DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz DAN 430 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND STATION SATELIT NANO

(1)

DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz DAN 430 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND

STATION SATELIT NANO

Oleh

Muhammad Hasan Mahmudy

Dosen Pembimbing : 1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D.

2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D.

Muhammad Hasan Mahmudy

2208 100 701

(2)

Latar Belakang

INSPIRE (Indonesian Nano-Satelite Palatform Initiative for Research and Education)

KOMUNITAS NANO SATELIT - ITS

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1

PENGEMBANGAN GROUND STATION DAN PORTABLE GROUND STATION SATELIT IiNUSAT-01 (teks dan suara)

SATELIT IiNUSAT-02 dan GROUND STATION SATELIT IINUSAT- 02 (video)

DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz

DAN 436,5 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND STATION

SATELIT NANO (IiNUSAT-02)

(3)

Rumusan Permasalahan

1

2 Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena helix pada frekuensi 2,4 GHz.

Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena loop pada frekuensi 436,5 MHz.

Bagaimana mensimulasikan hasil desain dengan software CST 3

4

5 Bagaimana melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter antena helix dan loop

Bagaimana mensimulasikan hasil desain dengan software CST (computer simulation technology)

Bagaimana hasil desain antena untuk helix dan loop untuk ground

station satelit IiNUSAT-02

(4)

Batasan Masalah

1. Desain antena helix pada frekuensi 2,4 GHz dengan gain lebih besar 3 dB

2. Desain antena loop pada frekuensi 436,5 MHz dengan gain lebih besar 3 dB.

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 3

MHz dengan gain lebih besar 3 dB.

3. Desain rancangan antena disimulasikan dengan software CST.

4. Pengujian hasil rancangan meliputi: gain,

SWR, return loss, bandwidth dan pola radiasi

antena

(5)

Tujuan

1. Desain antena helix yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz untuk downlink data video dari satelit IiNUSAT-02.

2. Desain antena loop pada frekuensi 436,5

MHz untuk uplink data kendali satelit

IiNUSAT-02.

(6)

Metode Penelitian

Studi Literatur

Penentuan Kriteria Desain

1 Realisasi Desain Antena

Pengukuran Parameter Antena Mulai

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 5

Desain Antena

Lihat Performansi Desain Antena (Simulai)

1 Optimasi Desain Antena

Tidak

Ya

Memenuhi

Selesai

Optimasi Antena

Tidak

Ya

Memenuhi

(7)

Penentuan Kriteria Desain Antena

Frekuensi Kerja Antena Helix 2.4 GHz Frekuensi kerja Antena Loop 436,5 MHz

Returnloss < - 10 dB

VSWR < 2

Polarisasi Sirkular (LHCP/RHCP)

Pola radiasi Directional

Gain > 3 dB

(8)

Desain Antena Helix 2,4 GHz

Parameter Simbol Rumus Nilai

Frekuensi (f) - 2,4 GHz

Panjang

gelombang (λ) λ = c/f 12,5 cm

Jumlah lilitan (N) N > 3 3,6

C = λ 12,5 cm

1 1 ,1 6 cm

4 cm

7 Keliling helix (C) C = λ 12,5 cm

Diameter helix (D) D = λ/π 4 cm

Spasi antar

lilitan (S) S = ¼ ^λ ^{3 cm}

Panjang helix (L) L = N x S 11,16 cm Diameter

groundplane (D

_gp

) D

_gp

>3/4 λ 51,56 cm Diameter

tembaga (d) - ^{2 mm}

1 1 ,1 6 cm

3 cm

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(9)

Desain Antena Loop 436,5 MHz

Parameter Simbol Rumus Nilai

Frekuensi (f) - 436,5 GHz

Panjang

gelombang (λ) λ = c/f 68,7 cm

Keliling loop (C) C = λ 68,7 cm

D = λ/π 21,87 cm

21,8 cm

Diameter helix (D) D = λ/π 21,87 cm Diameter

groundplane (D

_gp

) D

_gp

>3/4 λ 51,56 cm Diameter

tembaga (d) - ^{3 mm}

Jarak Antena

Dan Reflektor (h) 0,06 λ 4 cm 4 cm

Tampak Atas

Tampak Samping

51,56 cm

(10)

