BAB IV. Perancangan Dan Realisasi Antena Horn

(1)

35

Perancangan Dan Realisasi Antena Horn

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi double- ridged horn antena tanpa adanya aperture horn secara horisontal. Mulai dari

perhitungan frekuensi, perancangan ukuran, dan desain antena horn. Sesuai dengan spesifikasi antena yang telah dibahas pada Bab 3. Pada perancangan DRH ini akan mengacu pada teori dan perhitungan di bab 2, kemudian dari teori tersebut akan didapat sebuah rancangan dan dimensi dari antena yang akan dibuat.

Kemudian dari desain tersebut akan disimulasikan menggunakan Wipl-D untuk mendapatkan gambaran nilai besaran-besaran dari antena yang akan dibuat. Pada tahap akhir akan dilakukan fabrikasi rancangan antena, selanjutnya akan dilakukan pengukuran.

4.1 Perancangan Antena Horn

Pada awal perancangan untuk langkah yang pertama kali dilakukan adalah perhitungan ukuran dan dimensi waveguide yang akan digunakan sesuai frekuensi yang diinginkan pada pembahasan di Bab 3 yaitu x-band dengan rentang frekuensi 8 GHz - 12 GHz.

4.1.1 Perhitungan Ukuran Waveguide

Pada perancangan antena ini digunakan frekuensi x-band dengan ukuran

standard size of rectangular waveguide.[6]

(2)

Yaitu a x b dengan ukuran a=2,286 cm dan b=1,016 cm. Untuk perhitungan frekuensi yang bisa digunakan sebagai berikut. Penulis menganalisa dengan mengamati frekuensi cut-off dari masing-masing modes pada waveguide segi empat, mode gelombang H dan gelombang E. Dengan menggunakan rumus.

Perhitungan dengan mode H

₁₀

akan memiliki frekuensi cut-off

Berikut table perhitungan beberapa mode dengan frekuensi cut-off nya.

Tabel 4.1 Perhitungan Frekuensi cut-off dengan beberapa mode

Mode m n f

c

(GHz)

H 1 0 6, 562

H 2 0 13, 123

H 0 1 14, 764

H, E 1 1 16, 156

H, E 1 2 30, 248

H, E 2 1 19, 753

Hasil pengukuran frekuensi cut-off pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa,

frekuensi yang baik digunakan 6, 562 Ghz < f < 13, 123 GHz. Apabila

(3)

menggunakan frekuensi dibawah 6, 562 GHz sinyal tidak akan merambat pada waveguide dikarenakan perhitungan cut-off dengan mode terendah H

10

adalah 6,562 GHz. Begitupun dengan batasan frekuensi atas 13, 123 Ghz, apabila melebihi frekuensi tersebut transmisi akan berlangsung secara overmoded, karena lebih dari satu mode secara umum dihindari, yang dapat menyebabkan penyebaran daya pada masing-masing mode.

4.1.2 Perhitungan Besaran Antena

Pada pembahasan perhitungan besaran antena DRH seperti faktor refleksi atau return loss, gain, diagram radiasi dan VSWR dihitung menggunakan software wipl-d dengan melakukan perubahan ukuran dan bentuk dari bagian antena

sendiri. Return loss yang diinginkan pada rancangan DRH ini adalah < -10dB pada rentang frekuensi x-band yang diinginkan. Serta nilai gain sebesar maksimal 13 dBi, dengan menambah ukuran panjang aperture horn maka akan didapatkan gain yang lebih besar. Diagram radiasi dilakukan dengan pengamatan dari

frekuensi kerja yang diinginkan dan derajat kemiringannya memiliki nilai gain yang berbeda-beda. Selanjutnya akan dibahas secara detail pada subbab 4.2.

4.2 Simulasi Hasil Rancangan Double-Ridged Horn

Pada perancangan awal dengan menentukan panjang dari waveguide

antena berdasarkan pengukuran faktor refleksi yang terbaik. Dari lima ukuran

(4)

panjang didapatkan dengan panjang 18 mm yang memiliki faktor refleksi paling kecil dari frekuensi kerja x-band.

