I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 8 ,   No .   1 A p r il   20 2 5 ,   p p .   227 ~ 242   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 8 . i 1 . pp 227 - 2 4 2           227     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Flex i ble hybri d g ra phene - ba sed  N FC  tag  ant enna  f o temperatu re mon itoring  appli ca tio n       Na j wa   M o hd   F a ud zi 1 ,   Ahm a d Ra s hid y   Ra za li 1 ,   Asru lni za m   Abd M a na f 2 ,   Nurul H ud a   Abd Ra hm a n 3 Ahm a d Az la n Ab  Aziz 4 ,   Sy ed  M u ha m m a d H a f iz 5 ,   Su ra y a   Su la im a n 5 ,   No ra z a h Abdu l R a s hid 5   Am irudi n I bra him 1 ,   Aiza   M a hy un i Mo zi 1   1 C e n t r e   f o r   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   S t u d i e s,  U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M A R A ,   C a w a n g a n   P u l a u   P i n a n g ,   P e r m a t a n g   P a u h   C a m p u s ,     P u l a u   P i n a n g ,   M a l a y si a   2 C o l l a b o r a t i v e   M i c r o e l e c t r o n i c   D e si g n   E x c e l l e n c e   C e n t e r ,   U n i v e r si t i   S a i n M a l a y si a ,   P u l a u   P i n a n g ,   M a l a y si a   3 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Te k n o l o g i   M A R A ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a   4 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   Te k n o l o g i   B r u n e i ,   B r u n e i   D a r u s sal a m   5 M I M O S   B e r h a d K u a l a   L u m p u r ,   M a l a y s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   26 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct   17 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct   30 ,   2 0 2 4       h y b rid   g ra p h e n e - b a se d   m a teri a l,   c o m p o se d   o re d u c e d   g ra p h e n e   o x i d e   (rG O)  a n d   silv e n a n o p a rti c le  ( Ag NP),   h a b e e n   p r o p o se d   f o a   n e a field   c o m m u n ica ti o n   (NFC)   tag   a n ten n a   wit h   a n   i n teg ra ted ,   flex ib le   te m p e ra tu re   m o n it o r in g   c ircu it .   T h e   li m it e d   a v a il a b il it y   o h ig h - c o n d u c ti v it y   g ra p h e n e - b a se d   m a teria ls  in   t h e   m a rk e h a s   re stricte d   th e   u se   o g ra p h e n e   in   NFC  tag   a p p li c a ti o n s.  Th e re fo re ,   t h is  p a p e p ro p o se a   h y b ri d   g ra p h e n e - b a se d   c o m p o siti o n   fe a t u rin g   a   h ig h   c o n d u c ti v it y   o 3 . 9 5 × 10 6   S /m.  Th e   f e a sib il it y   o t h is  m a teria f o r   NFC  tag h a d   n o t   b e e n   v a li d a ted   p re v io u sly ,   wh ich   is   th e   mai n   m o ti v a ti o n   fo r   t h is  re se a rc h .   Th e   sy n t h e sis  o f   th e   m a teria ls,  a lo n g   wit h   th e   d e sig n ,   fa b r ica ti o n ,   a n d   c h a ra c teriz a ti o n   o th e   NFC  ta g ,   is  a lso   p re se n ted .   Re su lt sh o th a t h e   in k jet - p rin ted   tag   a c h iev e a   g o o d   re a d in g   ra n g e   o u p   t o   3   c m   a n d   d e m o n str a tes   ro b u stn e ss   a g a in st  b e n d in g   fr o m   6 0   to   1 9 0 ,   m a in tai n in g   a   m a x imu m   re a d in g   ra n g e   o 1 . 3   c m .   P e rfo r m a n c e   o n   v a rio u m a teria ls,  su c h   a p las ti c ,   p a p e r,   a n d   c a rto n ,   a lso   sh o w m in ima l   imp a c o n   fre q u e n c y   sh ift in g .   Ad d it i o n a ll y ,   th e   g ra p h e n e - b a se d   NFC   ta g   in teg ra tes   we ll   with   t h e   tem p e ra tu re   c ircu it ,   e ffe c ti v e ly   m o n it o r in g   tem p e ra tu re in   t h e   2 0 - 6 0   ra n g e   in   re a l - ti m e .   Th is  m a k e th e   d e v e lo p e d   tag   su it a b le  f o a p p l ica ti o n su c h   a fo o d   sa fe ty   m o n it o ri n g   s y ste m th ro u g h   NFC - in teg ra ted   p a c k a g i n g .   K ey w o r d s :   An ten n a   Gr ap h en e - b ased   Hy b r id   N ea r   f ield   co m m u n icatio n   T ag   T em p er atu r m o n ito r in g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ad   R ash id y   R az ali   C en tr f o r   E lectr ical  E n g in ee r in g   Stu d ies Un iv er s iti T ek n o lo g i M AR A,   C awa n g an   Pu lau   Pin an g   Per m atan g   Pau h   C am p u s ,   1 3 5 0 0   Pu lau   Pin an g ,   Ma lay s ia   E m ail: a h m ad 0 7 3 @ u itm . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O   W ir eles s   co m m u n icatio n   is   e s s en tial  f o r   s en s in g   tec h n o lo g y   d u t o   its   f lex i b ilit y   in   f ac ilit atin g   s ea m less   d ata  ex ch an g e,   en a b lin g   r ea l - tim e   m o n ito r in g ,   a n d   en h an cin g   th e   ad ap ta b ilit y   o f   d ev ices  ac r o s s   d iv er s ap p licatio n s .   On o f   th m o s p o p u lar   wir eless   co m m u n icatio n s   s y s tem s   i s   t h r ad io   f r e q u en c y   id en tific atio n   ( R FID )   tech n o l o g y ,   w h ich   is   wid ely   u s ed   i n   m an y   s en s in g   ap p licatio n s ,   in clu d in g   h ea lth   m o n ito r in g ,   f o o d   s af ety   m o n it o r in g ,   tem p er atu r e   as  well  as  h u m id ity   m o n ito r in g   [ 1 ] - [ 3 ] R F I D   c a n   o p e r a t e   i n   d i f f e r e n t   f r e q u e n c y   r a n g e s ,   w h i c h   a r e   l o w   f r e q u e n c y   ( L F ) ,   h i g h   f r e q u e n c y   ( H F )   a n d   u l t r a - h i g h   f r e q u e n c y   ( U H F ) .   