   p r in ted   m e ta m ater ia l   an ten n a   f o r   R FID   r ea d er   ap p li ca tio n s .   A   co m p le m e n tar y   s p lit   r in g   r e s o n ato r   ( C S R R )   is   u s ed   in   t h e   g r o u n d   p la n e   f o r   s ize   m i n iat u r iz atio n .   By   ad j u s tin g   th e   s ize   of   t h e   C SR R   we   ca n   ea s il y   ac h ie v e   g o o d   p er f o r m a n ce s   in   ter m   of   g a in ,   r etu r n   lo s s   an d   b an d w id t h .       2.   ANT E NNA   D E SI G N     2 . 1 .    P er f o rm a nce   Cr it er ia   T h e   b ig   ch alle n g e   of   a n   R FID   s y s te m   is   t h e   m ax i m u m   d is ta n ce   at   w h ich   th e   R FID   r ea d er   can   d etec t   th e   b ac k s ca tter ed   s i g n al   f r o m   th e   tr a n s p o n d er .   T h e   r ea d   r an g e   can   be   a f f ec ted   by   a   n u m b er   of   p ar a m eter s   s u c h   as,   t h e   g ai n   an d   t h e   f r eq u en c y .   T h e   r ea d   r an g e   R   ca n   be   co m p u ted   by   u s in g   t h e   Fris s   e q u atio n   [1 2 ]:     4 t t r th P G G R P   ( 1 )     W h er e is   th e   w av ele n g t h , t P is   t h e   p o w er   tr a n s m itted   by   th e   r ea d er , t G is   t h e   g ai n   of   th e   r ea d er   an ten n a,   r G   is   th e   g ai n   of   t h e   tr an s p o n d er   an te n n a, is   th e   p o w er   tr an s m i s s io n   co ef f icie n t   an d th P is   th e   m i n i m u m   p o w er   th r es h o ld   to   ac tiv ate   t h e   ta g   ch ip .   T h e   r ea d in g   d is tan ce   is   r elate d   to   th e   g ain   of   t h e   r ea d er   an ten n a   a n d   th e   g a in   of   t h e   tr an s p o n d er   an te n n a.   T h e   g ai n   is   r elate d   to   th e   an te n n a   s i ze ,   th e   b ig g er   t h e   an ten n a,   t h e   g r ea ter   th e   r a n g e .   T h e   d ev elo p m en t   of   th e   R F I D   tech n o lo g y   d e m a n d   an te n n a   w it h   s m all   s ize .   Ho w e v er ,   an ten n a   w it h   s m all   s ize   an d   h i g h   g a in   is   h ar d   to   a ch iev e.   To   elim i n ate   t h ese   li m itatio n s ,   we   u s ed   a   m eta m ater ial   u n it   ce ll   in   th e   g r o u n d   p la n e   of   th e   p r o p o s ed   an te n n a   an d   t h e   p r o ce d u r e   d esig n   is   p r esen ted   in   th e   s ec o n d   p ar t   of   th is   s ec t io n .     2. 2 .    Desig n   P ro ce du re   T h e   p r o p o s ed   an te n n a   is   d esi g n ed   on   FR 4   ep o x y   s u b s tr ate   w it h   th ick n es s   of   h   =   1 . 6   m m ,   d ielec tr ic   co n s ta n t 4 . 4 r ,   lo s s   tan g e n t t a n ( ) 0 . 0 2 5   an d   th e   th ic k n es s   of   co p p er   t   =   0 . 0 3 5   mm.   T h e   an te n n a   g eo m etr y   co n s i s ts   of   a   r ec ta n g u lar   p atch   w it h   t w o   u n eq u al   s ized   L - s h ap ed   s lo t   in   th e   r ad iatio n   ele m en t.   Mic r o s tr ip   lin e   f ee d   h as   a   ch a r ac ter is tic   i m p ed an ce   of   50   o h m s   is   u s ed   f o r   f ee d in g   th e   an t en n a.   