I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 ,   pp.   901 ~ 912   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 6 . i 2 . pp 90 1 - 912             901     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   In se t - f e d  m ic r ost r ip  p at c h  an t e n n a op t i m i z at io n  f or  2.4 G Hz   u si n g s u r r ogat e  m od e l  assi st e d  d iff e r e n t ia l  e v ol u t io n   m ac h i n e   le ar n in g al gor ith m       M agn ou d e wa   Al ab a 1 ,   Dom in ic  B e r n ar d   On yan go  K on d it i 2 ,  Vi t al ice   K al e c h a  Od u ol 3   1 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a l  E ngi n e e r in g  ( T e l e c omm uni c a ti o n O pt io n ) , P a n A f r i c a n U ni v e r s it y ,  I ns ti tu t e   f o r   B a s ic  S c i e n c e s   T e c h no l o g y   a nd I nnov a ti o n ( P A U S T I ) , N a ir o bi ,  K e n y a   2 S c h oo l  of  E l e c tr ic a l  a nd E l e c tr o n ic s  E ngi n e e r in g,  T e c hni c a l  U ni ve r s it y   of   K e n y a  ( T U K ) , N a ir o bi ,  K e n y a     3 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a l  a nd I n f or ma ti o n E ngi n e e r in g, F a c ul t y of   E ngi n e e r in g, U ni ve r s it y   of  N a ir o bi   ( U o N ) , N a ir o bi ,  K e n y a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d  M a r   15 ,   202 4   R e vi s e d  J u n   25 ,  202 4   A c c e pt e d  J u l   20 ,   202 4       I n   t h i s   w o r k ,   w e   h av e   u s ed   t h e   s u rr o g at e   m o d e l   as s i s t e d   d i ff e r e n t i a l   e v o l u t i o n   (S A D E A )  t o   m o d e l   a  o n e   an d   t w o - e l emen t   i n s e t - fed   p at ch   an t e n n a   array   t o   o p t i m i z e  i t s   p arame t e rs   f o r  e ff i c i en cy   an d   u s ab i l i t y .   T h e  mi c r o s t ri p   p at c h   an t en n as   o p e rat e s   i n   a  fre q u en cy   b an d   o f  2 . 4   G H z.   T h e   o p t i m i zat i o n   p ro ce s s   fo cu s ed   o n   f i n e - t u n i n g   t h e   p at c h   l en g t h ,   p at c h   w i d t h ,   an d   n o t c h   w i d t h   t o   e n h an ce  k ey   p e rfo r m a n ce   me t ri c s   d i r ec t i v i t y ,   r e t u rn   l o s s ,   an d   b an d w i d t h .   T h e   d e s i g n   i s   m a d e   i n   CST   s o ft w ar e   w i t h   an   FR - 4   s u b s t rat e   an d   s i mu l at ed   i n   t h e   A D E 1 . 0   s o ft w ar e   a  M A T L A B  t o o l b o x .   Si g n i f i c an t   e n h an cemen t s   w e r e   a ch i ev e d   i n cl u d i n g   a  d i r ec t i v i t y   g ai n   o f   3 . 0 4   d B,   an d   5 . 5 8   d B  a  re t u rn   l o s s   o f  - 1 9   d B,   - 1 6   d B,   a n d   an   ex p an d e d   i m p e d a n ce  b an d w i d t h   fro m   0 . 0 7 9 8   G H z,   0 . 0 5 8 8   G H z  t o   0 . 0 9 5 1   G H z,   0 . 0 8 2 4   G H z  re s p ec t i v el y .   T h e  an t en n a   w as   co n s t ru c t ed   a n d   t h e n   meas u re d .   T h e  fi n d i n g s   s h o w e d   t h at   t h e  me as u r eme n t s   an d   t h e  fab ri c at i o n   p ro ce s s   c l o s el y   m at ch e d ,   e s p ec i a l l y   i n   t e r m s   o f  r e t u r n   l o s s .   K e y w o r d s :   A DE   E x pa n de d  ba n dw i dt h   I n s e t - f e d  pa t c h   P a r a m e t e r   o p t i mi z a t i o n   P e r f o r m a n c e   m e t r i c s     S A DE A     Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   M a g n o ude wa   Al a b a   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i ne e r i n g  ( T e l e c o m m u ni c a t i o n   Opt i o n )   P a n   Af r i c a n   U ni ve r s i t y ,   I ns t i t u t e   f o r   b a s i c   S c i e n c e   T e c hn o l o g y   a n d  I nn o v a t i o n   ( P A UST I )   Na i r o bi ,   K e ny a   E m a i l :  a l a b a . m a g n o ude wa @s t ude n t s . j kua t . a c . ke       1.   I NT RODU C T I ON   T h e   e v e r - gr o wi n g  po pu l a t i o n   a n d  hi g h   de m a n d  f o r   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s   r e qu i r e   r e l i a ble   a n d  e f f i c i e n t   da t a   t r a n s f e r   c o m m u ni c a t i o n   whe r e   a n t e nn a   p l a y   a   ke y   r o l e   [ 1] .   T o  m a xim i z e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   e n g i ne e r ' s   de s i g n s ,   o p t i mi z a t i o n   i s   t y p i c a ll y   r e qu i r e d   a c r o s s   a l l   e n g i ne e r i ng  s pe c i a l t i e s   [ 2] .   T h e   f u n da m e n t a l   m i c r o s t r i p  pa t c h   a n t e nn a   c o ns i s t s   o f   a   r a di a t i n g  pa t c h ,   us ua ll y   c o m po s e d  o f   c o n duc t i v e   m a t e r i a l s   li ke   c o ppe r   o r   g o l d,   o n   o n e   s i d e   o f   a   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e   a n d  a   gr o un d  p l a n e   o n   t h e   ot h e r   [ 3] .   T h e   2. 4  GH z   f r e qu e n c y   b a n d  i s   w i de ly   us e d  i n   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   ( I oT )   due   to  i t s   c o m pa t i bil i t y   w i t h   e xi s t i n g  t e c hn o l o g i e s ,   v e r s a t i l e   r a n g e ,   c o s t - e f f e c t i v e n e s s ,   a n d  g l o b a l   s t a n da r d i z a t i o n   [ 4] .   Al t h o ugh   o p t i mi z a t i o n   c a n   i m p r o v e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   a n t e nn a s ,   c o n v e n t i o n a l   t e c hni qu e s   a r e   c o m put a t i o n a ll y   c o s t l y   [ 5] .   T h e   de v e l o p m e n t   o f   s ur r o ga t e   m o de l - a s s i s t e d  d i f f e r e n t i a l   e v o l ut i o n  f o r   a n t e nn a   s y n t h e s i s   ( S A DE A )   o f f e r s   a   s i gnif i c a n t   im pr o v e m e n t   i n   e f f i c i e n c y   o v e r   c o nv e n t i o n a l   m e t h o ds   to   t a c kl e   t hi s   i s s ue   [ 6] .   S A DE A   o pt i m i z e s   a n t e nna   de s i g n s   e f f i c i e n t l y   by   c o m bi n i ng  d i f f e r e n t i a l   e v o l ut i o n   ( DE )   wi t h   s ur r o ga t e   m o de l i ng,   whi c h   i s   e s pe c i a ll y   us e f u l   f o r   i n t r i c a t e   s y s t e m s .   An t e nna   de s i g n   e x p lo r e r   ( A DE )   i s   a   t oo l   de s i g n e d  t o   h e l p  a n t e nn a   e n g i ne e r s   e x pl or e   de s i gn s   m or e   e f f e c t i v e l y   wi t h   S A D E A   by   gi vi n g  pr i o r i t y   to  f un c t i o n a l i t y ,   g e n e r a l i t y ,   a n d   us a bi l i t y   [ 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 :   90 1 - 912   902   T h e   o p t i mi z a t i o n   o f   a   r e c t a n gu l a r   i ns e t - f e d  pa t c h   mi c r o s t r i p  a n t e nn a   f o r   I o T   a ppl i c a t i o n s   us i ng  t h e   ( S A DE A )   a l go r i t hm   i s   pr o p o s e d.   S i n g h   a n d   T r i pa t hi   [ 8]   c o n duc t e d   a   s ur v e y   on   m i c r o s t r i p  pa t c h   a n t e n n a s ,   hi g hli g h t i n g  t h e i r   a dv a n t a ge s   o v e r   c o n v e n t i o n a l   mi c r o wa v e   a n t e nna s   l i ke   r e duc e d  we i g h t ,   v o l u m e ,   a n d  c o s t .   