• Tidak ada hasil yang ditemukan

Desain Antena Helix Dan Loop Pada Frekuensi 2,4 GHz Dan 430 MHz Untuk Perangkat Ground Station Satelit Nano

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Desain Antena Helix Dan Loop Pada Frekuensi 2,4 GHz Dan 430 MHz Untuk Perangkat Ground Station Satelit Nano"

Copied!
6
0
0

Teks penuh

(1)

Desain Antena Helix Dan Loop Pada Frekuensi 2.4

GHz Dan 430 MHz Untuk Perangkat

Ground

Station

Satelit Nano

Muhammad Hasan Mahmudy, Eko Setijadi, dan Gamantyo Hendrantoro Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111

email:

gamantyo@ee.its.ac.id

Abstrak Desain antena helix 2,4 GHz digunakan untuk downlink sedangkan antena loop 430 MHz digunakan untuk uplink satelit IiNUSAT-02. Namun dalam perkembangan penelitian terjadi perubahan frekuensi kerja untuk uplink satelit IiNUSAT-02 menjadi 436,5 MHz. Supaya Antena loop dapat digunakan pada satelit IiNUSAT-02 maka dilakukan perubahan frekuensi pada antena loop menjadi 436,5 MHz.

Dari hasil simulasi menggunakan software CST 2012 untuk antena helix 2,4 GHz didapatkan nilai return loss sebesar -64,65 dB, VSWR 1,007, bandwidth 0,7 GHz, dan gain sebesar 7,4 dBi. Untuk antena loop 436,5 MHz didapatkan nilai return loss sebesar -37,608 dB, VSWR 1,02669, bandwidth 5,34 MHz, dan gain sebesar 8,91 dBi. Sedangkan dari hasil pengujian antena helix 2,4 GHz didapatkan nilai return loss sebesar -26,364 dB, VSWR 1,184, bandwidth 0,33 GHz, dan gain sebesar 5,454 dBi. Untuk antena loop 436,5 MHz didapatkan nilai return loss sebesar -23,154 dB, VSWR 1,197, bandwidth 64,08 MHz, dan gain sebesar 4,148 dBi. Dari hasil simulasi dan pengujian memungkinkan antena tersebut dapat direalisasikan pada ground station satelit IiINUSAT-02.

Kata Kunci ̶̶ Antena helix, antena loop, bandwidth, dan gain

I. PENDAHULUAN

ROGRAM IINUSAT (Indonesian Inter University

Satellite) merupakan suatu program kegiatan pengembangan satelit dengan tujuan penguasaan dan pengembangan teknologi luar angkasa oleh beberapa partisipan seperti UGM, UI, ITB, ITS, PENS, ITT Telkom, LAPAN dan mahasiswa Indonesia di TU Delft. Maka sebagai salah satu partisipan ITS membentuk Komunitas Satelit-ITS (ITS-sat) dengan salah satu misi yaitu menciptakan dan mengoperasikan satelit ITS[1].

Sebelumnya komunitas satelit nano ITS sedang

mengembangkan proyek portable transceiver untuk satelit

Nano yang bekerja pada frekuensi 430 MHz UHF untuk

uplink dan 144 MHz VHF untuk downlink yang hanya untuk komunikasi data teks. Kedepannya direncanakan satelit S-Band yang dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz untuk

downlink pada komunikasi real time video[2]. Untuk itu

diperlukan antena penerima di ground station untuk

menerima dan mengirim sinyal berupa gelombang elektromagnetik yang dari satelit. Antena yang akan di

desain adalah antena helix moda aksial untuk downlink pada

frekuensi 2,4 GHz karena moda ini menyediakan gain dan

rasio bandwidth yang tinggi. Dan antena loop untuk uplink

pada frekuensi UHF 430 MHz, kedua antena ditempatkan

pada satu ground plane. Namun dalam perkembangan

penelitian terjadi perubahan frekuensi kerja untuk uplink

satelit IiNUSAT-02 menjadi 436,5 MHz[2]. Supaya antena loop dapat diaplikasikan untuk satelit IiNUSAT-02 maka terjadi perubahan frekuensi dalam desain antena loop yang pada awalnya 430 MHz menjadi 436,5 MHz.

II. PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA

Ada beberapa kriteria desain yang harus dipenuhi pada perancangan dan pembuatan antena baik antena helix maupun antena loop sebelum disimulasikan menggunakan

software CST 2012 (computer simulation technology) seperti

return loss < -10 dB, pola radiasi direksional, VSWR < 2, dan

gain antena > 0 dBi.

A. Antena Helix

Antena helix adalah antena dengan bentuk geometri dasar berupa tiga dimensi. Helix merupakan kombinasi bentuk garis lurus, lingkaran, dan silinder[3].

Gambar 1. Konstruksi antena helix[4]

Konfigurasi geometris dari antena helix,diameter D, spasi antar lilitan S, dan jumlah lilitan N. Total panjang dari antena helix adalah L yang didapat menggunakan persamaan

L = N x S (1)

untuk niliai circumference C menggunakan persamaan

C = π D (2) sedangkan untuk mendapatkan desain antena helix dengan

polarisasi sirkuler, terutama pada major lube nilai

(2)

circumference dari helix harus bernilai 0,75λ < C < 1,3λ, dan

akan mendekati optimum pada saat 𝐶𝐶

λ = 1, nilai spasi antar

lilitan helix S ≈ 1

4λ dengan jumlah lilitan N > 3.

Dalam melakukan perancangan antena helix diperlukan beberapa parameter dimensi antena helix yang didapat dari frekuensi kerja dari antena. Untuk parameter yang diperlukan dan nilai dari parameter tersebut ditunjukkan pada tabel 1

Tabel 1. Nilai dimensi antena helix

Parameter Nilai Frekuensi 2,4 GHz Panjang gelombang 12,5 cm Jumlah lilitan 3,6 Diameter helix 4 cm Keliling helix 12,5 cm Spasi antar lilitan 3 cm Panjang helix 11,1 cm Diameter groundplane 51,54 cm Diameter tembaga 2 mm Tebal groundplane (aluminium) 1,5 mm

B. Simulasi Antena Helix

Dalam simulasi kedua antena diletakkan dalam satu

ground plane namun karena frekuensi kerjanya berbeda maka dilakukan pencatuan yang berbeda.

Gambar 2.Simulasi antena dalam satu ground plane

Dalam simulasi data yang diperlukan adalah data dari parameter dimensi antena helix yang terdapat pada tabel 1, dengan melakukan simulasi didapatkan nilai dari beberapa

parameter antena yang meliputi: return loss, VSWR,

bandwidth, pola radiasi, polarisasi dan gain dari antena, untuk hasil simulasi didapat nilai return loss dari antena helix yang ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Return loss antena helix

dari data return loss didapat nilai bandwidth dari

pengurangan frekuensi atas dan frekuensi bawah untuk nilai

return loss lebih kecil -10 dB, sehingga BW= 2,99-2,22 = 0,7 GHz

Gambar 4. VSWR antena helix

Gambar 5. Pola radiasi antena helix

dapat diketahui nilai gain antena yakni sebesar 7,4 dB.

Setelah dilakukan simulasi maka didapat nilai medan listrik

pada sumbu x sebesar 13823,6 vm-1, sedangkan untuk medan

listrik pada sumbu y sebesar 13620,5 vm-1. Dengan

menggunakan persamaan

axial ratio = 13823 ,6 𝑣𝑣𝑚𝑚−

1

13620 ,5 𝑣𝑣𝑚𝑚−1

=

1.015

berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena helix

berpolarisasi sirkular karena nilai axial ratio mendekati satu.

Untuk menentukan LHCP atau RHCP dilihat dari gain.

