����������� �� �����

�

�

���������������������� ������������������������� ������������������������� ������������������������� �������

������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������ ������������������������������������������������������������������

�

�

�

�

�

� � � ������ ������ ��

���� � �����������

������ ����� !����������� �"��#��

���$$�%� ��&�'� �������(��

�

�

�

�

�

�

������������������ ��

�� ���������

������ ��������������������

�����

PEMANFAATAN ANTENA MIKROSTRIP

UNTUK TEKNOLOGI WIRELESS ULTRA WIDEBAND (UWB)

I. PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi tanpa kabel (wireless) saat ini semakin pesat khususnya

dibidang telekomunikasi. Saat ini kebutuhan pasar telekomunikasi mengarah pada penyaluran

informasi dalam kapasitas besar. Sehingga diperlukan perangkat komunikasi yang bekerja

dengan bandwidth yang sangat lebar atau wideband. Untuk menunjang kebutuhan tersebut

diperlukan antena yang mempunyai karakteristik wideband. Bila mengacu dari definisi ITU

(International Telecommunication Union) bahwa penggunaan frekuensi radio dengan

bandwidth lebih besar atau sama dengan 1 MHz merupakan kategori wideband. Lebar

bandwidth tersebut khususnya untuk aplikasi sistem gelombang mikro [1].

Dalam rekomendasinya ITU telah menjabarkan kebutuhan bandwidth untuk kasus

wideband ke dalam beberapa alokasi frekuensi yaitu [2]; banwidth 10 MHz untuk jarak

frekuensi dari 30 MHz sampai 10 GHz, 50 MHz untuk 1 GHz sampai 3 GHz, 100 Mhz untuk

3 GHz sampai 10 GHz, 250 MHz untuk 10 GHz sampai 15 GHz, dan 500 MHz untuk jarak

frekuensi diatas 15 GHz. Terdapat beberapa alokasi sistem komunikasi gelombang mikro

yang memerlukan bandwidth yang sangat lebar seperti fixed-satellite service (FSS) yang

menempati beberapa alokasi frekuensi (3.4–4.2 GHz, 5.725–6.726 GHz, 7.25–7.75 GHz, 7.9–

8.84 GHz, 10,7–12.75 GHz, 12.75–13,25 GHz, dan 13.75–14.8 GHz), Broadcasting-satellite

service (11.7-12.75 GHz), aeronautical telemetry (3–16 GHz), sistem bergerak IMT-2000

(1.885–2.025 GHz, 2.110–2.2 GHz, 1.98–2.010 GHz, dan 2.17–2.2 GHz). Aplikasi lain yang

membutuhkan bandwidth yang sangat lebar yaitu teknologi ultra wideband (UWB). Di

sebagian negara [2] terdapat beberapa alternatif alokasi frekuensi untuk aplikasi ultra

wideband seperti Amerika dan Eropa mengalokasikan untuk sistem radar pencitraan dengan

band frekuensi dibawah 900 MHz, 1.9–10.6 GHz dan 3.1–10.6 GHz. Kedua untuk vehicular

radar system pada 22–29 GHz, 24–24.25 GHz dan 23.6–24 GHz. Ketiga untuk aplikasi pada

sistem komunikasi tanpa kabel yang beroperasi pada 3.1–10.6 GHz. Dilain pihak, Infocomm

Development Authority (IDA), sebuah badan regulasi spektrum Singapura menetapkan

alokasi frekuensi UWB pada 2.2–10.6 GHz.

Sehingga masih besar kemungkinan penggunaan spektrum frekuensi untuk aplikasi

UWB dari 0.3 GHz sampai 100 GHz di beberapa negara lainnya. Sehingga saat ini mencuat

istilah multi-wideband. Konsep multi-wideband ditemukan dalam perancangan antena

ditujukan agar satu antena dapat diaplikasikan pada banyak sistem komunikasi pita-lebar

yang menggunakan alokasi frekuensi yang berbeda-beda seperti yang telah dicontohkan pada

paragaf diatas.

