Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
IMPLEMENTASI METODE ANFIS-MINKOWSKI UNTUK IDENTIFIKASI BIOMETRIK IRIS MATA MENGGUNAKAN IMAGE PROCESSING Ruth Astari Anindita1), Onny Setyawati2), Rahmadwati3) Program Studi Teknik Elektro, Magister Teknik Elektro, Universitas Brawijaya Jl Veteran, Malang E-mail:
[email protected]),
[email protected]),
[email protected])
1), 2), 3)
ABSTRAK Dalam penerapan komunikasi nirkabel, peran antena sangat diperlukan karena antena berfungsi sebagai sarana untuk mengirimkan dan menerima gelombang elektromagnetik yang di dalamnya terkandung sinyal informasi yang dibutuhkan. Perkembangan terkini dari komunikasi nirkabel membutuhkan karakteristik antena yang mempunyai bentuk relatif kecil, massa yang ringan dan mudah untuk difabrikasi. Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena dengan karakteristik yang tepat akan kebutuhan tersebut. Namun antena mikrostrip memiliki kekurangan yaitu bandwidth yang sempit, efisiensi yang rendah, gain yang rendah, memiliki rugi hambatan, dan memiliki daya yang rendah. Untuk mengatasi kekurangan antena mikrostrip dapat dilakukan dengan cara menggunakan slot pada patch antena. Teknik penggunaan slot pada patch antena sering menggunakan bentuk huruf abjad. Teknik penggunaan slot dengan bentuk huruf abjad tersebut masih memiliki beberapa kekurangan antara lain, frekuensi yang dihasilkan bergeser dari frekuensi yang ditetapkan dalam perancangan, yaitu sebesar 2,4 GHz dan nilai gain yang dihasilkan juga masih berada dibawah nilai 3 dB. Dari beberapa kekurangan tersebut, maka diajukanlah suatu rancangan antena mikrostrip dengan penggunaan slot berbentuk E. Adapun alasan penggunaan slot berbentuk E karena bentuk E memiliki performa yang optimal dengan bandwidth yang tinggi, gain yang tinggi, dan return loss yang rendah dibanding dengan bentuk huruf abjad yang lain. Selain itu, bentuk E juga relatif sederhana dalam hal analisis geometri sehingga dapat dengan mudah diaplikasikan dalam perancangan dan pembuatan antena mikrostrip. Pada penelitian ini, akan digunakan metode Transmission Line dengan bantuan software simulasi CST Studio Suite Student Version. Hasil simulasi yang dilakukan menunjukkan nilai S11 sebesar -32,131 dB, VSWR sebesar 1,0507, dan gain sebesar 5,858 dB.
Kata kunci : Antenna, E-slot, Mikrostrip, Transmission Line . ABSTRACT In WLAN application, role of antenna is very necessary as a medium to transmit and receive electromagnetic waves containing information signals. Development of WLAN requires low profile, light weight, and easy-to-fabricated antenna, such as microstrip antenna. The disadvantages of microstrip antenna are narrow bandwidth, low efficiency, low gain, and low power. One of the techniques can be used to overcome the disadvantages of microstrip antenna, is using the slot on patch antenna. Slot on patch antenna often uses alphabetical form. Slot on patch antenna still has disadvantages, such as frequency shifting around 2.4 GHz and the gain which is still below 3 dB. To overcome these disadvantages, authors propose E-slot microstrip antenna since E-slot has an optimal performance with low return-loss, low VSWR, and high gain compared to other alphabetical forms. In addition, E-slot is also simple in analysis of geometry. In this paper, Method of Transmission Line using CST Studio Suite Student Version Software is used. The results of simulation show value of S11, VSWR, and gain are 32.131, 1.0507, and 5.858 dB, respectively.
Keywords : Antenna, E-slot, Microstrip, Transmission Line
29 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
1.