T h e y   e x p l o r e d   d i f f e r e n t   t y pe s ,   f e e d i ng  t e c h ni que s ,   a n d  a pp l i c a t i o n s ,   c o m pa r i ng  t h e m   to   tr a di t i o n a l   mi c r o wa v e   a n t e nn a s .   T h e   s ur v e y   a l s o   e x p l o r e d  a r r a y   c o nf i gur a t i o ns   to   a dd r e s s   dr a wb a c k s   l i k e   l o w  ga i n   o r   l i mi t e d  po we r   h a n d li ng   c a pa c i t y .   Ov e r a l l ,   t h e   s u r v e y   p r o v i de d   a   c om pr e h e n s i v e   o v e r vi e w  o f   m i c r o s tr i p   pa tch   a n t e n n a s .     K h a l i l uz z a m a n   e t   al .   [ 9 ]   h a v e   de v e l o pe d  a   ne w  H - s h a p e d  w i d e b a n d  m i c r o s t r i p  pa t c h   a n t e nna   f o r   w i r e l e s s   l o c a l   a r e a   n e t wo r k  ( W L AN )   a pp l i c a t i o ns   a t   4  GH z .   T h e   a n t e nna ,   m a de   o f   R o ge r s   R T - 5880  s ubs t r a t e ,   f e a t ur e s   a   r e c t a n gu l a r   pa t c h   w i t h   d i m e ns i o n s   o f   29. 6  m m   w i dt h   a n d  24. 5  m m   l e n gt h .   T h e   a n t e nn a ' s   pe r f o r m a n c e   wa s   e nh a nc e d  by   i nc o r po r a t i n g  a   pa i r   o f   s li t s   a l o n g  a   r a d i a t i n g  e dge ,   r e s u l t i ng  i n   s upe r i o r   b a n dw i dt h   a n d   m u l t i p l e   r e s o n a n t   f r e que n c i e s .   T hi s   a n t e nn a   h o l d s   pot e n t i a l   f o r   w i de s pr e a d  W L A N  a pp li c a t i o n s .   S i nha   e t  al.   [ 10]   de v e l o pe d  a   2 × 2  r e c t a n gu l a r   m i c r o s t r i p  p h a s e d  a r r a y   a n t e nn a   f o r   g l o ba l   s y s t e m   f o r   m o bil e   c o m m u ni c a t i o n  ( GSM )   a ppl i c a t i o ns .   T h e   de s i g n ,   t e s t e d   us i n g  a   hi g h - f r e que nc y   s t r uc t ur e   s i m u l a to r   ( HF S S )   s i m u l a t o r   o n   a   1. 5   c m   t hi c k  R T   Dur o i d  s u b s t r a t e ,   a c hi e v e d  s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   a t   900  M Hz   c e n t e r   f r e que n c y .   S i m u l a t e d  r e s u l t s   s h o we d  ga i n   v a l ue s   a v e r a g i ng  13 - 14   dB i ,   i de a l   f o r   GSM   a ppl i c a t i o n s .   T h e   a n t e nn a 's   e f f i c a c y   wa s   c o nf i r m e d  t h r o ugh   m e a s ur e d  a n d  s im u l a t e d  da t a   f o r   r e s o n a n t   f r e que n c y ,   r e t ur n   l o s s ,   a n d  r a d i a t i o n   pa tt e r n s .   T h e   s t udy   by   V i j a y a l a ks hmi   a n d  R u b a s r i   [ 11]   f o c us e d  o n   de s i g ni ng  a n d  s i m u l a t i n g  m i c r o s tr i p   c i r c u l a r   pa t c h   a n t e nn a   a r r a y s   us i ng  e dge   f e e d in g  t e c hni que s   f o r   W L A N  a pp li c a t i o ns   o n   t h e   2. 4  GH z   f r e qu e n c y   r a n ge .   T h e   a n t e nn a s   we r e   m a de   w i t h   F R - 4  E p o xy   G l a s s   S ub s t r a t e   f o r   i m pr o v e d  pe r f o r m a n c e .   T h e   HF S S   s o f t wa r e   too l   wa s   us e d  to   s i m u l a t e   t h e   a r r a y s   a n d  e v a l ua t e   pa r a m e t e r s   l i ke   ga i n ,   r e t ur n   l o s s ,   r a d i a t i o n   pa tt e r n ,   a n d  v o l t a ge   s t a n d i n g  wa v e   r a t i o   ( VSW R )   a t  hi g h   f r e qu e n c i e s ,   a n d  a n   8 × 8  m u l t i p l e - i n put   m u l t i p l e - o u t pu t  ( M I M O )   a n t e n n a   a r r a y   wa s   de v e l o p e d,   c a p a bl e   o f   t r a n s m i t t i n g  s i g n a l s   up  to  - 20   dB m   w i t hi n   62   mm   s pa c e   a n d  pr o vi d i ng  a   5  dB   ga i n   o v e r   t h e   f r e que nc y   r a n ge   o f   2. 40   GH z   to   2. 5   GH z .   T h e   r e s e a r c he r s 's   s t ud y   f o c us e d  o n   d e s i g ni ng  mi c r o s tr i p  pa t c h   a n t e nn a s   us i n g  a n   a r t i f i c i a l   n e ur a l   n e t wor k  ( A NN )   m o de l   i n   [ 12] .   T h e i r   i nn o v a t i v e   a ppr o a c h   i nv o l v e d  i n   r e duc e   gr o un d  s i z e   to   a c hi e v e   a n   u l t r a w i de b a n d  f r e qu e n c y  r a n ge ,   a   t e c h ni que   t h a t   o u t pe r f o r m s   t r a di t i o n a l   e l e c t r o m a gn e t i c   s im u l a t i o n   s o f t wa r e .   T h e   m e t h o d  e x t r a c t s   c r uc i a l  pa r a m e t e r s   f o r   a n t e n n a   de s i g n   a t   s pe c i f i c   f r e qu e n c i e s ,   e l im i na t i n g  t h e   n e e d  f o r   i t e r a t i ve   pr o c e dur e s   o r   e x pe ns i ve   s o f t wa r e   pa c ka ge s .   T h e   s t udy   c o m pa r e s   t h e   A NN   r e s u l t s   w i t h   e x pe r i m e n t a l   da t a ,   f i n d i ng  t h e   r a d i a l  b a s i s   f u n c t i o n   n e t wor k  f o r   i t s   a c c ur a c y   a n d  s pe e d  in   i m p l e m e n t i n g  t h e   pr o p o s e d  a n t e n na   de s i g n .   Dun da r   e t  al.   [ 13]   i nv e s t i g a t e d  t h e   us e   o f   a r t i f i c ia l   i n t e l li g e n c e   ( A I )   i n   de s i g ni ng  a n d  o p t i mi z i ng   mi c r o s t r i p  a n t e nn a s .   I t   us e d  da t a   f r o m   144  s im u l a t i o n s   u s i n g  H y pe r - L y nx®  3D  E M   e l e c t r om a g n e t i c   s i m u l a t o r   a n d  t w o   m a c hi ne   l e a r ni n g  m o de l s :  t h e   m u l t i l a y e r   pe r c e pt r o n   ( M L P )   a n d  t h e   K - n e a r e s t   n e i g hb o r s   a l go r i t hm   m o de l .   T h e   f i r e f ly   a l go r i t hm   i s   us e d  f o r   o p t i m i z a t i o n ,   e n a bli ng  s im u l a t i o n   o f   t h e   a n t e nna   m o de l   us i n g  C S T   S t udi o   S u i t e   2011  s o f t wa r e .   T h e   r e s e a r c h   hi g hli g h t s   t h e   pot e n t i a l   o f   A I   i n  i m pr o vi ng  mi c r o s t r i p  a n t e nn a   de s i g n   a n d  o pt i mi z a t i o n   pr o c e s s e s .   Go uda   a n d  M e h t a   [ 14]   e x p l o r e d  s o f t wa r e   c o s t  e s t i m a t i o n  i n   e a r ly  s t a ge s   o f   s o f t wa r e   de v e l o p m e n t   by   i n t r o duc i n g  n o v e l   a da pt i v e   m ut a t i o n   o pe r a to r s ,   i nc l ud i ng  a   s y ndr o m e   a da pt i v e   m ut a t i o n   o pe r a to r ,   to   e n h a n c e   s o l ut i o n   d i ve r s i t y .   T h e y   u s e d  m e t a - h e ur i s t i c   a l go r i t hm s   t o  o p t i mi z e   m a t h e m a t i c a l   a n d  s o f t wa r e   m o de l s ,   o f f e r i n g  s o l ut i o n s   f o r   a c c ur a t e l y   pr e d i c t i n g  s o f t wa r e   pa r a m e t e r s .   