Untuk menunjang teknologi tersebut dibutuhkan antena yang mempunyai

karakteristik yang dapat menerima frekuensi yang lebar (wideband) dan sekaligus ringkas

untuk mendukung komunikasi bergerak. Salah satu jenis antena yang dapat menunjang

teknologi tersebut dengan beberapa keuntungan adalah antena mikrostrip. Jenis antena ini

memiliki beberapa keunggulan terutama pada rancangan antenanya yang tipis, kecil, ringan

dan dapat diterapkan ke dalam Microwave Integrated Circuit (MICs).

Pada prinsipnya antena mikrostrip memiliki karakteristik dengan bandwidth yang

sempit [3]. Salah satu teknik untuk memperlebar bandwidth yaitu dengan menggunakan

teknik array. Selain pelebaran bandwidth, teknik array juga dapat meningkatkan gain antena.

Persoalannya dalam merancang antena mikrostrip dengan konfigurasi array dibutuhkan

penghitungan jaringan impedansi yang sangat rumit untuk mencatu masing-masing elemen

peradiasi. Dalam teknik array pencatuan yang umumnya digunakan adalah saluran

mikrostrip. Jika saluran mikrostrip digunakan untuk mencatu elemen peradiasi (antena bentuk

patch) pada lapisan yang sama, maka akan menghasilkan efek kopling yang rendah sehingga

lebar bandwidth terbatas. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan saluran mikrostrip berada

lebih rendah atau di bawah elemen peradiasinya sehingga memberikan efek kopling yang

lebih kuat. Teknik pencatuan tersebut menggunakan elektromagnetik kopel dimana antara

saluran dan elemen peradiasi secara fisik tidak terhubung langsung atau terhubung secara

elektromagnetik.

Teknik pencatuan secara elektromagnetik pada umumnya menggunakan dua jenis

elemen peradiasi yaitu pada patch dan slot. Pada patch digunakan dua substrat, dimana

lapisan pertama terdapat patch antena segi empat dengan bagian bidang pertanahannya

dihilangkan dan lapisan kedua digunakan sebagai pencatu saluran mikrostrip dengan bagian

bawah sebagai bidang tanah. Kedua substrat dapat berbeda ketebalan dan konstanta dielektrik

relatif. Saluran catu berada dibawah patch dan membentuk rangkaian terbuka yang

memberikan mekanisme kopling utama terhadap antena. Teknik ini disebut sebagai

proximity coupling untuk microstrip patch antenna (MPA). Pada slot (wide slot) dapat

menggunakan satu lapisan substrat, dimana konduktor bagian atas digunakan sebagai elemen

peradiasi dan sekaligus untuk bidang pertanahan (ground-plane). Sedangkan konduktor

bagian bawah digunakan untuk saluran mikrostrip sebagai pencatu. Teknik dengan

menggunakan slot lebar (wide slot) diistilahkan sebagai microstrip slot antenna (MSA).

Sehingga teknik pencatuan secara elektromagnetik dengan menggunakan slot lebih efisien

dalam penggunaan substrat untuk antena. Pada antenna mikrostrip slot memiliki mekanisme

kopling, dimana saluran mikrostrip memberikan imbas gelombang elektromagnetik menuju

elemen peradiasi (slot) melalui sebuah substrat. Efek kopling diberikan antara saluran

mikrostrip dan elemen peradiasi sebagai transformer ideal [4]. Pada penelitian ini difokuskan

pada perancangan antena mikrostrip menggunakan slot dengan konfigurasi array atau disebut

dengan antena mikrostrip slot array.

Beberapa penelitian dengan menggunakan MSA baik dengan slot sempit maupun slot

lebar untuk meningkatkan bandwidth telah dilakukan. Dimana antena-antena mikrostrip slot

dengan menggunakan elemen peradiasi tunggal telah diperoleh dengan lebar bandwidth yang

bervariasi dari 0.7 GHz sampai lebar bandwidth 8.8 GHz. Jika antena mikrostrip slot

dirancang dalam konfigurasi array diperoleh lebar bandwidth sebesar 14 GHz [4]. Sedangkan

perancangan antena mikrostrip array menggunakan teknik penyesuaian impedansi l/4

menghasilkan lebar bandwidth 0.8 GHz, 10 GHz dan 11.9 GHz. Untuk peracangan jenis

antena lain yang bertujuan untuk menghasilkan karakteristik wideband telah diperoleh

dengan hasil yang bervariasi dari mulai yang terendah sebesar 0.4 GHz sampai 32 GHz.

