antena-micky
TRANSCRIPT
-
8/8/2019 antena-micky
1/18
ANTENA MICKY
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi komunikasi menunjukkan perkembangan yang sangat pesat,
khususnya komunikasi wireless. Komunikasi ini membutuhkan antena untuk
mengirimkan dan menerima sinyal informasi. Salah satunya adalah antena Ultra Wide
BanduntukMonostatic Microwave Radaruntuk mendeteksi jarak dekat (near-range) dan
mengcover daerah berdasarkan gelombang pulsa radar yang dikembangkan pada
Departemen High Frequency Engineering, Universitas Kassel. Antena Ultra Wide Band
merupakan sebuah perangkat yang mempunyai emisi /daya pancar dengan bandwidth
yang lebih besar daripada 0.2 atau lebih besar daripada 1.5 GHz. Untuk aplikasi
Monostatic Microwave Radar, antena tersebut diharapkan dapat mentransmisikan dan
menerima gelombang dengan FWHM sebesar 150 ps dan rise time sebesar 100 ps, karena
itulah bandwidth antena minimal harus sebesar 3.5 GHz. Antena tersebut menggunakan
bahan Alumunium dengan konstanta dielektrik , dengan ukuran tinggi (HA) =
100 mm dan lebar (WA) = 50 mm. Karena bentuknya yang mirip dengan bentuk bola
telur (egg) maka antena tersebut dinamakan dengan antena Egg. Dalam penelitian
tersebut antenaEggyang diharapkan akan mempunyai kemampuan mentransmisikan danmenerima gelombang dengan Full Width Half Maximum (FWHM) 150 ps dan kenaikan
waktu/rise time (tr) 100 ps, antena tersebut minimal harus memiliki bandwidth sebesar
3.5 GHz dan mempunyai amplitude sebesar 2.5 Volt. Perencanaan antena Egg memiliki
tujuan untuk menemukan bandwidth yang lebih lebar daripada antena Planar Inverted
Cone (PICA) yang merupakan ide dasar dari pembuatan antena Egg.
Namun dalam pengembangannya diharapkan pula ada pengembangan bentuk-
bentuk antena. Dalam perancangan kali ini akan disimulasikan sebuah antena dengan
bentuk baru, yaitu sebuah bentuk yang diberi nama Micky.
Page 1
-
8/8/2019 antena-micky
2/18
ANTENA MICKY
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka didapatkan rumusan masalah sebagai
berikut :
1. Bagaimana menentukan dimensi antena.
2. Mengetahui return loss, VSWR, penguatan, directivity dan pola radiasi Antena
Ultra Wide Bandagar diketahui unjuk kerja dari antena.
1.3 Tujuan
Mensimulasikan antena Ultra Wide Banddengan bentukMicky yang mempunyai
dimensi fisik yang berbeda menggunakansoftware simulasi antena IE3D.
Page 2
-
8/8/2019 antena-micky
3/18
ANTENA MICKY
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Konsep Dasar Antena
Antena merupakan instrumen yang penting dalam suatu sistem komunikasi radio.
Antena adalah suatu media peralihan antara ruang bebas dengan piranti pemandu (dapat
berupa kabel koaksial atau pemandu gelombang/Waveguide) yang digunakan untuk
menggerakkan energi elektromagnetik dari sumber pemancar ke antena atau dari antena
ke penerima. Berdasarkan hal ini maka antena dibedakan menjadi antena pemancar dan
antena penerima (Balanis,1982 :17).
Perancangan antena yang baik adalah ketika antena dapat mentransmisikan energi
atau daya maksimum dalam arah yang diharapkan oleh penerima. Meskipun pada
kenyataannya terdapat rugi-rugi yang terjadi ketika penjalaran gelombang seperti rugi-
rugi pada saluran transmisi dan terjadi kondisi tidak matching antara saluran transmisi
dan antena. Sehingga matchingimpedansi juga merupakan salah satu faktor penting yang
harus dipertimbangkan dalam perancangan sebuah antena.
