REPUBLIK INDONESIA
KEMENTERIAN HUKUM DAN HAK ASASI MANUSIA
SURAT PENCATATAN
CIPTAAN
Dalam rangka pelindungan ciptaan di bidang ilmu pengetahuan, seni dan sastra berdasarkan Undang- Undang Nomor 28 Tahun 2014 tentang Hak Cipta, dengan ini menerangkan:
Nomor dan tanggal permohonan : EC00201849168, 12 Oktober 2018 Pencipta
Nama : Dr. Baso Maruddani Djaali, ST., MT., Dr. Efri Sandi, S.Pd.
MT., , dkk
Alamat : Jl. Bambu Petung No. 67, RT.009 / RW.05, Bambu Apus, Cipayung, Jakarta Timur, Jakarta Timur, Dki Jakarta, 13870
Kewarganegaraan : Indonesia
Pemegang Hak Cipta
Nama : Dr. Baso Maruddani Djaali, ST., MT., Dr. Efri Sandi, S.Pd.
MT., , dkk
Alamat : Jl. Bambu Petung No. 67, RT.009 / RW.05, Bambu Apus, Cipayung, Jakarta Timur, Jakarta Timur, Dki Jakarta, 13870
Kewarganegaraan : Indonesia
Jenis Ciptaan : Laporan Penelitian
Judul Ciptaan : Pengembangan Antena Kompak (Compact Antenna) Pita Lebar Untuk Radar Penembus Tanah (Ground
Penetrating Radar) Tanggal dan tempat diumumkan untuk
pertama kali di wilayah Indonesia atau di luar wilayah Indonesia
: 4 Oktober 2018, di Jakarta Timur
Jangka waktu pelindungan : Berlaku selama hidup Pencipta dan terus berlangsung selama 70 (tujuh puluh) tahun setelah Pencipta meninggal dunia, terhitung mulai tanggal 1 Januari tahun berikutnya.
Nomor pencatatan : 000120674
adalah benar berdasarkan keterangan yang diberikan oleh Pemohon.
Surat Pencatatan Hak Cipta atau produk Hak terkait ini sesuai dengan Pasal 72 Undang-Undang Nomor 28 Tahun 2014 tentang Hak Cipta.
a.n. MENTERI HUKUM DAN HAK ASASI MANUSIA DIREKTUR JENDERAL KEKAYAAN INTELEKTUAL
Dr. Freddy Harris, S.H., LL.M., ACCS.
NIP. 196611181994031001
LAMPIRAN PENCIPTA
No Nama Alamat
1 Dr. Baso Maruddani Djaali, ST., MT.
Jl. Bambu Petung No. 67, RT.009 / RW.05, Bambu Apus, Cipayung, Jakarta Timur
2 Dr. Efri Sandi, S.Pd. MT. Villa Galaxi Blok E3 No.3 Grand Galaxi City Jakasetia Bekasi Selatan 3 Muhammad Fadhil Naufal
Salam, S.Pd Jl. Raya Sindangbarang No. 44 RT.01/RW.05, Bogor Barat LAMPIRAN PEMEGANG
No Nama Alamat
1 Dr. Baso Maruddani Djaali, ST., MT.
Jl. Bambu Petung No. 67, RT.009 / RW.05, Bambu Apus, Cipayung, Jakarta Timur
2 Dr. Efri Sandi, S.Pd. MT. Villa Galaxi Blok E3 No.3 Grand Galaxi City Jakasetia Bekasi Selatan 3 Muhammad Fadhil Naufal
Salam, S.Pd Jl. Raya Sindangbarang No. 44 RT.01/RW.05, Bogor Barat
RINGKASAN LAPORAN PENELITIAN
PENGEMBANGAN ANTENA KOMPAK (COMPACT ANTENNA) PITA LEBAR UNTUK RADAR PENEMBUS
TANAH (GROUND PENETRATING RADAR)
Ketua Peneliti : Dr. Baso Maruddani Djaali, ST., MT.
Anggota Peneliti : Dr. Efri Sandi, MT.
Muhammad Fadhil Naufal Salam, S.Pd.
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
2018
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Ground Penetrating Radar (GPR) atau Radar Penembus Permukaan adalah teknologi yang sudah mulai dikembangkan dalam kurun waktu 15-20 tahun terakhir ini.
Pengembangan tersebut meliputi teori, teknik, teknologi dan juga jangkauan aplikasi.
