RANCANG BANGUN STRUKTUR ELECTROMAGNETIC BAND GAP UNTUK MENEKAN BACKLOBE ANTENA
Muhammad Idham Habibie, Fitri Yuli Zulkifli, Eko Tjipto Rahardjo, Basari Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
[email protected], [email protected] ,[email protected], [email protected]
Abstrak
Penelitian ini menfokuskan kepada pembuatan reflektor dengan struktur EBG untuk Antena Waveguide 8 slot. Kekurangan Antena Waveguide 8 slot ini memiliki backlobe yang besar dimana dapat mengurangi kinerja Antena Waveguide 8 slot. Cara untuk mengurangi backlobe antena tersebut adalah menggunakan Electromagnetic Band Gap (EBG). Pada penelitian ini akan dibandingkan hasil simulasi dan pengukuran antara Antena Waveguide 8 slot tanpa reflektor, Antena Waveguide 8 slot dengan Reflektor konvensional, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor EBG. Hasilnya adalah Front To Back Ratio untuk Antena Waveguide sebesar 21.6 dBi, Antena Waveguide dengan EBG sebesar 54.4 dBi, dan Antena Waveguide dengan reflektor tembaga sebesar 39.35 dBi.
Abstract
This research focused on designing the reflector with EBG for 8 slot waveguide antenna. The lack of 8 slot waveguide antenna has a big backlobe which would decreases the waveguide antenna performance. The best to reduce the backlobe is using Electromagnetic Band Gap (EBG). This research will compare the results of simulation and measurements between 8 waveguide slot antenna without a reflector, waveguide antenna 8 slots with conventional reflectors, and 8 waveguide slot antenna with EBG reflector to suppress backlobe antenna. The results of them are Front to back ratio 21.6 dBi for antenna waveguide, Front to back ratio 54.4 dBi for waveguide antenna with EBG and Front to back ratio 39.35 dBi for antenna reflector waveguide copper.
Keywords: AMC ; Antena Waveguide; backlobe; Electromagnetic Band Gap ; reflektor
1. Latar Belakang
Antena Waveguide adalah antena yang menggunakan pemampatan sinyal suatu saluran setelah keluar dari slot-slotnya. Kata Waveguide mengacu pada struktur linear yang menuntun gelombang elektromagnetik antar titik tiap ujungnya. Antena Waveguide ini memiliki banyak aplikasi salah satunya adalah aplikasi radar yang memiliki beamwidth yang kecil. Antena waveguide slot telah banyak diteliti dan dikembangkan. Beberapa telah mempelajari teknik perhitungan dimensi slot pada longitudinal slot [1] untuk polarisasi linier horizontal dan pengembangan cross slot [2] untuk polarisasi circular. Beberapa juga telah melakukan analisa dan pengembangan slot samping atau edge slot antara lain [3] yang bekerja pada frekuensi 9,2 GHz sampai 10,6 GHz, [4] yang dapat menghasilkan level cross
polarization rendah, dan [5] yang membahas tentang pengaruh ketebalan dinding waveguide.
Pengembangan lainnya antara lain melapisi antena waveguide slot [6] yang beroperasi pada frekuensi 10 GHz untuk memperkecil konduktansi resonan.
Dari berbagai penelitian yang pernah dilakukan tersebut, penelitian ini akan fokus pada reflektor Electromagnetic Band Gap untuk memperbaiki performansi Antena Waveguide 8 slot. Berdasarkan acuan dari jurnal elektronika dan telekomunikasi [7], Antena Waveguide 8 slot ini bekerja pada frekuensi 9.4 GHz dan bandwidthnya sebesar 60 MHz untuk keperluan radar pengawas pantai. Namun, Antena Waveguide 8 slot ini masih memiliki Backlobe sebesar -4.406 dBi. Backlobe yang besar ini akan menghalangi fungsi dari kinerja Antena Waveguide 8 slot tersebut.
