Publication:
Structural innovations in flexible antennas for bandwidth and resonant frequency enhancement

cris.virtual.departmentKOE - Department of Science in Engineering
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department63fcc40a-b496-440d-9437-c19eb246db35
cris.virtualsource.orcid63fcc40a-b496-440d-9437-c19eb246db35
dc.contributor.authorAiman Hakimi Rahimi
dc.contributor.supervisorSarah Yasmin Mohamad, Ph.D
dc.contributor.supervisorNorun Farihah Abdul Malek, Ph.D
dc.contributor.supervisorFarah Nadia Mohd Isa, Ph.D
dc.date.accessioned2026-06-18T01:13:25Z
dc.date.available2026-06-18T01:13:25Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractThe increasing adoption of wearable, portable, and conformal wireless communication systems has intensified the need for antennas that are lightweight, compact, and mechanically flexible, while maintaining high electromagnetic performance. Conventional rigid and bulky antennas commonly used in wireless systems are often unsuitable for wearable applications due to limited flexibility, poor conformability to the human body, and reduced user comfort. To address these limitations, this work focuses on the design, optimization, and analysis of flexible antennas using advanced flexible substrates that enable improved performance without compromising mechanical adaptability. The primary objective of this research is to enhance key antenna characteristics such as resonant frequency, impedance bandwidth, and return loss, while ensuring suitability for modern wearable and flexible communication platforms. Two flexible antenna designs are proposed and thoroughly investigated. The first design targets operation in the Industrial, Scientific, and Medical (ISM) frequency band from 5.725 to 5.875 GHz. A flexible Rogers RO4003C substrate with a dielectric constant of 3.55 and compact dimensions of 20 × 25 × 0.2032 mm³ is utilized. To improve impedance matching and bandwidth, inset slots are incorporated into both the radiating patch and the ground plane, along with carefully positioned parasitic elements. These design modifications significantly enhance antenna performance, achieving a measured return loss (S11) of −37.05 dB at 5.78 GHz and a bandwidth of 158 MHz, which covers approximately 90.67% of the ISM band, thereby supporting efficient and high-speed wireless data transmission. The second antenna design employs a flexible Thermoplastic Polyurethane (TPU) substrate, selected for its high elasticity, durability, and suitability for wearable electronics. An inset slot feed structure and a partial ground plane are introduced to improve resonant behaviour and achieve wideband operation. This antenna exhibits stable resonance across a broad frequency range from 7.5 to 10.2 GHz, demonstrating a 17.4% increase in bandwidth compared to conventional antenna configurations. Enhanced return loss is observed throughout the operating frequency range, confirming the effectiveness of the proposed structural modifications. Simulation and experimental results show strong agreement for both designs, validating the proposed methodologies. The results demonstrate that combining flexible materials with innovative antenna structures significantly improves electromagnetic performance while maintaining mechanical flexibility. These flexible antennas are therefore well-suited for next-generation wearable and wireless communication systems requiring compact, efficient, and wideband antenna solutions.
dc.description.abstractarabicلقد ازداد الاعتماد بشكل متزايد على أنظمة الاتصالات اللاسلكية القابلة للارتداء والمحمولة، مما أدى إلى الحاجة إلى هوائيات خفيفة الوزن، مدمجة، ومرنة ميكانيكيًا مع الحفاظ على أداء كهرومغناطيسي عالٍ. في المقابل، فإن الهوائيات التقليدية الصلبة وكبيرة الحجم المستخدمة عادةً في الأنظمة اللاسلكية غالبًا ما تكون غير مناسبة للتطبيقات القابلة للارتداء بسبب محدودية مرونتها وضعف توافقها مع جسم الإنسان، مما يقلل من راحة المستخدم. يركز هذا العمل على تصميم وتحليل وتحسين الهوائيات المرنة باستخدام ركائز مرنة متقدمة تمكّن من تحسين الأداء دون التضحية بالمرونة الميكانيكية. الهدف الرئيسي من هذا البحث هو تحسين الخصائص الأساسية للهوائي، مثل التردد الرنيني، عرض النطاق الترددي، وخسارة العودة، مع ضمان ملاءمته لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية القابلة للارتداء الحديثة. تم اقتراح وتصميم هوائيين مرنين وتحليل أدائهما بدقة، حيث يستهدف التصميم الأول العمل ضمن نطاق التردد الصناعي والعلمي والطبي (ISM) من ‎5.725 إلى ‎5.875 جيجاهرتز باستخدام ركيزة مرنة من نوع Rogers RO4003C بثابت عزل 3.55 وأبعاد مدمجة ‎25 × 20 × 0.2032 مم³، وقد تم تحسين توافق المعاوقة وعرض النطاق الترددي من خلال إدخال فتحات داخلية في كل من رقعة الهوائي والطبقة العازلة بالإضافة إلى استخدام عناصر طفيلية موضوعة بدقة، مما أدى إلى تحقيق خسارة عودة (S11) مقدارها ‎−37.05 ديسيبل عند تردد ‎5.78 جيجاهرتز مع عرض نطاق ترددي يبلغ ‎158 ميجاهرتز يغطي حوالي ‎90.67% من نطاق ISM ويدعم نقل البيانات اللاسلكية عالية السرعة. أما التصميم الثاني، فيستخدم ركيزة مرنة من نوع Thermoplastic Polyurethane (TPU) نظرًا لمرونتها العالية وقدرتها على التحمل وملاءمتها للإلكترونيات القابلة للارتداء، حيث تم إدخال هيكل تغذية بفتحة داخلية مع طائرة أرضية جزئية لتحسين سلوك الرنين وتحقيق تشغيل واسع النطاق، ويُظهر هذا الهوائي استجابة رنين مستقرة عبر نطاق تردد واسع من ‎7.5 إلى ‎10.2 جيجاهرتز، مما يمثل زيادة بنسبة ‎17.4% في عرض النطاق الترددي مقارنةً بالتصاميم التقليدية. وتشير نتائج المحاكاة والتجارب إلى توافق جيد، مما يؤكد فعالية التعديلات الهيكلية المقترحة، كما تُظهر النتائج أن دمج المواد المرنة مع الهياكل المبتكرة يعزز الأداء الكهرومغناطيسي بشكل كبير مع الحفاظ على المرونة الميكانيكية، وبالتالي فإن هذه الهوائيات المرنة تُعد مناسبة بشكل كبير لأنظمة الاتصالات اللاسلكية القابلة للارتداء، خاصةً في التطبيقات المستقبلية التي تتطلب حلول هوائيات مدمجة، فعّالة، وواسعة النطاق.
dc.description.callnumberet TK 7871.67 M5 A29S 2026
dc.description.identifierThesis : Structural innovations in flexible antennas for bandwidth and resonant frequency enhancement /by Aiman Hakimi Rahimi
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering (KOE)
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2026.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xvii, 104 leaves) ; illustrations : 30cm.
dc.description.programmeMaster of Science in Engineering
dc.holdsOpen Access
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/34160
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2026
dc.rightsOwned By Student
dc.subject.lcshMicrostrip antennas -- Design and construction
dc.subject.lcshAntennas (Electronics)
dc.titleStructural innovations in flexible antennas for bandwidth and resonant frequency enhancement
dc.typeMaster Theses
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
ah_structural_innovations_msce.pdf
Size:
3.64 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description: