Pengaturan Impedansi Input pada Antena UWB

Pengaturan Impedansi Input pada Antena UWB untuk Aplikasi SFCW-GPR Asep Sudrajat – 13204213 Program Studi Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung Abstrak – Antena biasanya diletakkan sangat dekat dengan permukaan tanah. Oleh karena itu, karakteristik antena sangat dipengaruhi oleh jenis tanah. Antena dengan karakteristik yang stabil dibutuhkan untuk memperoleh hasil deteksi yang baik. Impedansi input antena juga berubah-ubah sesuai dengan perubahan jenis tanah. Variasi impedansi input ini merupakan suatu masalah yang harus diatasi karena hal ini menyulitkan dalam menjaga kondisi matching pada terminal antena. Oleh karena itu, suatu metode yang dapat mengatasi variasi impedansi input tersebut sangat dibutuhkan sehingga kondisi matching dapat dicapai untuk setiap jenis tanah yang berbeda. Metode yang diajukan untuk mengatur impedansi input antena adalah pengaturan pembebanan resistif. Dengan mengubah-ubah besarnya hambatan yang digunakan, impedansi input antena dapat diatur sehingga kondisi matching dapat diperoleh untuk setiap jenis tanah yang berbeda. Pada penelitian ini dilakukan evaluasi terhadap kinerja pengaturan impedansi input antena dengan melakukan perubahan pembebanan resistif. Kata Kunci – Ground penetrating radar, impedansi input, kondisi matching, return loss, pembebanan resistif

yang harus diatasi. Karena hal ini akan menyulitkan dalam menjaga kondisi matching pada terminal antena. Oleh karena itu, diperlukan suatu metode untuk mengatur besarnya impedansi input antena sehingga kondisi matching pada terminal antena dapat dipenuhi untuk berbagai macam kondisi tanah yang berbeda. Pengaturan pembebanan resistif pada ujung antena strip monopol dapat digunakan untuk mengatur impedansi input antena. Pada penelitian ini, dilakukan evaluasi metode pengaturan impedansi input antena dengan pengaturan pembebanan resistif untuk memperoleh kinerja antena GPR yang optimal pada berbagai jenis tanah dengan sifat elektromagnetis yang berbeda. Pengaruh perubahan pembebanan resistif terhadap kondisi matching untuk beberapa sampel tanah diinvestigasi menggunakan simulasi komputer. Kemudian antena direalisasikan dan dilakukan pengukuran di lapangan dengan menggunakan beberapa sampel tanah dengan sifat-sifat elektromagnetis yang berbeda. II. DESAIN ANTENA

I.

PENDAHULUAN

Antena adalah salah satu bagian terpenting dari Ground Penetrating Radar (GPR). Untuk antena GPR, ada beberapa aspek yang harus diperhatikan. Pertama, antena GPR harus dapat melakukan transmisi dalam ultra-wide bandwidth. Kedua, antena GPR biasanya beroperasi dekat permukaan tanah sehingga antena harus mentransmisikan medan elektromagnetik melalui interface udara-tanah secara efektif. Ketiga, parameter medan jauh tidak dianggap sebagai isu penting karena target biasanya berada pada dekat dengan antena atau pada zona intermediate antena. Aspek-aspek di atas membatasi pilihan jenis antena yang sesuai untuk GPR. Kemampuan antena dipengaruhi oleh keberadaan tanah di sekitar antena. Untuk antena GPR, keadaannya menjadi lebih sulit karena antena GPR biasanya diletakkan pada jarak yang dekat dengan tanah. Karena karakteristik elektrik (konstanta dielektrik dan konduktivitas) dari berbagai macam jenis tanah berbeda-beda, masalah yang dihadapi adalah bagaimana merancang antena yang memiliki karakteristik yang stabil pada berbagai macam jenis tanah. Misalnya, antena yang dirancang untuk dapat bekerja secara optimal pada pasir dapat menurun kemampuannya ketika dioperasikan di atas tanah liat, demikian pula sebaliknnya. Oleh karena itu, pada praktiknya diperlukan suatu antena yang adaptif terhadap semua jenis tanah yang dapat diatur untuk memperoleh kinerja yang optimal. Antena dengan karakteristik yang stabil diperlukan untuk memperoleh hasil deteksi yang baik. Impedansi input antena dapat berubah-ubah sesuai dengan perubahan jenis tanah. Perubahan impedansi input antena ini merupakan masalah

