BAB II DASAR TEORI. yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB II DASAR TEORI

2.1 Antena Suatu antena dapat diartikan sebagai suatu tranduser antara saluran transmisi atau pandu gelombang dalam suatu saluran transmisi dan suatu medium yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik berpropagasi (biasanya udara), ataupun sebaliknya. Dalam aplikasinya, suatu antena

dapat

berfungsi

selain

sebagai

media

pemancar

gelombang

elektromagnetik, juga sebagai penerima gelombang elektromagnetik secara efisien dan berpolarisasi sesuai dengan struktur yang dimilikinya. Selain itu, untuk meminimalkan refleksi gelombang pada titik antara saluran transmisi dan titik catu antena, maka suatu antena harus mempunyai kesesuaian (matched) dengan saluran transmisi yang digunakan. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi magnet total dua kali setiap periode gelombang itu. Beberapa contoh antena dalam berbagai bentuk dilihat pada Gambar 2.1. Dan aplikasinya, antena banyak digunakan pada penyiaran radio dan televisi,


sistem komunikasi satelit, telepon selular, sistem radar dan sensor otomatis mobil anti tabrakan, dan masih banyak fungsi-fungsi yang lain[1].

Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena

2.2

Antena Mikrostrip Antena microstrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas

ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada Gambar 2.2. Antena microstrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis lain. Karena sifat yang dimilikinya, antena microstrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi antenna microstrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.


Gambar 2.2 Struktur Antena Microstrip Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis. Adapun jenis-jenis antena microstrip terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Jenis – jenis Antena Microstrip

2.3

Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam

aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena mikrostrip juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti pada handphone, missile, dan peralatan lainnya. Pada zaman sekarang, pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah fisik


antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah : 1. Mempunyai bobot yang ringan dan volume yang kecil. 2. Konfigurasi yang low profile sehingga bentuknya dapat disesuaikan dengan perangkat utamanya. 3. Biaya fabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang besar. 4. Mendukung polarisasi linear dan sirkular. 5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs) 6. Kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency. 7. Tidak memerlukan catuan tambahan. Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu : 1. Bandwidth yang sempit 2. Efisiensi yang rendah 3. Penguatan yang rendah 4. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array 5. Memiliki daya (power) yang rendah 6. Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)

2.4

Model Cavity Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan

sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah


kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrate tipis ( h<< λ0)[ 2] : 1. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z ( ∂ / ∂z ≡ 0) karena substrate sangat tipis (h<< λ0). 2. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis hanya ada komponen transversnya saja (Hx dan Hy ) di daerah yang dibatasi oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding elektris atas bawah. 3. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal, yang termasuk komponen tangensial dari Η , Η sepanjang sisi diabaikan. Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell. Adapun persamaan Maxwell

untuk

daerah 0H

dibawah

Patch

adalah

sebagai

berikut: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4)

Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ0 adalah permeabilitas ruang hampa, dan J adalah rapat arus.


Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch mikrostrip[6] Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik-menarik terjadi antara dua muatan yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi . Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan meyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian


bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal tersebut meyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat) lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impendansi masukannya akan murni reaktif[3] .

2.5

Parameter Umum Antena Mikrostrip Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari

parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan dijelaskan sebagai berikut: 2.5.1 Bandwidth Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, bandwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Pada Gambar 2.5 terlihat rentang frekeunsi yang menjadi bandwith .


bandwith

-10dB

Return loss

Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith Bandwith dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :

(2.5)

Dimana

f1 = frekuensi terendah f2 = frekuensi tertinggi fc = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya[3] : 1. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dBi dan 2. 2. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.


3. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di manapolarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dBi.

2.5.2 Return Loss Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan[4] . Return Loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0 +). Return Loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi[4] .

(2.6)

(2.7)

2.5.3 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (

):


(2.8) Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari

adalah nol, maka :

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah : (2.9) Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

2.5.4 Polarisasi Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Pada praktiknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi yang berbeda[3] .


Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude 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[3] . Polarisasi

dapat

diklasifikasikan

sebagai

linier

(linier),

circular

(melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.6) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik maupun magnet) memenuhi[3] : 1. Hanya ada satu komponen, atau 2. Dua komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada perbedaan fasa waktu atau 180 0 atau kelipatannya

Gambar 2.6 Polarisasi linier Polarisasi melingkar (Gambar 2.7) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.


Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah : 1. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier 2. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama 3. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada kelipatan ganjil 900. Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi ketika δ = +π / 2 , sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = −π / 2

Gambar 2.7 Polarisasi melingkar Polarisasi elips (Gambar 2.8) terjadi ketika gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah : 1. Medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal 2. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau berbeda 3. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama, perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 00 atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa di


antara kedua komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil dari 90 (karena akan menjadi lingkaran

Gambar 2.8 Polarisasi elips

2.5.5 Keterarahan (Directivity) Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi ratarata pada semua arah . Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.10. (2.10) Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.11. (2.11) Dimana : D

= keterarahan

D0

= keterarahan maksimum

U

= intensitas radiasi maksimum


Umax = intensitas radiasi maksimum U0

= intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.12.

Dimana nilai

dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.13.

Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.14.

Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.15.

Keterangan: = banyak elemen yang akan dirancang

2.5.6 Penguatan (Gain) Ada dua jenis parameter penguatan (gain) yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya


yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan. Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaaan 2.16. (2.16) Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan pembacaan level penerimaan sinyal. Persamaan yang digunakan untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.17.

Selanjutnya gain dapat juga dihitungan dengan

menggunakan oleh

Persamaan 2.18.

Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya berkisar 60% sampai 70%.

2.5.7 Frekuensi Resonansi Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja antena di mana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara


maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena.

2.5.8 Pola radiasi Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Gambaran dari pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Pola radiasi antena

2.6

Antena Mikrostrip Patch Segiempat Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat

berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis, proses fabrikasi yang sederhana dan karakteristik radiasi yang atraktif.


Patch segiempat sejauh ini merupakan konfigurasi mikrostrip yang paling banyak digunakan. Patch segiempat lebih mudah dibuat karena bentuknya yang lebih sederhana. Hanya dengan menyisakan metal yang berbentuk segiempat pada proses etching dapat membuat antena ini. Bentuk dari antena mikrostrip patch segiempat dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat Untuk merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat, terlebih dahulu harus kita

ketahui parameter bahan yang digunakan yaitu ketebalan

dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), dan dielektrik loss tangent (tan

δ)

sehingga dari nilai tersebut didapatlah dimensi antena mikrostrip (W dan L). Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan menjadi kecil sedangkan apabila panjang antena terlalu panjang maka bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan semakin kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip impedansi juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat dicari menggunakan Persamaan 2.19.


Dimana : W : lebar konduktor εr : konstanta dielektrik c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x

)

fo : frekuensi kerja antena Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari ∆L) L ( tersebut dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2.20[6]:

Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan adalah konstanta dielektrik relatif yang dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.21.

Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.22. (2.22) Dimana

merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung menggunakan

Persamaan 2.23. )


Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2.24[6][8].

Admintansi beban(

didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25.

Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch

dapat dicari

dengan menggunakan Persamaan 2.26 sampai Persamaan 2.29.

Dimana:

2.7

Aplikasi Microstrip Antena microstrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini.

Umumnya aplikasi yg telah digunakan antara lain adalah WiMAX, WLAN, bandpass filter, mobile satellite. 1) WiMAX


Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX (World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi. Dalam penggunaan mikrostrip untuk WiMAX yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX 2) WLAN Contoh mikrostrip dalam penggunaan WLAN dilihat dari Gambar 2.12. Dalam Gambar 2.12 dapat dilihat, mikrostrip yang digunakan adalah antena mikrostrip array yang berfungsi untuk menambah penguatan pada WLAN.

