BAB II ANTENA MICROSTRIP

Bab ini berisi tentang penjelasan antena secara umum mulai dari terminologi, parameter dan jenis-jenis antena. Parameter-parameter antena yang akan dibahas meliputi pola radiasi antena, lebar beam (beamwidth), keterarahan (directivity), penguatan (gain), lebar pita (bandwidth), polarisasi, impedansi input, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), dan parameter S. Pada bab ini pula akan dijelaskan mengenai Antena Microstrip dan aplikasinya dalam dunia ISM (industrial scientifict medical). II.1 TERMINOLOGI ANTENA Antenna merupakan alat yang berfungsi untuk memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik. Pemancaran yang dimaksudkan

merupakan suatu proses perpindahan gelombang elektromagnetik dari saluran transmisi ke ruang bebas melalui antenna pemancar. Sedangkan penerimaan merupakan sebuah proses penangkapan gelombang elektromagnetik dari ruang bebas melalui antenna penerima. Karena merupakan perangkat penerima antara saluran transmisi dan ruang bebas, maka suatu antenna harus memiliki sifat yang sesuai dengan saluran pencatunya.[ 3-babii]Antenna juga didefinisikan sebagai peralatan logam pada umumnya (sebuah batang atau kawat) untuk meradiasikan atau menerima gelombang radio. Definisi ini didasarkan atas kamus Webster. Sedangkan IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas

II-1

(IEEE Std 145-1983)* mendefinisikan antena sebagai sebuah alat untuk meradiasikan atau menerima gelombang radio [5].

Berdasarkan hal tersebut, dapat dikatakan pula bahwa antenna merupakan peralihan struktur antara ruang bebas dan sebuah saluran transmisi. Saluran transmisi dapat berupa sebuah saluran coaxial atau waveguide, dan digunakan untuk mentransmisikan energy

elektromagnetik dari sumber transmisi ke antenna atau dari antenna ke penerima.[ dini]

II.2

PARAMETER- PARAMETER ANTENA Parameter-parameter suatu antenna merupakan dasar untuk

menggambarkan unjuk kerja suatu antenna. Ada beberapa jenis parameter antenna dan beberapa dianataranya saling berhubungan. Dari beberapa parameter itu, tidak semua perlu ditentukan untuk menggambarkan keseluruhan dari kinerja suatu antenna. Menurut IEEE Standard Definition of Terms for Antennas, jenisjenis parameter antena yaitu pola radiasi, intensitas radiasi, lebar beam (beamwidth), keterarahan (directivity), penguatan (gain), lebar pita (bandwidth), polarisasi, dan impedansi input [1]. Parameter lain yang turut menentukan keberhasilan unjuk kerja antena yaitu Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), dan koefisien refleksi (S11). II.2.1 Pola Radiasi Pola Radiasi antena adalah suatu pola geometris dari kekuatan medan relatif dari bidang yang dipancarkan oleh antena. Pola radiasi antena diwakili

II-2

oleh grafik dimensi, plot polar dari penampang horizontal dan vertikal.[ 41031978-Antena-Propagation]. Pola radiasi (radiation pattern) merupakan pernyataan grafis yang menggambarkan sifat radiasi suatu antenna pada medan jauh sebagai fungsi arah. Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut pola daya (power pattern) apabila yang digambarkan pointing vektor. Dengan adanya gambaran pola radiasi kita bias melihat bentuk pancaran dari antenna tersebut. Ada pula yang mendefinisikan Pola Radiasi suatu antenna sebagai sebuah fungsi matematis yang berupa representasi grafis dari sifat radiasi antenna sebagai suatu fungsi dari kordinat ruang. Sering kali, pola radiasi ditentukan pada daerah far field dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat arah [1]. Sifat radiasi yang paling utama adalah dua atau tiga dimensi ruang distribusi dari energi pancar sebagai fungsi dari posisi tinjauan sepanjang permukaan dari radius konstan. Jejak dari medan listrik penerima pada sebuah radius yang konstan dinamakan pola medan amplituda. Di samping itu, sebuah grafik dari variasi ruang kerapatan daya sepanjang radius yang konstan dinamakan pola daya amplituda [6].[dini] Seringkali pola medan dan daya disamakan ukurannya dengan mengacu pada nilai maksimum masing-masing, menghasilkan medan normal dan pola daya. Pola daya biasanya diplot pada sebuah satuan logaritma atau lebih umum dalam desibel (dB) [6].[dini] Pola medan (dalam skala linear) secara khusus merepresentasikan sebuah plot magnitude dari medan listrik atau magnet sebagai sebuah fungsi sudut ruang. Pola daya (dalam skala linear) secara khususII-3