GPR adalah suatu alat pencitra yang menggunakan gelombang elektromagnetik untuk melihat material yang berada di bawah tanah. Saat awal kemunculannya, teknologi GPR digunakan untuk mendeteksi material alami. Namun seiring dengan perkembangan teori dan tekniknya, GPR digunakan pula mendeteksi material yang bukan alami seperti aspal, beton, bahkan struktur jembatan. Secara sederhana, cara kerja GPR adalah menghitung pantulan ataupun penyebaran gelombang elektromagnetik yang ditembakan ke permukaan.
B. Tinjauan Pustaka
1) Ground Penetrating Radar
GPR adalah teknologi yang memungkinkan melakukan pencitraan material di bawah permukaan dengan menggunakan gelombang elektromagnetik[1]. Pada awal perkembangan teknologi GPR, material yang dapat dideteksi oleh GPR hanyalah material alami. Namun, seiring dengan perkembangan teori dan tekniknya. GPR bisa digunakan untuk mendeteksi material yang tidak alami seperti aspal, dll bahkan untuk radar penembus dinding. Setiap material yang ingin dideteksi memiliki spesifikasi GPR yang berbeda-beda. Ini diakibatkan oleh setiap material memiliki nilai permitivitas yang berbeda-beda.
2) Antena vivaldi
Antena Vivaldi pertama kali diperkenalkan oleh Gibson pada tahun 1979 yang memiliki karakteristik bandwidthnya sangat lebar dan pola radiasi directional [1]. Antena Vivaldi secara teoritis memiliki bandwidth yang tak terhingga dan gain yang signifikan dan memiliki polarisasi linear [2]. Gambar 1 menunjukan konsep antena vivaldi pada tampak depan.
Gambar 1. Antena vivaldi
Antena vivaldi memiliki parameter dimensi diantaranya panjang antena (PA), lebar antena (LA), Tapered length (TL), Tapered rate (r), panjang slotline (sL), backwall offset (bwo) dan Mouth opening (MO). Antena Vivaldi antena vivaldi masuk kedalam jenis Exponential Tapered Slot Antena (TSA).
3) Tapered slot
Perancangan taper slot meliputi parameter dimensi Tapered length dan juga Tapered rate. Tingkat kemiringan taper slot antena vivaldi sangat mempengaruhi terhadap gain, beamwidth dan bandwidth dari TSA [3]. Tapered slot antena memiliki tingkat lengkung berdasarkan fungsi eksponensial seperti pada persaman (1)
= ± × ( × ) (1)
4) Air-coupled system
Air-coupled pada sistem GPR digunakan untuk mengevaluasi dari bagian atas infrastruktur (seperti trotoar atau jalan aspal). Air-coupled antenna system beroperasi pada rentang frekuens 500MHz hingga 2.5 GHz dan frekuensi tengah yang biasa
digunakan pada frekuensi 1.0 GHz dengan kemampuan menembus kedalaman 0.5 hingga 0.9 meter [4]. Salah satu keuntungan dari Air-coupled antenna adalah karena letaknya terpasang secara digantung, proses pengumpulan data bisa dilakukan dalam kecepatan kendaraan hingga 100km/jam yang berarti tidak mengganggu lalu lintas sekitarnya.
5) Microstrip to slotline transition
Microstrip to slotline Transition secara sederhananya adalah teknik pencatuan dengan menyilangkan antara slotline dengan microstrip [5]. Teknik pencautan ini termasuk kedala jenis electromagnetic coupling karena slotline dan microstrip dipisahkan oleh elemen substrat. Stub merupakan Jarak antara titik tengah pertemuan microstrip dan slotline. Persamaan (2) digunakan untuk menentukan panjang stub pada antena dengan teknik pencatuan Microstrip to slotline Transition.
= 0.25 × √ (2)
C. Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud dan tujuan penelitian ini adalah mengembangkan suatu antenna kompak dengan bandwidth yang lebar yang dapat digunakan pada sistem Radar Penembus Permukaan (Ground Penetrating Radar) untuk Non-Destructive Testing jalan raya dengan rentang frekuensi kerja 1GHz hingga 2 GHz.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode rekayasa teknik tahapan tahapan yang dilakukan ditunjukan oleh gambar 2.
Gambar 2. Alur penelitian
A. Penentuan spesifikasi antena
Spesifikasi antena Vivaldi untuk Radar Penembus Permukaan dapat dilihat pada tabel1.
TABEL ISPESIFIKASIANTENAVIVALDIUNTUKRADARPENEMBUSPERMUKAAN
Parameter Nilai
Rentang frekuensi kerja 1GHz-2GHz
Return loss <-10dB
VSWR 1<VSWR<2
B. Desain antena vivaldi
Pada tahap perancangan desain antena vivaldi, parameter dimensi yang harus dicari meliputi material substrat, ketebalan substrat, panjang antena, lebar antena, tapered rate, tapered length¸panjang slotline, lebar slotline, backwall offset, panjang stub dan lebar saluran mikrostrip.