Oleh karena itu, dari Backlobe Antena Waveguide 8 slot ini, harus ditekan sekecil mungkin untuk mendapatkan performansi yang baik. Backlobe ini dapat ditekan dengan berbagai cara seperti menggunakan metode Galerkin[8], mengurangi pitch patch array dalam keperluan akustik medis[9], menggunakan EBG [10-13]. Dari beberapa metode tersebut terdapat berbagai kesulitan dalam penelitian seperti pada metode Galerkin yang menggunakan prinsip medan H dan E dalam pengurangan Backlobe. Metode memerlukan desain ulang pada antena waveguide 8 slot karena akan mengatur banyak slotnya.
Sedangkan, untuk metode pengurangan patch array tidak dapat diaplikasikan disini karena tidak menggunakan microstrip. Dengan demikian, metode yang paling memungkinkan adalah menggunakan metamaterial EBG. Backlobe ini dapat ditekan sedemikian rupa dengan menggunakan suatu metamaterial yang bernama EBG (Electromagnetic Band Gap).
EBG ini memiliki bermacam-macam jenisnya, namun pada penelitian ini digunakan EBG dengan jenis AMC (Artificial Magnetic Conductor) karena fabrikasinya lebih mudah. AMC ini harus bekerja pada frekuensi 9.4 GHz dan mengurangi Backlobe antena secara signifikan.
Selain itu, AMC ini juga akan di pasang sekitar Antena Waveguide ini agar pola radiasi yang dimiliki antena waveguide berubah.
Pada penelitian ini akan dibandingkan hasil simulasi dan pengukuran antara Antena Waveguide 8 slot tanpa reflektor, Antena Waveguide 8 slot dengan Reflektor konvensional, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor EBG untuk menekan Backlobe Antena.
2. Tinjauan Teoritis
Antena merupakan suatu perangkat elektrik yang digunakan untuk mengubah arus elektrik menuju gelombang radio dan begitu juga sebaliknya. Antena menggunakan 2 (dua) perangkat yaitu antara transmitter dan receiver. Menurut Definisi Standar IEEE,
mengartikan bahwa Antena adalah sesuatu yang mengirim dan menerima gelombang radio.
Di pengertian yang lain, antena adalah struktur transisi antara ruang kosong dan suatu device tertentu dimana biasanya antena ini menghubungkan antara ruang udara dan saluran tranmisi.
Beberapa contoh jenis Antena adalah Antena dipol, Antena Monopol, dan Salah satu jenis Antena adalah Antena Waveguide. Antena Waveguide menggunakan pemampatan sinyal pada suatu saluran setelah itu akan keluar sinyal-sinyal pada slot-slotnya. Antena Waveguide slot dapat diumpan pada salah satu ujung waveguide, dengan ujung lainnya diterminasi dengan beban matched atau short-circuit. Dapat pula diumpan ditengah-tengah waveguide dengan terminasi beban matched atau short-circuit di kedua ujung waveguide.
Salah satu aplikasi Antena Waveguide adalah radar. Radar adalah suatu sistem objek dimana menggunakan gelombang elektromagnetik, khususnya gelombang radio, untuk menentukan jarak, arah, atau kecepatan dan pergerakan dari suatu objek tertentu. Radar adalah singkatan Radio Detection and Ranging, bekerja pada gelombang radio dan gelombang mikro, dengan panjang gelombang beberapa milimeter hingga sekitar satu meter.Teknologi ini berakar dari teknologi gelombang mikro (microwave). Prinsip yang jadi kunci utama teknologi ini adalah pantulan gelombang mikro dan Doppler Effect (Efek Doppler).
Metamaterial adalah material buatan yang didesain untuk mengontrol gelombang elektromagnetik maupun spesifikasi yang diinginkan. Metamaterial ini direkayasa agar memiliki sifat yang tidak mungkin ditemukan secara mudah di alam ini. Metamaterial dibagi menjadi 2 yaitu : SNG dan DNG metamaterial dan EBG struktur metamerial. SNG dan DNG ini meliputi inklusi dan interklusi jarak yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombang.
