Antena Mikrostrip Circular Array Dual Frekuensi

Transkripsi

1 39 Antena Mikostip Cicula Aay Dual Fekuensi Dwi Fadila Kuniawan, Efan Achmad Dahlan dan Aiestya Yoga Patama Abstact Application of GPS and GSM in one cellula phone need a single antenna that have dual fequency which can handle both of them, fo GPS and GSM in 1575 Mhz and 18 MHz espectively. Ths micosttip antenna designed with epoxy fibeglass FR-4 which have ε = 4,5. The esult of antenna micostip design is a two cicula adiation element antenna. Base of measuement and test, this antenna fo 1575 MHz had etun of loss -11,242 db and VSWR 1,75. And then fo 18 MHz had Retun Loss -12,831 db and VSWR 1,59, with unidiectional adition patten and ellips polaization. Gain of the antenna ae 4,54 dbi and 4,89 dbi, diectivity ae 6,43 db and 6,63, and bandwidth ae 78 MHz and 196 MHz, fo 1575 MHz and 18 MHz espectively. Index Tems Micostip, cicula aay, VSWR, dan GPS. Abstak -Pape Dalam aplikasi GPS (Global Positioning System) dan GSM (Global System fo Mobile communication) dalam sebuah fitu layanan telepon selule, dipelukan antena tunggal yang mampu melayani 2 kepeluan aplikasi GPS yaitu fekwensi 1575 MHz dan kepeluan GSM yaitu 18 MHz sekaligus. Dalam peancangan ini antena mikostip dual fekwensi dibangun menggunakan bahan Epoxy fibeglass FR-4 dengan konstanta dielektik (ε ) = 4,5. Antena hasil peencanaan tedii dai dua elemen peadiasi (patch). Bedasakan hasil pengujian yang dilakukan, antena mikostip cicula aay yang diancang pada fekuensi 1575 MHz memiliki nilai Retun Loss sebesa -11,242 db dan VSWR sebesa 1,75 sedangkan pada fekuensi 18 MHz didapatkan nilai Retun Loss sebesa -12,831 db dan VSWR 1,59 dengan pola adiasi unidiectional dan polaisasi ellips, nilai gain sebesa 4,54 dbi untuk fekuensi 1575 MHz dan 4,89 dbi untuk fekuensi 18 MHz seta nilai diectivity beuutan sebesa 6,43 db dan 6,63 db. Bandwidth antena hasil pengukuan didapatkan sebesa 78 MHz dan 196 MHz. Kata Kunci Mikostip, cicula aay, VSWR, dan GPS. A I. PENDAHULUAN NTENA adalah komponen yang penting dalam sistem telekomunikasi wieless, dimana komponen Dwi Fadila Kuniawan adalah dosen Juusan Teknik Elekto, Fakultas Teknik, Univesitas Bawijaya Malang (koespondensi df_uniawan@ub.ac.id, iwan_fadilla@yahoo.com ) Efan Achmad Dahlan adalah dosen Juusan Teknik Elekto, Fakultas Teknik, Univesitas Bawijaya Malang. Aiestya Yoga Patama adalah alumni Juusan Teknik Elekto, Fakultas Teknik, Univesitas Bawijaya Malang. ini sebagai saana untuk memancakan dan meneima gelombang elektomagnetik (Balanis, 1982:1). Pekembangan teknologi telekomunikasi untuk kepentingan navigasi saat ini teus bekembang. Salah satu aplikasinya adalah GPS (Global Positioning System) yang menggunakan teknologi komunikasi satelit untuk membeikan infomasi navigasi. Pada saat ini GPS sudah menjadi sebuah fitu bau dalam layanan telepon selule, salah satunya yang teus tumbuh adalah GSM (Global System fo Mobile communication). Kaena sistem GPS dan GSM bekeja pada fekuensi yang bebeda yaitu 1575 MHz untuk GPS dan 18 MHz untuk