C o m pa r a t i v e   a n a ly s e s   s h o w  s upe r i o r   m ut a t i o n   r e s u l t s   c o m pa r e d  to   s t a n da r d  a l go r i t hm s ,   de m o n s t r a t i n g   e nh a nc e d  pr e d i c t i ve   c a pa bil i t i e s   f o r   c o s t   e s t i m a t i o n   a n d  po t e n t i a l   f o r   a c c ur a t e   s o f t wa r e   pa r a m e t e r   f o r e c a s t i n g.   A   s e l f - a d a pt i v e   c o l l a b o r a t i ve   d i f f e r e n t i a l   e v o l ut i o n   a l go r i t hm   ( S A DE A )   to  s o l v e   t h e   E R M   pr o bl e m   u n de r   un c e r t a i n t y   wa s   pr o p o s e d   i n   [ 15] .   S A DE A   us e s   a   t h r e e - s t a ge   a da p t i v e   c o l l a b o r a t i o n   s t r a t e gy ,   i n c l ud i ng   b o un da r y   r a n do m i z a t i o n ,   kn o w l e dge - a s s i s t e d  c o l l a b o r a t i o n ,   a n d  r a n ge   r e s t r uc t ur a t i o n ,   to   ge n e r a t e   c o l l a b o r a t i v e   s o l ut i o ns .   D i f f e r e n t   DE   s tr a t e gi e s   a r e   s e l e c t e d  b a s e d  o n   c o un t   v a l ue s   a n d  r a n do m   f a c t o r s .   T h e   a l go r i t hm 's   l e g i t i m a c y   a n d  r o b us t n e s s   a r e   e n s ur e d  t h r o ugh   b o un da r y   c o n t r o l ,   e l i t e   s e l e c t i o n ,   a n d  r e t e n t i o n .   C o m pa r e d  t o   ot h e r   a l go r i t hm s ,   S A DE A   o ut pe r f o r m s   t h e m   i n   o bj e c t i v e   f u nc t i o n ,   r a n k i n g  i n d e x ,   a n d   c o n v e r ge n c e ,   m a k i ng  i t   e f f e c t i v e   i n   h a n d li ng  u n c e r t a i n t y .   T h e   r e s e a r c h e r s   pr e s e n t e d  a   m e t h o d  f o r   o p t i m iz i n g  h u m a n   a c t i vi t y   r e c o gni t i o n   ( HA R )   us i n g  a   S A DE A - I   [ 16] .   T h e   a ppr o a c h   r e f i ne d  s i g na l   pr o c e s s i ng,   a da pt i ve   t h r e s h o l d i ng,   a n d  c l a s s if i c a t i o n   pa r a m e t e r s ,   r e s u l t i n g  i n   a c c ur a c i e s   o f   89. 41%   a n d  93. 54% ,   r e s pe c t i v e ly .   T h e   m e t h o d  wa s   e v a l u a t e d  wi t h   s uppor t  v e c to r   m a c hi ne   ( S VM )   a n d  Al e x Ne t ,   hi g hli g h t i n g  i t s   pe r f o r m a nc e   i m pr o v e m e n t s ,   a n d  a l s o   o f f e r e d  a dv a n t a ge s   l i ke   c o n t a c t l e s s   o pe r a t i o n   a n d  pr i va c y   pr e s e r va t i o n .   T h e   m e t h o d  s h o we d  s i g nif i c a n t   a c c ur a c y   e nh a nc e m e n t s   c o m pa r e d  t o   m a n ua ll y   t un e d  s y s t e m s ,   w i t h   S AD E A - I   o p t i mi z a t i o n   l e a d i ng  t o   s ub s t a n t i a l   r e duc t i o n s   i n   e r r o r   r a t e s .   T h e   s t udy   i n   [ 17] ,   f o c us e d  o n   o p t i mi z i ng  a   bo w t i e - d i po l e   a n t e nn a   f o r   t h r o ugh - t he - wa l l   i m a g i ng   us i n g  a   hy br i d  a ppr o a c h   t h a t   c o m bi ne d  f i n i t e   d i f f e r e n c e   t i m e   do m a i n  a n d  m e t h o d  o f   m o m e n t ' s   c o m p ut a t i o n a l   e l e c t r o m a g n e t i c   t e c hni que s .   T h e   a n t e nn a   s h a pe s   w e r e   pa r a m e t e r i z e d  us i ng  t h e   S A DE A ,   whi c h   i n t e gr a t e s   t h e   c a pa bi li t i e s   o f   a   C S T   m i c r o wa ve   s t udi o   e l e c t r o m a gn e t i c   de s i g n   e nvi r o nm e n t   wi t h   M A T L AB   c o m pu t i n g  a n d   pr o g r a m mi ng.   T h e   c o m pa c t   ul t r a - wi d e b a n d  a n t e nn a ,   m e a s ur i n g  12. 87   mm × 28. 62   m m ,   i s   a c hi e ve d  wi t h  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         I ns e t - f e d  mic r os tr ip  patch  antenna  opti miz ati on   f o r   2. 4  GH z   us ing  …  ( M agnoude w a  A laba )   903   o p t i m a l   pa r a m e t e r s .   T h e   a u t h o r   i n t r o duc e d  t h e   DE   a l go r i t hm ,   r e n o w n e d  f o r   i t s   hi g h   r e s o l ut i o n   a n d   o p t i mi z a t i o n   s pe e d  i n   c o n t i n uo us   s pa c e s .   A   s o l ut i o n   f o r   o p t i m i z i ng  a n t e nn a   de s i g ns   i n   c omm e r c i a l   e l e c t r o m a g n e t i c   s im u l a t i o n   s o f t wa r e   kn o wn   a s   A DE   wa s   i n t r o duc e d.   I t  i n c o r p o r a t e s   a dv a n c e d  a n t e nna   de s i g n  e x p l o r a t i o n   m e t h o ds ,   e f f i c i e n t   o p t i mi z a t i o n ,   a n d  m u l t i - o bj e c t i v e   o p t i mi z a t i o n .   A DE   o f f e r s   us a bil i t y   f e a t ur e s ,   a uto m a t i c   pa r a m e t e r   s e tt i n g,   a n d  i n t e r a c t i v e   s t o pp i ng  c r i t e r i a .   I t   i s   c o m pa t i bl e   w i t h   e xi s t i n g  s im u l a t o r s   a n d  o p t i mi z e r s   [ 18] .   T h e   l i t e r a t ur e   r e vi e w  hi g hli g h t s   t h e   p ot e n t i a l   o f   S A DE A   i n   i m pr o vi ng   a n t e nn a   de s i g n s ,   b ut   t h e r e   i s   li mi t e d  r e s e a r c h   o n   o p t i m i z i ng  S A DE A   f o r   hi g h   ga i n ,   r e t ur n   l o s s   a n d  o t h e r   pa r a m e t e r s   i n   pa tch   a r r a y   a n t e nn a s ,   pa r t i c u l a r ly   f o r   I o T   a ppl i c a t i o n s .   T h e   pa pe r   e x p l o r e s   t h e   o p t i m i z a t i o n   o f   a n   a n t e nn a   o pe r a t i n g  a t    2. 4  GH z   us i n g  t h e   S A DE A   a l go r i t hm .   T o   i m pr o v e   im po r t a n t   pe r f o r m a n c e   pa r a m e t e r s   i n c l ud i ng  d i r e c t i vi t y   ga i n ,   r e t u r n   l o s s ,   a n d  ba n dw i dt h ,   t h e   o p t i m i z a t i o n   m e t h o d  c o n c e n t r a t e d   o n   a dj u s t i n g  s e v e r a l   pa r a m e t e r s ,   i nc l ud i ng  t h e   l e n gt h   a n d  w i dt h .   A dd i t i o n a ll y ,   t h e   s t udy   e m p ha s i z e d  t h e   s i g ni f i c a nc e   o f   e f f e c t i v e   a n t e nn a   de s i g n   i n   r e duc i ng  pr o pa ga t i o n   l o s s e s   i n   I o T   t e c hno l o g i e s ,   a s   w e l l   a s   t h e   c r uc i a l   r o l e   o pt i m i z a t i o n   t e c hni que s   p l a y   i n  c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s .   T h e   e x pa n d i ng  i m po r t a n c e   o f   M A T L A B   i n   c o m m u ni c a t i o n   e n g i n e e r i n g  i s   r e f l e c t e d   i n   t h e   pa pe r ' s   d i s c us s i o n   o f   t h e   us e f u l ne s s   o f   A DE   s o f t wa r e ,   a   M A T L A B   t oo l b o x ,   a n d  t h e   C S T   s ui t e   f o r   a n t e nn a   de s i g n   a n d  s im u l a t i o n .   A dd i t i o na ll y ,   t h e   DE   a l go r i t hm   i s   i n t r o duc e d,   r e n o wn e d  f o r   i t s   e f f e c t i v e n e s s   i n   a n t e nn a   de s i g n   a n d  a n a ly s i s ,   o f f e r i n g  hi g h   r e s o l ut i o n   a n d  o pt i m i z a t i o n   s pe e d  i n  c o n t i n uo us   s pa c e s .   