BAB II TINJAUAN TEORITIS

Bab II Tinjauan Teoritis

BAB II

TINJAUAN TEORITIS

2.1

Pendahuluan Antena mikrostrip terdiri dari tiga elemen dasar, seperti yang ditunjukan

pada gambar 1, elemen pertama adalah patch yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara, elemen kedua adalah substrat yang berfungsi sebagai media penyalur gelombang elektromagnetik dari catuan menuju

daerah dibawah patch dan elemen ketiga adalah ground plane yang berfungsi sebagai reflektor yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.[8]

Gambar 1. Antena Mikrostrip[8]

Elemen peradiasi atau yang disebut patch mempunyai bentuk tertentu seperti yang ditunjukan pada gambar 2.

Gambar 2. Bentuk-Bentuk Patch[3]

Antena mikrostrip memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan

antena

lainnya.

Keunggulan-keunggulan dari

antena

mikrostrip

diantaranya:[7]

Fitra Mareta, 091331046 Laporan Proyek Akhir Tahun 2012

4


a. Ringan dan memiliki penampang yang tipis.

b. Biaya pabrikasi yang murah karena menggunakan PCB.

c. Dapat menghasilkan polarisasi linear maupun lingkaran.

Selain memiliki keunggulan-keunggulan di atas, antena mikrostrip juga

memiliki beberapa kelemahan yang diantaranya:[7] a. Bandwidth yang kecil.

b. Gain yang rendah.

c. Membutuhkan substrat bekualitas baik (mahal). d. Efisiensi rendah.

2.2

Tinjauan Pustaka Proyek akhir ini merupakan pengembangan dari proyek akhir sebelumnya.

Berikut adalah beberapa proyek akhir sebelumnya yang berkaitan dengan tugas akhir antena mikrostrip susun patch segitiga sama sisi dengan distribusi arus dolph chebyshev: 1. Rumi Adzri’aatin, Ez. 2010. Realisasi Antena Susun Mikrostrip Empat Persegi Panjang dengan Distribusi Arus Dolph Chebyshev. Laporan Tugas Akhir yang merealisasikan antena susun mikrostrip dengan patch persegi panjang menggunakan teknik pencatuan microstrip line tanpa inset feed. 2. Nuraeni, Tri Aulia. 2011. Design dan Implementasi Antena Susun Mikrostrip Empat Persegi Panjang dengan Distribusi Arus Dolph Chebyshev. Laporan Tugas Akhir yang merealisasikan antena susun mikrostrip dengan patch persegi panjang menggunakan teknik pencatuan microstrip line dengan inset feed. 3. Damayanto, Reza. 2011. Realisasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga Untuk Aplikasi Wimax. Laporan Tugas Akhir yang merealisasikan antena dengan patch segitiga tunggal.

2.3

Teori Antena Mikrostrip Segitiga

2.3.1 Patch Segitiga Salah satu bentuk patch antena mikrostrip adalah segitiga. Prinsip sistem koordinat yang digunakan pada bentuk segitiga tidak jauh berbeda dengan sistem


5


koordinat pada persegi empat. Perbedaannya terletak pada penentuan ketiga titik

acuan koordinat segitiga tidak sama dengan persegi empat, sehingga perolehan

medan dekat, medan jauh dan karakteristik antena mengalami perubahan. Bentuk ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan bentuk segi empat, yaitu luas yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang

sama lebih kecil dibandingkan luas yang dibutuhkan oleh bentuk segi empat. Hal ini sangat menguntungkan di dalam fabrikasi antena. Berikut ini struktur antena mikrostrip patch segitiga yang ditunjukan pada gambar 3.[6]

Gambar 3. Struktur Antena Mikrostrip Patch Segitiga

Pada perancangan dimensi patch dari sebuah antena, patch sebagai beban saluran transmisi harus tetap menghasilkan impedansi yang sesuai dengan impedansi karakteristik, dengan impedansi beban yang sesuai (matching), maka antena akan bekerja pada frekuensi resonansi (fr).[6]