Untuk dapat digunakan pada aplikasi SFCW-GPR, antena yang diusulkan harus memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut. - Antena harus memiliki bandwidth yang sangat lebar (ultra wideband) yakni pada rentang frekuensi 100 MHz – 1 GHz. - Pada rentang frekuensi 100 MHz – 1 GHz antena harus memiliki parameter VSWR < 2 atau return loss < -10 dB. - Kondisi matching antena harus dapat dipertahankan pada setiap jenis tanah dengan sifat elektromagnetis yang berbeda. Bandwidth antena yang harus dipenuhi harus memiliki rentang frekuensi antara 100 MHz – 1 GHz. Hal ini dikarenakan sinyal yang akan digunakan adalah pulsa monocycle 4 ns. Jika sinyal ini ditransformasikan ke dalam domain frekuensi, sinyal ini akan memiliki rentang frekuensi dari 100 MHz – 1 GHz. Pulsa monocycle 4 ns merupakan pulsa yang optimal yang dapat disintesis oleh sistem SFCWGPR dengan rentang frekuensi 100 MHz – 1 GHz [6]. Oleh karena itu, pada rentang frekuensi tersebut antena harus memiliki nilai VSWR lebih kecil dari 2 agar sinyal monocycle dapat ditransmisikan dengan sempurna. Bandwidth antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana nilai VSWR < 2. Hal ini setara dengan nilai return loss < -10 dB. Nilai VSWR < 2 dianggap cukup memadai untuk sistem SFCW-GPR yang digunakan dimana daya yang dipantulkan kurang dari 10 %. Antena GPR akan digunakan pada jarak yang sangat dekat dengan tanah. Hal ini menyebabkan parameter antena akan dipengaruhi oleh sifat-sifat elektromagnetis tanah yang

meliputi antena. Salah satu parameter antena yang dipengaruhi oleh sifat-sifat elektromagnetis tanah yang melingkupi antena adalah impedansi input antena. Agar kondisi matching antena tetap dipertahankan, impedansi input antena harus selalu sesuai dengan impedansi karakterisik saluran transmisi. Oleh karena itu, diperlukan suatu mekanisme yang dapat mempertahankan kondisi matching antena untuk setiap jenis tanah yang berbeda. Antena yang diusulkan pada tugas akhir ini memiliki gambaran fisik seperti ditunjukkan pada gambar 1. Antena ini merupakan antena strip monopol yang pada bagian ujung patch-nya dihubungkan ke suatu resistor dengan nilai hambatan tertentu yang sesuai. Pada antena ini digunakan beberapa resistor yang dapat di-switch penggunaanya. Resistor ini digunakan untuk mempertahankan kondisi matching antena pada berbagai kondisi tanah yang berbeda. Pendimensian antena dilakukan dengan metode trial and error berdasarkan kecendrungan perubahan nilai parameter antena terhadap perubahan dimensi antena sehingga diperoleh dimensi antena yang optimal. Parameter yang dilihat untuk pendimensian antena di sini adalah parameter S11. Berdasarkan hasil simulasi diperoleh dimensi optimal antena seperti pada gambar 1. Antena diprint pada board dengan ukuran 188 x 60 mm2 dengan bahan dilektrik FR-4. Tebal dielektrik yang digunakan sebesar 0.8 mm.

disimpulkan bahwa impedansi input antena sangat dipengaruhi oleh besarnya pembebanan resistif dan frekuensi yang digunakan. Pengaturan pembebanan resistif dapat diimplementasikan untuk mengatur impedansi input antena sehingga diperoleh kondisi matching pada berbagai kondisi tanah yang berbeda.