T h e   p r o p o s ed   an ten n a   h as   a   co m p ac t   s ize   of   40   mm   x   30   mm,   Fi g u r e   2   s h o w s   t h e   g eo m etr ical   p ar a m eter s   of   th e   an te n n a   an d   its   d i m e n s io n s   ar e   s h o w n   in   T ab le   1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:   2088 - 8708     A   N ew   Du a l   B a n d   P r in ted   Me ta ma teri a l   A n ten n a   f o r   RFID   R ea d er   A p p lica tio n s   ( A b d elh a d i   E n n a jih )   3509       Fig u r e   2 .   Geo m e tr y   of   t h e   p r o p o s ed   an ten n a       T ab le   1 .   Op tim ized   p ar a m eter s   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a   P a r a me t e r   D i me n si o n   ( mm )   P a r a me t e r   D i me n si o n   ( mm )   L su b   40   L p 3   3 . 5   W su b   30   W p 3   1   L p 1   16   L p 4   1 5 . 5   W p 1   1 9 . 6   Wf   3   L p 2   2 . 5   L f 1   1 . 5   W p 2   2   W f 1   1       In   o r d er   to   o b tain   m u ltip le   r es o n an t   f r eq u e n cies   a n d   s ize   m i n iat u r izatio n ,   a   co m p le m e n tar y   s p lit   r i n g   r eso n ato r s   ( C SR R )   w a s   etch ed   f r o m   t h e   g r o u n d   p lan e   u n d er   th e   r ad iatin g   p atch .   T h e   d esire d   r eso n an t   f r eq u en c ies   ac h ie v ed   by   ad j u s tin g   t h e   d i m e n s io n s   of   t h e   C S R R ,   t h e   w id t h ,   t h e   len g t h   b et w ee n   t h e   r in g s   an d   th e   g ap .   In   ad d itio n ,   by   v ar y in g   t h e   g eo m etr y   of   t h e   L - s h ap e d   s lo t,   we   ca n   ea s il y   ac h iev e   g o o d   p er f o r m a n ce s   in   ter m   of   b a n d w id th ,   g ain   an d   r etu r n   lo s s .   T h e   an ten n a   s h ap e   a n d   its   d i m e n s io n s   w er e   s i m u lated   a n d   o p tim ized   by   u s in g   t h e   E lec tr o m a g n etic   s o l v er   C ST   Mic r o w av e   S tu d io .   T h e   g eo m etr y   of   t h e   C S R R   is   p r esen ted   in   Fi g u r e   3   an d   t h e   p r o p o s ed   an ten n a   is   ill u s tr at ed   in   F ig u r e   4 .   T h e   o p ti m ize d   p ar am eter s   of   th e   co m p le m e n tar y   s p lit   r i n g   r es o n ato r   ar e   as   f o llo w s :   W r =2 3 . 5 m m ,   W s =0 . 6 m m ,   W s 1 =2 0 m m ,   g =1 m m   a n d   g 1 =1 m m .           Fig u r 3 .   T h e   m eta m ater ial   u n it   ce ll   at   th e   g r o u n p lan o f   th p r o p o s ed   an ten n a   Fig u r 4 .   T h p r o p o s ed   an ten n a,   ( a)   Fro n t v ie w ,   ( b )   B ac k   v ie w       Af ter   m a n y   s i m u latio n s   of   t h e   p r o p o s ed   an ten n a   by   u s i n g   o p tim izatio n   m et h o d   in   C ST   Mic r o w a v e   s tu d io ,   we   co n cl u d e   th a t   e v er y   p ar a m eter   h a s   d i f f er en t   e f f ec t   on   t h e   p er f o r m an ce   of   t h e   a n t en n a.   T h e   e f f ec t   of   th e   le n g t h ,   t h e   w id th   a n d   th e   g ap   b et w ee n   th e   r i n g s   of   t h e   C SR R   ar e   in v es tig a ted .   Fig u r e   5   illu s tr ates   t h e   s i m u lated   r etu r n   lo s s   S1 1   v er s u s   f r eq u e n c y   of   t h e   p r o p o s e d   an ten n a   f o r   d if f er en t   len g t h s   of   L p 3 .   