Tabel 4.2 Ukuran panjang waveguide

No Ukuran Panjang Waveguide

1 16 mm

2 18 mm

3 20 mm

4 24 mm

5 30 mm

6 Cm

3 Cm 1,8 Cm

1,016 Cm

Gambar 4.1 Rancangan DRH tampak samping pada wipl-d

(5)

Gambar 4.2 Perbandingan return loss ukuran panjang waveguide

Setelah dilakukan penentuan panjang waveguide didapatkan ukuran 18 mm, selanjutnya dilakukan simulasi dengan beberapa model horn yang diubah-ubah bentuknya untuk mendapatkan nilai faktor refleksi yang terbaik pada middle frequency 10GHz.

Tabel 4.3 Bentuk simulasi antena horn

No Model Antena Return loss pada mid Freq (10GHz)

1 Horn Standard - 15,07 dB

2 Horn tanpa sisi aperture horisontal -16,3 dB

3 DRH tanpa sisi aperture horisontal -26,1 dB

(6)

(a) (b)

(c)

Gambar 4.3 Tipe antena horn standar(a), Tanpa sisi aperture (b), DRH (c)

Gambar 4.4 Perbandingan return loss 3 type antena

(7)

Dari hasil yang didapatkan dengan simulasi 3 jenis antena horn nilai return loss terbaik pada frekuensi tengah 10GHz adalah DRH tanpa sisi aperture horisontal.

Adapun nilai VSWR untuk DRH tersebut < 2 dari frekuensi kerja x-band.

Gambar 4.5 VSWR DRH antena tanpa sisi aperture horisontal

Setelah hasil return loss didapatkan dengan nilai -26,1dB menggunakan DRH antena, tahap selanjutnya pengukuran dan penentuan tinggi kawat feeding yang akan dipasang pada waveguide.

1,8 Cm

1,016 Cm

0,328 Cm

1,13 Cm 0.68cm

Diameter Kawat feeding 0.14cm

Gambar 4.6 Rancangan ukuran waveguide DRH

(8)

Gambar 4.7 Perbandingan tinggi kawat feeding terhadap return loss

Hasil simulasi didapatkan ukuran tinggi terbaik pada 6,8 mm. Setelah dilakukan pengukuran tinggi kawat selanjutnya dilakukan simulasi perbandingan gain antara 3 tipe antena horn yang berbeda-beda.

Gambar 4.8 Perbandingan gain 3 type antena

(9)

Pada pengukuran diagram radiasi antena DRH diukur dengan nilai sudut dari 0

⁰

sampai dengan 360

⁰

, dari contoh frekuensi yang di ambil adalah 10,14 Ghz seperti gambar dibawah ini.

Gambar 4.9 Diagram radiasi DRH pada middle frekuensi (10 gHz)

Gambar 4.10 Diagram radiasi DRH pada secara kartesian

(10)

Berikut didapatkan ukuran detail dari simulasi DRH antena pada aplikasi wipl-d

3 Cm 6 Cm

2,286 Cm

1,8 Cm

Gambar 4.11 Rancangan DRH tampak atas pada wipl-d

6 Cm 1.2 Cm

0.6 Cm 0.6 Cm 0.6 Cm

0.6 Cm 0.6 Cm 0.6 Cm 0.6 Cm 0.6 Cm

3 Cm

Gambar 4.12 Rancangan ridged DRH pada wipl-d

(11)

Gambar 4.13 DRH antena full pada wipl-d

4.3 Fabrikasi Double-Ridged Horn

Tahap selanjutnya setelah mendapatkan hasil simulasi dan optimasi ukuran dan besaran nilai antena adalah fabrikasi. Untuk bahan yang akan digunakan adalah bahan metal dengan jenis stainless steel . Fabrikasi ini dilakukan pada salah satu jasa bubut untuk mendapatkan hasil yang presisi sesuai ukuran yang diinginkan. Pembuatan antenan ini dilakukan beberapa tahap, yaitu :

1. Pembuatan lempengan ridged dan lempengan sisi aperture horn secara terpisah.

2. Pembuatan waveguide dengan sisi permukaan yang mimiliki 4 lubang, dilubang tersebut digunakan untuk perekat antara waveguide dan sisi aperture dengan baut dan mur.

3. Pembuatan lubang pada waveguide untuk feeding dengan ukuran 4

mm.

(12)

Berikut hasil dari fabrikasi antena dari sisi atas dan samping.