Gambar 2 Pengaruh pembebanan resistif terhadap impedansi input antena

Gambar 1 Dimensi antena UWB GPR

Penambahan resistor pada bagian ujung antena digunakan untuk memperoleh bandwidth antena yang lebar. Slot pada bagian ground plane digunakan untuk memperbaiki parameter scattering antena pada frekuensi rendah. Slot berfungsi sebagai resonator pada frekuensi yang lebih rendah [6] III. SIMULASI ANTENA Pada bagian ini, disajikan data parameter antena untuk beberapa nilai hambatan yang berbeda. Pengaruh perubahan pembebanan resistif terhadap parameter antena ditunjukkan pada gambar 2 dan gambar 3. Pembebanan resistif pada kedua ujung antena diubah-ubah pada rentang 30 ohm sampai 80 ohm. Hasil simulasi untuk impedansi input antena diplot menghasilkan grafik seperti pada gambar 2. Simulasi dilakukan dengan asumsi bahwa antena diletakkan pada kondisi freespace. Pada gambar 2 tampak bahwa perubahan pembebanan resistif pada bagian ujung antena strip monopol menyebabkan impedansi input antena juga berubah. Impedansi input antena merupakan fungsi dari frekuensi dan nilainya flukutatif. Pada range frekuensi tertentu semakin besar nilai pembebanan resistif menyebabkan impedansi input juga semakin besar. Selain itu, terdapat pula range frekuensi di mana peningkatan nilai pembebanan resistif menyebabkan impedansi input antena menurun. Hal ini dapat terlihat baik pada impedansi real maupun impedansi imajiner antena. Jadi, dapat

Gambar 3 Pengaruh pembebanan resistif terhadap parameter S11 antena

Gambar 3 menunjukkan kurva parameter S11 sebagai fungsi frekuensi untuk beberapa nilai hambatan yang berbeda. Perubahan pembebanan resistif memberikan pengaruh terhadap kondisi matching antena terhadap saluran transmisi. Hal dapat dilihat dari parameter S11 yang diperoleh. Parameter S11 menunjukkan kondisi matching antara antena dengan saluran transmisi. Parameter S11 pada gambar di atas menunjukkan return loss antena. Semakin kecil return loss berarti semakin sedikit daya yang dipantulkan kembali. Hal ini menunjukkan kondisi matching yang semakin baik pada teminal antena. Berdasarkan gambar 3, return loss antena secara umum mengalami penurunan pada rentang hambatan 30 ohm sampai 50 ohm dan mengalami peningkatan pada rentang hambatan 50 ohm sampai 80 ohm. Pada kondisi freespace nilai pembebanan resistif yang memberikan kondisi matching yang optimal sebesar 50 ohm. Berdasarkan hasil ini dapat disimpulkan bahwa nilai pembebanan resistif berpengaruh terhadap besarnya impedansi input antena dan kondisi matching antena. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk mengkompensasi pengaruh jenis tanah terhadap karakteristik antena sehingga kondisi matching dapat dipertahankan untuk jenis tanah yang berbeda-beda. Antena GPR harus memiliki kemampuan adaptif terhadap jenis tanah. Kemampuan adaptif ini salah satunya yaitu

kemampuan antena untuk mempertahankan kondisi matching pada berbagai jenis tanah yang memiliki sifat elektromagnetis yang berbeda. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan pengaturan impedansi input antena. Pengaturan impedansi input antena dilakukan dengan melakukan perubahan pembebanan resistif pada bagian ujung antena strip monopol. Antena yang diusulkan akan menggunakan beberapa resistor dengan nilai hambatan yang berbeda dan dapat di-switch penggunaannya sesuai dengan kebutuhan dan jenis tanah pada medan pengukuran. Pada bagian ini akan disimulasikan pengaruh berbagai jenis tanah terhadap kinerja antena GPR yang diusulkan. Berikut ini merupakan data sifat elektromagnetis tanah yang disimulasikan. TABEL 1 DATA SIFAT ELEKTROMAGNETIS TANAH Jenis Tanah Pasir Tanah liat basah Tanah lumpur