2.2 Parameter Dasar Antena
Parameter parameter antena adalah suatu hal yang sangat penting untuk
menjelaskan unjuk kerja antena. Maka diperlukan parameter parameter antena yang
akan memberikan informasi suatu antena sebagai pemancar maupun sebagai penerima.
Definisi parameter parameter yang berhubungan dengan makalah ini akan diberikan
pada bab ini.
Impedansi Masukan
Impedansi masukan didefinisikan sebagai impedansi yang ditunjukkan olehantena pada terminal terminalnya atau perbandingan tegangan terhadap arus pada
pasangan terminalnya (Balanis, 1982: 53). Perbandingan tegangan dan arus
pada terminal terminal tanpa beban, memberikan impedansi masukan antena sebesar
(Balanis, 1982: 54) :
ZA = RA + jXA (2.1)
Page 3
-
8/8/2019 antena-micky
4/18
ANTENA MICKY
dengan :
ZA = impedansi antena ()
RA = resistansi antena ()
XA = reaktansi antena ()
Oleh karena menggunakan saluran microstrip, maka resistansi antena merupakan
resistansi rugi rugi pada saluran microstrip. Resistansi rugi rugi pada antena
microstrip sama dengan resistansi rugi rugi pada antena konvensional, yaitu terdiri dari
rugi konduktor dan rugi radiasi, yang dinyatakan dengan persamaan berikut :
RA = Rr + RS (2.2)
dengan :
Rr = resistansi radiasi ()
RS = resistansi konduktor ()
Resistansi radiasi pada antena penerima adalah suatu resistansi khayal akibat
adanya radiasi pada antena sehingga mengurangi daya yang disalurkan pada antena
penerima sedangkan resistansi konduktor dipengaruhi oleh konduktifitas bahan yang
digunakan.
Impedansi antena juga dapat diketahui dengan mengetahui koefisien pantul
dengan persamaan (Balanis, 1982: 726) :
OA
OA
ZZ
ZZ
+= (2.3)
dengan :
ZA = impedansi antena ()
ZO = impedansi karakterisitk ()
= koefisien pantul
Koefisien pantul sangat menentukan besarnya VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
antena, karena dengan VSWR ini juga dapat ditentukan baik buruknya antena, yang
dinyatakan oleh persamaan (Kraus, 1988: 833) :
Page 4
-
8/8/2019 antena-micky
5/18
ANTENA MICKY
+=1
1VSWR (2.4)
VSWR adalah pengukuran dasar dari impedansi matchingantara transmitterdan
antena. Semakin tinggi nilai VSWR maka semakin besar pula mismatch, dan semakin
minimum VSWR maka antena semakin matching. Dalam perancangan antena biasanya
memiliki nilai impedansi masukan sebesar 50 atau 75 .
2.2.1 Pola Radiasi
Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagai Gambaran secara grafik dari sifat
sifat radiasi suatu antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak keadaan, pola
radiasi ditentukan pada pola daerah medan jauh dan digambarkan sebagai fungsi
koordinat koordinat arah sepanjang radius konstan, dan digambarkan pada koordinat
ruang. Sifat sifat radiasi ini mencakup intensitas radiasi, kekuatan medan (field
strenght) dan polarisasi (Balanis, 1982: 17). Sedangkan untuk pola radiasi antena
microstrip mempunyai fenomena yang sama dengan pola radiasi antena konvensional.
Koordinat koordinat yang sesuai ditunjukkan pada Gambar 2.1. Jejak daya yang
diterima pada radius tetap disebut pola daya. Sedangkan grafik variasi ruang medan
listrik dan medan magnet sepanjang radius tetap disebut pola medan.
Gambar 2.1 Pola Radiasi
Sumber: Balanis, 1982: 31
Lebar berkas daya (half power beamwidth / HPBW) adalah lebar sudut pada 3
dB dibawah maksimum. Untuk menyatakan lebar berkas biasanya dalam satuan derajat.
Pada gambar 2.1 tampak pola radiasi yang terdiri dari lobe-lobe radiasi yang meliputi
main lobe dan minor lobe (side lobe). Main lobe adalah lobe radiasi yang mempunyai
arah radiasi maksimum. Sedangkan minor lobe adalah radiasi pada arah lain yang
sebenarnya tidak diinginkan (Stutzman, 1981: 29). Pola radiasi antena dapat dihitung
Page 5
-
8/8/2019 antena-micky
6/18
ANTENA MICKY
dengan perbandingan antara daya pada sudut nol derajat (radiasi daya maksimum)
dengan daya pada sudut tertentu. Maka pola radiasi (P) dinyatakan (Balanis, 1982) :
)(log10)( dB
P
PdBP
T
o= (2.5)
To PPdBP log10log10)( = (2.6)
dengan :
P = intensitas radiasi antena pada sudut tertentu (dB)
Po = daya yang diterima antena pada sudut 0o (watt)
PT = daya yang diterima antena pada sudut tertentu (watt)
Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai perbandingan antara
intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis.
Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas
radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber isotropis (Balanis, 1982: 29). Keterarahan
pada antena secara umum dinyatakan dari persamaan di bawah ini (Balanis, 1982: 494) :
rad
oP
UD max
4log10
=
(2.7)
dengan :
Do = directivity (dB)
Umax= intensitas radiasi maksimum (watt)
Prad = daya radiasi total (watt)
Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena tersebut,
semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding main lobe yang
lebih lebar. Nilai keterarahan jika dilihat dari pola radiasi sebuah antena adalah sebagai
berikut (Balanis, 1982 : 20)
HPHP
D
.
1804
log10
2
0
= (2.8)
HPHP
D .
96125.41252log100 = (2.9)
Page 6
-
8/8/2019 antena-micky
7/18
ANTENA MICKY
dengan :
DdB = keterarahan (directivuty) (dB)
HP = lebar berkas setengah daya pada pola radiasi horisontal (
0 )
HP = lebar berkas setengah daya pada pola
radiasi vertikal (0)
Penguatan (Gain)
Penguatan sangat erat hubungannya dengan directivity. Penguatan mempunyai
pengertian perbandingan daya yang dipancarkan oleh antena tertentu dibandingkan
dengan radiator isotropis yang bentuk pola radiasinya menyerupai bola. Secara fisik
suatu radiator isotropis tidak ada, tapi sering kali digunakan sebagai referensi untuk
menyatakan sifat sifat kearahan antena.
Penguatan daya antena pada arah tertentu didefinisikan sebagai 4 kali
perbandingan intensitas radiasi dalam arah tersebut dengan daya yang diterima oleh
antena dari pemancar yang terhubung (Balanis, 1982: 43). Apabila arahnya tidak
diketahui, penguatan daya biasanya ditentukan dalam arah radiasi maksimum, dalam
persamaan matematik dinyatakan sebagai (Stutzman, 1981: 37) :
in
m
PUG
=
4log10 (dB) (2.10)
G = gain antena (dB)
Um = intensitas radiasi antena (watt)
Pin = daya input total yang diterima oleh antena (watt)
Pada pengukuran digunakan metode pembandingan (Gain-comparison Method)
atau gain transfer mode. Prinsip pengukuran ini adalah dengan menggunakan antena
referensi yang biasanya antena dipole standar yang sudah diketahui nilai gainnya.
Prosedur ini memerlukan 2 kali pengukuran yaitu terhadap antena yang diukur dan
terhadap antena referensi. Nilaigainabsolut isotropikdinyatakan sebagai (Mufti, 2004 :
34) :
+=
ref
RXrefAUT
W
WdBiGdBiG log10)()( (2.11)
Page 7
-
8/8/2019 antena-micky
8/18
ANTENA MICKY
dengan :
GAUT = Gain antena yang diukur (dBi)
Gref = Gain antena referensi yang sudah diketahui (dBi)
WRX = Daya yang diterima antena yang diukur (dBm)Wref = Daya yang diterima antena referensi (dBm)
2.2.2 Return Loss (RL)
Return loss adalah salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui
berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan. RL
adalah parameter seperti VSWR yang menentukan matching antara antena dan
transmitter.
