D 00924 Studi karakteristik--Literatur

BAB 2
ANTENA SLOT MIKROSTRIP DAN JARINGAN SALURAN PENCATU
MIKROSTRIP
Pada bagian ini dijelaskan mengenai tinjauan pustaka atau teori dasar
mengenai antena mikrostrip. Dalam bab ini diuraikan mengenai konsep dasar
antena mikrostrip slot sertasd parameter - parameter antena microstrip, yang mana
pada perancangan ini menggunakan antena mikrostrip celah (slot) berbentuk segi
empat dengan saluran pencatu mikrostrip berbentuk multi batang penyetelan.
2.1. Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip bentuk yang sederhana, ringan, dapat dibuat sesuai
kebutuhan dan antena dibuat dengan cara mencetak elemen peradiasinya pada
suatu lempengan substrat seperti yang diperlihatkan oleh Gambar 2.1 dibawah ini
:
(a)
(b)
Gambar 2.1. Antena Slot Segi Empat Sama Sisi
(a). Lapisan bawah
(b). Lapisan atas
Antena terdiri dari elemen peradiasi, substrat dan saluran pencatu . Bagian
peradiasi ini umumnya terbuat dari tembaga, perak, campuran perak dengan
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
10
Universitas Indonesia
11
palladium atau emas. Bentuk geometri elemen peradiasi umumnya terdiri dari dua
yaitu patch dan slot. Bentuk dari slot peradiasi pada dasarnya dapat bermacam macam, diantaranya adalah bentuk segi empat (rectangular), segitiga (triangular)
dan cincin (annular ring), serta bentuk fractal yang beberapa tahun ini menjadi
objek penelitian [2]. Pada laporan penelitian ini penulis melakukan perancangan
pada bentuk slot segi empat dengan satu elemen, dua elemen, empat elemen dan
delapan elemen.
2.2. Antena Slot Mikrostrip (MSA)
Bentuk celah (slot) pada antena mikrostrip sebenarnya sama seperti bentuk
segi empat dengan panjang dan lebar. Celah (slot) merupakan bagian alternatif
dari fungsi elemen peradiasi. Untuk bentuk geometri dasar antena mikrostrip
terdiri dari elemen konduktor peradiasi (slot) yang dicetak pada substrat. Elemen
peradiasi dapat dieksitasi oleh saluran transmisi koaksial, saluran mikrostrip, atau
kopling elektromagnetik. Pada antena mikrostrip celah (slot) meliputi suatu celah
(slot) yang memotong pada bidang tanah dengan saluran mikrostrip, sehingga
celah (slot) akan tegak lurus dengan konduktor pada saluran mikrostrip. Bentuk
antena mikrostrip celah (slot) tunggal dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Geometri Antena Celah (Slot) Tunggal [2].
Konsep awal mikrostrip slot antena yaitu perancangan slot antena
dengan menggunakan saluran mikrostrip. Bentuk slot antena mempunyai banyak
model dalam perancangannya dan mempunyai kelebihan yaitu menghasilkan pola
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
12
radiasi yang memancar pada satu arah (unidirectional) dan dua arah
(bidirectional) dengan lebar-pita yang lebar. Selain itu, bahwa slot antena dalam
hal pabrikasi lebih mudah pembuatannya dibanding dengan bentuk patch.
Mikrostrip slot antena meliputi suatu celah (slot) yang berada didalam
bidang groundplane dan tegak lurus terhadap saluran mikrostrip, medan radiasi
dihasilkan oleh saluran pencatu terhadap celah (slot) yang berada pada bidang
groundplane dan bisa di lihat pada Gambar 2.3. Mengacu pada Gambar 2.3,
frekuensi kerja MSA ditentukan oleh panjang slot yang diformulasikan pada
persamaan (1) [3].
Lr =
λS
2
− ∆LS
(2.1)
0.835
0.48
0.621ε r (W / λ0 )
λs
= 1.194 − 0.24 ln ε r −
1.344 + W / h
λ0
(2.2)

