laporan penelitian fakultassipeg.unj.ac.id/repository/upload/laporan/laporan...vokasional...

LAPORAN PENELITIAN FAKULTAS

PENINGKATAN PERFORMANSI ANTENA ARRAY

MENGGUNAKAN REKAYASA STRUKTUR ELECTROMAGNETIC BAND GAP

PENELITI

Efri Sandi NIDN : 0002027508

Dibiayai oleh :

DANA BLU POK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

Berdasarkan Surat Keputusan Pejabat Pembuat Komitmen

Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta

Nomor : 461.a/SP/2018, tanggal : 23 Mei 2018

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

NOVEMBER 2018

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Judul Penelitian : Peningkatan Performansi Antena Array

Menggunakan Rekayasa Struktur

Electromagnetic Band Gap

Kode Bidang Ilmu : 453/ Teknik Telekomunikasi

Identitas Ketua Peneliti

Nama Lengkap : Dr. Efri Sandi, MT

NIDN : 0002027508

Jabatan Fungsional : Lektor

Program Studi : Pendidikan Teknik Elektronika

Nomor HP : 0812 1240 9609

Alamat Surel (e-mail) : [email protected]

Biaya Keseluruhan : Rp. 10.000.000 (Sepuluh Juta Rupiah)

Jakarta, 15 November 2018

Mengetahui,

Dekan Peneliti,

Dr. Agus Dudung R, M.Pd Dr. Efri Sandi, MT.

NIP. 196508171991011001 NIP.197502022008121002

Menyetujui,

Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat

Universitas Negeri Jakarta

Dr. Ucu Cahyana, M.Si

NIP. 196608201994031002

mailto:[email protected]

iii

DAFTAR ISI

Halaman Pengesahan ii

Daftar Isi iii

Ringkasan iv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan Penelitian 2

1.3 Target Inovasi dan Temuan Penelitian 3

BAB II RENSTRA DAN ROAD MAP PENELITIAN

2.1 Rencana Strategis Penelitian Antena di FT UNJ 4

2.2 Road Map Penelitian Antena di FT UNJ 5

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Antena Mikrostrip 7

3.2 Teknik Array 8

3.3 Parameter Antena Mikrostrip 11

3.4 Mutual Coupling Pada Antena Mikrostrip Array 11

3.5 Struktur EBG 14

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Jenis Penelitian 16

4.2 Disain Penelitian 16

4.3 Instrumen Penelitian 17

BAB V HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI

5.1 Proses Penelitian 19

5.2 Desain Antena Single Elemen 19

5.3 Antena Array tiga elemen tanpa struktur MEBG 22

5.4 Antena Array tiga Elemen dengan MEBG 23

5.5 Hasil Penelitian 26

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan 30

6.2 Saran 30

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN 1

LAMPIRAN 2

LAMPIRAN 3

iv

RINGKASAN

Antena array merupakan salah satu jenis antena yang banyak digunakan dalam berbagai

aplikasi sistem komunikasi elektronika, seperti pada antena Radar dan antena MIMO

untuk generasi kelima (5G) komunikasi seluler. Resolusi berkas radiasi antena array

sangat ditentukan oleh jumlah elemen dalam suatu konfigurasi antena array, semakin

banyak jumlah elemen array maka resolusi berkas radiasi yang dihasilkan akan semakin

baik. Namun dengan jumlah elemen array yang banyak juga akan menimbulkan efek

mutual coupling antar elemen array, sehingga performansi antena array menjadi tidak

optimal. Untuk itu diperlukan solusi agar masalah efek mutual coupling pada antena

array dapat dikurangi sehingga performansi antena array akan meningkat. Salah satu

solusi yang diusulkan dalam mengurangi efek mutual coupling adalah merancang

electromagnetic band gap (EBG) pada konfigurasi elemen antena microstip array.

Struktur EBG yang dirancang dalam riset ini direkayasa untuk memperoleh performansi

yang lebih baik dari rancangan stuktur EBG yang sudah dilakukan peneliti sebelumnya.

Serangkaian simulasi dan pengembangan model akan diverifikasi dalam riset ini dengan

membandingkan hasil fabrikasi dan pengukuran antena mictrostrip array dengan dan

tanpa struktur EBG, sehingga diperoleh verifikasi bahwa rancangan struktur EBG yang

diusulkan menghasilkan peningkatan performansi antena array.

Kata Kunci :

Antena Array, Microstrip Array, Struktur EBG, Performansi Antena Array

Laporan Penelitian Fakultas Teknik UNJ 2018 Hal 1

BAB I

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi komunikasi wireless menuntut tersedianya teknologi antena

yang mampu menunjang kinerja sistem komunikasi tersebut. Perkembangan teknologi

Radar dan teknologi seluler generasi kelima (5G) yang segera hadir membutuhkan

dukungan kemampuan antena dengan performansi tinggi, seperti beamforming, narrow

band dan mendukung penggunaan teknik multiple input multiple output (MIMO). Untuk

itu para peneliti antena selalu berupaya untuk mengembangkan berbagai peningkatan

performansi dan resolusi antena, mulai dari konstruksi, ukuran sampai dengan

pengendalian pola radiasinya.

Salah satu jenis antena yang banyak dikembangkan untuk mendukung perkembangan

teknologi komunikasi wireless adalah antena array. Antena array menjadi salah satu topik

teknologi menarik dalam berbagai aplikasi sistim komunikasi karena mampu

menghasilkan pola radiasi dengan lebar berkas radiasi (beamwidth) yang sempit dan

keterarahan (directivity) yang tinggi. Untuk menghasilkan konfigurasi antena array

dengan beamwidth yang sempit dan directivity yang tinggi diperlukan jumlah elemen

yang banyak. Semakin banyak jumlah elemen antena array, maka akan dihasilkan beam

width yang semakin sempit dan directivity yang semakin tinggi (resolusi tinggi).

Untuk kebutuhan aplikasi sistem komunikasi dengan resolusi tinggi seperti pada sistem

Radar, diperlukan rancangan konfigurasi elemen array yang sangat banyak untuk

menghasilkan performa sesuai kebutuhan akurasi sistem Radar. Namun konfigurasi

dengan jumlah elemen array yang banyak akan menghasilkan konsekuensi munculnya

efek mutual coupling antar elemen elemen array yang cukup signifikan dan akan

mengganggu performansi serta kualitas pola radiasi yang dihasilkan antena array. Mutual

Coupling adalah interaksi elektromagnetik antar elemen antena pada array. Ketika jarak

dua elemen antena saling berdekatan satu sama lain, akan timbul perpindahan sebagian


energi dari salah atau kedua elemen antena tersebut. Perpindahan energi ini (coupling)

akan mempengaruhi berkas radiasi total dari sebuah antena array.

Sejumlah solusi telah diusulkan oleh peneliti dan perancang antena untuk mengatasi efek

mutual coupling yang mengganggu kinerja dan performansi antena array, seperti

merancang suatu parasitic capasitor antar elemen, pengembangan struktur metamaterial

maupun pengembangan struktur electromagnetic band gap (EBG).

Khusus untuk struktur EBG, penerapannya dilakukan pada jenis antena mikrostrip

dimana saat ini banyak diterapkan untuk berbagai divais sistem komunikasi elektronika

karena bahan yang sederhana, ringan dan struktur yang bisa disesuaikan dengan bentuk

divais elektronika. Struktur EBG merupakan suatu struktur yang direkayasa pada material

substrat antena mikrostrip sehingga mampu mengatur propagasi gelombang

elektromagnetik pada band frekuensi tertentu. Dengan melakukan rekayasa bentuk

struktur EBG ini diharapkan mampu menetralisir dan mengatur efek mutual coupling

yang timbul antar elemen antena array.

Untuk itu pada riset ini, peneliti akan melakukan suatu rekayasa struktur EBG agar dapat

memberikan kontribusi signifikan terhadap peningkatan performansi antena mikrostrip

array.

Diharapkan hasil riset ini juga mampu memberikan solusi performansi yang lebih baik

dalam penggunaan struktur EBG untuk mengurangi efek mutual coupling dibanding

beberapa proposal solusi yang diajukan peneliti sebelumnya.

1.2 Tujuan Penelitian

1. Menyelidiki pengaruh mutual coupling pada performansi antena miktrostrip array

2. Mengembangkan suatu metode dan teknik rekayasa struktur EBG pada antena

mikrostrip array untuk mengurangi efek mutual coupling.