Koefisien pantulan (reflection coefficient) adalah perbandingan antara tegangan
pantulan dengan tegangan maju ( forward voltage). Antena yang baik akan mempunyai
nilai return loss dibawah -10 dB, yaitu 90% sinyal dapat diserap, dan 10%-nya
terpantulkan kembali. Koefisien pantul dan return loss didefinisikan sebagai (Punit,
2004: 19) :
i
r
V
V= (2.12)
)(l o g2 0 d BR L = (2.13)
dengan :
= koefisien pantul
Vr = tegangan gelombang pantul (reflected wave)
Vi = tegangan gelombang maju (incident wave)
RL = return loss (dB)
Untukmatchingsempurna antara transmitter dan antena, maka nilai = 0 dan
RL = yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika = 1 dan RL =
0 dB maka semua daya dipantulkan.
2.2.3 Lebar Pita (Bandwidth)
Page 8
-
8/8/2019 antena-micky
9/18
ANTENA MICKY
Bandwidth antena didefinisikan sebagai range frekuensi antena dengan beberapa
karakteristik, sesuai dengan standar yang telah ditentukan. UntukBroadband antena,
lebar bidang dinyatakan sebagai perbandingan frekuensi operasi atas (upper) dengan
frekuensi bawah (lower). Sedangkan untukNarrowband antena, maka lebar bidang
antena dinyatakan sebagai persentase dari selisih frekuensi di atas frekuensi tengah dari
lebar bidang (Balanis, 1982: 47).
Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth rasio
(Br) dinyatakan sebagai (Punit, 2004: 22) :
%100
=
c
lup
f
ffB (2.14)
2
lu
c
ff
f
+= (2.15)
l
ur
f
fB = (2.16)
dengan :
Bp = bandwidth dalam persen (%)
Br = bandwidth rasio
fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)
fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)2.2.4 Polarisasi
Polarisasi suatu antena didefinisikan sebagai polarisasi dari gelombang yang
diradiasikan pada saat antena dibangkitkan/dioperasikan. Dengan kata lain, polarisasi
gelombang datang dari arah yang diberikan yang menghasilkan daya maksimum pada
terminal antena. Dalam praktek, polarisasi dari energi yang diradiasikan berubah
menurut arah antena, sehingga dengan pola yang berbeda akan memungkinkan
mempunyai polarisasi yang berbeda pola. Polarisasi antena dibedakan menjadi 3 :
polarisasi linier, polarisasi lingkaran dan polarisasi elips (Balanis, 1982: 48).
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi, merupakan sifat sifat gelombang
elektromagnetik yang menggambarkan perubahan arah dan nilai relatif vektor medan
listrik sebagai fungsi waktu. Jika vektor yang dilukiskan pada suatu titik sebagai fungsi
dari waktu selalu terarah pada suatu garis, medan ini dikatakan terpolarisasi linier. Bila
Page 9
-
8/8/2019 antena-micky
10/18
ANTENA MICKY
jejak medan listrik berbentuk elips, maka medan dikatakan terpolarisasi elips. Suatu
keadaan khusus dari polarisasi elips adalah polarisasi lingkaran dan polarisasi linier.