Dengan gain LHCP sebesar 7,29 dBi dan RHCP 1,92 dBi

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 2,2185 2,3935 2,5685 2,7435 2,9185 re tur n l os s (dB ) Frekuensi (GHz) 2.4: -64.659 2.99: - 10.5 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,1975 2,3025 2,4075 2,5125 2,6175 2,7225 2,8275 2,9325 3,0375 3,1425 Frekuensi (GHz) VSWR 2.22:2.1 2 2.2 2.4 2.45 2.55 2,68 2,83 2.9 2.99 2.4:1.0017 2.99:2.01 ½λ 2.22: - 10.5 s11

(3)

maka antena helix baik menggunakan LHCP (left hand circular polarization). Nilai beberapa parameter dari hasil simulasi antena helix yang ditunjukkan pada tabel 2

Tabel 2.

Parameter antena helix

Parameter Nilai Return Loss -64,659 dB VSWR 1,00117 Bandwidth 0,7 GHz Gain 7,4 dBi Axial Ratio 1,015

Pola Radiasi Direksional

HPBW 200

C. Antena Loop

Antena loop merupakan antena yang terdiri dari sebuah lingkaran konduktor listrik dengan ujungnya terhubung kesaluran transmisi dan mempunyai kontruksi yang

sederhana sehingga mudah untuk diaplikasikan. Antena loop dikategorikan menjadi dua kategori yaitu electrically small and electrically large. Electrically small antenas

mempunyai nilai keliling lingkaran (circumference) lebih

kecil dari 1/10 λ (C < 1/10 λ). Sedangkan untuk electrically

large mempunyai nilai keliling lingkaran (circumference)

mendekati nilai panjang gelombang (C ~ λ). Gambar

konstruksi antena loop diyunjukkan pada gambar 4 dengan a diameter dalam loop dan b diameter luar dari antena loop[5].

Gambar 4. Bentuk dari antena loop

jarak antara loop dan reflektor dengan range sebesar 0,05 ≤ h

≤ 0,2.

Dari perhitungan menggunakan persamaan yang ada didapatkan dimensi antena loop 436,5 MHz yang ditunjukkan pada tabel 3.

Tabel 3. Nilai dimensi antena loop

Parameter Nilai Frekuensi 436,5 GHz Panjang gelombang 68,7 cm Diameter loop 21.87 cm Keliling loop 68,7 cm Diameter groundplane 51,54 cm Diameter tembaga 3 mm

Tebal groundplane (aluminium) 1,5 mm

D. Simulasi Antena Loop

Dari hasil simulasi antena loop 436,5 MHz diperoleh beberapa parameter dari antena loop yang ditunjukkan pada gambar 6, 7. Dan 8

Gambar 6. Return loss antena loop

dari data return loss didapat nilai bandwidth dari

pengurangan frekuensi atas dan frekuensi bawah untuk nilai

return loss lebih kecil -10 dB, sehingga BW= 439,07- 4,33,73 = 5,34 MHz

Gambar 7. VSWR antena loop

Gambar 8. Pola radiasi antena loop

dari hasil simulasi nilai medan listrik pada sumbu x sebesar

12520,3 vm-1, sedangkan untuk sumbu y sebesar 18399,4

vm-1. Untuk nilai axial ratio dengan menggunakan

persamaan

axial ratio = 18399 ,4 𝑣𝑣𝑚𝑚

−1

12520 ,3 𝑣𝑣𝑚𝑚−1

=

1.469

dilhat dari nilai axial ratio maka polarisasi antena loop

merupakan polarisaasi ellips. Tabel 4. -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 416,15 433,8 434,7 435,6 436,5 437,3 438,2 439,1 R e tur n L os s (d B) Frekuensi (MHz) s11 433.7: -10 436.5: -37.6 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 433,4 434,3 435,1 436 436,9 437,8 438,6 439,5 Frekuensi (MHz) VSWR 436.5: 1.0266 439.07: -10 433.7: 2.03 439.07: 2.01

(4)

Parameter antena loop Parameter Nilai Return Loss -37,608 dB VSWR 1,02669 Bandwidth 5,34 MHz Gain 8,91 dBi Axial Ratio 1,469