Beberapa tahun belakangan ini perancangan antena banyak difokuskan untuk mempunyai

karakteristik wideband yang salah satunya ditujukan untuk aplikasi ultra wideband [3].

Bahkan saat ini, penelitian bidang antena sudah mengarah pada karakteristik multi-wideband

atau multi-ultrawideband [6].

Antena Mikrostrip slot merupakan salah satu jenis perancangan antena mikrostrip

yang berpotensi untuk memperlebar bandwidth. Bandwidth pada sistem antena umumnya

didefinisikan sebagai jarak antara frekuensi rendah (f1) dan frekuensi tinggi (f2) terhadap

nilai VSWR � 2 atau nilai return loss RL = -10 dB yang diformulasikan sebagai BW = f2–

f1. Sementara penggunaan elemen peradiasi (slot) tunggal dalam antena mikrostrip sangat

terbatas untuk memperlebar bandwidth. Disisi lain, antena dengan konfigurasi multi elemen

peradiasi atau array dapat dijadikan sebagai alternatif dalam memperlebar bandwidth antena

mikrostrip. Dalam konfigurasi array dibutuhkan jaringan impedansi untuk sistem saluran

pencatunya. Untuk menyederhanakan desain jaringan impedansinya maka diusulkan teknik

penyesuaian dengan multi tuning stub. Teknik penyesuaian dengan multi tuning stub telah

terbukti sangat efektif untuk mengendalikan kondisi penyesuian antara saluran masuk

pencatu mikrostrip untuk satu dan multi elemen peradiasi.

Pelebaran bandwidth antena mikrostrip slot dapat dilakukan dengan menambah

jumlah slot dan sekaligus dapat memperkecil ukuran antena. Sekaligus dengan penggunaan

slot yang semakin kecil akan menggeser frekuensi operasi ke yang lebih tinggi. Dengan

demikian bertambahnya jumlah slot dapat memperlebar bandwidth. Pelebaran bandwidth

pada antena mikrostrip slot disebabkan oleh tiga faktor. Faktor pertama yaitu penguatan efek

kopling yang diberikan oleh saluran pencatu mikrostrip berbentuk seperti garpu yang

disisipkan dibawah slot. Peningkatan efek kopling akan memberikan penurunan nilai faktor

kualitas rangkaian Q antena. Semakin rendah faktor kualitas Q dari antena maka

mengakibatkan melebarnya suatu bandwidth antena. Faktor kedua dalam pelebaran

bandwidth diberikan oleh tuning stub yang dihubungkan secara shunt pada setiap saluran

pencatu mikrostrip yang menuju slot. Tuning stub ini berfungsi untuk mengendalikan kondisi

penyesuaian antara impedansi masukan pada saluran pencatu utama dengan impedansi di

setiap slot. Dimana setiap slot dicatu oleh satu saluran catu mikrostrip yang ditambah saluran

tuning stub yang terhubung secara shunt. Sehingga semakin banyak jumlah slot akan semakin

banyak cakupan frekuensi yang dihasilkan dengan kondisi penyesuaian pada jarak frekuensi

yang sangat lebar. Faktor ketiga yaitu konfigurasi jaringan saluran catu juga sangat

menentukan dalam pelebaran bandwidth. Semakin pendek saluran dari sumber pencatuan

menuju slot akan semakin sedikit jumlah cabang pembagi saluran tersebut. Sehingga semakin

efektif jaringan kondisi penyesuaian dalam antena tersebut. Konfigurasi jaringan pencatu

juga dapat mempengaruhi posisi letak antara slot pada jarak tertentu. Posisi letak antara slot

yang tidak tepat akan menghasilkan efek saling meniadakan antara slot satu sama lain

sehingga akan menurunkan kualitas efek kopling yang diberikan ke antena.

Dalam makalah ini dirancang model desain antena mikrostrip slot menggunakan

konfigurasi jaringan penyesuaian impedansi dengan teknik multi tuning stub. Untuk

mengendalikan kondisi penyesuaian antara saluran pencatu utama dan slot-slot tersebut

sangat efektif dikendalikan oleh setiap stub yang dihubungkan secara shunt di setiap saluran

mikrostrip yang menuju slot. Kondisi penyesuaian pada jarak frekuensi yang sangat lebar

dikendalikan oleh jarak tuning stub (ds) dan panjang tuning stub (ls) pada saluran utama.

II. TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Teknologi Wireless

Teknologi wireless (tanpa kabel/nirkabel) saat ini banyak dimanfaatkan untuk

komunikasi digital, diantaranya adalah komunikasi digital nirkabel berdaya tinggi pada

frekuensi 800-1900 MHz yang digunakan pada telepon seluler. Pemanfaatan teknologi

wireless yang lain yaitu untuk komunikasi nirkabel berdaya rendah dengan spektrum RF 2,4-

76 m. Frekuensi ini tersedia secara global untuk penggunaan nonlisensi, hanya

mengkonsumsi sedikit daya dan bisa digunakan sebagai “zone inovasi” dimana piranti baru

dapat dites tanpa memerlukan izin dari pemerintah. Terdapat tiga macam jaringan yang

tercakup dalam rentang frekuensi ini:[6]

• Local Area Network (LAN) - sejauh 15-46 m: Contohnya standar Wi-Fi

• Home Automation Network - sejauh 30,5-76 m: Contohnya standar Insteon, ZigBee dan

Z-Wave

• Personal Area Network (PAN) - sejauh 9-9,7 m: Contohnya Bluetooth, USB nirkabel,

ultra wideband (UWB)

II.1.1 Nirkabel jarak dekat untuk LAN: Wi-Fi b, a, g, dan n

Secara formal Wi-Fi dikenal sebagai jaringan IEEE 802.11. Merupakan standar

nirkabel jarak dekat yang ditujukan untuk membantu komputer portable dan piranti genggam

agar bisa berkomunikasi dengan kecepatan tinggi serta berbagi koneksi internet pda jark 50-

150 kaki. Beroperasi pada frekuensi 2,4-5 GHz.

• Wi-Fi b, a, dan g: sebagai mana variasi standar IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b dan

802.11g), bisa mentransmisikan data dengan kecepatan 11 Mbps kira-kira sejauh 46 m

(untuk Wi-Fi b, versi lama) hingga 54 Mbpssejauh 15 m (untuk Wi-Fi a dan g).

• Wi-Fi n dengan MIMO; Wi-Fi n adalah standar yang dijanjikan bahwa jika digunakan

dengan teknologi bernama MIMO (Multiple Input Multiple Output) akan bisa

memperluas rentang jarak pemakaian Wi-Fi. Caranya menggunakan antena pengirim dan

penerima berjumlah banyak. Sehingga Wi-Fi n bisa mentransmisikan data dengan

kecepatan 200 Mbps sejauh 46 m.

II.1.2 Nirkabel jarak dekat untuk Home Automation Network: Insteon, ZIgBee, ZWave

• insteon: menghubungkan kabel listrik dan teknologi nirkabel sehingga mampu mengirim

data sebesar 13,1 Kbps dengan jarak 46 m. Insteon menggantikan teknologi otomasi

rumah sebelumnya, yaitu X10, yang telah berjaya beberapa dekade.

• ZigBee: adalah standar nirkabel sepenuhnya dan merupakan teknologi demgan efisiensi

listrik yang tinggi. Mampu mengirim data sebesar 128 Kbps sejauh 76 m. Dulu digunakan

sebagai teknologi sensor, dan kita berharap bisa melihatnya di mana-mana. Salah satu

fitur terbaiknya adalah sifat yang tahan lama (bisa dipakai bertahun-tahun dengan baterai

yang murah) sehingga tidak perlu dicolokkan ke listrik.

• Z-Wave: bersifat nirkabel sepenuhnya, efisien dalam menggunakan energi, dan mampu

mengirim 127 Kbps sejauh 30 m.

II.1.3 Nirkabel jarak dekat untuk Personal Area Network (PAN): bluetooth, Ultra

Wideband, USB nirkabel

• bluetooth: adalah standar digital nirkabel jarak dekat yang ditujukan untuk

menghubungkan ponsel, PDA, komputer dan periferal lainnya hingga sejauh 9 m.

