FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA MIKROSTRIP OMNI DIRECTIONAL BERSTRUKTUR LARIK GAP FOLDED DIPOLE Yulia Dyah R1), Yono Hadi P2) Jurusan Fisika Fakultas Metematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Telp: (031)-5943351, Fax: (031)-594331 E-mail:
[email protected]),
[email protected]) Abstrak Telah dilakukan fabrikasi dan karakterisasi Antena mikrostrip omni directional berstruktur larik gap folded dipole. Parameter-parameter fisis yang dikarakterisasi meliputi VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), Return Loss, Impedansi, Gain, Bandwitdh, dan pola radiasi. Substrat yang digunakan pada penelitian ini adalah FR4 dengan permitivitas relatif r 4,3. Kedua antena yang difabrikasi memiliki pola radiasi radial ke segala arah dengan gain 12,14 dB. Panjang stripline berpengaruh pada kondisi match impedance antara antena dengan konektor, sehingga memiliki VSWR 1,17 dengan return loss 16,029 dB, dan VSWR 1,14 dengan return loss -21,48 dB. Panjang dipole λ/8 menghasilkan dua frekuensi resonansi pada frekuensi kerja 2,073 GHz dan 2,35 GHz, sedangkan panjang dipole λ/4 menghasilkan sebuah frekuensi resonansi pada frekuensi kerja 2,35 GHz. Kata kunci : Return Loss, VSWR, dipole, frekuensi resonansi, antena Omni directional
1. PENDAHULUAN Antena mikrostip dipole atau folded dipole digunakan untuk memancarkan atau menerima gelombang EM dalam dua arah. Dipole juga dapat dipakai untuk tujuan satu arah saja, dengan syarat memberikan reflektor pada salah satu sisi yang sejajar dengan arah panjang dipolenya. Selama ini struktur geometri antena mikrostrip omni umumnya berupa larik helix, step dan biconical. Riset akhir-akhir ini banyak tertarik dengan pemanfaatan dipole sebagai antena omni dengan cara mengatur jumalah lariknya. Pengaturan jumlah larik digunakan karena sebuah dipole mempunyai pola donut, sehingga menambah jumlah larik berarti akan merubah pola donut menjadi omni. Penelitian ini mencoba menganalisa 2 antena mikrostrip yang berbeda panjang dipole( dan ) 4 8 dan lebar striplinenya, dimana masing-
masing berisi 4 larik dipole. Penelitian diharapkan dapat mengetahui sifat panjang dipole pengaruhnya terhadap jumlah frekuensi resonansi, dan lebar stripline pengaruhnya terhadap VSWR. 2. LANDASAN TEORI 2.1 ANTENA MIKROSTRIP Antena mikrostrip adalah suatu antena yang terbuat dari strip (patch) logam yang sangat tipis (t << λ0 , dengan λ0 panjang gelombang di ruang hampa) yang diletakkan pada jarak pecahan kecil panjang gelombang (h << λ0 yang pada umumnya adalah 0,003 λ0 ≤ h ≤ 0,005 λ0) di atas ground plane. Mikrostrip sendiri adalah lapisan konduktor tipis yang dipisahkan oleh udara atau dielektrik dengan konstanta dielektrik biasanya dalam rentang 2,2 ≤ εr ≤ 12 yang
berfungsi untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena mikrostrip meradiasikan gelombang elektromagnetik disebabkan karena terjadinya pass through medan listrik di sepanjang tepi antena. Medan ini akibat dari ketidakkontinyuan saluran yang memberikan efek radiasi. Setiap struktur desain dari antena mikrostrip memiliki kemampuan yang berbeda dalam merespon gelombang elektromagnetik yang selanjutnya berakibat pada frekuensi yang diterima. Keunggulan antena mikrostrip terutama kompatibel dengan desain MMIC (Monolitic Microwave Integrated Circuit ). Kekompakan dan ketahanannya yang ekstrim (ruggedness) meluaskan pemanfaatannya pada aeroscape dan komunikasi satelit [8]. 2.2 ANTENA OMNI DIRECTIONAL Pada gambar 1 ditunjukkan suatu radiasi dari antena dipole yang dikonsentrasikan ke dalam suatu daerah yang terlihat seperti donut, dengan posisi antena dipole yang vertikal yang disebut dengan “hole” dari “donut”. Sinyal dari suatu antena omni directional radiasinya 360 derajat. Penguatan tertinggi, terlihat saat tekanan berada di puncak bagian donut[12].
