Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano

Seminar Tugas Akhir Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia 25 JUNI 2012

Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano Oleh Widyanto Dwiputra Pradipta 2208 100 087

Dosen Pembimbing : 1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D. 2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D.

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Latar Belakang Partisipasi ITS dalam program IINUSAT-01

Antena mikrostrip sebagai antena pemancar

Pengembangan IINUSAT II dan ITS-SAT dengan komunikasi real time video

Gain antena mikrostrip relatif kecil

Desain antena mikrostrip array

00000 : Nomor port 1 Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Perumusan Masalah  Bagaimana desain rancangan antena mikrostrip

array dengan pola tapered peripheral slits dan pencatuan aperture coupled dapat memberikan hasil yang optimal.  Apa saja pengaruh penyusunan antena mikrostrip secara array sehingga didapatkan karakteristik antena yang lebih baik.  Bagaimana gain dan pola radiasi yang diperoleh dari antena array mikrostrip ini.  Bagaimana hasil desain antenna untuk satelit Sband sehingga dapat di realisasikan pada IINUSAT II dan ITS-sat. 2 Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah didapatkan hasil rancangan desain antena array mikrostrip tapered peripheral slits yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz untuk dapat direalisasikan pada Satelit Nano.

3 Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Batasan Masalah

1. Panjang sisi satelit nano 10x10 cm. 2. Software CST 2012 Microwave Studio. 3. VSWR, Return Loss, Gain dan Pola

radiasi. 4. Laboratorium Antena dan Propagasi Teknik Elektro ITS dan PENS.


Metode Penelitian Start

1

Pencarian Literatur

Realisasi Desain Antena

Penentuan Kriteria Antena

Pengukuran Parameter Antena

Simulasi Desain Antena

End

Evaluasi Desain Antena

Optimasi Desain Antena

Tidak

Sesuai Kriteria? Ya

1


Antena Mikrostrip • Patch rectangular : Lebar patch (W)

2  r 1

c W 2 fr

(1)

Panjang patch (L)

c

L 2 fr



 2L reff

(Buku Balanis, Constantine.A., Antena Theory ). www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(2)

Keterangan : L = Panjang patch (mm) W= Lebar patch (mm) C = Kecepatan cahaya di ruang bebas Fr =Frekuensi kerja (Hz) εr = Permitivitas relatif substrat(FR4=4.4) εreff = Konstanta dielektrik efektif h = Ketebalan substrat (1.6 mm) ΔL =panjang pertambahan 6

Pencatuan Aperture Coupled Pencatuan aperture coupled digunakan untuk menghasilkan gain antena yang lebih besar. Dimensi slot pada ground plane

Dimensi panjang saluran pencatu (Buku Thesis Civerolo, Michael Paul. Aperture Coupled Microstrip Antenna Design and Analysis). www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

7

Pola Tapered Peripheral Slits Untuk meminimalkan ukuran patch antena, maka digunakan teknik Tapered Peripheral Slits yang mampu mengurangi dimensi patch hingga 33%.

(Jurnal Kakoyiannis, C., A Compact Microstrip Antenna with Tapered Peripheral Slits for CubeSat RF Playloads at 436 MHz : Miniaturization Techniques, Design & Numerical Result). www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

8

Cross Slot Salah satu teknik untuk mendapatkan polarisasi sirkular pada antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupled adalah dengan memberikan slot berbentuk cross (+).

(Jurnal Chang, The-Nan and Lin, Jyung-Min, Serial Aperture-Coupled Dual Band Circularly Polarized Antenna). www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

9

Desain Antena Array Dengan T-Junction T-junction merupakan sebuah teknik pembagian daya (power divider) yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Salah satu jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai pembagi daya Z0

Z0

Z

Untuk menentukan nilai Z, digunakan metoda wilkinson. Z = Z0 N

Z0

10 www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Penentuan Kriteria Antena Parameter acuan antena perancangan :

Spesifikasi Bahan dasar (substrat) FR-04 Epoxy :

Antena array

Karakteristik

Nilai / satuan

Frekuensi kerja 2.4 GHz

Koefisien Dielektrik

4.3

Returnloss

< - 10 dB

Ketebalan substrat

1.6 dan 1 mm

VSWR

<2

Ketebalan tembaga 35 mikron

Jarak antar Patch

½ λ atau 62,5 mm

Polarisasi

Sirkular (LHCP/RHCP)

Pola radiasi

Directional

Gain

> 3,7 dB

2x2


Perancangan Desain Antena Parameter Desain

Lambang

Panjang Gel. di ruang bebas λo

Nilai 125 mm

Panjang Gel. di dielektrik

λd

60 mm

Lebar Patch

W

38 mm

Panjang Patch

L

29,42 mm

Lebar Slot

Ws

8,788 mm

Panjang Slot

Ls

0,975 mm

Panjang Saluran Pencatu 50Ω

43,97 mm

Lebar Saluran Pencatu 50Ω

3,11 mm

Panjang Saluran Pencatu 70,7Ω

17,7 mm

Lebar Saluran Pencatu 70,7Ω

1,63 mm 12

www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Perancangan Cross Slot Paramater Ukuran Antena Ukuran subtrat Tebal subtrat 1 Tebal subtrat 2 Panjang patch (l) Panjang slot (Ls) Lebar slot (Ws) Panjang Saluran Pencatu (Total) Lebar Saluran Pencatu