2.3.2 Dimensi Antena Mikrostrip Patch Segitiga Untuk sebuah rancangan patch antena segitiga sama sisi dapat dilakukan dengan analisa perhitungan untuk panjang setiap sisi didasarkan frekuensi resonansi yang digunakan dan konstanta dielektrik bahan yang digunakan. Nilai frekuensi resonansi suatu peradiasi segitiga sama sisi yang dikopel pada mode TMmn dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:[5] ......................................................... (1) Dimana:

fr

: Frekuensi resonansi

c

: Kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)

µ0 : Permeability pada ruang vakum


6


εr

: Konstanta relatif dielektrikum bahan (substrat)

µeff : Effektif permitivity bahan dielektrikum a

: Panjang sisi segitiga

Subskrip mn ini mengacu pada mode TMmn, pada aplikasi dominan mode

TM10, maka dari persamaan (1) diperoleh persamaan berikut: ................................................................................................... (2)

Jadi panjang sisi segitiga sama sisi adalah:

.................................................................................................... (3)

Saat dilakukan perancangan panjang sisi segitiga dari hasil perhitungan harus dikurangi agar tercapai nilai effective. Pengurangan nilai panjang sisi lebih dikarenakan adanya efek fringing field (efek tepi) antara patch dengan ground plane, fenomena efek tepi dari suatu antena mikrostrip dimana elemen peradiasi seolah-olah menjadi lebih lebar dibandingkan dengan aslinya, sehingga menyebabkan ukuran panjang segitiga sama sisi dengan rumus diatas tidak sepenuhnya benar. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan persamaan yang didapat oleh Helszein dan James: .................................................................................. (4)

Dimana aeff adalah sisi efektif dari suatu antena segitiga setelah dikurangi untuk mengkompensasi pengaruh efek tepi ini.[5]

2.4

Microstrip Transmission Line

2.4.1 Saluran Mikrostrip Konstruksi dari mikrostrip terdiri dari konduktor strip (line) dan sebuah konduktor bidang tanah yang dipisahkan oleh medium dielektrik dengan konstanta dielektrik (

. Di atas strip adalah udara sehingga bila tanpa shielding

sebagian medan elektromagnetik akan meradiasi, dan sebagian lagi ada yang masuk kembali ke dalam substrat dielektrik. Jadi, terdapat dua dielektrik yang


7


melingkupi strip yaitu udara dengan konstanta dielektrik satu dan substrat dengan

konstanta dielektrik (

1. Dengan demikian saluran mikrostrip, secara

keseluruhan, dapat kita pandang sebagai sebuah saluran dengan dielektrik homogen yang lebih besar dari satu tetapi lebih kecil dari

. Konstanta dielektrik

ini disebut konstanta dielektrik efektif (effective dielectric constant).[10]

Gambar 4. Pola Medan Listrik pada Saluran Mikrostrip

Kita dapat mengetahui nilai konstanta dielektrik efektif (

dengan menggunakan

persamaan dibawah ini:

.................... (5)

Untuk keperluan perancangan, bila diketahui impedansi karakteristik Z0 dan konstanta dielektrik

, lebar strip dapat dicari dengan persamaan:

.. (6)

dengan : ................................................................... (7) ...................................................................................................... (8)

2.4.2 Dimensi Saluran Transmisi Mikrostrip Panjang dan lebar saluran pencatu akan memengaruhi nilai return loss, VSWR, dan bandwidth antena. Persamaan untuk menghitung saluran pencatu adalah:[9]


8


1. Sebelumnya kita harus mengetahui nilai impedansi karakteristik saluran (Z0). r

merupakan nilai permitivitas bahan dielektrik yang digunakan. ε

.............................................................. (9)

................................................................................................(10)

2. Lebar saluran (W) dapat dicari dengan cara sebagai berikut:

.................................................................................................................(11)

3. Menghitung konstanta dielektrik effective (

)

..............(12)

4. Menghitung panjang saluran (L) Menggunakan saluran istimewa ..................................................................................................(13) Maka panjang salurannya ..........................................................................................................(14)

