1
Dislitbang TNI AU
STEI - ITB, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132, Indonesia 2
Unika Atmajaya Jakarta Indonesia
ABSTRAK
Sistem radar konvensional menggunakan sistem mekanik untuk mengarahkan beam antena pada saat melakukan proses scanning. Pada penelitian ini diusulkan suatu metode untuk mengatur pengarahan beam antena untuk proses scanning dengan menggunakan sistem antena array dengan electronic switch beam. Metode ini diharapkan dapat menjadi suatu alternatif metode scanning yang lebih effisien. Pada paper ini dijelaskan tentang konsep metode scanning dengan antena array elektronik switch beam dan hasil kajian simulasi penerapan antena mikrostrip persegi sebagai elemen array sirkular. RF relay G6Z telah diukur dan dipilih sebagai komponen switching.
Kata Kunci : scanning, array, microstrip ,RF switch
1. PENDAHULUAN
Teknologi radar dan navigasi merupakan teknologi yang memiliki peran penting dalam bidang militer. Teknologi radar juga memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai metode pengidraan dan pencitraan pada bidang-bidang lain. Pengamanan dan pengawasan wilayah NKRI yang terdiri dari kurang lebih 17.504 pulau dengan 2/3 wilayah terdiri dari lautan memerlukan sumberdaya baik aparat ataupun peralatan yang sangat besar [1].
Sistem radar konvensional menggunakan sistem mekanik untuk mengarahkan beam antena pada saat melakukan proses scanning. Sistem mekanik tersebut memerlukan usaha yang besar dan dimensi sistem yang besar. Antena array dapat dikembangan untuk pengaturan beam antena dengan suatu mekanisme elektrik tertentu baik pengaturan distribusi arus, fasa atau dengan electronic switch.
Electronic switch beam antena telah diusulkan untuk beberapa aplikasi komunikasi. Four sectoral switch beam antena telah dikaji penerapannya untuk WLAN [2]. Penggunakan array circular dengan PIN dioda sebagai komponen switching telah dikembangkan sebagai sistem smart antena untuk komunikasi ISM band [3].
Pada penelitian ini diusulkan suatu metode untuk mengatur pengarahan beam antena untuk proses scanning dengan menggunakan sistem antena array dengan electronic beam. Pengaturan beam secara elektronik ini diharapkan dapat menjadi suatu alternatif metode scanning yang lebih effisien. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat suatu antena array dengan sistem elektronik switch yang dapat dikendalikan dengan software untuk proses scanning pada sistem radar. Kegiatan penelitian ini
untuk mendorong tercapainya kemampuan nasional dalam penguasaan perekayasaan dan pembuatan teknologi untuk pertahanan dalam rangka kemandirian, kemudian juga tercapainya peningkatan dan terpeliharanya kemampuan pertahanan aspek matra udara, khususnya Radar.
Penelitian ini akan dilaksanakan diawali dengan melakukan kajian konsep-konsep operasi dan permasalahan sistem antena untuk sistem radar. Kemudian dilakukan perancangan sistem antena dan rangkaian elektronik switch yang dikendalikan dengan basis suatu mikrokontroler. Perancangan dilakukan dengan kegiatan simulasi software untuk mendapatkan suatu desain sistem array yang diharapkan. Antena disusun secara sirkular untuk mendapatkan kemampuan scanning. Pada paper ini dilaporkan hasil simulasi penerapan elemen mikrostrip persegi sebagai elemen array. Elemen antena mikrostrip dipilih karena karakterisitik pancarannya yang bersifat direksional.
2. DESAIN ANTENA
Setiap elemen pada array harus memiliki karakteristik radiasi yang directional, sehingga penyusunan antena secara circular dapat diterapkan untuk mencakup seluruh area scanning radar. Pada penelitian ini dipilih antena mikrostrip sebagai elemen array sirkular. Pemilihan antena mikrostrip sebagai elemen array didasarkan atas karakteristik pola radiasinya yang bersifat direksional. Alasan lainnya adalah karena bentuk antena mikrostrip yang kompak dan konformal sehingga mudah untuk disusun dengan berbagai bentuk [6].
Rangkaian elektronik switch digunakan untuk mengaktifkan setiap elemen array secara berurutan.
Rangkaian elektronik switch ini dikendalikan dengan mikrokontroler sehingga pemrograman mikrokontroler menjadi bagian dari kegiatan penelitian ini. Rangkaian elektronik switch akan dirancang dengan suatu komponen RF switch yang aktivasinya dikendalikan oleh suatu masukan DC.
Gambar 1: Pengarahan beam pada Sistem antena radar konvensional dengan sistem mekanik.