ε + 2
− 0.0617 1.91 − r
ln (h / λ0 )
ε r 

Dimana λS merupakan panjang gelombang pada slot dan λ0 = c
f0
merupakan
panjang gelombang di ruang bebas dengan frekuensi kerja yang diinginkan. ∆LS
diberikan pada persamaan (2.3) merupakan panjang ekivalen yang dihubungkan
dengan nilai induktansi pada ujung slot. Dimana h merupakan tebal substrat dan
W adalah lebar slot yang ditentukan menggunakan persamaan (2.4) [44]. Untuk
menentukan nilai permitivitas relatif efektif dengan menggunakan persamaan
(2.26).
∆LS
= 0.412
h
W =
c
2 fr
(ε
(ε
reff
reff
)
W

+ 0.3  + 0.264 
h


W

− 0,258  + 0.8 
h

)
2
εr +1
(2.3)
(2.4)
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
13
Gambar 2.3. Geometri Antenna Celah Lebar Dicatu Dengan Saluran Mikrostrip
Terbuka
Mengacu pada Gambar 2.3, bidang tanah dan dielectric substrate melebar
tanpa batas dalam arah y dan x. Dimana arus permukaan pada saluran mikrostrip
adalah arah y. Medan listrik yang melintasi aperture mempunyai komponen y dan
x. Dengan menggunakan prinsip ekivalen dapat ditempatkan kembali oleh
ekivalen arus permukaan magnetik Mx dibawah bidang tanah dan –Mx diatas
bidang tanah [Gambar 2.4 (b)]. Hal ini diberikan oleh persamaan (2.5) [3].
Mx = ž x Es
(2.5)
Terhubung arus magnetk Ms terhadap medan listrik Es yang tidak diketahui dalam
celah. Sehingga dapat dipisahkan kedalam dua kawasan yaitu kawasan “a” dan
“b” seperti terlihat pada Gambar 2.4 (b) :
1. Kawasan “a” adalah dalam daerah z < 0 dengan medan yang dapat
dibangkitkan oleh arus magnet Mx dan arus listrik Jms. Dimana Jms
adalah arus listrik pada permukaan yang tidak diketahui dalam
mikrostrip.
2. Kawasan “b” adalah dalam daerah z > 0. Sumber dalam daerah ini
adalah –Mx yang meradiasi dalam bidang konduktor elektrik sempurna.
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
14
(a)
(b)
Gambar 2.4. Daerah Lintasan Antena Slot Dengan Pencatu Saluran Mikrostrip
(a) Masalah sebenarnya
(b) Masalah ekivalen
Total medan magnet dan listrik dalam kawasan “a” dab “b” dapat ditulis sebagai
berikut [3] :
E atot = E a (J ms ) + E a ( M s )
(2.6)
= H (J ms ) + H ( M s )
(2.7)
H
a
tot
a
a
E atot = E b ( − M s )
(2.8)
= H (− M s )
(2.9)
H
b
tot
b
Dasar teori dari slot antena mikrostrip adalah berdasarkan prinsip ekivalen
medan yang ditemukan oleh Huygen’s Principle [5]. Prinsip ekivalen medan
adalah dimana suatu sumber aktual dapat di buat menjadi ekivalen dengan suatu
daerah lain karena menghasilkan medan yang sama dengan daerah tersebut.
Dimana kontinuitas medan listrik yang melintasi aperture telah memenuhi dengan
menggunakan Ms dan –Ms pada sisi aperture yang berbeda. Kondisi-kondisi
tersebut menghasilkan persamaan untuk Ms dan Jms. [3]:
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
15
b
H atan (J ms ) + H atan ( M s ) = H tan
(− M s ) dalam celah
E (J ms ) + E ( M s ) + E
a
y
a
y
inc
y
(2.10)
=0
pada saluran microstrip
(2.11)
Pada persamaan (2.10) sebagai medan listrik pada pembangkit jarak
tegangan yang berpengaruh pada struktur daerah “a”. Prinsip tersebut dalam
aplikasi
pada
antena
mikrostrip
digunakan
dalam
teknik
pencatuan
elektromagnetik kopek (coupled electromagnetic).
Teknik pencatuan secara elektromaknetik pada umumnya menggunakan
dua jenis elemen peradiasi yaitu pada patch dan slot. Pada patch digunakan dua
substrat, dimana lapisan pertama terdapat patch antena segi empat dengan bagian
bidang pertanahannya dihilangkan dan lapisan kedua digunakan sebagai pencatu