Gambar 2.2 Macam macam polarisasi
Sumber: www.signalengineering.com
Polarisasi isolasi adalah redaman pada antena akibat perubahan polarisasi, atau
perbandingan daya suatu polarisasi antena terhadap daya polarisasi yang lain pada antena
tersebut. Polarisasi isolasi dapat dihitung dari hasil pengukuran polarisasi antena dengan
persamaan :
)(log101
2 dBP
Pa = (2.17)
dengan :
a = polarisasi isolasi (dB)
P1 = daya mula-mula (watt)P2 = daya yang diperlukan jika polarisasi diubah (watt)
Page 10
-
8/8/2019 antena-micky
11/18
ANTENA MICKY
BAB III
SIMULASI ANTENAMICKY
3.1 Struktur Dasar Antena Micky
Gambar 3.1 Struktur Dasar Antena Micky
3.1.1 Impedansi Masukan dan Penyesuai Impedansi
Perencanaan impedansi masukan untuk elemen peradiasi dapat dihitung dengan
persamaan :
(3.1)
(3.2)
Dari perhitungan diatas didapat bahwa impedansi elemen peradiasi sebesar 273.09
. Sedangkan untuk penyesuai impedansi antena ini didapat dari persamaan :
(3.3)
Page 11
-
8/8/2019 antena-micky
12/18
ANTENA MICKY
(3.4)
3.2 Perhitungan Dimensi Antena
3.2.1 Spesifikasi Substrat dan Bahan Konduktor
Bahan substrat yang digunakan adalah sebagai berikut :
Bahan Alumunium
Konstanta Dielektrik .
Ketebalan dielektrik (h) = 2 mm.Konduktifitas Alumunium (3.5)
Substrat layer/ bahan pelapis substrat pada antenna Egg ini adalah udara dengan
Konstanta Dielektrik = 1.
Impedansi karakteristik saluran 50.
3.2.2 Dimensi antenna WA 135 mm
3.3 Langkah-langkah Simulasi Antena Tanpa Feeder dengan IE3D
Langkah-langkah simulasi IE3D :
1. Setelah muncul tampilan stand-by Zeland maka klik pada IE3D lalu pada
Mgrid.
Page 12
-
8/8/2019 antena-micky
13/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.7 Zeland Program Manager 12.0
2. Klik pada Param dan Basic Parameters.
Gambar 3.6 Zeland MGrid Window
3. Lalu edit Grid Size=1 dalam satuan mm, Meshing Freq= 16 GHz, Cells per
Wavelength=3.
Page 13
-
8/8/2019 antena-micky
14/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.7 MGrid Basic Parameters Edit Grid Size
Gambar 3.8 MGrid Basic Parameters Edit Meshing Freq
4. Kemudian kita tentukan Automatic Edge Cells nya untuk mengurangi
kemungkinan terjadinya kesalahan apabila menggunakan non otomatis. Pada AEC
tersebut kita tentukan AEC layers adalah 1 yang berarti berkurangnya ketelitian
dibandingkan AEC layers 5. kemudian kita juga tentukan AEC rationya adalah
0,05 agar mempersempit rasio agar lebih akurat.
Page 14
-
8/8/2019 antena-micky
15/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.9 MGrid Basic Parameters Automatic Meshing Parameters
5. Selanjutnya kita tentukan substrate Layer dengan mengubah layer 0 menjadilapisan alumunium dengan spesifikasi yang telah dicantumkan sebelumnya.
Kemudian memberikan frekuensi masukannya.
Gambar 3.10 MGrid Basic Parameters Edit Substrate Layer
Page 15
-
8/8/2019 antena-micky
16/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.11 MGrid Basic Parameters Edit Dielectric Material
6. Kita juga akan mengubah spesifikasi Metalic Strip types antena tersebut seperti
spesifikasi dibawah ini dan memberi frekuensi masukannya.
Gambar 3.12 MGrid Basic Parameters Edit Metallic Type
Page 16
-
8/8/2019 antena-micky
17/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.13 MGrid Basic Parameters Dielectric Material
7. Kemudian setelah semuanya telah ditentukan, maka akan tampil pada layar lembar
kerja seperti di bawah ini. Untuk menggambar antena egg ini maka kita
membutuhkan satu buah lingkaran yang dipotong pada rasio tertentu dan
digabungkan dengan satu buah ellips yang dipotong pada rasio tertentu sehingga
tercipta bentuk yang diinginkan. Simulasi yang pertama adalah membuat antenna
dengan WA = 135 mm.
Page 17
-
8/8/2019 antena-micky
18/18
ANTENA MICKY
Gambar 3.14 Mgrid
Page 18