Sedangkan, dilain sisi, EBG metamaterial meliputi inklusi jarak yang half wavelength dan dideskripsikan dengan Bragg reflection. Struktur lain yang dapat menunjukkan karakteristik subwavelength adalah frekuensi selektif permukaan (FSS) yang dikenal sebagai Konduktor Magnetik Buatan (AMC) atau Permukaan Impedansi bergantian disebut Tinggi (HIS). Ini juga memiliki karakteristik induktif dan kapasitif, yang secara langsung terkait dengan struktur subwavelengthnya.
Pada penelitian ini akan memfokuskan kepada metamaterial EBG. Dikarenakan fabrikasinya mudah dan terjangkau. Electromagnetic band gap (EBG) ini adalah suatu elemen yang digunakan untuk memperbaiki performansi antena dengan cara mengontrol propagasi cahaya dari antena tersebut. Biasanya EBG ini mengacu pada Kristal photonik
dimana pada kristal ini gelombang elektromagnetik cahaya di control oleh lapisan metamaterial kristal tersebut. EBG Struktur ini dipasang di sekitar patch antena. EBG akan memberikan pengaruh besar pada far field dari antena dan akan meningkatkan Gain antena maupun pola radiasi.
Performa Electronic Bandgap struktur ini ditentukan dari dimensi fisik antena tersebut. Untuk struktur mushroom like struktur EBG, Parameter yang menentukannya adalah :
a. Patch width (W)
Patch width adalah lebar bidang yang terbuat dari metal tembaga.
b. Gap Width (g)
Gap Width adalah lebar antara bidang satu dengan yang lainnya c. Substrate Thickness (h)
Substrate Thickness adalah tebal substrat d. Substrate Permitivitas (er)
Substrat permitivitas adalah rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu substrat jika beri potensial listrik.
Gambar 1 menunjukkan gambar yang menunjukkan parameter patch width, gap width, substrate thickness, dan substrate permittivity dalam desain ketika dilihat dari sudut pandang atas.
Gambar 1. Geometri Desain EBG dari atas
Parameter-parameter tersebut akan sangat menentukan nilai frekuensi resonan dan besar bandwidth untuk performa EBG ini. Nilai frekuensi resonan dan bandwidth akan ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Pengaruh parameter dengan frekuensi resonan dan bandwidth EBG
Resonant Frequency Bandwidth
↑Gap Size (g) ↑ ↑
↑Patch Size (p) ↓ ↓
↑Substrate permitivitas (er) ↓ ↓
↑Substrate thickness (h) ↓ ↑
↑ = Semakin naik ↓ = Semakin turun
Electromagnetic Band Gap (EBG) Structure dapat menekan propagasi sebuah Antena ataupun rangkaian Microwave sehingga performansi Antena dan rangkaian Microwave ini menjadi jauh lebih baik. EBG yang digunakan pada aplikasi Antena adalah microstrip single element atau array [14], low profile wire antena [15], High Gain antena [16], etc. Selain itu, EBG ini aplikasinya juga digunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti base station, wireless LAN, microwave links, dan aplikasi GPS. Beberapa penelitian juga telah digunakan untuk aplikasi RFID untuk meningkatkan performansi dari EBG ini [17]. Penggunaan EBG pada aplikasi antena dan rangkaian microwave tidak lain bertujuan untuk mengurangi surface wave, sidelobe, maupun backlobe [18]
3. Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian dan penulisan skripsi ini adalah : a. Studi Kepustakaan
Metode ini dilakukan berdasarkan penelitian pada bahan-bahan literatur seperti jurnal-jurnal penelitian, buku, artikel yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.
b. Simulasi Perangkat Lunak
Menggunakan perangkat lunak khusus untuk menyimulasikan rancangan antena dan melihat parameter-parameter Antena berdasarkan hasil simulasi.
c. Pengukuran Antena
Pengukuran prototip Antena dilakukan untuk melihat parameter Antena yang nyata dan kemudian dapat dibandingkan dengan hasil simulasi.