3. Melakukan pengujian dan pengukuran antena mikrostrip array dengan teknik

rekayasa struktur EBG pada frekuensi Radar S-Band di Indonesia.


4. Memberikan solusi dan kontribusi teknik baru dalam menggunakan struktur EBG

untuk meningkatkan performansi antena mikrostrip array.

5. Menghasilkan karya ilmiah pada prosiding internasional terindeks scopus.

1.3 Target Inovasi dan Temuan Penelitian

Target dan inovasi yang diharapkan dari hasil riset ini adalah metode reduksi efek mutual

coupling pada antena mictrostrip array untuk peningkatan performansi mengunakan

rekayasa struktur EBG.


BAB II

RENSTRA DAN ROAD MAP PENELITIAN

2.1 Rencana Strategis Penelitian Antena

Rencana strategis (renstra) penelitian antena di FT UNJ dibuat berdasarkan kajian

kelompok bidang ilmu teknik elektronika komunikasi di program studi Pendidikan

Vokasional Elektronika FT UNJ dan mengacu pada Rencana Induk Penelitian (RIP) UNJ

2016-2020 tema sains, teknologi dan olah raga dengan isu strategis rekayasa teknologi.

Renstra ini dirancang untuk kurun waktu jangka panjang 10 tahun dari 2017 sampai

dengan 2027 dengan tetap menyesuaikan setiap perubahan RIP UNJ dan road map

penelitian setiap 5 tahun. Sasaran yang ingin dicapai adalah memperoleh temuan dan

inovasi rekayasa teknologi untuk publikasi jurnal internasional bereputasi minimal setiap

2 tahun dan memperoleh paten dibidang ilmu antena dan propagasi gelombang setiap 5

tahun.

Rumusan rencana penelitian bidang ilmu antena dan propagasi gelombang adalah sebagai

berikut :

Kompetensi/

Keahlian/

Keilmuan

Isu-Isu Strategis Konsep

Pemikiran

Pemecahan

Masalah Topik Penelitian

Antena dan

Propagasi

Gelombang

Pengembangan

antena MIMO 5G

Kebutuhan antena

untuk sistem

seluler 5G

Antena yang

mendukung

sistem MIMO

dan

Beamforming

Antena MIMO

Antena

Beamforming

Antena Sparse

Array

Ultrawideband

antena

Antena

reconfigurable

Pengembangan Kebutuhan antena Antena Radar Rekayasa


Antena Radar untuk mendukung

perkembangan

teknologi Radar

yang lebih efisien

dengan

performansi dan

resolusi tinggi

dengan biaya

yang efisien

struktur

material antena

Teknik disain

antena array

Antena Sparse

array

Metamaterial

antena

Antena untuk aplikasi

medis dan pengolah

citra

Kebutuhan antena

untuk mendukung

perangkat medis

dan pengolah citra

Disain antena

untuk perangkat

medis dan

pengolah citra

Disain antena

untuk aplikasi

MRI

Antena untuk

body sensor

wireless

Jaringan sensor

wireless

Kebutuhan antena

untuk mendukung

jaringan sensor

wireless

Disai antena

untuk jaringan

sensor wireless

Disain antena

wearable untuk

jaringan sensor

wireless

Antena sistem

navigasi

personal

2.2 Road Map Penelitian Antena

Road map penelitian antena di FT UNJ disusun berdasarkan renstra penelitian antena

dengan tahapan riset dan luaran hasil riset yang terukur.


BAB III

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Antena Mikrostrip

Antena Mikrostrip dibuat dalam bentuk Printed Circuit Board (PCB). Struktur dasar dari

antena mikrostrip tersusun atas tiga bagian, yaitu :

a. Elemen peradiasi (patch antena)

Elemen ini berfungsi sebagai peradiasi gelombang elektromagnetik ke ruang

bebas atau udara yang terbuat dari bahan konduktor (tembaga) yang memiliki

ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan adalah tembaga (copper)

dengan konduktivitas 5,8 × 107 S/m.

b. Substrat dielektrik

Elemen ini berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektormagnetik dari catuan

menuju patch (Sabrina, 2014:2). Elemen substrat dari antena mikrostrip terdiri dari

tebal substrat (h), permitivitas relatif ( ) yang merupakan konstanta dielektrik, dan

loss tangent (tan δ) yang merupakan rugi-rugi dielektrik.

c. Bidang pentanahan (Ground Plane)

Elemen ini terbuat dari bahan konduktor tembaga yang sama dengan bahan pada

patch. Ground Plane digunakan sebagai reflektor gelombang elektromagnetik atau

memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.

Gambar 3.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip (Moreno, 2016:13)


Kelebihan dari antena mikrostrip, diantaranya adalah (Garg, 2000);

1. Bentuk yang low profile, Ketebalannya hanya satuan milimeter memudahkan

antena ini untuk diaplikasikan hampir pada seluruh tempat dimana antena lain sulit

menjangkaunya.

2. Memiliki bobot yang ringan dan volume yang kecil

3. Ekonomis dan mudah dalam fabrikasi sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang

banyak

4. Polarisasi linear dan sirkular mudah didapat hanya dengan feeding yang sederhana

5. Dapat digunakan sebagai aplikasi dual polarisasi, dual maupun triple Band frekuensi

6. Dapat diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs)

7. Feed line dan matching network dapat difabrikasi langsung dengan beragam struktur

antena.

Disamping kelebihan, antena mikrostrip memiliki kekurangan, diantaranya adalah (Garg,

2000);

1. Bandwidth yang sempit

2. Gain yang dicapai kecil (maksimal 6 dB)

3. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array

4. Daya relatif rendah (maksimal 100 Watt)

5. Efisiensi rendah

6. Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)

3.2 Teknik Array

Untuk meningkatkan kualitas gain dan directivity pada antena single Antena Array adalah

susunan dari beberapa elemen antena mikrostrip yang identik atau sama persis dari

ukuran dan sebagainya. Teknik Array digunakan pada patch.

Antena array dapat dimisalkan sebagai susunan dari dipole horizontal yang sangat kecil.


3.2.1 Penyusunan Patch Array

Diperlukan pengaturan jarak ( ) dan pengaturan beda phasa eksitasi ( ) antar elemen

pada antena array untuk menghasilkan pola radiasi yang mengarah pada sudut tertentu

(directivity) dan untuk mengurangi efek mutual coupling. Untuk mencari jarak antar

patch dapat dihitung secara matematis dengan mencari terlebih dahulu panjang

gelombang pada bahan seperti pada persamaan 3.1

√ ........................................................................................................ Pers-3.1

dimana,

( )

( ) ............................................................................................. Pers-3.2

Sehingga didapatkan persamaan 2.17 untuk menghitung jarak optimal antar patch agar

tidak saling bertindihan.

....................................................................................................... Pers-3.3

Perhitungan tersebut dapat juga dicari otomatis dengan bantuan aplikasi CST Microwave.

Gambar 3.2 Jarak Optimal Antara 2 Patch

3.2.2 Impedance Matching

Tidak adanya refleksi pada ujung saluran beban ( ) menjadi syarat matching

untuk suatu jalur transmisi. merupakan parameter utama yang penting untuk diketahui

pada suatu saluran transmisi yang umumnya bernilai 50 ohm. Impedansi karakteristik Zo

dari saluran mikrostrip ditentukan oleh lebar strip ( ) dan tinggi substrat ( ).


Beban yang matched sangat diperlukan untuk mentransfer daya secara sempurna, beban

tersebut dapat berupa rangkaian yang mempunyai impedansi beban . Cara untuk

mendapatkan kondisi yang matching yaitu dengan menambahkan transformator

dengan

impedansi sebesar 70,7 ohm yang dapat dihitung dengan persamaan 3.4.

√ ................................................................................................. Pers-3.4

dimana,

merupakan impedansi 50 ohm dan merupakan impedansi 100 ohm. Saluran

pencatu 70,7 ohm dan 100 ohm dibutuhkan dalam merancang antena array menggunakan

pembagi daya atau Power Divider.

Gambar 3.3 Power Divider

Cara lain mendapatkan nilai impedansi saluran dan adalah dengan

persamaan 3.5.

√ ............................................................................................... Pers-3.5

dimana,

: Jumlah Array

Dan panjang dari saluran pencatu 70,7 ohm dapat dihitung dengan persamaan

3.6

......................................................................................................... Pers-3.6


3.3 Parameter Antena Mikrostrip

Ada beberapa parameter penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan

pada pengamatan medan jauh (far field). Parameter tersebut menjadi dasar untuk

mengetahui performa dari perancangan sebuah antena.