It   can   be   o b s er v ed   th at   by   i n cr ea s i n g   th e   le n g t h   of   L p 3   f r o m   1   mm   to   7   mm   t h e   u p p er   an d   th e   lo w er   r eso n a n t   f r eq u en c y   d ec r ea s e. T h e   o p ti m ized   v al u e   is   ac h ie v ed   at   L p 3   =   3 . 5   mm.   T h e   S i m u lated   r et u r n   lo s s   S1 1   v er s u s   f r eq u en c y   is   p r ese n ted   in   F ig u r e   6   f o r   d i f f er e n t   h ei g h ts   of   L p 4   f r o m   8   mm   to   1 5 . 5   m m ,   all   p ar a m eter s   ar e   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 .   6 ,   Dec em b er   2 0 1 7   :    3 5 0 7 3 5 1 4   3510   k ep t   co n s tan t.   By   i n cr ea s i n g   th e   le n g t h s   of   L p 4 ,   th e   f ir s t   r eso n a n t   f r eq u en c y   d ec r ea s es   an d   t h e   s ec o n d   f r eq u en c y   r e m ain s   u n c h an g ed .   T h e   o p tim ized   v al u e   of   L p 4   =   1 5 . 5   m m .             Fig u r e   5 .   R etu r n   lo s s   of   p r o p o s ed   an te n n a   f o r   d if f er e n t   v al u e s   of   L p 3           Fig u r e   6 .   R etu r n   lo s s   of   p r o p o s ed   an ten n a   f o r   d if f er e n t   v al u e s   of   L p 4       Fig u r e   7   s h o w s   t h e   s i m u lated   r etu r n   lo s s   v er s u s   f r eq u e n c y   f o r   d if f er e n t   v a lu e s   of   t h e   len g th   of   th e   C S R R   s tr u ct u r e.   As   t h e   le n g t h   Ws   of   t h e   C SR R   d ec r ea s es   f r o m   1 . 2   mm   to   0 . 6   m m ,   th e   r eso n an t   f r eq u en cie s   ar e   m o v ed   to   a   lo w er   v al u e,   th e   o p tim ized   v alu e   of   Ws   is   0 . 6   m m .           Fig u r e   7 .   R etu r n   lo s s   of   p r o p o s ed   an ten n a   f o r   d if f er e n t   v al u e s   of   Ws       Af ter   o p ti m iza tio n ,   we   h av e   v alid ated   th e   f i n al   a n ten n a   g e o m e tr y .   Fi g u r e   8   p r esen ts   t h e   s i m u lated   r etu r n   lo s s   a g ai n s t   f r eq u e n c y   of   th e   f in al   c ir cu it. As   s h o w n   in   t h e   f i g u r e,   t h e   a n ten n a   o p e r ates   at   t w o   R FID   f r eq u en c y   b an d s   2 . 4 5 GHz   an d   5 . 8 G Hz   w it h   r etu r n   lo s s   of   - 2 5 . 7 3   dB   at   th e   f ir s t   R FID   f r eq u en c y   b an d   a n d   b elo w   - 2 4 . 4 7   dB   at   th e   s ec o n d   R FID   f r eq u e n c y   b an d .   T h e   i m p ed an ce   b an d w id t h   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:   2088 - 8708     A   N ew   Du a l   B a n d   P r in ted   Me ta ma teri a l   A n ten n a   f o r   RFID   R ea d er   A p p lica tio n s   ( A b d elh a d i   E n n a jih )   3511   f r o m   2 . 3 3 GHz   to   2 . 5 3 GHz   f o r   th e   f ir s t   r e s o n a n t   f r eq u en c y   an d   f r o m   5 . 5 8 GHz   to   6 . 0 4 GHz   f o r   th e   s ec o n d   r eso n an t   f r eq u en c y   b an d .   In   o r d er   to   c o m p ar e   th e   s i m u lat io n   r esu lt s   o b tain ed   by   u s i n g   C ST   Mic r o w a v e   Stu d io   b ased   on   th e   f i n ite   i n t eg r atio n   tec h n iq u e   ( FIT ) ,   we   h av e   m ad e   an o th er   s i m u latio n   u s i n g   H FS S   b ased   on   th e   f i n ite   ele m en t   m e th o d   ( FEM ) .   