2017
PENDAHULUAN Manusia itu Bidang teknologi telekomunikasi mengalami perkembangan yang sangat pesat
seiring dengan perkembangan jaman dan kebutuhan manusia. Teknologi telekomunikasi kini tidak lagi mengenal jarak dan waktu, bahkan teknologi telekomunikasi jarak jauh pun dapat dilakukan secara real time baik untuk transmisi data, suara, gambar, maupun video [1]. Perkembangan teknologi telekomunikasi yang berkembang saat ini adalah komunikasi nirkabel yang dapat mendukung terselenggaranya sistem telekomunikasi secara global. Salah satu contoh aplikasi dari komunikasi nirkabel adalah WLAN (Wireless Local Area Network). WLAN merupakan teknologi telekomunikasi yang tidak menggunakan kabel sebagai media transmisi [2]. WLAN menggunakan frekuensi radio untuk mengirimkan dan menerima data sehingga mengurangi kebutuhan dan ketergantungan penggunaan kabel sebagai media transmisi [1]. Jika dibandingkan dengan Wired Local Area Network yang menggunakan kabel sebagai media transmisi, teknologi WLAN ini memiliki mobilitas yang tinggi dan tidak bergantung pada suatu tempat serta lebih mudah dalam hal instalasinya sehingga praktis dan efisien dalam penggunaannya. Dalam penerapan komunikasi nirkabel, peran antena sangat diperlukan [3] karena antena berfungsi sebagai sarana untuk mengirimkan dan menerima gelombang elektromagnetik yang di dalamnya terkandung sinyal informasi yang dibutuhkan [4]. Perkembangan terkini dari komunikasi nirkabel membutuhkan karakteristik antena yang mempunyai bentuk relatif kecil, massa yang ringan dan mudah untuk difabrikasi [5]. Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena dengan karakteristik yang tepat akan kebutuhan tersebut. Antena mikrostrip dibuat diatas bahan substrat tertentu dengan elemen peradiasi yang terletak di salah satu sisi substrat, sedangkan sisi yang lain adalah lapisan konduktor yang berfungsi sebagai bidang pentanahan (ground plane) [6]. Antena mikrostrip bekerja pada alokasi frekuensi UHF (300 MHz – 3 GHz) sampai dengan XBand (5,2 GHz – 10,9 GHz) [7] sehingga antena mikrostrip dapat digunakan untuk komunikasi wireless [8]. Adapun kelebihan antena mikrostrip yaitu memiliki bobot yang ringan, ukuran yang kecil, mudah dan murah untuk difabrikasi, struktur yang fleksibel karena mudah dibentuk sesuai dengan perangkat utamanya, dan dapat dengan mudah terintegrasi dengan Microwave Integrated Circuits (MIC) maupun Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) [9]. Disamping kelebihannya, antena mikrostrip juga memilki kekurangan yaitu bandwidth yang sempit, efisiensi yang rendah, gain yang rendah, memiliki rugi hambatan, dan memiliki daya yang rendah [10]. Untuk mengatasi kekurangan dari antena mikrostrip, terdapat berbagai macam teknik yang dapat digunakan, antara lain : mengubah substrat yang digunakan sehingga nilai dielektriknya berubah, mengubah ketebalan substrat, mengubah bentuk patch, menggunakan konfigurasi array dan menggunakan slot pada patch antena. Di antara berbagai macam teknik yang digunakan untuk mengatasi kekurangan antena mikrostrip dan meningkatkan nilai parameter, teknik penggunaan slot pada patch antena cenderung untuk digunakan karena dapat meningkatkan nilai bandwidth, gain, dan return loss [11]. Teknik penggunaan slot pada patch antena sering menggunakan bentuk huruf abjad, seperti C [12], E [13], F [14], H [15], L [16], T [17], U [18]. Teknik penggunaan slot dengan bentuk huruf abjad tersebut masih memiliki beberapa kekurangan antara lain, frekuensi yang dihasilkan bergeser dari frekuensi yang ditetapkan dalam perancangan, yaitu sebesar 2,4 GHz. Selain itu nilai gain yang dihasilkan juga masih berada dibawah nilai 3 dB. Dari beberapa kekurangan tersebut, maka diajukanlah suatu rancangan antena mikrostrip dengan penggunaan slot berbentuk E. Adapun alasan penggunaan slot berbentuk E karena bentuk E memiliki performa yang optimal dengan bandwidth yang tinggi, gain yang tinggi, dan return loss yang rendah dibanding dengan bentuk huruf abjad yang lain [13]. Selain itu, bentuk E juga relatif sederhana dalam hal analisis geometri sehingga dapat dengan mudah diaplikasikan dalam perancangan dan pembuatan antena mikrostrip [19]. Pada perancangan dan pembuatan antena mikrostrip pada umumnya, terdapat parameterparameter yang ingin dicapai sehingga menghasilkan nilai yang optimal. Adapun parameter30 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
parameter yang ingin dicapai, yaitu frekuensi 2,4 GHz, 1 < VSWR < 2, RL < -10 dB, dan gain > 3 dB [20]. Untuk mendapatkan nilai parameter yang ingin dicapai tentunya tidak mudah karena masih terdapat beberapa hal yang mempengaruhi perubahan nilai parameter, yaitu perubahan nilai dielektrik substrat, ketebalan substrat, posisi penempatan slot pada patch, ukuran panjang dan lebar slot pada patch. Untuk membantu posisi penempatan slot yang tepat, ukuran panjang dan lebar slot yang presisi maka dibutuhkan suatu metode analisis untuk membantu mempermudah perancangan dan pembuatan antena mikrostrip E-slot. Metode analisis yang digunakan pada perancangan dan pembuatan antena mikrostrip Eslot adalah metode analisis yang didasarkan pada distribusi arus magnetik. Terdapat 3 metode analisis, yaitu metode Transmission Line, Cavity, dan Multiport Network Model (MNM) [21]. Pada penelitian ini, akan digunakan metode Transmission Line dengan bantuan software simulasi CST Studio Suite Student Version. 2.