I n   s u mm a r y ,   t h e   pa pe r   de m o n s t r a t e s   t h e   e f f i c a c y   o f   t h e   S A DE A   a l go r i t hm   i n   o pt i mi z i ng  m i c r o s t r i p   a n t e nn a   pe r f o r m a n c e ,   un de r s c o r i n g  t h e   s i g ni f i c a nc e   o f   e f f i c i e n t   a n t e n n a   de s i g n   i n   a ddr e s s i ng  t h e   c h a ll e n ge s   po s e d  by   I o T   t e c h n o l o g y .   T hi s   s t udy   f o c us e s   o n   c r e a t i n g  o n e   a n d  t w o  m i c r o s t r i p  pa t c h   a n t e nn a s   us in g  C S T   S t udi o ,   t h e n   s im u l a t i n g  t h e   r e s u l t s   us i ng  A DE   s o f t wa r e   to   o p t i mi z e   t h e   C S T   s o f t wa r e   o r i g i na l   d e s i g n .   T h e   s t r uc t ur e   o f   t h e   pa pe r   i s   a s   f o l l o w s :  t h e   l i t e r a t ur e   r e vi e w  i s   c o v e r e d  i n   t h e   s e c o n d  s e c t i o n ,   t h e   m e t h o do l o g y   i s   de s c r i be d  i n   t h e   t hi r d,   t h e   r e s u l t s   a r e   pr e s e n t e d  a n d  d i s c u s s e d  i n   t h e   f o ur t h ,   a n d  c o n c l ud i ng  i n  t h e   f i na l   s e c t i o n .       2.   M E T HO D     T h e   pr o p o s e d  a n t e nn a   de s i g n   m e t h o d o l o g y   i nv o l v e s   c o n c e pt ua l i z i ng ,   c r e a t i n g,   o pt i m i z i ng,   a n d   f a b r i c a t i n g  t h e   f i na l   d e s i g n .   I ni t i a l   de s i g n   c o n s ider a t i o n s   i n c l ude   s e l e c t i n g  t h e   a n t e nn a   t y pe ,   de ter m i n i ng  pa r a m e t e r s ,   a n d  a pp lyi ng  o p t i mi z a t i o n   t e c hni q ue s .   T h e   a n t e nn a   i s   t h e n   f a b r i c a t e d  us i n g  a p pr o p r i a t e   t e c h ni que s   a n d  m a t e r i a l s   f o r   c o n s i s t e n c y   a n d  r e l i a bil i t y .     2. 1 .    Ant e n n a  d e s ign   a n d   d im e n s ion   I n   t h e   r e a l m   o f   a n t e nn a   e n g i ne e r i ng,   t h e   m i c r o s t r i p  pa t c h   a n t e nn a   i s   i n ge ni o u s l y   de p i c t e d  wi t hi n   t h e   " T r a n s mi s s i o n   L i ne   m o de l " .   He r e ,   i n   F i gur e   1  th e   a n t e nn a   m a t e r i a l i z e s   a s   a   pur po s e f u l   c o n duc t o r   wi t h  de f i ne d  d i m e ns i o n s   a   w i dt h   de n ot e d  a s   'W , '   a   h e i g h t   s pe c i f i e d  a s   'h , '   a n d  a   d i s t i n c t   l e n gt h   i de n t i f i e d  a s   'L ' ,   a s   s h o w n   i n   F i gur e   1( a ) .   N ot a bl y ,   t h e   a n t e n na ' s   he i g h t   ' h'   i s   i n t r i c a t e l y   c a li br a t e d  wi t hi n   t h e   n ua n c e d  r a n ge   o f   0. 333   λ ₀   to  0. 5   λ₀   a s   F i gur e   1( b )   i ll u s t r a t e .  A dd i n g  a   l a y e r   o f   s o phi s t i c a t i o n ,   t h e   s ub s t r a t e ,   o f t e n   f a s hi o n e d   f r o m   F R - 4,   c o n t r i b ut e s   to  t h e   a n t e nn a 's   o v e r a l l   pe r f o r m a n c e ,   e m p h a s i z i ng  a   s e a ml e s s   f u s i o n   o f   m a t e r i a l   s c i e n c e   a n d  e l e c t r o m a g n e t i c   pr e c i s i o n .   F i gur e   1( c )   i s   t h e   f a b r i c a t e d  vi e w  o f   t h e   s i n g l e   mi c r o s t r i p  a n t e nn a .   F i gur e   2  s h o ws   t h e   pe r s pe c t i v e ,   f r o n t ,   a n d  f a b r i c a t e d  vi e w  o f   t h e   t w o  e l e m e n t s .   F i gur e   2( a )   r e v e a l s   t h e   pe r s pe c t i ve   vi e w  a n d  t h e   l a y e r   o f   t h e   a n t e nn a   whil e   F i gur e   2( b )   s h o ws   t h e   f r o n t   vi e w.   T h e   e f f e c t i ve   f u n c t i o ni ng  o f   a   mi c r o s t r i p  a n t e nn a   i s   i n t r i c a t e l y  t i e d  t o  i t s   d i m e ns i o n s   a s   s h o wn   i n  F ig ur e   1 ,   w hi c h   a r e   de t e r m i ne d  by   e s t a bli s he d  de s i g n   e qua t i o ns .   T h e s e   e qua t i o n s   a c t   a s   e s s e n t i a l   gu i d e s ,   e n a bli ng  t h e   c a l c u l a t i o n  o f   s pe c i f i c   pa t c h   d im e n s i o ns   c r i t i c a l   f o r   a c hi e vi n g  o p t i m a l   a n t e nn a   pe r f o r m a n c e .   T h e y   o f f e r   a   s y s t e m a t i c   f r a m e wo r k  f o r   a r r i vi ng  a t   t h e   n e c e s s a r y   d im e ns i o n s ,   e n s ur i ng  t h e   a n t e nn a   m e e t s   t h e   de s i r e d   pe r f o r m a n c e   c r i t e r i a .   F i gur e   2( c )   i s   t h e   f a b r i c a t e d  vi e w  o f   t h e   doubl e - pa t c h   m i c r o s t r i p  a n t e nn a .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   1 .  S i n g l e   pr o p o s e d  M P A   vi e w  l a y o ut   i n   C S T   m i c r o wa v e :   ( a )   f r o n t ,   ( b )   b ott o m ,   a n d   ( c )   m e a s ur e d    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 :   90 1 - 912   904         ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   2 .  M P A   a r r a y   1 × 2  or   d o ubl e   vi e w  l a y o ut   i n   C S T   m i c r o wa v e :   ( a )   pe r s pe c t i v e ,   ( b )   f r o n t ,   a n d    ( c )   m e a s ur e d       De s i g n   s t e ps   a r e   a s   f o l l o w s :   e f f e c t i v e   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t ,  rf f   Us i ng  t h e   f o r m u l a   by   [ 19] ,   [ 20]   T h e   r e l a t i v e   e f f e c t i v e   pe r m i t t i vi t y   i s   c a l c u l a t e d  f r o m   t h e   v a l ue   o b t a i ne d  f r o m   ( 1) .        =   (   + 1 ) 2   + (   − 1 ) 2   [ 1 + 12 ℎ ] − 1 2   ( 1 )     W h e r e   h   i s   t h e   t h i c k n e s s   o f   t h e   s ubs t r a t e   i n   m m ,   W p  i s   t h e   w i dt h   o f   t h e   pa t c h   i n   m m .   T h e   pa t c h   w i dt h ,        =   2 √   + 1 2     ( 2 )     E f f e c t i v e   l e n gt h ,   L e ff ,        =   2 √             =   + 2 ∆   ∆   = 0 . 412ℎ   (    + 0 . 3    − 0 . 258 )   +   ( ) ℎ   + 0 . 264 ( ) ℎ   − 0 . 2 58                   ( 3 )     W h e r e ,   L p= l e n gt h   o f   pa t c h ,  εe f f = e f f e c t i v e   s u bs t r a te ,  W p= w i dt h   o f   pa t c h + ∆ L = f r i ng i ng  f i e l d  o f   t h e   a n tenn a   Gr o un d  di m e ns i o n s ,      =   6ℎ +       = 6ℎ +    ( 4 )     w h e r e   W g   a n d  L g  a r e   t h e   gr o un d  pl a ne ' s   w i dt h   a n d   l e n gt h ,   r e s pe c t i v e ly ,   i n   m il li m e t e r s .   T h e   a n t e nn a   pa r a m e t e r s   o u t l i ne d  i n   t hi s   s t ud y   a r e   c o m put e d  a n d  s i m u l a t e d  us i n g  C S T   M i c r o wa v e   S t udi o .   T h e   s ubs t r a t e   e m p l o y e d  i s   F R - 4,   c h a r a c t e r i z e d  by   a   r e l a t i ve   pe r m i t t i vi t y   o f   4. 3.   T h e   s c h e m a t i c   o f   t h e   mi c r o s t r i p  a n t e nn a   de s i g n   i s   il l us t r a t e d   i n   F i gur e s   1  a n d  2.   T h e   a n t e nn a   d i m e ns i o n s   a r e   o u t l i ne d  i n   a   T a bl e   1 .       T a bl e   1.   