Am o n g   all  th e   av ailab l R FID   tech n o lo g ies,  HF  as  k n o wn   as   n ea r   f ield   co m m u n ic atio n   ( NFC )   s y s tem   h as  attr ac ted   g r ea atten tio n   d u to   its   ca p ab ilit y   o f   co m m u n icatin g   in   s h o r d is tan ce   o f   less   th an   1 0   cm ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   2 2 7 - 2 4 2   228   wh ich   s h o ws  h ig h   s ec u r ity ,   a s   well  as  s im p le   o p er atio n   p r o ce s s ,   wh ich   ca n   b e   ac h iev ed   o n ly   b y   u s in g   a   s m ar tp h o n as a   r ea d er   [ 4 ] .   T h wo r k in g   p r in ci p le  o f   th e   NFC   s y s tem   in v o lv es  in d u cti v co u p lin g   b etwe en   t h r ea d er   an d   th tag   in   th n ea r   f ield   r e g io n   at  f r eq u e n cy   o f   1 3 . 5 6   MH [ 5 ] .   T h NFC   tag   ca n   r ec eiv e n e r g y   f r o m   th r ea d er   to   ac tiv ate  th NFC   ch ip   an d   an y   in teg r ated   elec tr o n ic  co m p o n e n ts ,   s u ch   as  m icr o co n t r o ller s   an d   s en s o r s ,   with o u r eq u ir in g   an   e x ter n al   p o wer   s o u r ce   lik e   b atter ies.  T h p r im a r y   elem e n o f   th e   NFC   s y s tem   is   th e   an ten n a,   wh ich   is   u tili ze d   f o r   tr an s m itti n g   an d   r ec eiv in g   r a d io   f r eq u en cy   s ig n als.  T h an ten n co m p r is es  a   co n d u ctiv e   co il   elem en t,   s u b s tr ate,   an d   c h ip .   T h e   co n d u c tin g   elem en t   o f   an   an te n n a   is   o f ten   c o m p r is ed   o f   m etal - b ased   m ater ial,   s u ch   as  co p p er   o r   alu m in i u m   [ 6 ] [ 7 ] .   W h ile  th ese  m ater ials   ex h ib it  ex ce llen t   elec tr ical  co n d u ctiv ity   a n d   m e ch an ical  p r o p er ties ,   t h ey   h av e   s o m lim itatio n s ,   s u c h   as  b ei n g   ea s ily   o x id ized   at  am b ien t   tem p er atu r es  an d   cr ac k e d   u p o n   b e n d in g   [ 8 ] .   C o n s eq u en tly ,   t h elec tr ical   co n d u ctiv ity   ca n   b e   g r ea tly   r ed u ce d   u p o n   o x id ati o n ,   th u s   s h o r ten in g   th ap p licatio n   life   s p an .   Oth er   m etal - b ased   m ater ials   lik e   s i l v e r   n a n o p a r ti c l es   ( A g N Ps )   ar e   a l s o   w i d e l y   u s e d   as   c o n d u c ti v e   m a t e r ia l   f o r   a n te n n a ,   a s   p r e s e n t e d   i n   [ 9 ] [ 1 0 ]   d u to   th eir   h ig h   elec tr ical  c o n d u ctiv ity   an d   o x id atio n   r es is tan ce .   Ho wev er ,   th m ass   p r o d u ctio n   an d   r aw  m ater ials   co s ar way   to o   h i g h   f o r   Ag NPs   co m p ar e d   to   c o p p er   a n d   al u m in iu m ,   m ak in g   it  less   s u itab le  f o r   lo w - co s t a p p licatio n s   [ 1 1 ] .   T o   ad d r ess   th ese  co n s tr ain ts ,   ca r b o n - b ased   m ater ials   h av em er g ed   as  p o s s ib le  alter n ativ to   m etal - b ased   co n d u ctiv m ater ials   f o r   an ten n as  d u to   th eir   lo co s t,  o x id atio n   r esis tan ce ,   ch em ical  s tab ilit y ,   an d   m ec h an ical  f lex i b ilit y   [ 1 2 ] .   T h u n u s u al  f ea tu r es  o f   ca r b o n - b ased   m ater ials ,   p ar ticu lar ly   g r ap h en e,   h a v e   attr ac ted   th in ter est  o f   r esear ch er s .   Gr ap h en is   s in g le  s h ee o f   g r ap h ite  h av in g   two - d im en s io n al  ( 2 D)   ar r ay   o f   s p 2 - co n n ec ted   ca r b o n   ato m s   o r g an ize d   in   a   h o n ey c o m b   h ex ag o n al  lattice  s tr u ctu r e.   T h e   ch ar ac ter is tics   o f   g r ap h en i n c lu d h ig h   elec tr o n   m o b ilit y ,   lig h weig h t,  f lex ib ilit y ,   a n d   b io co m p atib ilit y   [ 1 3 ] [ 1 4 ] .   Pre v io u s ly ,   th r esear c h   o n   g r a p h en e - b ased   an ten n was  p r im ar ily   aim ed   at  th t er ah er tz  b an d   [ 1 5 ] [ 1 6 ] ,   b u in   2 0 1 5 ,   s o m r esea r ch   o n   th g r ap h e n e - b ased   an ten n f o r   m u ch   lo wer   f r e q u e n cy ,   HF  an d   UHF,   s tar ted   to   e m er g e   [ 1 7 ] - [ 1 9 ] .   H o wev er ,   th c o n d u ctiv ity   v alu es  o f   t h g r ap h en e - b ased   co n d u ctiv m ater ials ,   as   p r o p o s ed   b y   o t h er   r esear ch e r s   [ 2 0 ] [ 2 1 ]   ar e   m o s tly   tw o   to   t h r ee   o r d e r s   lo wer   t h a n   th e   m etal - b ased   co n d u ctiv m ater ials ,   wh ich   ar in   th r an g o f   ~1 0 4   to   ~1 0 5   S/m.   T h is   m u ch   lo wer   co n d u ctiv ity   co m p ar ed   to   m etal - b ased   m ater ial  will  in c r ea s th an te n n r esis tan ce ,   h en ce   r ed u cin g   th a n ten n a   ef f icien cy .   f ew   m eth o d s   h av b ee n   em p lo y ed   to   im p r o v th co n d u ctiv ity   o f   th g r ap h e n e - b ased   m ater i als,  s u ch   as  u s in g   b in d er s   lik et h y ce llu lo s ( E C )   to   p r e p ar g r ap h e n in k   [ 2 2 ] .   Ho wev er ,   th is   m eth o d   i s   in co m p atib le  with   h ea t - s en s itiv s u b s tr ates   lik p ap er s ,   PET ,   an d   tex tiles ,   as  i r eq u ir es  h ig h - tem p e r atu r th er m al  an n ea lin g   o f   u p   to   3 0 0   ⁰C .   Oth er   m eth o d s   s u itab le  f o r   lo tem p er atu r r esis tan ce   s u b s tr ates  in clu d g r ap h e n lay er   s tack in g   [ 2 0 ]   an d   r o llin g   co m p r ess io n   [ 2 3 ] [ 2 4 ]   tec h n iq u es .   Ho wev er ,   ac h iev in g   u n if o r m   co m p r ess io n   a n d   s tack in g   p o s es  ch allen g es,  as  ex ce s s iv co m p r ess io n   an d   ir r eg u lar   s tack in g   m a y   lead   to   d eg r ad atio n   o f   co n d u ctiv ity   an d   g r a p h en e   p e r f o r m a n ce .   