BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena
2.1.1 Faktor Refleksi
Frekuensi kerja antena menunjukkan daerah batas frekuensi gelombang elektromagnetik yang mampu untuk ditransmisikan dan atau ditangkap oleh antena dengan baik.
Gbr. 2.1 Grafik Faktor Refleksi Terhadap Faktor Refleksi
Konsep untuk mengubah frekuensi kerja antena yaitu dengan
mengubah panjang peradiasi suatu antena. Jika dilihat menggunakan rumus dibawah
ini:
f
= c
λ [2.1]
Semakin besar panjang dimensi antena maka makin besar pula - nya sehingga frekuensi kerja antena menjadi semakin rendah begitu sebaliknya.
Konsep ini akan menjadi hipotesa untuk meneliti antena reconfigurable.
2.1.2 Return Loss
Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return Loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (Vo) dibanding dengan gelombang yang dikirimkan (Vo). Return Loss dapat terjadiakibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi).
Return Loss = 20 Log 10 |Γ [2.2]
Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9.54 dB, nilai ini diperoleh untuk nlai VSWR < 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini merupakan salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah bekerja padda frekuensi yang diharapakan atau tidak.
2.1.3 Pola Radiasi
Pola radiasi didefinisikan sebagai: representasi grafis karakteristik radiasi
antena sebagai fungsi koordinat ruang. Biasanya pola radiasi ditentukan di daerah Medan- Jauh dan direpresentasikan sebagai fungsi koordinat arah.
Karakteristik radiasi meliputi: Intensitas Radiasi (U), Kuat Medan (E), Fasa, atau polarisasi.
Pola radiasiantena dibentuk oleh dua buah pola radiasi berdasar bidang irisan, yaitu pola radiasi pada bidang irisan arah elevasi (pola elevasi) dan pola radiasi pada bidang irisan arah azimuth (pola azimuth).
Gbr. 2.2 Bidang Elevasi dan Azimuth Macam pola radiasi:
a. Pola endfire (Unidirectional) dimana pola radiasi yang radiasi terkuatnya diarahkan ke suatu arah tertentu atau dikenal dengan
direksional contohnya pemancar TV.
b. Pola Broadside (Omnidirectional) dimana pola radiasi menyebar ke segala arah,contohnya pemancar radio.
c. Pola Isotrofis merupakan pola antena referensi dimana pola radiasi seperti bola menyebar ke segala arah, dalam kenyataanya tidak dapat direalisasikan,tetapi pola radiasi idealnya sebagai standar.
2.2 Antena Mikrostrip
2.2.1 Komponen Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis dan mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrat yang mempunyai tiga buah lapisan struktur dari substrat.
Lapisan-lapisan pada substrat:
• Trace/ microstrip element/patch
Nama lain dari trace adalah patch, merupakan lapisan teratas dari substrat, lapisan ini biasanya terbuat dari konduktor. Pada lapisan ini akan dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu untuk mendapatkan suatu pola radiasi seperti yang diinginkan.
Gbr. 2.3 Bentuk dasar patch antena
• Dielektrik
Bagian tengah dari substrat, pada lapisan ini digunakan bahan dielektrik dengan nilai permitivitas tertentu.
• Groundplane
Lapisan paling bawah dari substrat, yang berfungsi sebagai reflektor yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.
Gbr. 2.4 Bentuk fisik antena mikrostrip Keterangan Gbr.:
W = Lebar patch antena mikrostrip L = Panjang patch antena mikrostrip h = Tebal substrat (dielektrik) t = Tebal patch
2.2.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip
Kelebihan dari antena mikrostrip antara lain: Bentuknya kecil, tipis, dan ringan, Mudah dan murah untuk di buat masal, Mudah diintegrasikan ke dalam Integrated Circuit (IC), Feedline dan matching network dapat di pabrikasi dalam struktur antena .
Kekurangan dari antena mikrostrip antara lain: Gain biasanya kecil, Bandwidth relatif sempit, Efisiensi antena relatif rendah.
L
W
t
h Microstrip elemen
(patch)
Ground plane (metal)
Dielectric substrate
2.2.3 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip
Pencatuan antena merupakan suatu hal yang sangat penting dalam teknik merancang antena. Pencatuan antena akan berpengaruh pada karakteristik- karakteristik yang akan dihasilkan antena tersebut
Adapun teknik yang digunakan dalam mencatu antena mikrostrip ini: Coaxial feed/probe coupling
Pada teknik pencatuan probe koaxial, konduktor pusat/probe dari konektor koaxial setelah melalui dielektrik langsung dihubungkan dengan patch antena. posisi probe pada patch sangat menentukan fungsi penyepadan impedance.
Gbr. 2.5 Pecatuan menggunakan coaxial feed
Kelebihan dari teknik ini adalah kopling catuan dengan patch bisa diminimalisasi dan sederhana. Sedangkan kelemahan dari teknik ini adalah biasanya BW antenna sempit, serta sulitnya menentukan letak pencatuan secara tepat untuk mendapatkan matching impedance, selain itu jika substrat makin tebal maka akan membutuhkan probe yang makin panjang yang mengakibatkan impedansi menjadi induktif.
