BAB III PERANCANGAN SALURAN PENCATU UNTUK ANTENA
3.3 Perancangan Konfigurasi Saluran Pencatu Antena
3.3.1 Perancangan Konfigurasi-1
Proses perancangan ini menggunakan data-data yang sudah ditentukan pada sub bab sebelumnya. Adapun bentuk Konfigurasi-1 saluran pencatu yang akan dirancang seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Saluran pencatu yang digunakan dalam perancangan mempunyai impedansi masukan sebesar 50Ω . Lebar saluran pencatu ini sama seperti yang diperoleh pada bagian 3.2.3 yaitu sebesar 3 mm. Sedangkan untuk panjangnya dapat berubah – ubah sesuai dengan jarak antar elemen (patch) yang bertujuan untuk mendapatkan hasil yang optimal.
Pada perancangan ini setelah mendapatkan impedansi masukan sebesar
50Ω digunakan T-junction yang memiliki impedensi sebesar 70.7Ω . Hal ini
disebabkan terdapat 2 titik percabangan impedansi. Hal ini sesuai dengan metode Wilkinson (pada sub bab 2.9) dimana nilai impedensi Z dapat diperoleh dari Persamaan 2.14.
Z = Zo
= 50 2
= 70.7Ω
Lebar saluran pencatu mikrostrip 70.7Ω dapat dicari dengan
menggunakan Persamaan 2.15 dan 2.16.
B=
= ( . )
. .
1 (2 1) + ( 1) + 0.39 .
( . )
. 3.99 1 ln(2 3.99 1) + . . (3.99 1) + 0.39 .. {2.99 ln(6.98) + 0.386[ln(2.99) + 0.39 0.14]}
Gambar 3.8T-Junctionyang Memiliki Impedansi Sebesar 70.7Ω
Untuk saluran pencatu mikrostrip 50 Ω yang lain, lebar saluran pencatu tersebut memiliki lebar yang sama seperti yang diperoleh pada bagian 3.2.3 yaitu sebesar 3 mm. Sedangkan panjang salurannya dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak antar elemen (patch) yang dirancang.
3.3.2 Perancangan Konfigurasi-2
Pada proses perancangan Konfigurasi-2 saluran pencatu ini, data-data yang digunakan telah diperoleh pada sub bab sebelumnya. Adapun bentuk Konfigurasi-2 saluran pencatu yang akan dirancang seperti yang tampak pada Gambar 3.9.
Proses perancangan Konfigurasi-2 ini menggunakan impedansi masukkan sebesar 50Ω . Lebar saluran pencatunya sama dengan yang diperoleh pada bagian 3.2.3 yaitu sebesar 3 mm dan panjang saluran pencatunya dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak antar elemen (patch) yang dirancang.
Pada perancangan ini setelah mendapat impedansi masukan sebesar 50Ω terdapat 2 T-Junction yang digunakan. Sesuai dengan metoda Wilkinson pada bagian 2.9, oleh karena terdapat 3 titik percabangan impedansi makaT-JunctionI (pertama) dapat diperoleh nilai impedansinya sesuai dengan Persamaan 2.14.
Z = Zo
= 50 3
= 86.60 Ω
Lebar saluran impedansi 86.60 Ω dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2.15 dan 2.17.
B=
= ( . )
. .
W = 1 (2 1) + ( 1) + 0.39 . = ( . ) . 3.26 1 ln(2 3.26 1) + . . (3.26 1) + 0.39 .. = 1.02{2.66 ln(5.52) + 0.386[ln(2.26) + 0.39 0.14]} = 1.02 (2.66 1.71 + 0.41) = 0.979 mm = 1 mm
Untuk mendapatkan panjang saluran impedansi 86.6 Ω dapat menggunakan
TXLine 2003 seperti pada Gambar 3.8. Dengan memasukkan data-data yang sudah ditentukan maka diperoleh panjang saluran impedansi 86.6 Ω sebesar 17mm.