On o f   t h m o s p r o m is in g   m eth o d s   f o r   in cr ea s i n g   co n d u ctiv ity   is   in co r p o r atin g   m etallic  n an o p a r ticles  with   g r ap h en e   [ 1 3 ] ,   as   it  is   co m p atib le  with   a   wid r an g o f   s u b s tr ates  an d   m ec h an ically   m o r e   s tab le.   Ho wev er ,   ca r ef u m ater ial   s elec tio n   an d   p r o ce s s in g   te ch n iq u es  m u s b e   co n s id er ed   to   av o id   ex ter n al   r esis tan ce .   Pre v io u s ly ,   h y b r id   g r ap h e n e - b ased   m ater ials   h av m ain ly   b ee n   ap p lied   in   f lex ib le  elec tr o n ics  an d   s en s o r s   [ 1 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] ,   an d   to   d ate,   n o   HF  an ten n a p p licatio n   h as  b ee n   d em o n s tr ated   b ased   o n   h y b r id   g r ap h e n e - b ased   m ate r ials .   T h er ef o r e,   th is   p a p er   p r o p o s es  n ew  h ig h - co n d u ctiv ity   m a ter ial  co m p o s ed   o f   h y b r id   c o m p o s itio n   o f   r ed u ce d   g r a p h en o x id e   ( r GO)   an d   Ag NPs ,   in ten d ed   f o r   u s as  co n d u ctiv elem en in   an   NFC   tag   an ten n a n d   a   f lex ib le  te m p e r atu r m o n ito r in g   cir cu it.   T h ch ar ac ter izatio n   o f   th h y b r id   g r a p h en e - b ased   m ater ial  an d   th e   d esig n   p r o c ess   o f   th e   NFC   tag   an ten n a   ar d etailed   in   th e   m eth o d o lo g y   s ec tio n .   T h v alid atio n   p r o ce s s   o f   th p r o p o s ed   m ater ial  in   NFC   tag   ap p licatio n   is   p r esen ted   in   th r es u lts   an d   d is cu s s io n   s ec tio n ,   wh er th s im u latio n   an d   ex p er im en tal  r esu lts   o f   t h NFC   tag   an ten n ar a n aly z ed ,   f o c u s in g   o n   its   elec tr ical  p r o p er ties   an d   r o b u s tn ess ,   in clu d in g   b en d in g   a n d   s u r f ac m ater ial  s en s itiv ity .   Ad d itio n ally ,   th is   s ec tio n   co v er s   th em b ed d e d   tem p er atu r s en s o r   cir c u it  an d   th en h a n ce m en o f   t h NFC   tem p er atu r e   m o n ito r in g   ap p .   T h f in al  s ec tio n   p r o v id es a   s u m m a r y   o f   th e   p ap er   a n d   r ec o m m en d atio n s   f o r   f u tu r wo r k .       2.   M AT E R I AL S AN M E T H O DS   T h is   s ec tio n   d escr ib es  th e   ch ar ac ter izatio n   o f   h y b r i d   g r ap h en e - b ased   c o n d u ctiv in k ,   t h e   d esig n   o f   NFC   tag   an ten n an d   th e   f ab r i ca tio n   p r o ce s s   o f   th g r a p h en e - b ased   NFC   tag   an ten n a.     2 . 1 .     Sy nthesis   a nd   cha ra ct er iza t io n o f   hy brid g ra ph ene - ba s ed  co nd uct iv ink   T h h y b r id   g r a p h en e - b ased   c o n d u ctiv i n k   was  f o r m u lated   th r o u g h   ch e m ical  r ed u cti o n   m eth o d   in v o lv in g   co m b in atio n   o f   r GO  an d   Ag NPs ,   as  ex p lain e d   in   [2 6 ] .   r GO   is   p r o d u ce d   b y   ap p ly in g   f u r t h er   r ed u ctiv ex f o liatio n   tr ea tm e n to   g r a p h en e   o x id e   ( GO)   f r o m   Gr ap h e n ea ,   USA,   wh ich   was  u tili ze d   as  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F lexib le  h yb r id   g r a p h en e - b a s ed   N F C   ta g   a n ten n a   fo r   temp e r a tu r mo n ito r in g   …  ( N a jw a   Mo h d   F a u d z i )   229   p r ec u r s o r   f o r   s y n th esizin g   g r ap h en e.   B y   h av in g   f ewe r   o x y g en   f u n ctio n al  g r o u p s ,   r GO   p r o d u ce s   g r ea ter   elec tr ical  co n d u ctiv ity   an d   ca r r ier   m o b ilit y   co m p ar ed   to   GO  [2 7 ] .   s o lu tio n   co n s is tin g   o f   5 0 % r GO  an d   5 0 %   s ilv er   n itra te  ( Ag NO 3 ) ,   alo n g   with   r ed u cin g   an d   e n ca p s u l atin g   ag en t,  was  p r ep ar ed   a n d   th en   in cu b ated   to   f ac ilit ate  th f o r m atio n   o f   Ag NPs /r GO.   Su b s eq u en tly ,   th r esu ltin g   b lack   co m p o s ite,   co llected   p o s t - ce n tr if u g atio n ,   was  c r u s h ed ,   a n d   d eio n ized   wate r   was  in tr o d u ce d   t o   cr ea te   th e   h y b r id   g r a p h en e - b ased   co llo id .   T h co llo i d   was  th e n   c o n v e r te d   in to   in k jet   p r i n tab le  in k   with   p r o p r ietar y   wate r - b ased   f o r m u latio n   w h ich   a r c a l l e d   Mi - G r a p h P r I n k   ( M I M OS   B e r h a d ,   Ma l a y s i a )   wi t h   < 1 0 %   s o li d   c o n t e n t ,   p H   ~ 6 . 8   a n d   v i s c o s i t y   o f   ~ 2 . 3 9   c P .   T h s am p les'  s tr u ctu r al  ch ar ac ter is tics   wer ev alu ated   u tili zin g   s ca n n in g   elec tr o n   m icr o s co p e   ( SEM )   an d   tr an s m is s io n   elec tr o n   m icr o s co p ( T E M) .   As  illu s tr ated   in   Fig u r 1 ,   th T E m icr o g r a p h s   v er if y   th co n f ig u r atio n   o f   Ag NPs   o n   r GO  n an o s h ee ts .   I t is ev id en t f r o m   Fig u r 1 ( a)   th at  an   ab u n d an ce   o f   Ag NPs   in   s p h er ical  s h ap e   wer d ep o s ite d   o n   th e   s u r f ac e   an d   at   th e   b o r d er   o f   t h r GO.   T h e   Ag NPs   e x h ib it  a   p ar ticle   s ize   d is tr ib u tio n   r an g in g   f r o m   1 0   to   2 5   n an o m eter s   ( Fig u r 1 ( b ) ) .   T h lattice  f r in g s p ac i n g ,   as  d eter m in ed   th r o u g h   m ea s u r em en t,   is   0 . 2 4   n an o m eter s   ( Fig u r 1 ( c) ) ,   wh ich   co r r esp o n d s   to   t h FC C   lattice  o f   th e   cr y s tal  p lan ( 1 1 1 )   [2 6 ] .   Fig u r e   1 ( d )   d ep icts   th SEM   im ag e   o f   th e   p r in ted   p atter n ,   r e v ea lin g   a   s m o o th   a n d   d ef ec t - f r ee   m icr o s tr u ctu r th at  f ac ilit ates  elec tr o n   m o v em en t.  