T h e   s i m u lated   r es u lts   ar e   s h o w n   in   Fi g u r e   9 .   As   we   ca n   s ee ,   th e   o b tain ed   r esu lt s   ar e   n ea r l y   t h e   s a m e.   T h e   s li g h t   d if f er en ce   is   d u e   to   th e   t w o   d if f er en t   n u m er ical   m et h o d s   e m p lo y ed .             Fig u r 8 .   T h r etu r n   lo s s   v s .   f r eq u en c y   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a   Fig u r 9 .   C o m p ar is o n   r et u r n   l o s s   b et w ee n   C ST   an d   HFSS   o f   t h p r o p o s ed   an ten n a       T h e   p ea k   g ain   of   th e   an te n n a   is   1 . 8 5   dB   f o r   th e   f ir s t   f r eq u en c y   b an d   an d   3 . 9 2   dB   f o r   t h e   s ec o n d   f r eq u en c y   b an d ,   Fi g u r e   1 0   p r esen ts   t h e   co m p u ted   g ain   r e s u lt s   v er s u s   f r eq u e n c y .   T h e   s i m u lated   r ad iatio n   p atter n s   of   t h e   p r o p o s ed   an te n n a   at   2 . 4 5   an d   5 . 8 GHz   in   H - p lan e   a n d   E - p lan e   ar e   ill u s tr ate d   in   Fi g u r e   1 1   an d   Fig u r e 1 2   r esp ec tiv el y .   As   ca n   be   s ee n   in   Fi g u r e   1 1 ,   th e   p r o p o s ed   an ten n a   h as   a   b id ir ec tio n al   r ad iatio n   p atter n   at   2 . 4 5   GHz   in   b o th   H - p lan e   a n d   E - p lan e.           Fig u r e   10 .   Gain   v s .   fr eq u e n c y   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a       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 .   6 ,   Dec em b er   2 0 1 7   :    3 5 0 7 3 5 1 4   3512       Fig u r e   11 .   R ad iatio n   p atter n   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a   at   2. 4 5 GHz ,   ( a)   E - p lan e ,   ( b )   H - p lan e           Fig u r e   12 .   R ad iatio n   p atter n   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a   at   5. 8   GHz ,   ( a)   E - p lan e ,   ( b )   H - p lan e       Fig u r e   1 3   illu s tr ate s   th e   s u r f a ce   cu r r en t   d is tr ib u tio n s   of   th e   p r o p o s ed   an ten n a   at   2 . 4 5   GHz   an d   5 . 8   GHz.   As   o b s er v ed   in   th e   f i g u r e,   th e   c u r r en t   is   co n ce n tr ated   ar o u n d   th e   L - s h ap ed   s l o t   an d   ar o u n d   th e   co m p le m e n tar y   s p lit   r in g   r eso n ato r s   f o r   b o th   f r eq u e n cie s .           Fig u r e   13 .   Su r f ac e   cu r r e n t   d is t r ib u tio n s   of   th e   p r o p o s ed   an ten na   at ,   ( a)   2 . 4 5 GHz ,   ( b )   5 . 8   G Hz   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:   2088 - 8708     A   N ew   Du a l   B a n d   P r in ted   Me ta ma teri a l   A n ten n a   f o r   RFID   R ea d er   A p p lica tio n s   ( A b d elh a d i   E n n a jih )   3513     3.   ACH I E V E M E NT   AND   M E ASURE M E N T   RE S UL T S   Af ter   v alid atio n   of   t h e   s i m u lat io n   r esu lts   of   t h e   p r o p o s ed   an ten n a   u s in g   C ST   an d   HFS S,   a   p r o to ty p e   of   t h e   f i n al   o p ti m ized   cir cu i t   w a s   f ab r icate d   u s in g   L P KF   m ac h in e.   T h e   p r o p o s ed   an ten n a   is   m a n u f ac t u r ed   on   th e   FR - 4   s u b s tr ate   w it h   a   th ic k n e s s   of   1 . 