merepresentasikan sebuah plot kuadrat magnituda dari medan listrik atau magnet sebagai sebuah fungsi dari sudut ruang. Pola daya (dalam dB) merepresentasikan magnituda dari medan listrik atau magnet, dalam desibel, sebagai sebuah fungsi dari sudut ruang.[dini] Pola radiasi dapat dengan mudah dipahami dengan menggunakan sistem koordinat bola seperti pada Gambar II.3. Bidang xz (E Plane) adalah bidang elevation (orthogonal) dimana =0 yang merupakan vektor medan listrik dan arah radiasinya maksimum. Sedangkan bidang xy (H Plane) adalah bidang azimuth yang merupakan vektor medan magnet dan arah radiasinya maksimum. Radiasi yang maksimum normalnya menghasilkan 2 bidang [3].

Gambar II.16 Sistem koordinat untuk analisa antenna [6][dini]

II.2.2

Intensitas Radiasi ??

II-4

Intensitas radiasi didefinisikan sebagai daya yang diradiasikan dari suatu antena per satuan sudut ruang. Intensitas radiasi merupakan parameter far field dan dapat dihasilkan dari mengalikan kerapatan radiasi (radiation density) dengan kuadrat jarak [1]. Secara matematis diekspresikan sebagai [1] :

U = r2 Wrad.(II.4)dimana, U = intensitas radiasi (W/satuan sudut ruang)

Wrad = kerapatan radiasi (W/m2) r II.2.3 = ?

Lebar Beam (Beamwidth) Pada suatu pola radiasi antenna ada yang disebut dengan istilah

beamwidth (lebar beam) yang merupakan suatu sudut pemisahan antara dua titik yang sama dengan sisi yang berlawanan dari pola maksimum. Terdapat beberapa jenis beamwidth pada suatu pola radiasi antenna. Salah satu beamwidth yang biasa digunakan adalah Half Power Beamwidth (HPBW), yang berdasarkan IEEE didefinisikan sebagai suatu bidang yang mengandung arah dari beam maksimum, sudut antara dua arah yang intensitas radiasinya setengah dari nilai beam. selain itu, adapula yang disebut dengan First Null Beamwidth (FNBW) yang merupakan sudut pemisahan antara titik pertama dari pola radiasi. Dalam prakteknya istilah beamwidth biasanya ditujukan pada HPBW [1]. Beamwidth sering kali digunakan sebagai sebuah pertukaran antara beamwidth dan level sisi lobe [l], maksudnya adalah ketika terjadi penurunan beamwidth, maka side lobe meningkat dan begitu pula sebaliknya. Oleh karena

II-5

itu, beamwidth suatu antenna biasa digunakan untuk menjelaskan kemampuan resolusi dari antenna, sehingga dapat dilihat perbedaan antara dua sumber radiasi yang berdekatan. [dini].

Patokan

resolusi

yang

paling

umum

menyatakan

bahwa

kemampuan resolusi dari sebuah antena untuk dibedakan antara dua sumber adalah sama dengan setengah first null beamwidth (FNBW/2), yang biasanya digunakan untuk memperkirakan setengah daya beamwidth (HPBW). Oleh karena itu, dua sumber yang terpisah oleh jarak sudut sama atau lebih besar dibandingkan FNBW/2 HPBW dari sebuah antena dengan distribusi yang sama dapat dipecahkan. Jika jarak pisah kecil, kemudian antena akan cenderung untuk meratakan jarak pisah angular[dini].