Dimensi (mm) 51.4 x 40 1.6 1 23.95 16.5 1.5 64.43 3.11


Pola Tapered Peripheral Slits

Dimensi Antena

Panjang (mm)

Panjang sisi patch

20.3

Panjang slit 1

6

Panjang slit 2

4.5

Panjang slit 3

3

Panjang slit 4

1.5

Lebar slit

0.4


Desain Antena Mikrostrip Array 2x2


Hasil Simulasi Returnloss dan Bandwidth

Perhitungan Bandwidth B = 𝑓2 − 𝑓1 = 2.4191 − 2.3947 = 34,4 𝑀𝐻𝑧

Frekuensi (GHz)

Return Loss (dB)

2,4

-15,708

2,3847

-10

2,4191

-10



16

Hasil Simulasi VSWR


Hasil Simulasi Gain Gain total : 4,413 dB


Hasil Simulasi Pola Radiasi


Perhitungan Axial Ratio

Medan Listrik pada sumbu Y Emajor = 14730 v/m Medan Listrik pada sumbu X Eminor = 12130 v/m AR = Emajor / Eminor = 14730 / 12130 = 1,197



20

Hasil Realisasi Antena Mikrostrip Planar Array Dua Elemen

a) Gambar antena bagian atas

b) Gambar antena bagian bawah


Metode Pengukuran Antena Pengukuran Return Loss dan VSWR

Network Analyzer

Perangkat yang dibutuhkan : 1. Network Analyzer 2. Kabel Coaxial RG58 3. Konektor N to SMA

Antena Mikrostrip Array 22 www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Metode Pengukuran Antena Pengukuran Gain dan Pola Radiasi Spectrum Analyzer

Antena Referensi Antena Mikrostrip Array www.themegallery.com Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Signal Generator

Antena Pemancar 23

Hasil Pengukuran Returnloss dan Bandwidth

Perhitungan Bandwidth

B = 2 − 𝑓1 = 2.077 − 2.666 = 588,67 𝑀𝐻𝑧

Frekuensi (GHz)

Return Loss (dB)

2,4

-30,894

2,077

-10

2,666

-10 24


Hasil Pengukuran VSWR

Frekuensi (GHz)

VSWR

2,4

1,191 25


Hasil Pengukuran Pola Radiasi Pola radiasi phi=0o

Pola radiasi phi=90o


Hasil Pengukuran Gain Perhitungan nilai gain antena dengan menggunakan antena referensi dengan gain 7 dB, untuk menentukan gain antena digunakan persamaan :

No

Level Daya Terima Antena Referensi (Ps (dBm))

Level Daya Terima Antena yang diukur (Pt (dBm))

Rasio level Daya Antena (dB)

1

-41.37

-45.38

-4.01

2

-42.45

-49.73

-7.28

3

-48.35

-51.37

-3.02

4

-47.46

-52.24

-4.78

5

-40.23

-44.5

-4.27

6

-49.42

-45.31

4.11

Gt (Gain Antena Mikrostrip) = Gs (Gain Antena Referensi) + Pt (Daya Terima antena mikrostrip - Ps (Daya Terima antena refrensi) Dengan Gt = (Gain Antena Mikrostrip) Gs = (Gain Antena Referensi) Pt = (Daya Terima Antena Mikrostrip) Ps = (Daya Terima Antena Refrensi)

7

-50.22

-54.25

-4.03

maka

8

-51.87

-52.93

-1.06

9

-43.24

-45.26

-2.02

10

-41.02

-43.62

-2.6

Gt = 7 + (-48.459) – (-45.563) Gt = 7 + (-2.896) Gt = 4,104 dB

Rata -rata

-45.563

-48.459

-2.896


KESIMPULAN 1.

Pada simulasi didapatkan parameter-parameter untuk frekuensi 2.4GHz sebagai berikut: Return loss = -15.708 dB

Bandwidth = 34,4 MHz

VSWR

Gain

= 1,3922

= 4,413 dB

Sedangkan hasil pengukuran parameter-parameter untuk frekuensi 2.4 GHz yaitu: Return loss = -30,894 dB

Bandwidth = 588,67 MHz

VSWR

Gain

= 1,191

= 4,104 dB

2.

Pola radiasi antena mikrostrip planar array 2x2 hasil simulasi dan hasil pengukuran memiliki karakteristik direksional.

3.