6 m m   a n d   d ielec tr ic   co n s ta n t   of   4 . 4 .   Fig u r e   1 4   s h o w s   a   p h o to g r ap h   of   th e   m a n u f ac t u r ed   an ten n a.   As   ca n   o b s er v ed ,   t h is   a n ten n a   is   s i m p le   in   f ab r icatio n ,   h as   a   s i n g le   la y er   a n d   a   to tal   s ize   of   3 0 m m   x   4 0 m m .           Fig u r e   14 .   P h o to g r ap h   of   th e   m an u f ac t u r ed   an ten n a       T h e   ex p er im e n tal   r es u lt s   of   th e   m a n u f ac t u r ed   an te n n a   ar e   m ea s u r ed   by   u s i n g   a   Vec to r   Net w o r k   An al y ze r   f r o m   R o h d e   &   Sc h war z.   T h e   co m p ar is o n   of   th e   s i m u lated   an d   th e   m ea s u r ed   r esu lts   of   S - p ar a m eter s   ar e   p r esen ted   in   Fi g u r e   1 5 .   As   s ee n   in   th e   f i g u r e,   th e   m ea s u r ed   r esu lts   h av e   a   g o o d   ag r ee m e n t   w i th   t h e   s i m u lated   r es u lts .           Fig u r e   15 .   C o m p ar is o n   of   s i m u lated   an d   m ea s u r ed   r etu r n   lo s s       T ab le   2   p r esen ts   a   s u m m ar y   of   th e   p er f o r m a n ce   of   t h e   p r o p o s ed   an ten n a   at   t h e   R FID   f r eq u en c y   b an d s   2 . 4 5 GHz   an d   5 . 8 GHz .   Fro m   t h is   co m p ar is o n ,   we   ca n   n o tice   t h at   th e   m ea s u r ed   i m p e d an ce   b an d w id th   is   h ig h er   t h an   t h e   s i m u lated   r esu lts   by   a   3 0 MH z   at   f ir s t   R FID   b an d   an d   2 1 7 MH z   at   th e   s ec o n d   R FID   b an d .       T ab le   2 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   m ea s u r e m e n t   a n d   s i m u latio n   r esu lt s     R e so n a n c e   f r e q u e n c y   ( G H z )   R e t u r n   l o ss   ( d B )   B a n d w i d t h   ( M H z )   S i mu l a t i o n   C S T   2 . 4 5   - 25   1 9 0   5 . 8   - 24   4 5 8   S i mu l a t i o n   H F S S   2 . 4 5   - 1 6 . 8 4   1 5 0   5 . 8   - 2 2 . 5   3 6 0   M e a su r e me n t   2 . 4 5   - 2 1 . 0 7   2 1 0   5 . 8   - 2 0 . 8 6   6 7 5     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 .   6 ,   Dec em b er   2 0 1 7   :    3 5 0 7 3 5 1 4   3514   T h e   p r o p o s ed   an ten n a   p er f o r m an ce s   w er e   co m p ar ed   to   s o m e   ex is ti n g   w o r k   in   th e   l iter atu r e   in   ter m   of   to tal   ar ea   o cc u p ied   by   t h e   an ten n a,   t h e   co m p a r i s o n   r e s u l ts   ar e   p r esen ted   in   T ab le   3,   we   can   co n clu d e   t h a t   th e   p r o p o s ed   an ten n a   h as   a   m i n iat u r ized   s ize.       T ab le   3 .   C o m p ar is o n   of   p r o p o s ed   an ten n a   p er f o r m a n ce   w it h   s o m e   ex is ti n g   an te n n as   R e f .   D i me n si o n s   ( mm 2 )   T o t a l   a r e a   ( mm 2 )   R e so n a n c e   f r e q u e n c y   ( G H z )   A n t e n n a   p u r p o se   [ 1 3 ]   60   x   80   4 8 0 0   2 . 4 5   M o n o b a n d   [ 1 4 ]   60   x   60   3 6 0 0   2 . 4 5 / 5 . 8   D u a l   b a n d   [ 1 5 ]   75   x   75   5 6 2 5   2 . 4 / 5   D u a l   b a n d   [ 1 6 ]   50   x   35   1 7 5 0   2 . 4 / 5 . 8   D u a l   b a n d   P r o p o se d   a n t e n n a   40   x   30   1 2 0 0   2 . 