I n t e r n at ion al   Jou r n a l   of   I n f o r m at ics   an d   Com m u n icat ion   T e c h n ol ogy  ( I J - I CT )   Vo l .   15 ,   N o .   1 M a r c h   20 26 ,   pp.   34 3 ~ 35 5   I S S N:  2252 - 8776 DO I 10 . 11591/i ji c t . v 15 i 1 . pp 34 3 - 35 5             343       Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij ict . iaes c or e . c om   Hi gh  gai n   m u lti - la y e r e d  m ic r ost r ip  p at c h  an t e n n   f or  x -   b an d  ap p l ic at io n s       Jad Nage s war Rao 1 , 2 ,   R agi p i n d i   Ram an Re d d y 3   1 D e pa r tm e nt   of  E C E , J N T  U ni ve r s it y  A na nt a pur a mu , A na nt a pur , I ndi a   2 A dhoc , J N T U A   C ol le g e   of  E ngi n e e r in g, P ul i ve ndul a , I nd ia   3 D e pa r tm e nt   of  E C E J N T  U ni ve r s it y   A na nt a pur a mu K a li ki r i , I ndi 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   J a n   9,   2024   R e vi s e Oc t   22,   2025   A c c e pt e N o v   5,   2025       T h i s   r e s e ar c h   i n v e s t i g at e s   t h d ev e l o p men t   o f   mu l t i - s t ac k e d   mi c ro s t ri p   an t e n n f e at u ri n g   t w o   p at c h   e l emen t s   p o s i t i o n e d   i n   l ay e r ed   c o n fi g u rat i o n .   T h e   a n t en n a   d e s i g n   i n co rp o rat e s   t h r ee   s u b s t rat e s   w i t h   d i ff e r e n t   d i el ec t ri c o n s t an t s ,   s e p arat e d   b y   a n   ai g ap ,   t o   ev al u at e   t h e i i m p ac t   o n   i m p ro v i n g   b an d w i d t h   a n d   g a i n .   T h e   p ri m ar y   o b j ec t i v o f   t h i s   r e s e a rc h   i s   t o   e n h an ce  t h e ffi ci e n cy   o mi c ro s t ri p   p at c h   a n t en n b y   u t i l i s i n g   a   mu l t i l a y e r   s u b s t rat e   s t ru c t u re.   Si mu l at i o n   r e s u l t s   i n d i c at e   t h at   s t ac k i n g   s u b s t ra t e s   w i t h   v ar y i n g   d i e l ec t ri c   p ro p e rt i e s   s i g n i fi c a n t l y   en h a n ce s   an t en n a   p e rfo r m an ce.   T h b an d w i d t h   i n c r e as e s   co n s i d e rab l y ,   fro m   1 . 3 8   G H t o   2 . 3 7   G H z,   w h i l e   t h p e ak   g ai n   i m p ro v e s   fr o m   6 . 6   d B i   t o   7 . 9   d B i .   T h e s e   a d v an cemen t s   h i g h l i g h t   t h e   an t e n n a's   e ff ec t i v e n e s s   i n   o p e rat i n g   w i t h i n   t h e   X - b an d   fr e q u e n cy   ran g e,   m ak i n g   i t   s u i t ab l e   f o w i r el e s s   an d   s at e l l i t e   c o mmu n i c at i o n   s y s t em s .   T h d e s i g n   an d   i t s   p e rfo r m a n ce  w e r an a l y s e d   u s i n g   h i g h - fre q u e n cy   s t ru c t u r s i mu l at o r   ( H FSS )   s i mu l at i o n   s o ft w ar e,   w h i ch   v al i d at e d   i t s   p r ac t i c al   fe as i b i l i t y .   T h i s   i n n o v at i v e   c o n fi g u rat i o n   ad d r e s s e s   t h e   b an d w i d t h   l i mi t at i o n s   t y p i c al l y   as s o ci at ed   w i t h   c o n v en t i o n al   mi c r o s t ri p   an t en n as ,   e n s u r i n g   i m p ro v ed   o p e rat i o n al   e ff i ci e n cy   fo r   m o d e rn   c o mmu n i c at i o n   t e ch n o l o g i e s .   T h e   f i n d i n g s   h i g h l i g h t   t h e   b e n e f i t s   o u t i l i s i n g   m u l t i - s t ac k e d   s t ru c t u re  t o   a c h i e v s u p e r i o a n t en n p e rfo r m a n ce ,   p art i cu l ar l y   i n   ad v an ced   c o mmu n i c at i o n   ap p l i c at i o n s .     K e y w o r d s :   H i g h   ga i n   H i g h - f r e que nc y   s t r uc t ur e   s i m u l a t o r   M u l t i   l a y e r   W i de   b a n d   B a n d   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   J a da   Na ge s w a r a   R a o   De pa r t m e n t   o f   E C E ,   J NT   Uni v e r s i t y   Ana n t a pur   S i r   M o ks h a gu n da m   V i s hv e s h wa r i a h   R o a d,   A n d h r a   P r a de s h   515002,   I n d i a   E m a i l j a da n a ge s wa r a r a o @ g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   M i c r o s tr i a n t e nna s   h a ve   e m e r ge a s   a   l e a d i ng  c h o i c e   i n   c o n t e m po r a r y   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o s y s t e m s   due   t t h e i r   c o m pa c t   s i z e ,   l i g h t we i g h t   de s i g n ,   a n e a s e   o f   i n t e gr a t i o n .   Ho we v e r ,   t h e   dr a wb a c k s   o f   s i n g l e - l a y e r   m i c r o s t r i a n t e nn a s ,   pa r t i c u l a r ly   i t e r m s   o f   b a n dw i dt h   a n r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y ,   h a v e   led  to  t h e   e x p l o r a t i o n   o f   m o r e   a dv a n c e a n t e nna   s t r uc t u r e s .   M ul t i l a y e r   m i c r o s t r i a n t e nn a s ,   c h a r a c t e r i s e by   t h e i r   st a c ke c o nf i gur a t i o n   o f   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e s   a n r a d i a t i n e l e m e n t s ,   o f f e r   a   pr o m i s i ng  s o l ut i o n   t o   ov e r c o m e   t h e s e   l im i t a t i o n s .   T hi s   pa pe r   a i m s   t i nv e s t i ga t e   t h e   de s i g n ,   a na l y s i s ,   a n pe r f o r m a n c e   o f   m u l t i l a y e r   mi c r o s t r i a n t e nna s   i n   t h e   c o n t e x t   o f   ne x t - ge n e r a t i o n   c o m m u ni c a t i o n   t e c hn o l o g i e s .   B y   e x p l o it i n t h e   a dv a n t a ge s   o f   m u l t il a y e r   s t r uc t ur e s ,   s uc h   a s   e nha n c e b a n dw i dt h ,   r e duc e l o s s e s ,   a n i m pr o v e r a d i a t i o pa tt e r n s ,   t h i s   r e s e a r c h   s e e k s   to   c o n tr i b ut e   to   t h e   a dv a n c e m e n t   o f   a n t e nna   s y s t e m s   f o r   a pp l i c a t i o ns   i n   s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n s ,   r a da r   s y s t e m s ,   a n w i r e l e s s   n e t wo r ks .