Dengan tanpa melupakan keterbatasan data yang diperoleh, secara umum antenna array mikrostrip tapered peripheral slits memiliki spesifikasi dan rancangan yang memenuhi untuk digunakan pada satelit S-Band IINUSAT II atau ITS-SAT pada frekuensi 2.4 GHz


29

SARAN 1. Pengukuran hendaknya dilakukan di ruangan khusus pengukuran antena yang disebut chamber agar tidak terjadi interferensi pantulan gelombang elektromagnetik. 2. Menggunakan perangkat Network Analyzer yang memiliki presisi yang baik. 3. Pembuatan antena yang kurang bagus dan tidak teliti mengakibatkan perubahan dalam nilai paramater antena, hendaknya pembuatan antena mikrostrip dilakukan di tempat pembuatan PCB yang profesional. 4. Pemakaian konektor dan kabel koaksial yang tidak cocok juga dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Gunakan konektor dan kabel dengan impedansi yang sesuai dengan impedansi antena


30

TERIMA KASIH

BUILDING THE NATIONAL INDEPENDENCE IN SATELLITE TECHNOLOGY THROUGH STUDENT NETWORKING


PERANCANGAN DESAIN ANTENA Penentuan dimensi patch antena mikrostrip

-Panjang gelombang di ruang bebas (𝜆0 ) 3 𝑥 108 𝑚/𝑠 𝑐 = = 0.125 𝑚 = 125 𝑚𝑚 𝜆𝑜 = 𝑓𝑜 2.4 𝑥 109 𝐻𝑧

-Panjang gelombang pada dielektrik FR04 Epoxy 𝜆𝑜 0.125 𝑚 = = 0.06 𝑚 = 60 𝑚𝑚 𝜀𝑟 4.3

𝜆𝑑 =

-Lebar Patch (W) W=

𝐶 𝑥 2𝑥𝑓

2 ɛr

= 1

:

3 𝑥 108 2.4 𝑥 109

𝑥

2 4.4:1

= 0.038 m = 38 mm


PERANCANGAN DESAIN ANTENA -Panjang Patch (L) L=

𝐶 2 𝑥 𝑓 𝑥 ɛreff

− 2 𝑥 ∆L =

3 𝑥 108 − 2 𝑥 2.4 𝑥 109 𝑥 4.085

2 𝑥 0.7388

= 29.42 mm

dengan : ɛreff =

ɛr 1 : 2

+

ɛr 1 ; 2

𝑥 (1 +

12 𝑥 ℎ ;0.5 ) 𝑊

=

4.4 1 : 2

+

4.4 1 ; 2

𝑥 (1 +

12 𝑥 1.6 ;0.5 ) 38

= 2.7 + 1.385 = 4.085

∆L = 0.412 x h x 0.7388 mm

𝑊 0 258 𝑥 ℎ 0 264 : . ( : . ) 𝑊 ɛreff 0 258 𝑥( ℎ :0.813) ; .

ɛreff

= 0.412 x 1.6 x

38 0 258 𝑥 1.6 0 264 : . ( : . ) 38 4.085 0 258 𝑥(1.6:0.813) ; .

4.085

=

Maka dari hasil perhitungan dimensi Patch pada frekuensi 2,4 GHz adalah W = 38 mm, dan L= 29.42 mm Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Perancangan Dimensi Slot

Panjang slot = 0.1477 x λd = 0.1477 x 60 = 8.788 mm Lebar slot = 0.0164 x λd = 0.0164 x 60 = 0.975 mm Ketebalan feed subtrat = 0.0169 x λd = 0.0169 x 60 = 1 mm


Perancangan Dimensi Saluran Pencatu Dimensi Saluran Pencatu 50Ω -Panjang Saluran Pencatu Panjang saluran pencatu 0.739 x λd = 0.739 x 60 = 43.97 mm Panjang saluran pencatu (offset) 0.211 x λd = 0.211 x 60 = 12.554 mm

-Lebar Saluran Pencatu 𝑊𝑧 =

4.3 − 1 0.61 2𝑥0.0016 5,711 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥5,711 − 1 + 𝑙𝑛 5,711 − 1 + 0.39 − 𝜋 2𝑥 4.3 4.3 = 3.11 𝑚𝑚

Dengan 𝐵 =

60𝜋2 𝑍0 𝜀𝑟

=

60𝜋2 50 4.3

= 5,711


Perancangan Dimensi Saluran Pencatu Dimensi Saluran Pencatu 70,7Ω -Panjang Saluran Pencatu 𝑙=

𝜆𝑜 𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 𝑥 4

125 𝑚𝑚

=

3.11 𝑥 4

= 17.7 𝑚𝑚

-Lebar Saluran Pencatu 𝑊𝑧 =

2𝑥0.0016 4.3 − 1 0.61 4.039 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥4.039 − 1 + 𝑙𝑛 4.039 − 1 + 0.39 − = 1.63 𝑚𝑚 𝜋 2𝑥 4.3 4.3 2

Dengan 𝐵 = 𝑍60𝜋𝜀 0

𝑟

=

60𝜋2 50 4.3

= 5,711


Polarisasi saat LHCP

Polarisasi saat RHCP


Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano

Recommend Documents