σ (S/m) 0.004 0.06 0.2

εr 4 25 50

µr 1 1 1

Untuk melihat pengaruh tanah, pada model antena yang disimulasikan pada simulator ditambahkan suatu dielektrik dengan data sifat elektromagnetis seperti pada tabel 1. Dielektrik ditambahkan di atas layer logam antena. Untuk simulasi pengaruh tanah ini, tanah diasumsikan sebagai suatu dielektrik homogen yang memiliki permitivitas relatif yang seragam. Pada simulasi, antena diasumsikan menempel pada tanah atau ketinggiannya 0 m terhadap tanah. Pengaruh ketinggian (elevasi) antena tidak dapat disimulasikan karena keterbatasan perangkat lunak yang digunakan. Berikut ini disajikan hasil simulasi berupa parameter S11 untuk berbagai macam jenis tanah yang digunakan. Parameter S11 disimulasikan untuk beberapa nilai hambatan yang berbeda sehingga dapat diketahui nilai hambatan yang memberikan hasil yang optimal untuk setiap jenis tanah. A. Simulasi untuk Pasir Pada pasir, parameter S11 yang diperoleh tampak pada gambar 4.

rentang frekuensi yang lebar dari 100 MHz sampai 1 GHz. Return loss yang optimal pada pasir dicapai untuk hambatan sebesar 50 ohm. Jadi, pada pasir nilai hambatan yang optimal sama dengan nilai hambatan yang diperoleh pada kondisi freespace. Hal ini disebabkan pasir bukan merupakan lingkungan dengan kondisi yang berat. B. Simulasi untuk Tanah Liat Basah Bedasarkan data, tanah liat basah memiliki nilai permitivitas relatif dan bulk conductivity yang lebih besar daripada pasir. Perbedaan sifat dielektrik ini menyebabkan respon antena yang berbeda. Gambar 5 menunjukkan besarnya return loss antena pada rentang frekuensi 100 MHz sampai 1 GHz pada tanah liat basah. Pada tanah liat basah, tampak bahwa return loss antena memiliki nilai dibawah -10 dB untuk hambatan dengan nilai 30 ohm dan 40 ohm. Return loss yang optimal dicapai untuk hambatan sebesar 30 ohm. Jadi, kondisi matching antena akan mengalami perbaikan jika pembebanan resistif pada kedua ujung antena strip monopol diganti ke nilai hambatan 30 ohm.

Gambar 5 Scattering matrix untuk beberapa nilai R pada tanah liat basah

C. Simulasi untuk Tanah Lumpur Gambar 6 menunujukkan return loss antena pada rentang frekuensi 100 MHz sampai 1 GHz jika antena diletakkan pada tanah lumpur. Pada tanah lumpur, tampak bahwa return loss memiliki nilai dibawah -10 dB untuk hambatan dengan nilai 20 ohm, 30 ohm, dan 40 ohm. Return loss yang optimal dicapai untuk hambatan sebesar 30 ohm. Jadi, pada tanah lumpur besarnya pembebanan resistif pada kedua ujung antena strip monopol harus di-switch ke nilai hambatan 30 ohm agar diperoleh kondisi matching yang optimal.