4. Hasil Penelitian
Hasil simulasi menunjukkan bahwa Antena yang diintegrasikan dengan EBG memiliki kondisi berkurangnya backlobe secara signifikan dibandingkan dengan reflektor tembaga dan tanpa material apapun. Nilai masing-masing backlobe untuk semua hasil simulasi adalah -4.406 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot, -29.67 dBi Antena Waveguide
8 slot dengan EBG, dan -10.15 dBi Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor. VSWR masing-masing adalah 1.365 untuk Antena Waveguide 8 slot, 1.334 untuk Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, Range bandwidth antena dengan reflektor dan Antena tanpa reflektor adalah 9.38-9.46 GHz dan 9.46-9.52 GHz. Gain masing-masing adalah 15.28 dBi tanpa reflektor, 16.19 dBi untuk EBG, dan 14.9 dBi untuk reflektor tembaga.
Hasil fabrikasi dan pengukuran Antena Waveguide 8 slot, Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor didapatkan antena bekerja pada frekuensi 9,35 – 9,46 GHz pada VSWR < 1,5, dengan gain masing-masing adalah 14.5425 dBi, 15.1525 dBi, dan 17.0425 dBi. Untuk FBR 21.6 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot, FBR 54.4 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan FBR 39.35 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga.
5. Pembahasan
Pada penelitian ini akan di rancang dan di fabrikasi Electromagnetic Band Gap Structure yang di integrasikan pada Antena Waveguide 8 slot pada frekuensi 9.4 GHz. Dalam perancangan tersebut, ada beberapa tahapan yang dilakukan sebelum melakukan perancangan dan fabrikasi. Tahapan – tahapan tersebut akan dijelaskan pada Gambar 2. Langkah pertama yang dilakukan pada tahapan ini adalah menentukan karakteristik EBG 1 unit cell diantaranya adalah :
1. Frekuensi Kerja : 9.4 GHz
2. Reflection phase : bekerja pada frekuensi 9.4 GHz 3. Backlobe Antena : Backlobe Antena berkurang ketika
diintegrasikan dibandingkan tanpa AMC
Gambar 2. Diagram Alir perancangan EBG
Setelah menentukan karakteristik dari EBG 1 unit cell ini, langkah selanjutnya adalah menentukan dimensi EBG. Desain EBG 1 unit cell ini terdiri dari beberapa lapisan diantaranya adalah lapisan patch, substrat, dan ground plane. Ukuran masing-masing dari lapisan tersebut adalah :
Patch = 5.85 mmx 5.85 mm Substrat = 8.35 mm x 8.35 mm Ground Plane = 8.35 mm x 8.35 mm Tebal Substrat = 1.6 mm
Gambar 3. Tebal Electromagnetic Band gap Structures
EBG yang telah di desain dalam simulasi akan menghasilkan parameter reflection phase dan S11 parameter. Konsep Reflection phase ini menggunakan hubungan antara phase dan frekuensi yang dimana jika fase itu bernilai 0, maka frekuensi kerja yang melalui garis
P1
L1
T1
P1 = 5.85 mm L1 = 8.35 mm T1 = 1.6 mm Patch
Substrat
reflection phase tersebut akan mempunyai VSWR bernilai 1. Gambar 4 menunjukkan reflection phase yang didapatkan dari desain EBG yang telah dibuat. Ketika fase itu bernilai 0, frekuensi kerja yang melalui garis reflection phase tersebut adalah 9.4 GHz.
Gambar 4. Reflection phase dari EBG yang didesain
Disamping reflection phase, parameter yang digunakan adalah S11 parameter dimana parameter ini dijelaskan pada Gambar 5. Return loss yang didapatkan adalah -2.5 dB.
Gambar 5. S11 Parameter pada EBG
Setelah mendapatkan hasil reflection phase dan S11 parameter dari simulasi CST ini, dilakukan pengintegrasian antara EBG dengan Antena Waveguide. Pengintegrasian ini dibutuhkan iterasi yang sangat banyak dengan penambahan unit cell secara horizontal maupun vertikal. Tabel 2 menunjukkan beberapa iterasi yang dilakukan.