Bluetooth mampu mentransmisikan data dengan kecepatan 720 Kbps, dan versi aslinya

dirancang untuk menggantikan kabel yang menghubungkan PC ke printer dan PDA atau

ponsel serta untuk mengatasi keterbatasan infrared. Ketika piranti berfitur bluetooth

memasuki rentang jarak milik orang lain, terjadilah “percakapan” elektronik secara

otomatis untuk saling menanyakan apakah ada data yang bisa di-share. Dan selanjutnya

terbentuklah jaringan untuk bertukar data. Bluetooth versi 2.0 memiliki kecepatan

transmisi 3 Mbps dan mengkonsumsi daya lebih rendah dari versi sebelumnya.

• USB nirkabel: USB versi nirkabel mampu mengkombinasikan kecepatan dan keamanan

teknologi kabel dengan kemudahan pemakaian nirkabel. Dengan berbasis UWB, USB

nirkabel bisa menjangkau jarak sekitar 10 m dan bisa mentransfer maksimum 480 Mbps.

Nantinya USB nirkabel akan menggantikan kabel USB biasa yang telah digunakan pada

printer, scanner, pemutar MP3 dan sejenisnya.

• ultra wideband (UWB): Teknologi ultra wideband (UWB) telah muncul sebagai

teknologi yang dapat digunakan untuk aplikasi jaringan wireless dengan kecepatan data

yang sangat tinggi. Sistem komunikasi ultra wideband merupakan system komunikasi

yang dapat mengirim data dengan data rate 480 Mbps untuk jarak 2 meter dan 110 Mbps

untuk jarak 10 meter. Secara umum suatu sistem dapat dikategorikan sebagai komunikasi

ultra wideband jika memiliki kriteria bandwidth fraksional lebih besar dari pada 20%.

Sistem komunikasi ultra wideband merupakan system komunikasi jarak pendek

yang mempunyai bandwidth yang sangat lebar, agar suatu sistem dapat dikategorikan

sebagai komunikasi ultra wideband maka syaratnya adalah lebar bandwidthnya lebih

besar dari 500MHz. Sistem komunikasi ultra wideband sendiri telah diajukan oleh

Federal Communication Commission (FCC) pada tahun 2002 untuk beroperasi pada

spektrum frekuensi 3.1-10.6 GHz dengan maksimum power spectral density yang

diijinkan sebesar -41.3 dBm/MHz.

Terdapat dua macam format physical layer yang diajukan sebagai standard untuk

physical layer UWB, yang pertama dengan cara mengirimkan pulsa dengan periode yang

sangat pendek untuk membawa informasi dan pendekatan yang lain adalah dengan

menggunakan teknik multicarrier, yang dikenal dengan Ortoghonal Frekuensi Division

Multiplex (OFDM)[7].

Penerapan sistem OFDM pada spektrum UWB yang tersedia ( 3.1 – 10.6 GHz )

menggunakan pendekatan secara multiband, yaitu membagi-bagi spektrum yang tersedai

tersebut menjadi beberapa band, dimana masing-masing band membawa sinyal OFDM.

Pendekatan ini disebut sebagai Multiband OFDM. Multiband OFDM merupakan salah satu

kandidat yang diajukan sebagai kandidate physical untuk standar physical layer IEEE

802.15.3a. MB-OFDM UWB membagi spktrum frekuensi UWB menjadi 14 sub band,

masing masing subband menduduki spektrum sebesar 528 MHz sesuai dengan minimum

bandwith yang telah ditetapkan oleh FCC. Pembagian spektrum tersebut dapat dilihat pada

gambar 1.

Gambar 1. Pembagian spectrum standard IEEE 802.15.3a

Sistem ini disebut sebagai MB-OFDM UWB dikarenakan OFDM pada sistem ini

bekerja pada bandwidth yang lebih besar dibandingkan dengan sistem OFDM konventional.

Sistem MB-OFDM UWB dapat memenuhi layanan dengan data rate 55 Mbps sampai dengan

480Mbps.Karena dapat melayani layanan dengan data rate tinggi maka sistem MB-OFDM

UWB dapat diterapkan dalam berbagai macam layanan aplikasi dengan data rate tinggi

misalnya video steraming dan wireless USB. Terdapat banyak keuntungan dengan

menggunakan teknik MB-OFDM UWB contohnya hemat bandwidth, dapat mengatasi adanya

multipath, mempunyai architecture yang lebih mudah, meningkatkan ketahanan terhadap

adanya interferensi dari sistem lain, lebih flexible dalam menyesuaikan penggunaan frekuensi

sesuai dengan regulasi yang telah ada, dengan adanya OFDM maka inter symbol interference

dapat diatasi.

