BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena Mikrostrip Antena merupakan

BAB II
DASAR TEORI
2.1 Antena Mikrostrip
Antena merupakan suatu alat yang digunakan untuk melepaskan
gelombang elektromagnetik ke ruang bebas, dan sebaliknya menerima gelombang
elektromagnetik dari ruang bebas[3]. Fungsi antena adalah untuk mengubah sinyal
listrik menjadi sinyal elektromagnetik, lalu meradiasikannya (Pelepasan energi
elektromagnetik ke udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena juga dapat
berfungsi
untuk
menerima
sinyal
elektromagnetik
(Penerima
energi
elektromagnetik dari ruang bebas ) dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.
Gambar 2.1 memperlihatkan Antena transceiver [4].
Antena
Tx
Antena
Gelombang elektromagnetik
Rx
Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima
Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena yang mempunyai
kelebihan dalam hal bentuk yang sederhana, ringan dan dapat dibuat sesuai
kebutuhan. Konsep antena mikrostrip di usulkan pertama kali oleh Deschamps
pada awal tahun 1950 dan dibuat sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell.
Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan
sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern [1].
Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam
antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Untuk
membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap
elemen array berinterferensi secara membangun pada arah yang diinginkan dan
berinterferensi secara merusak pada arah yang lain.
Antena mikrostrip array merupakan sebuah antena yang tersusun atas tiga
elemen, yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrate dan elemen
pentanahan (ground). Elemen peradiasi atau sering juga disebut sebagai patch
berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan
logam yang memiliki ketebalan tertentu. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki
jenis yang bermacam-macam yaitu: bujur sangkar (square), persegi panjang
(rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips dan segiempat[5].
Elemen substrat berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip
yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini
memiliki jenis bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta
dielektrik dan ketebalannya. Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja,
bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang akan di buat. Semakin tebal
substrat maka bandwidth akan semakin meningkat, tetapi berpengaruh terhadap
timbulnya gelombang permukaan. Gelombang permukaan pada antenna
mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian
daya yang seharusnya dapat digunakan untuk meradiasikan gelombang
elektromagnetik ke arah yang di inginkan. Elemen pentanahan berfungsi sebagai
pembumian bagian antena mikrostrip .
Antena mikrostrip mempunyai beberapa keuntungan, di bandingkan
dengan antena lain, yaitu [1] :
1.
Low profile ( mempunyai ukuran yang kecil dan ringan)
2.
Mudah difabrikasi dan tidak memakan biaya yang besar
3.
Dapat berdiri dengan kuat ketika diletakkan pada benda yang rigid
4.
Polarisasi linier dan sirkular mudah didapat hanya dengan feeding yang
sederhana
5.
Dapat digunakan untuk aplikasi dual polarisasi, dual-frekuensi maupun tripelfrekuensi band
6.
Feed line dan matching dapat difabrikasi langsung dengan struktur antena
Selain dari segala kelebihan yang dimiliki antenna mikrostrip, terdapat
juga beberapa keterbatasan yaitu :
1.
Gain yang lebih rendah (-6dB)
2.
Bandwidth yang sempit, namun dapat diperbaiki dengan berbagai cara, salah
satunya yaitu dengan menambah ketebalan dari substrat.
3.
Mempunyai kemurnian polarisasi yang rendah
4.
Mempunyai efisiensi yang rendah
5.
Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed line-nya
6.
Timbulnya surface wave (gelombang permukaan)
Perkembangan antena mikrosrtip didasarkan pada pemikiran untuk
mendapatkan teknologi printed circuit yang tidak dapat diterapkan pada
komponen rangkaian dan saluran transmisi, tetapi juga untuk elemen peradiasi
suatu sistem elektronik. Bentuk antena mikrostrip secara umum dapat dilihat pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip
Adapun keterangan dari struktur gambar antena mikrostrip diatas yang
terdiri dari lapisan dielektrik atau substrat dengan nilai permivitas tertentu yang
berada diantara dua lapisan konduktor pada lapisan bawah dan lapisan atas.
Lapisan konduktor atas dinamakan patch yang berfungsi sebagai elemen peradiasi
sedangkan lapisan konduktor bawah berfungsi sebagai ground.