2.3 Reconfigurable Antenna
Antena reconfigurable memiliki lebih banyak keuntungan dan lebih baik prospek. Mereka lebih ringan dalam berat, lebih kecil dimensi dan harga lebih rendah. Selain itu, antena dapat reconfigurable menyediakan fitur keragaman operasi frekuensi resonan, polarisasi, dan pola radiasi.
Fungsi reconfigurable antenna:
a. Reconfigurable Frekuensi Antenna
Reconfigurable frekuensi antena memiliki rekonfigurasi frekuensi resonansi oleh perubahan struktur,sementara polaradiasi dan polarisasi tetap tidak berubah. Sehingga, reconfigurable frekuensi antena dapat diterapkan di antara yang sangat susunan lebar pita frekuensi atau di antara beberapa frekuensi yang diuji. Cara yang digunakan untuk merekonfigurasi frekuensi suatu antena dengan mengubah panjang dimensi antena.
b. Reconfigurable Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena memiliki rekonfigurasi pola radiasi oleh perubahan struktur, sementara frekuensi resonan dan polarisasi tidak berubah.
Cara yang digunakan untuk merekonfigurasi pola radiasi suatu antena dengan mengubah peradiasi antena tersebut.
c. Reconfigurable Polarisasi Antena
Serupa dengan dua jenis antenna sebelumnya, maka polarisasi antena ini akan dipilih melalui perubahan struktur antenna.Cara yang digunakan untuk merekonfigurasi polarisasi suatu antena dengan mengubah distribusi arus pada
d. Reconfigurable Multiple Parameter dari Antena
Fitur yang paling luar biasa dari antena ini adalah bahwa dua atau lebih parameter dari antena dapat reconfigurable. Ini parameter termasuk frekuensi resonan, pola radiasi polarisasi dan seterusnya.
Fitur ini sangat berguna untuk mencapai keanekaragaman dengan slot switchable disajikan, dirancang dan diuji, yang memiliki frekuensi dan polarisasi keanekaragaman.
Beberapa teori reconfigurable antenna yang didapat dari referensi jurnal “A Survey on Reconfigurable Antennas, Zhang Jiajie dkk, Tianjin University.2008.”
• Desain Antena dengan Reconfigurable Penggunaan Kapasitor Variabel Loading antena dengan variabel kapasitor adalah salah satu metode yang efektif untuk mencapai konfigurasi ulang frekuensi. Frekuensi dikendalikan oleh perubahan kapasitansi dari variabel kapasitor.
• Reconfigurable Desain Antena dengan Switches 1) Desain Reconfigurable Antena oleh Dioda PIN.
2) Desain Reconfigurable Antena oleh MEMS Switch.
Dibandingkan dengan dioda PIN ,Saklar MEMS lebih rendah resistansi, kapasitansi, dan insertion loss, lebih tinggi isolation dan lebih kecil dimensi.
• Reconfigurable Desain Antena dengan Metode lainnya
Selain metode di atas, ada banyak cara merancang antena reconfigurable. Seperti feeding balanced dipole, dll.
2.4 Teknologi Switch Antena
Teknologi Switch antenna merupakan suatu teknologi yang digunakan oleh system antenna untuk mengatur/mereconfigurasi karakteristik pada tingkat signal RF. Fungsi utama switch ini adalah untuk melakukan penyambungan dan pemutusan electrical circuit. Pada teknologi yang sederhana switch ini manyambung dan memutus electrical circuit dengan menyambungkan atau memutuskan jalur-jalur pada konduktor. Tetapi pada tingkat Signal RF efek- efek electrical seperti resistansi, kapasitansi, dan induktansi pada jalur RF harus dimasukkan dalam analisa system. Pada system antenna, biasanya switch ini berfungsi untuk mengatur dan mengalirkan energy dari signal RF menuju jalur yang diinginkan.
Ada beberapa jenis teknologi switch yang digunakan untuk reconfigurable antenna. Dari yang convensional hingga yang teknologi canggih dari yang sudah dikembangkan untuk komersial maupun yang masih dalam tahap penelitian.
Jenis – jenis teknologi tersebut antara lain:
a) Mechanical Switches b) PIN diode switch
c) Field effect Transistor(FET) switches d) MEM switches
Pemilihan Jenis switch yang tepat diambil berdasarkan pertimbangan dari beberapa parameter, diantaranya adalah Kecepatan switch, level power dari signal, impedansi karakteristik, switch biasing, activation conditions, dan harga dari switch.
2.5 Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS)
Ansoft HFSS adalah suatu simulator medan elektromagnetika untuk pemodelan 3 dimensi perangkat pasif berstruktur frekuensi tinggi yang memiliki kelebihan sangat mudah dan interaktif digunakan pada sistem operasi microsoft windows grafical user interface. Dalam simulatornya terintegrasi visualisasi, pemodelan volumetrik dan kemudahan dalam interaktif dimana solusi permasalahan pemodelan 3 dimensi bisa cepat dan akurat didapatkan. Ansoft HFSS dapat digunakan untuk mengkalkulasi beberapa parameter diantaranya parameter S, frekuensi resonan dan medan elektromagnetika.
HFSS kependekan dari High Frequency Structure Simulator adalah pelopor penggunaan metode elemen terbatas (Finite Elemen Method) untuk simulator gelombang EM.
Berikut Gbr 2.6 tampilan software aplikasi HFSS:
Gbr. 2.6 Tampilan Window HFSS