saluran mikrostrip dengan bagian bawah sebagai bidang tanah. Kedua substrat
dapat berbeda ketebalan dan konstanta dielektrik relatif. Saluran catu berada
dibawah patch dan membentuk rangkaian terbuka. Jarak s, dari pinggir patch ke
pinggir saluran dicatu sebagai tumpang-tindih, dimana ujung dari rangkaian
terbuka memberikan mekanisme kopling yang utama terhadap antena. Teknik ini
disebut sebagai proximity coupling untuk microstrip patch antenna (MPA). Pada
slot (wide slot) dapat menggunakan satu lapisan substrat, dimana konduktor
bagian atas digunakan sebagai elemen peradiasi dan sekaligus untuk bidang
pertanahan (ground-plane). Sedangkan konduktor bagian bawah digunakan untuk
saluran mikrostrip sebagai pencatu. Teknik dengan menggunakan slot lebar (wide
slot) diistilahkan sebagai microstrip slot antenna (MSA) seperti terlihat pada
Gambar 2.4b. Sehingga teknik pencatuan secara elektromagnetik dengan
menggunakan slot lebih efisien dalam penggunaan substrat untuk antena. Secara
umum, kedua teknik tersebut memiliki mekanisme peradiasian yang sama dimana
saluran mikrostrip memberikan imbas gelombang elektromagnetik menuju elemen
peradiasi (pacth dan slot) melalui sebuah substrat. Efek kopling diberikan antara
saluran mikrostrip dan elemen peradiasi sebagai transformer ideal. Antena
mikrostrip slot mengandung transformer ideal yang mewakili kopling antara slot
dan saluran mikrostrip dan menentukan tegangan kopel secara seri ke saluran
mikrosrip [3].
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
16
2.3. Mekanisme Peningkatan Bandwidth pada MSA
Mekanisme kopling dapat diinduksikan secara kapasitif dan induktif.
Dalam kasus MSA kopling diinduksikan secara induktif yang diberikan dari
saluran catu ke slot [3]. Posisi saluran transmisi berada dibawah lempengan
antena dan berhimpitan (posisi overlap), mulai dari pinggir lempengan sampai
sejauh lm menuju ujung terbuka (open end circuit) dari saluran seperti terlihat
pada Gambar 2.5. Medan pinggir yang terbentuk dari sirkit ujung terbuka saluran
ini menghasilkan suatu mekanisme kopling utama kepada antena (slot).
Lempengan
antena
ini
disebut
mengalami
efek
pengkopelan
secara
elektromagnetik. Semakin besar efek kopling yang terjadi, akan menurunkan
faktor kualitas rangkaian. Semakin menurunnya faktor kualitas rangkaian,
semakin meningkatnya bandwidth antena.
Efek kopling dikontrol oleh dua faktor utama, yaitu jarak penyisipan
saluran dibawah elemen peradiasi dan lebar elemen peradiasi yang sebatas pada
lebar Wm. Dimana kopling simetris terhadap pusat elemen peradiasi dan
penurunan lebar elemen peradiasi akan menaikan kopling. Dengan membuat
bercabang dua pada ujung saluran catu akan menambah efek kopling dua kali
lebih kuat pada elemen peradiasi. Hal ini dijelaskan karena pada kedua cabang
tersebut menghasilkan efek kopling dua kali lebih kuat dan pada akhirnya akan
meningkatkan bandwidth [7].
(a)
Gambar 2.5. (a) Struktur Antena Slot yang Dicatu Saluran Mikrostrip, (b)
Rangkaian Ekivalen Antena Slot [5].
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
17
(b)
Gambar 2.5 (lanjutan). (a) Struktur Antena Slot yang Dicatu Saluran Mikrostrip,
(b) Rangkaian Ekivalen Antena Slot [5].
Untuk memahami mekanisme pelebaran bandwidth pada antena slot
mikrostrip yang dicatu secara kopel elektromagnetik dapat dijabarkan dengan
pemodelan rangkaiannya. Oleh Akhavan dan Syahkal dimodelkan rangkaian
ekivalen antena slot sempit dengan pencatuan saluran mikrostrip tunggal [5]. Dari