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2252 - 8776   I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l ,   Vo l .   15 ,   N o.   1 M a r c h   20 26 34 3 - 35 5   344   A   m u l t il a y e r e a pe r t ur e - c o upl e mi c r o s tr i pa t c h   a n t e nn a   t a i l o r e f o r   W L A a pp li c a t i o n s   i s   pr e s e n t e d.   F e a t ur i n a n   ' I '   a n ' H '   s l o t   de s i g n   o n   t h e   gr o un pl a n e ,   c o n t r o l l e by   f e e l i ne   l e n gt h ,   t h e   a n t e nna   a c hi e ve s   a n   e x c e l l e n t   r e f l e c t i o n   c o e f f i c i e n t ,   l o vo l t a ge   s t a n d i n wa ve   r a t i o   ( VSW R ) ,   a n b r o a ds i de   r a d i a t i o n   w i t h   a   ga i n   e x c e e d i ng  5   dB i .   T h e   a pe r t ur e - c o upl e s t a c ke de s i g n   de m o n s t r a t e g oo b a n dw i dt pe r f o r m a n c e   f o r   W L A a pp l i c a t i o ns ;   h o we v e r ,   li mi t e ga i n   a n l a c o f   po l a r i s a t i o n   c o n t r o l   r e duc e   i t s   e f f e c t i v e n e s s   f o r   hi g h - pe r f o r m a nc e   a n d i r e c t i o n a l   s y s t e m s   [ 1] .   A   w i de - b a n s t a c ke m i c r o s t r i pa t c a n t e nn a   i s   i n t r o duc e i n   t hi s   pa pe r .   T h i s   a n t e nna   ha s   e x t e ns i ve   b a n dw i dt h   a n e nha n c e r a d i a t i o n   pr o pe r t i e s ,   m a k i ng  i t   w e l l - s u i t e f o r   X - b a n a pp l i c a t i o ns .   T he   c o m pa c t   w i de b a n m u l t i l a y e r   a n t e nn a   a c hi e ve a   ga i n   o f   a ppr o xi m a t e l y   5. 23  dB i ;   h o we v e r ,   t h e   ga i n   r e m a i ns   m o de s t   a n c o ul b e   e nh a n c e t h r o ugh   im pr o v e d   s ubs t r a t e   tuni n a n m a t e r i a l   o pt i mi s a t i o n   [ 2] .   I n   t hi s   a   s t a c ke do ubl e - l a y e r   c i r c u l a r   f r a c t a l   m icr o s t r i p   a n t e nn a   f o r   X - b a n a pp l i c a t i o n s   i s   pr e s e n t e d.   M o di f i c a t i o n s   to  t h e   gr o un pl a n e   m i n im i s e s ur f a c e   wa v e   e f f e c t s ,   e n h a n c i ng  r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y .   T h e   a n t e nn a 's   i m pr o v e i m pe d a n c e   m a t c hi ng  a n o m ni d ir e c t i o n a l   r a d i a t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   m a ke   i t   s u i t a bl e   f o r   r a da r ,   m o bil e ,   a n s a t e l l i t e   c o m m u ni c a t i o n s   [ 3] .   I n   t hi s   wor a   s t a c ke pa t c h   a n t e nn a   w i t h   E - s h a pe a n U - s l o t   pa t c h e s   i s   d i s c us s e d.   I o pe r a t e s   i n   t h e   f r e que nc y   s pe c t r um   o f   3. 27 - 5. 85   GH z .   T h e   s t udy   e x a mi ne s   t h e   e f f e c t   of   pa t c h   s e pa r a t i o n   a n s l o t   di m e n s i o ns   o n   b a n dw i dt h   a n d   im pe da n c e   m a t c hi n g,   hi g hl i g h t i n t h e   s i g nif i c a n c e   o f   o p t i m a l   c o up l i ng  f o r   i m pr o v e pe r f o r m a n c e   [ 4] .   A   C - t y pe   s i ng l e   f e e f o r   w i de - b a n c i r c u l a r ly   po l a r i s e s t a c ke m i c r o s t r i a n t e nn a s   ( C P S M As ) ,   e m p h a s i s i ng  A R   b a n dw i dt h   a n ga i n,   i s   pr e s e n t e d.   T h e   de s i g n   i nc o r por a t e s   a   pr o b e - f e s t a c w i t h   a   pa r a s i t i c   pa t c h   a n f o a m   l a y e r ,   w i t h   a   pa r t i c u l a r   f o c us   o n   s ub s t r a t e   a n pa t c h   a s pe c t - r a t i o   a d j us t m e n t s .   W i de b a n c i r c u l a r   p o l a r i z a t i o wa s   a c hi e v e us i ng  f o a m   l a y e r s   a n a   C - t y pe   f e e d;   h o we v e r ,   t h e   us e   o f   f o a m   r e duc e s   m e c h a ni c a l   s t a bi li t a n a dds   f a b r i c a t i o n   c o m p l e xi t y ,   li m i t i ng  t h e   a n t e nn a 's   pr a c t i c a l   de p l o ym e n t   [ 5]   A   w i de b a n d,   c o m pa c t ,   m u l t i - s t a c ke pa t c h   a n t e nna   w i t h   a n   a ve r a ge   ga i o f   7d B i   a n a   pe a ga i o f   9dB i   a t   6. 5GH z   i s   pr e s e n t e d.   L o w   c r o s s - po l a r i s a t i o n   uni d i r e c t i o n a l   r a d i a t i o n   i s   f a c il i t a t e by   t h e   a n t e nn a 's   s e m i - c i r c u l a r   s l o a n T - s h a pe s t ub   [ 6] .   T h e   pr opo s e H - s h a pe s l o tt e d   m u l t il a y e r   s t a c ke a n t e n na   f o r   X - b a n o pe r a t i o n   e xhi b i t s   w i d e b a n pe r f o r m a n c e   w i t h   a   s i m u l a t e i m pe d a n c e   ba n dw i dt h   o f   2. 12  GH z ,   a n o p t i m a l   e f f i c i e nc y   i s   a c hi e v e a t   a   1. m m   s u bs t r a t e   ga p.   T h e   a n t e nn a   de m o n s t r a t e s   hi g h   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c w i t h   a   m a xim u m   g a i n   o f   7. 62  dB   [ 7 ] .     T h e   s t a c ke b o w - t i e   s l o t   a n t e nn a   pr e s e n t e i n   t he   pa pe r   a c hi e ve hi g h   r a d i a t i o n   e f f i c i e n c y   o v e r   a   w i de   b a n dw i dt h .   T h e   s t a c ke b o w - t i e   a pe r t ur e   a n t e nn a   pr o vi de 27%   b a n dw i dt h   a n hi g h   e f f i c i e n c y;  h o we v e r ,   i t s   s l o t - b a s e g e o m e t r y   i s   l e s s   s u i t a ble  f o r   pr i n t e c i r c u i t   b o a r ( P C B )   i n t e gr a t i o n   a n l a c k s   po l a r i s a t i o n   c o n t r o l ,   l im i t i ng  i t s   v e r s a t i li t y   i pr a c t i c a l   a pp li c a t i o n s   [ 8] .   T hi s   wo r i n t r o duc e s   a   C - b a n dua l - r e s o n a n t   a n t e nna   ut i li s i ng  F R a n M i c a   s u b s t r a t e s .   