2.5

Quarter Wave Transformer Untuk menyesuaikan impedansi ZL riil ke Z0 (riil) dapat dilakukan dengan

menggunakan transformator /4, saluran dengan impedansi karakteristik Z0,1 dan panjangnya seperempat panjang gelombang pada frekuensi rancangan. Gambar 5 memperlihatkan sebuah beban ZL yang dihubungkan ke saluran utama melalui transformator /4.[10] /4

Z0

Z0,1

ZL

Gambar 5. Penyesuai Transformator /4


9


Impedansi masukan pada transformator, Zin = Z0, karena sesuai. Untuk saluran

/4, impedansi masukan ini adalah

Z in 

Z 02,1 ZL

 Z0 ,

 Z 0,1  Z 0 Z L ............................................................(15)

karena Z0,1 riil, maka ZL harus riil. Bila frekuensi perancangan adalah f0, maka

persamaan (15) hanya berlaku untuk frekuensi tersebut. Untuk frekuensi lain, panjang transformator tidak lagi seperempat panjang gelombang, karenanya impedansi pada masukan transformator tidak lagi sama dengan Z0. Dengan

demikian beban tidak lagi sesuai dengan saluran. Tapi ada batas VSWR maksimum sehingga kita masih dapat menerima ketidak sesuaian, atau kita masih

menganggapnya sesuai. Biasanya nilai VSWR ini adalah 1,5 yang memberikan nilai koefisien pantul  = 0,2. Dengan nilai koefisien pantul ini, persentasi daya yang diserap transformator adalah 1  2 = 96% dan yang dipantulkan 4%.

2.6

Teori Susunan Antena Pada dasarnya penyusunan antena atau lebih sering disebut array memiliki

dua tujuan yaitu: [2] a) Beam forming (mendapatkan diagram arah dengan pola tertentu) b) Beam steering (mendapatkan diagram arah dengan pengendalian arah tertentu) Dibawah ini merupakan gambar susunan dua sumber isotropis :

Gambar 6. Susunan Dua Sumber Isotropis

Keterangan : a) Dua sumber isotropis dipisahkan oleh jarak d. b) Titik observasi adalah ke arah sudut Φ dari sumbu horizontal (sumbu x).


10


c) Garis orientasi dari sumber-sumber isotropis menuju titik observasi

dianggap sejajar karena d (jarak antarsumber isotropis) << daripada jarak antena menuju titik observasi.

2.6.1 Susunan Linear n Sumber Titik Isotropis Berdasarkan Distribusi

Arus Untuk memperbesar direktifitas antena, sejumlah radiator mikrostrip (patch) dapat disusun dalam bentuk array. Elemen – elemen dapat dicatu oleh saluran tunggal atau ganda. Berdasarkan distribusi arus, maka teknik pencatuan

antena dibagi menjadi tiga bagian, yaitu secara uniform, binomial, dan dolph

chebyshev. [2]

2.6.1.1 Teori Susunan Uniform Dengan menggunakan prinsip-prinsip yang sudah dipahami sebelumnya, untuk menurunkan persamaan medan total yang dihasilkan oleh susunan sejumlah n antena isotropis. Seperti gambar 7.[2]

Referensi titik 1 (dengan dinormalisasikan terhadap Eo)  1  e j  e

Etn

Etn e j  e j  e

j 2

j 2

e

 ...  e j 3

j  n1 

 ...  e

j  n1 

_________________________ -





Etn 1  e j  1  e jn

Gambar 7. Distribusi Arus Uniform

jn



1  e jn e 2 Didapatkan E t    j 1  e j e 2

  jn  jn 2 e e 2     e j 2  e j 2 

     ............................................(16)

Sehingga medan total ternormalisasi untuk referensi pada titik 1 :


11


Etn

  sin  n   2   untuk   n  1  dan   2 cos      2   .......................(17) sin   2

Dimana d adalah jarak spasi antar antena, dan δ adalah beda fasa antar catuan arus yang berdekatan.