Gambar 4 Scattering matrix untuk beberapa nilai R pada pasir

Gambar 4 menggambarkan besarnya return loss untuk setiap komponen frekuensi mulai dari 100 MHz sampai 1 GHz. Antena memiliki respon yang berbeda untuk setiap komponen frekuensi yang dikirimkan. Besarnya nilai pembebanan resistif mempengaruhi besarnya return loss yang didapatkan. Pada pasir, tampak bahwa return loss memiliki nilai dibawah -10 dB untuk hambatan dengan nilai 40 ohm, 50 ohm, 60 ohm, dan 70 ohm. Return loss yang optimal adalah return loss yang memiliki nilai yang paling kecil untuk

Gambar 6 Scattering matrix untuk beberapa nilai R pada tanah lumpur

gambar 9. Ketiga sampel tanah ini tidak dapat ditentukan secara pasti konstanta dielektrik dan konduktivitas-nya karena tidak adanya alat ukur yang dapat digunakan di lab. Oleh karena itu, hasil pengukuran di lapangan sulit untuk dijadikan verifikasi terhadap hasil simulasi yang telah dilakukan sebelumnya.

Gambar 9 Sampel tanah yang digunakan pada pengukuran

Parameter S11 diukur pada freespace dan tiga macam jenis tanah yang berbeda. Untuk setiap jenis tanah, dilakukan pengukuran parameter S11 untuk beberapa nilai pembebanan resistif. Berikut ini merupakan hasil yang diperoleh pada pengukuran di lapangan. -5

-10

-15

-20

Magnitude of Scattering Matrix

Berdasarkan simulasi pada ketiga jenis tanah di atas, tampak bahwa antena memiliki respon yang berbeda untuk setiap jenis tanah yang berbeda. Hal ini disebabkan setiap tanah memiliki sifat elektromagnetis yang berbeda. Karena antena diletakkan sangat dekat dengan tanah, sifat elektromagnetis tanah ini akan mempengaruhi parameterparameter antena. Untuk setiap jenis tanah dapat ditentukan nilai hambatan yang memberikan kinerja antena yang paling optimal dilihat dari parameter return loss pada range bandwidth antena yang diinginkan yaitu dari 100 MHz sampai 1 GHz. Pengaturan pembebanan resistif dapat dilakukan untuk mengkompensasi pengaruh sifat elektromagnetis tanah tersebut sehingga pada ketiga jenis tanah yang disimulasikan dapat diperoleh kondisi matching yang paling optimal. Pada pasir, return loss antena mencapai nilai yang optimal pada nilai hambatan 50 ohm. Namun, jika nilai hambatan ini dipertahankan untuk tanah liat basah dan tanah lumpur, nilai return loss yang diperoleh akan menjadi tidak optimal pada kedua jenis tanah tersebut. Untuk mengatasi hal ini, nilai hambatan harus dapat diganti ke nilai hambatan yang optimal untuk masing-masing jenis tanah. Untuk simulasi di atas, nilai hambatan yang optimal untuk tanah liat basah dan tanah lumpur sebesar 30 ohm. Pengaturan pembebanan resistif cukup efektif dalam memperbaiki kondisi matching antena jika antena diletakkan pada jenis tanah yang berbeda. Pengaruh sifat elektromagnetis tanah terhadap antena dapat dikompensasi dengan pengaturan pembebanan resistif sehingga kondisi matching yang optimal dapat dipertahankan.

-25

-30

-35 R = 45 ohm R = 50 ohm

-40

R = 55 ohm R = 60 ohm

-45

IV. HASIL PENGUKURAN

R = 65 ohm R = 70 ohm -50

R = 75 ohm R = 80 ohm

Untuk mendapatkan data yang memadai terhadap kondisi sebenarnya di lapangan, dibuat realisasi antena yang telah dirancang sebelumnya. Dimensi antena dibuat sesuai dengan data optimal yang diperoleh pada simulasi. Layer logam antena strip monopol menggunakan bahan tembaga. Sedangkan untuk leyer dielektrik antena strip monopol digunakan bahan FR-4 dengan ketebalan 0.8 mm. Untuk feedpoint digunakan SMA connector. Realisasi antena ditunjukkan pada gambar 7 dan 8.