I t   a c hi e v e s i g nif i c a n t   i m pe da n c e   b a n dw i dt hs ,   pe a ga i n ,   a n e x c e ll e n t   c r o s s - po l a r i s a t i o n   c h a r a c t e r i s t i c s   [ 9] .   A   b r o a db a n s t a c ke o f f s e t   m i c r o s t r i a n t e nn a ,   whi c h   ha s   e nh a nc e ga i n   a n m i n im u m   c r o s s - po l a r i s a t i o n ,   i s   pr e s e n t e d.   T h e   a n t e nn a   a c hi e v e a   m a xi m u m   g a i n   o f   8. 07  dB i   a n m a i n t a i ns   a   f r o n t - to - b a c r a t i o   e x c e e d in 12  dB .   T h e   p l a n a r   m o n o po l e   a n t e nna   de l i ve r e u l t r a - w i de b a n d   ( UW B )   c o v e r a ge   wi t h   e f f e c t i v e   n o t c h   f il t e r i n g ;   h o we ve r ,   t h e   a b s e n c e   o f   s t a c k i n a n ga i o p t i mi s a t i o n   m a ke s   i t   un s u i t a bl e   f o r   t a r ge t e h i g h - ga i n   a pp l i c a t i o ns   i n   t h e   X - b a n [ 10] .   A   dua l - f e e d   s t a c ke pa t c h   a n t e nn a   de s i g ne f o r   L   a n S   b a n d s ,   f e a t ur i n c o r n e r - t r un c a t e pr o b e s   f e by   a   T - s h a pe s l o to  e nh a nc e   ga i n   a n a xi a l   r a t i o ,   i s   pr e s e n t e d.   T h e   a d j us t a bl e   a i r   ga b e t we e n   t h e   gr o un pl a ne   a n t h e   s ubs t r a t e   im pr o v e s   b a n dw i dt h   a n r e s o na n t   f r e que n c i e s ,   a l lo wi n f o r   t uni n a n i nc r e a s e b a n dw i dt h .   T h e   d ua l - f e e d   s t a c ke pa t c h   a n t e nn a   a c hi e ve c i r c u l a r   po l a r i z a t i o n   i n   L /S   b a n d s ;   h o we v e r ,   i t s   c o m p l e x   f e e d i ng  s t r uc t ur e   a n l im i t a t i o n   t l o w - f r e que nc y   o pe r a t i o n   r e s t r i c t   i t s   a ppl i c a bil i t y   i c o m pa c t   [ 11] .   T h e   de s i g n e t w o - l a y e r   m e t a s ur f a c e   s i g nif i c a n t l y   r e duc e r a da r   c r o s s   s e c t i o n   ( RCS )   a c r o s s   a   b r o a b a n w h e n   i n t e gr a t e w i t h   a   s i n g l e   o r   s t a c ke pa t c h   a r r a y .   B y   ut i li z i ng  m e t a l li c   s qua r e   l o o ps ,   r e s i s t or s ,   a n s qu a r e   m e t a l li c   pa t c h e s ,   t h e   m e t a s ur f a c e   e f f e c ti ve ly   a b s o r b s   i nc o m i ng  po we r   i n   s pe c i f i c   f r e qu e n c y   b a n ds ,   s h o wc a s i ng  hi g h   a b s o r pt i o n   a n m i n im a l   r e f l e c t i o n   [ 12] .   A   s t a c ke m u l t i l a y e r   pa t c h   a n m u l t ip l e - b a n a n t e nn a   de s i g n   f o r   h a n d he l t e r m i na l s   a r e   pr e s e n t e d.   U t i li z i ng  c o r n e r   t r un c a t i o n   a n I - s l o t ,   t h e   a n t e nna   e nh a nc e s   r a d i a t i o n   e f f i c i e nc y   [ 13] .   A   c i r c u l a r l y   po l a r i s e a pe r t ur e   s t a c ki n pa t c h   ( A S P )   a n t e nn a   i s   i n t r o duc e d,   u t i li s i ng  f o ur   pa r a s i t i c   pa t c h e s   r o t a t e by   30 °   t a c hi e v e   A R   < 3dB   a n VS W R   < 2.   I o f f e r s   a   b a n dw i dt h   o f   33. 6%   i n   a   s i ng l e   e l e m e n t   a n 36. 15 %   i n   a   2 × a r r a y   [ 14] .   A   l o w - c o s t,   hi g h - ga i n ,   b r o a db a n s t a c ke m u l t i - la y e r   t r i a n gu l a r   m i c r o s t r i a n t e nna   ( E T M S A )   h a s   b e e n   de ve l o pe f o r   t h e   1 , 700 - 2 , 600  M Hz   f r e que n c y   r a n ge ,   w i t h   a   f o c us   o n   mi n im i s i ng  c r o s s - po l a r i s a t i o n .   T h e   a n t e nn a   i nc l ude s   a   m e t a l li c   vi a   f o r   c r o s s - po l a r i s a t i o n   e nha n c e m e n t   a n a   m e t a l li c   c a vi t f o r   ga i n   im pr o v e m e n t .   I t   o f f e r s   a   ba n dw i dt h   o f   42. 2% ,   a   pe a ga i n   o f   10. dB i ,   a n   o v e r   15. dB   f r o n t - to - b a c r a t i o ,   a n l e s s   t h a n   - 13. 6   dB   c r o s s - p o l a r i s a t i o n ,   m a k i ng  i t   s u i t a bl e   f o r   R F   e n e r g y   h a r v e s t i n i n   va r i o us   b a n ds .   T h e   us e   o f   pa r a s i t i c   t r i a n gu l a r   pa t c h e s   a n a   c a vi t y   s t r uc t u r e   e n a bl e hi g h   ga i n ,   b ut   t h e   c o m p l e x   ge o m e t r y   a n d   r e s t r i c t i o n   to  l o we r   f r e que n c y   b a n d s   l im i t   i t s   s u i t a bil i t y   f o r   c o m pa c t   a n hi g h e r - b a n a pp l i c a t i o ns   [ 15 ] .   A   s qua r e   pa t c h   a n t e nn a   f e a t ur i n pe n t a go n   a n h e x a go n   s l o t s ,   a ugm e n t e by   a   r e c t a n gu l a r   de f e c t e gr o un s t r uc t ur e   ( DG S ) ,   i s   t a i l o r e f o r   5G  a n L T E   a pp l i c a t i o n s .   T h e   i nc l u s i o n   o f   DG S   s i g ni f i c a n t l y   boo s t s   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l     I S S N:   2252 - 8776       High  gain  multi - laye r e mic r os tr ip  patch  antenna  f or   x -   band  appl ications   ( J ada  N age s w a r R ao)   345   a n t e nn a 's   pe r f o r m a nc e ,   o f f e r i ng  a   wi de r   b a n d w i dt h   a n i m pr o v e r e t ur n   l o s s   [ 16] A   dua l - po l a r i s e d   s t a c ke d   pa t c h   a n t e nn a   w i t h   w i de b a n c a pa bil i t i e s ,   a ddr e s s i ng  t h e   n e e ds   o f   m o de r n   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 ,   i s   pr e s e n t e d.   T h e   a n t e nn a   pr otot y pe   de m o ns t r a t e e x c e l l e n t   pe r f o r m a nc e   i n   t e r m s   o f   i m pe d a n c e   m a t c hi ng  a n d   i s o l a t i o n   [ 17] .   