Untuk T-Junction II (kedua) karena terdapat dua titik percabangan maka nilai impedansi Z yang diperoleh adalah 70.7 Ω . Panjang dan lebar impedansi ini sama seperti yang diperoleh pada bagian 3.3.1 yaitu masing-masing sebesar 17 dan 1.6 mm. Untuk saluran impedansi 50 Ω mempunyai lebar sebesar 3 mm sedangkan panjang saluran dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak elemen (patch) yang dirancang.
3.3.3 Perancangan Konfigurasi-3
Proses perancangan Konfigurasi-3 saluran pencatu mikrostrip menggunakan data yang telah diperoleh sebelumnya. Adapun bentuk konfigurasi saluran pencatu yang akan dirancang seperti yang tampak pada Gambar 3.11.
Perancangan Konfigurasi-3 saluran pencatu mikrostrip ini menggunakan impedansi masukan 50 Ω . Lebar saluran impedansi adalah 3 mm dan panjang saalurannya dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak antar elemen (patch) yang dirancang.
Setelah mendapat impedansimasukan 50 Ω digunakanT-Junctionsebesar 35.35 Ω sesuai dengan teori yang ada di bagian 2.10. Lebar saluran pencatu 35.35 Ω dapat diperoleh dari Persamaan 2.15 dan 2.17.
B= = ( . ) . . = 7.98 Ω W = 1 (2 1) + ( 1) + 0.39 . = ( . ) . 7.98 1 ln(2 7.98 1) + . . (7.98 1) + 0.39 .. = 1.02{6.98 ln(14.96) + 0.386[ln(6.98) + 0.39 0.14]} = 1.02 (6.98 2.075 + 0.845) = 5.2 mm = 5 mm
Sedangkan untuk mendapatkan panjang saluran impedansi 35.35 Ω dapat menggunakan TXLine seperti yang tampak pada Gambar 3.8. Dengan
memasukkan data-data yang telah ditentukan sebelumnya, maka diperoleh panjang saluran impedansi ini sebesar 16 mm.
Gambar 3.12T-JunctionImpedansi 35.35 Ω
UntukT-Junctionimpedansi 70.7 Ω panjang dan lebar saluran pencatunya adalah masing-masing 1.6 mm dan 17 mm sama seperti yang digunakan pada bagian 3.3.1. Sedangkan untuk lebar saluran impedansi 50 Ω adalah 3 mm dan panjangnya dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak antar elemen (patch) yang dirancang.
3.3.4 Perancangan Konfigurasi-4
Pada perancangan ini bentuk konfigurasi saluran pencatu hampir sama dengan bentuk Konfigurasi-1. Akan tetapi pada rancangan ini arah aliran saluran pencatunya searah tidak seperti pada Konfigurasi-1 yang dimana arah aliran saluran pencatunya berhadapan (berlawanan).
Saluran impedansi masukkan 50 Ω sedikit dibuat berbeda dengan tujuan agar tidak terjadi tabrakan antara saluran impedansi masukkan 50 Ω dengan saluran impedansi 50 Ω yang berada dipatch.
Untuk lebar dan panjang T-Junction sama dengan yang telah diperoleh pada bagian 3.3.1 yaitu masing-masing sebesar 1.6 mm dan 17 mm. Sedangkan untuk lebar pada saluran impedansi 50 Ω adalah 3 mm dan panjang salurannya dapat berubah-ubah sesuai dengan jarak patch yang dirancang. Adapun bentuk konfigurasi saluran pencatu mikrostrip yang akan dirancang seperti yang tampak pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13Konfigurasi-4 saluran Pencatu yang Akan Dirancang 3.4 Spesifikasi Komputer Untuk Melakukan Simulasi
Simulasi Antena mikrostrip array elemen 2x2 menggunakan simulator
AWR Microwave Office 2004. Dalam menggunakan simulator ini diperlukan perangkat komputer untuk menjalankan aplikasi simulator tersebut. Adapun spesifikasi komputer yang digunakan untuk menjalankan simulasi adalah sebagai berikut :
1. Prosesor Intel®Core(TM) i3-2350M CPU@ 2.30GHz (4CPUs), ~2.3GHz 2. Kapasitas RAM 2 GB.
3. Harddisk 480 GB.
4. Sistem operasi Windows 7 Ultimate 32-bit (6.1, Build 7600) 3.5 Perangkat LunakAWR Microwave Office
Microwave Office merupakan solusi perangkat lunak yang paling komprehensif dalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan RF.