GSM,maka dibutuhkan sebuah antena yang mampu membeikan kineja yang baik untuk kedua sistem tesebut. Antena juga haus memiliki bentuk yang simpel, ukuan yang kecil kaena akan diaplikasikan pada peangkat telepn selula yang kecil dan mudah untuk dibawa. Kineja antena yang baik mempengauhi kualitas sinyal yang diteima, haus didesain sekecil mungkin, fleksibel, paktis dan tetap bekualitas. Antena mikostip adalah pilihan antena yang dapat memenuhi kebutuhan sistem GPS dan GSM sekaligus, kaena mampu bekeja pada alokasi fekuensi UHF sampai dengan X Band[7]dan ukuan yang kecil. Antena ini dapat dibuat dengan menggunakan substat FR4 dengan elemen peadiasi bebentuk lingkaan dua elemen. Peancangan adalah menggunakan pesamaanpesamaan klasik untuk mendisain bentuk antena, selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulato IE3D untuk mengetahui kineja peancangan awal dai antena, dilajutkan dengan pengotimasian untuk mendapatka kineja optimumnya. Bentuk geometi yang dipeoleh dai optimasi selanjutnya dicetak pada substat, dan diuku kineja yang sesungguhnya. Kineja yang diuku meliputi Retun Loss, koefisien pantul, VSWR, gain, pola adiasi dan polaisasi, yang belokasi di Laboatoium Micowave Institut Teknologi Telkom Bandung. II. TINJAUAN PUSTAKA A. Sistem GPS GPS meupakan salah satu teknologi yang dikembangkan dalam teknologi komunikasi satelit yang banyak digunakan untuk kepeluan navigasi dan tanspotasi. Teknologi ini dikembangkan oleh Ameika pada tahun 197an melalui NAVSTAR GPS

2 4 (Navigation System with Time and Ranging Global Positioning System) yang menyediakan infomasi navigasi. Pada konfiguasinya NAVSTAR GPS tedii dai 21 satelit pada 6 bidang obit yang beada pada ketinggian 2. km (1.898 mil) diatas pemukaan bumi. Bidang obitnya memiliki jaak pisah 6 o dan kemiingan 55 o tehadap bidang ekuato. Setiap satelit menyelesaikan satu kali putaan dalam 12 jam. GPS beopeasi pada fekuensi L1 1575,42 MHz untuk sipil dan L MHz untuk milite. Konfiguasi satelit GPS ditunjukkan pada Gamba 1 beikut: Gamba 1. Konfiguasi Satelit GPS B. Antena Mikostip Antena mikostip adalah antena yang tedii atas elemen adiasi (kondukto) yang sangat tipis yang diletakkan di bidang pentanahan (gound plane) [4], dimana antaa bidang tesebut dengan elemen adiasi (kondukto) dipisahkan oleh substat dielektik dengan nilai pemitifitas ( ε ) tetentu yang bekisa antaa 2.2< ε <12. Untuk pefomansi antena pemilihan substat sangat bepengauh, semakin tebal substat maka pemitifitasnya semakin kecil sehingga bandwidth juga semakin leba tetapi dimensi akan betambah besa begitu juga sebaliknya. Konstuksi dasa antena mikostip ditunjukkan pada Gamba 2. C. Peencanaan Dimensi Antena Gamba 2. Stuktu antena mikostip [6] Dalam penelitian ini bentuk patch antena mikostip yang akan dibangun adalah lingkaan, yang mana adiu ditentukan oleh pesamaan beikut [1] : F (1) a = 1/ 2 2h πf 1 + ln πε F 2 h dengan: a = dimensi adius cicula (cm) h = ketebalan substat (mm) ε = pemitivitas dielektik elatif substat (F/m) F = fungsi logaitmik elemen peadiasi Sedangkan