Gambar 2.12 Microstrip pada WLAN 3) Bandpass Filter


Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada di tengah, sinyal rendah dan tinggi ditolak. Microstrip adalah teknologi yang paling fleksible untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz ditunjukkan pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Microstrip pada bandpass filter 4) Mobile Satellite Pada gambar 2.14 terlihat antena microstrip array digunakan dalam system komunikasi mobile satellite pada rentang frekuensi 2,5-2,6 GHZ

Gambar 2.14 Microstrip pada Mobile Satellite 2.8

Aperture Coupled Pada antena mikrostrip terdapat metode penyambungan yang dimana

terdapat tempat teknik penyambungan yang populer digunakan yaitu secara penyambungan garis mikrostrip (microstrip line feed), penyambungan koaksial


(coaxial feed), penyambungan celah bergabung (aperture coupled feed), Penyambungan proksimasi bergabung (proximity coupled feed). Analisis Bidang Aperture Coupled Feed Pada bidang mikrostrip aperture coupled feed terdapat parameter nilai ukur yang sederhana dalam menentukan nilai C (kapasitansi lapisan bahan) W (width of patch), åreff (konstanta dielektrik), Leff (Frekuensi resonansi), ÄL, L (Length of patch), Lg dan Wg adalah Lebar saluran pencatu, B dan W adalah feed line. Gambar 2.15 Menunjukkan Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed.

Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed Teknik Pencatuan pada antena mikrostrip merupakan teknik untuk mentransmisikan energi elektromagnetik ke antena mikrostrip. Terdapat berbagai konfigurasi teknik yang telah di kembangkan yang masing-masing tentu memiliki kelebihan dan kekurangan. Salah satu teknik yang populer sederhana dan mudah di pabrikasi adalah teknik line feed, tetapi teknik ini menghasilkan lebar pita yang tidak lebar (biasanya 2-5%). Untuk kebutuhan mendapatkan lebar pita yang lebar, salah satu teknik yang dapat digunakan adalah dengan teknik aperture coupled Pada konfigurasi teknik pencatuan aperture coupled , pengkopelan dari seluruh pencatuan (Feed Line) ke patch, begitu juga dengan tinggi substrat yang


digunakan, dapat bervariasi dengan susunan yang berlapis-lapis (multilayer) umumnya slot aperture tersebut ditempatkan dibawah patch. Teknik Pencatuan jenis ini pertama sekali dibuat pada tahun 1985 yang bertujuan untuk meningkatkan bandwidth dari antenna mikrostrip. Dengan pengoptimalan beberapa parameter termasuk dimensi slot aperture, maka dapat dicapai bandwidth mendekati 70%[3] . Untuk menentukan dimensi slot aperture dari teknik pencatuan ini dapat digunakan persamaan (2.30) dan (2.31). Panjang slot aperture (La) : La = (0,1-0,2) λ0

(2-30)

Lebar Slot aperture (Wa) : Wa = 0,1 La

2.9

(2.31)

WiMAX Seiring dengan meningkatnya perekonomian, taraf hidup dan kemajuan

teknologi , khususnya komunikasi tanpa kabel (radio), meningkat pula kebutuhan masyarakat akan jasa telekomunikasi yang cepat, mudah diakses kapan saja dan dimana saja serta mampu mendukung mobilitas yang tinggi. Sebuah teknologi wireless yang saat ini dianggap mampu menyediakan kebutuhan tersebut adalah WiMAX. Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX (World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi . Dengan kemampuan yang mencakup area


yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun Non-Line Of Sight (NLOS), teknologi WiMAX mampu menghemat investasi perangkat untuk membangun suatu jaringan komunikasi yang handal. Standar-standar teknologi ini tentunya memiliki frekuensi pengoperasian yang berbeda-beda sesuai dengan lisensi yang mereka dapatkan dari pengelola atau pengatur ijin frekuensi dari pemerintah setempat. Untuk pengelolaan di Indonesia, pembagian ijin frekuensi ini sudah mulai diatur dalam white paper “Penataan Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel” keluaran november 2006. Menurut white paper tersebut, DCS berlaku pada pita frekuensi (1710-1885 MHz), PCS pada pita frekuensi (1907.5–1912.5 MHz), UMTS pada pita frekuensi (1920-2170MHz), WLAN 2.4 GHz pada pita frekuensi (2400-2483.5 MHz), BWA 5,2 pada pita frekuensi (5150-5350MHz), dan BWA 5,8 pada pita frekuensi (5725-5825MHz). Untuk Alokasi frekuensi WiMAX sendiri sudah diterapkan di beberapa negara adalah pada frekuensi 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz, bahkan sekarang ini sedang ingin ditambahkan alokasi frekuensi untuk WiMAX pada frekuensi 700 MHz. Gambar 2.16 menunjukkan Gambaran pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara[3].

Gambar 2.16 Pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa


2.10

Tipe WiMAX Keluarga Standar WiMAX berkaitan dengan dua tipe model penggunaan,

yaitu model penggunaan tetap (IEEE 802.16-2004) dan portable (802.16 REV E) yang dijadwalkan untuk ratifikasi pada tahun selanjutnya. Tabel 2.1 menunjukkan Tipe model dalam penggunaan WiMAX. Tabel 2.1 Tipe WiMAX Tipe Aplikasi dan kegunaan dari tipe WiMAX WiMAX Mobile

Portable

Fixed

802.16e membawa WiMAX ke portable dan mobile Smart antena dapat meningkatkan kemampuan ini Teknologi Navini yang digunakan oleh unwired dapat memberi peningkatan ini. Direncanakan tahun 2005 802.16a/c dan 802.16d (WiMAX) memberikan kemampuan non-line-of-sight 802.16a dan implementasi sebelumnya Teknologi wireless local loop dan fixed wireless acces. Berakhir tahun 2001

Sistem akses Nirkabel diatas dibedakan berdasarkan kecepatan darat (ground speed) dalam tiga tipe yaitu fixed (tetap), mobile (bergerak) dan nomadic.

2.11 Cara Kerja WiMAX Stasiun WiMAX dihubungkan ke jaringan publik dengan menggunakan serat optik, kabel, link gelombang mikro, atau konektivitas PP (Point to Point) laju tinggi yang disebut back haul. Dalam beberapa kasus seperti jaringan mesh (jala), konektivitas PMP (Point to Multi Point) juga digunakan sebagai back haul. Gambar 2.17 adalah Struktur jaringan dalam WiMAX.


Gambar 2.17 Jaringan WiMAX Stasiun basis melayani stasiun pelanggan yang juga disebut CPE (Customer Premise Equipment) menggunakan konektivitas PMP yang NLOS (Non Line Of Sight). Hubungan ini disebut . Idealnya WiMAX menggunakan antena PMP yang NLOS untuk menghubungkan pelanggan residensial atau bisnis ke stasiun basis (Gambar 2.17). Stasiun pelanggan biasanya melayani gedung (bisnis atau residens) dengan menggunakan LAN berkabel atau nirkabel.

2.12

A nsoft High Frequency Structure Simulator v10 Ansoft HFSS versi 10.0 adalah software untuk program perancangan dan

pemodelan yang merupakan struktur simulator frekuensi tinggi. Ansoft HFSS v10.0 merupakan suatu tampilan full-wave electromagnetik (EM) yang dirancang dalam 3D untuk Microsoft Windows umumnya oleh pemakai. Ansoft HFSS v10.0


juga dapat mengkalkulasi atau menghitung parameter-parameter seperti frekuensi resonansi dan lainnya. Ansoft HFSS versi 10.0 disini dipakai sebagai perancangan dan pemodelan untuk menggambar antena ceiling indoor dan memasukkan spesifikasinya, setelah dapat hasilnya lalu dibandingkan dengan hasil spesifikasi antena dari pabrik, apakah perbandingan dari ke duanya sama atau hampir sama ataupun berbeda. Selanjutnya pada Gambar 2.18 ditunjukkan suatu contoh tampilan pemodelan 3D dari software Ansoft HFSS v10.0[8].