II-6

Gambar II.6 3D dan 2D dari pancaran antena [1]

II.2.4

Penguatan (Gain) Gain antena didefinisikan sebagai perbandingan intensitas pada arah

tertentu terhadap intensitas radiasi yang akan dihasilkan jika daya yang diterima oleh antena yang diradiasikan secara isotropik [1]. Sebuah antena dengangain yang tinggi akan memancarkan dalam arah tertentu dan antena dengan gain yang rendah memancarkan radiasi dengan kekuatan yang sama ke segala arah. Jika antena memiliki gain lebih besar dari satu

dalam beberapa arah, maka pada arah yang lain nilai gain akan lebih kecil. Antenna dengan gain yang lebih rendah memiliki jangkauan lebih pendek, tetapi orientasi antena relatif tidak penting. Sedangkan antenna yang memiliki gain lebih besar mempunyai jarak jangkauan yang lebih panjang dan kualitas sinyal yang lebih baik.[ 41031978-Antena-Propagation] Gain antena berhubungan erat dengan keterarahan (directivity) dan faktor efisiensi. Untuk menghitung besarnya penguatan (gain) suatu antena (Gt) yang dibandingkan dengan antena standar (Gs), dapat dinyatakan secara numerik yaitu berupa perbandingan daya antena yang diukur (Pt) dengan daya antena isotropik (Ps) seperti Persamaan II.5 [2] : ......(II.5) dan dapat pula dinyatakan dengan dB sebagai berikut [2] : Gt (dB) = Pt (dBm) Ps (dBm) + Gs (dB)(II.6)

II-7

II.2.5 Keterarahan (Directivity) Directivity merupakan perbandingan intensitas radiasi suatu antenna pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah [1]. Directivity mengambarkan banyaknya pemusatan energi antenna pada suatu arah dibandingkan arah yang lain. Jika efisiensi antenna 100%, maka direktivitasnya akan sepadan dengan penguatan dan antenna akan menjadi isotropic radiator. Bentuk matematisnya dinyatakan sebagai [2] :

(II.7)dimana : H = E = sudut pada titik setengah daya bidang H (radian) sudut pada titik setengah daya bidang E (radian)

Jika arah tidak ditentukan, maka secara tidak langsung arah dari intensitas radiasi maksimum (maximum directivity) dinyatakan sebagai berikut [1] :

Dmax = D0 =dimana, D Do U Umax = keterarahan (dimensionless) = keterarahan maksimum (dimensionless)

(II.8)

= intensitas radiasi (W/satuan sudut ruang) = intensitas pancaran maksimum (W/satuan sudut ruang)

Uo Prad

= intensitas pancaran rata-rata (W/satuan sudut ruang) = total daya yang diradiasikan (W)

II-8

Directivity merupakan sebuah kuantitas tanpa ukuran karena merupakan perbandingan dari intensitas dua radiasi yang pada umumnya dinyatakan dalam dBi. Directivity dari sebuah antena dapat dengan mudah diestimasi dari pola radiasi antena. Sebuah antena yang memiliki main lobe yang sempit akan memiliki keterarahan yang lebih baik, namun jika memiliki sebuah main lobe yang lebar, berarti lebih terarah [dini].