A n t e nn a   pa r a m e t e r s   a n d  d i m e ns i o n   P a r a me t e r   D im e ns i o n ( mm )   F r e qu e n c y   2.4 GH z   G r o und   L e ng th ,  L g   39   G r o und W id th , W g   48   L e ngt h  of  t he  pa t c h  L p   29   w id th  of   th e  pa t c h W p   38   H e ig ht   of  s ubs tr a te   1.6   D ie l e c t r i c  C o ns ta nt   4.3   F e e dl in e  i ns e r ti o n,  f i   1.6   L o s s   T a ng e nt   0.025   W id th  of   f e e dl in e , W f   3.13   Gr o und  T hi c kne s s , H t   0.035       2 . 2 .     Op t im iz at ion   of   a n t e n n a  u s in g   t h e   S AD E A  al go r it h m   S A DE A   i n t e gr a t e s   t h e   DE   a l go r i t hm   f o r   pa r a m e t e r   o p t i mi z a t i o n   a n d  t h e   g a us s i a n   pr o c e s s   ( GP)   m o de l   f o r   pe r f o r m a n c e   pr e d i c t i o n ,   e f f e c t i v e ly   r e d uc i n g  c o m put a t i o n a l   c o s t s   a n d  a c c e l e r a t i n g  c o n ve r ge n c e   i n  c o m p l e x   t a s ks   s uc h   a s   a n t e nn a   s y n t h e s i s .   I n   t h e   f o ll o w i ng  s u b - s e c t i o n ,   t h e   GP  pr o c e s s   a n d  t h e   DE   a l go r i t hm   a r e   e x p l a i ne d.   T h e   A DE   us e d  f o r   t h e   S A DE A   o p t i mi z a t i o n   i s   un de r li ne d   w i t h   t h e i r   a r c hi t e c t ur e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         I ns e t - f e d  mic r os tr ip  patch  antenna  opti miz ati on   f o r   2. 4  GH z   us ing  …  ( M agnoude w a  A laba )   905   2. 2. 1.   Gau s s ian   p r oc e s s   I n   GP,   t h e   o bj e c t i v e   f u n c t i o n   f o l l o ws   a   GP .   I t  pr e d i c t s   n e w  po i n t   v a l ue s   a n d  un c e r t a i n t y   b a s e d  o n   e xi s t i n g  da t a ,   a i d i ng  i n   c a n d i da t e   s e l e c t i o n   f o r   e v a l u a t i o ns .   A s s u m e   we   p o s s e s s     t r a i ni ng  da ta  = ( 1 ,       2 , … … )   wi t h   a s s o c i a t e d  e x a c t   f u n c t i o n   v a l ue s   = ( 1 , 2 … … . ) .   E m p lo y i ng  t h e   GP  m o de l   a l o n g s i d e   t h e   c or r e l a t i o n   f u n c t i o n   ( , , )   ,   we   c a n   f o r e c a s t   t h e   f u n c t i o n   v a l ue   ( )   a t  a   n e w  p o i n t     as   f o l l o ws   [ 21] :     ̂ ( ) =   + − 1 ( −  )     ( 5 )     w h e r e ,     ̂ = ( − 1 ) − 1 − 1     , = (   , ) , , = 1 , 2 , … . ,       =   [ ( , 1 ) , ( , 2 ) , … . . ( , ) ]   ( 6 )     In   ( 7)   pr o v i d e s   a n   i ll us t r a t i o n   o f   a   c o r r e l a t i o n   f u n c t i o n .     ( 1 2 ) = ( − ∑ | − | = 1 )    > 0 , 1 ≤ ≤ 2   ( 7 )     He r e ,     i s   t h e   c o r r e l a t i o n   pa r a m e t e r   c o n t r o l l i ng  c o r r e l a t i o n   de c r e a s e ,   a n d    r e l a t e s   to   f u n c t i o n   s m o o t h n e s s ,   w i t h     b e i n g  a s s o c i a t e d.   wh e r e   d   de n ot e s   di m e ns i o n   o f   x.   T h e   pa r a m e t e r s     a n d    a r e   de t e r m i ne d  by   G P   m a xim i z i ng  t h e   l i ke li h o o d  f u n c t i o n .     = 1 ( 2 ) 2 ⁄ ( 2 ) 2 ⁄ | | 1 2 ⁄ ( − ( − ) − 1 ( −  ) 2 2 )   ( 8 )     He r e ,   I   de n ot e   a   v e c tor   o f   o n e s .   wh e r e     and    a r e   gi v e n   by   s e tt i n g  t h e   de r i va t i ve s   o f   t h e   l i ke li h oo d  f u n c t i o n   to   z e r o,     b e c o m e s   ̂   de r i v e d  f r o m   ( 6) ,   a n d  2   i s   b e   c o m put e d.     ̂ 2 = ( − ̂ ) − 1 ( − ̂ ) − 1   ( 9)     B y   r e p l a c i ng  ̂   a n d  ̂ 2   i n   ( 8)   i t   m a x i mi z e d  i t   to   o b t a i n   a n   e s t i m a t e d  o f   ̂   a n d  ̂ .     ̂ 2 ( ) = ̂ 2 [ − − 1 + ( − − 1 ) 2 ( − 1 ) − 1 ]   ( 10 )     T h e   pr e s c r e e ni ng  m e t h o ds   i s   us e d  to  m e a s ur e   t h e   c a n d i da t e   de s i g n   us i n g   ( 5 )   a n d  ( 10 ) .   T h e   i n t r o duc t i o n   o f   t h e   l o we r   c o nf i de n c e   b o un d  ( L C B )   pr e s c r e e ni ng  t h a t   i s   us e d  i n   S AD E A   g i ve n   a   pr o b l e m   mi n im i z a t i o n .     ( ) = ̂ − ̂ ( )   ( 11 )     W   b e i ng  a   c o n s t a n t ,   whi c h   i s   to   ( 2 ) .   I n   [ 18] ,   [ 22]   t h e r e   i s   e x p l a n a t i o n   t h a t   c a n   b e   f o un d.     2. 2. 2.   Dif f e r e n t ial   e vo l u t ion   DE   [ 22]   i s   a   wi de ly   u s e d  po pul a t i o n - b a s e d  m e t a h e ur i s t i c   a l go r i t hm   f o r   c o n t i n uo us   o p t i m i z a t i o n ,   i nc o r por a t e d  i n t o   S A DE A .   S e v e r a l   DE   m ut a t i o n   s t r a t e gi e s   e xi s t ,   e a c h   o f f e r i n g  d i f f e r e n t   tr a de - o f f s   b e t we e n   c o n v e r ge n c e   r a t e   a n d  p o pul a t i o n   d i v e r s i t y .   T h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   v a r i o us   DE   m ut a t i o n   s t r a t e gi e s   w i t hi n   t h e   S A DE A   f r a m e wo r k  h a v e   b e e n   e x a mi ne d  i n   [ 22] .   A   f e w  i nf o r m a t i o n   w il l   b e   pr e s e n t e d.   L e t   S   t h e   po pul a t i o n   a n d  b e s t   e l e m e n t   i n   S   i s    ,   wh e r e   = ( 1 , … … . . )   i s   a n   e l e m e n t   s o l ut i o n   i n  S .   F or   c hi l d  s o l ut i o n   ge n e r a t i o n   = ( 1 , … . . , )   f o r   x .  M u t a t i o n :  DE /cur r e n t - to - b e s t /1  a n d  DE /b e s t /1 .     = + (  − ) + ( 1 − 2 )    =  + ( 1 − 2 )   ( 12 )     F   b e i ng  t h e   c o n s t a n t   r a n g i n g  ( 0, 2] ,     a n   e l e m e n t   o f   S   wh e r e   1     2   a r e   t w o   r a n do m   s o l ut i o n   c h o s e   f r o m   S   b ut   n ot   t h e   s a m e   a s    .    i s   t h e   do n or   v e c to r   a f t e r   m ut a t i o n .   C r o s s o v e r :  c hi l d  pr o duc t i o n     a s   f o l l o ws :  l e t   s e l e c t   a   v a r i a bl e   i nde x     i s   s e t   a s   ∈   { 1 , . … . , }   wh e r e   wh e n   = 1   to     ge n e r a t e   r a n do m   n u m b e r s   i n   t h e   r a n ge   [ 0, 1] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 :   90 1 - 912   906   , = {  ,                      (   ≤  ) =  , ,                                                                  ℎ     ( 13 )     CR  i s   t h e   c r o s s o v e r   r a t e   i n   t h e   r a n ge   o f   [ 0, 1] .   I n   [ 2 1]   de t a i l s   c a n   b e   f o un d  f o r   m o r e   e x p l a n a t i o n .   I n   o r de r   to   i m pr o v e   t h e   r e t u r n   l o s s   a n d  i nc r e a s e   t he   ga i n   we   a d j us t e d  t h e   a n t e nn a   us i ng  t h e   S A DE A  t e c h ni que ,   de s c r i be d  i n   [ 23] ,   us i n g  t h e   A DE   o p t i mi z a t i o n   t oo l .   T h e   a l go r i t hm   t h a t   o p t i mi z e s   t h e   a n t e nn a 's   pe r f o r m a n c e   i s   s h o wn   gr a p hi c a ll y   i n  F i gur e   3.   