Fr o m   th SEM   im ag e,   th p r esen ce   o f   Ag NPs   o n   th e   r GO  n an o s h ee ts   is   co n f ir m ed .   g o o d   attac h m en t b etwe en   g r ap h en an d   s ilv er   p ar ticles m ay   co n tr ib u te  to   th e   h ig h   co n d u ctiv ity   o f   th e   m ater ial.           ( a)               ( b )   ( c)   ( d )         Fig u r 1 .   T E i m ag es o f   ( a)   Ag NP/rG n an o co m p o s ites ,   (b p ar ticle  s ize  d is tr ib u tio n s   o f   Ag NPs ,     ( c)   p ar ticle  s ize  d is tr ib u tio n s   o f   Ag NPs ,   an d   ( d )   SEM   im ag o f   Ag NP/rG n an o c o m p o s ite s       T h co n d u ctiv ity   m ea s u r em en o f   th h y b r i d - g r a p h en e - b ase d   in k ,   s h o wn   in   Fig u r 2 ,   was  p er f o r m ed   u s in g   th 4 - Po in Pro b L o r esta  GX  MCP - T 7 0 0   f r o m   Mitsu b is h C h em ical  An aly tech   C o .   L td . ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 2   ( a) .   Fo u r   g r ap h en e   s q u ar s am p les,  ea ch   m ea s u r in g   1 × 1   cm   an d   with   th ick n e s s ,   o f   1   u m ,   wer p r in ted   o n   th f lex i b le  PET   s u b s tr ate  an d   m ea s u r e d   u s in g   th 4 - Po in p r o b as  s h o wn   i n   Fig u r 2 ( b ) .   T h e   r esis tan ce ,   R   f o r   ea ch   s q u ar e   was  m ea s u r ed   f o u r   tim es  an d   th co n d u ctiv ity ,   σ   v alu was  th en   ca lcu lated   u s in g   ( 1 )   u n til  ( 3 ) ,   wh er   an d   R C in d icate s   v o lu m r esis tiv ity ,   s u r f ac r esis tiv ity   an d   r esis tiv ity   co r r ec tio n   f ac to r ,   r esp ec tiv ely .   T h v alu f o r   R C F u s ed   in   th i s   ca lcu latio n   is   co n s tan t v alu o f   3 . 8 9 1   [2 8 ] .     = 1   ( 1 )     =    ( 2 )     =  = 1   ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   2 2 7 - 2 4 2   230   T h d is tr ib u tio n   o f   th c o n d u c tiv ity   v alu es  f o r   ea c h   o f   th e   s am p les  is   illu s tr ated   in   Fig u r 2 ( c) .   Fro m   th b o x   p l o t,  it  ca n   b s ee n   th at  s am p le  1 ,   2 ,   an d   4   s h o p o s itiv ely   s k ewe d   d is tr ib u tio n   o f   th co n d u ctiv ity m ea n wh ile,   o n ly   s am p le  3   s h o ws  n eg ativ el y   s k ewe d   d is tr i b u tio n .   T h is   tr e n d   in d icate s   th at  th c o llected   d ata  is   r eliab le  an d   c o n s is ten t,  an d   s o m u n a v o id a b le  h u m an   e r r o r   d u r in g   m ea s u r em en m ig h co n tr ib u te   to   th e   h ig h   d is p er s io n   o f   th d ata  s et  in   s am p le  3 .   T h m ea n   co n d u ctiv ity   v alu ac h iev ed   f r o m   al th co llected   d ata   an d   s am p les  is   3 . 9 5 × 10 6   S/m.   T h er ef o r e,   th is   co n d u ctiv ity   v alu is   u s ed   f o r   NFC   tag   an t en n d esig n   in   th e   s u b s eq u en t sectio n .               ( a)   ( b )   ( c)         Fig u r 2 .   C o n d u ctiv ity   m ea s u r em en t: ( a)   u s in g   4 - Po in t Pr o b e   L o r esta G MCP - T 7 0 0 ,   ( b )   m ea s u r em en co n d u cte d   o n   g r ap h en s am p l es,  an d   ( c)   d is tr ib u tio n   o f   co n d u ctiv ity   v alu es f o r   4   s am p les       2 . 2 .     NF t a g   a nte nn a   des ig n   T h NFC   tag   an ten n a   in   Fi g u r 3   co m p r is es  an   R L C   r eso n an ce   cir cu it,   as  illu s tr ated   in   th e   s im p lifie d   eq u iv alen cir cu it  m o d el  in   Fig u r 3 ( a) .   T h D C   an ten n r esis tan ce ,   R a ,   in d icate s   th lo s s   o f   th e   an ten n c o il,  wh ich   is   s p ec if ied   b y   th wid t h   ( w)   an d   th le n g th   o f   th e   an ten n co il.   Me a n wh ile,   th a n ten n a   in d u ctan ce ,   L a ,   d e p en d s   o n   th g eo m etr ical  p ar am eter s   o f   t h co il  an ten n a,   in clu d i n g   th e   an ten n len g th   ( a) ,   wid th   ( b ) ,   n u m b e r   o f   tu r n s   ( n ) ,   co n d u cto r s   wid th   ( w) ,   a n d   co n d u ct o r s   g a p   ( g )   as  illu s tr ated   in   t h co m m o n   HF  b an d   p r in ted   cir cu it  b o ar d   ( PC B )   an ten n s tr u ctu r e   in   F ig u r 3 ( b ) .   C a   is   th p ar asit ic  ca p ac itan ce   o f   th e   an ten n a,   wh ich   ex is ts   b etwe en   th co ils .   I n   d esig n in g   th NFC   tag   an ten n a,   it  i s   cr u cial  to   m in im ize  th e   an ten n r esis tan ce   to   r ed u ce   h ea lo s s   in   th an ten n a.   T h er ef o r e,   th g r a p h en e - b ased   NFC   tag   d es ig n   m u s p r io r itize  ac h iev in g   th lo west  p o s s ib le  an ten n r esis tan ce   w h ile  m ain tain in g   s m all  d im en s io n   o f   th an ten n a.   T h is   ef f o r is   ess en tial  f o r   m in im izin g   h ea lo s s   an d   en h an ci n g   th Q - f ac to r ,   as  th two   ar e   d ir ec tly   r elate d ,   as   d escr ib ed   in   ( 4 ) .             ( a)   ( b )       Fig u r 3 .   NFC   tag   an ten n a :   ( a)   eq u iv alen t c ir c u it m o d el  a n d   ( b )   s tr u ctu r e     = 2    ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F lexib le  h yb r id   g r a p h en e - b a s ed   N F C   ta g   a n ten n a   fo r   temp e r a tu r mo n ito r in g   …  ( N a jw a   Mo h d   F a u d z i )   231   T h NFC   tag   an ten n d esig n   in   Fig u r 4   was sim u lated   u s in g   C ST  Mic r o wav Stu d io s   wit h   d if f er e n t   n u m b e r s   o f   c o i l   t u r n s ,   w i d t h s   a n d   g a p s   b e t w e e n   t h e   c o i l s ,   i n   o r d e r   t o   a c h i e v e   t h e   o p t i m u m   p e r f o r m a n c e .   