Pada dasarnya cara kerja dari teknik OFDM adalah prinsip orthogonalitas[8].

Orthogonal berarti fungsi cross corelation antar sinyal sama dengan nol. Hal ini berarti jika

dua atau lebih sinyal dengan spasi frekeunsi adalah orthogonal, maka sinyal tersebut masih

dapat dipisahkan lagi dengan menggunakan filter dan demodulator. Pada OFDM, sinyal

carrier diatur sedemikian sehingga saling overlap tetapi masih dalam kondisi orthogonal.

Sehingga meskipun overlap sinyal data masih dapat dipisahkan. Spasi frekeunsi minimal

antar sinyal carrier yang masih orthogonal adalah 1/Ts, dimana Ts adalah durasi satu simbol.

Secara matematis, orthogonal dinyatakan dengan persamaan :

qpuntuk

qpuntukKdttt p

T

p

s

≠=

==�+

0

)()( ψψ

τ

τ (1)

Spektrum yang saling orthogonal dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2. Spektrum multi carrier yang saling ortogonal

Pada sistem komunikasi OFDM UWB, bandwidth setiap band akan dibagi menjadi

128 subcarrier. Bandwidth untuk setiap band adalah 528 MHz setelah dibagi menjadi 128

subcarrier, bandwidth setiap subcarriernya menjadi 4.125 MHz. Pada setiap simbol OFDM

UWB terdiri dari 128 subcarrier di mana 100 subcarrier untuk data dan 12 subcarrier untuk

pilot selebihnya diisi dengan bit null dan durasi untuk setiap simbol OFDM UWB adalah

Ts=242.2 ns

II.2. Konsep Dasar Antena Slot Mikrostrip

Antena mikrostrip adalah sebuah bidang logam yang tercetak pada lapisan tipis/

substrat dielektrik yang dihubungkan dengan bumi (grounded). Antena mikrostrip dapat

diproduksi dengan memanfaatkan teknologi rangkaian tercetak (circuit printed) sehingga

lebih praktis untuk digunakan pada alat komunukasi bergerak. Gambar 4 menunjukkan

antena mikrostrip sederhana dengan ketebalan substrat h. Medan elektromagnetik antara

patch dan bidang ground adalah uniform dalam arah z. Medan listrik searah dengan normal

Gambar 4. Antena mikrostrip

bidang patch dan medan magnet nya arah tangensial dengan patch. Untuk medan jauh

komponen medan listrik dan medan magnetnya adalah,

(2)

(3)

II.2.2 Antena Slot Mikrostrip

Antena Slot Mikrostrip merupakan salah satu variasi konfigurasi antena mikrostrip,

dengan menggunakan slot (celah) pada lapisan ground plane menjadikan konfigurasi slot

antena mikrostrip mempunyai kelebihan dalam hal efisiensi bahan, karena hanya

menggunakan sebuah bahan yang terdiri dari dua lapis, dimana lapisan atas berfungsi sebagai

saluran catu dan lapisan bawah berfungsi sebagai radiator sekaligus ground plane.

Sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 5. Struktur antena mikrostrip

Dasar peradiasian antena slot mikrostrip menggunakan prinsip ekivalen medan [4]

dimana suatu sumber aktual dapat dibuat menjadi ekivalen dengan suatu daerah lain karena

mereka menghasilkan medan yang sama dengan daerah tersebut. Dengan prinsip ekivalen,

medan sisi luar sebuah permukaan tertutup diperoleh dengan menempatkan di atas

permukaan tertutup yang mana kerapatan arus dan magnet sama dengan boundary condition

(daerah perbatasan antara geloombang dan permukaan). Kerapatan arus bidang pada sisi

dalam permukaan tertutup adalah sama dengan nol dan di sisi luar sama untuk radiasi yang

dihasilkan oleh sumber aktual. Sehingga teknik ini dapat digunakan untuk memperoleh

medan yang diradiasikan oleh sisi luar permukaan tertutup dengan sumber yang tidak

tertutup.