Gambar 3.4 Daerah Medan Antena (Balanis, 2005)

Beberapa dari parameter tersebut adalah bandwidth, return loss, VSWR, polarisasi,

impedansi masukan, gain, dan pola radiasi.

a. Bandwidth

b. Return Loss dan VSWR

c. Polarisasi

d. Impedansi Masukan

e. Gain

f. Pola Radiasi

3.4 Mutual Coupling Pada Antena Mikrostrip Array

Elemen antena mikrostrip terdiri dari metalic strip yang sangat tipis ( ) yang

ditempatkan diatas ground plane. Sama seperti tujuan antena array pada umumnya,

mikrostrip antena array juga disusun untuk memperoleh directivity dan gain yang besar

serta berkas radiasi yang sempit.

Salah satu efek yang ditimbulkan dari teknik array pada suatu antena adalah mutual

couping. Mutual Coupling adalah interaksi elektromagnetik antar elemen antena pada

array. Ketika jarak dua antena saling berdekatan satu sama lain, apakah salah satunya


atau kedua-duanya memancarkan atau menerima, sebagian dari energi yang ditujukan

untuk satu sisi berakhir di sisi lain.

Mutual coupling antar elemen biasanya diabaikan. Namun, tergantung aplikasinya,

kesalahan karena fenomena mutual coupling pada antena array merupakan potensial

penurunan kinerja antena. Mutual coupling untuk konfigurasi yang paling praktis, sangat

sulit untuk diprediksi secara analitis namun harus diperhitungkan karena konstribusinya

yang signifikan.

Efek mutual coupling bisa sangat berpengaruh pada antena array terutama pada:

a. Mengubah pola radiasi array.

b. Mengubah matching antena (mengubah impedansi input).

Menurut Balanis Efek mutual coupling pada performa antena array tergantung pada tipe

antena dan desain parameter antena, posisi relatif tiap elemen pada array dan feeding

pada elemen array. Untuk menganalis pengaruh mutual coupling mikrostrip antena array,

masing elemen array dapat di buat rangkaian ekuivalen RLC seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian Ekuivalen Antena Phased Array

Selanjutnya efek mutual coupling pada phased array mikrostrip antena menurut S Chen

dan R Iwata dapat ditentukan dengan memahani efek masing-masing elemen seperti

Gambar 3.6.


Elemen Elemen Elemen Elemen

Gambar 3.6 Mutual Coupling pada Antena Phased Array

Untuk elemen phased array, koefisien refleksi aktif setiap elemen dari scattering matrix

(S) dan ekesitasi vektor (a) adalah :

𝑏 …

𝑏 …

…………………………………………………………..

𝑏 … 3.7

Dimana ai dan bi adalah tegangan input dan refleksi untuk elemen . Besarnya dapat di

tentukan sebagai :

| |

(

) ( ) 3.8

Sehingga menurut Chen dan Iwata pola radiasi yang terbentuk dari akumulasi semua

coupling dari setiap elemen adalah :

𝑓′ ( ) 𝑓 ( ). [ 𝑅 ( )] (𝑛 … ) 3.9

Dimana 𝑓 ( ) adalah pola radiasi dari isolated elemen 𝑅 ( ) adalah koefisien

refleksi aktif untuk elemen 𝑛.

Total pola radiasi yang terbentuk dari semua elemen array adalah :


F ( ) = ∑ 𝑓 ( ) . 𝑉

(

) ( )

3.10

3.5 Struktur EBG

Kelahiran struktur celah pita elektromagnetik (EBG) telah memicu banyak aplikasi

antena baru. Dua fitur yang umum digunakan menekan mode substrat yang tidak

diinginkan dan bertindak sebagai bidang ground magnetik buatan. EBG didefinisikan

sebagai objek yang berbentuk periodik (atau kadang-kadang non periodik) buatan yang

mengatur propagasi gelombang elektromagnetik dalam frekuensi band tertentu untuk

semua gelombang masukan dan keadaan polarisasi.

Struktur EBG biasanya diterapkan dengan pengaturan berkala bahan dielektrik dan

konduktor metalik. Dalam ilmu fisika, electromagnetic band gap menggambarkan jarak

rentang energi elektron yang dilarang dan diizinkan menggunakan konsep pita valensi.

Gambar 3.7 Gelombang Permukaan (Fan, 2009)

Peningkatan jumlah elemen pada susun antena array, berpotensi membangkitkan

gelombang permukaan yang juga meningkatkan kopling diantara beberapa susun elemen.

Ketika patch meradiasikan gelombang ke udara, beberapa terjebak didalam substrat.

Gelombang-gelombang ini membentuk gelombang permukaan seperti yang diperlihatkan

pada gambar 3.7. Prinsip kerja EBG ialah memberikan beban secara periode sehingga

pancaran gelombang permukaan membentuk frekuensi terlarang (stop band) disekitar


frekuensi operasi antena. Sehingga gelombang permukaan tidak dapat berpropagasi

disepanjang substrat dan mengurangi efek mutual coupling pada array.

Ada dua kelemahan utama dalam hal ini, pertama, Lebih tinggi permitivitas relatif

material semakin mahal harganya. Kedua, Mode substrat yang tidak diinginkan mulai

terbentuk dan menyebar ke tepi tepi substrat, yang memiliki efek merusak pada pola

radiasi antena. Seseorang bisa mengharapkan peningkatan tingkat radiasi balik, distorsi

lobus utama dan lobus samping muncul.

Metallodielectric Electromagnetic Band Gap (MEBG) ditempatkan di atas ground plane

secara signifikan untuk meningkatkan directivity dari sumber pemancar yang diposisikan

antara array dan ground. Strukturnya didasarkan pada pembentukan rongga resonansi

antara ground plane dan array yang bertindak sebagai sebagian permukaan reflektif

(PRS). Rongga renosansi akan menjadi stop band yang melarang propagasi gelombang

elektromagnetik disekitar array, sehingga interaksi elektromagnetik antar elemen array

akan terhalang oleh MEBG dan dapat mengurangi efek mutual coupling.

Dalam membuat struktur MEBG, diperlukan pembuatan sel struktur MEBG yang akan

dijadikan sebagai rongga resonansi. Untuk menentukan satuan sel struktur MEBG, dapat

ditentukan dengan dua jenis sel, jenis yang pertama adalah struktur dipole layer MEBG,

selanjutnya dengan menggunakan struktur tripol layer MEBG.

Pada struktur dipol layer MEBG dimensi yang perlu ditentukan adalah L sebagai panjang

sel, W sebagai lebar sel, dx sebagai panjang layer mengikuti sumbu x, dan dy panjang

layer yang mengikuti sumbu y.

Sedangkan untuk sel struktur tripol MEBG dimensi yang dibutuhkan meliputi L sebagai

panjang sel, W sebagai lebar sel, dan juga d sebagai panjang layer. Pada sel tripol MEBG

menggunakan sudut orientasi 30⁰ dan 60⁰.


BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Jenis Penelitian

Penelitian ini adalah jenis Penelitian R&D pada laboratorium

4.2 Disain Penelitian

Disain Penelitian dikembangkan dengan tahapan proses sebagai berikut :

4.2.1 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan untuk memperoleh gambaran tentang sejauh mana penelitian

tentang wireless energi telah dilakukan sebelumnya melalui jurnal-jurnal ilmiah seperti

IEEE Transactions on Antenas and Propagation, IEEE Antenas and Wireless Propagation

Letters, IEEE Proceedings – Microwave, Antenas and Propagation, International Journal

of Research in Antenas and Microwave Engineering (IJRAWE) dan jurnal-jurnal ilmiah

international ber-index lainnya yang berhubungan dengan antena dan propagasi

gelombang. Dari studi literatur akan diperoleh kesimpulan sejauh mana perkembangan

dan metode-metode yang telah dikembangkan untuk memanfaatkan struktur EBG dalam

meningkatkan performansi antena array.

Selanjutnya dari hasil studi literatur diperoleh state of the art dari riset yang akan

dilakukan serta kontribusi keterbaruan dan sumbangan bagi perkembangan pengetahuan

penggunaan struktur EBG dalam perancangan suatu antena array.