Bentuk patch dapat bermacam-macam. Patch antena terhubung dengan
feed line yang berfungsi sebagai saluran pancatu antena. Berdasarkan bentuknya,
patch antena mikrostrip memiliki bentuk yang bermacam-macam antara lain:
bujur sangkar (square), persegi panjang (rectangular), lingkaran (Circular),
Circular ring, elips (elliptical) dan segitiga (triangular). Gambar
menunjukkan bentuk patch antena mikrostrip.
2.3
Circular ring
triangular
circular
Rectangular
elliptical
square
Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip
2. 2 Parameter-parameter Antena
Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur
performa antena yang digunakan, yaitu VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain
antena, dan polaradiasi [3].
2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka
perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dilihat sebagai impedansi
karakteristik saluran. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah sebagai
perbandingan antara tegangan rms maksimum (|V|max) dan minimum (|V|min)
yang terjadi pada saluran yang tidak match. Apabila saluran transmisi dengan
beban tidak sesuai (missmatch), dimana impedansi saluran tidak sama dengan
impedansi beban dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara berkelanjutan,
maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang V0+ juga terjadi
tegangan pantul V0- Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara V0+
dan V0- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave)
Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang
kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul datau koefisien refleksi yang
dinyatakan dengan simbol Г.
Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 samapi 1.jika bernilai 0,
artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban
seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Dapat dinyatakan dengan
persamaan sebagai berikut :
Γ=
𝑉𝑉𝑜𝑜 −
(2.1)
𝑉𝑉𝑜𝑜 +
Hubungan antara koefisien refleksi, imedansi karakteristik dan impedansi beban
dapat dinyatakan seperti persamaan berikut :
Dimana :
Γ=
𝑉𝑉𝑜𝑜 −
𝑉𝑉𝑜𝑜
=
+
𝑍𝑍𝐿𝐿 −𝑍𝑍0
𝑍𝑍𝐿𝐿 −𝑍𝑍0
•
ZL
: impedansi beban (load)
•
Zo
: impedansi saluran lossess
(2.2)
Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Г adalah nol, maka:
Г = -1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
Г = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
Г = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka
Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam
saluran yng besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Secara
sederhana rumus untuk menentukan VSWR adalah :
s=
V max
V min
=
1+ τ
1− τ
(2.3)
Besar nilai VSWR yang ideal adalah bernilai 1, yang artinya tidak ada
refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Nilai dari VSWR
menjadi salah satu acuan untuk melihat, apakah antena sudah dapat bekerja pada
frekuensi yang diharapkan. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang
dipantulkan semakin besar.
Pengukuran VSWR dapat di lakukan dengan menggunakan SWR meter
yang di hubungkan dengan antena menggunakan kabel koaxial. Pada transmisi
daya RF apabila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dangan impedansi
saluran beban, maka akn timbul daya pantulan, pada saluran transmisi.
2.2.2 Frekuensi
Frekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki
impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangatlah
sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi
antenna mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan
nilai resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan
frekuensi kerja yang diinginkan sehingga pada frekuensi kerja nilai reaktansi
memiliki nilai yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Pada
umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan frekuensi kerja antena. Frekuensi
resonansi antenna mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan:
fr =
Vo
2 Leff εr
(2.4)
Dimana :
fr
= frekuensi resonansi
Vo
= kecepatan cahaya di ruang bebas
L
= panjang antena
εr
= konstanta dielektrik
2.2.3 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi yang
berhubungan dengan beberapa karakteristik antena lain nya, seperti, impedansi
masukan, bandwidth, polarisasi, gain. Besarnya bandwidth dapat dinyatakan
dalam persamaan[6] :
BW=
f 2 − f1
x100%
fc
Dimana :
BW = bandwidth (%)
f2 = frekuensi tertinggi (Hz)
f1 = frekuensi terendah (Hz)
fc = frekuensi tengah (Hz)\
(2.5)
Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti pada rumus di atas
biasanyadigunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band
sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya
digunakan defenisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
2.2.4 Gain Antena
Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada
suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang
menggunakan sumber daya masukan yang sama [3]. Gain antena mikrostrip
patch rectangular diperoleh dengan menggunakan persamaan [7]:
𝐺𝐺 =
4𝜋𝜋
𝜆𝜆 2𝑔𝑔
(𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿)
(2.6)
Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus
ditentukan frekuensi kerja (fr) yang digunakan, agar dapat mencari panjang
gelombang di ruang bebas (λ0) pada Persamaan 2.6 [8]:
𝜆𝜆0 =
𝑐𝑐
𝑓𝑓
(2.7)
Setelah nilai (λ0) diperoleh, maka (λg) dapat dihitung. Dimana λg merupakan
panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan
Persamaan 2.7 [8]:
𝜆𝜆𝑔𝑔 =
dimana :
𝜆𝜆 0
�𝜀𝜀𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
G = gain antena
λ0 = panjang gelombang bahan dielektrik
(2.8)
Ada dua jenis parameter penguatan (gain), yaitu absolute gain dan relative
gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan
antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika
daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang
berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya
yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan
persamaan [7]:
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = 4𝜋𝜋
𝑈𝑈(𝜃𝜃 ,∅)
𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖
(2.9)
Sedangkan relative gain didefenisikan sebagai perbandingan antara
perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi
pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua
antena. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless
(Pin(lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada persamaan [4]:
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = 4𝜋𝜋
𝑈𝑈(𝜃𝜃 ,𝜙𝜙 )
𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 )
(2.10)
Pengukuran dapat di lakukan dengan dua cara yaitu dengan pengukuran
absolut dan pengukuran banding relatif. Pengukuran absolut menggunakan
pembanding dengan antena isotropis yaitu dengan dua antena, tiga antena,
ekstrapolasi medan dekat dan menggunakan medan refleksi tanah. Sedangkan
pengukuran banding relatif menggunakan antena pembanding yang sudah
diketahui gainnya seperti antena dipole λ/2 (gain 2,14dBi).
2.2.5 Pola Radiasi
Pola radiasi adalah fungsi matematika dari sifat radiasi antena sebagai fungsi
ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan.
Pola radiasi antena mikrostrip memiliki fenomena yang sama dengan antena
konvensional [6]. Sifat dari radiasi yang paling diutamakan adalah persebaran
secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola
radiasi antena seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4 terdiri dari:
3.1 Main lobe
Major lobe disebut juga main lobe didefinisikan sebagai radiation lobe yang berisi
arah radiasi maksimum. Major lobe merupakan daerah pancaran terbesar
sehingga dapat menentukan arah radiasi dan mempunyai daya yang besar.
3.2 Side lobe
Side lobe terdiri dari :
1.
first side lobe yaitu minor lobe yang posisinya paling dekat dengan main
lobe.
2.
second side lobe yaitu minor lobe yang posisinya setelah first side lobe.
3.
Back lobe yaitu minor lobe yang posisinya berlawanan dengan main lobe
dimana keberadaannya tidak diharapkan.
3.3 Half Power Beamwidth ( HPBW)
Half Power Beamwidth adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½
dayaatau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama[7].
HPBW
Gambar 2.4: Pola radiasi antena mikrostrip
Terdapat dua jenis pengukuran pola radiasi yang pertama adalah
pengukuran representasi secara rectangular yang kedua adalah polar plot. Polar
plot adalah pengukuran yang paling sering di pakai karena plot ini menyediakan
visualisasi baik pada distribusi visualisasi pada ruang bebas. Biasanya rekaman
dirancang untuk grafik pola relatif. Pola pada antena dalam berbagai ruangan,
peralatan rekaman yang biasanya ditempatkan anechoic. Untuk menyediakan
ruangan bebas interferensi biasanya ruangn di tutup selama pengukuran. Alat
rekaman yang di sebut test posisioner merupakan suatu penyangga yang dapat di
putar (azimuth dan elevasi), di kontrol dengan indikator posisi. Pola radiasi
ditentukan dalam daerah medan jauh untuk jarak radial dan frekuensi yang
konstan
2.2.6 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan
(V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0+). Return loss dapat terjadi
akibat adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada
frekuensi. Persamaan return loss dapat didefinisikan sebagai berikut [1]:
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 = 20 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 |𝛤𝛤|
(2.11)
Nilai return loss yang baik adalah di bawah – 9,54 dB, sehingga dapat
dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan
dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah
matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan apakah antena sudah bekerja
pada frekuensi yang diharapkan atau tidak [3].