Untuk persamaan medan total ternormalisasi dengan referensi titik tengah, dimana diagram fasa persamaan berikut berupa step function yang diberikan dari polaritas (+/-) harga Etn.

  sin  n   2 Etn    sin    2  ...............................................................................................(18)

Medan maksimum : Terjadi jika suku penyebut sama dengan atau mendekati nol. Sin

  = 0 atau = 0,  = 0. Jika  tidak pernah mencapai 2 2

harga nol maka medan maksimum terjadi jika  mencapai harga minimum.

  Medan minimum : Terjadi jika suku pembilang sama dengan nol. Sin  n  = 0  2 atau n

 = ±kπ (k= 0,1,2,….dst). 2

Array factor adalah normalisasi medan total susunan antena terhadap nilai maksimum dari medan total susunan tersebut.

Array faktor  AF  E N 

Et E maks

    sin  n  sin  n   2  dan E tercapai pada φ = 0, maka E  2 n Jika Etn  max tmaks  lim  0     sin   sin   2 2

EN 

Et , Etmaks

  sin  n  1  2 Array faktor E N  n   sin    2  ...............................................(19)


12


Sedangkan faktor susunan (untuk sejumlah sumber) dapat digambarkan sebagai

fungsi φ. Jika φ merupakan fungsi , maka nilai dari faktor susunan dan pola

medan akan dapat langsung diketahui dari gambar 8 dengan gain susunan: Jika daya W masuk pada satu antena, maka |E| = Eo ........................................(20) Jika daya W masuk pada n antena, maka E ' 

Et max = n |E’| = n

n

........................................(21)

E0 = E0 n ..................................................................(22) n

penguatan medan, GF =

E0

E0 n  n ..............................................................(23) E0

penguatan daya, G = (GF)2 = n .......................................................................(24)

Gambar 8. Grafik Faktor Susunan dan Pola Medan

2.6.1.2 Teori Susunan Binomial Distribusi arus binomial sering disebut sebagai distribusi John Stone. Dari tiga distribusi arus yang ada, amplituda binomial memiliki half power beamwidth yang paling tinggi. Binomial array biasanya memiliki side lobe paling kecil, diikuti dolph chebyshev dan uniform. Binomial array dengan jarak elemen ≤ λ/2 tidak memiliki side lobe. [8] Jumlah array genap dari elemen isotropis = 2M (M merupakan integer) yang ditempatkan simetris pada sumbu z. Antar elemen dipisahkan oleh d, dan elemen-elemen M ditempatkan pada masing-masing sisi yang asli. Begitu pula untuk jumlah array ganjil dari elemen isotropis = 2M+1. Array factor seperti telah disebutkan sebelumnya, merupakan normalisasi medan total susunan antena


13


terhadap nilai maksimum dari medan total susunan tersebut memiliki nilai yang

berbeda untuk jumlah elemen genap dan ganjil.[2]



Jumlah elemen genap



.......................................(25) Jumlah elemen ganjil ..................................(26)

2.6.1.2.1 Koefisen Eksitasi

Untuk menentukan koefisien - koefisien eksitasi dari binomial array J.S

Stone memberikan fungsi

yang ditulis seri, menggunakan perluasan

binomial sebagai berikut : +. . . ..... (27) Koefisien-koefisien positif dari perluasan seri untuk nilai m yang berbeda sesuai dengan prinsip segitiga Pascal adalah sebagai berikut:[2]

Gambar 9. Prinsip Segitiga Pascal

Dalam segitiga Pascal diatas, jika m merupakan jumlah elemen array, lalu perluasan koefisien menjelaskan amplitude relatif elemen-elemen. Koefisienkoefisien ditentukan dari sebuah perluasan seri binomial, karena itu sampai sekarang disebut binomial array.[8]

2.6.1.2.2 Prosedur Desain Binomial Array Untuk metoda binomial, juga untuk metode non-uniform array lainnya satu syarat adalah amplituda koefisien eksitasi untuk jumlah elemen. Telah dinyatakan bahwa binomial array tidak menunjukkan minor lobe jika jarak antar elemen ≤ λ/2. Karena didesain menggunakan jarak elemen λ/2 dengan tidak


