129
SMART ANTENA MENGGUNAKAN METODE PHASE ARRAY
1)Yenniwarti Rafsyam dan 2)Nuhung Suleman 1,2)Teknik Telekomuniaksi, Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Jakarta (PNJ)
E-mail : ys2_2006@yahoo.com , nuhung@plasa.com ABSTRAK
Pada penelitian ini dikembangkan smart antena yang mampu memutar pola radiasi antena tanpa menggunakan motor tambahan. Pemutaran pola radiasi ini diusulkan menggunakan teknik phase array. Teknik phase array yaitu sebuah metode yang mampu merubah phase dari sinyal yang berakibat pada perubahan pola radiasi antena. Pada penelitian ini digunakan sebuah antena yang diberi tambahan butler matrik yang mampu mengaplikasikan swiching-beam dengan teknik phase array sehingga dapat mengatur beam sesuai yang diinginkan. Butler matriks ini bekerja pada frekuensi 2,4 GHz. Butler matrik ini berfungsi sebagai perubah fasa dan pembagi daya. Hasil simulasi menunjukan bahwa keluaran memiliki power yang tersebar merata dengan fasa pada masing-masing portnya sebesar 0, 44, -90, dan 135. Sementara itu, nilai S11 kurang dari -10 dB pada masing-masing port. Sementara itu, efisiensi antena diperoleh lebih dari 72 % dengan gain lebih dari 8 dBi. Sementara pengarahan beamnya berada pada 2, -20, 6 dan -7. Kata Kuci : Smart antena, pola radiasi, phase array, interferensi.
ABSTRACT
Design Smart Antenna using Phase Array. In this study was developed a smart antenna could rotate radiation pattern without using motor. The method to shift radiation pattern is propose using phase array techniques. Phase array technique is a method that is able to change the phase of the signal resulting in a change of the antenna radiation pattern. This research used an antenna with an added butler matrix-beam switching are able to apply the technique of phase-array. Butler matrix works at frequency 2.4 GHz. Butler matrix function can change of phase and power divider. The simulation results show that the output has the power spread with the phase at each port at 0, 44, -90, and 135. Meanwhile, the value of S11 is less than -10 dB at each port. The antenna efficiency more than 72% and gain more than 8 dBi with beam be at 2, -20, 6 and -7.
Keywords: Smart antena, beam, phase array, interference..
PENDAHULUAN
Pada era konvergensi saat ini dibutuhkan customer premise eqiupments (CPEs) yang mampu bekerja secara optimal, diantaranya yaitu peningkatan efisiensi penggunaan pola radiasi (beam) antena. Peningkatan efisiensi pola radiasi antena dapat dilakukan dengan menggunakan smart antena.
Seperti yang dikemukakan [1], sebuah smart antena didefinisikan sebagai antena array yang menyesuaikan beam dengan lingkungan (kebutuhan), dan terbagi menjadi dua klasifikasi yaitu :
a. Phased array atau multibeam antenna
Phase Array atau multibeam antena terdiri atas beberapa fix beam yang memiliki arah tertentu dan dapat dipilih mana saja yang akan diaktifkan.
b. Adaptive antenna array
Adaptive antenna array adalah sebuah antena array yang dapat menerima sinyal secara bersamaan untuk kemudian dikombinasikan yang dapat memaksimalkan nilai signal to interference and noise ratio (SINR). Artinya bahwa main lobe antena selalu berada pada pancaran utamanya.
Pada penelitian ini, akan dikembangkan smart antena yang mampu memutar pola radiasi antena tanpa menggunakan motor
130 tambahan. Pemutaran pola radiasi ini diusulkan menggunakan teknik phase array. Teknik phase array yaitu sebuah metode yang mampu merubah phase dari sinyal yang berakibat pada perubahan pola radiasi antena. Dengan kata lain pemutaran pola radiasi ini menggunakan manipulasi secara elektrik, sehingga akan lebih sederhana dan lebih efisien dibandingkan pemutaran secara mekanik. Karena tidak membutuhkan motor sebagai tambahan seperti yang diusulkan [2]
Di masa depan, smart antena pada CPE akan banyak menggunakan teknik phase array, sehingga power radiasi lebih efisien yang berakibat pada peningkatkan umur baterai dan menurunkan interferensi.