Gambar 1 Antena Donat Dipole Radiasi dari antena dipole sama-sama dalam semua arah di setiap sumbu axis-nya, tetapi
radiasinya tidak terlalu panjang dari kawatnya sendiri. Gambar bagian samping dari radiator antena dipole seperti gelombang radiasi pada gambar 2.3. Gambar ini juga mengilustrasikan bentuk antena dipole ”gambar 8” dalam bentuk-bentuk radiasinya jika digambarkan dari samping seperti antena yang tegak lurus. Antena omni directional umumnya digunakan untuk desain point-tomultipoint dengan menggunakan topologi star [12]. 2.3 VSWR Voltage Standing wave ratio merupakan ukuran ketidakcocokan antara impedansi beban antena dan impedansi pada saluran transmisi. Standing wave dapat terjadi jika ada dua gelombang yang erlawan menjalar pada medium yang sama. Hal ini direpresentasikan dangan besaran VSWR antara 1 sampai tak berhingga. SWR
Vmax I max Vmin I min
(1)
Hubungan VSWR dengan koefisien pantul (ρ), dapat dinyatakan sebagai berikut: 1 ρ (2) VSWR 1 ρ
Dengan ρ: koefisien refleksi [4]. 2.4 Panjang Gelombang Antena Sebagaimana perambatan gelombang, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik diperoleh dari perkalian frekuensi dan panjang gelombang. Kecepatan rambat gelombang di ruang hampa f λo, sedangkan didalam mikrostrip adalah kecepatan vp = f 𝝀g. Permitivitas efektif mikrostrip dapat dituliskan dengan persamaan : eff (o / g ) 2 (3) Atau 0 (4) g eff
Dengan 𝝀o = panjang gelombang elektromagnetik dalam Mikrostrip. 𝝀g = panjang gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa[8]. 3. METODOLOGI 3.1 Desain
PCB yang dipilih double side karena memiliki keuntungan yang lebih praktis. Fabrikasi dilakukan dengan metode etching dengan larutan Fe(ClO2)3 (Ferric Chloride)[7]. Setelah gambar antena dicetak pada PCB. Antena juga dihubungkan dengan konektor 50 Ω. Bentuk fisik antena yang sudah difabrikasi dapat dilihat pada Gambar 3.
Pada penelitian ini hal pertama yang dilakukan adalah mendesain antena omni directional dengan pengukuran yang telah dilakukan.
Gambar 3 (a) Antena tampak depan dan (b) Antena tampak belakang 4.
HASIL
Fabrikasi dan pengukuran yang telah dilakukan memberikan hasil bahwa untuk antena mikrostrip omnidirectional berstruktur larik gap folded dipole yang bekerja pada frekuensi 2.35 GHz mempunyai pola radiasi sebagai berikut: Gambar 2 Desain antena L1 = 70 mm, L2 = 50 mm, L3 = 120 mm, L4 = 70 mm, L5 = 50 mm, L6 = 560mm L7 = 200mm, L8 = 720mm. 3.2 Fabrikasi antenna Peralatan yang digunakan pada fabrikasi dan pengujian antena adalah PCB (Printed Circuit Board) dengan substrat fiber tebal 1 mm dengan nilai εr sebesar 4.3 [2], dan Network Analyzer Anritzu MS 8604A.
vertikal Horisontals
Gambar 4 Pola Radiasi Horisontal dan Vertikal
Adapun hubungan antara frekuensi dengan SWR dari hasil pengukuran dapat dilihat pada gambar 5.