T h r e e   a n t e n n a   d e s i g n s   n a m e l y   d e s i g n   A ,   d e s i g n   B ,   a n d   d e s i g n   C   w e r e   s i m u l at e d ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e s   4 ( a )   t o   4 ( c ) ,   r esp ec tiv ely .   T h e   h y b r id   g r ap h en co n d u ct o r   was  m o d eled   with   co n d u ctiv ity   v alu e   o f   3 . 9 5 × 10 6   S/m,   as   ac h iev ed   in   s ec tio n   ( 2 . 1 )   an d   th ick n ess   o f   1   µm .   An   I SO/IE C   1 5 6 9 3   co m p lian ch ip   f r o m   T ex as  i n s tr u m en t,   R F4 3 0 FR L 1 5 2 HC R GE ,   with   an   in ter n al   ca p ac itan ce   o f   3 5   p [ 29 ] ,   was  in teg r ate d   at  th e   p o r o f   th e   an ten n a   d esig n .   T h g e o m etr y   an d   s im u lated   v alu es  o f   L a ,   R a ,   an d   Q - f ac to r   f o r   all  d esig n s   ar s u m m ar ized   in   T ab le  1 .   T h L a   an d   R a   v alu es  wer m e asu r ed   at  1   MH z,   as  r ec o m m e n d ed   in   [3 0 ] ,   to   n e g lect  th ca p ac itiv p ar o f   th c o i l   a n t e n n a ,   w h il e   t h e   Q - f a ct o r   w a s   m e as u r e d   a t   1 3 . 5 6   M H z .   A m o n g   t h e   t h r e e   d e s i g n s ,   d es ig n   A   a n d   d e s i g n   B   h av s im ilar   Q - f ac to r   v alu es,  b o th   o f   wh ich   ar twice  as  h ig h   as  d esig n   C .   T h is   is   d u e   to   t h wid er   co il  wid t h   o f   d esig n   a n d   d esig n   B   co m p ar ed   to   d esig n   C ,   wh ich   r ed u ce s   th an ten n r esis tan ce   an d   in cr ea s es  th e   cr o s s - s ec tio n al  ar ea   f o r   c u r r en to   f lo w.   Sin ce   r esis tan ce   is   in v er s ely   p r o p o r tio n al  to   t h Q - f ac to r   as  r ef er r ed   to   ( 4 ) ,   r e d u cin g   th e   an ten n a   r esis tan ce   co n tr ib u tes  to   an   in cr ea s in   th an te n n a’ s   Q - f ac to r .   Ho we v er ,   co m p ar ed   to   d esig n   B ,   d esig n   h as  2 0 s m aller   d im e n s io n s ,   m ak in g   it  m o r s u itab le   f o r   p lace m en t   o n   v ar io u s   item s   an d   s u r f ac es  wit h o u b ein g   o v er ly   b u lk y .   T h e r ef o r e,   d esig n   was  ch o s en   as   th m o s o p tim u m   d esig n   f o r   p r in tin g   an d   f u r t h er   an aly s is .           ( a)   ( b )           ( c)     Fig u r 4 .   Stru ctu r o f   an ten n d esig n   f o r   ( a)   d esig n   A,   ( b )   d e s ig n   B ,   an d   ( c)   d esig n   C       T ab le  1 .   An ten n g e o m etr ies an d   s im u lated   L a,   R a ,   an d   Q - f a cto r   v alu es   D e si g n   A   B   C   D i me n si o n   50 × 40   50 × 50   50 × 50   C o n d u c t o r   w i d t h ,   w   ( mm )   3   2 . 5   0 . 8   G a p   b e t w e e n   c o i l s,  g   ( mm )   1   1 . 2   0 . 9   N u mb e r   o f   t u r n s ,   n   4   6   6   C h a mf e r   w i d t h ,   c   ( mm )   2   2   0   La   ( µ H )   @ 1   M H z   0 . 7 5   1 . 2 1   2 . 3 5   R a   ( Ω )   @ 1   M H z   3 7 . 0 3   6 5 . 9 6   3 0 8 . 7 7   Q - f a c t o r   @ 1 3 . 5 6   M H z   1 . 2   1 . 2   0 . 6 2       2 . 3 .     F a brica t io n o f   g ra ph ene - ba s ed  NF t a g   a nte nn a   Fig u r 5   illu s tr ates  th f ab r icatio n   p r o ce s s   o f   th g r a p h en e - b ased   NFC   tag   an ten n a.   T h ta g   an ten n a   was  f ab r icate d   u s in g   in k jet  p r in tin g   tech n o lo g y   with   t h PiXDR L P5 0   ( Su SS   Mic r o T e c) .   T h e   tem p er at u r e   o f   th p laten   ca n   b ad j u s ted   b etwe en   2 8   °C   to   6 0   °C .   T o   p r ev en th in k   f r o m   s p r ea d in g ,   th p laten   g w c Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   2 2 7 - 2 4 2   232   tem p er atu r e   in   t h is   f ab r icatio n   was  s et  at  4 0   °C .   T h a n ten n was  p r in te d   with   m i n im u m   th ick n ess   o f   1   µm   to   r ed u ce   th p r i n tin g   d if f ic u lty .   T o   en s u r f lex ib ilit y ,   th g r ap h en co n d u ctiv m ater ial  w as p r in ted   o n   PET   s u b s tr ate  with   an   elec tr ical  p er m itti v ity   o f   3   an d   th ick n ess   o f   0 . 1 2   m m .   Af ter   p r in ti n g ,   th an ten n was  cu r ed   at  4 0   °C   f o r   3 0   m in u tes.   T h an ten n co il  an d   b r id g wer p r in ted   s ep ar ately   an d   s u b s eq u en tly   b o n d ed   u s in g   s ilv er   co n d u ctiv ep o x y ,   C h em tr o n ics  C W 2 4 0 0 .   T h co n d u ctiv ep o x y   r eq u ir es  cu r in g   at  r o o m   tem p er atu r ( 2 5   °C )   f o r   4   h o u r s ,   with   m ax im u m   b o n d   s tr en g t h   ac h iev ed   af ter   2 4   h o u r s .             Fig u r 5 .   Fab r icatio n   p r o ce s s   o f   g r a p h en e - b ased   NFC   tag   an ten n a       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   d is cu s s es  th s im u lated   an d   m ea s u r ed   r esu l ts   o f   th e   p r o p o s ed   NFC   tag   an ten n a,   in clu d in g   a n ten n i n d u ctan ce ,   an ten n DC   r esis tan ce ,   tag   r e ad in g   r a n g e,   b en d in g   an d   s en s itiv ity   o n   d if f er en t   s u r f ac m ater ials   to   v alid ate   th f ea s ib ilit y   o f   u s in g   h y b r id   g r ap h e n e - b ased   m ater ial  as  th co n d u ctiv e   elem en f o r   th NFC   tag   an te n n a.   T h h y b r id   g r a p h en e - b as ed   NFC   tag   an ten n a   also   h as  b ee n   in teg r ated   with   th f lex ib le  tem p er atu r s en s o r   cir cu it,  p r in te d   u s in g   th s am m ater ial,   an d   th r eliab ilit y   o f   th tag   f o r   tem p er atu r m o n ito r i n g   ap p licatio n s   h as b ee n   ev al u ated .     3 . 