Gambar 2: Ilustrasi Antena array sirkular
Rangkaian RF switch pada gambar 3, terdiri dari RF relay G6Z Omron yang diaktivkan dengan tegangan 5v dc dan memiliki rentang frekuensi hingga 3 GHz. Kemampuan RF relay telah dikaji dengan suatu kegiatan pengukuran dan hasil pengukuran ditunjukan pada gambar 4. Antena mikrostrip persegi dipilih sebagai elemen array usulan. Selain pertimbangan pola radiasi yang dimiliki, antena mikrostrip persegi lebih sederhana untuk dianalisa dan proses pembuatannya lebih mudah. Pada penelitian ini antena didesain untuk sistem radar frekuensi 2 GHz. Array usulan memiliki 36 elemen, sehingga dengan dimensi antena sekitar 3.5 cm maka diameter array sekitar 40 cm. Pada tahap ini telah dikaji dua desain antena mikrostrip persegi pada substrat FR-4 (εr=4.4) dengan tebal substrate 1.6 mm dan 0.8 mm. Pencatuan koaksial dipilih untuk mendukung struktur antena array. Dimensi kedua antena ditunjukkan pada tabel 1.
Gambar 3: Rangkaian RF switch
0.5 1 1.5 2 2.5 3 x 108 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 off on Frekuensi (GHz) S21(dB)
Gambar 4: Karakterisik transfer RF relay G6Z
Tabel 1: Dimensi antena mikrostrip persegi
antena h p x l a b 1 elemen 1 0.8 35.57 x 18 16.1 9 1.6 36.13 x 18 15.5 9 2 elemen 2 0.8 35.48 x 35.48 14 17.74 1.6 35.2 x 35.2 14 17.6 p Feed point b l h Ground plane a pacth
Gambar 5: Struktur antena mikrostrip persegi
3. HASIL SIMULASI
Simulasi dilakukan dengan menggunakan metode momen. Hasil simulai menunjukan bahwa kedua antena mikrostrip persegi memiliki pola radiasi yang direksional. Struktur ground plane menyebabkan komponen radiasi ke belakang sisi ground plane hilang. Pola radiasi elemen 1,2 memiliki bentuk yang hampir sama seperti ditunjukan pada gambar 6. Gambar 7 menunjukkan karakteristik S11 dari setiap
elemen. Nampak bahwa penggunaan substrat yang
lebih lebar akan memperlebar bandwidth antena. Elemen 1 memiliki efisiensi radiasi dan gain yang lebih rendah dibanding elemen 2. Hasil simulasi ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2: Perbandingan gain dan efisiensi radiasi elemen 1 dan 2.
antena efisiensi gain
1 elemen 1 86% 3.98 dBi 2 elemen 2 94% 4.86 dBi 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0 elemen 1 elemen 2
Gambar 6: Pola radiasi elemen 1 dan elemen 2.
1.97 1.98 1.99 2 2.01 2.02 -30 -25 -20 -15 -10 -5 frekuensi (GHz) S11 (d B ) elemen 1 (h=0.8 mm) elemen 1 (h=1.6 mm) elemen 2 (h=1.6 mm) elemen 2 (h =0.8 mm)
Gambar 7: Karakteristik S11 elemen mikrostrip persegi
Dari hasil simulasi Nampak bahwa elemen 2 memiliki kelebihan pada gain dan efisiensi radiasi, sehingga elemen 2 selanjutnya dipilih sebagai elemen pada array sirkular yang diusulkan. Jika diperlukan beam yang lebih sempit untuk meningkatkan akurasi scanning maka tiap elemen dapat dikembangkan menjadi sub sistem array. Array sirkular disusun dengan sumbu susunan horizontal, sedang subsistem array dapat disusun dengan sumbu susunan vertikal. Langkah penelitian selanjutnya adalah realisasi elemen 2 dan pengukuran. Kemudian dilanjutkan
dengan pengintegrasian sistem array dengan rangkaian RF switch.
4. KESIMPULAN
Elemen mikrostrip persegi dapat diterapkan sebagai elemen pada antena array sirkular usulan untuk proses scanning pada sistem radar. Antena mikrostrip persegi memiliki karakteristik pancaran yang direksional sehingga memenuhi persyaratan sebagai elemen array sirkular usulan. Proses pengukuran diperlukan untuk memverifikasi hasil simulasi. RF relay G6Z telah diuji dengan pengukuran dan dapat diterapkan sebagai komponen switching.
DAFTAR REFERENSI
[1] Mashuri Wahab, at al, Rancang bangun Radar pengawas pantai INDRA II di PPET LIPI, Prosiding seminar Radar Nasional, Jakarta, April 2008.
[2] F.Thudor, A Louzir, Low Cost Multi Beam Antenna for WLAN Application, Thomson Mutimedia Corporate Research,2002.
[3] E. Palantei, Dual Frequency Plag and Play Steerable Antenna for ISM band Communication, Proseding ICEEI, ITB bandung, Juni 2007.
[4] M.I. Skolnik, Radar handbook, 2nd edition, Mc- Graw Hill, 1990.
[5] G. Richard Curri, Radar System Performance Modelling, 2nd edition, Artech House,2005. [6] David Pozar, Daniel Schaubert, “The Analysis
And Design Of Microstrip Antennas and Array”, IEEE Antena and Propagation Society, IEEE PRESS 1995.
[7] Tatsuo Itoh, “Planar Antenna Arrays for Ku/Q Bands”, Department of Electrical Engineering, University of California, Los Angeles, California 90095. Final Report 2000-2001 for MICRO Project 00-041: Rockwell Science Center.