4.2.2 Studi Rekayasa Struktur EBG pada Antena Array

Setelah studi literatur dilakukan, langkah berikutnya adalah melakukan pengembangan

model dan perekayasaan pada antena mikrostrip array dengan penambahan struktur

material EBG. Hasil ini akan dibandingkan performansi antena mirostrip array

konvensional (tanpa penambahan struktur EBG) dengan hasil yang diperoleh dengan

penambahan rekayasa struktur EBG.


4.2.3 Tahapan penelitian

Tahapan penelitian untuk menghasilkan rekayasa struktur EBG adalah sebagai berikut:

1. Tahapan Studi Literatur

2. Tahapan Pengembangan Model

3. Tahapan Simulasi Antena Mikrostrip Array Konvensional

4. Tahapan Simulasi Antena Mikrostrip Array dengan rekayasa Struktur EBG.

5. Tahapan Fabrikasi Antena Mikrostrip Array Konvensional dan Antena Mikrostrip

Array dengan solusi hasil rekayasa struktur EBG.

6. Tahapan Pengujian dan Pengukuran Antena Mikrostrip Array dan Antena

Mikrostrip Array dengan rekayasa struktur EBG.

7. Tahapan Analisis dan Perbandingan Hasil

4.3 Instrumen Penelitian

Instrumen yang digunakan dalam Penelitian ini terdiri dari :

1. Software Simulasi CST Microwave Studio

CST MICROWAVE STUDIO (CST MWS) adalah software khusus yang digunakan

untuk simulasi elektromagnetik 3D yang memiliki berbagai fitur dan komponen

simulasi. CST MWS mampu melakukan analisa yang cepat dan akurat untuk berbagai

komponen RF seperti antena, filter, coupler, planar dan struktur multi-layer.

2. Instrumen Fabrikasi

Setelah dilakukan proses pemodelan dan verifikasi konfigurasi disain thinning array

antena melalui simulasi software, maka dilakukan proses fabrikasi yang dilakukan

dengan pada workshop yang memiliki peralatan Circuit Board Plotter seperti sistem

LPKF Circuit Board Plotter ProtoMat M60 atau yang sejenis untuk menjamin bahwa

hasil pemodelan memiliki tingkat presisi dan kualitas yang baik. Material fabrikasi

antena mikrostrip array disesuaikan dengan hasil simulasi software CST yang paling

optimal dan ketersediaan dari pemasok.

3. Instrumen Pengukuran Antena

Dalam riset ini instrumen pengukuran antena yang digunakan adalah sebagai berikut :


a. Pola Radiasi Far Field Antena dengan Anechoic Chamber

b. Vector Network Analyzer (VNA) dengan kemampuan pada range 300 kHz

sampai 4 GHz atau sejenis.

c. Spectrum Analyzer (SA) yang memiliki kemampuan pada range sampai dengan 4

GHz atau sejenis.

d. Jumper dan connector sesuai kebutuhan antenna array

e. Power splitter dengan frekuensi sampai 4 GHz

f. Soler dan alat pendukung perakitan antena lainnya


BAB V

HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI

5.1 Proses Penelitian

Penelitian ini di lakukan di Laboratorium Telekomunikasi FT-UNJ. Hasil penelitian

meliputi dua buah antena yaitu antena mikrostrip array tanpa tambahan struktur MEBG

dan antena mikrostrip array dengan tambahan struktur MEBG .

Proses penelitian dilakukan dimulai dengan perhitungan single patch, perancangan antena

array tiga elemen, perancangan struktur EBG pada antena array tiga elemen hingga

simulasi kedua model atena dan diakhiri dengan pengukuran kedua antena yang telah di

fabrikasi menggunakan alat ukur Spectrum Analyzer. Pengukuran dilakukan guna

mengetahui karakteristik serta parameter-parameter dari kedua antena yang telah dibuat

sehingga dapat menjadi tolak ukur kelayakan antena yang dirancang terhadap spesifikasi

yang telah ditentukan sebelumnya dengan melakukan analisis penyimpangan yang terjadi

dan untuk mengetahui penurunan mutual coupling yang berdampak bagi parameter

antena.

5.2 Desain Antena Single Elemen

Perhitungan dimensi patch antena tunggal diawali dengan menentukan nilai frekuensi

kerja yakni 3 GHz dan nilai-nilai karakteristik antena berupa nilai konsatanta dielektrik

dari jenis substrat yang digunakan yakni 4,3 untuk jenis FR4-Epoxy dengan nilai

ketebalan substrat yakni 1,6 mm.

Dimensi patch antena tunggal dihitung dengan menggunakan rumus menghitung antena

berbentuk segiempat. Beberapa langkah yang dilakukan untuk menghitung patch antena

berbentuk segiempat, yaitu :

1. Menentukan lebar patch (W) dengan persamaan 2.4, diperoleh nilai W = 19 mm

𝑓r √

o Menentukan panjang patch (L)


o Sebelum mendapatkann nilai panjang patch terlebih dahulu menghitung

konstantan dielektrik efektif (eff) dan L

𝑓𝑓

(

√

)

o Menghitung panjang efektif (Leff)

𝑓𝑓

𝑓 √ 𝑓𝑓

o Menghitung panjang aktual (L)

𝑓𝑓

Sehingga didapatkan nilai L patch adalah = 14,48 mm

Untuk mengirim energi dari sumbernya ke antena mikrostrip dibutuhkna suatu pencatu

atau feeding. Dalam penelitian ini digunakan teknik saluran pencatu direct coupling atau

coaxial feeding, dimana saluran pencatu dicatu dari bawah dengan melubangi ground

plane dan substrat lalu diapasang connector coaxial yang terhubung pada patch. Untuk

mempermudah perhitungan digunakan bantuan dengan Impedance Calculation yang telah

tersedia pada perangkat lunak CST Microve Studio 2014, yakni dengan langkah Home

Macros Calculate Calculate Analytic Impedance.

Dengan memasukan frekuensi kerja 3 GHz dan permitifitas teflon 2,1 maka didapatkan

nilai diameter inti 1,3 mm dan diameter luar 4,353 untuk mendapatkan impedansi input

50 Ω. Digunakan permitifitas teflon karena antena akan dipasang konektor koaksial.

Selanjutnya menentukan kordinat pencatuan sebagai titik letak konektor.

Sehingga didapatkan hasil untuk lebar pencatu (WF) adalah 4,58 mm dan panjang

pencatu (LF) 7,24 mm.

Langkah selanjutnya yaitu perhitungan dimensi ground plane dan substrat untuk antena

tunggal. Telah dijelaskan bahwa luas ground plane yang infinite atau tak terhingga tidak

dapat direalisasikan, maka dari itu dimensi ground plane dihitung dengan menggunakan


nilai minimum. Dimensi ground plane dan dimensi substrat adalah terintegrasi satu sama

lain, sehingga nilai dimensi ground plane akan sama dengan nilai substrat. Sehingga

dapat diperoleh dimensi groundplane serta dimensi susbtrat sebgai berikut :

𝑳𝒈=𝒙𝒉+𝑳

𝑾𝒈=𝒙𝒉+𝑾

Dimana Wg,s adalah lebar groundplane dan substrat dengan nilai 28,6 mm, dan Lg,s

adalah panjang groundplane dan subtrat dengan nilai 38.16 mm.

Perancangan antena single elemen atau elemen tunggal dibuat dengan mengacu pada nilai

hasil perhitungan dimensi antena diatas, sehingga dihasilkan sesuai tabel 5.1.

Tabel 5.1. Perhitungan dimensi ukuran antena mikrostrip single elemen

NO. DIMENSI UKURAN

1. Patch 19 x 14,48 mm

2. Substrat 38,16 x 28,6 mm

Selanjutnya, dilakukan optimasi antena single elemen sehingga didapatkan sesuai nilai

parameter yang telah ditetapkan. Optimasi dilakukan guna mendapatkan sebuah antena

mikrostrip elemen tunggal dengan dimensi antena dan pencatu yang optimal dengan nilai

parameter standar yang dapat bekerja di frekuensi tengah 3 GHz sehingga mempermudah

perancangan antena mikrostrip array tiga elemen dimana akan digunakan dimensi antena

yang sama. Hasil dari optimasi single elemen diperlihatkan pada tabel 5.2.

Tabel 5.2. Optimasi antena Single Elemen

No.

Dimensi

Freq.

