BAB III
PEMODELAN, SIMULASI DAN PERANCANGAN ANTENA
3.1 Pendahuluan
Langkah awal yang dilakukan pada Tugas Akhir ini adalah mensimulasikan antena referensi yang sudah diuji, diteliti, dan dibuat oleh pihak lain kemudian dengan metode experimental antena referensi diubah-ubah parameternya, untuk menentukan spesifikasi antena yang akan direalisasikan nanti berdasarkan hasil simulasi yang telah didapat.
3.2 Spesifikasi Antena
Tahap pertama dari modifikasi Antena Mikrostrip Patch Persegi ini adalah menentukan spesifikasi antena. Antena ini dirancang berdasarkan spesifikasi hasil yang akan diharapkan, yaitu:
a. Frekuensi kerja : 2,4 GHz
mengalami perubahan ketika switch on/off b. Polarisasi : mengalami perubahan ketika switch on/off c. Pola radiasi : tidak berubah ketika switch on/off
d. Impedansi : 50 Ω, konektor SMA
e. VSWR : < 2
Selanjutnya bahan dielektrik yang digunakan sebagai subtrat pada antena ini adalah epoxy FR4. Material ini memiliki karakteristik dasar yang antara lain adalah sebagai berikut:
a. Permitivitas relatif ε
r: 4.4 b. Ketebalan dielektrik : 1.6 mm
Berikut diagram alir pengerjaan Tugas Akhir ini secara lengkap:
Gbr. 3.1 Diagram Alir pengerjaan Tugas Akhir
3.3 Perancangan Antena pada software Ansoft HFSS 13
Untuk memperoleh antena yang memenuhi syarat spesifikasi yang diinginkan dilakukan simulasi menggunakan Ansoft HFSS 13. Simulasi ini bertujuan untuk mendapatkan ukuran dimensi antena yang tepat sehingga diperoleh hasil spesifikasi yang diharapkan sebelumnya.
Pada simulasi ini dilakukan penggambaran antena dengan memasukkan beberapa parameter yang telah ditentukan berdasarkan referensi jurnal yang ada.
Antena yang dirancang ini berdasarkan Jurnal referensi A Reconfigurable Microstrip Antenna” oleh Junying Liu.
Gbr spesifikasi awal antena menurut referensi:
17.8mm
17.8mm
6mm
ws ls
Switch 1 Switch 2
Switch 4 Switch 3
h_substrat
groundplane patch probe
ls
air
Gbr. 3.2 Bentuk dan dimensi antena referensi ”Junying Liu, dkk. University of Science and Technology of China “Reconfigurable Antennas” May 2009.”
Dengan metode experimental, parameter awal yang telah dimasukkan diubah-ubah untuk mendapatkan hasil simulasi sesuai spesifikasi yang diinginkan yaitu adanya perubahan frekuensi pada antena dan perubahan polarisasi, dimana parameter perubahan polarisasi akan dibuktikan melalui hasil pengukuran.
Dengan memasukan nilai parameter antena referensi yang telah diketahui tersebut pada software Ansoft HFSS 13 ternyata masih terjadi sedikit penyimpangan terhadap spesifikasi awal. Oleh karena itu dilakukan modifikasi kembali agar didapatkan ukuran antena yang tepat memenuhi spesifikasi yang diinginkan. Untuk melihat ukuran antena yang terbaik maka dilakukan perubahan pada sub-dimensi antena.
Pengaruh Perubahan sub-Dimensi Antena
Modifikasi dimensi ukuran antena ini dilakukan dalam proses perancangan untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Dalam tugas akhir ini dilakukan modifikasi pada beberapa ukuran dimensi antena, dengan mengambil beberapa variable dimensi antena tetap.
a. Pemodifikasian Dimensi Antena
Untuk mengubah frekuensi resonansi agar antena dapat bekerja pada frekuensi
spesifikasi dengan VSWR rendah maka dilakukan pemodifikasian pada dimensi
antena (p). Langkah pertama adalah membuat simulasi antena mikrostrip persegi
dengan frekuensi yang dipakai pada antena referensi adalah 1.8GHz. Secara teori
untuk menghitung dimensi antena sebagai acuan awal dimensi simulasi dapat menggunakan rumus dibawah ini:
f
rW C
L = = 2 ε
[3.1]
4 . 4 ) 10 . 8 . 1 .(
2
10 . 3
9
=
8= W L
mm L ≈ 83 , 3
Dari hasil simulasi didapat panjang antena 80mm. Setelah itu pada sisi antena diberikan gangguan yaitu pemasangan switch. Setelah disimulasikan, ternyata frekuensi bergeser menjadi 2.2GHz, sehingga dimensi antena dimodifikasi kembali agar mendapat frekuensi resonansi yang diinginkan. Akhirnya dengan memperkecil dimensi panjang antena menjadi 74mm didapat frekuensi kerja 2.4GHz.
