Yudi Yuliyus Maulana 1) , Yuyu Wahyu 1) , Folin Oktafiani 1) dan , AA Lestari 2)
3. PENGUKURAN DAN ANALISA Bentuk Gelombang Yang Ditransmisikan
Gambar 6: Sinyal transmisi antena GPR Rolled dipole
Pada gambar 6 terlihat bahwa antena memiliki ringing yang rendah sebear -18dB. Gejala ringing yang rendah menunjukkan antena GPR yang kita desain yaitu antena rolled dipole dapat digunakan untuk keperluan GPR. Durasi sinyal pulsa utama pada gambar 6 sebesar 1,6 ns. Hal ini sesuai dengan durasi pulsa yang ditransmisikan pada percobaan ini.
Bentuk gelombang yang ditransmisikan pada gambar 6 menunjukkan hasil yang menyerupai dengan simulasi. Nilai ringing pada simulasi 10 cm pada tabel sebesar 17,8. Hal ini menunjukkan realisasi antena berhasil. Terdapat perbedaan hasil simulasi dan pengukuran, Hal ini antara lain disebabkan oleh : gejala staircasing pada geometri antena simulasi, perbedaan jarak spasi resistor dan celah pengisian resistor dalam simulasi dan realisasi, perbedaan nilai resistor simulasi dan realisasi, material pasir yang tidak sama antara simulasi dan realisasi, dan faktor pembulatan perhitungan.
- Impedansi Input Antena Rolled Dipole
(a)
(b)
Gambar 7: Impedansi input antena Rolled dipol pada perhitungan (a)udara (b) pasir
Pada gambar 7 terdapat hasil impedansi input dalam medium pasir yang lebih flat dibandingkan udara. Hal ini terjadi sebab pasir merupakan medium absorber, sehingga terjadi bentuk yang lebih flat. Dalam perhitungan terdapat masih adanya impedansi input yang tinggi, hal ini disebabkan refleksi antena yang terjadi. Hal ini terjadi sebab tidak mungkin membuat pembebanan dengan panjang yang tak terbatas.
Dalam perhitungan pada gambar 7 terdapat pola impedansi input yang mirip antara impedansi input di udara dengan di pasir, Hal ini menunjukkan antena yang didesain sudah adaptif untuk pemakaian di udara maupun pasir dan dapat digunakan untuk keperluan GPR. Impedansi input di pasir lebih flat dari udara, hal ini terjadi sebab pasir adalah
absorber yang mengakibatkan perubahan
karakteristik antena. Pasir ini akan menyerap daya yang ditransmisikan antena. Pada bagian antara dua medium pasir dan udara akan terjadi juga efek
kopling, dimana efek kopling yang ada berupa efek yang diakibatkan pemantulan daya. Efek ini sering
juga disebut clutter untuk sisyem GPR. Efek kopling
ini dapat diatasi dengan mendekatkan antena dengan pasir.
Perbedaan perkiraan nilai impedansi input hasil simulasi (gambar 3) dan hasil realisasi (gambar 7) disebabkan oleh perbedaan nilai permitivitas dan ketebalan substrat yang digunakan dalam perealisasian antena dan dalam simulasi. Perbedaan ini juga disebabkan gejala staircasing dalam simulasi antena rolled dipole dengan metode FDTD. Perbedaan nilai permitivitas akan mempengaruhi scattering parameter antena yang selanjutnya mempengaruhi karakteristik impedansi input antena.
- VSWR Antena Rolled Dipole
(a)
(b)
Gambar 8: VSWR antena rolled dipole pada pengukuran di pasir (a) frekuensi center (b) umum
Pada gambar 8 terlihat antena rolled dipole ini memilki karakteristik VSWR yang baik pada frekuensi 600 MHz. Pada pengukuran didapat nilai VSWR 1,55. Hal ini sesuai dengan desain awal antena, dimana pulsa yang dikirimkan menggunakan center frekuensi 600MHz.