Gambar 4.14 DRH Antena fabrikasi dari sisi atas

Gambar 4.15 DRH Antena fabrikasi dari sisi samping

4.4 Pengukuran dan Analisa Double-Ridged Horn

Pada bagian akhir penelitian ini adalah pengukuran besaran-besaram

penting antena yang telah dibuat. Parameter yang diukur disini adalah return loss,

diagram radiasi, dan gain. Pengukuran besaran tersebut dilakukan dengan

(13)

menggunakan Vektor Network Analyzer (VNA) dengan frekuensi kerja 6GHz- 12GHz. Return loss merupakan besaran daya pantul yang disebabkan oleh ketidak sesuaian impedansi input dengan saluran transmisi. Besarnya parameter return loss bergantung pada perbandingan antara tegangan yang dipantulkan dengan

tegangan yang masuk. Semakin besar return loss, maka koefisien pantul yang dihasilkan semakin kecil. Nilai koefisien pantul yang semakin kecil akan menghasilkan VSWR yang semakin kecil pula dan menunjukan saluran yang mendekati sepadan (matching). Diagram radiasi merupakan parameter yang sangat penting dalam sebuah antena. Karena distribusi energi yang dipancarkan oleh antena ke ruang bebas dan menentukan jangkauan dari antena itu sendiri.

4.4.1 Data Hasil Pengukuran

Dari pengukuran yang sudah dilakukan dari DRH antena yang dibuat.

Diperoleh data hasil pengukuran sebagai berikut.

Gambar 4.16 Return loss hasil pengukuran dalam besaran logaritma (dB)

(14)

Nilai return loss yang cukup baik dengan frekuensi kerja dimana nilai return loss

< -10 (dB) yaitu 6,4 gHz sampai dengan 9 gHz. Nilai VSWR ≤ 2 dengan frekuensi kerja 6,3 gHz - 9 gHz.

Gambar 4.17 VSWR hasil pengukuran DRH antena

Hasil pengukuran Diagram Antena (S21) menggunakan antena kedua berjenis horn standar dari pengukuran beberapa sudut sepeti tabel dibawah ini.

Tabel 4.4 Diagram Radiasi antena S21 dengan beberapa sudut pengukuran

No Sudut

Gain perbandingan dengan Antena horn (S21)

pada Frekuensi 8 Ghz

1 0

⁰

-24 dB

2 45

⁰

horisontal -27 dB

3 90

⁰

horinsontal -41 dB

4 45

⁰

vertikal -28 dB

5 90

⁰

vertikal -37 dB

6 180

⁰

-47 dB

(15)

Gambar 4.18 Diagran antena (S21) 0 derajat

Gambar 4.19 Diagran antena (S21) 45 derajat Horisontal

(16)

Gambar 4.20 Diagran antena (S21) 90 Derajat Horisontal

Gambar 4.21 Diagran antena (S21) 45 derajat vertikal

(17)

Gambar 4.22 Diagran antena (S21) 90 derajat vertikal

Gambar 4.23 Diagran antena (S21) 180 derajat

(18)

Pengukuran gain pada antena memiliki cara yang paling sederhana dengan metode dua antena. Dalam pengukuran ini digunakan dua antena yang memiliki nilai standard gain pada salah satu antena terebut. Antena yang sudah memiliki standar yang digunakan dipole ukuran 4 cm dengan nilai gain 1,5 dBi.

(a) (b)

Gambar 4.24 Pengukuran gain antena DRH perbandingan dengan antena horn (a) dan dipole (b)

Dari hasil pengukuran dilakukan pada contoh frekuensi 8 Ghz, hasil tersebut didapatkan nilai ukuran daya S21 dengan antena horn sebesar -26 dB dan hasil pengukuran nilai daya S21 dengan antena dipole sebesar -38 dB. Hasil kedua nilai daya memiliki selisih sebesar 12 dB lalu dikurangi dengan nilai standard gain pada dipole 1,5 dB menjadi 10,5 dB. Jadi gain antena horn yang dibuat pada frekuensi 8Ghz memiliki nilai gain sebesar 10,5 dB.

4.4.2 Analisa Hasil Pengukuran

Berdasarkan hasil pengukuran antena yang sudah dibuat, didapatkan nilai

return loss < -10 dB pada frekuensi kerja 6,3 GHz - 9 GHz. Nilai ini memiliki

perbedaan dari hasil simulasi sebelumnya yang dilakukan. Hal ini dikarenakan

(19)

adanya perbedaan ukuran waveguide antena yang lebih besar beberapa mili meter pada saat proses fabrikasi, sehingga nilai return loss yang diinginkan bergeser frekuensi kerjanya dari 8GHz - 12GHz menjadi 6,3 GHz - 9 GHz.