acuan tersebut dilakukan modifikasi pemodelan rangkaian ekivalen antena slot
lebar yang dicatu dengan saluran mikrostrip seperti terlihat pada Gambar 2.5.
Rangkaian antena slot diasumsikan kopel secara magnetik terhadap rangkaian
ekivalen saluran catu. Dimana kopel magnetik sebagai transformator antara
rangkaian saluran mikrostrip dan rangkaian antena. Pada Gambar 2.5a, lm
merupakan panjang saluran mikrostrip dimana arus yang mengalir memberikan
kontribusi terhadap kerapatan daya magnet menuju slot. Panjang slot LS dan lebar
slot WS merupakan fungsi dari frekuensi kerja dari antena slot. Sebagai fungsi
impedansi karakteristik saluran catu mikrostrip diwakili dengan lebar Wm.
Rangkaian ekivalen untuk antena slot dan saluran pencatunya diperlihatkan dalam
Gambar 2.5b. Antena slot terdiri dari rangkaian-tertutup yang paralel dengan
konduktansi Gs, mewakili daya yang diradiasikan dari slot. Sehingga Ys= Gs+jBs
merupakan admitansi pada masukan rangkaian ekivalen antena slot. Pada sisi
saluran mikrostrip terdapat Gm yang merupakan radiasi dari ujung saluran terbuka
pada saluran mikrostrip. Sehingga Ym=Gm+jBm merupakan admitansi pada
masukan ujung terbuka stub mikrostrip.
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
18
Pada sisi transformer terdapat mutual induktansi antara L1 sebagai lilitan
primer dan L2 sebagai lilitan sekunder. Induktansi L1 terhubung dengan panjang
saluran mikrostrip lm dan L2 terhubung dengan lebar slot yang terbatas hanya pada
lebar Wm. Sehingga nilai induktansi bersama L1 dan L2 dapat diperoleh
menggunakan induktansi per satuan unit panjang dari saluran mikrostrip dan slot.
Induktansi bersama M dapat ditentukan dengan formulasi seperti pada persamaan
(2.12) [5].
M =Z
ε eff
c
(2.12)
Dimana Z merupakan impedansi karakteristik dari saluran mikrostrip dan ε eff
adalah konstanta dielektrik efektif dari substrat. Nilai c adalah kecepatan cahaya.
Sehingga Zs adalah nilai impedansi dan ε eff s konstanta dielektrik efektif pada slot.
Sedangkan Zm adalah nilai impedansi dan ε eff m adalah konstanta dielektrik efektif
pada saluran mikrostrip. Sehingga nilai induktansi bersama dapat ditentukan
dengan mengubah panjang dan lebar saluran mikrostrip.
Dengan kata lain transformator tersebut merupakan suatu rangkaian tala
(tuned circuit) yang mengubah dari level impedansi rendah ke impedansi yang
lebih tinggi. Sehingga rangkaian tala tersebut berfungsi sebagai jaringan
impedansi penyesuaian antara resistansi sumber dan beban. Rangkaian tala pada
kasus antenna slot mikrostrip merupakan rangkaian paralel RLC yang beresonansi
bila sudut fasa φ sama dengan nol. Hal ini berarti reaktansi induktif XL sama
dengan reaktansi kapasitif XC. Sehingga frekuensi resonansi dapat diperoleh
seperti pada persamaan (2.15).
ωr L =
1
ωr C
(2.13)
ωr =
1
LC
(2.14)
fr =
1
2π LC
(2.15)
Dari persamaan (2.13) sampai (2.15) menjelaskan bahwa pada saat resonansi
impedansi rangkaian adalah resistif murni. Sedangkan induktansi L dan
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
19
kapasitansi C dapat disetel untuk membawa rangkaian tersebut ke dalam keadaan
resonansi dengan frekuensi yang diinginkan. Untuk rangkaian tala paralel nilai
impedansi diberikan pada persamaan (2.16) [43] .
Z P (ω ) = (1 / R + jωC + 1 / jωL) −1
= jωLR /( R + jωL − ω 2 LCR )
(2.16)
= jωL /[(1 − ω LC ) + jωL / R]
2
Pada saat beresonansi dengan nilai frekuensi seperti pada persamaan (14),
impedansi komplek pada persamaan (2.17) menjadi,