Beda D (Directivity) dan G (Gain) II.2.6 Lebar Pita (Bandwidth) Bandwidth dari suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dari kinerja suatu antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik yang sesuai dengan standar yang ditentukan. Pada rentang frekuensi tersebut, antena diusahakan dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang elektromagnetik pada band frekuensi tertentu. Distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum mengalami perubahan yang berarti sehingga masih sesuai dengan pola radiasi yang direncanakan dan VSWR yang diijinkan. Secara umum bandwidth dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut [dini]:

(II.2) di mana BW adalah bandwidth

II-9

fH fL

adalah frekuensi tertinggi dalam band (Hz) adalah frekuensi terendah dalam band(Hz)

Bandwidth dapat pula dinyatakan dalam bentuk persen sebagai berikut [23]: . (II.10) dengan: fU = frekuensi tertinggi dalam band (GHz) fL = frekuensi terendah dalam band (GHz) fC = frekuensi tengah dalam band (GHz) II.2.7 Polarisasi Antena Polarisasi suatu antenna didefinisikan sebagai arah penjalaran dari gelombang yang ditransmisikan oleh antenna [anton]. Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitudo vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu [Chapter II]. Polarisasi menggambarkan magnitude relatif dari vektor medan listrik (E) sebagai fungsi waktu pada titik tertentu pada suatu bidang perambatan. Ada beberapa jenis polarisasi yang dapat terjadi pada gelombang elektromagnetik. Suatu polarisasi disebut polarisasi vertikal jika medan listrik dari gelombang yang dipancarkan antena berarah vertikal terhadap permukaan bumi. Sebaliknya, suatu polarisasi disebut polarisasi horisontal jika medan listrik dari gelombang yang

II-10

dipancarkan antena berarah horisontal terhadap permukaan bumi. Kedua jenis polarisasi tersebut sering disebut polarisasi linier [2]. Namun ada beberapa jenis antena yang polarisasinya bukan polarisasi vertikal maupun polarisasi horisontal karena gelombangnya memiliki vektor medan listrik dimana ujung vektor tersebut seolah-olah berputar membentuk suatu lingkaran ataupun ellipse dengan pusat sepanjang sumbu propagasi. Selanjutnya jika perputaran ujung vektor medan yang dipancarkan berbentuk lingkaran maka disebut polarisasi circular. Jika vektornya berputar berlawanan arah jarum jam dinamakan right hand polarize dan jika vektornya berputar searah jarum jam dinamakan left hand polarize. Sedangkan jika perputaran ujung vektor medan yang dipancarkan berbentuk ellipse maka dinamakan polarisasi ellipse [2]. Agar dapat menerima sinyal yang maksimum, polarisasi antena penerima harus sama dengan polarisasi antena pemancar. Untuk melihat perbedaan dari beberapa pola radiasi tersebut dapat dilihat pada Gambar II.7 sampai dengan Gambar II.11 berikut [5].

z x

y

Gambar II.7 Polarisasi linier horizontal [5]

II-11

z x y

Gambar II.8 Polarisasi linier vertical [5]

z x

y

Gambar II.9 Left hand circular polarize [5]

z x

y

Gambar II.10 Right hand circular polarize [5]

II-12

Gambar II.11 Polarisasi elliptical [5]

II.2.8

Impedansi Input Impedansi input merupakan perbandingan antara tegangan terhadap arus

yang diukur pada gerbang (port) RF terminal antenna. Ada beberapa hal yang berpengaruh pada impedansi input suatu antenna, diantaranya letak titik catu, frekuensi kerja serta benda-benda yang berada di sekitar antenna tersebut. Impedansi input antena dapat dihitung sebagai berikut [2] : Zin = Rin + j Xin.(II.13) di mana Zin adalah impedansi antena pada terminal-terminal Rin adalah resistansi antena pada terminal-terminal Xin adalah reaktansi antena pada terminal-terminal Xin merupakan bagian imajiner yang merepresentasikan daya yang tersedia pada near field antenna. Sedangkan Rin merupakan bagian resistif yang terdiri dari dua komponen, yaitu resistansi pancaran Rr dan rugi resistansi RL.