II.2.1 Konsep Dasar Antena Mikrostrip Array

Konsep dasar dari antenna mikrostrip array merupakan penggabungan dari beberapa

elemen pencatu yang disusun secara pararel atau sehingga membentuk suatu jaringan.

Dengan konfigurasi array, karakteristik antenna seperti level daya (gain) yang tinggi, beam

scanning, steering capability dapat dihasilkan. Setiap elemen array dapat jenis pola radiasi

linier, planar dan circular [9].

Kelemahan dari jenis ini adalah antena ini membutuhkan suatu jalur transmisi

(saluran catu) yang panjangantara elemen peradiasi denagn input port agar dapat mengurangi

rugi-rugi yang akhirnya akan mengurangi efisiensi antena. Pada jenis konfigurasi ini

pembagian daya dari sumber ke beberapa cabang elemen harus sesuai (matching) antara

elemen satu dengan lainnya. Ada dua jenis konfigurasi sistem jaringan pencatu yaitu seri dan

pararel. Kelemahan dari jenis ini bahwa antenna ini bandwidth yang sempit dan daya pancar

yang rendah. Terlihat jelas perbedaan antara konfigurasi seri dan dan pararel, jumlah saluran

pada konfigurasi seri lebih sedikit dibanding konfigurasi pararel yang mempunyai banyak

kemungkinan memaksimalkan efisiensi antena.

Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa daya (power) pada setiap antenna harus

sesuai (matching). Hal ini dapat diperoleh dengan cara menggunakan teknik penyesuaian

impedansi dengan stub (stub matching), quarter wavelength transformer, t-match dan gamma

match. Dalam makalah ini hanya akan membahas teknik penyesuaian dengan stub.

II.2.2 Teknik Penyesuaian Impedansi dengan Stub

Sistem operasi antena melalui jarak suatu frekuensi tidak secara lengkap bergantung

pada respon frekuensi dari elemen antena tersebut tetapi lebih pada karakteristik frekuensi

dari kombinasi elemen saluran transmisi antena. Dalam praktek, impedansi karakteristik dari

saluran transmisi adalah nyata dimana elemen antena komplek. Begitu pula variasi tiap fungsi

frekuensi tidak sama. Sehingga efisiensi jaringan penyesuaian ko[pling harus dirancang

sedemikian rupa untuk mendapatkan jarak frekuensi yang diinginkan.

Gambar 6. Saluran catu menggunakan stub pendek

Banyak jaringan penyesuaian kopling yang dapat digunakan untuk menghubungkan

saluran transmisi terhadap elemen antena dan dapat dirancang untuk memberikan

karakteristik frekuensi yang dapat diterima. Salah satunya adalah teknik penyesuaian dengan

menggunakan stub. Dimana stub pendek, ls, dihubungkan secara shunt berjarak ds dari

pinggir patch, seperti terlihat pada gambar 2. Saluran mikrostrip berbentuk segi empat

dihubungkan secara shunt dengan stub pendek. Dengan mengasumsikan karakteristik

impedansi riil, panjang ds dikontrol untuk membuat bagian impedansi riil antena sama

terhadap impedansi karakteristik. Panjang ls saluran shunt diubah-ubah sampai suspectance

stub sama dalam magnitudo tetapi berlawanan dalam phasa pada saluran masukan

suspectance pada titik hubungan elemen saluran transmisi. Penggunaan stub ini dapat

meningkatkan bandwith.

Dari teori di atas modifikasi jaringan saluran catu pararel satu dimensional dengan

mengubah desain pada cabang saluran dan member stub pad asaluran catu, bertujuan agar

bentuk saluran catu pararelantena lebih sederhana dan dapat menghasilkan parameter-

patrameter antenna yang dapat diaplikasikan pada teknologi ultra wideband.