(GHz)

RL

(dB) VSWR

Gain

(dB) Patch (mm)

Substrat

(mm)

Pencatu

(mm)

W L W L W L

1. 23 14,5 76 76 5,85 2,29 3 -18,14 1,28 3,5 dB


Dari tabel 5.2, di dapatkan hasil optimasi dimensi antena dengan nilai return loss dan

VSWR yang telah memenuhi standar. Dengan ini, maka didapatkan ukuran patch dan

substrat antena elemen tunggal yang optimal. Adapun dimensi antena yang telah

dioptimasi seperti pada gambar 5.1.

Gambar 5.1 Desain Single Antena

Dalam perancangan antena array jarak antar elemen difungsikan sebagai jarak yang

dibuat untuk memisahkan elemen satu dengan elemen yang lainnya. Jarak antar elemen

diatur dengan jarak setengah gelombang 0.5 λ untuk mempermudah hitungan maka

digunakan Calculate Wavelenght yang telah tersedia pada perangkat lunak CST

Microwave Studio 2014, yakni dengan langkah Home Macros Calculate

Calculate Wavelenght.

Dengan memasukan nilai parameter yang ada, patch disalin dengan jarak 0,5λ yaitu 24,10

mm sesuai dengan perancangan jarak yang telah dilakukan.

5.3 Antena Array tiga elemen tanpa struktur MEBG

Peracangan antena mikrostrip segiempat dengan tiga elemen menggunakan teknik linear

array dimana antena elemen tunggal disalin dengan jarak ½ λ arah samping dan


menghasilkan urutan elemen secara liniear. Gambar antena array tiga elemen tanpa

struktur MEBG ditunjukkan pada gambar 5.2.

Gambar 4.4 Antena array tanpa MEBG tampak depan

(a) Tampak Depan

(b) Tampak Belakang

Gambar 5.2 Antena aray tanpa MEBG

5.4 Antena Array tiga Elemen dengan MEBG

Setelah merancang antena tiga elemen, langkah selanjutnya adalah menambahkan antena

dengan MEBG antara elemen satu dengan elemen kedua, juga elemen kedua dengan

elemen tiga. Adapun langkah penambahan struktur MEBG adalah sebagai berikut:

Dalam menambahkan struktur MEBG, terlebih dahulu dihitung jarak antar elemen ke

elemen, karena jarak dari elemen satu ke elemen dua dan juga jarak elemen dua ke

elemen tiga adalah ½ λ yaitu 24,10 mm. Maka struktur MEBG akan diletakkan pada

jarak 12,05 mm. Tepatnya di antara dua elemen.


Struktur MEBG dibuat mengikuti prinsip kerja filter LC lumped seperti yang dijelaskan

pada bab 2.3.8. dengan mengacu pada prinsip frekuensi resonansi persamaan yaitu

𝑓

√

Karena frekuensi yang digunakan adalah 3 GHz maka diperlukan untuk mencari nilai L

dan C untuk mendapatkan frekuensi 3 GHz. Dengan menggunakan bantuan calculate L-C

Frekuensi pada menu CST maka diperoleh nilai L kurang lebih sebesar 0,5 nH dan nilai

C kurang lebih sebesar 5,62 Pf untuk mendapatkan nilai frekuensi resonansi mendekati 3

GHz.

Langkah selanjutnya adalah mencari nilai C agar mendekati angka 5,62 pF dengan

menggunakan persamaan :

Dikarenakan bahan subtrat yang digunakan adalah FR-4 Epoxy, nilai dari permitifitas

bahan dan permitifitas ruang mengikuti nilai dari bahan FR-4 Epoxy tersebut yaitu

permitifitas bahan 4,3 dan permitifitas ruang adalah 1. Maka nilai yang dicari adalah W

yaitu panjang sel dan g yaitu gap atau celah antar sel. Setelah proses perhitungan maka

panjang sel adalah 1.137 mm dan lebar gap adalah sebesar 0.03 mm seperti ditunjukkan

Gambar 5.3.

Gambar 5.3 Desain Cell MEBG


Setelah nilai C didapatkan maka selanjutnya adalah mencari nilai L yaitu dengan

menggunakan persamaan 2.34 untuk mendapatkan nilai mendekati 500 pH.

Dikarenakan bahan substrat menggunakan FR-4 Epoxy maka nilai h sudah dapat

ditentukan yaitu sebesar 1,6 mm. Sehingga yang perlu untuk ditentukan adalah nilai r

yaitu jarak via atau panjang dari lubang. Setelah melalui berbagai perhitungan maka

didaptkan nilai r yaitu sebesar 1.648 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.4.

Gambar 5.4 Panjang Via Cell MEBG

Setelah menentukan nilai g, W dan r maka dibuatlah struktur MEBG yaitu dengan

menyusun tiap sel diantara patch dengan jarak ¼ lamda dari patch satu ke patch lainnya

untuk menghalangi energi dari pancaran mutual coupling seperti yang ditunjukkan oleh

Gambar 5.5.


Gambar 5.5 Antena array tiga elemen MEBG

5.5 Hasil Penelitian

Dari desain dan dimensi yang telah diperoleh maka dapat dilihat hasil simulasi berupa S-

parameternya untuk antena array tanpa MEBG dan antena array EBG pada CST 2014

yang ditunjukkan oleh Gambar 5.6 dan Gambar 5.7.

Gambar 4.10 S-parameter Antena array tanpa MEBG.

Gambar 5.6 S-Parameter antena array tanpa MEBG

Gambar 5.7 S-Parameter antena array dengan MEBG


Pada gambar 5.6 diperlihatkan bahwa nilai return loss dari antena array tiga elemen yang

diperlihatkan oleh parameter S11, S22, dan S33 adalah sebesar -17,75 dB, -17,63 dB dan

-17,90 dB. Sedangkan untuk nilai return loss dari antena array MEBG diperlihatkan pada

gambar 5.7 dengan nilai parameter S11, S22, S33 adalah sebesar -26,74 dB, -27,78 dB,

dan -27,42 dB. Dengan membandingkan hasil dari antena array tiga elemen tanpa MEBG

dengan antena array MEBG, maka bisa dilihat bahwa return loss mengalami penurunan

dengan struktur MEBG.

Dikarenakan antena memakai tiga elemen, maka parameter nilai mutual coupling yang

muncul adalah S21,S12,S31,S13,S23 dan S32 dengan nilai berturut-turut sebesar -24,64

dB, -24,64 dB, -32,76 dB, -32,15 dB, -24,29 dB dan -24,29 dB. Sedangkan untuk nilai

mutual coupling dari antena MEBG dengan parameter S21,S12,S31,S13,S23 dan S32

secara berturut-turut adalah -25,02 dB, -25,02 dB, -33,02 dB, -32,36 dB, -24,61 dB, dan -

24,61 dB. Dengan membandingkan hasil dari antena array tanpa MEBG dan antena

array MEBG, maka nilai mutual coupling turun dengan struktur MEBG seperti yang

ditunjukkan pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3 Perbandingan nilai mutual coupling tanpa MEBG dan dengan MEBG.

Parameter Tanpa MEBG Dengan MEBG

S12 -24,64 -25,02

S21 -24,64 -25,02

S13 -32,15 -32,36

S31 -32,76 -33,02

S23 -24,29 -24,61

S32 -24,29 -24,61

Gambar 5.8 dan 5.9 menunjukan grafik untuk parameter VWSR dua antena yakni antena

tanpa MEBG dan antena dengan MEBG. Nilai VSWR yang digunakan dalam penelitian

ini adalah maksimum 1,5 (VSWR ≤ 1,5 : 1) Pada simulasi didapatkan nilai VSWR

mendekati dengan menggunakan MEBG mendekati nilai ideal 1 yakni 1,09 untuk VSWR


1 dan 1,08 untuk VSWR 2 dan 3 yang berarti sudah jauh lebih baik dari standar yang

ditetapkan. Dengan nilai VSWR yang mendekati satu, maka antena mendekati keadaan

matching sempurna sehingga gelombang pantul atau refleksi hampir tidak ada.

Gambar 5.8 VSWR antena array tanpa MEBG

Gambar 5.9 VSWR antena array dengan MEBG

Dengan VSWR yang semakin baik pada antena yang menggunakan MEBG maka antena

tersebut semakin matching yaitu mendekati impedansi 50 Ω yang mengakibatkan

gelombang pantul semakin kecil. Grafik perbandingan antara impedansi input antara

MEBG dengan tidak menggunakan MEBG diperlihatkan pada gambar 5.10.