T h e   r e s e a r c h   pa pe r   p r e s e n t e a   c o m pr e h e n s i ve   s t ud y   o n   a   s t a c ke d   pa t c h   de s i g n   f o r   b r o a d   im pe da n c e   b a n dw i dt h ,   a xi a l - r a t i o   ( A R )   b a n dw i dt h   a n f l a t   ga i n s ,   o f f e r i n a   s i g nif i c a n t   c o n tr i b ut i o n   to  t h e   f i e l o f   a n t e nn a   e n g i ne e r i n g .   F l a t   ga i n   a n w i de   AR   b a n d w i dt h   we r e   a c hi e ve us i ng  s t a c ke pa t c he s   a n a   l o o f e e d ;   h o we v e r ,   t h e   us e   o f   v e r t i c a l   pa r a s i t i c   wa l l s   a n c o m p l e x   f e e d i ng  i n c r e a s e s   s t r uc t ur a l   c om p l e xi t y   [ 18] .   T h e   pr o p o s e m o d i f i e U - s l o t   s t a c ke m u l t i l a y e r   a n t e nn a   f o r   UW B   a pp li c a t i o ns   de m o ns t r a t e s   a   s i g nif i c a n t   i m pr o v e m e n t   o v e r   c o n v e n t i o n a l   m i c r o s t r i pa t c h   a n t e nn a s UW B   o pe r a t i o n   wa s   a c hi e v e d   us i n a   m o d i f i e U - s l o s t a c ke d   pa t c h ;   h o we v e r ,   t h e   de s i gn   l a c k s   c o n tr o l   o v e r   r a di a t i o n   d i r e c t i o n   a n o f f e r s   l im i t e d   ga i n   [ 19] .   A   pa pe r   o n   t h e   b r o a db a n s t a c ke s tr i p   a n t e n na   de s i g n   f o r   X - b a n a pp l i c a t i o ns ,   o pe r a t i ng  wi t h   a   b a n dw i dt h   o f   m o r e   t h a n   GH z ,   whi c h   c o r r e s p o n ds   to   a ppr o x i m a t e l y   42%   o f   t h e   c e n t r e   f r e qu e n c y ,   i s   pr e s e n t e [ 20] .   I n   t hi s   pa pe r ,   de s i g n   o f   a   m u l t i p l e - l a y e r   do uble  U - s l o t   m i c r o s tr i pa t c h   a n t e nn a   i s   pr e s e n t e d.   I n c o r p o r a t i n t h r e e   l a y e r s   i n t t h e   a n t e n n a   s t r uc t u r e   e n h a nc e t h e   b a n dw i dt h ,   r e s u l t i n i n   b r o a de r   f r e que nc y   c o v e r a ge   [ 21] .   A   s t a c ke r e c t a n gu l a r   s t r i a n t e nn a   w i t h   a n   i ns e t   f e e d i ng  m e c h a ni s m   i s   de s i g n e a n d   im p l e m e n t e d.   I c o n s i s t s   o f   a   m i c r o s tr i pa t c h   t h a o pe r a t e s   a 10   GH z   a n a   9   e l e c t r o m a g ne t i c   b a n dga p   ( E B G)   a r r a y   o n   a   0. m m - t hi c F R - e po xy   s u bs t r a t e .   I t   a c hi e v e a   m i n im u m   r e f l e c t i vi t y   o f   - 30. 57  dB   a t   9 . 9   GH z   a n a   ga i n   o f   9. 45  dB i   a c r o s s   b ot h   t h e   E   a n pl a n e s   w i t h   a   - 10  dB   r e f l e c t i o n   b a n dw i dt h   o f   1. GH z   [ 22] .   A   3D - pr i n t e m u l t i l a y e r   s t a c ke m i c r o s tr i p   pa t c h   a r r a y   ( S M P A )   a n t e nn a   f o r   I S M   b a n a ppli c a t i o ns   o pe r a t i n i t h e   2. 4 - 2. 5GH z   f r e que n c y   r a n ge   i s   pr e s e n t e d.   B a s e o n   e x pe r i m e n t a l   r e s u l t s ,   t h e   S M P a n t e nna   i s   i de a l   f o r   I S M   b a n c o m m u ni c a t i o n   a pp l i c a t i o n s   s i n c e   i t   h a s   a   m o de s t   ga i n   o f   10 - 11  dB i   [ 23] .   T h e   s t a c ke pa t c h   a n t e nn a   w i t h   c r o s s e s l o t s   pr e s e n t e i n   t h e   r e s e a r c h   pa pe r   o f f e r s   a c c e pt a bl e   i m pe d a n c e   m a t c hin a t   t h e   po r t s   o v e r   a   l a r ge   b a n dw i dt h ,   e ns ur i n a   goo g a i n   pe r f o r m a n c e .   T h e   m e a s ur e r e t ur n   l o s s   de mo n s t r a t e s   a c c e pt a bl e   b a n dw i dt h   pe r f o r m a n c e   a n l o b a c r a d i a t i o n ,   i n d i c a t i n e x c e ll e n t   a n t e nn a   pe r f o r m a nc e   [ 24 ] He x a go na l   pa t c h   a n t e nn a   w i t h   pe n t a go n   a n he x a go n - s ha pe s l o t s ,   a l o n w i t h   a   r e c t a n gu l a r   DG S ,   i s   de s i g n e f o r   5G   a n L T E   a ppl i c a t i o ns .   T h e   us e   o f   DG S   gr e a t l y   e nh a n c e s   t h e   a n t e nn a s   pe r f o r m a n c e   b y   i nc r e a s i n ba n dw i dt h   a n i m pr o vi ng  r e t ur n   l o s s   [ 25] .   I n   t hi s   a r t i c l e ,   a   m u l t i - l a y e r e a n t e nn a   i s   pr e s e nt e d.   T h e   im pa c t   o f   m u l t i p l e   s u bs t r a t e s   o n   t h e   ga i n   a n b a n d w i dt h   i s   a n a ly s e d.   T h e   a n t e nn a   i s   s im u l a t e us i n t h e   hi g h - f r e qu e n c y   s t r uc t ur e   s i m u l a t o r   ( HF S S )   s o f t wa r e .         2.   AN T E NN DE S I GN   F i g ur e   i ll us t r a t e s   t h e   c o nf i gur a t i o n   o f   t h e   s ugg e s t e a n t e nn a .   T h e   pr o p o s e a n t e nn a   de s i g n   wa s   de v e l o pe a n a n a ly z e us i ng  An s y s   H F S S   2021  s i m u l a t i o n   s o f t wa r e ,   e m p l o yi ng  t h e   f i n i t e   e l e m e n t   m e t h o ( F E M )   f o r   a c c ur a t e   e l e c t r o m a g n e t i c   a n a ly s i s .   T h e   m e t h o do l o gy   i nv o l ve a   s y s t e m a t i c   p h a s e - w i s e   e v o l ut i o o f   t h e   a n t e n na   s t r uc t ur e ,   s t a r t i n f r o m   a   b a s i c   r e c tan gu l a r   m i c r o s t r i pa t c h   a n pr o gr e s s i n t h r o ugh   a pe r t ur e - c o upl e d,   m u l t i - s u b s t r a t e ,   a n s t a c ke c o nf i gur a t i o n s .   E a c h   ph a s e   wa s   s im u l a t e to  e v a l u a t e   t h e   e f f e c t s   o f   s ubs t r a t e   m a t e r i a l ,   pa t c h   d i m e ns i o n s ,   a n t h e   i n t r o duc t i o n   o f   a n   a i r   ga p.   T hi s   a n t e nn a   e l e m e n t   c o m pr i s e s   t h r e e   l a y e r s   o f   d i e l e c t r i c   s u b s t r a t e s   a l o n w i t h   a n   a i r   ga l a y e r .   