II-13

Resistansi pancaran Rr merupakan daya sebenarnya yang dipancarkan oleh antenna, sedangkan daya disipasi pada rugi resistansi RL hilang sebagai panas yang disebabkan oleh rugi-rugi dielektrik atau konduksi.[dini]. II.2.9 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Gelombang berdiri atau standing wave terjadi akibat adanya interferensi dari daya refleksi (reflected power) dengan daya maju (forward power). Interferensi ini timbul akibat dari ketidaksesuaian antara impedansi saluran transmisi dengan transceiver. Besarnya gelombang berdiri ini bergantung pada besarnya daya refleksi.[chapter II] Ketika suatu saluran transmisi diakhiri dengan impedansi yang tidak sesuai dengan karakteristik saluran transmisi, maka tidak semua daya diserap di ujung. Sebagian daya direfleksikan kembali ke saluran transmisi. Sinyal yang masuk bercampur dengan sinyal yang dipantulkan yang menyebabkan suatu gelombang berdiri mempola di saluran transmisi.[anton] VSWR merupakan perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri maksimum Vmax dengan amplitudo gelombang berdiri minimum Vmin. Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (Vt) dan tegangan yang di refleksikan (Vr). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang kirimkan tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan ().[chapter 2]

=dimana : = koefisien refleksi

.(II.16)

Vr = amplituda gelombang yang dipantulkan

II-14

Vt = amplituda gelombang masuk Zin = impedansi antena input Zs = impedansi antena pemancar

Koefisien refleksi tegangan () memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnituda dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka [4]: =1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat, =0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna, =+1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Secara matematis VSWR dinyatakan sebagai [4] :

S =

(II.15)

Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan juga semakin besar dan semakin tidak match [4]. Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR 2.[6]. II.2.10 Parameter SII-15

Untuk mendefinisikan parameter S, perlu ditekankan bahwa keseluruhan jaringan berlaku linier dengan input sinyal kecil. Hal ini berlaku untuk komponen-komponen dalam sistem telekomunikasi seperti attenuator, filter, coupler dan equalizer dengan syarat beroperasi dalam kondisi linier [5]. Pengukuran parameter S (scattering) dilakukan khususnya pada pengukuran frekuensi tinggi. Pengukuran parameter S ini menggunakan konsep magnituda dan fasa dari gelombang berjalan (gelombang maju dan gelombang pantul). Parameter S adalah suatu konsep yang penting dalam desain gelombang mikro karena mudah diukur dan bekerja dengan baik pada frekuensi tinggi. Keuntungan pemakaian parameter S berangkat dari kenyataan bahwa gelombang berjalan tidak seperti tegangan dan arus, tidak mengalami variasi magnituda di sepanjang saluran transmisi lossless. Ini berarti bahwa parameter S bisa diukur pada suatu jarak tertentu dengan asumsi saluran transmisi mempunyai rugi-rugi yang kecil. Parameter S dalam jaringan 2 port (4 kutub) dapat dilihat pada Gambar II.12 [5].

Gambar II.12 Parameter S dalam jaringan empat kutub [5] (gambar ulang!!) & (nilai matriks) di mana a1 adalah arus total dari sumber arus AC

II-16

a2

adalah arus yang telah melewati beban

b1 adalah arus yang kembali ke sumber arus AC b2 adalah arus yang menuju ke beban

Nilai dari koefisien refleksi (S11) mempunyai hubungan yang erat dengan nilai VSWR. Secara matematis dapat dilihat dari persamaan berikut [3]: (II.18)

II.3

JENIS-JENIS ANTENA Dalam komunikasi wireless terdapat beberapa cara dalam

mengklasifikasikan jenis antenna. Salah satu model pengelompokan jenis antena yakni berdasarkan konfigurasi struktur material penyusunnya. Berdasarkan sudut pandang ini, antena dapat dibagi ke dalam beberapa jenis antena seperti wire, aperture, microstrip, array, reflector, dan lens antenna [6]. a. Wire Antenna Terdapat bermacam-macam bentuk dari wire antena seperti sebuah kawat lurus (dipole), loop, dan helix yang ditunjukkan pada Gambar II.2. Antena loop tidak harus dalam bentuk lingkaran karena dapat berbentuk segiempat, elips, atau berbagai bentuk konfigurasi. Wire antenna atau antena kawat lebih dikenal oleh orang awam karena sangat sering dilihat dimana saja, pada kendaraan beroda empat, gedung-gedung, kapal laut, dan sebagainya. Loop lingkaran adalah yang paling banyak digunakan karena kesederhanaan dalam konstruksinya. [6]

II-17

Gambar II.2 Konfigurasi wire-antena [6]

b.