Terdapat perbedaan antara VSWR hasil simulasi (gambar 4) dan pengukuran realisasi (gambar 8). Perbedaan ini terutama disebabkan oleh perbedaan nilai substrat material FR-4 pada simulasi dan realisasi. Dalam proses realisasi ini penulis menggunakan medium dilektrik FR-4 dengan permitivitas relatif 4,4 . Hal ini berbeda dengan
122
simulasi yang menggunakan permitivitas relatif sebesar 3,55. Hal ini akan menggeser nilai frekuensi center. Nilai frekunsi center yang didaptkan dari hasil perhitungan dengan permitivitas relatif 4,4 menjadi 538 MHz. Pergeseran yang dicapai mencapai 62 MHz.
- Footprint Antena Rolled Dipole
-30 -3 0 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -2 0 -20 -20 -20 -20 -20 -20 -1 0 -10 -10 -10 -1 0 X (cm) Y ( c m )
Normalised peak to peak voltage in dB
-60 -40 -20 0 20 40 60 -60 -40 -20 0 20 40 60
Gambar 9: Footprint antena Roll Dipole berdasarkan peak to peak amplitudo diukur pada pasir (real eps = 4) Tabel 3: Ukuran footprint antenna rolled dipole pada pengukuran di pasir
Level (dB) X(cm) Y(cm)
0 30 60
-3 34 48
-10 48 80
Tabel 3: Menunjukkan ukuran footprint antenna rolled dipole pada pengukuran di pasir.
Gambar 10: Footprint antena rolled dipole berdasarkan spektrum magnitude diukur pada pasir (real eps =4) dalam
dB
Dari gambar 10 terlihat footprint spektrum frekuensi dari antena saat digunakan pada frekuensi yang berbeda-beda. Frekuensi yang digunakan pada antena ini, yaitu : 400MHz, 600 MHz, 1 GHz, 2 GHz, 3GHz dan 4 GHz. Dari gambar terlihat intensitas spektrum yang terbaik didapat saat digunakan pulsa 600 MHZ. Dimana saat penggunaan 600 MHZ, didapat spektrum yang terbesar dengan magnitude yang tinggi. Hal ini menunjukkan antena ini dapat digunakan untuk pulsa dengan frekuensi center 600 MHz.
Gambar footprint hasil simulasi menunjukkan hasil yang berbeda dengan footprint hasil pengukuran realisasi antena. Hal ini terutama disebabkan penggunaan medium pasir yang berbeda dalam simulasi dan realisasi dan perbedaan dalam geometri simulasi dan realisasi antena. Perbedaan pasir ini akan mengakibatkan perbedaan absorbing
dan pemantulan pasir (faktor kopling) yang selanjutnya juga mengakibatkan perbedaan hasil simulasi dan pengukuran. Perbedaan footprint ini juga disebabkan kedalaman Tx loop yang berbeda antara simulasi dan realisasi. Tx loop dalam realisasi tak dapt ditentukan secara pasti. Perbedaan kedalaman Tx loop ini mengakibatkan perbedaan footprint simulasi dan pengukuran. Hal ini disebabkan adanya penurunan medan listrik pada kedalaman yang berbeda secara eksponensial dan redaman yang berbeda untuk jenis pasir yang berbeda.
4. KESIMPULAN
Setelah melakukan semua proses simulasi, realisasi, dan pengukuran antena GPR rolled dipole yang dioptimasi terhadap pulsa 1.6 ns dapat disimpulkan bahwa
1. Antena rolled dipole dapat memperkecil dimensi dengan penggunaan elemen resistor yang dipasang tergulung.
2. Panjang antena optimum yang dapat digunakan untuk menghasilkan radiasi maksimum bergantung pada substat bahan dielektrik dan frekuensi center dari pulsa yang ditransmisikan 3. Penggunaan pembebanan resistif pada lengan
yang dipasang di sepanjang antena dapat menguransi ringing dan memperbesar bandwidth dari antena tersebut
4. Antena rolled dipole memilki karakteristik impedansi input selayaknya karakteristik antena ultrawideband yang baik, yaitu : memiliki nilai impedansi yang konstan dan reaktansi yang rendah (nol)
5. Antena rolled dipole memiliki footprint dengan puncak spectrum dengan resolusi paling tinggi pada ukuran x= 30 cm dan y=60 cm yang bekerja pada frekuensi 600 MHz sesuai dengan perancangan.