6. DAFTAR PUSTAKA [1] Alaydrus,M. Antena dan Propagasi.
[2] Balanis, C. A. 1997. Antenna Theory Analysis and Desaign.Second Edition.John Willey and Sons Publisher:New York. [3] Edwards, T. 1998. Foundation for Microwae Circuit Design, Second Edition, John Wiley & Sons: Inc.
Gambar 5 Grafik hubungan frekuensi dengan SWR
5. KESIMPULAN Dari proses desain dan fabrikasi antena mikrostrip omni directional berstruktur larik gap folded dipole dengan menggunakan PCB FR4 double layer dengan permitivitas relative r = 4,3 didapatkan kesimpulan sebagai berikut: Telah berhasil difabrikasi dan dikarakterisasi 2 antena mikrostrip omni directional berstruktur larik gap folded dipole. Panjang stripline berpengaruh pada kondisi match impedance antara antena dengan konektor,panjang dipole λ/4 memiliki VSWR lebih kecil daripada λ/8, λ/8 menghasilkan 2 frekuensi resonansi sedangkan pada λ/4 menghasilkan 1 frekuensi resonansi. Hasil karakteristik pada antena 1dengan stripline lurus dengan lebar setiap step sama didapatkan return loss -16,029 dB, VSWR 1,17, impedansi 45,29Ω, bandwidth 50 MHz.Pada antena 2 dengan struktur stripline bertingkat dengan lebar setiap step sama, return loss -21,48 dB, VSWR 1,14, impedansi 58,13Ω, bandwidth 65 MHz, dengan pola radiasi radial ke segala arah
[4] Firdaus, Rohim A.2011. Antena Panel dengan Struktur 4 Mikrostrip Patch pada Frekuensi Kerja 2,4 GHz. Program Magister Bidang Keahlian Optoelektronika Jurusan Fisika, FMIPAITS: Surabaya. [5]Hund,E.1989.Microwave Communication, Component McGraw-Hill: New York.
Circuit.
[6] Khasanah,Uswatun.2009. Fabrikasi dan Karakterisasi Dipole Biquad Antena untuk Komunikasi WiFi. Jurusan Fisika, FMIPA-ITS: Surabaya. [7] Kraus,J.D.1985. Electromagnetics. Third edition, McGraw-Hill, International Book Company: New York. [8] Masduki,K.2009.Desain, Fabrikasi dan Karakterisasi Antena Mikrostrip Biquad dengan CPW(Coplanar Waveguide) pada Frekuensi Kerja 2,4Ghz. Program Magister Bidang Keahlian Optoelektronika Jurusan Fisika, FMIPAITS: Surabaya. [9] Nur,Adi.S.2006.“Buku Petunjuk Pengukuran Pola Radiasi Antena”.PENSITS:Surabaya.
[10] Naqiah,Hawaun.2009.Fabrikasi dan karakterisasi Antena Mikrostrip Loopline untuk Komunikasi Wireless Local Area Network(WLAN).Program Magister Bidang Keahlian Optoelektronika Jurusan Fisika FMIPA-ITS:Surabaya. [11] [11]Risfaula,Erna.2011.Antena Mikrostrip Panel Berisi 5 LarikDipole dengan Feedline Koaksial Waveguide untuk Komunikasi 2,4 GHz. Program Keahlian Optoelektronika Jurusan fisika FMIPA-ITS: Surabaya. [12] Wikipedia.2006. Antena (Radio). http://en.wikipedia.org. [13] [13]Wowok, 2008. Antena Wireless Untuk Rakyat.Andi Offset:Surabaya. [14]Yono Hadi Pramono dkk, 2002. Analisa Respon Frekuensi Antena Mikrostrip. Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya. ITS, Surabaya.