14


adanya minor lobe pendekatan half power beamwidth dan maksimum direktifitas

dari d= λ/2 hanya dapat diperoleh dalam batas jumlah elemen dan panjang array,

yang diberikan:[8]

.........................................................(28)

........................................................................(29)

.......................................................................................(30)

...................................................................(31)

Persamaan diatas dapat digunakan untuk mendesain binomial array dengan half

power beamwidth dan direktifitas yang kita inginkan. Kerugian dari binomial

array adalah variasi lebar antara amplituda dari elemen array yang berbeda, terutama untuk array dengan jumlah yang banyak. Hal ini menunjukkan efisiensi yang sangat rendah dan membuat metode ini tidak begitu diinginkan dalam praktek. 2.6.1.3 Teori Susunan Dolph Chebyshev Distribusi arus dolph chebyshev digunakan untuk mendapatkan kriteria optimum dari pola pancar antena susunan. Kriteria optimum terdiri dari dua macam, yaitu:[2] a) Jika lebar berkas main lobe ditentukan, maka perbandingan mayor terhadap minor lobe akan (menuju) maksimum. b) Jika perbandingan antara mayor terhadap minor lobe ditentukan, maka lebar berkas main lobe akan (menuju) minimum. Dalam distribusi arus dolph chebyshev, diasumsikan syarat sebagai berikut: a) Antena isotropis dengan distribusi amplitude arus simetris b) Beda fasa antar catuan elemen isotropis berdekatan = 0 (δ=0) c) Jarak spasi antar elemen isotropis seragam (d seragam), sehingga selisih fasa kuat medan penerima dari elemen berdekatan pada titik observasi yang jauh adalah : ………………………………………………...(32)


15


Gambar 10. Selisih Fasa Kuat Medan

Penurunan medan total susunan dilakukan dengan cara referensi titik tengah

susunan. Didapatkan medan total untuk n-genap sebagai berikut:

.............................(33)

.............................................................(34)

dimana,

ne

= jumlah elemen (genap)

N

= ne/2

K

= 0, 1, 2, …(N-1)

Gambar 11. Medan Total untuk N-Genap

Sedangkan untuk n-ganjil medan totalnya adalah sebagai berikut: ................(35) ...................................................................(36) dimana, no = jumlah elemen (ganjil) N = (no – 1)/2 k = 0, 1, 2, …N

Gambar 12. Medan Total Untuk N-Ganjil

Dua persamaan di atas, persamaan, dapat dipandang sebagai suatu Deret Fourier dengan suku terbatas. Sepasang suku menyatakan kontribusi dari “sepasang” sumber atau dari sumber tengah. Dan dapat dianggap sebagai penjumlahan konstanta DC, fundamental, dan harmonik-harmonik. Misalkan, banyaknya elemen yang digunakan adalah 9 dengan d = λ/2. Maka:


16


………………………………………………... ......(37)

dan konstanta Ak diasumsikan 2A0 = A1 = A2 = A3 = A4 …………………………………….…… ......(38)

dengan = 9 dan d = λ/2 maka :

…………………………………………….…. .......(39)

Gambar 13. Distribusi Non-Uniform Optimum (Dolph chebyshev)

Tabel 1. Keterangan Gambar 13

k=0

k=1

k=2

k=3

k=4

DC

Fundamental

Harmonik#2

Harmonik#3

Harmonik#4

Dalam distribusi arus optimum (dolph chebyshev) nilai konstantakonstanta Ak adalah sesuatu yang ditentukan dengan perhitungan yang akan dilakukan, untuk mendapatkan pola pancar optimum. Optimum ditinjau dari sisi perbandingan mayor terhadap minor lobe-nya atau lebar berkas main lobe.