1 .     Ant enna   i nd uct a nce,   L a   a nd   a nte nn a   DC  r esis t a nce,   R a   Fig u r 6   illu s tr ates  th m ea s u r em en o f   th e   elec tr ical  p r o p er t ies,  in clu d in g   L a n d   R a,   o f   t h p r in ted   Desig n   tag   an ten n t o   v alid ate  th s im u latio n   r esu lts   p r esen ted   in   T ab le   1 .   T h r ee   s am p les  o f   t h Desig n   A   an ten n a,   s h o wn   in   Fig u r 6 ( a ) ,   wer u s ed   to   m ea s u r L a n d   R with   Key s ig h N5 2 3 2 B   PNA - L   Vec to r   Netwo r k   An aly ze r   ( VNA) ,   as  d ep icted   in   Fig u r e   6 (b ) .   Fro m   th s m ith   ch a r r esu lt,   th L a   a n d   R a   v al u es  wer ev alu ated   at  1   MH as  s h o wn   in   Fig u r 6 ( c) ,   wh ile  th Q - f ac to r   v alu es  wer ca lcu late d   f r o m   t h n etwo r k   im p ed an ce   o b tain e d   at   th e   o p er atin g   f r eq u e n cy   o f   1 3 . 5 6   M Hz  u s in g   ( 4 ) .   T h m ea s u r ed   r esu lts   ar co m p ar ed   with   th C ST  s im u latio n   as  p r esen ted   in   T ab le  2 .   On   av e r ag e,   th e   s im u lated   a n d   m ea s u r ed   r esu lts   ex h ib it   g o o d   ag r ee m en with   v er y   s lig h d if f er en ce   f o r   L a ,   R a ,   an d   Q - f ac to r   v alu es.  T h ese  f in d in g s   d em o n s tr ate  th at  th g r ap h en e - b ased   co n d u cti v m ater ial  is   well  p r in ted   a n d   co m p atib le  with   th e   f lex i b le  PET   s u b s tr ate,   m ain tain in g   co n s is ten t c o n d u c tiv ity   th r o u g h o u t th en tire   c o i l d esig n ,   s im ilar   to   th s im u lat io n   co n d itio n s .             ( a)   ( b )   ( c)         Fig u r 6 .   Desig n   tag   an ten n a’ s   ( a)   p r o to ty p es,  ( b )   m ea s u r e m en t setu p   f o r   an ten n in d u ctan ce   an d   r esis tan ce   u s in g   th Key s ig h t N 5 2 3 2 B   P NA - L   VNA,   an d   ( c)   e x am p le  o f   Sm ith   ch a r t r esu lt       T ab le  2 .   Simu lated   a n d   m ea s u r ed   r esu lts   f o r   d esig n   an ten n in d u cta n ce ,   r esis tan ce ,   an d   Q - f ac to r   P a r a me t e r   C S s i mu l a t i o n   VNA  me a s u r e me n t s   1   2   3   A v e r a g e   La   ( µ H )   @ 1   M H z   0 . 7 5   0 . 8 8   0 . 9 2   0 . 9 1   0 . 9 0   R a   ( Ω )   @ 1   M H z   3 7 . 0 3   5 0 . 1 5   3 0 . 9 6   3 7 . 1 1   3 9 . 4 1   Q - f a c t o r   @   1 3 . 5 6   M H z   1 . 2 0   0 . 9 7   1 . 6 7   1 . 3 5   1 . 3 3   1 2 3 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F lexib le  h yb r id   g r a p h en e - b a s ed   N F C   ta g   a n ten n a   fo r   temp e r a tu r mo n ito r in g   …  ( N a jw a   Mo h d   F a u d z i )   233   3 . 2 .     T a g   re a din g   ra ng e   T h tag   r ea d in g   r an g in   Fig u r 7   is   d ef in ed   as  th m ax im u m   d is tan ce   at  wh ich   th r ea d e r   ca n   d etec th tag .   T h tag   r ea d in g   r an g is   d eter m in ed   i n   th s im u la tio n   f r o m   th m ag n etic  f ield   s tr en g th   cu r v e,   as  s h o wn   in   Fig u r 7 ( a ) .   T h d is tan ce   at  1 . 5   A/m   is   co n s id er e d   th m ax im u m   r ea d i n g   d is tan ce ,   as  1 . 5   A/m   is   th e   s tan d ar d   v al u f o r   t h m in im u m   f ield   s tr en g th   r eq u ir e d   to   a ctiv ate  th ch ip   [3 1 ] .   Acc o r d i n g   to   th g r ap h ,   th e   p r o p o s ed   g r a p h en e - b ased   tag   an ten n ac h ie v es a   m ax im u m   r ea d in g   r an g o f   ap p r o x im ately   3 . 2   c m .     T h g r ap h   in   Fig u r 7 ( b )   illu s tr ates  th r elatio n s h ip   b etwe en   th tag   r ea d i n g   r a n g an d   th an ten n a   r eso n an ce   f r eq u e n cy   as  f u n c tio n   o f   th t u n in g   ca p ac itan ce   v alu e.   W ith o u a n y   t u n in g ,   th e   tag   ca n   alr ea d y   b e   d etec ted   with   r ea d in g   r an g o f   u p   to   1 . 8   cm .   I n cr ea s in g   th tu n in g   ca p ac itan ce   t o   7 5   p m ax im izes  th tag   r ea d in g   r an g e   at  r eso n an f r eq u en cy   o f   1 5   MH z,   with   d is tan ce   o f   ap p r o x im ately   3   c m .   Ho wev er ,   as  th e   tu n in g   ca p ac itan ce   in cr ea s es  h ig h er ,   th e   r eso n an f r eq u en cy   s h if ts   to   lo wer   f r e q u en c y   an d   th r ea d in g   r an g e   d ec r ea s es.  T h m in im u m   d is tan ce   ac h iev ed   is   1 . 3   cm   wi th   tu n in g   ca p ac itan ce   v alu o f   2 0 0   p an d   r eso n an ce   f r eq u en cy   o f   1 1 . 5 3   MH z.   B elo th is   f r eq u en cy ,   t h tag   an ten n a   ca n n o b d ete cted   as  th r eso n an t   f r eq u e n cy   d o es  n o m atch e d   t h r ea d er ,   r esu ltin g   in   n o   m a g n etic  co u p lin g .   T h m ax im u m   m ea s u r ed   r ea d in g   r an g s h o ws  v er y   clo s ag r e em en to   th s im u latio n   a n d   it  is   with in   th ty p ical  d etec tio n   r an g e   f o r   a   s m ar tp h o n e,   wh ich   is   b etwe en   1   an d   5   cm   [3 2 ] .   Fig u r 8   is   m ea s u r em en s etu p .   T h s im u lated   tag   r ea d in g   r an g was  th en   v er if ied   th r o u g h   m ea s u r em en u s in g   t h e x p er i m en tal  s etu p   s h o wn   in   Fig u r e   8 ( a) .   I n   th is   s etu p ,   th e   an ten n was  co n n ec ted   in   p ar allel  with   th tu n in g   ca p ac itan ce   C tun   o n   th b r ea d b o ar d   an d   th R F4 3 0 FR L 1 5 2 HE VM   b o ar d   f r o m   T ex as   I n s tr u m en ts ,   wh ich   in clu d es R F4 3 0 FR L 1 5 2 ch ip .   