2.2.7 Impedansi Masukan
Impedansi masukan merupakan impedansi yang direpresentasikan oleh
antena pada terminalnya. Terminal yang sesuai sangat dibutuhkan untuk sebuah
antena. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang
ada di sekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah
terisolasi. Secara matematis impedansi masukan dirumuskan sebagai berikut [3]:
𝑍𝑍𝑖𝑖𝑖𝑖 = (𝑅𝑅𝑖𝑖𝑖𝑖 + 𝑗𝑗 𝑋𝑋𝑖𝑖𝑖𝑖 ) Ω
(2.12)
dimana:
Zin
= impedansi masukan
Rin
= tahanan terminal antena
Xin
= reaktansi masukan
Dari persamaan Zin di atas, komponen yang diharapkan adalah daya real
(Rin) yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui panas atau radiasi.
Komponen imajiner (Xin) mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan
pada medan dekat antena. Adapun Zin untuk antena mikrostrip patch rectangular
untuk nilai VSWR ≤ 2 dapat dirumuskan sebagai [1]:
𝑍𝑍𝑖𝑖𝑖𝑖 = 90
𝜀𝜀 𝑟𝑟2
𝐿𝐿 2
� � (Ohm)
𝜀𝜀 𝑟𝑟 −1 𝑊𝑊
(2.13)
2.3 Lokasi Titik Pencatu
Teknik pencatuan pada antena mikrostrip dapat dilakukan dengan
beberapa metode. Metode-metode yang dapat digunakan di bagi dalam dua
kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting).
Untuk metode terhubung, daya RF dicatukan secara langsung ke patch radiator
dengan menggunakan elemen penghubung[5]. Untuk metode tidak terhubung,
dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untukk menyalurkan daya di
antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatu yang sering
dugunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperature coupling dan
proximity coupling [4].
2.4 Teknik Array
Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, namun juga memiliki
kelemahan yang sangat mendasar, yaitu bandwidth yang sempit keterbatasan gain
dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.
Antena array merupakan gabungan dari beberap eleman peradiasi yang
membentuk suatu jaringn. Antenamikrostrip array dapat berbentuk seri, pararel
atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara
array adalah bagian patch[5].
Pada antenna array terdapat array factor yang merupakan factor pengali
medan elektrik dari elemen tunggal. Array factor inilah yang menentukan
bagaimana bagaimana pola radiasi dan seberapa besar daya yang di radiasikan
oleh antena tersebut. Antena array yang terdiri dari elemen dan magnitude yang
identik serta setiap elemen memiliki fasa progresif yang disebut uniform array.
Untuk menghasilkan pola radiasi yang mengarah pada sudut tertentu pada
berkas aksimumnya dan nilai null pada berkas minimumnya diperlukan
pengaturan jarak dan beda fasa eksitasi pada masing-masing element antena
array. Pengaturan jarak antar elemen dilakukan dengan cara mengeser elemenelemen pada antena array dengan jarak pisah tertentu, sedangkan untuk
memberikan perbedaan fasa eksitasi antar elemen antena array dapat dilakukan
dengan beberapa cara salah satunya dengan memberikan perbadaan ukuran dan
panjang saluran mikrostrip pada masing-masing elemen.
2.5 Antena Triple – Band
Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja
secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah
antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan
gangguan network busy[5]. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi
frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan
dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena
frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau. Antena tiple-band merupakan
solusi untuk mencakup daerah yang berbeda frekuensi jaringannya[5].