2.6.1.3.1 Polynom Chebyshev Teorema de Moivre:[2] ……………………….…. .....(40) Sehingga : ………………………………….……… .....(41) Persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai Deret Binomial sebagai berikut : ..........(42) kemudian disubstitusi dengan : ………………………………………………….…… ......(43)


17


Maka akan dihasilkan deret Polynom Dolph Chebyshev untuk Nilai m = 1 s/d 5

dengan x = cos φ/2, sebagai berikut Gambar 14. Grafik untuk Polynom-Polynom Chebyshev

Gambar 15. Grafik Polynom Chebyshev untuk Nilai m = 1 s/d 5

Polinom memiliki sifat sebagai berikut: a. Semua Tm (x) melewati (1,1) b. Jika -1 < x < 1 maka -1 < Tm (x) < 1 c. Semua akar Tm (x) ada diantara -1 dan 1 atau -1 <x0 <1 d. Semua harga ekstrim adalah ±1 2.6.1.3.2 Pemahaman Grafik Polynom Pada gambar di bawah ini, dimisalkan R adalah perbandingan antara main lobe maksimum dengan minor lobe minimum.[2]

Gambar 16. Contoh Grafik Polynom


18


A merupakan Tn-1(x) yaitu menggambarkan diagram arah medan untuk

sejumlah n elemen  En. B merupakan titik (x0 , R), pada kurva menggambarkan

harga main lobe maksimum. C merupakan akar-akar polynom yang menunjukkan harga-harga NOL diagram medan. D menunjukkan FNBW (First Null Beamwidth) pada titik (x = x1’).

Dalam distribusi arus optimum (Dolph Chebyshev) artinya adalah metoda Dolph Chebyshev dipakai untuk mendapatkan susunan optimum dengan menggunakan Polynom Chebyshev. Jika direncanakan susunan antena terdiri dari n sumber, maka diagram arah medan susunan merupakan suku banyak orde (n-1).

Suku banyak ini yang kemudian diekivalensikan dengan polynom Chebyshev orde

(n-1) Tn-1(x).

2.6.1.3.3 Prosedur Desain Dolph Chebyshev Array Untuk menggunakan Dolph Chebyschev ini sebaiknya sesuai dengan prosedur perencanaan sebagai berikut:[2] a. Untuk susunan n – sumber, pilih polynom orde (n – 1)Tn-1(x) b. Selesaikan Tn-1(x0) = R untuk mendapatkan harga x0. Unt uk m = n – 1, dapat dihitung sebagai berikut: ...........................................(44) c. Penyekalaan. Jika R>1, maka x0>1 juga. Padahal nilai x adalah berkisar (-1 ≤ x ≤ 1). Sebab x = cos (φ/2), maka lakukan perubahan skala dari x  w. .................................................................................(45) d. Persamaan medan medan total n – sumber. Untuk n ganjil dan n genap berbeda. Lihatlah persamaan [34] dan [36] diatas. Persamaan dapat dinyatakan dalam w. e. Penyetaraan. En (w) disetarakan dengan Tn – 1(x) dengan .......................................................................(46) f. Maka akan diperoleh harga-harga : A0, A1, A2, A3,…


19


2.6.1.3.4 Diagram Arah

Untuk mendapatkan diagram arah kuat medan, dapat ditabelkan lalu

diplot, untuk nilai – nilai variable = θ, x, En.[2]

........................................................................................(47)

dan .................................................................................................(48)

Tabel 2. Tabel Diagram Arah Kuat Medan

Variabel Θ ψ/2 W X

Range -(π/2) 0 -(π/2) -(dr/2) 0 -(dr/2) Cos (dr/2) 1 Cos (dr/2) x0 Cos (dr/2) x0 x0 Cos (dr/2)

Gambar 17. Diagram Arah Kuat Medan

2.6.2 Perbandingan Susunan Uniform, Binomial dan Dolph Chebyshev Tabel 3. Perbandingan Tiga Jenis Distribusi Arus: Uniform, Binomial, dan Dolph Chebyshev[8]

No.