Gambar 2.18 Contoh Tampilan 3D Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS v10.0 dapat digunakan untuk menghitung parameterparameter dari antena dan frekuensi resonansi. Software ini juga secara khusus digunakan dalam bidang, yaitu: 1. Package Modeling-BGA, QFP, Flip-chip 2. PCB Board Modeling-Power/Ground Plane, Mesh Grid Ground, Backplane 3. Silicon/GaAs-Induktor Spiral dan transformator 4. EMC/EMI-Shield Enclousures, Coupling, Radiasi medan jauh atau radiasi medan dekat


5. Komunikasi Antena-antena Dipole, antena Yagi, antena Mikrostrip, antena Grid, Frequensi Selective Surface (FSS), dan sebagainya. 6. Konektor –Koaksial, SFP/XFP, dan sebagainya. Ansoft HFSS v10.0 merupakan simulator yang interaktif, dimana elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Tetrahedron membuat penyelesaian persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri tiga dimensi yang dapat disesuaikan bentuknya dengan keinginan pengguna, terutama bentuk yang memliki kelengkungan dan bentuk yang kompleks.

2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS v10.0 memiliki syarat minimum untuk instalasi ke dalam komputer. Adapun syarat untuk instalasi ke dalam komputer adalah sebagai berikut[8]. 1. Sistem Operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003. 2. Komputer ber-pentium (diusahakan Pentium 4 keatas). 3. RAM minimum 128 Mb. 4. Memiliki minimum 8 Mb Video card. 5. Mouse. 6. CD/DVD-ROM. Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut. 1. Dibuka folder Ansoft, jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan HFSS Instalation Shell, lalu akan muncul beberapa opsi, maka yang pertama yang dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu diikuti


langkah-langkah seterusnya dengan menekan tombol next dan dipilih direktori, dimana akan dipasang libraries tersebut. 2. Setelah dilakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan menekan install software. Lalu diikuti perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut, kemudian pilih lokasi pemasangan Ansoft HFSS dan diikuti langkahnya dan proses instalasi dimulai dan siap digunakan.

2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan model peralatan frekuensi radio secara tiga dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah: 1. Membuat parameter dari suatu model – perancangan bidang, boundaries, dan excitation pada model yang dibuat. 2. Menganalisis model – pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan. 3. Hasil – menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi ( gambar, tabel, grafik ) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi. 4. Penyelesaian loop – proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

2.12.3 Perancangan dasar model pada Ansoft HFSS v10.0 Perancangan model pada Ansoft dapat menggunakan bidang dua dimensi atau tiga dimensi tergantung dari model yang akan dibuat. Semakin kompleks


model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS. Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat. Misalkan membuat model kubus atau balok. Maka diarahkan kursor ke bentuk balok, lalu ditekan. Pada bidang koordinat Ansoft HFSS v10.0 yang akan digambarkan bentuk bidang balok tersebut.

2.12.4 Proses pencarian solusi Simulator Ansoft HFSS v10.0 Untuk mendapatkan grafik SWR suatu antena, bisa dicari dari nilai koefisien pantul ( Г ) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan parameter S. Sebelum mengkomputasi nilai SWR kedalam grafik, maka HFSS menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema seperti Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Proses pencarian solusi HFSS 10.0 Dari Gambar 2.19 dapat dijelaskan bahwa: 1. Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS v10.0 ada 3, yaitu driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan


tentang antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe solusi driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator. 2.

Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasan lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak pencatuan model (Excitation).

3.

Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus diiinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi: a. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh. b. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive. c. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan.

Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya[8].

BAB II DASAR TEORI. yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik

Recommend Documents