DASAR TEORI Rancangan antena mikrostrip E-slot dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Rancangan Antena Mikrostrip E-slot Untuk menentukan dimensi antena mikrostrip E-slot, langkah pertama yang dilakukan adalah menghitung lebar patch (Wp) dengan menggunakan persamaan (1). Wp
c 2 fr
2 εr 1
(1)
Setelah nilai lebar patch (Wp) diketahui, kemudian menghitung panjang patch (Lp) dengan menggunakan persamaan (2).
Lp
c 2 fr
ε reff
2 ΔL
(2)
dimana fr= 2.4 Ghz, r adalah konstanta dielektrik, dan reff adalah konstanta dielektrik efektif. Langkah kedua yang dilakukan adalah menghitung lebar ground plane (Wg) dengan menggunakan persamaan (3). Wg 6h Wp
(3)
Setelah nilai lebar ground plane (Wg) diketahui, kemudian menghitung panjang ground plane (Lg) dengan menggunakan persamaan (4).
31 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
Lg 6h Lp
(4)
Langkah ketiga yang dilakukan adalah menghitung lebar feed line (Wf) dengan menggunakan persamaan (5).
Wf
377 Z0
h εr
(5)
Setelah nilai lebar feed line (Wf) diketahui, kemudian menghitung panjang feed line (Lf) dengan menggunakan persamaan (6). Lf
1 d 4
(6)
Gap feed line (Gf) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (7). Gf
Z0 2.ε reff
.
4.65 fr
(7)
dimana h adalah ketebalan dielektrik, Z0 adalah impedansi antena dan d adalah panjang gelombang. Dari perhitungan diatas, didapatkan hasil dimensi antena mikrostrip E-slot seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Dimension Wp Lp Wg Lg Wf Lf Gf
Tabel 1. Dimensi Antena Mikrostrip Description Lebar Patch Panjang Patch Lebar Ground Plane Panjang Ground Plane Lebar Feed Line Panjang Feed Line Gap Feed Line
Size 38.3934 29.45 47.3934 48 3.3639 13.7 0.5
3. METODOLOGI PENELITIAN Pada sub bab ini akan dijelaskan tentang variabel dan cara analisis antena mikrostrip E-slot yang di dalamnya memuat tentang metode-metode yang digunakan dalam menganalisis antena mikrostrip E-slot. Adapun metode yang digunakan dalam menganalisis antena mikrostrip E-slot adalah metode Transmission Line. Untuk lebih detail dapat dijelaskan dengan diagram alir pada Gambar 2. Dari diagram alir variabel dan cara analisis antena mikrostrip E-slot pada Gambar 1 dapat dijelaskan bahwa untuk menganalisis antena mikrostrip E-slot, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menentukan frekuensi kerja yang diinginkan, yaitu 2,4 GHz dan bahan substrat yang akan digunakan dalam pembuatan antena mikrostrip E-slot yaitu FR4 dengan konstanta dielektrik (εr) 4,5 dan ketebalan dielektrik (h) 1,6 mm. Kemudian menentukan lebar (Wg) dan panjang (Lg) groundplane, lebar (Wp) dan panjang (Lp) patch, lebar (Wf) dan panjang (Lf) feed line, serta lebar (Ws) dan panjang (Ls) slot untuk membentuk E-slot pada antena mikrostrip. Langkah selanjutnya adalah melakukan analisis dengan metode Transmission Line. Dalam melakukan analisis dengan metode Transmission Line, maka dapat dilakukan terlebih dahulu simulasi dengan menggunakan software CST Studio Suite Student Version. Apabila hasil yang didapatkan belum sesuai dengan parameter, maka dapat dilakukan optimasi. Namun apabila 32 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
hasil yang didapatkan sesuai dengan parameter, maka didapatkan grafik 1 < VSWR < 2, S11 < 10 dB, dan gain > 3 dB. Mulai
· · · · · · · ·
Masukan Frek : 2,4 GHz Bahan substrat : FR4 εr : 4,5 h : 1,6 mm
Menghitung Wg (Width Ground Plane) dan Lp (Length Ground Plane) Menghitung Wp (Width Patch) dan Lp (Length Patch) Menghitung Wf (Width Feed Line) dan Lf (Length Feed Line) Menghitung Ws (Width Slot) dan Ls (Length Slot)
Transmission Line
Simulasi dengan software CST Studio Suite Student Version
N
Simulasi sesuai parameter?
