Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Id paper: SM142

Transkripsi

1 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) Desain Antena Mikrostrip Omnidireksional menggunakan Material Polimida untuk Komunikasi Video pada PUNA (Pesawat Udara Nir Awak) BPPT dalam pada Frekuensi 2.4 GHz Moh. Amanta K.S Lubis *), Yomi Guno **), Firdaus Akbar ***), Teknik Elektro, Universitas Al Azhar Indonesia Jakarta * amanta_sakti@yahoo.com, ** yomiguno@yahoo.com, *** akbar_firdaus@yahoo.com Abstrak Antena mikrostrip adalah antena yang terdiri dari tiga komponen utama, patch, substrat, dan ground. Penulis merancang antena microstrip menggunakan software CST (Teknologi Simulasi Komputer) Microwave Studio untuk video transmisi data aplikasi dalam Pesawat Udara Nir Awak (PUNA). PUNA adalah kendaraan udara tak berawak yang dibuat oleh BPPT (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi). Antena mikrostrip dirancang untuk memiliki frekuensi 2,4 GHz dan pola radiasi omni-direksional, yang berbeda dari pola radiasi dari mikrostrip pada umumnya. Hal ini karena aplikasi pada PUNA memerlukan antena on-board yang dapat mengirimkan data informasi ke segala arah. Bahan yang digunakan untuk substrat adalah Poliimida, bahan dielektrik fleksibel sehingga desain antena bisa mengikuti kelengkungan badan pesawat. Pada frekuensi 2,4 GHz, antena memiliki gain 2,4 dbi sebelum dilengkungkan, dan berkurang menjadi 2,1 dbi setelah dilengkungkan. Pola radiasi antena setelah melengkung tidak sepenuhnya omni-direksional, tetapi memiliki kecenderungan arah ke arah tertentu. Kata kunci: Microstrip, Antenna, Omni-directional, Polyimide, Pelengkungan, PUNA BPPT 1. PENDAHULUAN Berbagai macam antena dikembangkan untuk memenuhi tuntutan teknologi yang semakin maju. Salah satunya adalah antena mikrostrip. Pengembangan antena microstrip didorong oleh meningkatnya kebutuhan untuk desain antenna yang kompak dan praktis, terutama dalam komunikasi nirkabel. Untuk antena microstrip, efektifitasnya ditentukan oleh material yang sederhana, bentuk dan ukuran dimensi antena yang lebih kecil, biaya produksi lebih murah dan mampu memberikan kinerja yang baik. Dalam tulisan ini penulis merancang satu jenis antena mikrostrip untuk aplikasi komunikasi video dari atas kapal Puna Pesawat untuk di stasiun tanah dengan frekuensi 2,4 GHz. Puna merupakan pesawat tanpa awak buatan yang dibuat oleh BPPT (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) untuk melaksanakan misi pengintaian tertentu yang memiliki risiko keamanan tinggi 2. DASAR TEORI Antena adalah perangkat yang terbuat dari satu atau lebih elemen konduktor untuk memancarkan / menerima gelombang elektromagnetik dari udara. Elemen konduktor tersebut mempunyai banyak bentuk, disesuaikan dengan kebutuhan frekuensi dan gain pada antena. Salah satu parameter pada antena adalah pola radiasi. Pola radiasi yaitu fungsi matematika atau grafik yang menggambarkan efek radiasi pada antena dalam lingkup ruang dan koordinat. Pola radiasi digambarkan dalam bentuk koordinat bola yang terbentuk karena ada medan listrik dan magnet. Ada 3 jenis pola radiasi pada antena, yaitu: 1. Isotropic Isotropic adalah pola radiasi ideal, dimana antena memiliki radiasi yang sama ke segala arah. 2. Directional Directional adalah pola radiasi yang mempunyai sifat memancarkan energi radiasi lebih efektif kesatu arah daripada arah yang lain.

2 336 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Gambar 1. Alur metodologi penelitian 3. Omni-Directional Omni-Directional adalah pola radiasi yang mempunyai pancaran radiasi yang efektif ke segala arah. Antena mikrostrip atau patch antenna adalah antena yang terdiri dari 3 komponen utama, yaitu patch, substrat, dan ground. Antena ini tergolong antena yang mudah dipabrikasi serta murah, karena pada dasarnya mengikuti prinsip pencetakan lapisan tembaga pada rangkaian listrik. Patch pada antena mikrostrip mempunyai beragam bentuk, tergantung dari aplikasi yang ingin kita gunakan, tetapi umumnya bentuk patch dari antena ini adalah rectangular (kotak) dan circle (lingkaran). Beberapa parameter lain yang perlu diperhatikan dalam mendesain antena mikrostrip adalah: Panjang Patch (L): Hal ini berpengaruh terhadap frekuensi yang dapat diterima dan dipancarakan oleh antena mikrostrip tersebut. Lebar Patch (W): Berpengaruh terhadap impedansi matching, dimana feed untuk mikrostrip kemudian akan di matching kan dengan impedansi pada lebar patch. Juga mempengaruhi intensitas radiasi yang dipancarkan. Ketebalan Substrat (h): Berpengaruh terhadap desain panjang patch untuk mencapai frekuensi yang kita inginkan. Dimensi Ground : Pada antena mikrostrip, dimensi dari ground berpengaruh terhadap bentuk pola radiasi. Misalnya pada antena mikrostrip rectangular, jika ground memenuhi bagian bawah dari substrat, maka pola radiasinya adalah directional, sedangkan jika dimensi ground diperkecil, maka lama kelamaan pola radiasinya akan menjadi omnidirectional, karena antena mikrostrip tersebut bisa dianggap sebagai sebuah elemen antena monopole.