Tabel 2. Iterasi EBG terhadap Antena Waveguide unit cell pada frekuensi 9.4 GHz
1 unit cell 3 unit cell 5 unit cell 7 unit cell 9 unit cell 11 unit cell 13 unit cell
BW(10) 120 120 120 120 110 122 120
RBW(10) 9.3618-9.481 9.3619-9.4817 9.3606-9.48 9.359-9.4866 9.3644-9.4765 9.3612-9.4817 9.3617-9.4808
BW(14) - - - 30 - - -
RBW(14) - - - 9.406-9.4344 - - -
F.Kerja 9.4189 9.4207 9.4199 9.4228 9.4195 9.4189 9.4223 Decibel -13.857 -13.869 -13.834 -14.404 -13.387 -14 -13.85
Backlobe -2.943 -4.4683 -4.571 -6.787 -4.923 -29.67 -8.514
Front
Lobe 15.89 15.87 15.67 15.51 17.05 16.18 15.78
Selisih 18.833 20.3383 20.241 22.297 21.973 45.85 24.294
SLL -13.2 -13 -12.7 -13.5 -13.1 -12.6 -13
Gain 15.5 15.49 15.37 15.29 16.2 16.19 15.57
Tabel 2 menunjukkan berbagai iterasi yang digunakan untuk mendapatkan maksimal backlobe yang tertekan ketika sudah diintegrasikan antara Antena dengan EBG. Dari tabel tersebut, 11 unit cell adalah backlobe yang tertekan paling baik diantara semua iterasi unit cell. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan digunakan 11 unit cell x 27 unit cell untuk menekan backlobe Antena. Gambar pengintegrasian antena Antena Waveguide dengan EBG dijelaskan pada Gambar 6.
(a) (b)
Gambar 6(a) Desain EBG banyak Cell 11 x 27 patch (b) Desain Antena Waveguide 8 slot dengan EBG
Penggabungan Antena Waveguide 8 slot dengan EBG akan menghasilkan beberapa parameter diantaranya adalah return loss, Gain, VSWR dan pola radias. Gambar 7 menunjukkan hasil simulasi parameter return loss dan VSWR.
Gambar 7. Return loss pada frekuensi 9.4 GHz dengan EBG dan tanpa EBG
Parameter yang lain adalah Gain dimana pencapaian Gain sesuai dengan ketetapan dari awal adalah lebih besar daripada 15 dB. Hasil simulasi berikut pada Gambar 8.
menunjukkan parameter Gain yang diinginkan.
(a) (b)
Realized Gain :15.28 dB Realized Gain : 16.19 dB
(c)
Gambar 8. Hasil Simulasi (a) Pengukuran Gain Antena Waveguide 8 slot tanpa EBG (b) Pengukuran Gain Antena Waveguide 8 slot digabung dengan EBG (c) Pengukuran Gain
Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor
Dari hasil simulasi pengukuran CST pada Gambar 8 (a), besar Gain yang didapatkan adalah sebesar 15.38 dB. Hasil simulasi ini memenuhi parameter yang diinginkan.
Sedangkan Gambar 8 (b) menunjukkan nilai Gain pada Antena Waveguide 8 slot yang digabung dengan EBG, namun hasilnya Gain berkurang 1 dB yaitu 14.68 dB. Dan yang terakhir adalah Gambar 8 (c) menunjukkan Gain pada Antena Waveguide 8 slot yang digabung dengan reflektor tembaga dengan Gain 14.9 dB.
Parameter selanjutnya adalah pola radiasi. Pola radiasi merupakan parameter utama yang membedakan kinerja dari Antena Waveguide 8 slot dan Antena Waveguide 8 slot menggunakan EBG. Gambar 9 menunjukkan perbandingan pola radiasi pada bidang YZ antara Antena Waveguide 8 slot , Antena Waveguide 8 slot menggunakan EBG dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga. Gambar 9 adalah perbandingan masing-masing antara pola radiasi Antena Waveguide 8 slot , Antena Waveguide 8 slot menggunakan EBG dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga.