Desain Simulasi

Kedua antena ditempatkan pada satu ground plane

• Jarak antar antena

½ λ = 6,25 cm

• Frekuensi kerja antena

berbeda maka digunakan dua pencatuan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 9

(11)

Return Loss Antena Helix Hasil Simulasi

(12)

Bandwidth dan VSWR Antena Helix Hasil Simulasi

) (

22 , 2 99

, 2 1

2 F GHz

F

BW = − = − ⁼ ⁰ ^, ⁷ ^GHz

VSWR

10 12 14 16

V S W R

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 11

0 2 4 6 8 10

2.00152.0122.02252.0332.04352.0542.06452.0752.08552.0962.10652.1172.12752.1382.14852.1592.16952.182.19052.2012.21152.2222.23252.2432.25352.2642.27452.2852.29552.3062.31652.3272.33752.3482.35852.3692.37952.392.40052.4112.42152.4322.44252.4532.46352.4742.48452.4952.50552.5162.52652.5372.54752.5582.56852.5792.58952.62.61052.6212.63152.6422.65252.6632.67352.6842.69452.7052.71552.7262.73652.7472.75752.7682.77852.7892.79952.812.82052.8312.84152.8522.86252.8732.88352.8942.90452.9152.92552.9362.94652.9572.96752.9782.98852.9993.00953.023.03053.0413.05153.0623.07253.0833.09353.1043.11453.1253.13553.1463.15653.1673.17753.1883.19853.2093.21953.233.24053.2513.26153.2723.28253.2933.30353.3143.32453.3353.34553.3563.36653.3773.38753.3983.40853.4193.42953.443.45053.4613.47153.4823.49253.5033.51353.5243.53453.5453.55553.5663.57653.5873.59753.6083.61853.6293.6395

V S W R

Frekuensi (GHz)

2 2,2 2,4 2,68 2,83 3,21 3,62

2.1

1,00117

_2,01

(13)

Pola Radiasi Antena Helix Hasil

Simulasi

(14)

Polarisasi Antena Helix Hasil Simulasi

medan listrik pada sumbu x sebesar 13823,6 v/m

medan listrik pada sumbu y sebesar 13620,5 v/m

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 13

axial ratio = = 1.015

berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena helix berpolarisasi sirkular

karena nilai axial ratio mendekati satu.

(15)

Jenis Polarisasi

RHCP ( Right hand circular polarization)

Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah LHCP (left hand circular polarization)

LHCP (left hand circular polarization)

(16)

Return Loss Antena Loop Hasil Simulasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 15

(17)

Bandwidth dan VSWR Antena Loop Hasil Simulasi

Grafik VSWR

1 2 F F

BW = −

MHz 34

,

= 5

Jika dinyatakan dalam persen

¹⁰

12 14 16 18

V S W R

% 1 100

2 x

Fc F BW = F −

% 4 100

, 436

73 , 433 07

,

439 − x

=

% 2 ,

= 1

Jika dinyatakan dalam persen

0 2 4 6 8

10

420.786 421.2225 421.659 422.0955 422.532 422.9685 423.405 423.8415 424.278 424.7145 425.151 425.5875 426.024 426.4605 426.897 427.3335 427.77 428.2065 428.643 429.0795 429.516 429.9525 430.389 430.8255 431.262 431.6985 432.135 432.5715 433.008 433.4445 433.881 434.3175 434.754 435.1905 435.627 436.0635 436.5 436.9365 437.373 437.8095 438.246 438.6825 439.119 439.5555 439.992 440.4285 440.865 441.3015 441.738 442.1745 442.611 443.0475 443.484 443.9205 444.357 444.7935 445.23 445.6665 446.103 446.5395 446.976 447.4125 447.849 448.2855 448.722 449.1585 449.595 450.0315 450.468 450.9045 451.341

V S W R

1,02669

420,2 425,1 430,5 436,5 440,8 450,4

Frekuensi (GHz)

(18)

Pola Radiasi Antena Loop Hasil Simulasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 17

(19)

Polarisasi Antena Loop Hasil Simulasi

medan listrik pada sumbu x sebesar 12520,3 v/m

medan listrik pada sumbu y sebesar 18399,4 v/m

axial ratio = = 1.469

berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena

helix berpolarisasi sirkular karena nilai axial ratio

mendekati satu.