Tujuan khusus pada penelitian ini yaitu menghasilkan desain smart antena menggunakan teknik phase array untuk bekerja pada frekuensi 2,4 GHz yang merupakan alokasi frekuensi WLAN. Batasan masalah penelitian ini yaitu, antena ini diharapkan memiliki nilai return loss < -10 dB. Sehingga memiliki koefisien refleksi yang rendah. Parameter kinerja yang dirancang secara lebih lengkap meliputi :
a. Frekuensi kerja : 2,4 GHz b. Frekuensi tengah : 2,45 GHz b. Return Loss : < - 10 dB d. VSWR : 1,0 - 2
Keutamaan penelitian ini yaitu dihasilkan desain smart antena yang sederhana namun mampu memutar pola radiasi antena ke banyak arah tanpa ditambahkan motor pemutar, sehingga lebih efisien dan lebih compact.
METODE PENELITIAN
Sementara itu, perancangan antena terbagi menjadi 3 tahapan, pertama perancangan antena array butler matriks, kedua perancangan widebeam butler matriks, dan ketiga pengintegrasiian antena microstrip dengan multibeam butler matrik. Berikut ini adalah tahapannya :
Gambar 1. Tahapan perancangan 1. Perancangan microstrip antenna.
Pada algorima ini akan dijelaskan terlebih dahulu spesifikasi antena yang akan dibuat, termasuk jenis antena berupa antena microstrip array yang dapat menghasilkan wideband. Dapat menggunakan mutual coupling sehingga terbangkitkan band yang lebar. Perhitungan nilai bandwidth yaitu saat nilai return loss kurang dari -10 dB.
2. Perancangan mictrostrip butler-matriks. Agar dapat bekerja pada frekuensi lebar, maka butler matriks yang digunakan harus dapat bekerja pada frekuensi lebar, hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi butler matriks tersebut.
3. Pengintegrasian antena dengan butler-matriks
Apabila telah dilakukan perancangan antena dan butler matriks maka hal selanjutnya adalah pengintegrasikan kedua komponen
131 tersebut untuk melihat perubahan yang terjadi, untuk kemudian di pabrikasi dan dievaluasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perancangan antena array yang dikombinasikan dengan butler matriks. Seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Antena array dengan Butler Matriks
Gambar 3. Rangkaian PCB Antena array dengan Butler
Matriks
Nilai return loss S11 dari masing port 1
terlihat pada Gambar 3 dibawah ini, dimana
nilai S11 pada frekuensi 2,45 GHz memiki
retun loss kurang dari -10 dB
Gambar 4. Nilai S11 pada port 1
Pada port 1 nilai return loss S11 telah sesuai
spesifikasi kurang dari 10 dB yaitu sebesar -13,85 dB. Sementara arah pola radiasi terlihat pada Gambar 5. dibawah ini.
Gambar 5. Arah radiasi antena pada port 1
Apabila pada port 1 antena tersebut dicatu dengan power, maka power radiasinya akan mengarah pada sudut 2. Nilai return loss S11
dari masing port 2 terlihat pada Gambar 6 dibawah ini, dimana nilai S11 pada frekuensi
132 Gambar 6. Nilai S11 pada port 2
Pada port 2 nilai return loss S11 telah
sesuai spesifikasi kurang dari -10 dB yaitu sebesar -18,55 dB. Sementara arah pola radiasi terlihat pada Gambar 7 dibawah ini.
Gambar 7. Arah radiasi antena pada port 2 Apabila pada port 2 antena tersebut dicatu dengan power, maka power radiasinya akan mengarah pada sudut -20. Nilai return loss S11
dari masing port 3 terlihat pada Gambar 8. dibawah ini, dimana nilai S11 pada frekuensi
2,45 GHz.
Gambar 8. Nilai S11 pada port 3
Pada port 3 nilai return loss S11 telah
sesuai spesifikasi kurang dari -10 dB yaitu sebesar -22,3 dB. Sementara arah pola radiasi terlihat pada Gambar 9. dibawah ini.
Gambar 9. Arah radiasi antena pada port 3 Apabila pada port 3 antena tersebut dicatu dengan power, maka power radiasinya akan mengarah pada sudut 6. Nilai return loss S11
pada port 4 terlihat pada Gambar 4.21 dibawah ini, dimana nilai S11 pada frekuensi 2,45 GHz.