T o   d etec t th tag   an d   m ea s u r th r ea d i n g   r an g e ,   an   NFC - en ab led   s m ar tp h o n e,   s p ec if ically   th Xiao m 1 1 T ,   was  em p lo y ed ,   an d   th d is tan ce   b etwe en   th tag   an d   th s m ar tp h o n was  m ea s u r ed   u s i n g   v er n ier   ca llip er .   T h tu n i n g   ca p ac itan ce   was  v ar ied   f r o m   5 0   p to   2 0 0   p F   to   d eter m i n th h i g h est  r ea d in g   r an g ac h iev a b le  b y   th an ten n a.   T h r eso n a n ce   f r eq u en cy   was  o b s er v ed   u s in g   th VNA,   as  d e p icted   i n   Fig u r 8 ( b ) ,   wh e r th ta g   a n ten n is   b r o u g h clo s er   t o   co il  an ten n a   with   a   r eso n an t f r e q u en c y   o f   o v e r   5 0   MH co n n ec ted   to   th VNA.           ( a)   ( b )       Fig u r 7 .   R ea d in g   r an g o b s er v atio n   th r o u g h   ( a)   m ag n etic  f i eld   s tr en g th   as a   f u n ctio n   o f   d i s tan ce   f r o m   tag   s u r f ac (z - ax is )   a n d   ( b )   m ea s u r ed   tag   r ea d in g   r an g with   r esp ec tiv r eso n an f r eq u en cy   a n d   tu n in g   ca p ac itan ce   v alu e           ( a)   ( b )       Fig u r 8 .   Me asu r em e n t setu p   f o r   ( a)   ta g   r ea d i n g   r a n g an d   ( b )   an ten n r eso n an f r eq u e n cy   Cap a c i t or s T exa I nst r um ent   B oar d V er ni er   ca l l i per Sm ar t   phone T ag   A nt enna T ag   A nt enna V N A T exa I nst r um ent   B oar d C apaci t ors Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   2 2 7 - 2 4 2   234   3 . 3 .     E f f ec t   o f   bend ing   a t   diff er ent   ra diu s   T h f lex i b ilit y   o f   th g r ap h e n e - b ased   tag   an ten n h as  also   b ee n   ass ess ed   b y   v ar y in g   t h b en d in g   r ad iu s .   I n   th s im u latio n   s h o wn   in   Fig u r 9 ,   th an ten n is   b en t o n   cy lin d r ical  f o am   with     o f   1 ,   at  d if f er en t   an g les  b y   v ar y in g   th c y lin d r ical  b en d in g   r a d iu s ,   r ,   with i n   th 1 . 5   cm   to   4 . 5   cm   r an g e.   T h r elatio n s h ip   b etwe en   th e   b en d in g   r ad i u s   a n d   a n g le  ca n   b d eter m in ed   u s in g   th a r le n g th ,     f o r m u la  in   ( 5 ) ,   w h er t h e   b en d in g   an g le,   θ  is   in v er s ely   p r o p o r tio n al  to   t h r ad iu s   o f   t h cy lin d er ,   r .   T h u s ,   an   in c r ea s in   r ad iu s   ( 1 . 5   cm   to   4 . 5   cm )   r esu lts   in   d ec r e ase  in   th b en d i n g   an g le  ( 1 9 0 . 9 ⁰  to   6 3 . 7 ) .   T h e   s im u lated   r esu lts   o f   th S - p ar am eter   f o r   v ar io u s   b en d i n g   r ad iu s   ar e   s h o wn   i n   Fig u r e   9 ( a) .   T h e   r esu lt  in d icate s   th at  t h an ten n a   r eso n an t   f r eq u e n cy   s h if ts   to   h ig h er   f r eq u en c y   b y   less   th an   1   MH f o r   th e   m ax im u m   b e n d in g   an g le.   T h is   s h if is   in s ig n if ican an d   r em ai n s   with in   th e   ac ce p tab le   o p er ati n g   f r eq u en c y   r a n g f o r   NFC   tag   ( 1 3 . 5 6   MH <   f Tag   1 6   MH z)   [3 3 ] .   T h f r eq u e n cy   s h if is   attr ib u ted   to   th d ec r ea s in   an ten n in d u ctan ce ,   L a,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 9 ( b ) .   Ho wev er ,   b en d i n g   m ay   co n t r ib u te  to   d ec r ea s in   co u p lin g   ef f icien cy   with   th r ea d er ,   as  th m ag n etic  f ield   i n ten s ity   is   r e d u ce d   with   a n   in cr ea s i n   th b en d in g   an g le,   as  s h o wn   in   Fig u r 9 ( c) .   T h e   in cr ea s in   th b en d in g   a n g le  lead s   to   an   asy m m etr ical  d is tr ib u tio n   o f   th m ag n etic  f ield   d u to   th d is to r tio n   o f   th cu r r en f lo an d   m ag n e tic  f ield   p atter n s   with in   th a n ten n s tr u ctu r e.     = =   ( 5 )           ( a)   ( b )         ( c)       Fig u r 9 .   Simu latio n   r esu lts   o f   ( a)   S - p ar a m eter ,   S 11 ;   ( b )   a n te n n in d u ctan ce ,   L a ;   a n d   ( c )   m ag n etic  f ield   d is tr ib u tio n   with   th v ar iatio n   o f   cy lin d e r   r ad i u s ,   r       T h m ea s u r em en at  d if f er en t b en d in g   an g les,  as  d ep icted   in   Fig u r 1 0 ,   wer c o n d u cted   to   v er if y   th e   s im u lated   r esu lts .   T h tag   an t en n was  attac h ed   to   d if f er e n t   s izes  o f   cy lin d er   f o am ,   as  s h o wn   in   Fig u r 1 0 ( a ) T h tag   r ea d in g   r a n g was  m ea s u r ed ,   an d   th s h if o f   a n ten n a’ s   r eso n an f r e q u en c y   f r o m   th o p e r atin g   f r eq u e n cy   o f   1 3 . 5 6   MH was  o b s er v ed   u s in g   VNA,   as  s h o wn   in   Fig u r e   1 0 ( b ) .   T h r esu lts   in     Fig u r 1 1   in d icate   t h at  th a n ten n a’ s   r eso n a n f r e q u en c y   r e m ain s   r elativ ely   co n s tan ac r o s s   v ar io u s   s u r f ac e   b en d in g   o f   cy lin d er   f o am s ,   ex ce p f o r   th cy lin d er   f o am   with   r =1 . 5   cm   ( θ= 1 9 0 . 9 ⁰) ,   wh ich   s h o ws  s lig h s h if t   o f   ar o u n d   1   MH z   to   a   h ig h er   f r eq u en c y ,   as   illu s tr ated   in   Fig u r 1 1 ( a) .   Alth o u g h   th e   r eso n an f r e q u en c y   is   n o t   s ig n if ican tly   af f ec ted   b y   th b en d in g ,   t h tag   r ea d in g   r a n g d ec r ea s es  f r o m   2 . 4   cm   to   1 . 3   cm   as  th b en d in g   an g le  is   in cr ea s ed   f r o m   6 3 . 7 ⁰  to   1 9 0 . 9 ,   wh ich   is   eq u al  to   th d ec r ea s o f   cy lin d er   r a d iu s   f r o m   4 . 5   cm   to   1 . 5   cm ,   as  d ep icted   in   Fig u r 1 1 ( b ) .   