Gambar 5.10 Impedansi input antena array tanpa MEBG

Gambar 5.11 Impedansi input antena array dengan MEBG


BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

1. Penelitian ini menghasilkan suatu rekayasa desain struktur elektromagnetic band gap

(EBG) menggunakan bentuk desain mushroom (MEBG) dengan melakukan

rekayasa penambahan hole pada cell MEBG.

2. Rekayasa bentuk MEBG ini menghasilkan perbaikan karakterisitk impedansi cell

MEBG sehingga dapat menekan pengaruh mutual coupling.

3. Penambahan struktur EBG pada antena array memiliki pengaruh yang positif. Pada

penelitian ini telah dibuktikan bahwa penambahan struktur material jenis MEBG

mampu menekan pengaruh mutual coupling dan meningkatkan performansi side

lobe level (SLL).

4. Pengaruh penambahan struktur EBG walapun memberikan pengaruh positif

(perbaikan), namun belum memberikan hasil maksimal dan signifikan.

6.2 Saran

Hasil penelitian ini merupakan salah satu upaya rekayasa untuk peningkatan performansi

antena array. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk dapat menghasilkan pengaruh

penambahan struktur EBG pada desain antena array sehingga dapat memberikan

pengaruh perbaikan performansi antena array yang lebih signifikan

DAFTAR PUSTAKA

B. Bahare Mohamadzade, M. Afsahi (2017). “ Mutual Coupling Reduction and Gain

Enhancement in Patch Array Antenna Using a Plananr Compact Electromagnetic

Band Gap Structure”. IET Microwave, Antenna & Propagation, Vo.11, Iss 12, pp

1719-1725.

C. Caloz, T. Itoh. (2006). Electromagnetics Materials, Transmission Line Theory and

Microwave Applications. New Jersey, NJ: Jhon Wiley & Sons.

Constantine, A. Balanis. (2005). Antenna Theory, Analysis and Design (Third Edition).

New Jersey, NJ: Jhon Wiley & Sons

H.F. Shaban, H.A. Helmikaty and A.A. Shaalan (2008). “ Study the Effect of

Electromagnetic Band-Gap (EBG) Substrate on Two Patches Mictrostrip Antenna.”

Progress on Electromagnetics Research B, Vol.10, 55-74.

John Sandora (2012). “Isolation Improvement with Electromagnetic Band Gap Surfaces”.

Lincoln Laboratory Journal, Vol.19, No.1.

S. Chen and R.Iwata (2006). “Mutual Coupling Effects in Microstrip Phased Array Antenna

“. Microwave and Satellite Division, NEC Corp Japan.

Y. Rahmat-Samii (2003). “ The Marvels of Electromagnetic Band Gap (EBG) Sturctures.”

Aces Journal, Vol.18,No.4

LAMPIRAN 1

BIODATA PENELITI PADA WEB SIDOS

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA Kampus Universitas Negeri Jakarta, Jalan Rawamangun Muka, Jakarta 13220

Telepon/Faximili : Rektor : (021) 4893854, PR I : 4895130, PR II : 4893918, PR III : 4892926, PR IV: 4893982BAUK : 4750930, BAAK : 4759081, BAPSI : 4752180

Bagian UHTP : Telepon. 4893726, Bagian Keuangan : 4892414, Bagian Kepegawaian : 4890536, Bagian HUMAS : 4898486Laman : www.unj.ac.id

BIODATA DOSEN

Nama EFRI SANDI

Nidn 0002027508

Gelar Depan Dr.

Gelar Belakang M.T.

Program Studi/Home Base Pendidikan Teknik Elektronika

Research Area/Wilayah Penelitian Teknik

Research Interest/Peminatan PenelitianAntena and Wave Propagation, Mobile Communication, Radar and Navigation System

Email Institusi [email protected]

Email Pribadi [email protected]

RIWAYAT PENDIDIKAN FORMAL

No. Jenjang Pendidikan

Nama Negara

Perguruan Tinggi / Sekolah

Jurusan/Program Studi Tahun Ijazah / Tahun Lulus

Nama Gelar Akademik

Kelompok Bidang Ilmu

1. S-1 Indonesia Universitas Negeri Padang

Pendidikan Teknik Elektronika

06 March 1999 S.Pd. Teknik

2. S-2 Indonesia Universitas Trisakti

Teknik Elektro/ Elektronika Komunikasi

29 September 2004

M.T. Teknik

3. S-3 Indonesia Universitas Indonesia

Teknik Elektro 24 August 2017 Dr. Teknik

Sistem Informasi Dosen Universitas Negeri Jakarta © 0002027508 - Dr., EFRI SANDI, M.T. | Halaman 2

RIWAYAT PENDIDIKAN NON FORMAL

No. Tahun Lingkup Nama Penyelenggara Lokasi Nama pelatihan Lama pelatihan

1. 2007 Internasional ZTE University China CDMA 3G; Level A of ZXC10-BSSB

1 Bulan

2. 2007 Internasional SPINNER Germany Multi Network Combining System Training

1 Minggu


RIWAYAT MENGAJAR

No. Kode Kelas Kode MK Nama MK SKS Semester Program Studi

1. 1513600045 52151852 Manajemen Industri 2 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

2. 1513600009 52150882 Manajemen Proyek Telekomunikasi

2 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA



4. 1513600018 52150393 Antena Dan Propagasi Gelombang 3 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

5. 1513600031 52150582 Perancangan Sistem Transmisi 2 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA


7. 1513600059 52150653 Teknik Komunikasi Radio 3 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

8. 1513600061 52150642 Teknik Pengolahan Sinyal 2 107 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA


10. 5239 52150372 Saluran Transmisi 2 106 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA



11. 5246 52150442 Radar Dan Navigasi 2 106 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA




15. 9662 52562023 Perancangan Jaringan Komunikasi 3 106 Pendidikan Teknologi dan Kejuruan

16. 5089 52563013 Sistem Antena dan Propogasi Gelombang

3 105 Pendidikan Teknologi dan Kejuruan













25. 5201 52151692 Praktek Keterampilan Mengajar 2 105 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

26. 5222 52150842 Pemodelan dan Simulasi 2 104 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA


28. 5209 52150593 Elektronika II 3 104 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA



31. 5243 51150863 Elektronika Industri 3 104 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

32. 9635 52562023 Perancangan Jaringan Komunikasi 3 104 Pendidikan Teknologi dan Kejuruan



33. 5952 00052292 Praktek Keterampilan Mengajar (PKM)

2 104 Pendidikan Vokasional Teknik Elektro


35. 5224 52151652 Komunikasi Wireless 2 103 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA












44. 9578 52150623 Komunikasi Data 3 103 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA



47. 9613 52230062 Telemetri 2 103 Teknologi Elektronika

48. 5213 51150852 Medan Elektromagnetik 2 103 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA











57. 5270 52231162 Dasar Sistem Telekomunikasi 2 102 Teknologi Elektronika

58. 5277 52231192 Elektronika Industri 2 102 Teknologi Elektronika















70. 5246 52150753 Instrumentasi Industri 3 101 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA














93. 5270 52150422 Teknik Switching 2 099 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA





















110. 5894 50052044 Program Pengalaman Lapangan 4 098 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA







115. 5216 52150632 Rekayasa Sistem 2 097 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

116. 5258 52150632 Rekayasa Sistem 2 097 Pendidikan Vokasional Teknik Elektro













127. 5239 50052044 Program Pengalaman Lapangan 4 096 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA

128. 5140 50052044 Program Pengalaman Lapangan 4 096 Pendidikan Vokasional Teknik Elektro















141. 5098 52231113 Elektronika Analog 3 093 Teknologi Elektronika



144. 5282 52231113 Elektronika Analog 3 092 Teknologi Elektronika








150. 1513600039 52150802 Sensor Dan Tranduser 2 108 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA












RIWAYAT PENELITIAN

No. Tahun Penelitian Sumber Dana Peran Dalam Penelitian

Judul Penelitian

1. 2011 DIPA PNBP UNJ 2011

Ketua Pengaruh In-Building Attenuation Terhadap Performansi Data Throughput Wideband Code Division Multipl

2. 2015 Fakultas Teknik UNJ

Ketua Pengembangan Model Disain Antena Mikrostrip Linier Array dengan Teknik Thinning Array untuk Efisien

3. 2016 BLU FT UNJ Ketua Rancang Bangun Perangkat Wireless Energi Menggunakan Antena Mikrostrip pada Frekuensi 2G,3G dan 4G