(20)

Jenis Polarisasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 19

RHCP ( Right hand circular polarization)

Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah RHCP (Right hand circular polarization)

LHCP (left hand circular polarization)

(21)

Antena Helix dan Loop

Tampak atas

Tampak bawah

(22)

Return Loss Antena Helix Hasil Pengujian

-20 -10 0

2.222 2.36 2.4 2.69 2.894

R e tu rn l o ss ( d B )

Frekuensi (GHz)

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 21

-70 -60 -50 -40 -30

R e tu rn l o ss ( d B )

simulasi pengukuran

pengujian

(23)

Bandwidth dan VSWR Antena Helix Hasil Pengujian

Grafik VSWR

1 2 F F

BW = − GHz 33

,

= 0

Jika dinyatakan dalam persen

^2.5

3 3.5

pengukuran simulasi pengujian

% 1 100

2 x

Fc F BW = F −

% 5 100

, 2

36 , 2 69 ,

2 − x

=

Jika dinyatakan dalam persen

0.5 1 1.5 2

2.173 2.3 2.36 2.4 2.48 2.69 3.7795

V S WR

Frekuensi (GHz)

(24)

Pola Radiasi Antena Helix Hasil Pengujian

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 23

Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

(25)

Return Loss Antena Loop Hasil Pengujian

-10 -5 0

416.15 425.43 435.2 435.8 436.5 450.64 460.53 470.53 480.24

R e tu rn L o ss ( d b )

Frekuensi (MHz)

-40 -35 -30 -25 -20 -15

R e tu rn L o ss ( d b )

Pengukuran simulasi pengujian

(26)

Bandwidth dan VSWR Antena Loop Hasil Pengujian

Grafik VSWR

1 2 F F

BW = −

MHz 08

,

= 64

Jika dinyatakan dalam persen

4 5 6

V S WR

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 25

% 1 100

2 x

Fc F BW = F −

% 19 100

, 448

15 , 416 23

,

480 − x

=

% 29 ,

= 14

Jika dinyatakan dalam persen

0 1 2 3

400 416.15 425.43 436.5 450.64 460.53 480.24 490

V S WR

Frekuensi (MHz)

pengukuran simulasi pengujian

(27)

Pola Radiasi Antena Loop Hasil Pengujian

Hasil Simulasi Hasil Pengujian

(28)

Perbandingan Parameter

Parameter Simulasi Pengujian Return Loss -64,659 dB -26,364 dB

VSWR 1,00117 1,184

Bandwidth 0,7 GHz 0,33 GHz

Gain 7,4 dB 5,454 dB

Antena Helix

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 27

Gain 7,4 dB 5,454 dB

HPBW 49,1

⁰

18

⁰

Antena Loop

Parameter Simulasi Pengujian Return Loss -37,608 dB -23,154 dB

VSWR 1,02669 1,197

Bandwidth 5,34 MHz 64,08 MHz

Gain 8,91 dB 4,418 dB

HPBW 66,5

⁰

22

⁰

(29)

Kesimpulan

• Hasil simulasi telah memenuhi kriteria desain awal.

• Antena helix 2,4 GHz

– return loss = -26 dB, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05 – impedansi antena Z _ant = 55,263

– VSWR = 1,184 – gain = 5,454 dB.

– Bandwidth = 0,33 GHz,13,07 % – Bandwidth = 0,33 GHz,13,07 %

• Antena loop 436,5 MHz

– return loss = -23 dB, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05 – impedansi antena Z _ant = 57,527

– VSWR = 1,197 – gain = 4,418 dB

– bandwidth = 64,08 MHz 14,28 %.

• Antena helix 2,4 GHz dan loop 436,5 MHz yang di buat telah memenuhi kriteria desain sehingga dapat digunakan untuk perangkat ground station satelit