Z P (ω 0 ) = jω 0 L /[(0) + jω 0 L / R ]
=R
(2.17)
Penggunaan yang paling luas dari rangkaian tala ialah sebagai suatu filter
yang selektif untuk suatu lebar frekuensi tertentu. Pengaruh dari rangkaian tala
paralel pada suatu sinyal frekuensi tergatung pada berapa dekat sinyal tersebut
dari frekuensi resonansinya. Selain itu juga tergantung pada suatu karakteristik
rangkaian yang disebut selektivitas. Dimana selektivitas itu merupakan fungsi dari
faktor Q atau faktor kualitas dari rangkaian yang dirumuskan dalam persamaan
(2.18).
Q=
R
ω0 L
(2.18)
Impedansi rangkaian tala paralel pada persamaan (2.16), jika dengan harga Q
persamaan tersebut menjadi,
Z P (ω ) = R /[1 + jQ (ω / ω 0 - ω 0 / ω )]
(2.19)
Dimana pada saat ω = ω 0 , impedansi rangkaian paralel Z P (ω ) mencapai
maksimum pada Z P (ω ) = R dan sebaliknya jika terjadi selisih dari ω 0 maka
Z P (ω ) akan menuju nilai minimum. Pada bagian nyata dan imajiner dari
impedansi rangkaian paralel [ Z P (ω ) = RP (ω ) + jX P (ω )] , ketika RP (ω ) mencapai
R yang dinormalkan pada saat resonansi, X P (ω ) menjadi nol. Terdapat dua nilai
frekuensi ω1 dan ω 2 , sehingga nilai impedansi
Z P (ω1 ) = R / (1 − j ) dan
Z P (ω 2 ) = R / (1 + j ) . RP (ω ) menjadi R/2 untuk kedua nilai impedansi, sehingga
X P (ω1 ) = R / 2 dan X P (ω 2 ) = − R / 2 . Kedua frekuensi tersebut dengan nilai
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
20
faktor kualitas Q dapat dirumuskan pada persamaan (2.20), dimana rentang dari
kedua frekuensi tersebut diformulasikan pada persamaan (2.21).
ω 2,1 = ±ω 0 (2Q) + (1 + 4Q 2 )1 / 2 ω 0 /(2Q)
(2.20)
ω 2 − ω1 = ω 0 / Q
(2.21)
Untuk rangkaian-rangkaian gelombang mikro selektifivitas diukur
menurut lebar-bidang (bandwidth) frekuensi terhadap nilai -3 dB. Namun dalam
kasus impedansi penyesuaian diberikan dengan nilai VSWR = 2 atau ekivalen
dengan nilai return loss sebesar -9,54 dB. Sehingga pada kasus antena bandwidth
didefinisikan sebagai nilai frekuensi rendah f1 dan frekuensi tinggi f2 terhadap
nilai -9,54 dB. Dimana nilai f1 dan f2 telah dijabarkan dalam [41]. Sehingga
bandwidth dapat dijabarkan menggunakan formulasi seperti pada persamaan
(2.22).
BW = f 2 − f1 =
fr
Q
(2.22)
Dari persamaan (2.22) menunjukan betapa pentingnya faktor Q dalam
menentukan selektivitas, dimana faktor Q yang rendah akan menghasilkan suatu
bandwidth yang lebar demikian juga sebaliknya. Sehingga dengan membuat dua
kali lipat jumlah saluran catu mikrostrip yang disisipkan dibawah slot antena,
akan meningkatkan efek kopling induktif dua kalinya. Meningkatnya efek kopling
akan menurunkan faktor kualitas Q rangkaian tala. Semakin rendah faktor kualitas
Q dari rangkaian akan membuat bandwidth semakin lebar.
2.4. Impedansi Karakteristik Saluran Mikrostrip
Dalam kasus MSA ini, teknik pencatuan yang digunakan yaitu saluran
mikrostrip secara elentromagnetik kopel. Untuk menentukan nilai impedansi
karakteristik saluran yaitu dengan menentukan lebar w. Dimana lebar tersebut
berdasarkan nilai permitivitas relatif εr dan tebal substrat h seperti ditunjukkan
pada Gambar 2.6.
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
21
Gambar 2.6. Struktur Saluran Mikrostrip
Parameter utama yang penting untuk ditentukan pada suatu saluran
mikrostrip adalah impedansi karakteristiknya Z0. Impedansi karakteristik Z0 dari
saluran microstrip dapat diperoleh dengan menggunakan pendekatan sebagai
berikut [3]. Untuk saluran sempit dengan
Z0 = −
w
≤ 2 diberikan pada persamaan (2.23).
h