T h e   i ni t i a l   l a y e r   i s   c o m po s e o f   F R E p o xy ,   c h a r a c t e r i s e by   a   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   4. a n a   h e i g h t   o f   1. m m ,   whi c h   s e r v e s   a s   t h e   a n t e nna .   T h e   s e c o n d   l a y e r   c o n s i s t s   o f   a n   A r l o n   AD 250 A ™  s u b s t r a t e ,   whi c h   h a s   a   h e i g h t   o f   0. 25  m m   a n a   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   2. 50.   T h i s   i s   s uc c e e d e by   a n   R T /Dur o i d®5880  l a y e r ,   e xhi bi t i ng  a   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   2. 2   a n a   t hi c k n e s s   o f   1. m m ;   t hi s   i s   ut i li s e f o r   t h e   pa t c h   t w o - l a y e r .   B e t we e n   t h e   s e c o n a n t hi r l a y e r s ,   i n t r o duc e   a n   a i r   ga p   w i t h   a   t hi c k n e s s   o f   1. m m ,   a im e a t   e nh a n c i ng   t h e   o pe r a t i o n a l   b a n dw i dt h   a n ga i o f   t h e   a n t e nn a .   T he   m e a s ur e m e n t s   o f   t h e   s ugge s t e a n t e nn a   a r e   de t a i l e i n   T a bl e   1 ,   a n F i g ur e   s h o ws   t h e   to vi e o f   t h e   pr o p o s e a n t e n n a .           F i g ur e   1 .   Ge o m e t r y   o f   t h e   s ugge s t e a n t e nn a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2252 - 8776   I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l ,   Vo l .   15 ,   N o.   1 M a r c h   20 26 34 3 - 35 5   346       F i g ur e   2 .   T o p   vi e o f   t h e   pr o p o s e a n t e nn a       T a bl e   1.   Di m e ns i o n s   o f   t h e   s ugge s t e a n t e n na   P a r a me t e r   L 1   W 1   L 2   W 2   L 3   W 3   H 1   H 2   H 3   L S   W S   A ir  ga p   D im e ns i o ns  ( mm )   11.4   8.28   8.4   5.28   21   17.88   1.6   1.5   0.25   6   1   1.2       T h e   a n t e nn a   c o n s i s t s   o f   t h r e e   s u b s t r a t e s F R 4 - e po xy   ( ɛr   =   4. 4) ,   A r l o n   A D250 A   ( ɛr   =   2. 5) ,   a n R T /Dur o i d®  5880  ( ɛr   =   2. 2) ,   wi t h   a   1. mm   a i r   ga b e t we e n   t h e   s e c o n a n t hi r l a y e r s   t o   im pr o v e   b a n dw i dt h   a n ga i n .   K e y   s i m u l a t i o n   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   r e t ur n   l o s s   ( S 11) ,   ga i n ,   a n r a d i a t i o n   pa tt e r n s   we r e   e x t r a c t e d.   P a r a m e t r i c   s t ud i e s   we r e   a l s o   pe r f o r m e d   to   o p t i m i s e   s u b s t r a t e   t hi c k n e s s   a n pa t c h   d im e n s i o n s   f o r   b e s t   pe r f o r m a n c e .   T h e   r e s u l t s   o f   e a c h   p h a s e   we r e   c o m p a r e to  qua n t i f y   t h e   i m pr o v e m e n t s   a c hi e v e a t   e a c h   de s i g n   s t a ge .     2. 1.     E vol u t ion   of   p r op os e d   an t e n n a   T h e   i ni t i a l   r e c t a n gu l a r   m i c r o s t r i pa t c h   a n t e nna   ( R P A )   wa s   c r e a t e u t i li s i ng  t h e   f o ll o w i ng  de s i g pa r a m e t e r s pa t c h   l e n gt h   ( L ) ,   pa t c h   w i dt h   ( W ) ,   a n f e e l o c a t i o n   f r o m   t h e   c e n t r e   o f   t h e   pa t c h .   T h e   f o l l o w i ng   de s i g n   e qua t i o ns   we r e   us e to  e s t i m a t e   l e n gt h   a n w i dt h f   =   GH z ,   Ɛr   =   4 . a n h   =   1. m m .     W = 2 ɛ + 1 2   ( 1)     = 2 ( ɛ + 1 2 + ɛ 1 2 [ 1 + 12 ] ) 1 / 2   ( 2)     T h e   s pe e o f   l i g h t ,   de n ot e d   a s   ' c ' ,   i s   c o n s i de r e to  b e   10^ m /s .   Upo n   s ub s t i t u t i o n ,   t h e   di m e n s i o ns   o f   t h e   pa t c h   we r e   de t e r m i n e a s   a   w i dt h   ( W )   o f   8 . 28  m m   a n a   l e n gt h   ( L )   o f   11. 4   m m .   Us i ng  ( 1)   a n ( 2) ,   a   r e c t a n gu l a r   pa t c h   a n t e nn a   i s   de s i g n e a s   s h o wn   i n   F i g ur e   3.   T h e   s ub s t r a t e   i s   F R E po xy   w i t h   a   h e i g h t   o f   1. mm ,   a   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   Ɛr   =   4. 4 ,   a n a   l o s s   t a n ge n t   v a l u e   o f   0. 0001.   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h e   r e c t a n gu l a r   pa t c h   s h o a   r e t u r n   l o s s   o f   - 13. 10  dB   a n a   ga i n   o f   5. 93  dB i .             F i g ur e   3 .   R e c t a n gu l a r   pa t c h   a n t e nn a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l     I S S N:   2252 - 8776       High  gain  multi - laye r e mic r os tr ip  patch  antenna  f or   x -   band  appl ications   ( J ada  N age s w a r R ao)   347   T h e   pr o p o s e a n t e n na   de s i g n   pr o c e s s   i nv o l v e s   f o ur   di s t i n c t   ph a s e s   a s   f o l l o w s ,     P h a s e   1:  A pe r t ur e - c o upl e r e c t a n gu l a r   pa t c h   a n t e nn a   ( AC A )   An   AC A   i s   c r e a t e us i n a   s a n d w i c h e gr o un wi t h   a   r e c t a n gu l a r   s l o p o s i t i o n e be t we e n   s u b s t r a t e s   a n 2,   a s   i ll u s t r a t e i n   F i g ur e   4.   S ub s t r a t e   i s   ut i li s e f o r   t h e   f e e li ne ,   w hi l e   s u b s t r a t e   t w o   s uppo r t s   r a d i a t i n pa t c h   1,   f o r m i ng  a   ba s i c   a pe r t ur e - c o upl e m i c r o s t r i a n t e nn a .   T h e   e l e c t r i c   f i e l d i s t r i b ut i o n   i n   t hi s   c o nf i gur a t i o n   i s   pr i m a r il y   c o n c e n t r a t e d   a r o un t h e   a pe r t ur e   s l o a n un de r ne a t h   P a t c h   1 ,   i n d ica t i n a   f u n da m e n t a l   l e v e l   o f   c o upl i ng  b e t we e n   t h e   f e e d   a n t h e   pa t c h   t h r o ugh   t h e   s l o a s   s h o wn   i n   F i gur e   4 Ho we v e r ,   due   to  t h e   r e l a t i v e ly   s im p l e   s t r uc t ur e   a n s i ng l e   r a d i a t i n pa t c h ,   t h e   ga i n   r e m a i ns   li mi t e a n t h e   e n e r g y   c o nf i ne m e n t   i s   m o de r a t e .   