T he   S A DE A   a l go r i t hm   c o m pr i s e s   7  s t e ps   f o r   a n t e nna   de s i g n   e x p l o r a t i o n .   I n   t h e   f i na l   s t a ge ,   pr o m i s i ng  c hil d  s o l ut i o n s   un de r go   e l e c t r o m a g n e t i c   ( E M )   s i m u l a t i o n s   a n d  a r e   i nc l ude d  i n  t h e   da t a b a s e   f o r   i t e r a t i v e   r e f i ne m e n t   [ 24] ,   [ 25 ] .   T h e   DE /b e s t /1  m ut a t i o n   s t r a t e gy ,   e m p l o ye d  i n   D E   a l go r i t hm s ,   a i m s   t o   ge n e r a t e   n e w  c a n d i da t e   s o l ut i o n s   by   pe r t ur bi n g  t h e   be s t   s o l ut i o n   f o un d  s o   f a r   ( de n o t e d  a s   " be s t " )   a n d  t w o   r a n do m ly   s e l e c t e d  s o l ut i o n s   f r o m   t h e   c ur r e n t   p o pul a t i o n .   T h e   m ut a t i o n   o pe r a t i o n ,   de f i ne d  a s   in   ( 12 )   i nv o l v e s   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   y i   f o r   t h e   n e w  c a n d i da t e   s o l ut i o n ,   x b e s t   f o r   t h e   b e s t   s o l ut i o n ,   x r1   a n d  x r2   f o r   r a n do m ly   s e l e c t e d  s o l ut i o ns ,   a n d  F   a s   t h e   s c a l i ng   f a c t o r   c o n t r o l l i ng  t h e   pe r t u r b a t i o n   m a g ni t ude .   F o l l o w i ng   m ut a t i o n ,   t h e   c r o s s o v e r   o pe r a t i o n   c o m bi ne s   c a n d i da t e   a n d  pa r e n t   s o l ut i o n s   to   ge n e r a t e   t h e   f in a l   c hi l d   s o l ut i o n .   I n   t h e   DE /b e s t /1  m ut a t i o n   s t r a t e gy ,   bi no m i a l   c r o s s o v e r ,   a   s to c h a s t i c   o pe r a t i o n ,   i s   t y p i c a ll y   us e d,   r a n do m ly   s e l e c t i n g  e l e m e n t s   f r o m   b o t h   t h e   c a n d i d a t e   a n d  pa r e n t   s o l ut i o n s   [ 24] .           F i gur e   3.   F l o w  di a gr a m   o f   S A DE A   o pt i mi z a t i o n       2 . 3 .    Ant e n n a  d e s ign   e x p l o r e r   A DE   i s   M A T L AB ' s   T oo l b o x   t h a t   pr o vi d e s   a   c o m p l e t e   e nvi r o nm e n t   f o r   de s i g ni ng  a n d  o p t i mi z i n g  a n t e nn a s ,   e na bl i ng  e n g i ne e r s   a n d  r e s e a r c h e r s   t o  c r e a t e   a n t e n n a   s t r uc t ur e s   t h a t   m e e t   s pe c i f i c   pe r f o r m a n c e   c r i t e r i a .   I t   i s   a   po we r f u l   t oo l   t h a t   c a n   s a v e   t i m e   a nd  i m pr o v e   t h e   a c c ur a c y   o f   a n t e nn a   de s i g n   a n d  o pt i mi z a t i o n  c o m pa r e d  t o  t r a di t i o n a l   m e t h o ds   t h i s   t e c hni que   h a s   b e e n   we l l   e x p l a i ne d   in   [ 18] .  F i gur e   4  s h o ws   t h e   wo r ki n g   l a y o ut   o f   t h e   A DE .   F i gur e   4( a )   s h o ws   t h e   a r c hi t e c t ur e   a n d  F i gur e   4( b )   t h e   s t a r t   wi n do w  o f   th e   A DE   r e s pe c t i ve ly .           ( a )   ( b )     F i gur e   4.   A r c hi t e c t ur e   a n d  s t a r t   wi n do w   ( a )   A DE   a r c hi t e c t ur e   [ 7]   a n d  ( b )   A DE   s t a r t i n g  w i n do w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         I ns e t - f e d  mic r os tr ip  patch  antenna  opti miz ati on   f o r   2. 4  GH z   us ing  …  ( M agnoude w a  A laba )   907   T h e   a l go r i t hm   e x p l a na t i o n   c o m pr i s e s   t h e   f o l l o w i n g  ph a s e s   [ 18] :   A -   De s i g n   va r i a bl e   s e t up  wi t h   r e s pe c t i v e   r a n g e s .   B -   I m po s i t i o n   o f   ge o m e t r i c a l   c o n s t r a i n t s ,   a ddr e s s e d  e f f i c i e n t l y   w i t h o ut   c o s t l y   E M   s i m u l a t i o ns   us i ng  A DE .   C -   S pe c i f i c a t i o n   o f   s im u l a t i o n   s e t t i n gs   f o r   C S T   M i c r o wa v e   S t udi o ,   i n c l ud i n g  i ns t a l l a t i o n   pa t h ,   s ol ve r   t y pe ,   a n d  e s t i m a t e d  s i m u l a t i o n   t i m e .   D -   C r e a t i o n   o f   a   da t a s e t ,   s pe c i f yi ng  de s i r e d  r e s po n s e s   f o r   o p t i mi z a t i o n ,   e i t h e r   t h r o ugh   C S T   s i m u l a t i o n   o r   ot h e r   E M   too l s   l i ke   M A T L A B .   E -   E s t a bl i s hm e n t   o f   o bj e c t i v e   f u n c t i o n ( s )   b a s e d  o n  s e l e c t e d  r e s po n s e s ,   f a c il i t a t e d  by   a n   m - f il e   t e m p l a t e .   F -   S e tt i n g  c o n s t r a i n t s   b a s e d  o n   i de n t i f i e d  r e s po n s e s ,   a l s o   us i n g  a n   m - f il e   t e m p l a t e .   G -   Va l i da t i o n   o f   o bj e c t i v e   a n d  c o n s t r a i n t   f unc ti o n s   f o r   a   s i n g l e   de s i g n ,   a n d  e x p l o r a t i o n   o f   t h e   de s i g n  l a n d s c a pe   t h r o ugh   s a m p l e   v e r i f i c a t i o n .   H -   S e l e c t i o n   o f   o p t i mi z a t i o n   a l go r i t hm s   a n d  pa r a m e t e r   s e t up ,   i n c l ud i ng  e m b e dde d  o pt i m i z e r s   o r   c us to m   a l g o r i t hm s   f o r   a n t e n na   de s i g n   e x p l o r a t i o n       3.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON     T hi s   s e c t i o n   pr o vi de s   a n   o v e r vi e w  o f   t h e   o ut c o m e s   a n d  a n a ly s e s   o f   t h e   de s i g n   a n d  e x p e r i m e n t .   T h e   d i s c us s i o n   o f   t h e   f i nd i ngs   s t a r t s   wi t h   t h e   e x a mi na t i o n   o f   t h e   s y s t e m ' s   pe r f o r m a nc e   a n d  t h e   A DE   o p t i mi z a t i o n ,  i nc l ud i ng  t h e   r e s u l t s   o f   r e t u r n   l o s s   ( e x pr e s s e d  i n   de c i b e l s ) ,   VSWR ,   a n d  f a r - f i e l d  ga i n .   T hi s   i s   a c c o m p li s h e d   by   us i ng  t h e   C S T   S t udi o   s o f t wa r e   i n   c o nj u nc t i o n   w i t h   t h e   A DE 1. 0  M A T L AB   too l b o x .     3. 1 .    T h e   s ys t e m   e val u at ion   p e r f o r m an c e   T h e   de s i g n ,   m o de l i ng,   a n d  s im u l a t i o n   o f   s i ng l e   a nd  do ubl e   m i c r o s tr i p  pa t c h   a n t e nn a s   i n  C S T   S t udi o ,   o p t i mi z e d  w i t h   S A DE A   i n   A DE   1. 0,   y i e l d  s ubs t a n t i a l   e nh a nc e m e n t s .   I ni t i a l   C S T   r e s ul t s   a t  2. 4   GH z   e xhi bi t   r e t u r n   l o s s   S 11  v a l ue s   o f   - 17. 95  dB   a n d  - 9. 73  dB ,   wi t h   g a i ns   o f   2. 60  dB   a n d  4. 6  dB   f o r   s i n g l e   a nd  do ubl e   pa t c h   a n t e nn a s ,   r e s pe c t i v e ly .   F o l l o w i ng  o p t i mi z a t i o n   w i t h   S A DE A ,   S 11  v a l ue s   i m pr o v e   to   - 19. 89   dB   a n d    - 16. 09  dB ,   wi t h   ga i ns   r e a c hi ng  3. 04  dB   a n d  5. 58  dB ,   r e s pe c t i ve l y .   