3 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) METODOLOGI PENELITIAN Alur metodologi penelitian yang dilakukan pada kegiatan ini ditunjukkan pada Gambar 1. Terdapat beberapa tahapan utama, antara lain: studi literatur, penyusunan rumusan masalah, kegiatan inti yaitu desain dan simulasi, perbandingan hasil simulasi, dan tahap terakhir adalah perumusan kesimpulan. Gambar 3. Kelengkungan pada antenna mikrostrip Gambar 2. Desain antena mikrostrip 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Antena mikrostrip untuk komunikasi video dalam frekuensi 2,4 GHz dirancang dengan bahan Polimida yang memiliki permitivitas relatif = 3,5 dan ketebalan substrat 0,5 mm. Substrat antena memiliki dimensi panjang = 70 mm, lebar = 60 mm, dan patch antenna memilikin panjang = 57,684 mm dan lebar 41,875 mm. Dimensi patch antenna memerlukan optimasi untuk mendapatkan frekuensi 2,4 GHz. Gambar 2. menunjukkan dimensi optimal dari antena mikrostrip yang telah melengkung Panjang patch diubah menjadi 40 mm dan lebar 41,875 mm. Menggunakan substrat Polimida yang dilengkungkan dengan permitivitas 3.5 dan ketebalan 0,5 mm. Pada hasil simulasi menggunakan software Computer Simulation Technology (CST), didapatkan besaran return-loss dan pola radiasi antena. Perbandingan return-loss pada saat sebelum dan sesudah dilengkungkan:

4 338 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 (a) (b) Gambar 4. Perbandingan return-loss dari (a) antenna sebelum dilengkungkan (b) antenna setelah dilengkungkan (a) sebelum dilengkungkan (b) setelah dilengkungkan Gambar 5. Pola radiasi dengan gain directivity Pada gambar 4(a). Return-loss yang diperoleh dari hasil simulasi antena untuk frekuensi 2,4 GHz memiliki nilai -18 db, yang berarti bahwa simulasi untuk frekuensi yang diinginkan telah tercapai. Pada gambar 4(b). antena dilengkungkan untuk mengikuti kelengkungan badan pesawat yang kemudian mengubah parameter return-loss pada frekuensi 2,4 GHz menjadi -12 db serta memiliki bandwidth atau rentang frekuensi yang lebih luas. Dari gambar 5, didapat (a) gain directivity sebesar 3.49 db dan (b) 3,27 db. Untuk melihat seberapa efektif pola radiasi antenna untuk menangkap gelombang elektromagnetik, simulasi pola radiasi tersebut diubah menjadi skala linier.

5 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) (a) sebelum dilengkungkan (b) setelah dilengkungkan Gambar 6. Pola radiasi dengan skala linier (a) sebelum dilengkungkan (b) setelah dilengkungkan Gambar 7. Pola radiasi dengan struktur antenna

6 340 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Kelengkungan mempengaruhi arah radiasi. Sebelum melengkung, arah radiasi antenna cenderung ke arah kiri sementara setelah melengkung arahnya cenderung menuju arah yang diinginkan. Gambar 7. adalah gambar yang menunjukkan pola radiasi antena dengan struktur antenanya. 5. KESIMPULAN Antena mikrostrip didesain dengan bahan substrat Polimida, bahan yang dapat melengkung mengikuti badan pesawat. Pola radiasi antenna tersebut dirancang menjadi omni-direksional, sesuai dengan karakteristik yang diperlukan di PUNA. Dari hasil simulasi sebelum dan setelah antenna tersebut dilengkungkan, penulis memperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Microstrip antena dapat memiliki pola radiasi omni-directional 2. Microstrip antena tersebut memiliki gain 2,24 dbi sebelum dilengkungkan, dan berkurang menjadi 2,1 dbi setelah dilengkungkan 3. Pola radiasi dapat berubah ketika antena dilengkungkan 6. DAFTAR PUSTAKA [1] Garg, Ramesh. Microstrip Antenna Design Handbook.. Artech House, INC [2] Wulandari, Putri. Hamid, Sofian. Lubis, Amanta. Design of Simple Microstrip Antennas at MHZ for UAV Application. University Al Azhar Indonesia [3] Balanis, Constantine A. Antenna Theory : Analysis and Design, 3rd Edition. USA: John Wiley & Sons [4] Wulandari, Putri. Desain Antena Vertikal Ground-Plane Pada Frekuensi MHz dengan Menggunakan Computer Simulation Technology (CST) Universitas Al Azhar Indonesia.