De s p i t e   t h e s e   c o n s t r a i n t s ,   t h e   c o nf i gur a t i o n   a c hi e v e s   s i g nif i c a n t   im pr o v e m e n t s   o v e r   t r a di t i o n a l   mi c r o s tr i p   a n t e nna s .   W hil e   c o nve n t i o na l   de s i g n s   t y p i c a ll y   o pe r a t e   wi t h   n a r r o w   b a n dw i dt hs   i n   t h e   m e ga h e r t z   r a n ge ,   t hi s   a pe r t ur e - c o upl e a n t e nn a   a tt a i n s   a   m uc h   b r o a de r   b a n dw i dt h   o f   1. 38   GH z ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   5.   A dd i t i o na l ly ,   i t   e xhibi t s   t wo  r e s o n a n t   pe a ks   a t   8 . GH z   a n 9. 44  G Hz ,   wi t r e t u r n   l o s s e s   o f   - 20. 49   dB   a n - 17 . 22  dB ,   r e s pe c t i v e ly .   F i gur e   i ll us t r a t e s   t h e   E - f i e l p l o t ,   whi c f ur t h e r   s uppo r t s   t h e s e   r e s u l t s   by   s h o w i n l o c a li s e d   e n e r g y   c o nc e n t r a t i o n ,   whi c h   m o t i v a t e s   f ur t h e r   s t r uc t u r a l   e nh a nc e m e n t s   i n   s u b s e que n t   de s i g n   p h a s e s   t i m pr o v e   f i e l d i s t r i b ut i o n ,   ba n dw i dt h ,   a n ga i n .             F i g ur e   4 .   S i de   vi e o f   AC A           F i g ur e   5 .   S 11   pa r a m e t e r   p l ot   o f   R P A   a n A C A         P h a s e   2:  A C A   w i t h   a dd i t i o n a l   s u b s t r a t e   ( A C A S )   I n   t hi s   pha s e ,   s u bs t r a t e   i s   i n t r o duc e b e t we e n   t h e   gr o un p l a n e   a n s u b s t r a t e   2,   r e s u l t i n i a A C A   w i t h   a n   a dd i t i o n a l   s u bs t r a t e   ( A C A S ) ,   a s   s ho wn   i n   F i gur e   7.   T hi s   m o d i f i c a t i o n   c r e a t e s   a   m o r e   l a y e r e d   s t r uc t ur e ,   i nf l ue n c i ng  t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   b e h a vio ur   o f   t h e   a n t e nn a .   A   pa r a m e t r i c   a n a ly s i s   i s   c o n d uc t e o n   t h e   di m e ns i o n s   a n t hi c k n e s s   o f   s u b s t r a t e   3 .   Al t e r i n i t s   d i m e n s i o ns   r e s u l t s   i n   c o n s i s t e n t   ga i n   a n ba n dw i dt h ,   w i t h   m i n o r   s hi f t s   i n   r e s o n a n t   f r e que n c i e s .   C ha n ge s   i n   t h e   t hi c k n e s s   a r e   e f f e c t i n b o t h   t h e   b a n dw i dt h   a n ga i n .   A t   a   t hi c k n e s s   o f   0. 25  m m ,   t h e   b a n dw i dt h   i s   1. 29  GH z ,   wi t h   ga i ns   o f   6. dB i   a n 6. dB i   a t   8. 6   GH z   a n 9. 28  GH z ,   r e s pe c t i v e ly .   I n c r e a s i ng  t h e   t hi c k n e s s   t 0. 5   m m   yi e l d s   a   1. 24  GH z   b a n dw i dt h ,   w i t h   ga i ns   o f   6. dB i   a n 6. dB i   a t   8. 68  GH z   a n 9. GH z ,   r e s pe c t i ve l y .   F ur t h e r   i n c r e a s i ng  t hi c k n e s s   to   0. 75  m m   r e d uc e s   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2252 - 8776   I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l ,   Vo l .   15 ,   N o.   1 M a r c h   20 26 34 3 - 35 5   348   b a n dw i dt h   to   1 . 05  GH z ,   wi t h   a   ga i n   o f   6. dB i   a t   8. 94  GH z .   T h e s e   o b s e r v a t i o ns   i n d i c a t e   t h a i n c r e a s i n t h e   t hi c k n e s s   o f   s u b s t r a t e   de c r e a s e s   b a n dw i dt h .   T h e r e f o r e ,   a m o n t h e   v a r i a t i o n s ,   t h e   t h i nne s t   t hi c k ne s s   ( 0. 25  mm )   i s   s e l e c t e d,   pr o duc i n r e t ur n   l o s s e s   o f   - 26. dB   a 8. 68   GH z   a n - 24. 11   dB   a 9. 26   GH z ,   wi t ga i ns   o f   6. a n 6. dB i   a t   8. 6   GH z   a n 9. 28  GH z ,   r e s pe c t i v e ly .             F i g ur e   6 .   E - F i e l d i s t r i b ut i o n   o f   A C A       T h e   i m pr o v e d   pe r f o r m a n c e   i n   t hi s   p h a s e   i s   a l s o   e vi de n t   f r o m   t h e   E - f i e l d i s t r i b ut i o n ,   whi c h   s h o ws   i nc r e a s e f i e l i n t e n s i t y   a n a   b r o a de r   s pr e a a c r o s s   t h e   s t a c ke di e l e c t r i c   l a y e r s   a s   s h o wn   i F i gu r e   8.   T h e   i nc l us i o n   o f   S ubs t r a t e   3   e n h a n c e s   t h e   e f f e c t i v e   di e l e c t r i c   he i g h t   a n e n a bl e s   s t r o n ge r   c o nf i ne m e n t   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   f i e l d s .   T hi s ,   i n   t u r n ,   l e a d s   to  b e tt e r   i m pe da n c e   m a t c hi ng  a n f a c il i t a t e s   t h e   e x c i t a t i o n   o f   a dd i t i o n a l   r e s o n a n t   m o de s   t h r o ugh   i m pr o v e e n e r g y   t r a n s f e r   vi a   t h e   a pe r t ur e .   C o m pa r e t P h a s e   1,   t h e   E - f i e l p l o t s   c o nf i r m   a   m o r e   e f f i c i e n t   f i e l pr o pa ga ti o n   a n d i s t r i b ut i o n ,   c o r r e l a t i n d i r e c t l y   w i t h   t h e   o b s e r v e d   im pr o v e m e n t s   i n   ga i a n b a n d w i dt h .           F i g ur e   7 .   S i de   vi e o f   AC A S         P h a s e   3:  A C A   w i t h   a dd i t i o n a l   s u b s t r a t e   a n pa t c h   ( A C A S P )   I n   t hi s   pha s e ,   a   pa t c h   i s   a dde a b o v e   t h e   s u bs t r a t e ,   r e s u l t i n i n   a n   A C A   w i t h   a dd i t i o na l   s u b s t r a t e   a n pa t c h   ( A C A S P )   a s   i ll us t r a t e d   i n   F i gur e   9.   T hi s   s t r uc t ur a l   e nh a n c e m e n t   c r e a t e s   a   s t a c ke pa t c h   c o nf igur a t i o n ,   whi c h   s i g ni f i c a n t l y   i n f l ue n c e s   t h e   a n t e n n a 's   e l e c t r o m a g n e t i c   b e ha vi o ur   a n pe r f o r m a n c e .   