Aplikasi Substrat Alumina Pada Antena Mikrostrip Patch Persegi Untuk Komunikasi Bergerak Pada Frekuensi (3,3-3,4 ) GHz.

Transkripsi

1 Aplikasi Substat Alumina Pada Antena Mikostip Patc Pesegi Untuk Komunikasi Begeak Pada Fekuensi (3,3-3,4 ) GHz. Si Hadiati*, Yuyu ayu *, Suci Ramadita ** *)Peneliti Pusat Penelitian Elektonika dan Telekomunikasi (PPET-LIPI) **) Fakultas Elekto dan Komunikasi Institut Teknologi Telkom Bandung. Jl. Sangkuiang Bandung 435 as_egt@yaoo.com Abstak Antena diancang untuk dapat menyesuaikan dengan peangkat keas dan dapat memenui kebutuan dai setiap pengguna. Kineja (Pefomance) dai Antena mikostip patc, dipandang dapat mendukung kebutuan dai sistem komunikasi wieless begeak, kaena pada sistem ini dipelukan antena yang ingan, bentuk fisiknya kecil dan dengan efisiensi tinggi. Pada penelitian ini membaas mengenai Antena mikostip single patc pesegi dengan mengaplikasikan substat alumina yang betujuan untuk meningkatkan Gain dan bekeja pada fekuensi (3,3-3,4) GHz. Dai asil pengukuan Antena ini dipeole nilai VSR,8 dengan Gain Antena 2, 4 db pada fekuensi 3,35 GHz, Pola adiasi unidiectional dan polaisasi mendekati cicula. Kata Kunci : Antena mikostip, Alumina, Sistem komunikasi..pendauluan. Sistem komunikasi wieless teutama dalam komunikasi begeak memainkan peanan penting untuk kebutuan masyaakat. Antena dalam sistem komunikasi begeak meupakan sala satu komponen yang menyediakan daea tansisi antaa gelombang RF yang diasilkan ole peangkat keas dai komunikasi begeak dan gelombang yang ada di uang bebas (udaa), memelukan suatu desain antena yang ingan, ukuan kecil, sistem poduksi yang sedeana cocok untuk pemukaan plana maupun non plana, muda teintegasi dengan angkaian dan memungkinkan untuk multifekuensi seta bentuknya menaik. Antena patc mikostip mempunyai kiteia sepeti yang disebutkan, dimana secaa elatif mempunyai bandwidt yang sempit. Untuk menamba pefomance dai sistem komunikasi, maka antena pelu desain untuk enegi yang dipancakan maupun enegi yang diteima dengan efektif. Sala satu pengukuan efektif dai suatu antena yaitu Gain, dimana penambaan Gain Antena untuk menamba Diectivity. Antena Mikostip patc pesegi (Rectangula) dai peneltian ini, mengaplikasikan substat alumina sebagai baan untuk pembuatan antena yang betujuan untuk mempebaiki pefomance sepeti Gain, adiation esistance dan efisiensi. Alumina (Al 2 O 3 ) yaitu aluminium Oksida yang meupakan senyawa kimia tedii dai aluminium dan Oksigen mempunyai titik lebu tinggi, besifat keas dan taan koosi. Dengan kaakteistik yang dimiliki substat alumina, akan mengasilkan Gain yang cukup tinggi dengan ange fekuensi keja ( 93,3-3,4)GHz, dimana antena ini dapat diaplikasikan sebagai sala satu pendukung jaingan wieless sepeti imax, dalam segi tansmisi. 2. Diskipsi Antena Mikostip. Bentuk geometi dai antena mikostip dapat diliat pada gamba : dan distibusi medan listik pada antena mikostip ditunjukkan pada gamba : 2. Antena mikostip mempunyai stuktu dai 3 lapisan yaitu : a. Patc bagian yang teletak paling atas dai antena dan tebuat dai baan kondukto ini befungsi untuk meadiasikan gelombang elektomagnetik ke udaa. Patc dapat bebentuk lingkaan, pesegi panjang, segitiga dsb. b.substat befungsi sebagai media penyalu gelombang elektomagnet dai sistem pencatuan. Kaakteistik substat sangat bepengau pada besa paametepaamete antena. Ketebalan substat bepengau pada bandwidt dai antena. c.goundplane yaitu lapisan paling bawa yang befungsi sebagai eflekto yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan. Gamba :. Geometi antena mikostip.