2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui
terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik (h),
konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang antena
mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan
sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar
tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil[5]. Dengan mengatur lebar dari antena
mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan
untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan
persamaan [5]:
𝑊𝑊 =
dimana :
W
: lebar konduktor
𝜀𝜀𝑟𝑟
: konstanta dielektrik
𝑐𝑐
(𝜀𝜀 +1)
2𝑓𝑓0 � 𝑟𝑟
2
(2.14)
c
: kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108)
fo
: frekuensi kerja antenna
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL yang
merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dirumuskan dengan [8]:
∆𝐿𝐿 = 0,412ℎ
𝑊𝑊
ℎ
�𝜀𝜀 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 +0,3�� +0,264�
𝑊𝑊
ℎ
�𝜀𝜀 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 −0,258�� +0,8�
(2.15)
dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan 𝜀𝜀𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 adalah konstanta
dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai berikut [8]:
𝜀𝜀𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 =
𝜀𝜀 𝑟𝑟 +1
2
+
𝜀𝜀 𝑟𝑟 −1
2
�
1
�1+12 ℎ�𝑊𝑊
�
(2.16)
dengan panjang patch (L) dirumuskan oleh [8]:
𝐿𝐿 = 𝐿𝐿𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 − 2∆𝐿𝐿
(2.17)
dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan [6]:
𝐿𝐿𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 =
𝑐𝑐
2𝑓𝑓0 �𝜀𝜀 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
(2.18)
2.5.2 Antena Mikrostrip patch segiempat Array
Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam
antena mikrostrip yang di susun secara array adalah bagian patch. Medan total
dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang
diradiasikan oleh elemen tunggal[5]. Proses perancangan antena yang dilakukan
untuk mendapatkan antena array pada dasarnya sama dengan pendesainan antena
elemen tunggal. Hal yang membedakan pada sistem array adalah peletakan
masing-masing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan panjang gelombang
yang merambat pada bidang dielektrik[8]. Proses pendesainan ini dilakukan
dengan menggunakan frekuensi 2.35 GHz, 3.35 GHz dan 5.8 GHz. Bentuk patch
antena segiempat elemen tunggal dan segiempat array dapat dilihat seperti pada
Gambar 2.5 :
1
(a)
(b)
1
Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip (a) patch segiempat elemen tunggal,
(b) patch segiempat tiga elemen
2.6 T-Junction
T-junction
merupakan
sebuah teknik power divider yang
umum
digunakan pada konfigurasi antena array. Gambar 2.5 Menunjukkan bentuk Tjunction pada AWR 2004.
50Ω
50Ω
86,6Ω
50Ω
50Ω
1
Gambar 2.6 T-junction
T-junction berfungsi untuk menggabungkan pencatu pada patch tiap-tiap
frekuensi, baik dua frekuensi maupun tiga frekuensi menjadi satu pencatu yang
akan dihubungkan ke konektor[5]. Power divider adalah salah satu teknik yang
dapat mendukung impedansi matching pada saluran transmisi khususnya untuk
antena mikrostrip array[5]. Untuk mendukung impedansi matching pada saluran
transmisi khususnya untuk antena mikrostrip diperlukan tekhnik power devider.
2.7 Perangkat Lunak AWR
AWR Microwave 2004 adalah penggabungan dari microwave office dan
office analog yang merupakan perangkat lunak untuk mendesain dan menganalisis
alat integrasi yang kuat untuk RF, microwave, millimeterwave, analog dan desain
RFIC [9]. Microwave office dan office analog digunakan untuk merancang desain
sirkuit yang linear dan non-linear dan struktur EM serta menghasilkan tata letak
representasi dari hasil desain tersebut.
Metode yang digunakan dalam menganalisis antena antena adalah method
of moment (MoM).
Metode MoM pertama kali diperkenalkan pada metode
matematika dimana ide dasarnya adalah untuk mengubah satu persamaan integral
kedalam suatu persamaan matriks yang kemudian dapat diselesaikan dengan
persamaan numerik [3]. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwaeve Office
adalah sebagai berikut :
a.
Perancangan schematic/layout.
b.
Simulasi rangkaian linier dan non linier.
c.
Analisa EM
d.
Sintesis, optimasi, dan analisis hasil
e.
DRC/L vs skematik
f.
Process designskits (PDKs) dari berbagai perancangan
g.
Microwave Integrated Circuits (MIC).
h.
Papan cetak perancangan RF (PCB).
i.
Rakitan microwave terpadu.
Dalam menggunakan simulator AWR Microwave Office 2004 diperlukan
beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang
mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun setting simulator yang
digunakan dalam menjalankan simulasi adalah sebagai berikut :
1.
Melakukan setting rentang frekuensi simulasi dengan menentukan frekuensi
awal dan batas frekuensi serta step frekuensi. Ini dilakukan dengan cara
memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih
langsung dari Project Option.
2.
Menggunakan fitur Harmonic Balance yang merupakan salah satu fitur pada
AWR Microwave Office berfungsi meningkatkan akurasi hasil simulasi yang
diinginkan. Untuk mendapatkan settingan Harmonic Balance dilakukan
dengan memilih Option > Default Circuit Option.
3.
Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 terdapat 3 spesifikasi mesh
yang ditawarkan dalam perancangan yaitu; low, normal dan high. Spesifikasi
tersebut akan mempengaruhi keakuratan hasil simulasi yang didapatkan[9].