Realized Gain : 14.90 dB
(a) (b)
(c)
Gambar 9 (a). Pola radiasi E-Co Antena Waveguide 8 slot tanpa menggunakan EBG (b) Pola radiasi E-Co Antena Waveguide 8 slot di integrasikan dengan EBG (c) Pola
Radiasi E-Co Antena Waveguide 8 slot di integrasikan dengan reflektor
Perbandingan besarnya backlobe masing-masing pada Gambar 9 adalah Antena Waveguide 8 slot bernilai -4.406 dBi, Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor EBG adalah -29.67 dBi, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga adalah -10.15 dBi. Semakin minus nilai backlobe tersebut, maka nilai backlobe tersebut semakin mengecil.
Dengan demikian, desain EBG yang diintegrasikan dengan Antena Waveguide 8 slot menunjukkan nilai yang paling kecil diantara yang lain sehingga backlobe radiasi Antena ini tertekan sedemikian rupa.
Setelah melakukan simulasi, langkah selanjutnya adalah fabrikasi. Pada pengukuran antena yang telah difabrikasi, ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi agar didapatkan data hasil pengukuran yang valid. Gambar 10 menunjukkan masing-masing hasil fabrikasi bahan yang digunakan diantaranya Antena Waveguide 8 slot, Electromagnetic Band Gap Structure (EBG), dan reflektor tembaga.
-29.67 -4.406
-10.15
(a) (b)
(c)
Gambar 10. (a). Hasil Fabrikasi Antena Waveguide 8 Slot (b) Hasil Fabrikasi Electromagnetic Band Gap Structure (EBG) (c). Bahan tembaga sebagai reflektor
Pengukuran yang dilakukan setelah fabrikasi adalah S11 parameter dan S12 parameter. S11 parameter menghasilkan return loss dan VSWR, sedangkan S12 parameter menghasilkan pola radiasi dan gain.
Hasil pengukuran yang didapatkan dengan S11 parameter yaitu Return Loss pada masing-masing kondisi yaitu pengukuran Antena Waveguide 8 slot, pengukuran Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga diberikan pada Gambar 11 .
Gambar 11. Return loss Hasil Pengukuran Antena Waveguide 8 Slot, Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor menggunakan Network
Analyzer
Gambar 11 menunjukkan antena waveguide 8 slot ini dapat bekerja pada frekuensi 9,35 – 9,46 GHz dengan bandwidth yang diperoleh adalah 110 MHz. Return Loss Antena Waveguide ini -16.37 dB. Sedangkan pada antena waveguide 8 slot yang digabungkan dengan EBG bekerja pada frekuensi 9,35 – 9,46 GHz, bandwidth yang diperoleh adalah 110 MHz, dan return loss di frekuensi kerjanya memiliki nilai sebesar -18.31 dB. Dan pengukuran terakhir adalah Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga bekerja pada 9.35-9.46 GHz, dengan bandwidth yang diperoleh adalah 110 MHz dan return loss frekuensi kerja adalah -17.52 dB.
Berdasarkan teori, nilai VSWR berkaitan dengan nilai return loss. Gambar 12 menunjukkan VSWR dari Antena Waveguide 8 slot, Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga.
Gambar 12. Hasil Pengukuran VSWR Antena Waveguide 8 Slot, Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor
Dari Gambar 12, ketiga hasil pengukuran sudah matching pada frekuensi kerja 9,37 – 9,43 GHz dengan referensi VSWR < 1,5, sehingga seluruh pengukuran mampu memenuhi kriteria antena yang diinginkan. Masing-masing nilai VSWR pada Antena adalah 1.23, EBG adalah 1.28, dan reflektor tembaga adalah 1.3.
Hasil pengukuran selanjutnya adalah S12 parameter dengan parameter pola radiasi dan Gain. Untuk pola radiasi, hasil normalisasi di-plot ke dalam grafik radar pada Microsoft Excel 2007. Selain itu, data nilai nilai -3 dB di –plot ke dalam grafik untuk mendapatkan beamwidth Gambar 13 menunjukkan data hasil pengukuran dan simulasi antena Waveguide 8 slot tanpa reflektor.