2 Gamba: 2.Distibusi medan Listik pada Antena mikostip Patc Dalam desain antena mikostip ada bebeapa jenis substat yaitu: epoxy, duoit, dan alumina, dimana substat ini mempunyai elative pemittivity/konstante dielektik ( ) yang bebeda-beda. Penentuan leba patc () optimum, pada desain antena mikostip dapat digunakan degan umus sepeti pada pesamaan [] : c 2 = 2 f + meupakan konstante dielektik/ elative pemittivity dai substat dan c adala kecepatan caaya dalam uang bebas sebesa 3. 8 m/s. Panjang fisik dai antena mikostip dapat ditentukan dengan pesamaan [] : 2 c L = 2 L 2 f adala konstante dielektik efektif yang besanya dapat ditentukan dengan pesamaan:3 + = + (3) L adala besanya medan gelombang elektomagnetik yang mengali dai patc besanya dapat dinyatakan dengan pesamaan [] : 4 dan 5. (4) ( +.3) L =.42 ( +.258) +.8 ( +.3) (5) L =.42 ( +.258) +.8 Keteangan : adala tebal substat (mm). adala leba dai patc (mm). Untuk menentukan Impedansi kaakteistik dai saluan mikostip, dapat dipeole dengan mengetaui pebandingan antaa leba kondukto dengan tebal substat, yang ditunjukkan dengan pesamaan [] : 6 dan 7. () (2) = 6 8 ln + 4 2π = (7) ln Untuk mendapatkan dan, bila diketaui o dan, maka dapat digunakan pesamaan [2],[5] : 8. e 8 4e ( H ) = ( H ) (6) (8) Dimana : 2( + ) π 4 H = + ln + ln (9) 9, π Teknik matcing dalam antena mikostip ini dapat menggunakan mode matcing impedansi betaap pada saluan tansmisi dengan tafo λ/4 dan Syaat matcing adala = in. Dimana adala Impedansi kaakteistik saluan dan in yaitu Imput Impedansi. Sistem matcing betingkat Binomial dapat dibeikan dengan koefisien binomial sepeti pesamaan [6] : N! C n =. () n( N n)! n =,,2...N. Seingga mendapatkan Impedansi sepeti yang dinyatakan pesamaan :. n Σ k = Ck L = + exp ln () n N 2 Pola Panca antena mikostip yang meupakan bentuk adiasi gelombang elektomagnetik tegantung pada bentuk antena dan susunan antena dan juga pencatuan antena. Pesoalan adiasi menggunakan sistem koodinat bola (speical coodinate), dimana sebua titik dalam uang misalnya titik A. A (,θ,φ) dimana θ π, φ 2π dan dapat ditunjukkan dengan gamba : 3 Gamba : 3 Sistem koodinat bola

3 Pola panca (Radiasi) Antena dapat digambakan sepeti pada gamba :4. Panjang Patc (L) = 4,9 mm. Desain dai Antena mikostip patc ectangula dapat ditunjukkan pada gamba : 5 dan 6. Gamba : 5. Antena mikostip patc dai atas. Gamba : 4. Pola Radiasi Antena. Pencatuan antena untuk antena mikostip, secaa gais besa ada 2 metode pencatuan yaitu daya RF dicatu secaa langsung ke patc dengan menggunakan satu elemen pengubung dan metode dengan sistem tansfe daya ke patc menggunakan kopling medan elektomagnetik. Adapun teknik pencatuan ada pencatuan micostip line, pencatuan pobe coaxial, pencatuan kopling medan dekat. 3. Desain Antena mikostip ectangula. Dalam desain antena mikostip patc segi empat ini bekeja pada fekuensi ( ) GHz. Dan baan dielektik yang digunakan yaitui alumina ceamic (Al 2 O 3 ) dengan kaakteistik : Pemitivitas elative, : 9. Ketebalan dielektik, :.637 mm. Ketebalan kondukto,t :.8 mm. Spesifikasi antena mikostip yang dibuat mempunyaui spesifikasi sebagai beikut : VSR(Voltage Standing ave Ratio):.5. Impedansi Input( ) : 5Ώ. Pola Radiasi : Undiectional. Polaisasi :cicula. Gain : 2 db i Desain Antena dipengaui ole baan substat dan fekuensi keja dai antena, kaena 2 fakto ini akan mempengaui ukuan fisik dai antena. Peancangan antena dimulai dengan menentukan bentuk fisik yang dalam desain antena mikostip ini dipili bentuk pesegi empat (ectangula), yang kemudian diikuti dengan gound plane dan pencatuan. Peitungan Dimensi antena dengan menggunakan umus: dan 2.maka dipeole nilai : Leba Patc () = 2,3 mm. Gamba : 6. Antena Mikostip patc dai samping Desain Antena mikostip patc pesegi ini menggunakan sistem pencatuan micostip line Peitungan impedansi dai pencatuan antena antena mikostip pac ectangula ini, dengan menggunakan umus [],[3] : 2 dan 3. 2 G feed = ( k). (2) 2 λ 24 feed = (3) G feed Maka dipeole : feed = 6.95 Ώ. Untuk leba saluan tansmisi menggunakan teknik matcing (sepadan) impedansi yaitu tafo λ/4 dan menggunakan 2 tingkat matcing (N=2). Dengan pesamaan dipeole : 6.95 = 5exp ln = 6. 83Ω = Ώ dan 3 = 6.95 Ώ. Maka : T = = = 54.6 Ώ T2 = Ώ dan T3 = Ώ Dengan menggunakan umus pesamaan 8 dan 9., maka dipeole leba saluan yang nilainya : ( + ) 2 π 4 H = + ln + ln π =,989. =,5337