Gambar 10. Nilai S11 pada port 4
Pada port 4 nilai return loss S11 telah
sesuai spesifikasi kurang dari -10 dB yaitu sebesar -19,49 dB. Sementara arah pola radiasi pada sudut 7 seperti terlihat pada Gambar 10. dibawah ini
133 Gambar 10. Arah radiasi antena pada port 4
Sementara itu, hasil perancangan PCB terlihat seperti Gambar 11- Gambar 16 dibawah ini.
Gambar 11. Hasil pabrikasi antena mikrostrip Sementara itu, hasil perancangan butler matrik terlihat seperti Gambar 12. dibawah ini :
Gambar 12. Hasil pabrikasi butler matriks
Sementara itu, PCB antena array yang dikombinasikan dengan butler matriks. Seperti terlihat pada Gambar 12 seperti dibawah ini.
Gambar 13. Hasil pabrikasi smart antena. Hasil perancangan lebih lengkap ditunjukan sesuai pada Tabel 1 dibawah ini, secara keseluruhan hasil telah memenuhi spesifikasi yang diharapkan.
Tabel 1. Hasil rancangan smart antena
Hasil perancangan telah menujukkan bahwa dapat dihasilkan Antenna yang mampu
134 bekerja sacara multi beam dengan mennggunakan butler matriks.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa pada penelitian ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah Multibeam dapat dihasilkan dengan mengkombinasikan antara antena mikrostip array dengan butler matriks yang mengaplikasikan teknik phase array sehingga mampu menjadi sebuah antena yang smart karena dapat mengatur beam sesuai yang diinginkan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa keluaran memiliki power yang tersebar merata dengan fasa pada masing-masing port nya sebesar 0, 44, -90, dan 135.
DAFTAR ACUAN
1. Ya-Chung Yu and Jenn-Hwan Tarng (2009), “A Novel Modified Wideband Planar Inverted-F Antenna” Journal IEEE Antennas And Wireless Propagation Letters, vol.8, pp 189-192. April.2009. 2. Keon-Myung Lee, (2008), “A triangular
microstrip patch antenna for multi-band applications” Microwave Conference, 2008. APMC 2008. Asia-Pacific. pp 1 – 4. 2008. 3. Romeu, J. Soler, J (2010) “Generalized
Sierpinski fractal wideband antenna” Journal IEEE Transactions on Antennas and Propagation. vol. 49 pp. 1237 – 1239. 4. Manoj, J. (2005). “Compact planar
wideband antenna” Antennas and Propagation Society International Symposium. vol. 1B . pp : 471 – 474. 2005. 5. Kin-Lu Wong. (2006)“A low-profile planar monopole antenna for wideband operation of mobile handsets” IEEE Transactions on Antennas and Propagation. vol. 51 pp 121 – 125.
6. Elhefnawy, M. Ismail, W (2009). “A Microstrip Antenna Array for Indoor Wireless Dynamic Environments” IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol: 57.Pp : 3998 – 4002.
7. Ming-Iu Lai (2007). “A miniature, planar, and switched-beam smart antenna employing a four- element slot antenna array for Digital Home applications” IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. Page(s): 3376 - 3379 .
8. Sooksumrarn, P. Krairiksh, M (2007) ” A Dual-Band Dual-Feed Switched-Beam Single Patch Antenna”. Asia-Pacific Microwave Conference APMC. Pp:1-4. 9. Bialkowski (2008). "Design of fully
integrated 4x4 and 8x8 Butler matrices in microstrip/slot technology for smart antennas" Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008. AP-S IEEE 5-11.
10. Ivica Stevanovi´c, Anja Skrivervik and Juan R. Mosig. Smart Antenna Systems for Mobile Communications, Final Report Laboratoire d’Electromagn´etisme et d’Acoustique Ecole Polytechnique F´ed´erale de Lausanne. January 2003. 11. Elhefnawy, M. Ismail, W. “A Microstrip
Antenna Array for Indoor Wireless Dynamic Environments” IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol: 57.Pp : 3998 – 4002. 2009.
12. Jae Hee Kim, Wee Sang Park. “Sectoral Conical Beam Former for a 2 x 2 Array Antenna” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol: 8, pp (s): 712 - 715. 2009.
13. Chia-Chan Chang; Ruey-Hsuan Lee; Ting-Yen Shih. “Design of a Beam Switching/Steering Butler Matrix for Phased Array System” IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Volume: 58 , Issue: 2. Page(s): 367 - 374. 2010.