Pola Radiasi Direksional

HPBW 180

III. PENGUJIAN

Parameter antena yang dilakukan pengujian meliputi

return loss, bandwidth, VSWR, pola radiasi, dan gain

antena. Dari data yang didapat akan dilakukan perbandingan parameter yang sama antara hasil simulasi dengan hasil pengujian. Realisasi desain dilakukan berdasarkan hasil perancangan serta simulasi antena helix dan antena loop

dengan menggunakan software CST, yang sudah memenuhi

syarat dari beberapa parameter antena. Dalam pencatuan antena karena bekerja pada frekuensi yang berbeda maka dilakukan dua pencatuan. Pencatuan antena menggunakan

konektor tipe N female dengan impedansi 50Ω. Proses

pembuatan antena helix menggunakan tembaga 2 mm yang dililitkan pada paralon dengan diameter 4 cm sebagai penyangga dari antena helix untuk menjaga kondisi helix tetap pada posisi yang sesuai dengan hasil perancangan yang terdapat pada tabel 1. Sedangkan untuk antena loop menggunakan kawat tembaga dengan diameter 3 mm yang diletakkan pada lingkaran kayu sebagai penyangga antena

loop agar diameter dan posisi loop tidak berubah. Ground

plane dari kedua antena terbuat dari aluminium dengan tebal 1,5 mm. Gambar dari realisasi desain kedua antena yang

ditempatkan dalam satu ground plane ditunjukkan pada

gambar 9

Gambar 9. Antena helix dan loop A. Antena Helix

Dari hasil pengujian didapatkan parameter antena helix 2,4 GHz , return loss ditunjukkan pada gambar 10

Gambar 10. Return loss antena hasil pengujian dan simulai

dari data return loss didapat nilai bandwidth sebesar BW = 2,69-2,36 = 0,33 GHz

Perbedaan hasil simulasi dan pengujian ini dikarenakan penyolderan konektor yang kurang sempurna, sehingga

berpengaruh pada nilai bandwidth. Hal ini juga berpengaruh

pada nilai VSWR dari antena helix yang ditunjukkan pada gambar 11

Gambar 11. VSWR antena hasil pengujian dan simulai

hasil pola radiasi antena helix di tunjukkan pada gambar 12

(a) (b)

Gambar 12. Pola radiasi antena helix (a) hasil simulasi, (b) hasil pengujian

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Re tu r L o ss (d B) Frekuensi (GHz) s11 simulasi pengujian -26,36 dB 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 V S WR Frekuensi GHz VSWR simulasi pengujian 22.2 2,31 2,37 2,38 2,4 2,41 2,53 2,67 2,89 1,197 2.22 2.32 2.35 2.38 2.4 2.42 2.45 2.46 2.89 Farfield gainϕ = 900 θ / dB

(5)

Setelah dilakukan simulasi didapatkan nilai beberapa parameter yang dapat dilihat pada tabel 5

Tabel 5.

Hasil pengujian dan hasil simulasi antena helix

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 dBi 5,454 dBi

HPBW 49.10 200

B. Antena Loop

Dari hasil pengujian didapatkan beberapa parameter

antena loop 436,5 MHz. Untuk return loss dari antena loop

ditunjukkan pada gambar 13

Gambar 13. Return loss antena loop hasil pengujian dan simulasi

dari data return loss hasil pengujian didapat nilai bandwidth

sebesar BW = 480,23 – 416,15 = 64,08 MHz. untuk VSWR

dari ditunjukkan pada gambar 14

Gambar 14. VSWRantena loop hasil pengujian dan simulasi

(a) (b)

Gambar 15.Pola radiasi antena loop (a) hasil simulasi, (b) hasil pengujian Gain antena loop dari hasil simulasi sebesar 8,91 dBi sedangkan untuk gain rata-rata hasil pengujian sebesar 4,148 dBi dengan gain tertinggi 7,52 dBi, penurunan gain ini disebabkan oleh pengaruh redaman diudara ataupun juga pengaruh interferensi gelombang elektromagnetik disekitar tempat pengujian.

Setelah dilakukan pengujian didapatkan nilai dari beberapa parameter yang ditampilkan pada tabel 6

Tabel 6.