III. METODOLOGI PERANCANGAN

Perancangan antenna mikrostrip untuk aplikasi teknologi ultra widwband (UWB)

dilakukan dengan mendesain saluran mikrostrip yang ditambah dengan stub agar dapat

menghasilkan bandwith yang cukup besar (sekitar 4 GHz). Untuk mendapatkan lebar pita

yang optimum dilakukan dengan mengubah-ubah ukuran panjang dan lebar slot antenna,

serta mengubah panjang saluran catu berbentuk garpu (l1,l2,l3). Untuk mendapatkan frekuensi

yang diinginkan dilakukan dengan perubahan jarak antara stub dan slot antena (ds).

Perubahan ukuran pada saluran catu sangat berpengaruh terhadap frekuensi kerja dan lebar

bandwith.

Perubahan lebar pita frekuensi sangat dipengaruhi oleh panjang bentuk array saluran

catu (l1,l2,l3) dan jarak antara slub dan pinggir slot (ds). Peningkatan bandwidth diberikan

oleh efek kopling dari sisipan inset saluran catu mikrostrip dibawah radiator. Modifikasi pada

geometri dan saluran catu dan radiator dengan menambahkan empat radiator dan jaringan

multi batang penyetelan berbentuk garpu untuk menghasilkan lebar pita yang lebih lebar.

Dengan membuat jaringan impedansi multi batang penyetelan garpu ganda akan

menghasilkan efek kopling lebih besar yang pada akhirnya akan meningkatkan bandwidth

lebih lebar dari teknik sebelumnya.

Gambar 7. Geometri Antena Rancangan

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil simulasi dari perancangan antena mikrostrip dengan menggunakan software

Microwave Office didapat parameter antena yaitu bandwidth dan pola radiasi seperti yang

yang ditunjukkan pada gambar 8 dan gambar 9. Hasil simulasi menunjukkan bandwidth

optimum sebesar 24 GHz pada jangkauan frekuensi 0.3 GHz sampai 32 GHz. Hasil optimal

tersebut diperoleh berdasarkan selisih antara penurunan dan kenaikan frekuensi terhadap nilai

return loss -10 dB.

Setelah bandwidth yang optimal diperoleh kemudian dilakukan simulasi untuk

mengetahui pola radiasi. Pada pola radiasi ini g(�) digambarkan sebagai medan H (meridian)

dan g(�) digambarkan sebagai medan E (ekuatorial) [4].

Gambar 8. Hasil simulasi bandwidth antena rancangan

Gambar 9. Pola radiasi antenna pada (a) 5,4 GHz (b) 29,8 GHz

(c) 5,3 GHz (d) 6,3 GHz (e) 11,3 GHz (f) 12,3 GHz

V. KESIMPULAN

Hasil simulasi rancangan antena mikrostrip slot dengan saluran pencatu berbentuk

garpu memberikan hasil bandwidth yang cukup besar yaitu 24 GHz pada jangkauan frekuensi

0.3 GHz sampai 32 GHz. Dengan bandwidth yang cukup besar ini maka antena berbentuk

mikrostrip slot tersebut dapat dimanfaatkan sebagai antena untuk sistem komunikasi ultra

wideband (UWB).

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] Regis. Broadband Telecommunications Handbook. McGraw-Hil. USA. 2002

[2] Freeman, Roger L. Radio System Design for Telecommunications. JohnWiley. 2007

[3] Russer, Petter. Electromagnetics, Microwave Circuit and Antenna Design for

Communications Engineering. Artech House. Norwedia. 2006.

[4] Karlsson, M dan Gong, S. Wideband Patch Antenna Array for Multi band UWB.

Departement of Technology and Natural Sciences. Linkopin University, SE-601 74.

[5] Nuaymi, Loutfi. WiMAX: Technology for Broadband Wireless Access. John Wiley. 2007

[6] Held, Gilbert. Understanding Data Communications. John Wiley. USA. 2000

[7] Liu, Hui. OFDM-Based Broadband Wireless Networks Design and Optimization.

JohnWiley, New Jersey. 2005

[8] Bahai, Ahmad R. Multi-Carrier Digital Communications Theory and Applications of

OFDM. Kluwer. NewYork. 2002.

[9] Glisic, Savo G. Advanced Wireless Networks 4G Technologies. JohnWiley. Inggris. 2006.

[10] Clenet, M. dan Safai, L. Wideband Single Layer Mikrostrip Antenna for Array

Aplications. Electronics letter, vol 35. No.16. Agustus 1999.