fungsi logaitmik dai elemen peadiasi ditentukan dengan pesamaan [1] : 9 (2) F = ε f dengan: f = fekuensi esonansi (MHz) ε = pemitivitas dielektik elatif substat (F/m) Bebeapa bentuk disain yang melengkapi stuktu antena mikostip beupa saluan tansmisi saluan penyesuai impedansi, jaak anta elemen peadiasi, panjang gelombang pada saluan tansmisi mikostip λ ), mengacu pada sumbe-sumbe klasik [1][2]. ( d III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP CIRCULAR ARRAY Dalam peancangan antena mikostip bahan substat yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai beikut : Bahan dielektik : epoxy fibeglass FR 4 Konstanta dielektik (ε ) = 4,5 Ketebalan lapisan dielektik (h) =,16 m = 1,6 mm Loss tangent =,18 Bahan pelapis substat (kondukto) tembaga Ketebalan bahan kondukto (t) =,1 m Konduktifitas tembaga (σ) = 5,8 x 1 7 mho m -1 Fekuensi keja (f ) = 1575 MHz dan 18 MHz Impedansi kaakteistik saluan = 5 Ω A. Peencanaan Dimensi Elemen Peadiasi Untuk menentukan dimensi elemen peadiasi maka telebih dahulu haus diencanakan nilai fekuensi keja (f ) yaitu 1575 MHz dan 18 MHz, kemudian dihitung besanya adius (a) elemen peadiasi antena mikostip dengan pesamaan (1) dan (2) beseta spesifikasi bahan mikostip dipeoleh ; untuk f = 1575 MHz; nilai fungsi logaitmik F = 2,631dan adius patch = 2,63 cm. Dan untuk fekuensi 18 MHz nilai F = 2,32 dan adius patch = 2,31 cm. Saluan tansmisinya adalah pencatuan langsung menggunakan inset feed, sedangkan nilai impedansi saluan tansmisi yang diencanakan adalah Ω. Desain ini mengijinkan dalamnya (y ) inset feed sebesa,3 d [4 ], dengan d adalah diamete elemen peadiasi.

3 41 Untuk elemen peadiasi dengan fekuensi 1575 MHz, y = 1,753 cm. Sedangkan untuk fekuensi 18 MHz, y = 1,534 cm. Leba saluan tansmisi mikostip untuk impedansi Ω yaitu 2,842 mm, panjang (L t )saluan tansfome adalah,25 λ d, dimana nilai λ d Untuk fekuensi 1575 MHz adalah 89,8 mm dan L t =,25 λ d =22,4 mm, sedangkan untuk fekuensi 18 MHz λ d = 78,6 mm dan L t = = 19,6 mm. Dai semua hasil pehitungan awal di atas maka dimensi elemen peadiasi, inset feed dan saluan tansmisi untuk fekuensi keja 1575 MHz dan 18 MHz ditunjukkan pada Gamba 3. elemen peadiasi secaa manual. Optimasi yang petama dilakukan adalah pada saluan inset feed. Hasil optimasi adalah sebagai beikut a 1 = 26,725 mm a 2 = 23,42 mm y 1 = 17,82 mm y 2 = 15,6 mm L t1 = 22,81 mm L t2 = 19,975 mm Kemudian dilakukan simulasi dengan menggunakan simulato Ie3d, dan didapatkan hasil simulasi sepeti telihat dalam Gamba 5. a W a MHz y a MHz b. 18 MHz Gamba 4. Hasil simulasi S 11 elemen peadiasi L t b. 18 MHz Gamba 3. Elemen peadiasi B. Optimasi Dimensi Antena Kemudian dilakukan simulasi dengan menggunakan simulato Ie3d untuk mengetahui unjuk keja awal. Nilai S 11 yang bisa diindikasikan sebagai nilai etun of less hasil simulasi dipelihatkan dalam Gamba 4. Hasil simulasi menunjukkan nilai S 11 cukup baik, pada fekuenasi 1575 MHz dan 18 MHz nilai S 11 nya < -1 db. C. Optimasi elemen peadiasi antena mikostip Optimasi dilakukan aga antena dapat bekeja