Hasil pengujian dan simulasi 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 dBi 4,418 dBi

HPBW 66,5 0 180

IV. KESIMPULAN

Hasil simulasi maupun hasil pengujian antena helix 2,4 GHz dan antena loop 436,5 MHz telah memenuhi kriteria desain awal. Untuk antena helix 2,4 GHz

mempunyai nilai return loss sebesar -26 dB dengan

koefesien refleksi Γ = 0,05, VSWR = 1,184, dan gain =

5,454 dBi. Adapun untuk bandwidth dari antena helix

sebesar 0,33 GHz, berpolarisasi sirkular dengan nilai axial

ratio = 1.015. Antena loop 436,5 MHz menghasilkan nilai

return loss sebesar -23 dB dengan koefesien refleksi Γ =

0,05, VSWR = 1,197, dan gain = 4,418 dBi. Adapun untuk

bandwidth dari antena helix sebesar 64,08 MHz, berpolarisasi secara ellips dengan nilai axial ratio = 1.469 .

Perbedaan nilai return loss dan VSWR dari hasil pengujian

dan simulasi dikarenakan loss saat fabrikasi, sedangkan

untuk perbedaan gain dan pola radiasi hasil pengujian dan

simulasi bisa dikarenakan pengaruh gelombang elektromagnetik yang terdapat di sekitar tempat pengujian, namun hasil yang didapatkan sesuai dengan kriteria desain awal sehingga antena dapat diaplikasikan untuk perangkat

ground station satelit IiNUSAT-02.

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 416,15 433,4 433,8 434,3 434,7 435,1 435,6 436,06 436,5 436,9 437,3 437,8 438,2 438,6 439,1 480,2 R e tur n L os s (d B) Frekuensi (GHz) s11 simulasi pengujian 416,5 434,5 435,6 436,5 437,8 438,6 480,1 -23,154 dB 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 400 416,15 425,43 436,5 450,64 460,53 480,24 490 V S WR Frekuensi (MHz) VSWR pengukuran simulasi pengujian 1,197 dB Farfield gainϕ = 900 θ/dB

(6)

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finansial melalui program pengembangan stasiun bumi untuk komunikasi data, citra, dan video dengan satelit LEO VHF/UHF/S-Band menuju kemandirian teknologi satelit.

DAFTAR PUSTAKA [1]. “ INSPIRE” : http://inspire.or.id/web/ [2]. IINUSAT, “Preliminary Design Review”, 2010.

[3]. Balanis,Constantine A., Antenna Theory Analysis And Design, Canada: John Wiley & Sons.2005

[4]. Kraus, J.D and Marhefka, R.J., Antennas : for all Application, 3rd ed., Mc. Graw Hill, New York,2002

Gambar

Gambar 1. Konstruksi antena helix[4]
Gambar 2. Simulasi antena dalam satu ground plane
Gambar 9. Antena helix dan loop
Gambar 14. VSWR antena loop hasil pengujian dan simulasi

Referensi

Dokumen terkait

Meskipun demikian hasil penelitian perlakuan pencucian air bebas ion dikombinasikan dengan bahan organik dapat menurunkan kandungan logam berat Merkuri (Hg) dalam tanah

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui gambaran kejadian anemia dan faktor – faktor yang mempengaruhi terjadinya anemia pada ibu hamil trimester I di Puskesmas

Peneliti membatasi penelitian ini pada pengembangan bahan ajar LKPD (Lembar Kegiatan Peserta Didik) pada materi bangun ruang sisi datar berbasis budaya jambi untuk

Dengan melakukan kajian secara teori tentang relevansi konsep pendidikan Islam perspektif Imam Al-Ghazali ketika dikaitkan dalam pengajaran perkuliahan di STAI

Hamalik (2002:146) menyatakan bahwa hasil belajar itu sendiri dapat diartikan sebagai tingkat keberhasilan murid dalam mempelajari materi pelajaran disekolah, yang

Pembakaran ogoh-ogoh tersebut merupakan simbol dari keburukan yang diwujudkan dalam bentuk patung raksasa dan mempunyai rupa yang seram mempunyai makna yakni menghilangkan

Abrasi kornea Laserasi kornea Burns Herpes simpleks Neurotrophic keratitis Syphilis Kornea cedera Cedera mata Bisa disebabkan oleh luka pada kornea (abrasi,