Tabel 3.1 Cara mendapatkan Dimensi Antena dengan HFSS V-13 Gbr Antena Dimensi
Antena
Frekuensi Kerja
VSWR Grafik Frekuensi terhadap VSWR
80mm 1.8GHz 1.68
80mm 2.2GHz 1.82
74mm 2.4GHz 1.44
b. Perubahan ws (Lebar Celah)
Modifikasi pada dimensi antena diakukan pada dimensi 74mm dan lebar ws
1mm, 2mm, 3mm. setelah dilakukan simulasi pada setiap dimensi tersebut data
VSWR dipindahkan ke software Exel, kemudian dapat dilihat perbandingan VSWR-
nya.
Gbr. 3.3 Hasil Simulasi Perubahan ws (celah)
Dari hasil yang diperoleh, semakin sempit gap w maka nilai VSWR makin kecil di frekuensi yang sama, lebar celah yang terbaik adalah saat ws = 1 mm. Ini berarti lebar celah ws yang dipakai adalah 1mm.
c. Perubahan Letak Catuan dan Gap Kapasitif Pada Catuan
Perubahan letak catuan dimaksudkan untuk memperkecil kemungkinan kombinasi switch yang disimulasikan, sehingga rekonfigurasi antena mikrostrip ini simetris. Sedangkan gap kapastif pada catuan antena referensi dimodifikasi.
Gbr. 3.4 Hasil Simulasi Perubahan Gap Kapasitif
Setelah dilakukan simulasi pada setiap dimensi tersebut data VSWR dipindahkan ke software Exel, kemudian dapat dilihat perbandingan VSWR-nya.
Dilihat dari simulasi VSWR dengan gap kapasitif lebih jelek dibandingkan tidak memakai gap.
d. Perubahan h_udara
Modifikasi pada dimensi antena diakukan pada dimensi 74mm dan layer udara. Setelah dilakukan simulasi pada setiap dimensi tersebut data VSWR dipindahkan ke software Exel, kemudian dapat dilihat perbandingan VSWR-nya.
Gbr. 3.5 Hasil Simulasi Perubahan h_air
Dari hasil simulasi yang diperoleh, jika antenna tidak menggunakan h_air
maka nilai VSWR makin kecil daripada antenna yang menggunakan h_air. Ini berarti
antena yang dirancang tidak akan menggunakan h_air.
Setelah dilakukan simulasi didapatkan hasil yang memenuhi syarat spesifikasi antena sebagai berikut:
Gbr. 3.6 Bentuk dan dimensi antena Reconfigurable Mikrostrip
Perubahan frekuensi dan polarisasi antena diperoleh dengan meng-ON dan
meng-OFF kan switch-switch yang ada pada sisi-sisi patch. Switch ini
menghubungkan dan memutuskan hubungan antara patch utama dengan patch sisi
corner.
Konstruksi antena ini terdiri dari 1 layer dimana layer terdiri dari patch, groundplane, dan substrat. Sistem pencatuan dari antena ini yaitu 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 berada ditengah patch antena.
Antena Mikrostrip memanfaatkan enam state yang merubah frekuensi dan polarisasinya. State-state tersebut adalah state 1, state 2, state 3, dan state 4. State 1 pada saat switch 1,2 ON dan switch lainnya OFF, state 2 pada saat semua switch on , state 3 pada saat switch 1,3 ON dan switch lainnya OFF, sedangkan state 4 semua swicth OFF.
(a)
State 1 State 2
State 3 State 4
(b)
Gbr. 3.7 Tampilan HFSS 13 beserta pemodelan antena Reconfigurable
Mikrostrip(a) tampak samping (b) tampak atas
Jenis boundary yang di set pada pemodelan antena ini diantaranya adalah Radiation Boundary, berupa box yang melingkupi seluruh objek yang digunakan sebagai batas dimana perhitungan parameter antena pada medan jauh dilakukan.
Gbr. 3.8 Jenis boundary pada antena Reconfigurable Mikrostrip
”radiation boundary”