4. 2017 BLU UNJ Ketua Pengembangan Metode Disain Antena Mikrostrip Menggunakan Metamaterial Struktur CSRR Untuk Peningkatan Performansi dan Efisiensi Dimensi Aperture Antena

5. 2018 BLU FT UNJ Ketua Peningkatan Performansi Antena Array Menggunakan Rekayasa Struktur Electromagnetic Band Gap

6. 2018 BLU UNJ Ketua Pengembangan Antena Array Ber-Resolusi Tinggi Untuk Aplikasi Radar Maritim Frekuensi S-Band


RIWAYAT PENGABDIAN MASYARAKAT

No. Tahun Lingkup Peran Nama Kegiatan Jenis Kegiatan

Lokasi Tanggal Mulai

Tanggal Akhir

1. 2010 Lokal Anggota Pelatihan Pengembangan Bahan Ajar dan Pembuatan Media Sederhan Berbasis Lingkungan

Pelatihan Pusat Sumber Belajar UNJ

17 December 2010

18 December 2010

2. 2010 Lokal Anggota Pelatihan Membangun Usaha Warnet Untuk Pemuda Putus Sekolah di Lingkungan Kelurahan Rawamangun Jakarta Timur

Pelatihan Jurusan Teknik Elektro UNJ

31 July 2010 31 July 2010

3. 2016 Lokal Anggota Pelatihan Pneumatik untuk Pengembangan Keterampilan Guru SMK

Pelatihan Program Studi Teknik Elektronika UNJ

05 November 2016

05 November 2016

4. 2017 Lokal Anggota Pelatihan Dasar Robotika Untuk Pengembangan Keterampilan Guru SMK

Pelatihan Program Studi Teknik Elektronika UNJ

12 November 2017

12 November 2017

5. 2018 Lokal Ketua Pelatihan Instalasi dan Pengukuran Antena untuk Pengembangan Keterampilan Teknisi dan Guru SMK

Pelatihan SMK Negeri 5 Bekasi

13 October 2018

13 October 2018


RIWAYAT KEPANGKATAN

No. Pangkat Lama Pangkat Baru TMT No SK Tanggal Dikeluarkan Pejabat Penandatangan

1. None Penata Muda Tk 1

01 January 2011

727/SP/2010 31 December 2010 Rektor UNJ

2. Penata Muda Tk 1

Penata Tk 1 01 May 2018 318/SP/2018 17 April 2018 Wakil Rektor Bidang Umum dan Keuangan


RIWAYAT PERTEMUAN ILMIAH

No. Tahun Jenis Pertemuan

Lingkup Penyelenggara

Judul Kegiatan Peran Penyelenggara

1. 2015 Konferensi Internasional 2015 IEEE 4th Asia-Pacific Conference on Antenna and Propagation (APCAP)

Pembicara Nanyang Technological University and National University of Singapore

2. 2015 Konferensi Internasional IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP 2015)

Pembicara University of Technology Sidney, University of Adelaide, The University of Queensland, RMIT University and Macquarie University

3. 2018 Konferensi Internasional 3rd International Conference on Technical and Vocational and Training (ICTVET) 2018

Pembicara FT UNJ

4. 2018 Konferensi Internasional 2018 International Conference on Radar, Antenna, Microwave, Electronics, and Telecommunications (ICRAMET)

Pembicara IEEE Indonesia Section and LIPI


RIWAYAT PENGHARGAAN DAN PRESTASI

No. Tahun Nama Kegiatan Lingkup Bentuk Penghargaan Pemberi


RIWAYAT PEKERJAAN

No. Peran / Jabatan Nama Unit No SK Tanggal Mulai Tanggal Akhir

1. Kepala Laboratorium Laboratorium Elektronika Komunikasi 1271/SP/2015 01 January 2015 31 December 2015

2. Kepala Laboratorium Laboratorium Elektronika Dasar dan Digital da

80/SP/2018 01 January 2018 Sampai Saat Ini


KEANGGOTAAN ASOSIASI PROFESI

No. Peran / Jabatan Institusi Tahun Mulai Tahun Akhir

1. Anggota IEEE 02 March 2015 Sampai Saat Ini


KEANGGOTAAN ORGANISASI MASYARAKAT

No. Peran / Jabatan Institusi Tahun Mulai Tahun Akhir


KEGIATAN KEMAHASISWAAN

No. Peran Nama Kegiatan Tempat Deskripsi Kegiatan

1. Anggota Penerimaan Mahasiswa Baru UNJ 2017

UNJ Menjadi panitia penerimaan mahasiswa baru Fakultas Teknik UNJ sebgai perwakilan dari rumpun Teknik Elektro

2. Pembimbing BEM Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika

Kegiatan Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika

UNJ Menjadi pembina berbagai kegiatan kemahasiswaan yang diselenggarakan oleh BEM Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika selama tahun 2017

3. Pembimbing BEM Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika

Kegiatan BEM Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika

UNJ Menjadi Pembina dan Pembimbing berbagai kegiatan kemahasiswaan yang diselenggarakan BEM Prodi S1 Pendidikan Teknik Elektronika selama tahun 2018


PUBLIKASI

No. Tahun Kategori/Jenis Karya

Lingkup Penerbitan / Penyelenggara

Judul Karya Nama Jurnal /Vol/No/ Penerbit/ Penyelenggara

1. 2015 Prosiding Internasional Stretching Strategy to Improve Radiation Performances Sparse Array Design Based on Combinatorial Cyclic Different Sets Approach

IEEE 4th Asia-Pacific Conf on Antennas and Propagat (APCAP)

2. 2015 Prosiding Internasional A Hybrid Technique Linear Sparse Array Antenna Design Approach

IEEE-2015 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Hobart-Australia

3. 2016 Prosiding Internasional Stretching Method Using Chebyshev Polynomial for Linier Sparse Array Antenna Design

IEEE-2016 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Okinawa-Japan

4. 2016 Jurnal Internasional A Hybrid Technique Using Combinatorial Cyclic Difference Sets and Binomial Amplitude Tapering for Linear Sparse Array Antenna Design

Advanced Electromagnetics Journal, Vol. 5, No. 3, pp 73-79, December 2016.

5. 2017 Prosiding Internasional Design of Linear Sparse Array Based on the Taylor Line Source Distribution Element Spacing

IEEE-2017 Asia Pacific Microwave Conference

6. 2018 Prosiding Internasional A Proposed Model of Metamaterial Complementary Split-Ring Resonator to Reduce Microstrip Array Antenna Dimension

3rd International Conference on Technical and Vocational and Training (ICTVET) 2018


No. Tahun Kategori/Jenis Karya

Lingkup Penerbitan / Penyelenggara

Judul Karya Nama Jurnal /Vol/No/ Penerbit/ Penyelenggara

7. 2018 Prosiding Internasional Design of Electromagnetic Band Gap to Improved Sidelobe Level for S-Band Antenna

2018 International Conference on Radar, Antenna, Microwave, Electronics, and Telecommunications (ICRAMET)

Sistem Informasi Dosen Universitas Negeri Jakarta © 0002027508 - Dr., EFRI SANDI, M.T. | Halaman 29Sistem Informasi Dosen Universitas Negeri Jakarta © 0002027508 - Dr., EFRI SANDI, M.T. | Halaman 29

LAMPIRAN 2

PUBLIKASI PADA ICTVET 2018

A Proposed Model of Metamaterial Complementary Split-

Ring Resonator to Reduce Microstrip Array Antenna

Dimension

Efri Sandi1,*

, Rizqiana Putri1 and Aodah Diamah

1

1Electronic Engineering Education Studies Program, Engineering Faculty, Universitas Negeri Jakarta,

Jalan Rawamangun Muka Jakarta Timur, Indonesia 13220.

*Corresponding author: Efri Sandi; Email: [email protected]

Abstract – This study aims to develop a model of complementary split-ring resonator (CSRR)

metamaterial structure to reduce microstrip array antenna dimensions. Smaller antenna dimensions are

needed in communication system applications such as cellular devices and IoT sensors. This study

was developed by designing the CSRR model on the mictrostrip array antenna on 2300 MHz LTE

frequency band and using FR-4 substrate material. The simulation and measurement results show the

microstrip array antenna with the addition of CSRR structure has 31% smaller dimension compared to

without using CSRR structure. The radiation performances with the addition of CSRR structure also

shows improved bandwidth and return loss with a slightly decrease in gain.

Keywords: CSRR Metamaterial, Antenna Dimension, Radiation Performances.