T h is   o cc u r s   b ec au s th b e n d in g   a n g le  is   m o r s ig n if ica n wh en   th cy lin d e r   r ad iu s   is   s m aller ,   r ed u cin g   th an ten n a' s   ac ce s s ib le  s u r f ac ar ea   f o r   th e   r ea d e r .   Sin ce   th s u r f ac e   ar ea   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       F lexib le  h yb r id   g r a p h en e - b a s ed   N F C   ta g   a n ten n a   fo r   temp e r a tu r mo n ito r in g   …  ( N a jw a   Mo h d   F a u d z i )   235   d ir ec tly   p r o p o r tio n al  to   th in d u ce d   m a g n etic  f ield ,   th s m aller   th s u r f ac ar ea ,   th les s   m ag n etic  f ield   is   in d u ce d   in   th tag   an ten n a,   th er eb y   r ed u cin g   th tag   r ea d in g   r an g e.   T h ese  r esu lts   p r o v t h at  th p r o p o s ed   tag   an ten n is   r o b u s t to   cu r v atu r e,   with   th s m allest d etec tio n   r a n g ac h iev e d   b ein g   1 . 3   cm .         ( a)       ( b )     Fig u r 1 0 .   Me asu r em en t a d if f er en t b e n d in g   an g le  u s in g   ( a)   cy lin d er   f o am s   with   v ar y in g   r ad iu s   an d   ( b )   m ea s u r em en t setu p   f o r   an te n n r eso n an t f r eq u e n cy   u s in g   VNA           ( a)   ( b )       Fig u r 1 1 .   Me asu r em en t r esu lt s   o f   ( a)   S - p a r am eter ,   S 11   an d   ( b )   r ea d i n g   r a n g with   v a r iatio n   o f   b en d in g   an g le       3 . 4 .     Sens it iv it y   o diff er ent   s urf a ce   T h s en s itiv ity   o f   th g r ap h e n e - b ased   tag   wh en   attac h ed   to   d if f er en m ater ials ,   as  d ep icted   in   Fig u r e   1 2 ,   was  ev al u ated .   T h tag   an t en n was  af f i x ed   to   v ar i o u s   m ater ials ,   in clu d in g   p last ic,   ca r t o n   b o x ,   wo o d ,   an d   m etal,   as  s h o wn   in   F ig u r e s   12 ( a) - ( d ) ,   r esp ec tiv ely ,   r es p ec tiv ely .   Acc o r d in g   to   th m ea s u r em en ts ,   th p er f o r m an ce   o f   th tag   a n ten n is   n o m u ch   af f ec ted   b y   p l asti c,   ca r to n   b o x es,  o r   wo o d   m ater ials ,   wh er th e   an ten n r eso n an t   f r e q u en c y   r e m ain   r elativ ely   co n s tan wh en   attac h ed   to   t h ese  m ater ials ,   w ith   o n ly   s lig h s h if t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   1 Ap r il   20 2 5 :   2 2 7 - 2 4 2   236   o f   ap p r o x im ately   1   MH f r o m   th an te n n in   f r ee   air ,   as   d ep icted   i n   Fig u r e   1 3 .   Ho w ev er ,   wh e n   th e   tag   an ten n is   m o u n ted   to   m etal,   i t lo s es p er f o r m an ce   a n d   d o es  n o t r eso n ate  at  th r eq u ir e d   o p er atin g   f r e q u en cies.   T h is   b eh av io u r   is   d u to   th e   p r esen ce   o f   an   ed d y   cu r r en o n   th m etallic  co m p o n en t,   wh ich   g en er ate  a   m ag n etic  f ield   in   th e   o p p o s ite  d ir ec tio n ,   wea k e n in g   th e   f iel d   o f   th e   NFC   r ea d er .   T o   less en   th e   in f lu e n ce   o f   ed d y   c u r r e n o n   th ta g   an ten n a,   m ag n etic  s h ee s u ch   as  f er r ite  o r   am o r p h o u s   ca n   b e   attac h ed   to   th b ac k   o f   th tag   an ten n a,   as r ec o m m en d ed   in   [3 4 ] [3 5 ]           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 1 2 .   An ten n attac h e d   t o   d if f er e n t m ater ials : ( a)   p last ic ,   ( b )   ca r to n   b o x ,   ( c)   wo o d ,   a n d   ( d )   m etal           Fig u r 1 3 .   Me asu r em en t r esu lt s   o f   S 11   wh en   d if f e r en t m ater i als ar attac h ed   to   th tag       3 . 5 .     I nte g ra t io wit h t em per a t ure  s ens o r   Fo r   th tem p er atu r m o n ito r in g   ap p licatio n ,   th p r o p o s ed   g r ap h en e - b ased   tag   an ten n a   in   F ig u r 1 4   is   in teg r ated   with   f lex ib le  te m p er atu r e   cir cu it   co m p r is in g   th R F4 3 0 FR L 1 5 2 ch ip   an d   1 0 0   k Ω   NT C   th er m is to r   f r o m   Su n l o r d ,   wh ic h   s er v es  as  th tem p er atu r s en s o r .   Fig u r 1 4 ( a)   illu s tr ates  t h p r o to ty p o f   th e   tag   an ten n with   th in teg r ated   cir cu it.  T h tag   an te n n a n d   t h tem p er atu r e   cir cu it  ar p r in ted   u s in g   th e   p r o p o s ed   g r ap h en e - b ased   co n d u ctiv m ater ial.   Su r f ac e - m o u n d ev ice  ( SMD)   co m p o n e n ts ,   in clu d in g   r esis to r s   an d   ca p ac ito r s ,   ar e   m o u n ted   o n   th e   cir cu it  u s in g   s ilv er   co n d u ctiv ep o x y ,   C h em tr o n ics  C W 2 4 0 0 ,   with   th e   aid   o f   s ten cil.   Fig u r 1 4 ( b )   d ep icts   th s ch em atic  cir cu it  d iag r am   o f   t h tag   f o r   tem p er atu r m o n ito r in g   ap p licatio n .   T h d esig n ed   a n ten n is   co n n ec ted   t o   p in   1   a n d   2   o f   th c h ip .   Me an wh ile,   th tem p er atu r s en s o r   ( R T 1 )   is   co n n ec ted   to   th e   ADC2   p in   a n d   g r o u n d ed   to   t h e   v ir tu al   g r o u n d   o f   t h s en s o r   r ef er e n ce   p o ten tial   ( SVSS ) .   r ef er e n ce   r esis to r   ( R ref ) ,   with   th e   s am v alu as   th t h er m is to r   ( 1 0 0   k Ω ) ,   is   c o n n ec ted   to   ADC1   an d   SVSS   to   ac h iev m o r ac cu r ate  tem p er atu r m ea s u r em en t.  T h g e n er al  eq u atio n   o f   th tem p e r atu r e   ch an g o f   t h er m is to r   in   ( 6 )   is   u tili ze d   to   ca lcu late  th m ea s u r ed   tem p er at u r in   r elatio n   t o   th r esis tan ce   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.