ε r − 1 
0.2416 
0.4516 +
 H '−

2(ε r + 1) 
ε r 
2(ε r + 1) 
119.9
(2.23)
dimana
1


2


4
4
h
h
2 
 

H ' = ln  +   + 2 
w  w 
 


Sedangkan untuk saluran yang lebar, dengan
(2.24)
w
≥ 2 diberikan pada persamaan
h
(2.25).
−1
 ε r −1 ε r +1
376.7 w

w
1.4516+ ln + 0.94
Z0 =
 + 0.8825+ 0.1645 2  +

ε r  h

h
 εr  πε r 
(2.25)
Sementara itu untuk menghitung panjang gelombang dalam saluran λm
maka perlu diketahui nilai parameter konstanta dielektrik efektif εr
berikut. Untuk saluran yang sempit
eff
, sebagai
w
≤ 1 diberikan pada persamaan (2.26).
h
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
22
ε r + 1 
ε r ef f =
2
(ε r − 1)


 0.4516 + 0.2416 
1 −
ε r 
 2 H ' (ε r + 1) 
2
(2.26)
dengan H’ yang telah diberikan pada Persamaan (2.24). Kemudian untuk saluran
yang lebar
w
≥ 1 diberikan pada persamaan (2.27).
h
ε r ef f =
ε r +1 ε r −1 
2
+
2
10 
× 1 + 
u