1. Introduction

The rapid development of wireless communication systems such as cellular communication systems,

wireless sensor networks and IoT devices, requires a smaller size of device. Likewise, the required

antenna on the communication system device becomes smaller [1]. It is necessary to miniaturize the

antenna size to provide compatible antenna size with the development of wireless communication

systems.

Microstrip antennas is one type of antenna that is widely engineered to produce smaller sizes and

compatible with wireless communication system devices. Microstrip antennas have been the subject

to study in many years because physical size, low profile and easy to fabricate, even though it has

disadvantages such as narrow bandwidth and relatively smaller gain [2].

One solution to reduce the size of microstrip antennas is by using split-ring resonator (SSR) and

CSRR metamaterial structures [3-4]. CSRR is a structure that can be printed on the ground or patch

antenna. The CSRR material composition is the opposite of SRR which consists of two slot rings

(circle or rectangular) where the inner and outer slots are separated by a metal/copper strip [4-5].

The equivalent circuit of CSRR is quite simple with an inductance and a parallel installed capacitance

(parallel LC). Inductance and capacitance values are determined by the width of the CSRR ring and

slot [5-6]. By using this concept, the addition of the CSRR structure to a microstrip antenna can

reduce the antenna size of the ultra-wideband (UWB) antenna size significantly [7]. The additional of

the CSRR structure design is also reducing the size of the MIMO antenna and the multiband antenna

[8-9].

In this paper, the metamaterial CSRR structure modified and design to reduce antenna size is

proposed. The design will develop by using microstrip array antenna at 2300 MHz LTE frequency

band. This design was developed to reduce antenna size significantly with control antenna

performances degradation.

2. Design of Antenna and CSRR Structure

2.1. Antenna Design

The proposed microstrip antenna is designed numerically by using CST microwave studio software to

operate at 2300 MHz LTE band frequency. Design of microstrip antennas using FR4-Epoxy substrate

mailto:[email protected]

with a thickness of 1.6 mm. The Overall microstrip antenna dimensions resulting from design

optimization are 44.1 mm x 40.1 mm for substrate material and 35.25 mm x 29.4 mm for patch

antennas as shown in Figure 1.

Figure 1: Single Element Design Microstrip Antenna.

In this study to observe the effect of CSRR structure, the sample array antenna was designed with 2

elements as shown in Figure 2. Microstrip array antennas are designed using feeding system for two

elements with λ/2 spacing between patch elements.

Figure 2: Design of 2 Elements Array Antenna.

2.2. CSRR Structure Design

The addition of the CSRR structure begins with calculating the geometry of one cell, than will

continue to adding the number of orientation cells 4×4. The initial stage of designing a CSRR cell to

find the λ /2 lengths for the outer ring resonator, and λ/4 for the inner ring resonator. The next step to

determine the design of the outer and inner ring through approximation as shown in Figure 3.

The proposed outer ring approach for CSRR design, ; ; and put approximation for

. Using the same approach to inner ring, ; ; and put approximation for

. For the distance between rings (d) and the width of the ring (t) is equal, so that the

values of H and L can be calculated by . In this design, we proposed and . All

calculations for the dimensions of the CSRR structure are proposed as shown in table 1.

a b

Figure 3: Design CSRR Structures, outer ring (a), inner ring (b).

Table 1: Dimension of single cell CSRR structure.

Outer Geometry Elements of CSRR

Side Length (mm)

A 7.7

B 5.8

C 7.7

D 5.8

E 3.6

F 0.5

Inner Geometry Elements of CSRR

Side Length (mm)

I 3.9

O 2.0

J 3.9

M 2.0

P 1.7

N 0.5

The proposed CSRR structure design as shown in Figure 4.

a b

Figure 4: Proposed CSRR Design, outer and inner ring dimension (a), ring distance and width (b).

The next step is the iteration step to create a 4×4 cell orientation, where the size of one cell is reduced

because will be impact to the matching level, especially for gain will be negative value. The reduction

of CSRR dimensions and 4x4 orientation design in patch array antenna as shown in Figure 5.

a b

Figure 5: Design of CSRR 4x4 Orientation, reduction of single cell (a), 4x4 orientation (b).

3. Results

The simulation result of CSRR structure on microstrip patch array antenna as shown in Table 2 and

Figure 6. The additional CSRR effect is obtained by comparing the dimension and antenna

performances parameter using CSRR structure and without CSRR structure.

Table 2: Performances and Dimension Comparison.

Antenna

Dimensions (mm) Antenna Parameter

Patch Substrate and

Ground Slot Inset

(MHz)

(dB)

(dB)

Array

Conventional 37 29.7 112.66 68.95 0.6 13 50.8 -22.89 6,4

CSRR 33.5 29.6 108.26 48.95 0.6 13 63.7 -25.19 5,7

a b

Figure 6: Simulation Result, parameter (a), 3D radiation pattern (b).

To validate the simulation results, we measured the 2 element array antenna fabrication with the

addition 4x4 CSRR structure as shown in Figure 7. There were no significant differences between the

simulation and measurement results.

Figure 2: Fabrication of Array Antenna using CSRR, front view (a), back view (b).

4. Discussion

Simulation and measurements result of the array antenna with the addition of CSRR structures show

that there is a significant reduction of antenna dimension compared to conventional array antenna

(31.05%). Antenna parameters also shows improved bandwidth and return loss, but there is a slightly

decrease in gain. This is a consequence of the addition of CSRR structure, but compared to previous

research this result shows an improvement of gain degradation. Future studies will be developed

methods and techniques for adding CSRR structures to at least maintain gain performance.

5. Conclusion

A proposed design of metamaterial CSRR to reduce antenna dimension was described. The simulation

and measurement result shown significant reduction of antenna dimension and improved bandwitdh

and return loss parameter with slightly decrease in gain. This proves that addition of CSRR structure

is one of solution to miniaturization of microstrip antenna.

Funding

This work was supported by FT Research Grant Universitas Negeri Jakarta, the Ministry of Research,

Technology and Higher Education the Republic of Indonesia under Grant No. [461.a/SP/2018].

Acknowledgement

The authors would like to thank their colleague for their contribution and support to the research.

They are also thankful to all the reviewers who gave their valuable inputs to the manuscript and

helped in completing the paper.

Conflict of Interest

The authors have no conflict of interest to declare.

References

[1] Amrutha. M., Anna. T., et al. (2015). Miniaturization of Microstrip Patch Antenna Using

CSRR. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering, vol. 10, pp. 16-20

[2] Garg, R. (2000). Microstrip Antenna Design Handbook. Boston: Artech House.

[3] Limaye, A. (2006). Size Reduction of Microstrip Antennas Using Left-Handed Materials

Realized by Complementary Split-Ring Resonators. Thesis, Rochester Institute of

Technology.

[4] Mustafa. K., Taher. A., William. G. W., et al. (2010). Compact Microstrip Band Stop

Filter Using SRR and CSRR: Design, Simulation and Result, in Proceedings of the

Fourth European Conference on Antennas and Propagation. IEEE Conference.

[5] Yuta. A., Toru. U., Takuji. A., et al. (2013). Frequency Band Widening of Negative

Permeability Using Split-Ring Resonators, in Proceedings of 2013 International

Symposium on Electromagnetic Theory.

[6] Muhammad. S. B., Omar. M. R., et al. (2012). Material Characterization Using

Complementary Split-Ring Resonator. Journal IEEE Transactions on Instrumentation

and Measurement, Vol. 61, pp. 3039-3046.

[7] Yadav., Mohanty. (2016). A Metamaterial Inspired UWB Antenna for WLAN

Application. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and

Technology, Vol. 5, pp. 10798-10805.

[8] Jianfeng. Z., Baotao. F., Shufang. L., et al (2015). Ultrawideband MIMO/Diversity

Antenna Using CSRR Structure for Isolation Enhancement, in Proceedings of the 4th

Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP).

[9] Aidin. M., Tayeb. A., Abdel-Razik. S., et al. (2014). Multi-Band Miniaturized Antenna

Loaded by ZOR and CSRR Metamaterial Structures with Monopolar Radiation Pattern.

Journal IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 62, pp. 555-562.

LAMPIRAN 3

DATA-DATA HASIL PENELITIAN

iii

PHOTO PENELITIAN

Photo Antena Untuk Penelitian

iv

Photo Pengukuran Antena

laporan penelitian fakultassipeg.unj.ac.id/repository/upload/laporan/laporan...vokasional...

Documents