F a b r i c a t i o n   v a li da t e s   t h e   de s i g n's   e f f e c t i v e n e s s ,   a l t h o ugh   s li g h t   de vi a t i o n s   i n   r e s o n a nc e   f r e que n c i e s   b e t we e n   s im u l a t i o n   a n d  m e a s ur e m e n t   a r i s e ,   pr i m a r i ly   due   to   c a bl e   a n d  S M A   p l ug  l o s s e s   a f f e c t i n g  t h e   S 11  s hi f t .   De s p i t e   t h e s e   d i s c r e pa nc i e s ,   a l l   S 11   v a l ue s   r e m a i n   b e l o w  - 10  dB ,   a f f i r mi ng  s a t i s f a c to r y   pe r f o r m a n c e .   I l l us t r a t e d   i n   F i gur e s   5  a n d   6  i s   t h e   o p t i mi z a t i o n   gr a ph   wh e r e   F i gur e s   7   to   9   a r e   s i m u lat e d  r e s u l t s   f o r   S 11 ,   VSW R ,   a n d  ga i n ,   r e s pe c t i v e ly ,   w i t h   a   c o m pr e h e ns i ve   s u m m a r y   pr o vi de d  i n   F i gur e   10  a n d  T a bl e   2.   A dd i t i o n a ll y ,   T a bl e   3  o f f e r s   a   c o m pa r a t i v e   a n a ly s i s   w i t h   o t h e r   s t udi e s ,   e m p h a s i z i ng  t h e   e f f i c a c y   o f   t h e   pr o p o s e d  a n t e nn a   de s i g n .     3. 2 .    T h e   op t im iz at ion   in   AD E   1. 0   W h e n   a n a ly z i ng  o p t i m i z a t i o n   r e s u l t s ,   t w o  ke y   f a c t o r s   a r e   c r uc i a l :  po pul a t i o n   d i v e r s i t y   a n d   c o n v e r ge n c e   tr e n ds .   P o pul a t i o n   d i v e r s i t y ,   a s   m e a s ur e d  by   t h e   s t a n da r d  de vi a t i o n   a m o n g  i n d i v i dua l s ,   i nd i c a t e s   t h e   r a n ge   o f   s o l ut i o ns   e x p l o r e d.   L o w  di v e r s i t y   s ugge s t s   a   l im i t e d  pot e n t i a l   f o r   i m pr o v e m e n t ,   a s   s h o wn   in  F ig ur e   5 ( a )   wi t h   a   v a l ue   o f   0. 659  a n d  F ig ur e   5 ( b )   wi t h   a   v a l ue   o f   0. 338.   T h e   c o n v e r ge n c e   t r e n d,   o b s e r v e d   t h r o ugh   A DE   1 . 0,   s h o ws   t h e   b e s t   s o l ut i o n's   pe r f o r m a n c e   o v e r   i t e r a t i o ns .   I n   t h e   pr o vi de d  t e s t  c a s e   i n    F ig ur e   6 ( a ) ,   s i g ni f i c a n t   pr o g r e s s   i s   e vi de n t   a f t e r   23 0  s i m u l a t e d  i t e r a t i o ns ,   w i t h   c l e a r   c o nv e r ge n c e   a n d  mi n im a l   d i v e r s i t y   a r o un d  500  s i m u l a t e d  i t e r a t i o n s ,   whe r e a s   F ig ur e   6 ( b )   a l s o   r e a c he s   i t s   pe a k  a t   230  s im u l a t e d  i t e r a t i o n s ,   w i t h   c l e a r   c o nv e r ge n c e   a n d  mi n im a l   d i ve r s i t y   a r o un d  350  s im u l a t e d  i t e r a t i o n s ,   s i g n a li ng  t he   e n d  o f   o p t i mi z a t i o n   o f   t h e   s i n g l e   a n d  do ubl e   e l e m e n t s ,   r e s pe c t i v e ly .   I t   a l s o   s h o ws   t h e   d i a l o gue   o n   h o w  t h e   o p t i mi z a t i o n   c a n   c o n t i n ue   a n d  t h e   r e s u l t   o f   t h e   o p t i mi z a t i o n .     3. 3 .    Re t u r n   l os s   R e t ur n   l o s s   i n   R F   s y s t e m s   m e a s ur e s   po we r   t r a n s f e r   e f f i c i e nc y ,   w i t h   a   b a s e l i ne   o f   - 10  dB   i n d i c a t i n g   mi n im a l   s i g na l   l o s s   a n d  o p t i m a l   po we r   u t i li z a t i o n  f o r   m o bil e   c o m m u ni c a t i o n .  Fi gur e   7( a )   s h o ws   t h e   r e t ur n   l o s s   o f   t h e   s i n g l e   e l e m e n t   ( S E )   wi t h   a   v a l ue   o f   - 17. 95  dB ,   a n d  F ig ur e   7( b )   i ll u s t r a t e s   t h e   r e t ur n   l o s s   o f   t h e   do ubl e   e l e m e n t   ( DE )   wi t h   a   v a l ue   o f   - 9. 73  dB ,   b ot h   de s i g n e d  i n   C S T .   Af t e r   t h e   o p t i mi z a t i o n ,   F ig ur e   7( c )   s h o ws   a   v a l ue   o f   - 19. 89   dB   f o r   t h e   o p t i m i z e d  s i n g l e   e l e m e n t   ( S E OP ) ,   a n d  F ig ur e   7( d)   s h o ws   a   v a l ue   o f     - 16. 09   dB   f o r   t h e   do ub l e   e l e m e n t   o p t i mi z a t i o n   ( DE OP) ,   whi c h   pr o v e s   t h e   i m pr o v e m e n t   o f   t h e   r e s u l t   f r o m   F ig ur e s   7( a )   to   7 ( c )   a n d  F ig ur e   7( b )   to   7( d ) .   T h e   M P A   a r r a y   r e s o n a t e s   a t   2. 4  GH z ,   a s   s h o wn   i n  F i g ur e   7.   T h e   m e a s ur e d  a n t e nna s   a r e   s h o w n   i n   F ig ur e   7( e )   to   7 ( h ) .   F r o m   t h e   s i n g l e   m e a s ur e d  ( S E M )   i n   F ig ur e   7( e ) ,   t h e   do ubl e   m e a s ur e d  ( DE M )   i n   F ig ur e   7( f ) ,   a n d  t h e   o p t i m i z e d  m e a s ur e   i n   F ig ur e s   7( g)   a n d  7( h )   f o r   s i n g l e   ( S E OPM )   a n d  do ubl e   ( DE OPM ) ,   r e s pe c t i v e ly ,   t h e   m e a s ur e   f i gur e s   s h o w  a   s l i g h t   s hi f t i ng  i n   t h e   f r e que nc y   r a n ge .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 :   90 1 - 912   908       ( a )   ( b )     F i gur e   5 .   Op t i mi z a t i o n   m o ni t o r i n g  pr o c e s s   f o r   e a c h   e l e m e n t   ( a )   s i n g l e   a n d   ( b )   do ubl e           (a )   ( b )     F i gur e   6.   T h e   o p t i mi z a t i o n   d i a l o gue   b o x   f o r   e a c h   e l e m e n t   ( a )   s i n g l e   a n d   ( b )   do ubl e               ( a )   ( b )   ( c )   ( d)                   ( e )   ( f )   ( g)   ( h )     F i gur e   7 .   R e t ur n   l o s s   o v e r   t h e   s ugge s t e d  a n t e nn a ' s   f r e qu e n c y :   ( a )   s i n g l e   C S T ,   ( b )   d o ubl e   C S T ,     ( c)   s i n g l e   o pt i m i z e d ,   ( d)   d o ubl e   o p t i mi z e d ,   ( e )   s i n g l e   C S T   m e a s ur e d ,   ( f )   do ubl e   C S T   m e a s ur e d ,     ( g)   s i n g l e   o pt i m i z e d   m e a s ur e d ,   a n d   ( h )   s i ng l e   o p t i mi z e d  m e a s ur e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         I ns e t - f e d  mic r os tr ip  patch  antenna  opti miz ati on   f o r   2. 4  GH z   us ing  …  ( M agnoude w a  A laba )   909   3. 4 .    V ol t age   s t an d in g   w ave   r at io   P a t c h   a n t e nn a s   s h o u l d  m a i n t a i n   a   VS W R   b e l o w  2  f o r   e f f i c i e n t   po we r   tr a n s f e r   a n d  mi n im a l   s i g n a l   r e f l e c t i o n ,   o p t i m i z i ng  pe r f o r m a nc e   i n   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s .  F i g ur e   8( a )   s h o ws   t h e   VSWR   r e s u lt   f o r   t h e   S E ,   wi t h   a   v a l ue   o f   1. 29  a n d  a   v a l ue   o f   1. 96  f o r   t h e   DE   i n   F i g ur e   8( b ) .   T h e   o p t i mi z e d  VSWR   r e s u l t   i s   il l us t r a t e d   i n   F ig ur e   8( c )   a n d  8 ( d) ,   wh e r e   s i n g l e   e l e m e n t   ( S E O P )   a n d  do ubl e   e l e m e n t   ( D E OP)   h a ve   v a l ue s   o f   1. 