Microwave officeterkenal karena memilikiuser interfaceyangintutitif. Keunikan dari arsitekturnya membuat perangakat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yamg lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi. Adapun kemampuan dan aplikasi dariMicrowaeve Officeadalah sebagai berikut :
Kemampuan :
• Perancanganschematic/layout.
• Simulasi rangkaian linier dan non linier.
• Analisa EM
• Sintesis, optimasi, dan analisis hasil
• DRC/L vs skematik
• Process designs kits (PDKs)dari berbagai perancangan Aplikasi :
• Microwave Integrated Circuits(MIC).
• Papan cetak perancangan RF (PCB).
3.6 Proses Pencarian Solusi SimulatorAWR Microwave Office
AWR Microwave Officedapat mensimulasikan struktur berupa 3D planar
yang berbahan metal dan lapisan dielektrik. Simulator ini menggunakan metode Galerkin moments (MoM) dalam domain spectral, metode yang sangat akurat untuk menganalisa mikrostrip, stripline, struktur coplanar serta media yang lainnya.
Berdasarkan proses pemberhentiannya, simulasi dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu : terminating simulation dan non terminating simulation. Pada simulasi ini sistem pemberhentian simulasi menggunakan non terminating simulation. Simulasi ini akan berhenti berdasarkan absolute error dan relative error. Simulasi akan berhenti apabila error telah berada dibawahabsolute error
dan relative error yang telah ditetapkan. Adapun besar dari absolute error dan
relative erroradalah masing-masing sebesar 1 dan 1 (default).
3.7 SpesifikasiSettingParameter Simulasi Untuk Pengambilan Data Dalam menggunakan simulator 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. Rentang frekuensi simulasi adalah 2.3-2.6 GHz dengan frekuensi resonansinya sebesar 2.45 GHz. Adapun cara untuk settingan nilai frekuensi dijelaskan pada Gambar 3.14.
BAB IV
HASIL SIMULASI PERANCANGAN SALURAN PENCATU ANTENA MIKROSTRIPARRAYELEMEN 2X2
4.1 Umum
Pada bab ini dibahas mengenai hasil simulasi perancangan saluran pencatu antena mikrostrip array elemen 2x2. Proses perancangan menggunakan data-data yang telah diperoleh pada sub bab sebelumnya, seperti dimensi patch, karakteristik substrat, dimensi slot aperture coupled, dan bentuk konfigurasi saluran pencatu. Hasil perancangan akan disimulasikan dengan perangkat lunak
AWR Microwave Office 2004.
4.2 Hasil Simulasi Konfigurasi-1 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip ArrayElemen 2x2
Dari data perancangan elemen tunggal dan bentuk Konfigurasi-1 yang telah dirancang sebelumnya, maka didapatkan nilai VSWR seperti yang tampak pada Gambar 4.1.
Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa nilai VSWR hasil simulasi perancangan awal Konfigurasi-1 saluran pencatu adalah 1.635 pada frekuensi 2.45 GHz. Nilai VSWR sudah tersebut belum optimal, karena titik puncak (balik) nilai VSWR terletak pada frekuensi 2.4 GHz yaitu sebesar 1.285 yang tidak berada pada frekuensi yang diinginkan yaitu 2.45 GHz.