Parameter

Uniform

Binomial

Dolph Chebyshev

1 2 3

Coverage Gain Main lobe

Sempit Tinggi Sempit

Sempit Tinggi Sempit

4

Side Lobe

Ada

5

Back Lobe Formula perbandingan

Ada Sama untuk semua sisi

Luas Rendah Lebar Tidak (1/4 atau ½ ) Tidak Ada Berdasarkan formula segitiga Pascal

6


Ada Ada Berdasarkan perhitungan Polynom

20


2.7

Teori Penambahan Celah Udara

Kerugian utama dari antena mikrostrip adalah bandwidth yang sempit.

Salah satu cara paling umum untuk meningkatkan bandwidth yaitu dengan menambah ketebalan substrat. Namun, penggunaan substrat tebal ditemukan menjadi kontraproduktif karena tampilan gelombang permukaan. Dimana

gelombang ini dapat mengurangi efisiensi antena dan menghasilkan kopling palsu, yang membuat kesulitan dalam mendesain antena.[4] Penggunaan substrat yang tebal dapat dikombinasikan dengan bahan yang memiliki permitivitas sangat rendah, dengan tujuan untuk mencegah munculnya

gelombang permukaan sekaligus meningkatkan efisiensi antena dan memperluas

bandwidth frekuensi. Idealnya, substrat dielektrik dari antena mikrostrip harus udara. Bahan terbaik berikutnya adalah busa keras. Sehingga gelombang permukaan tidak signifikan pada substrat busa. Busa ini tersedia dalam variasi permitivitas relatif yang mana mulai 1,03 sampai 1,1. Dengan bahan yang kaku dan murah sehingga dapat digunakan untuk mewujudkan antena biaya rendah untuk aplikasi konsumen.[4] Pada gambar 18 merupakan contoh struktur antena mikrostrip dengan tujuan untuk menaikan bandwidth sehingga digunakan celah udara dengan ketebalan tertentu.

Gambar 18. Struktur Antena Mikrostrip dengan Celah Udara[1]

Sebagai contoh terdapat sebuah konfigurasi antena mikrostrip yang telah dipilih sehingga beresonansi sekitar 900 MHz dengan menggunakan substrat udara. Geometri dari antena yaitu panjang dari patch persegi panjang adalah 160 mm dan lebarnya 120 mm. Ukuran groundplane adalah 320 mm x 280 mm dan menggunakan ketebalan substrat udara antena adalah 5 mm. Setelah dilakukan simulasi maka gambar 19 merupakan hasil simulasi return loss.


21


Gambar 19. Return Loss Antena

Dimana antena beresonansi pada frekuensi 882 MHz, bandwidth pada return loss

10 dB yaitu 11,66 MHz dan persentase bandwidth 1,32%. Gain adalah 9,2 dBi dan efisiensi antena adalah sekitar 93%.[4] Seperti yang diharapkan, bandwidth secara signifikan meningkat dengan ketebalan substrat. Untuk menunjukkan keunggulan substrat udara, dan dibandingkan dengan dua bahan substrat lainnya maka telah dihitung dan hasilnya akan ditampilkan pada gambar 20. Yang mana substrat pertama adalah Duroid 5880, yang memiliki konstanta dielektrik 2,2 dan loss tangen dari 0,002. Substrat kedua adalah FR-4 Epoxy, yang memiliki konstanta dielektrik 4,6 dan loss tangen dari 0,02.

Gambar 20. Perbandingan Ketebalan Celah Udara


22


Pada gambar 20 terlihat bahwa semakin tebal penggunaan celah udara maka

bandwidth semakin tinggi selain itu apabila kita membandingkan antara substrat

udara, substrat Duroid dan substrat FR-4 Epoxy maka dari gambar tersebut diperoleh analisa bahwa penggunaan substrat Duroid dan FR-4 Epoxy dengan tebal 5 mm menghasilkan bandwidth yang lebih kecil dari pada menggunakan

substrat udara, hal ini dikarenakan memiliki loss tangen yang mempengaruhi nilai efisiensi antena dengan kata lain efisiensi antena yang menggunakan Duroid dan FR-4 Epoxy jauh lebih rendah dari antena yang menggunakan substrat udara.[4]


23

BAB II TINJAUAN TEORITIS

Recommend Documents