1) Dimensi antena
Panjang dan lebar antena vivaldi dapat ditentukan oleh persamaan (3) dan (4).
≈ √ (3)
≈ × !× !#√$."
≈ 0.144 = 144 ''
= 150 ''
≈(× √ (4)
≈ ( × !× !#√$."
≈ 0.07233 = 72.33 ''
= 75 ''
2) Tapered slot
Tapered slot terdiri dari parameter dimensi tapered length dan tapered rate. Dimana nilai tapered length dengan nilai yang sudah ditentukan dan juga nilai mouth opening dapat dicari nilai tapered ratenya dengan menggunakan persamaan (5).
±+,( = ±(-× ( ×./) (5)
±0 .((( = ± . $( × ( ×01)
01 = !.102.2 753 = 45 !.102.2 3 =6789:.:01;.<=>
3 = 0.5549 3 = 0.555
Tabel 2 menunjukan nilai-nilai parameter dimensi antena vivaldi setelah dilakukan kalkulasi.
TABEL IIPARAMETERDIMENSIANTENAVIVALDI
Parameter Lambang Nilai
Tapered Length TL 75 mm
Tapered Rate R 0,0555
Mouth Opening MO 73,22 mm
Panjang stub stubL 24,1 mm
Panjang slotline sL 74 mm
Lebar slotline S 1,14 mm
Panjang Antena PA 150 mm
Lebar Antena LA 75 mm
Tebal cooper - 0,035 mm
Tebal Substrat H 1,6 mm
Backwall offset bwo 1 mm
Lebar mikrostrip W 3,1 mm
III.HASIL DAN PEMBAHASAN
Desain antena vivaldi dengan parameter dimensi hasil kalkulasi disimulasikan untuk mengetahui nilai return loss dan VSWR pada rentang frekuensi kerjanya seperti yang ditunjukan oleh gambar 3 dan 4.
Gambar 3. Grafik return loss
Gambar 4. Grafik VSWR
Kedua grafik tersebut menunjukan bahwa antena vivaldi belum memiliki nilai return loss dan VSWR sesuai spesifikasi. Maka dilakukanlah optimasi dengan merubah nilai parameter dimensi lebar antena, panjang antena dan tapered slot. Gambar 5 menunjukan
perubahan bentuk grafik return loss terhadap beberapa nilai lebar antena yaitu 75 mm (merah), 100 mm (hijau), 125 mm (biru), 200 mm (jingga) dan 250 mm (merah muda).
Gambar 5. Grafik return loss terhadap perubahan lebar antena
Pada saat nilai lebar antena diperbesar, grafik berangsur bergerak ke arah frekuensi rendah (return loss dan VSWR). Ini mengakibatkan lebar pita memiliki nilai yang lebih besar ketika nilai parameter lebar antena diperbesar. Berikutnya, optimasi dilakukan pada parameter dimensi panjang antena. Gambar 6 menunjukan grafik return loss terhadap beberapa nilai panjang antena yaitu 200 mm (merah), 250 mm (hijau), 300 mm (biru) dan 350 mm (jingga).
Gambar 6. Grafik return loss terhadap perubahan panjang antena
Pada saat nilai panjang antena diperbesar, tidak terlihat perubahan grafik return loss dan VSWR yang signifikan terhadap rentang frekuensi kerja antena vivaldi. Tetapi, dengan nilai panjang antena yang lebih besar dari lebar antena ini bertujuan agar antena vivaldi yang dibuat tetap memiliki pola radiasi yang menjadi ciri khas dari antena vivaldi.
Optimasi tapered slot dilakukan dengan mengubah dua parameter dimensi yaitu tapered length dan tapered rate. Tabel 3 menunjukan nilai optimasi tapered length dan tapered rate.
TABEL IIINILAIOPTIMASITAPEREDSLOT
Tapered length (mm)
Tapered rate
Kode warna
75 0.0555 Merah
100 0.04165 Hijau
150 0.0277 Biru
250 0.022 Jingga
300 0.018 Pink
Gambar 7. Grafik return loss terhadap perubahan nilai tapered slot
Pada gambar 7 terlihat bahwa Pada saat tapered slot yang meliputi nilai tapered rate dan tapered length diperbesar nilainya, rentang frekuensi kerja antena vivaldi bergeser ke arah frekuensi rendah (return loss dan VSWR). Ini mengakibatkan ketika tapered length diperbesar dan tapered rate diperkecil, rentang frekuensi kerja semakin lebar. Namun optimasi tapered slot dibatasi oleh lebar antena dan panjang antena karena letaknya yang berada didalam dimensi panjang dan lebar antena vivaldi.