Gambar 7 Antena monopol UWB yang diukur tampak atas

Gambar 8 Antena monopol UWB yang diukur tampak bawah

Pada pengukuran digunakan tiga jenis sampel tanah, yaitu pasir, tanah liat basah, dan tanah lumpur seperti tampak pada

-55 100

200

300

400

500 600 Frequency (MHz)

700

800

900

1000

Gambar 10 Koefisien refleksi S11 antena pada freespace

Gambar 10 menunjukkan parameter S11 yang diperoleh pada pengukuran dalam kondisi freespace. Sedangkan gambar 11, gambar 12, dan gambar 13 menunjukkan parameter S11 yang diperoleh pada pengukuran pada kondisi tanah yang berbeda. Berdasarkan hasil-hasil di atas, tampak bahwa jenis tanah cukup mempengaruhi nilai parameter S11 antena. Pada freespace parameter S11 mencapai nilai optimal pada nilai hambatan 80 ohm. Namun, jika nilai hambatan ini digunakan di atas permukaan tanah, parameter S11 akan mengalami kenaikan pada frekuensi tinggi seperti tampak pada gambar 14. Pada jenis tanah yang kondisinya lebih berat, seperti tanah lumpur, kenaikan parameter S11 ini lebih besar dibandingkan jenis tanah lainnya. Apabila antena diletakkan di atas ketiga jenis sampel tanah tanah, nilai hambatan yang memberikan parameter S11 optimal sama yaitu sebesar 75 ohm. Berdasarkan hasil pengukuran juga tampak bahwa karakteristik antena cukup stabil untuk ketiga jenis sampel tanah yang digunakan. Pengaruh tanah terhadap karakteristik antena tidak signifikan. Untuk ketiga jenis tanah yang digunakan pada pengukuran, antena dengan pembebanan resistif yang konstan sebesar 75 ohm memberikan return loss yang baik dan stabil pada ketiga jenis tanah tersebut. Pengaturan pembebanan resistif tidak memberikan perbaikan yang signifikan terhadap kinerja antena.

-5

-5

-10

-10

-20

Magnitude of Scattering Matrix (dB)


-15

-25

-30

-35 R = 45 ohm R = 50 ohm

-40

-15

-20 freespace ketinggian 0 cm dari permukaan pasir ketinggian 0 cm dari permukaan tanah liat basah

R = 55 ohm R = 60 ohm

-45

ketinggian 0 cm dari permukaan tanah lumpur

-25

R = 65 ohm R = 70 ohm -50

R = 80 ohm

R = 75 ohm R = 80 ohm

-55 100

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 11 Koefisien refleksi S11 antena pada jarak 0 cm dari permukaan pasir

-5

-10


-15

-20

-25

-30

R = 45 ohm R = 50 ohm

-35

R = 55 ohm R = 60 ohm R = 65 ohm

-40

R = 70 ohm R = 75 ohm

-45

R = 80 ohm -50 100

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 12 Koefisien refleksi S11 antena pada jarak 0 cm dari permukaan tanah liat basah

-5

-10


-15

-20

-25 R = 45 ohm R = 50 ohm -30

R = 55 ohm R = 60 ohm R = 65 ohm

-35

R = 70 ohm R = 75 ohm -40

-45 100

R = 80 ohm

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 13 Koefisien refleksi S11 antena pada jarak 0 cm dari permukaan tanah lumpur

Apabila dibandingkan dengan hasil simulasi, pengukuran pada kondisi freespace dan pengukuran pada pasir menunjukkan hasil yang mirip untuk frekuensi rendah dan frekuensi tinggi. Pada rentang frekuensi 200 MHz – 400 MHz dan rentang frekuensi 900 MHz – 1 GHz nilai hambatan yang memberikan kondisi matching yang optimal sebesar 50 ohm – 55 ohm. Namun, pada range frekuensi 500 MHz – 800 MHz, return loss yang dihasilkan lebih besar dari -10 dB. Hal ini tidak sesuai dengan spesifikasi antena yang disyaratkan sebelumnya. Oleh karena itu, diambil nilai hambatan optimal sebesar 80 ohm yang memiliki return loss < -10 dB untuk range frekuensi 100 MHz – 1 GHz pada freespace.