sesuai dengan yang kita inginkan yaitu bekeja pada fekuensi 1575 MHz dan 18 MHz, dengan meubah dimensi Hasil optimasi menunjukka bahwa elemen peadiasi sudah bekeja paling optimal pada fekuensi 1575 MHz dan 18 MHz, dengan nilai S 11-18,7519 db dan - 34,5987 db. D. Peencanaan Antena Mikostip Cicula Aay Antena aay dilakukan dengan menggabung bebeapa eleman paadiasi dalam satu bidang, temasuk didalamnya saluan tansmisi pengumpan (feed point). Adapun bentuk antena yang diencanakan adalah sebagai beikut : (Gamba 6) Peancangan menghasilkan untuk saluan tansmisi Ω lebanya, W 1 = 2,842 mm, micostip bend = 1.35 mm, saluan tansmisi = 22,4 mm (1575 MHz,) dan 19,6 mm (18 MHz). Jaak antaa elemen peadiasi dengan titik catu, L 1 adalah 44,8 mm dan L 2 sebesa 39,2 mm. E. Optimasi antena aay Kemudian optimasi dilakukan aga antena aay dapat bekeja optimal. Optimasi dilakukan dengan

4 42 mengubah-ubah panjang saluan tansmisi dan saluan inset feed. Hasil optimasi elemen peadiasi dan saluan tansmisi setelah optimasi adalah sebagai beikut : (Gamba 7) a. Fekuensi 1575 MHz Gamba 8. Gafik S 11 tehadap fekuensi Dai gafik diatas (Gamba 8), dipeoleh nilai S 11 untuk fekuensi 1575,42 MHz (make 1) sebesa - 14,727 db dan fekuensi 18 MHz (make 2) sebesa -13,234 db. b. Fekuensi 18 MHz Gamba 5. Hasil simulasi optimasi fekuensi tehadap nilai S 11 Gamba 9. Gafik VSWR tehadap fekuensi Gamba 6. Antena mikostip cicula aay Gamba 7. Antena mikostip cicula aay dual fekuensi setelah optimasi Keteangan gamba : a 1 = 26,725 mm ; a 2 = 23,42 mm, y 1 = 13,815 mm ; y 2 = 9,11 mm, Z 1 = Ω : W 1 = 2,842 mm, L t1 = 18,417 mm, L t2 = 14,215 mm, L cone = 4,19 mm Z 2 = Ω : W 2 = 2,842 mm, L 1 = 4,5 mm, L 2 = 45,72 mm Hasil simulasi dai antena mikostip cicula aay dual fekuensi setelah optimasi adalah sebagai beikut : Hasil simulasi menunjukkan antena sudah bekeja optimal pada fekeuensi 1575 MHz dan 18 MH, kaena besanya bandwidth yaitu pada entang nilai VSWR 2 atau S11-9,54 db pada fekuensi 1575 MHz, adalah ( )MHz = 26 MHz. Sedangkan pada fekuensi 18 MHz, bndwidthnya adalah ( )MHz = 25 MHz. Pada fekuensi 1575 MHz dan 18 MHz nilai VSWR adalah 1,53 dan 1,56. IV. PENGUKURAN DAN ANALISIS Dai hasil pengukuan dan pehitungan dipeoleh nilai VSWR tekumpul dalam data yang dapat dilihat pada Gamba1. Gamba tesebut menunjukkan nilai VSWR pada fekuensi 1575 MHz dan 18 MHz sebesa 1,75, dan 1,59. Hal ini menunjukkan antena bekeja dengan baik kaena masih dalam batas yang diijinkan yaitu 1 < VSWR < 2. Gamba tesebut juga menunjukkan bandwidth pada fekuensi 1575 MHz dan 18 MHz sebesa 78 MHz (4,93 %) dan 196 MHz (1,79 %). Sedanagkan bedasakan hasil pengukuan pola adiasi yang dilakukan, Pola Radiasi Hoizontal dan Pola Radiasi Vetikal untuk kedua fekuen keja di atas dapat dilihat dalam Gamba Gamba-gamba tesebut menunjukkan bahwa bentuk