Gambar 13. Perbandingan hasil pengukuran pola radiasi E-Co antena dan simulasi tanpa reflektor
Pola radiasi selanjutnya adalah pola radiasi Antena Waveguide 8 slot dengan EBG.
Gambar 14 menunjukkan data hasil pengukuran dan simulasi pola radiasi Antena Waveguide 8 slot dengan EBG.
Gambar 14. Perbandingan hasil pengukuran pola radiasi E-Co antara pengukuran dan simulasi antena dengan EBG
Pola radiasi selanjutnya adalah pola radiasi Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga. Gambar 15 menunjukkan data hasil pengukuran dan simulasi pola radiasi Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga.
Gambar 15. Perbandingan hasil pengukuran pola radiasi E-Co antara pengukuran dan simulasi antena dengan reflektor tembaga
Pengukuran S12 parameter selanjutnya adalah pengukuran Gain Antena Waveguide 8 slot, baik menggunakan EBG, reflektor , dan tanpa menggunakan material apapun. Seluruh rangkaian pengukuran itu (EBG, reflektor, tanpa menggunakan material) akan dibandingkan satu sama lain. Tabel 3 menunjukkan komparasi hasil pengukuran dan simulasi gain masing- masing material.
Tabel 3. Perbandingan hasil pengukuran dan simulasi Gain masing-masing material
Gain Antena Waveguide
8 slot
Gain Antena Waveguide 8 slot dengan
Ebg
Gain Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor
tembaga Pengukuran 13.76 dBi 14.16 dBi 16.06 dBi
Simulasi 15.28 dBi 16.19 dBi 14.9 dBi
6. Kesimpulan
Electromagnetic Band Gap Struktur (EBG) yang dirancang bekerja pada frekuensi 9,4 GHz dengan parameter reflection phase dan return loss. Untuk mendapatkan parameter- paremeter Electromagnetic Band Gap Struktur (EBG) yang diinginkan, telah dilakukan
iterasi patch, gap, tebal substrat, dan nilai substrat pada Electromagnetic Band Gap Struktur (EBG) ini.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa Antena yang diintegrasikan dengan EBG memiliki kondisi berkurangnya backlobe secara signifikan dibandingkan dengan reflektor tembaga dan tanpa material apapun. Nilai masing-masing backlobe untuk semua hasil simulasi adalah -4.406 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot, -29.67 dBi Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan -10.15 dBi Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor. VSWR masing-masing adalah 1.365 untuk Antena Waveguide 8 slot, 1.334 untuk Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, Range bandwidth antena dengan reflektor dan Antena tanpa reflektor adalah 9.38-9.46 GHz dan 9.46-9.52 GHz. Gain masing-masing adalah 15.28 dBi tanpa reflektor, 16.19 dBi untuk EBG, dan 14.9 dBi untuk reflektor tembaga.
Hasil fabrikasi dan pengukuran Antena Waveguide 8 slot, Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor didapatkan antena bekerja pada frekuensi 9,35 – 9,46 GHz pada VSWR < 1,5, dengan gain masing-masing adalah 14.5425 dBi, 15.1525 dBi, dan 17.0425 dBi. Untuk FBR 21.6 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot, FBR 54.4 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot dengan EBG, dan FBR 39.35 dBi untuk Antena Waveguide 8 slot dengan reflektor tembaga.
7. Saran
Saran dalam penelitian ini untuk kedepannya adalah dapat mengurangi sidelobe dan meningkatkan Gain dari Antena Waveguide 8 slot. Selain itu, EBG ini juga diharapkan bisa digunakan untuk Antena Waveguide yang lebih dari 8 slot.
8. Kepustakaan
[1] L. Li, X.J Dang, C.H Liang. “Analysis and Design of Waveguide Slot Antena Array Integrated With electromagnetic Band-Gap Structures”. Antenna and Wireless Propagation Letters. Vol.5. pp 111-116. Desember 2006.