P a r a m e t r i c   a n a l y s i s   i s   do n e   o n   i t s   l e n gt h   a n w i dt h .   C o n s i de r i ng  t h e   s a m e   d i m e n s i o ns   a s   pa t c h   1   r e s ul t e i n   a   s i n g l e   r e s o n a n t   pe a a 7. 88   GH z ,   a   b a n dw i dt h   o f   10  M Hz   a n a   ga i n   o f   5. dB i   a t   7. 88   GH z .   A t   di m e n s i o ns   o f   8. 24  m m   in  l e n gt h   a n 5. 28  m m   i w i dt h ,   t h e   b a n dw i dt h   r e a c h e s   1. GH z ,   wi t h   ga i ns   o f   6. dB   a n 6. dB   a t   8. 56  GH z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l     I S S N:   2252 - 8776       High  gain  multi - laye r e mic r os tr ip  patch  antenna  f or   x -   band  appl ications   ( J ada  N age s w a r R ao)   349   a n 9. GH z ,   r e s pe c t i v e ly .   A   f ur t h e r   r e duc t i o n   t 7. 24  m m   l e n gt h   a n 4. 28  m m   w i dt h   r e s u l t s   i n   a   b a n dw i dt o f   1 . 34  GH z   a n ga i ns   o f   6. a n 6. a t   8 . 62  GH z   a n 9. 32  GH z ,   r e s pe c t i v e ly .   B a s e o n   t h e s e   o b s e r v a t i o n s ,   t h e   o p t i m a l   d im e n s i o ns   a r e   de t e r m i ne t o   b e   8. 24  m m   a n 5. 28  m m ,   pr o duc i n a   m u l t i - b a n c o nf igur a t i o n   w i t h   t h r e e   r e s o n a n t   pe a ks .   T h e   r e t ur n   l o s s e s   o b t a i n e a r e   - 21. 96  dB ,   - 18. 0   dB ,   a n - 26 . 62  dB   a t   f r e que n c i e s   o f   8. 56   GH z ,   9. 4   GH z ,   a n 11 . 7   GH z ,   r e s pe c t i v e ly ,   e n c o m pa s s i ng  a   b a n dw i dt h   o f   1. G Hz .   T h e   im pr o v e m e n t   i n   pe r f o r m a nc e   i s   f ur t h e r   c o nf i r m e d   by   t h e   e l e c t r i c   f i e l d i s t r i b ut i o n ,   w hi c h   r e v e a l s   s t r o n E - fi e l i n t e ns i t i e s   a t   b ot h   P a t c h   a n P a t c h   2,   a s   s ho wn   i n   F i gur e   10.   T hi s   i n d i c a t e s   e f f e c t i ve   m ut ua l   c o upl i ng  b e t we e n   t h e   pa t c h e s ,   l e a d i ng  to   t h e   e x c i t a t i o n   of   m u l t i p l e   c l o s e ly   s pa c e r e s o n a n t   m o de s   a n e nh a n c e d   e n e r g y   d i s t r i b ut i o n .   T h e   s t a c k i n a l s o   i nc r e a s e s   t h e   e f f e c t i ve   r a d i a t i n a pe r t ur e ,   i m pr o vi n ga i n   a n r a d i a t i o e f f i c i e nc y .   T he   E - f i e l p l o t s   c l e a r ly   de m o ns t r a t e   a   m o r e   uni f o r m   a n i n t e n s e   f i e l d i s t r i b ut i o n   c om pa r e to   pr e vi o us   p h a s e s ,   v a li da t i n t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   th e   s t a c ke c o nf i gur a t i o n   i s i g ni f i c a n t l y   e nha n c in b o t h   b a n dw i dt h   a n ga i n .           F i g ur e   8 .   E - f i e l d i s t r i b ut i o n   o f   A C A S           F i g ur e   9 .   S i de   vi e o f   AC A S P         P h a s e   4:  A C A   w i t h   a dd i t i o n a l   s u b s t r a t e ,   pa t c h   a n a i r   ga ( A C A S P A )   I n   t hi s   p h a s e ,   a n   a i r   ga i s   i n t r o duc e b e t we e n   p a t c h   t w o   a n s ubs t r a t e   t w o,   r e s ul t i n i a n   A C w i t h   a n   a dd i t i o n a l   s u b s t r a t e ,   pa t c h ,   a n a i r   ga ( A C A S P A ) ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   11.   T hi s   m o dif i c a t i o n   s i g nif i c a n t l y   im pa c t s   t h e   a n t e nn a s   d i e l e c t r i c   e nvi r o nm e n t   a n e l e c t r o m a g n e t i c   pe r f o r m a n c e .   P a r a m e t r i c   a n a ly s i s   i s   do n e   o n   t h e   t hi c k n e s s   o f   t h e   a i r   ga p.   At   0 . m m   t hi c k n e s s ,   t h e   c o nf i gur a t i o n   yi e l de a   1. 62  GH z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2252 - 8776   I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l ,   Vo l .   15 ,   N o.   1 M a r c h   20 26 34 3 - 35 5   350   b a n dw i dt h ,   w i t h   ga i n s   o f   6. dB i   a n 7. 37  dB i   a 8. GH z   a n 9. 66   GH z ,   r e s pe c t i ve l y .   A t   1   m m   t hi c k n e s s ,   t h e   c o nf i gur a t i o n   yi e l de a   1. 59  GH z   b a n d w i dt h   a n ga i ns   o f   6. dB i   a n 7. dB i   a t   8. 92  GH z   a n 9. 62  GH z ,   r e s pe c t i ve ly .   W i t h   1. m m   t hi c k n e s s ,   t h e   c o n f i gur a t i o n   r e s u l t e i n   a   2. 37  GH z   b a n dw i dt h   w i t h   ga i n s   o f   6. 6   dB i ,   7. dB i ,   a n 7. dB i   a t   8. 92  GH z ,   9 . 62  GH z ,   a n 10. GH z ,   r e s pe c t i ve ly .   F ur t h e r ,   by   i nc r e a s i n t h e   t hi c k n e s s ,   t h e   b a n dw i dt h   i s   r e duc e d.   T h e   1 . 2   m m   a i r   ga t hi c k n e s s   i s   u l t i m a t e l y   s e l e c t e d.   T h e   r e t ur n   l o s s   a t h e   s pe c i f i e pe a ks   i s   r e c o r de d   a - 16 . 75   dB ,   - 15 . 32  dB ,   a n - 17 . 96   dB   f o r   f r e que n c i e s   o f   8. 94   G Hz ,   9 . 56  GH z ,   a n 10. GH z ,   r e s pe c t i v e ly ,   y i e l d i ng  a n   o v e r a l l   ba n dw i dt h   o f   2. 37  GH z .   Ga i n s   o f   6. dB i ,   7. dB i ,   a n d   7. dB i   a r e   o b s e r v e a 8. 94   GH z ,   9 . 56   GH z ,   a n 10. GH z ,   r e s pe c t i v e ly .   T hi s   de s i g n   g i v e s   f a v o ur a bl e   r a d i a t i o n   pa tt e r n s   a n d i r e c t i vi t y .   T h e   r a d i a t i o n   pa tt e r n   pl o t   c o n s i s t s   o f   b o t h   E - f i e l a n H - f i e l pa t t e r n s .   