-30 100

200

300

400

500 600 Frekuensi (MHz)

700

800

900

1000

Gambar 14 Perbandingan kofisien refleksi antena S11 pada tiap jenis tanah yang berbeda

Pengaruh tanah berdasarkan pengukuran tidak terlalu signifikan seperti pada hasil simulasi. Selain itu, nilai hambatan optimal yang diperoleh dari pengukuran dan simulasi untuk ketiga sampel tanah yang digunakan pun berbeda. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor sebagai berikut. - Pada saat simulasi, tanah diasumsikan sebagai dielektrik homogen dengan nilai konstanta dielektrik tertentu. Namun pada kenyataanya tanah tidak bersifat homogen, melainkan terdiri dari gabungan beberapa material yang ada di dalamnya sehingga nilai konstanta dielektriknya tidak seragam. - Konstanta dielektrik dan konduktivitas tanah yang digunakan pada pengukuran belum tentu sama dengan konstanta dielektrik dan konduktivitas tanah yang digunakan saat simulasi. Konstanta dielektrik tanah tidak dapat diukur karena keterbatasan alat yang tersedia di lab. - Ketelitian dalam pembuatan dimensi antena dan karakteristik bahan dielektrik FR-4 yang tersedia di pasaran juga berpengaruh terhadap hasil pengukuran yang diperolah di lapangan. Pada saat simulasi, bahan FR-4 dianggap memiliki nilai permitivitas relatif yang seragam. Namun, pada kenyataannya bahan FR-4 yang tersedia di pasaran memiliki tingkat homogenitas yang lebih rendah - Kemampuan resistor yang digunakan pada pengukuran juga turut mempengaruhi hasil pengukuran yang diperoleh. Berdasarkan alasan tersebut, hasil pengukuran tidak dapat dijadikan verifikasi terhadap hasil simulasi yang telah dilakukan. Pengukuran dilakukan untuk memberikan gambaran keadaan sebenarnya di lapangan dan evaluasi terhadap kinerja metode pengaturan impedansi input terhadap kondisi matching antena. Pengaruh ketinggian terhadap parameter S11 antena dapat dilihat pada gambar 15, gambar 16, dan gambar 17. Pengukuran dilakukan pada ketinggian 0 cm, 1 cm, 5 cm, dan 10 cm di atas perumukaan tanah. Gambar 15, gambar 16, dan gambar 17 menunjukkan pengaruh ketinggian antena di atas permukaan tanah terhadap parameter S11 yang diperoleh. Berdasarkan hasil pengukuran pada ketiga jenis tanah, tampak bahwa pengaruh tanah hanya terlihat jika antena ditempelkan di atas tanah. Namun, jika diberi jarak sebesar 1 cm saja, pengaruh tanah tidak terlalu signifikan. Dengan memberikan jarak antara antena dengan tanah, parameter S11 yang diperoleh mendekati kondisi freespace.

V. KESIMPULAN -5


-10

-15

-20 h = 0 cm h = 1 cm h = 5 cm h = 10 cm -25 R = 80 ohm

-30 100

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 15 Pengaruh ketinggian antena pada pasir terhadap koefisien refleksi S11 antena

-5


-10

-15

-20 h = 0 cm h = 1 cm h = 5 cm h = 10 cm -25 R = 80 ohm

-30 100

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 16 Pengaruh ketinggian antena pada tanah liat basah terhadap koefisien refleksi S11 antena