Aperture Antenna Aperture antenna atau antena apertur mungkin lebih dikenal oleh orang-

orang awam saat ini dibandingkan di masa lalu karena peningkatan kebutuhan untuk bentuk yang lebih sederhana dari antena-antena dan peralatan frekuensi tinggi. Beberapa bentuk dari antena apertur ditunjukkan pada Gambar II.3. Antena-antena pada tipe ini sangat bermanfaat untuk aplikasi pada pesawat dan kendaraan angkasa. Ditambah lagi, antena-antena ini dapat dilapisi dengan sebuah bahan dielektrik [6] untuk melindunginya dari sejumlah pengaruh faktor kimiawi dan fenomena fisika lainnya yang berasal dari lingkungan komunikasi wireless.

Gambar II.3 Konfigurasi aperture-antena [6]

II-18

c.

Microstrip Antenna Microstrip antenna atau antena mikrostrip menjadi sangat populer pada

tahun 1970 terutama untuk aplikasi luar angkasa. Saat ini antenna-antena ini digunakan untuk pemerintahan dan aplikasi komersial. Antena-antena ini terdiri dari sebuah patch metalik pada sebuah ground di bagian bawahnya. Patch metalik dapat mengambil banyak konfigurasi yang berbeda, seperti diperlihatkan pada Gambar II.4 [6].

Gambar II.4 Konfigurasi patch dari microstrip-antena [6]

d.

Array AntennaBanyak aplikasi membutuhkan karakteristik radiasi yang tidak

mungkin dapat dicapai oleh sebuah elemen tunggal. Hal ini dapat menjadi mungkin bahwa sebuah kumpulan dari elemen-elemen radiasi dalam sebuah susunan electrical dan geometrical (sebuah array) akan menghasilkan karakteristik radiasi yang diharapkan. Beberapa jenis konfigurasi antena array diperlihatkan pada Gambar II.5 [6].

II-19

Gambar II.5 Konfigurasi array-antena [6]

e.

Antena Reflektor Kesuksesan dalam mengeskplorasi luar angkasa telah menghasilkan

kemajuan teori antena. Karena kebutuhan untuk komunikasi melalui jarak yang sangat jauh, bentuk yang tidak asli dari antena telah digunakan di samping untuk mentransmisikan dan menerima sinyal yang harus melalui jutaan mil [6]. Sebuah antena yang sangat umum untuk aplikasi komunikasi satelit adalah sebuah parabolic reflector yang ditunjukkan pada Gambar II.6.

Gambar II.6 Konfigurasi reflector-antena [6]

II-20

f.

Lens Antenna Lensa terutama digunakan untuk mengumpulkan energi yang berlainan

untuk mencegahnya dari penyebaran pada arah-arah yang tidak diharapkan. Dengan tepat membentuk konfigurasi geometrical dan memilih bahan yang tepat untuk lensa, lensa dapat merubah bermacam-macam bentuk energi yang berlain ke dalam plane waves. Lensa-lensa ini dapat digunakan pada kebanyakan aplikasi yang sama dengan parabolic reflectors, khususnya pada frekuensi tinggi. Dimensi dan beratnya menjadi sangat besar sekali pada frekuensi yang rendah [6].