Optimasi
Y · · ·
Grafik 1 < VSWR < 2 Grafik S11 < -10 dB Grafik gain > 3 dB
Selesai
Gambar 2. Diagram Alir Variabel dan Cara Analisis Antena Mikrostrip E-slot 4. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Setelah melakukan perancangan antena mikrostrip E-slot, maka dilakukan simulasi dengan menggunakan software CST Studio Suite Student Version dan didapatkan hasil sebagai berikut : Hasil simulasi pada Gambar 3 menunjukkan nilai S11 terhadap frekuensi pada antena mikrostrip E-slot. Data hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai S11 pada frekuensi 2,4 GHz adalah -32,131273 dB (marker 1 Gambar 3). Data hasil simulasi sesuai dengan parameter yang diinginkan, karena frekuensi tepat di 2,4 GHz dan nilai S11 < -10 dB. S11 atau yang biasa 33 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
dikenal dengan return loss antena didefinisikan sebagai salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan. Untuk matching sempurna antara transmitter dan antena, maka nilai = 0 dan S11 = ~ yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika = 1 dan S11 = 0 dB maka semua daya dipantulkan.Namun kondisi seperti ini pada kenyataannya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, standar nilai S11 yang diijinkan untuk fabrikasi adalah S11< -10 dB [22]. Hasil simulasi pada Gambar 4 menunjukkan nilai VSWR terhadap frekuensi pada antena mikrostrip E-slot. Data hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz adalah 1,0507396 (marker 1 Gambar 4). Data hasil simulasi sesuai dengan parameter yang diinginkan, karena frekuensi tepat di 2,4 GHz dan nilai 1 < VSWR < 2. VSWR antena didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan maksimum dengan tegangan minimum gelombang berdiri pada saluran transmisi. Untuk matching sempurna antara transmitter dan antena, maka nilai VSWR=1, yang berarti semua sinyal keluaran transmitter dipancarkan oleh antena dan tidak ada sinyal yang dipantulkan. Namun kondisi seperti ini pada kenyataannya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, standar nilai VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi adalah 1 < VSWR < 2 [22]. Hasil simulasi pada Gambar 5 menunjukkan nilai gain terhadap frekuensi pada antena mikrostrip E-slot. Data hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai gain pada frekuensi 2,4 GHz adalah 5,858 dB. Gain antena didefinisikan sebagai perbandingan antara penguatan daya pada arah tertentu dengan penguatan daya antena referensi dalam arah acuannya. Sebuah antena dapat dikatakan bekerja dengan baik jika mempunyai nilai gain > 3dB Dengan memperhatikan karakteristik antena hasil simulasi berdasarkan parameter di atas, maka dapat disimpulkan bahwa antena mikrostrip E-slot hasil perancangan sudah memenuhi standar yang diinginkan dari sebuah antena.
Gambar 3. Hasil Simulasi S11 pada Antena Mikrostrip E-slot
Gambar 4. Hasil Simulasi VSWR pada Antena Mikrostrip E-slot 34 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
Gambar 5. Hasil Simulasi Gain pada Antena Mikrostrip E-slot. 5. Kesimpulan Berdasarkan hasil perancangan dan simulasi antena mikrostrip E-slot menunjukkan nilai S11 sebesar -32,131273 dB, VSWR sebesar 1,0507396, dan gain sebesar 5,858 dB. Dari hasil simulasi antena mikrostrip E-slot menunjukkan bahwa antena yang dirancang telah memenuhi standar yang diinginkan. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dapat dilakukan optimasi terhadap antena yang dirancang. DAFTAR PUSTAKA [1] Radack, S., & Kuhn, R. (2012). Protecting Wireless Local Area Networks. IT Professional, 59–61. [2]
Hu, X. (2012). Study on Wireless Local Area Network Technology, 609–612.