4 5 / 5 . 8   D u a l   b a n d       4.   CO NCLU SI O N   In   th i s   p ap er ,   we   p r esen t   a   n e w   d u al   b an d   p r in ted   a n t en n a   f o r   R FID   ap p licatio n s   b ased   on   m eta m ater ial,   w h ich   o p er ates   at   t w o   R FID   b an d   2 . 4 5 GHz   an d   5 . 8 GHz .   T h e   ef f ec t   of   t h e   co m p le m e n tar y   s p lit   r in g   r eso n ato r   on   t h e   an te n n a   p er f o r m a n ce s   w as   i n v esti g ate d .   T h e   p r o p o s ed   an ten n a   p r es en ts   g o o d   r esu lt s   in   ter m s   of   b an d w id t h ,   r etu r n   lo s s   an d   g ai n ,   th e s e   r es u lt s   ar e   d u e   to   t h e   i n teg r at io n   of   th e   C S R R   s tr u ct u r e   in   t h e   g r o u n d   p lan e.   T h e   p r o p o s ed   a n ten n a   w as   s i m u lated   an d   v a l id ated   by   u s in g   t w o   elec tr o m ag n et ic   s o lv er   C ST   an d   HF SS .   T h e   m a n u f ac t u r e d   an te n n a   w as   m ea s u r ed   u s i n g   a   VN A   an d   th e   m ea s u r ed   r esu lt s   ar e   in   g o o d   ag r ee m e n t   w it h   t h e   s i m u lated   o n e.         RE F E R E NC E S   [1 ]   En n a ji h   A ,   Zb it o u   J,   Err k ik   A ,   T a jm o u a ti   A ,   El   A b d e ll a o u i   L,   L a tr a c h   M.   A   n o v e l   d e si g n   of   p a ss ive   UHF   RF ID   ta g   a n ten n a   mo u n te d   on   p a p e r .   2 0 1 7   IEE E   In ter n a ti o n a l   Co n f e re n c e   on   W irele ss   T e c h n o lo g ies ,   Em b e d d e d   a n d   In telli g e n t   S y ste m s   ( W IT S ) ,   F e z ,   M o ro c c o .   2 0 1 7 ;   1 - 6 .   [2 ]   Ch a o u k i   G,   A b d e lh a k   F,   A li   G.   A   M o d if ied   F ra c tal   B o w   T ie   A n ten n a   f o r   an   R F ID   Re a d e r .   I n ter n a ti o n a l   J o u rn a l   of   El e c trica l   a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) .   2 0 1 4 ;   4 (3 ):   4 4 1 - 4 4 6 .   [3 ]   Ev iza l,   T h a re k   A ,   S h a ru l   KA ,   S ri   L   R . De v e lo p m e n t   of   RF ID   EP C   G e n 2   T a g   f o r   M u lt i   A c c e ss   Co n tr o l   S y ste m .   In ter n a t io n a l   J o u rn a l   of   E lec trica l   a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) . 2 0 1 3 ;   3 ( 6 ):   7 2 4 - 7 3 1 .   [4 ]   En n a ji h   A ,   Zb it o u   J ,   L a tra c h   M,   Err k ik   A ,   El   A b d e ll a o u i   L ,   T a j m o u a ti   A.   Du a l   Ba n d   M e ta m a teria l   P ri n ted   A n ten n a   Ba se d   on   CS RR   F o r   RF ID   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   of   M icr o wa v e   and   O p ti c a l   T e c h n o lo g y . 2 0 1 7 ;   1 2 (2 ) :   106 - 1 1 3 .   [5 ]   S o f i   A,   Ro k y   K ,   Bo u h o rm a   M ,   Ba ra k a   IH. No v e l   A n ten n a s   f o r   UHF   RF ID   T a g s:   De sig n   a n d   M in iatu riza ti o n .   In ter n a t io n a l   J o u rn a l   of   E lec trica l   a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) . 2 0 1 4 ;   4 ( 1 ):   75 - 8 0 .   [6 ]   Ch o i   J,   Kim   U ,   Ki m   T.   De sig n   of   RF ID   re a d e r   a n ten n a s   fo r   UHF   RF ID   h a n d h e l d   sy ste ms .   2011   p r o c .   