5 43 pola adiasi antena adalah unidiectional. pada fekuensi 1575 MHz adalah 6.43 db dan pada fekuensi 18 MHz adalah 6.63 db. Sedangkan hasil pengukuan gain dipeoleh 4.54 dbi (1575 MHz) dan 4,89 dbi (18 MHz), dan hasil ini cukup baik kaena keduanya sesuai dengan peencanaan yaitu nilai gain > 3 dbi Gamba 13. Pola Radiasi Hoizontal (18 MHz) Gamba 1. Gafik fungsi VSWR tehadap fekuensi Bedasakan hasil pengukuan polaisasi yang dilakukan, maka dipeoleh bentuk polaisasi antena sepeti tampak dalam Gamba Bedasakan bentuk polaisasi antena dalam gamba di atas maka antena ini dapat digolongkan sebagai antena yang bepolaisasi ellips Gamba 14. Bentuk Polaisasi Antena ( 1575 MHz) 35 Polaisasi Gamba 11. Pola Radiasi Hoizontal (1575 MHz) Gamba 12. Pola Radiasi Vetikal (1575 MHz) Gamba 15. Bentuk Polaisasi Antena ( 18 V. KESIMPULAN Antena mikostip cicula aay dual elemen yang diancang menghasilkan kineja yang dihaapkan, yaitu pada saat bekeja pada fekuensi 1575 MHz antena memiliki 4,54 dbi dengan bandwidth 78 MHz. Sedangkan saat bekeja pada fekuensi 18 MHz antena memiliki penguatan 4,89 dbi dengan bandwidth 196 MHz. Bentuk polaisasinya ellips sedangkan pola adiasinya dieksional. Pada daeah fekuensi antaa

6 MHz 1717 MHz tejadi peningkatan nilai VSWR yang signifikan yang mengindikasikan tebentuknya dua kanal (dual band) keja antena. Dengan kineja antena sepeti ini antena yang dibangun telah memenuhi syaat untuk digunakan dalam sistem GPS dan GSM secaa besamaan. Polaisasi Dafta Pustaka [1] Balanis, Constantine A Antena Theoy: Analysis and Design, 2nd Edition. John Wiley and Sons, Inc. [2] Kaus, John Daniel Antennas. McGaw-Hill Intenational, New Yok. [3] Lageqvist, Johan. 2. Design and Analysis of an Electically Steeable Micostip Antenna fo Gound to Ai Use. Lulea Univesity of Technology. Thesis [4] Leung, Matin. 2. Micostip Antenna Using Mstip Division of Management and Technology Univesity of Canbea Act 1. [5] Liao, S Y Micowave Cicuit Analysis and Amplifie Design, 2nd Edition. Soudes College Publishing, New Yok. [6] Naka, Punit S. 4. Design of a Compact Micostip Patch Antenna fo use in Wieless/Cellula Devices. The Floida State Univesity. Thesis. [7] Wong, Kin-Lu. 2. Compact and Boadband Micostip Antennas. John Wiley & Sons, Inc., New Yok Gamba 16. Bentuk Polaisasi Antena ( 18 MHz) Dwi Fadila Kuniawan, adalah seoang staf akademik Teknik elekto di Univesitas Bawijaya Malang, di mana ia membeikan kuliah : antenna dan popagasi, ada dan navigasi, Teknik telepon, kalkulus I, kalkulus II, matematika Teknik II, kimia Teknik dan optoelektonika. Dwi Fadila Kuniawan ST., MT., menyelesaikan pendidikan SMA di SMA 12 Jakata tahun 1991, Sajana Teknik di Juusan Teknik elekto Univesitas Bawijaya tahun 1997, dan Maste Teknik Telekomunikasi Multimedia di Institut Teknologi Sepuluh Novembe Suabaya tahun 1. Saat ini Dwi Fadila Kuniawan, ST., MT., betempat tinggal di Gaha Gadenia K-9, Saptoenggo, Pakis, Kabupaten Malang, telpon (341)795628, besama 4 oang puta-puti (M. Nashiuddi Abduachman, Fadhilah Azizatuusydah, M. Fadhil Abdulaziz dan M. Faiz Syaifuddin) seta seoang isti (Dewi Susanti, SE.). Selain sebagai staf akademik di Juusan Teknik Elekto, Dwi Fadila Kuniawan, ST., MT., juga melakukan bebeapa penelitian mengenai antena dan aplikasi pada fekuensi MHz.