4 =, 5337,637 Maka : =,34 mm, 2 =,42 mm, 3 =,72mm. Gound plane secaa ideal memiliki ukuan tak teingga (infinite Gound Plane), tetapi al tesebut tidak mungkin untuk diealisasikan. Dalam desain antena mikostip ini, menggunakan gound Plane yang memiliki ukuan 4 mm x 26 mm. Dengan menggunakan softwae, fekuensi esonan antena yang tejadi di fekuensi 3.35 GHz, dipeole asil sebagai beikut : antena mikostip patc ectangula dipeole sepeti gamba :, dimana model desain gamba digunakan sebagai pototype dai antena mikostip patc ectangula. Gamba :. Desain Antena mikostip patc tunggal 4. Pembuatan Antena Mikostip patc ectangula. Gamba : 7. Tampilan Antena Mikostip Pada softwae. Gamba: 8. Hasil Simulasi VSR Pembuatan antena dilakukan di laboatoium Baan dan Mikoelektonik Pusat Penelitian Elektonika dan Telekomunikasi (PPET)-LIPI. Pembuatan antena menggunakan teknologi Tick Film dengan sceen pinting alumina dilapisi peak. Adapun uutan poses pembuatan yaitu : - Membuat Maske Sceen pinting sesuai bentuk antena yang didesain. - Melakukan sceen pinting dengan pasta silve. - Melakukan Poses pembakaan dengan suu 85 C. - Kemudian melakukan pemotongan sesuai dengan bentuk dan ukuan yang di tentukan dai asil peitungan secaa simulasi. - Konekto yang digunakan antena mikostip ini adala jenis konekto SMA. Realisasi dai desain antena dapat diliat pada gamba :. Gamba : 9. Hasil Simulasi Gain. Dai asil simulasi dipeole Gain ata sebesa :,57 db dan asil simulasi VSR, Retun Loss ditunjukkan pada tabel :. Fekuensi(GHz) VSR Retun Loss 3,3,44-8,4 3,35,3-28,2 3,4,46-22,5 Tabel :. Hasil Simulasi VSR dan Retun Loss Dengan melakukan modifikasi melalui simulasi untuk mendapatkan spesifikasi yang diinginkan maka desain Gamba :. Realisasi Desain Antena mikostip patc tunggal 5.Hasil Pengukuan dan Analisa. 5.a.Pengukuan VSR, Retun Loss dan Input Impedansi. Pengukuan dai patc antena ini mengaasilkan VSR (Voltage Standing ave Ratio) yang beubungan

5 dengan Retun loss yaitu asio logaitmik yang diuku dalam db yang membandingkan daya yang dipantulkan dengan daya yang akan masuk kedalam Antena peneima. Hubungan antaa Retun Loss dan VSR dapat dinyatakan dengan pesamaan [4],[6] : 4 dan 5. + [ Γ] VSR = [ Γ] (4) Retun Loss = 2 Log [Γ] (5) Γ adala koefisien efleksi.gafik pengukuan VSR, etun loss dan Pengukuan Impedansi input, masingmasing dapat ditunjukkan pada gamba : 2, 3 dan 4. Gamba : 2 Gafik VSR Gamba : 3 Gafik Retun Loss. Dai asil pengukuan yang dipeole, maka dapat diambil analisa bawa spesifikasi baan substat alumina yang diealisasikan, kemungkinan nilainya tidak tepat sama dengan peitungan/simulasi ( = 9) dan kuang pastinya dai ketebalan kondukto yang digunakan dalam peneltian ini menngunakan silve. Ukuan dai leba feeding yang telalu kecil akan membuat kuang akuat pada pabikasi. b. Pengukuan Gain Antena. Gain antena yaitu pebandingan antaa intensitas adiasi maksimum antena teadap intensitas adiasi maksimum antena efeensi dengan daya input yang sama. Gain antena asil pengukuan diitung bedasakan pesama [7] : 6. G = P + P 2. db (6) ( db) ( dbm) ef ( dbm) + 4 Keteangan : G adala Gain antena yang diuku. P adala level daya yang diteima. P ef adala level daya yang diteima ole antena efeensi. Gain Antena efeensi pada pengukuan ini sebesa 2.4 db. Pengukuan dilakukan dengan pengambilan data pada fekuensi 3.35 GHz dan asil pengukuan dipeole data yang ditunjukkan pada tabel : 3 No Daya Max Antena Daya Max Antena Yang diuku(dbm) Refeensi Rata Tabel : 3. Data Daya Max Antena yang diuku & Refeensi Gamba : 4. asil Impedansi input. Dai asil pengukuan VSR, Retun Loss dan input Impedansi dapat diliat pada tabel :2. Seingga dipeole Gain sebesa 2.4 db, dai asil tesebut, maka Gain Antena yang dipeole dai pengukuan dan asil gain dai simulasi tejadi pebedaan, al ini tejadi dipekiakan kaena kaakteistik antena yang kecil menggunakan substat dielektik yang cukup tipis, al ini mengakibatkan endanya efisiensi adiasi yang diasilkan dan bepengau teadap Gain pada poses simulasi dan pengukuan. Tabel : 2 Hasil Pengukuan VSR, Retun Loss, Input Impedansi c. Pola Panca ( Radiasi)Antena. Hasil Pola adiasi antena mikostip patc ectangula ditunjukkan pada gamba : 5, yang membentuk pola adiasi unidiectional, dimana ini