T h e   E - f i e l p l o t s   f ur t h e r   v a l i d a t e   t h e   de s i g n ,   s h o w i ng  a   hi g hly   u nif o r m   a n i n t e n s e   e l e c t r i c   f i e l d i s t r i b ut i o n ,   pa r t i c u l a r l y   c o n c e n t r a t e d   a r o un P a t c h   a s   s h o wn   i n   F i gur e   12.   T hi s   i n d i c a t e s   e nh a n c e r a d i a t i o n   e f f i c i e n c a n r e duc e d i e l e c t r i c   l o s s e s   due   to   t h e   l o we r   e f f e c t i v e   pe r m i t t i vi t y   i n t r o duc e by   t h e   a i r   ga p.   M o r e o v e r ,   t h e   a i r   ga pr o vi de s   b e t t e r   c o n tr o l   o v e r   s ur f a c e   c ur r e n t s   a n im pr o v e s   im pe da nc e   m a t c hi ng,   whi c h   c o n t r i b ut e s   d i r e c t l y   t o   t h e   a n t e nn a   a c hi e vi ng  i t s   hi g h e s t   o v e r a ll   ga i n   a n w i de s t   b a n dw i dt h   i n   t hi s   p h a s e .   T h e   c o m bi ne d   e f f e c t s   o f   o p t i mi s e f i e l d i s t r i b ut i o n ,   m i n im i s e s ub s t r a t e   l o a di n g,   a n im pr o v e d i e l e c t r i c   tr a n s i t i o e s t a bli s h   t hi s   c o nf i gur a t i o n   a s   t h e   m o s t   e f f i c i e n t   a nd  hi g h - pe r f o r m i ng  de s i g n   a m o n a l l   f o ur   ph a s e s .           F i g ur e   10 .   E - F i e l d i s t r i b ut i o n   o f   A C A S P           F i g ur e   11 .   S i de   vi e o f   AC A S P       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l     I S S N:   2252 - 8776       High  gain  multi - laye r e mic r os tr ip  patch  antenna  f or   x -   band  appl ications   ( J ada  N age s w a r R ao)   351       F i g ur e   12 .   E - f i e l d i s t r i b ut i o n   o f   A C A S P       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON     F r o m   t h e   s im u l a t i o n   r e s u l t s   pr e s e n t e i n   F i gur e   13 ,   t h e   pr e s e n t e d   a n t e nna   i s   o f f e r i n a   b a n dw i dt h   o f   2. 37  GH z ,   r a n g i n f r o m   8. 65  GH z   to   11. 02  GH z .   T h e   r e s u l t s   s e c t i o n   ha s   b e e n   e n r i c h e w i t h   c o m pr e h e ns i ve   n u m e r i c a l   a n a ly s i s   a n pe r f o r m a nc e   e v a l ua t i o n   a c r o s s   a l l   de s i g n   pha s e s .   P h a s e - w i s e   c o m p a r i s o ns   c l e a r l de m o ns t r a t e   t h e   pr o g r e s s i v e   im pr o v e m e n t s   i n   b a ndw i dt h   a n ga i n   a c hi e v e t h r o ugh   m u l t il a y e r   s t a c k i n a n d   t h e   i n t r o duc t i o n   o f   a n   o p t i mi s e a i r   ga p.   T h e   f i na l   a n t e nn a   c o nf i gur a t i o n   a c hi e v e a   w i de   im pe da nc e   b a n dw i dt h   o f   2. 37  GH z ,   c o v e r i n t h e   r a n g e   f r o m   8. 65  GH z   to   11. 02   G Hz ,   wi t h   t h r e e   d i s t i nc t   r e s o n a n t   pe a ks .   C o r r e s p o n d i n r e t ur n   l o s s   v a l ue s   o f   - 16. 85   dB ,   - 15 . 32   dB ,   a n - 17. 96   dB   v a l i d a t e   e f f e c t i v e   i m pe da n c e   m a t c hi ng.   P e a ga i n   v a l ue s   o f   6. dB i ,   7. dB i ,   a nd  7. 9   dB i   we r e   r e c o r de a 8. 94   GH z ,   9. 56   GH z ,   a n 10. GH z ,   r e s p e c t i v e ly   a s   s h o wn   i n   F i gur e s   17( a ) - ( c ) .   T h e s e   v a l ue s   h a v e   b e e n   t a b u l a t e a n c o m pa r e w i t h   ot h e r   s t a t e - of - t h e - a r de s i g n s ,   s h o w i n t h a t   t h e   p r o p os e de s i g n   o f f e r s   s upe r i o r   b a n d w i dt h   w hi l e   m a i n t a i n i ng   c o m pe t i t i v e   ga i l e v e l s ,   c o nf i r m i ng  i t s   e f f e c t i ve n e s s   f o r   hi g h - pe r f o r m a n c e   X - b a n a pp l i c a t i o ns .   F i gu r e s   14   to  1 8   di s p l a y   t he   s i m u l a t e r a d i a t i o n   pa tt e r n s ,   ga i n   a nd  di r e c t i vi t y   p l o t s   o f   t h e   s ugge s t e a n t e nn a .               F i g ur e   13.   C o m pa r i s o n   o f   t h e   r e t ur n   l o s s   o b t a i n e f r o m   P h a s e   to   P h a s e   4     F i g ur e   14.   E - f i e l a n H - f i e l pa t t e r n   o f   A C A S P   a 8. 94  GH z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2252 - 8776   I n t   J   I n f   &   C o m m u n   T e c hn o l ,   Vo l .   15 ,   N o.   1 M a r c h   20 26 34 3 - 35 5   352         F i g ur e   15.   E - f i e l a n H - f i e l pa t t e r n   o f   A C A S P   a 9. 56  GH z     F i g ur e   16.   E - f i e l a n H - f i e l pa t t e r n   o f   A C A S P   a 10. GH z           ( a )     ( b )       ( c )     F i g ur e   17 .   Ga i n   p l o t   o f   t h e   pr e s e n t e a n t e nn a   a ( a )   8. 94  GH z ,   ( b )   9 . 56  GH z   a n ( c )   10. 8   GH z       T h e   pr o p o s e h i g h - ga i n,   w i de b a n m u l t il a y e r   m i c r o s t r i pa t c h   a n t e nn a   i s   pa r t i c u l a r ly   s u i t a bl e   f o r   a   v a r i e t y   o f   X - b a n a pp l i c a t i o n s .   G i v e n   i t s   e nh a nc e b a n dw i dt h   o f   2. 37  GH z   a n pe a ga i o f   up  t 7 . dB i   a s   s h o w n   i n   F i gur e   17( c ) ,   t h e   a n t e nn a   c a n   be   e f f e c t i v e ly   ut i li s e i n   s a t e l li t e   up l i nks ,   r a da r   f r o n t - e n m o du l e s ,   a i r b o r n e   c o m m u ni c a t i o n   s y s t e m s ,   a n hi g h - s pe e po i n t - to - p o i n t   wi r e l e s s   li nks .   T h e   im pr o v e r a d i a t i o pe r f o r m a n c e   a n d i r e c t i o n a l   c h a r a c t e r i s t i c s   m a ke   it   i d e a l   f o r   i n t e gr a t i o n   i n t o   s y s t e m s   r e qu i r i ng  r e l i a bl e   hi g h - f r e qu e n c y   s i g n a l   t r a n s mi s s i o n   w i t h   m i n im a l   l o s s e s .   I t s   m u l t il a y e r   s t r uc t ur e   wi t h   a n   a i r   ga a l s o   o f f e r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.