In tern a ti o n a l   W o rk sh o p   on   A n ten n a   T e c h n o l o g y   (i WAT ) .   2 0 1 1 ;   33 3 6 .   [7 ]   V e se lag o   V G .   T h e   e lec tro d y n a m ics   of   su b sta n c e s   w it h   sim u lt a n e o u sly   n e g a ti v e   v a lu e s   of   ε   a n d   μ.   P h y sic s - Us p e k h i .   1 9 6 8 ;   1 0 ( 4 ):   5 0 9 5 1 4 .   [8 ]   M a rq u e s   R ,   M e sa   F ,   M a rtel   J ,   M e d in a   F.   C o m p a ra ti v e   a n a l y sis   of   e d g e -   a n d   b ro a d si d e - c o u p led   sp li t   rin g   re so n a to r s   f o r   m e ta m a teria l   d e sig n   -   T h e o r y   a n d   e x p e rim e n ts.   IEE E   T ra n s a c ti o n s   on   A n ten n a s   a n d   Pro p a g a t io n .   2 0 0 3 ;   5 1 ( 1 0 ) :    2 5 7 2 2 5 8 1 .   [9 ]   M a rq u é s   R,   M e d in a   F,   Ra f ii   ER.   Ro le   of   b ian iso tro p y   in   n e g a ti v e   p e r m e a b il it y   an d   lef t - h a n d e d   m e ta m a teri a ls.   Ph y sic a l   Rev iew   B . 2 0 0 2 ;   6 5 (1 4 ):   1 4 4 4 4 0 .   [1 0 ]   Du n - S i n d re u   M,   Na q u i   J ,   P a re d e s   F ,   Bo n a c h e   J ,   M a rtí n   F.   El e c tri c a ll y   S m a ll   R e so n a to rs   f o r   P lan a r   M e ta m a teria l   M icro w a v e   Circu it   a n d   A n ten n a   De sig n :   A   Co m p a ra ti v e   A n a l y sis.   Ap p li e d   S c ien c e s . 2 0 1 2 ;   2 ( 4 ):   3 7 5 3 9 5 .   [1 1 ]   K a ri m z a d e h   B K ,   Da d a sh z a d e h   G ,   Kh a ra k h il i   F G .   Us in g   of   C S RR   a n d   i ts   Eq u iva le n t   Circ u it   M o d e l   in   S ize   Red u c ti o n   of   M icr o strip   An ten n a . 2 0 0 7   p ro c .   A sia - P a c if ic   M icro w a v e   Co n f e re n c e .   2007;   1 4.   [1 2 ]   Ye o m a n   MS,   O   ’n e il l   M A .   Imp e d a n c e   M a tch in g   of   T a g   An te n n a   to   M a x imize   RF ID   Rea d   R a n g e s   ;   De sig n   Op ti miza ti o n .   2 0 1 4   p ro c .   COM S OL   Co n f e re n c e .   2014.   [1 3 ]   Al - S h a h e e n   A , .   Ne w   P a tch   An ten n a   f o r   Ism   Ba n d   At   2 . 4 5   G h z .   ARPN   J o u rn a l   of   En g i n e e rin g   a n d   Ap p li e d   S c ien c e s.   2 0 1 2 ;   7 ( 1 ):   1 9 .   [1 4 ]   Ra n i   M S A ,   Ra h im   S K A ,   T h a re k   A R,   P e ter   T,   Ch e u n g   S W .   D u a l - b a n d   T r a n sp a re n t   A n ten n a   fo r   IS M   Ba n d   Ap p li c a ti o n s . 2 0 1 3   p ro c .   P ro g re ss   in   El e c tro m a g n e ti c s   Re se a rc h   S y m p o siu m ,   T a ip e i . 2 0 1 3 ;   4 9 0 4 9 3 .   [1 5 ]   Wu   J W .   2 . 4 /5 - G Hz   d u a l - b a n d   tri a n g u lar   slo t   a n ten n a   w it h   c o m p a c t   o p e ra ti o n .   M icr o wa v e   and   Op ti c a l   T e c h n o l o g y   L e tt e rs .   2 0 0 5 ;   4 5 (1 ):   81 8 4 .   [1 6 ]   P a n d a   JR,   Ks h e tri m a y u m   RS .   A   P ri n ted   2 . 4   G h z /5 . 8   G h z   Du a l - Ba n d   M o n o p o le   A n ten n a   w it h   A   P r o tru d in g   S t u b   in   T h e   G ro u n d   P lan e   f o r   W lan   A n d   Rf id   A p p li c a ti o n s.   Pr o g re ss   In   E l e c tro ma g n e ti c s   Res e a rc h .   2 0 1 1 ;   1 1 7 :   4 2 5 4 3 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.