6 meupakan gambaan dai intensitas pancaan antena sebagai fungsi dai koodinat bola (θ,φ). Pengukuan pola adiasi dilakukan pada medan jau (Fa Field), dimana pesamaan medan jau dinyatakan dalam pesamaan : 2D R ( m) (7) λ R : jaak medan jau. D : Dimensi max antena.(m). λ : Ppanjang gelombang (m). Gamba : 5. Pola Radiasi Antena mikostip patc tunggal Dai asil ini keakuatan data masi diagukan, kaena pengukuan dilakukan diuang tebuka, tidak dilakukan di anecoic cambe. Hal ini memungkinkan tidak menutup adanya intefeensi dai lua yaitu tejadinya pantulan- pantulan sinyal lua, seingga level yang diteima tidak muni dai pancaan maksimum antena tesebut. d..polaisasi. Polaisasi suatu antena pada aa tetentu adala suatu jejak aa medan elektik dai gelombang yang dipancakan ole antena. Hasil polaisasi antena mikostip patc pesegi ini, bepolaisasi ellips yang mendekati cicula yang ditunjukkan pada gamba : 6. - Gain asil dai pengukuan adala 2,4 db, nilai ini kecil tetapi masi dapat digunakan. Dan untuk mempebesa Gain dapat dilakukan dengan menamba patc secaa aay. - Penggunaan substat dengan konstante dielectic yang tinggi ( ) untuk menguangi dimensi pysik. - Pola adiasi dai antena patc ini menyeupai unidiectional dan memiliki polaisai mendekati cicula. Hasil simulasi dengan asil pengukuan tejadi pebedaan al ini ada bebeapa fakto dai poses pembuatan antena mikostip teutama pada ketelian ukuan-ukuan yang dipelukan dai asil desain antena mikostip ectangula untuk diealisasikan. Dan juga ketebatasan dai softwae yang digunakan. - Nilai VSR dipeole dai asil pengukuan,8 pada fekuensi (3,3-3,4 ) GHz, maka antena tesebut dapat digunakan untuk komunikasi wieless begeak, kususnya untuk mendukung aplikasi imax. Dafta Pustaka. []. Constantine A. Balanis, Antenna Teoy Analysis And Design, New Jesey Jon illey & Sons, Inc,25. [2]. M.Petesson, Micostip Solution fo Innovative Micowave Feed Systems, Univesity of Linkoping, Nookoping, Sweden 2. [3]. J.R.James and P.S.Hall, Handbook of Micostip Antenna, London : Pete Peleginus Ltd, 989. [4]. Kaus, JH and Ronald JM, Antenna Fo All Applications 3 d edition. New Yok,Mc Gaw-Hill ige Education, 22. [5]. KC. Gupta, Rames Gag,Inde Bal, Pakas Batia, Micostip Lines and Slotlines, ARTECH House 996. [6].Robet E. Collin Foundation Fo Micowave Engineeing,McGaw-Hill,992. [7].aen L. Stutzman, Gay. A.Tiele, Antenna Teoy And Design Jon iley &Son 976. [8]. Mustafa Egen, Mobile Boadband Spinge Science + Business Media, LLC 29, USA. Gamba : 6. Polaisasi Antena mikostip patc. 6. Kesimpulan. Dai asil pengukuan antena mikostip patc pesegi dapat diambil kesimpulan :