Besarnya pembebanan resistif memberikan pengaruh terhadap impedansi input antena dan kondisi matching antena. Dengan mengubah-ubah pembebanan resistif dapat ditemukan nilai hambatan yang memberikan kondisi matching yang optimal. Berdasarkan pengukuran di lapangan, ditemukan bahwa jenis tanah tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap karakteristik antena yang diusulkan. Karakteristik antena yang diukur relatif stabil pada beberapa sampel tanah yang digunakan. Pengaturan pembebanan resistif dapat memperbaiki kondisi matching antena ketika antena diletakkan pada jenis tanah yang berbeda dan pada jarak yang sangat dekat dengan tanah, tapi tidak secara signifikan. Dengan memberikan jarak antara antena dengan tanah, parameter S11 yang diperoleh mendekati kondisi freespace dan pengaruh tanah relatif kecil terhadap karakteristik antena. Penelitian ini hanya merupakan langkah awal dalam studi tentang pembuatan antena GPR yang adaptif terhadap lingkungannya dan masih memerlukan studi lebih lanjut. Untuk penelitian selanjutnya, ada beberapa hal yang dapat menjadi bahan pertimbangan, yaitu: 1. Bahan dielektrik yang digunakan dapat diganti dengan material yang memiliki tingkat homogenitas yang lebih tinggi daripada FR-4 sehingga diperoleh kinerja antena yang lebih optimal 2. Efisiensi antena perlu dikaji lebih lanjut karena penggunaan pembebanan resistif sangat berpengaruh terhadap efisiensi antena. 3. Penelitian tugas akhir ini belum memperhatikan footprint dari antena. Untuk penelitian selanjutnya footprint antena perlu dikaji lebih mendalam. 4. Bentuk pulsa sinyal yang ditransmisikan maupun pulsa sinyal yang diterima pada antena penerima setelah melalui medium tanah yang berbeda perlu diteliti lebih lanjut.

-5

DAFTAR PUSTAKA


-10

[1] [2]

-15

[3] -20

[4]

h = 0 cm h = 1 cm h = 5 cm

[5]

h = 10 cm -25 R = 80 ohm

[6] -30 100

200

300

400


700

800

900

1000

Gambar 17 Pengaruh ketinggian antena pada tanah lumpur terhadap koefisien refleksi S11 antena

[7] [8]

Jadi, untuk menghindari pengaruh coupling tanah terhadap antena yang digunakan pada pengukuran ini, antena harus diberi jarak terhadap tanah. Namun, pada kondisi ekstrim di mana dibutuhkan penetrasi yang besar ke dalam tanah sehingga antena harus ditempelkan ke permukaan tanah, metode pengaturan impedansi input yang dijelaskan pada tugas akhir ini dapat digunakan.

H. Judawisastra, Catatan Kuliah EL366, Penerbit ITB A.A. Lestari, Antennas For Improved Ground Penetratimg Radar: Modeling, Tools, Analisys And Design, Ph.D.Dissertation, ISBN 9076928-05-3, Delft University of Technology, The Netherlands, 2003. C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc, 1997 D.J. Daniel, Ground Penetrating Radar 2nd Edition, IEE Radar Sonar, Navigation and Avionics Series 15, 2004. A. Adya Pramudita, A. Andaya Lestari, A. Kurniawan, A. Bayu Suksmono, Footprint Adjustment on SFCW-GPR With Modified Dipole Array. IRCTR-IB STEI-ITB. A. Adya Pramudita, A. Kurniawan, A. Bayu Suksmono, Input Impedance Adjustment on UWB Antenna For SFCW –GPR Application. IRCTR-IB STEI-ITB. M.F. Iskander, Electromagnetic Fields and Waves, Waveland Press, Inc, 1992. A.A. Lestari, A.G. Yarovoy, L.P. Ligthart, Adaptive Antenna for Ground Penetrating Radar, IRCTR-IB Delf University of Technology.

Pengaturan Impedansi Input pada Antena UWB

Recommend Documents