Gambar 4.2Diagram Alir ProsesIterasiUntuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi-1
Gambar 4.12Diagram Alir ProsesIterasiUntuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi-3
Gambar 4.17Diagram Alir ProsesIterasiUntuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi-4
Jenis Antena / Saluran Pencatu VSWR Gain (dB) Dimensi Antena (mm) Pola Radiasi Antena Elemen Tunggal 1.08 6.139 61x56 Konfigurasi-1 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 1.062 2.76 119x124 Konfigurasi-2 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 1.37 11.02 139x128
Konfigurasi-3 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 1.3176 2.03 121x126 Konfigurasi-4 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 1.504 11.32 128x128
tunggal menghasilkan nilai gain sebesar 6.139 dB sedangkan antena mikrostrip
array elemen 2x2 menghasilkan nilai gain terbaik sebesar 11.32 dB. Oleh karena itu, dengan perancangan saluran pencatu yang baik dan benar antena mikrostriparray elemen 2x2 akan menghasilkan nilai gainyang lebih baik yaitu hampir 2 kali lipat dari yang diperoleh antena mikrostrip elemen tunggal.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari analisa yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Jarak antar elemen pada antena mikrostrip array elemen 2x2 dapat mempengaruhi nilai VSWR. Pemilihan jarak antar elemen yang tepat, akan menghasilkan nilai VSWR yang maksimal.
2. Dari 4 jenis konfigurasi yang telah dirancang, diperoleh bahwa jenis Konfigurasi-1 memiliki nilai VSWR yang paling baik yaitu sebesar 1.062. 3. Bentuk konfigurasi saluran pencatu akan mempengaruhi nilai gain yang dihasilkan. Apabila saluran pencatu memiliki arah aliran arus yang sama (searah) maka gain yang dihasilkan akan besar. Akan tetapi apabila saluran pencatu memiliki arah aliran arus yang berlawanan maka gain
yang dihasilkan akan kecil.
4. Dari 4 jenis konfigurasi yang telah dirancang, diperoleh bahwa jenis Konfigurasi-4 memiliki nilaigainyang paling baik yaitu sebesar 11.32 dB 5. Konfigurasi-4 adalah konfigurasi terbaik yang dapat digunakan sebagai sistem pencatu antena mikrostrip array elemen 2x2. Hal ini dikarenakan dengan menggunakan konfigurasi tersebut antena memiliki nilai gain
yang paling baik yaitu sebesar 11.32 dB, memiliki nilai VSWR ≤ 2 dengan dimensi antena sebesar 128x128 mm.
5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat penulis berikan :
1. Hasil simulasi dapat dilanjutkan pada tahap pabrikasi agar hasilnya dapat dibandingkan dengan pengukuran.
2. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dapat dicoba melakukan analisa dengan menggunakan perangkat lunak yang lain seperti Ansoft maupun
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alaydrus, Mudrik. 2011.Antena Prinsip dan Aplikasi.Jakarta : Graha Ilmu. hal 1-4.
[2] Surjati, Indra. 2010. Antena Mikrostrip : Konsep dan Aplikasinya. Jakarta, Universitas Trisakti. hal 1
[3] Yong, Daniel. 2008. UHF Mirostrip Antenna Design and Simulation. First edition, Sim University Press. Hal 3-10.
[4] James JR dan Hall Ps. 1989.Handbook of Microstrip Antenna.First edition, Peter Peregrius Ltd, hal 1-17
[5] Constantine A. Balanis. 1997. Antenna Theory : Analysis and Design,USA, Jhon Willy and Sons, hal 28-64
[6] Ramesh Garg, Et Al.2001. Microstrip Design Handbook.Norwood, Artech House, hal 263-268
[7] Zarreen Aijaz dan S.C.Shivastava. Double Slot Coupled Microstrip Antenna, International Journal of Engineering Research and Aplication (IJERA), ISSN : 2248-9622, vol. 1, hal : 219-225
[8] Julio A.Navarro dan Kai Chang, Integrated Active Antennas and Spatial Power Combining, (USA: John Willey, 1996).
[9] Adel Bedair Abdel-Mooty Abdel-Rahman, 2005Design and Development of High Gain Wideband Microstrip Antenna and DGS Filters Using Numerical Experimentation Approach, Disertasi, University Magdeburg, hal 18-22, hal 38-39, hal 130
[10] Fahrazal, Muhammad. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Triple-Band Linier Array 4 Elemen Untuk Aplikasi WIMAX,hal 36-40.