[3]
Pathak, H. (2011). UWB Reconfigurable Microstrip Antenna for Wireless Sensor Networks Applications. 2011 International Conference on Communication Systems and Network Technologies, 246–249.
[4]
Posma, Siska Novita, M. Yanuar Hariyawan, & Ardiyan Khabzli.(2011). Rancang Bangun Antena Microstrip 900 MHz. SNTIKI.
[5]
Phan, D.-T., & Chung, G.-S. (2009). Design and Optimization of Reconfigurable InsetFed Microstrip Patch Antennas with High Gain for Wireless Sensor Networks. 2009 IEEE-RIVF International Conference on Computing and Communication Technologies, (2), 1–4.
[6]
Kakaria, Priyanka, & Rajesh Nema. (2014). Review and Survey of Compact and Broadband Microstrip Patch Antenna.IFIP International Conference on Wireless and Optical Communications Networks.
[7]
Stutzman, W., & Davis, B. (2006). Antennas for Wireless Communications – Basic Principles and System Applications.
[8]
Kumar Deb, P., Moyra, T., & Bhowmik, P. (2015). Dual Band Multilayer E-Shape 35 | N E R O
Jurnal Ilmiah NERO Vol. 3, No.1
2017
Microstrip Patch Antenna for C-Band and X-Band. 2nd International Conference on Signal Processing and Integrated Networks, SPIN 2015, 30–34. [9]
Lin, C. C., L. C. Kuo and H. R. Chuang. (2009) A Horizontally Polarized Omnidirectional Printed Antenna For Wlan Applications.2009 IEEE-RIVF International Conference on Computing and Communication Technologies, (2), 1–4.
[10]
Gupta, A. (2012). Design and Fabrication of Dual and Triple Band Microstrip Patch Antenas Using Proximity Coupling for Wireless Applications.Thesis Master of Engineering, Electronics and Communication Engineering Department, Thapar University: Unpublished.
[11]
Verma, M. K., Verma, S., & Dhubkarya, D. C. (2009). Analysis and Designing of EShape Microstrip Patch Antenna for the Wireless Communication Systems, 0(4), 324– 327.
[12]
Tlili, B. (2009). Design of C-Slot Microstrip Patch Antenna for Wimax Application. Loughborough Antennas and Propagation Conference, LAPC 2009 - Conference Proceedings, (November), 521–524.
[13]
Chitra, R. J., Jeyanthi, K., & Nagarajan, V. (2013). Design of E-Slot Rectangular Microstrip Slot Antenna for Wimax Application. International Conference on Communication and Signal Processing, ICCSP 2013 - Proceedings, 1048–1052.
[14]
Panusa, S. (2014a). Triple-Band H-Slot Microstrip Patch Antenna for WiMAX Application. University College of Engineering, 334–337..
[15]
Panusa,S. (2014b). Triple-Band inverted F-Slot Microstrip Patch Antenna for WiMAX Application. University College of Engineering, 4–6.
[16]
Yadav, D. (2011). L- Slotted Rectangular Microstrip Patch Antenna. 2011 International Conference on Communication Systems and Network Technologies, 220–223.
[17]
Mishra, R., Muchhal, N., & Mishra, R. S. (2014). Multiple T-Slot Compact And Ultra Wide Band Microstrip Patch Antenna For Wimax Applications. 2014 IEEE Students’ Conference on Electrical, Electronics and Computer Science, SCEECS 2014, 1–6.
[18]
Kaur, A., & Khanna, R. (2013). Dual and Triple Band U-Slot Microstrip Patch Antenna for WLAN Applications, 2(5), 7–9.
[19]
Elangovan, G. and J. Rajapaul Perinbam. (2014). Wideband E-slot Microstrip Antenna For Wireless Sensor Network. 2014 IEEE Students’ Conference on Electrical, Electronics and Computer Science, SCEECS 2014, 1–6.
[20]
Balanis A. Constantine. (2005). Antena Theory Analysis and Design. 3rd edition, John Willey and Sons.
[21]
Kumar, A., & Chadha, P. R. (2013). U-Shaped Multiband Microstrip Patch Antenna for Wireless Communication System and Parametric Variational Analysis. IFIP International Conference on Wireless and Optical Communications Networks, WOCN, 3–6.
[22]
Astari, R., Setyawati, O., & Rahmadwati. (2016). Design of E-slot Microstrip Antenna for WLAN 2,4 GHz. Submitted to Jurnal Teknologi. UTM.
36 | N E R O