Setelah dilakukan optimasi maka dimensi antena vivaldi yang akan digunakan untuk fabrikasi ditunjukan pada tabel 4.
TABEL IVPARAMETERDIMENSIANTENAVIVALDISETELAHOPTIMASI
Parameter Lambang Nilai
Tapered Length TL 250 mm
Tapered Rate R 0,022
Mouth Opening MO 278, 95 mm
Panjang stub stubL 24,1 mm
Panjang slotline sL 99 mm
Lebar slotline S 1,14 mm
Panjang Antena PA 350 mm
Lebar Antena LA 300 mm
Tebal cooper - 0,035 mm
Tebal Substrat H 1,6 mm
Backwall offset Bwo 1 mm
Lebar mikrostrip W 3 mm
Dengan menggunakan parameter dimensi setelah optimasi hasil simulasi menggunakan CST 2016 ditunjukan pada gambar 8 dan 9.
Gambar 8. Grafik return loss antena vivaldi setelah optimasi
Gambar 9. Grafik VSWR antena vivaldi setelah optimasi
Pada gambar 8 dan 9 menunjukan bahwa antena vivaldi yang sudah dioptimasi memiliki nilai return loss <-10dB dan 1<VSWR<2. Selanjutnya, desain antena difabrikasi untuk mengetahui bandwidthnya dengan cara diukur menggunakan network analyzer. Gambar 10 menunjukan antena vivaldi yang telah difabrikasi
Gambar 10. Antena vivaldi yang telah difabrikasi
Antena vivaldi yang telah difabrikasi diukur bandwidth nya menggunakan network analyzer. Gambar 11 dan 12 menunjukan grafik return loss dan VSWR antena vivaldi fabrikasi.
Gambar 11. Grafik return loss antena vivaldi fabrikasi
Gambar 12. Grafik VSWT antena vivaldi fabrikasi
Pada saat pengukuran antena vivaldi fabrikasi menunjukan adanya penurunan bandwidth dan juga frekuensi kerja dimana antena vivaldi fabrikasi memiliki rentang frekuensi kerja dari 1GHz hingga 1,7 GHz. Penurunan bandwidth ini disebabkan oleh perbedaan parameter dimensi antena vivaldi simulasi dengan fabrikasi. Tabel 5 menunjukan perbandingan parameter dimensi antena vivaldi simulasi dengan fabrikasi
TABEL VPERBANDINGANPARAMETERDIMENSIANTENAVIVALDISIMULASIDENGANFABRIKASI
Parameter Simulasi (optimasi) Fabrikasi
Panjang antenna 350 mm 350 mm
Lebar antenna 300 mm 300 mm
Mouth opening 278,95 mm 280 mm
Lebar saluran pencatu 3 mm 2 mm
Backwall offset 1 mm 1,5 mm
Pada tabel 5 terlihat adanya perbedaan parameter dimensi mouth opening, lebar saluran pencatu dan backwall offset. Hal ini yang menyebabkan adanya perbedaan hasil
performa antena simulasi dengan fabrikasi.
IV.KESIMPULAN
Perancangan antena vivaldi untuk sistem Radar Penembus Permukaan dilakukan dimulai dari tahap studi literatur, penentuan spesifikasi antena, merancang dan optimasi bentuk antena vivaldi pada aplikasi CST 2016 dan fabrikasi antena sehingga dapat diukur bandwidth nya
Antena vivaldi dengan dimensi 350 × 300 mm ini memiliki rentang frekuensi kerja dari 1 GHz hingga 1,7 GHz dengan nilai return loss <-10dB dan 1<VSWR<2. Antena vivaldi fabrikasi mengalami penurunan bandwidth dari hasil simulasinya yang memiliki bandwidth 1 GHz dengan rentang frekuensi kerja 1 GHz hingga 2 GHz. Namun antena vivaldi hasil fabrikasi dapat digunakan untuk antena Non-Destructive Testing Jalan Raya.
REFERENSI
[1] Elsevier Science. 2009. Ground Penetrating Radar Theory and Applications. Edited by Harry M. Jol. Slovenia : Elsevier Science.
[2] Erdogan, Yakup. 2009. Parametric Study and Design Of Vivaldi Antennas and Arrays. Middle East Technical University.
[3] Gibson, P.J. 1979. Vivaldi Aerial. 101-105.
[4] Mukhidin, T.H. 2015. Studi Parametrik Antena Vivaldi Slot dengan Pencatuan Mikrostrip. SENATEK 2015, 397-403.
[5] Rajaraman, Raviprakash. 2004. Design Of a Wideband Vivaldi Antenna Array for the Snow Radar. University of Kansas.