22  a n d  1. 37 ,   r e s pe c t i v e ly ,   t o  s h o w  t h e   i m pr o v e m e n t   a f t e r   t h e   o p t i mi z a t i o n   i s   do n e .               ( a )   ( b )   ( c )   ( d)     F i gur e   8 .   VSW R   ( a )   s i n g l e   C S T ,   ( b )   d o ubl e   C S T ,   ( c )   s i n g l e   o p t i mi z e d ,   a n d   ( d)   do ubl e   o p t i mi z e d       3. 5 .    F ar - f ie l d   g ain   Ga i n   i n   a n t e nn a s   m e a s ur e s   t h e   e f f i c i e n c y   o f   c o n ve r t i n g  i n put   p o we r   i n t o  r a di o   wa v e s ,   w i t h   hi g h e r   ga i n   i nd i c a t i n g  s t r o n ge r   r a di a t i o n   c o nc e n t r a t i o n ,   e nh a nc i n g  s i g n a l   s t r e n gt h   a n d  c o v e r a ge .   T h e   SE   a n d  DE   s i m u l a t e d  i n   C S T   a r e   s h o wn   i n   F i gur e s   9( a )   a n d  9 ( d )   wi t h   a   v a l ue   o f   2. 60  dB   a n d  4. 61   dB ,   r e s pe c t i v e ly ,   s h o w i n g  t h e   3 - D  r a d i a t i o n   pa tt e r n   o f   a n t e nn a s .   T he   o p t i m i z e d  e l e m e n t   i s   s h o wn   i n   F i gur e s   9( b )   a n d  9 ( e )   wi t h  a   v a l u e   o f   3. 04   dB   a n d  5. 58   dB ,   r e s pe c t i v e ly .   T h e   p o l a r   r a d i a t i o n   pa tt e r n   o f   t h e   a n t e nn a   i s   s h o wn   i n  F i gur e s   9( c )   a n d  9 ( f ) .             ( a )   ( b )   ( c )               ( d)   ( e )   ( f )     F i gur e   9 .   G a i n   ( a )   s i n g l e   i n   C S T ,   ( b )   s i n g l e   o p t i mi z e d,   ( c )   s i n g l e   po l a r   f o r m   ( d)   d o ubl e   i n   C S T ,   ( e )   d o ubl e   o p t i mi z e d,   a n d  ( f )   do ubl e   po l a r   f o r m         3. 6 .    S u m m ar y  of   r e s u l t   T h e   s u mm a r y   o f   t h e   s i m u l a t e d  a n d  m e a s ur e d  r e s u l t s   d i s p l a y s   t h e   c o m pa r i s o ns   o f   r e t ur n   l o s s   v a l u e s ,   t h e   VSW R ,   t h e   f a r - f i e l d  ga i n ,   a n d  t h e   di r e c t i vi t y   f o r   s i n g l e   a n d  do ubl e   e l e m e n t s ,   r e s pe c t i v e ly ,   a s   s h o wn   i n  F i gur e   10  a n d  T a bl e   2 .   F i gur e   10( a )   i l l u s t r a t e s   t h e   r e t ur n   l o s s   o f   a ll   t h e   s i ng l e   e l e m e n t s ,   a n d  F i gu r e   10( b )   s h o ws   t h e   do ubl e   e l e m e n t ,   whi l e   F i gur e   10( c )   s h o ws   b o t h   e l e m e n t s   VSW R .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 6 ,   N o .   2 ,  N o v e m b e r   20 24 :   90 1 - 912   910         ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   10 .   S um m a r i s e   o f   t h e   r e s u l t   ( a )   r e t u r n   l o s s   f o r   s i n g l e ,   ( b )   r e t ur n   l o s s   f o r   d o ubl e ,   a n d    ( c )   VSW R   f o r   b ot h         T a bl e   2 .  T h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   a n t e nn a   i n   C S T   a n d  t h e   o p t i mi z a t i o n   us i ng  S A DE A   A nt e nna   p a r a me t e r s   I n C S T   O pt im iz a ti o n i n A D E   u s in g S A D E A   E le m e nt   S in gl e   T w o   S in gl e   T w o   R e tu r n l o s s  ( dB )   - 17.95   - 9.73   - 19.89   - 16.09   V S W R   1.29   1.96   1.22   1.37   R e a li z e d  g a in  ( d B )   2.60   4.6   3.04   5.58   D ir e c ti v it y   5.46   8.63   5.61   8.71       3. 7 .    P e r f o r m an c e   c om p a r is on   A   mi c r o s t r i p  2. 4  GH z   a n t e nn a   i s   t h e   s ugge s t e d  a n t e nn a .   R e s e a r c h e r s   d i s p l a y e d  a   n u m be r   o f   a n t e nna s   w i t h   s i mi l a r   to p o l o g i e s   a n d  f r e que n c i e s ,   a l o n g  w i t h   e x p e r i m e n t a l   a n d  pa r a m e t r i c   da t a   f o r   a   r a n ge   o f   us e s .   A s   t h e   c o m pa r i s o n   s h o ws ,   t h e   s ugge s t e d  r e c t a n gu l a r   a n t e nn a   pe r f o r m s   be tt e r   t h a n   a ll   o t h e r   de s i g ns ,   a s   i nd i c a t e d   by   t h e   T a bl e   3.   T h e   s ugge s t e d  a n t e nn a   a l s o   pe r f o r m s   b e t t e r   a t  2. 4   GH z   t h a n   o t h e r   o p t i o n s ,   m a k i n g  i t   a   pr a c t i c a l   c h o i c e   f o r   2. 4   GH z   I oT   a ppl i c a t i o ns .       T a bl e   3 .  C o m pa r i s o n   w i t h   o t h e r s   w o r ks   Y e a r   Re f.   A nt e nna  s ha pe   a nd me th o d   A nt e nna  s iz e   G a in   ( dB )   R e tu r n   lo s s   V S W R   D ir e c ti v it y   ( dB )   B a ndw id th   ( G h z )   A ppl ic a ti o n   2017   [ 26]   S pi r a l  s lo t  /  im pe da n c e     ma tc hi ng  c ir c ui t  d e s ig n     f or  dua l - ba nd a nt e nna   12.45× 13.05   1.06   < - 10   -   1.62   -   -   2020   [ 27]   S lo t te d  S I W   a r r a y   a nt e nna  de s ig n "   120.0× 395.4   4.80   -   -   -   -   W L A N   2021   [ 28]   R e c ta ngul a r  /   pa r a m e t e r   tu ni ng.   26.00 × 19.00   5.05   - 12.54   1.6   -   0.0665   I oT   2022   [ 29]   R e c ta ngul a r  /  s im ul a ti o n  us in g C S T   20.00 × 15.00   1.39   - 2.12   -   -   -   I oT   2023   [ 30]   L - s ha pe d /   p a r a m e t e r   tu ni ng   28.00 × 21.00   2.09   -   -   -   -   I oT   2024   T h is   pa pe r   R e c ta ngul a r  /   S A D E A   a lg o r it h m   39.00 × 29.00   5.58   - 16.09   1.37   8.71   0.0809   I oT       4.   CONC L USI ON     T hi s   s t udy   f o c us e s   o n   t h e   de s i g n   a n d  s im u l a t i o n   o f   a   o n e   a n d  t w o - e l e m e n t   i ns e t - f e d  m i c r o s t r i p  pa t c h  a n t e nn a ,   o pe r a t i n g  a t   a   c e n t e r   f r e que n c y   o f   2. 4  GH z ,   us i n g  C S T   S t udi o   s o f t wa r e .   T h e   a n t e nn a s   u nde r we n t   o p t i mi z a t i o n   us i n g  t h e   S A DE A   a l go r i t hm   w it hi n   A DE .   Va r i o us   pa r a m e t e r s   we r e   a dj u s t e d  dur i n g  o p t i mi z a t i o n .   T h e   r e s u l t s   i nd i c a t e   s i g ni f i c a n t   i m p r o v e m e n t s   i n   r e t ur n   l o s s   ( - 19. 8 9  dB   a n d  - 16. 09  dB )   a nd   ga i ns   ( 3. 04  dB   a n d  5. 58   dB ) ,   a s   we l l   a s   a n   e x pa n de d  im pe da n c e   b a n dw i dt h   o f   0. 0809  GH z .   T h e   pr o p o s e d   a n t e nn a   a f t e r   t h e   s uc c e s s f u l   s im u l a t i o n   a n d  o pt i m iza t i o n   wa s   f a b r i c a t ed   to   v a l i d a t e   t h e   de s i g n   e f f e c t i ve n e s s .   W hil e   t h e   s t udy   e m p ha s i z e d  s o f t wa r e - b a s e d  s im u lat i o n s   a n d  f a b r i c a t i o n ,   i t   s ugge s t s   f ut ur e   r e s e a r c h   a v e n u e s   e x p l o r i ng  t h e   de s i g n   a n d  pr a c t i c a l   pe r f o r m a n c e   o f   d i f f e r e n t l y   s h a pe d  pa t c h   a n t e nn a s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.