Gambar II.7 Konfigurasi lens-antena [6]

II.5

ANTENA MICROSTRIP Antenna microstrip merupakan salah satu jenis antenna yang cukup

populer pada saat ini. Antenna microstrip ini mudah untuk difabrikasi dan memiliki massa yang ringan serta dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan. Selain itu, antenna microstrip ini juga memiliki ukuran yang lebih

II-21

kecil dibandingkan jenis antenna lainnya. Sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi yang berukuran kecil. Antena microstrip terdiri atas suatu konduktor metal yang menempel di atas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada Gambar 2.1. [76999768-BAB-Irev]

Gambar II.18 Struktur dasar Antena Microstrip

II.2.1 Konsep Dasar Antena Mikrostrip[dini] Pada Gambar II.8 diperlihatkan suatu bentuk dasar dari sebuah antenna mikrostrip dimana terdapat sebuah plat datar di atas ground plane. Terdapat pula sebuah center conductor dari sebuah saluran koaksial yang berfungsi sebagai feed probe untuk mengkopel energi elektromagnetik di dalam dan di luar patch. Pada gambar juga dipelihatkan pola distribusi medan listrik pada antenna mikrostrip. [7]

II-22

Gambar II.8 Tipikal Microstrip patch-antena [7]

Besarnya medan listrik pada pusat patch bernilai nol, namun bernilai maksimum (positif) pada satu sisi dan minimum (negatif) pada sisi yang berlawanan. Secara kontinyu, medan listrik yang bernilai maksimum dan minimum saling berganti sesuai dengan reaksi phasa yang tiba-tiba dari sinyal yang ada. Medan listrik yang ditunjukkan di atas tidak berhenti dengan tiba-tiba pada bagian batas luar patch, tetapi medan tersebut memperluas daerahnya beberapa derajat. Perluasan medan-medan ini dikenal sebagai medan pinggir dan menyebabkan patch meradiasi [7]. Lapisan dielektrik merupakan salah satu komponen penting pada suatu antenna microstrip. Oleh karena itu, penting untuk mengetahui karakteristik dari dielektrik tersebut dengan mengetahui permitivitas relatif atau konstanta dielektrik. Permitivitas relatif atau konstanta dielektrik adalah sebuah konstanta yang melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik. Permitivitas relatif merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial relatif terhadap ruang hampa.

II-23

Lapisan dielektrik yang berperan sebagai sebuah isolasi listrik merupakan sebuah bahan yang meiliki resistansi yang tinggi pada aliran arus listrik. Secara teori, konstanta dielektrik r dari lapisan haruslah rendah (r < 2.5) untuk memperbesar medan pinggir yang memberi nilai radiasi. Namun dalam beberapa kasus, untuk memperoleh performansi lain yang diinginkan dapat menggunakan bahan dielektrik yang memiliki konstanta dielektrik dapat lebih besar untuk r > 4 [7]. Secara matematis permitivitas relatif suatu bahan didefinisikan sebagai [7]anton

r =

...(II.19)

dimana, r = permitivitas relatif atau konstanta dielektrik = permitivitas suatu bahan o = permitivitas vakum = 8,854.10-12 Farad/m Pada Tabel II.1 ditunjukkan beberapa bahan dielektrik yang tersedia dalam software Ansoft HFSS v.13 yang biasanya digunakan sebagai substrat. Tabel II.1 Daftar beberapa material dan permitivitas relatif-nya Daftar permitivitas relatif dan beberapa material Permitivitas Material Relatif Udara 1 Copper 1 RT/Duroid 5880 2,2 FR4-Epoxy 4,4 Silicone Nitrate 7 Mica 5,7 PEC 1 Alumina 9,4 Silicon 11,9

II-24

Gallium Arsenide Roger 3210

12,9 10,2

Flame Retardant 4 yang biasa dikenal dengan nama FR4-Epoxy merupakan jenis bahan yang paling banyak digunakan untuk membuat Printed Circuit Board (PCB). Karena harganya yang murah serta sifat mekaniknya yang baik, FR4-Epoxy sering diproduksi massal untuk produk-produk elektronik termasuk sistem microwave dan antenna[8]. Berikut ini merupakan parameter standard dan nilai-nilai umum dari suatu FR4-Epoxy seperti pada Tabel II.2. Tabel II.2 Parameter umum FR4-Epoxy Relative Permittivity 3.9 to 4.8 Dielectric Breakdown 39kV/mm Water Absorption