[2] A Prayoot, V. Vivek, and P. Tongdit,. “Optimizing Cross Slot Parameters for Circular Polarization of Rectangular Waveguide Antena”. The Jurnal of KMITNB (King Mongkut’s Institute of Technology North Bangkok) vol.11 No.3. Juli-Sept 2001.
[3] C.G. Jan, R. B. Wu, P. Hsu, and D.C. Chang. “Analysis of Edge Slots in Rectangular Waveguide with Finite Waveguide Wall Thickness”. IEEE Transactions on Antenas and Propagation, Vol. 44, No. 8, pp. 1120-1126. August 1996.
[4] Z. Saïd, A. Sihvola, A.P. Vinogradov (2008-12). “Metamaterials and Plasmonics:
Fundamentals, Modelling, Applications”. New York: Springer-Verlag. pp. 3–10, Chap.
3, 106. 7-8 Mei 2008.
[5] D. Doganay. “A Novel Edge Wall Waveguide Slot Antena”. IEEE International Symposium on ARRAY ( Phased Array Systems and Technology). Pp 453-456. 11-17 July 2010.
[6] C.A .Balanis. 2005. “Antena Theory analysis and design”. Canada : John Wiley dan Sons.
[7] F.Y. Zulkifli, E. T. Rahardjo, dan Y. Wahyu. “Pengembangan Antena Waveguide 8 slot untuk aplikasi radar pengawas pantai”. Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi, Vol.12, No.1, ISSN : 14118289 Januari – Juni 2012.
[8] L.S, Berdnik dan V.A, Katrich. “Sidelobe reduction of two-dimensional waveguide-slot antena arrays”. International Conference on Antena Theory and Techniques, Sevastopol, Ukraine pp. 461-463. 17-21 September 2007.
[9] M. Solal and J. F. Gelly. “A new method to decrease grating sidelobes level in medical acoustic arrays”. IEEE Ultrasonics Symposium, 1988. Pp. 655-658. 2-5 Oktober 1988.
[10] R. Gonzalo, P. de Maagt, and M. Sorolla, “Enhanced patch antenna performance by suppressing surface waves using photonic-bandgap substrates”, IEEE Trans.
Microwave Theory Tech, vol. 47, pp 2131–2138, November 1999.
[11] R. Cocciolo, F.R Yang, K.P. Ma, and Tatsuo I, “Aperture coupled patch antenna on UC-PBG substrate,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 47, pp. 2123–2130, November 1999.
[12] Fan Y, C.S. Kee, and Yahya R. S, “Step-like structure and EBG structure to improve the performance of patch antennas on high dielectric substrate,” IEEE APS Int.
Symposium. Dig., vol. 2, pp. 482–485. 8–13 July 2001.
[13] F.Yang and Y.R. Samii, “Electromagnetic Band Gap (EBG) Structures: Classifications and Engineering applications.” Cambridge : Cambridge University Press. 2009.
[14] R. Gonzalo, P. de Maagt, and M. Sorolla, “Enhanced patch antenna performance by suppressing surface waves using photonic-bandgap substrates”. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 47, pp. 2131–2138, November 1999.
[15] F. Yang and Yahya R.S. “Reflection phase characterizations of the EBG ground plane for low profile wire antenna applications”. IEEE Transactions Antennas Propagation., vol. 51, no. 10, pp. 2691–2703, Oktober 2003.
[16] M. Kesler, J. Maloney, B. Shirley and G. Smith. “Antenna design with the use of photonic bandgap materials as all-dielectric planar reflector”. Microwave and Optical Tech Letter., vol. 11, pp. 169–174, Maret 1996.
[17] L. Ukkonen, L. Sydanheimo, and Kivikoski, “Patch antenna with EBG ground plane and two-layer substrate for passive RFID of metallic objects,” IEEE APS Int.
Symposium. Dig., vol. 1, pp. 93–6, June 2004.
[18] N. Engheta, R. Ziolkowski. 2006. Metamaterials Physics and Engineering Explorations. New York. IEEE Press.