− ab
(2.27)
Dimana :
u =W /h
a = 1+
2
  u 3 
1  u 4 + (u / 52 ) 
1
+
ln  4
ln
 

1 + 
49  u + 0.432  18.7   18.1  
 ε − 0. 9 

b = 0.564 r
 ε r + 0. 3 
0.053
Setelah mengetahui nilai konstanta dielektrik efektif, maka panjang gelombang
dalam saluran microstrip λm dapat diperoleh pada persamaan (2.28).
λ m=
λ0
(2.28)
ε r ef f
Sehingga lebar efektif saluran weff untuk menentukan impedansi karakteristik yang
diinginkan dapat ditentukan oleh persamaan (2.29).
weff =
120π h
Z0 ε
(2.29)
r ef f
2.5. Konsep Dasar Antena Mikrostrip Array
2.5.1. Sistem Jaringan Pencatuan Paralel
Dasar konfigurasi sistem pencatuan antena array pararel
merupakan
pembagian dua saluran bercabang yang dirangkai dalam suatu rangkaian menjadi
sebuah jaringan impedansi. Dimana pada setiap saluran mempunyai impedansi
yang sama (matching impedans) [3]. ada dua jenis konfigurasi sistem jaringan
saluran catu, yaitu sistem jaringan saluran catu pararel dan sistem jaringan catu
seri.
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
23
Metode yang lazim digunakan untuk saluran catu pada antena mikrostrip
array dapat di kategorikan menjadi dua hal yaitu konfigurasi saluran catu
corporate seperti Gambar 2.7 dan konfigurasi saluran catu paralel seperti Gambar
2.8. Rangkaian pararel atau biasa disebut corporate feed menggunakan satu input
dan beberapa saluran sebagai outputnya. Setiap cabang saluran masing-masing
mempunyai elemen radiasi. Pada kasus antena mikrostrip array, rangkaian pararel
terbagi menjadi dua, rangkaian pararel satu-dimensional dan rangkaian pararel
dua-dimensional.
Rangkaian
pararel
satu-dimensioanl
menggunakan
dua
konfigurasi, seperti terlihat pada Gambar 2.7 dan untuk dua-dimensional dapat di
lihat pada Gambar 2.8.
(a)
(b)
Gambar 2.7. Dasar Jaringan Saluran Catu Corporate : (a) Konfigurasi Simetris (b)
Konfigurasi Asymetris [3].
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
24
Gambar 2.8. Jaringan Saluran Catu Pararel Dua-Dimesional [3].
2.5.2. Sistem Jaringan Pencatuan Seri
Sistem jaringan pencatuan seri seperti terlihat pada Gambar 2.9 terdiri dari
beberapa elemen yang disusun secara berurut. Pada jenis ini, gelombang
disalurkan dari input menuju beban yang dihubungkan pada ujung saluran
melewati elemen peradiasi. Kelemahan dari jenis ini adalah memiliki bandwith
yang sempit dan daya pancar yang rendah [46].
Load
In
(a)
E
Load
In
(b)
Gambar 2.9. Jaringan Saluran Catu Seri:
(a) Konfigurasi Untranpos (b) Konfigurasi Tranpos [3]
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
25
2.6. Teknik Penyesuaian Impedansi Dengan Stub
Dalam konfigurasi array, impedansi karakteristik saluran catu utama harus
sesuai dengan impedansi di setiap elemen antena agar daya yang dikirim dari
sumber ke beban maksimal. Sehingga di setiap cabang saluran array tersebut
harus diberikan potongan saluran penyesuaian. Teknik penyesuaian tersebut dapat
menggunakan teknik batang penyesuaian (stub matching) dan tranformator λ/4.
Pada bagian ini hanya membahas teknik penyesuaian dengan batang penyesuaian.
Cakupan frekuensi kerja suatu antena tidak hanya bergantung pada respon
frekuensi dari elemen peradiasi, tetapi juga merupakan kombinasi dari saluran
pencatunya. Dalam prakteknya impedansi karakteristik saluran transmisi dalam
nilai nyata dimana elemen antenanya dalam nilai komplek. Begitu pula variasi
tiap fungsi frekuensi tidak sama. Sehingga efisiensi jaringan penyesuaian harus
dirancang sedemikian rupa untuk mendapatkan jarak frekuensi yang diinginkan
[42].
Gambar 2.10. Saluran Catu Dengan Stub Seri.
Banyak
jaringan
penyesuaian
yang
dapat
digunakan
untuk
menghubungkan saluran transmisi terhadap elemen antena dan dapat dirancang
untuk memberikan karakteristik frekuensi yang dapat diterima. Salah satunya
adalah teknik penyesuaian dengan menggunakan stub. Dimana stub pendek, ls,
dihubung secara seri dengan saluran transmisi berjarak ds dari pinggir slot, seperti
terlihat pada Gambar 2.10 Saluran mikrostrip dihubung secara shunt dengan stub
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.
26
pendek. Dengan mengasumsikan karakteristik impedansi riil, jarak ds di kontrol
untuk membuat bagian impedansi riil antena sama terhadap impedansi
karakteristik. Panjang saluran ls diubah-ubah sampai reaktansi (suseptansi) stub
sama dalam magnitudo tetapi berlawanan dalam phasa pada suseptansi saluran
masukan pada titik hubungan elemen saluran transmisi. Penggunaan stub ini dapat
meningkatkan bandwidth [35].
Prinsip penyesuaian impedansi dengan stub yaitu dengan memberikan
nilai kompensasi pada reaktansi atau suseptansi dari bagian imajiner antena. Jika
suatu antena memiliki impedansi beban ZL=R + jX, maka harus ditambahkan
dengan nilai reaktansi pada saluran transmisi ZC=R - jX untuk mencapai kondisi
sesuai ZL=ZC. Nilai jarak stub ds dan panjang stub pendek ls telah diformulasikan
dalam [42] seperti terlihat dalam persamaan (2.30) dan (2.31). Dari kedua
persamaan tersebut λ merupakan panjang gelombang dan S merupakan
gelombang berdiri (SWR) pada saluran.
dS =
λ
S −1
cos −1
4π
S +1
(2.30)
lS =
S
λ
tan −1
2π
S −1
(2.31)
Universitas Indonesia
Studi karakteristik ..., Iskandar Fitri, FT UI., 2008.