Perencanaan dan Pembuatan Antena UWB (Ultra Wide Band)Mahkota (Crown Antenna)

Transkripsi

1 24 Peencanaan dan Pembuatan Antena UWB (Ulta Wide Band)Mahkota (Cown Antenna) Rudy Yuwono,ST.,MSc. Abstak -Kemajuan teknologi komunikasi menunjukkan pekembangan yang sangat pesat, khususnya komunikasi wieless. Komunikasi ini membutuhkan antena untuk mengiimkan dan meneima sinyal infomasi. Antena yang digunakan dalam komunikasi wieless sangat beagam jenisnya, tegantung aplikasinya. Pada junal ini akan dibahas tentang peencanaan dan pembuatan antenna mahkota Ulta Wide Band (UWB). Antenna Ulta Wide Band meupakan sebuah peangkat yang mempunyai emisi/daya panca dengan bandwith yang lebih besa daipada 0.2 atau lebih besa daipada 1.5 Ghz. Antenna mahkota UWB dalam penelitian ini dibuat dai bahan plat Alumunium dengan ukuan tebal 2 mm dengan konstanta dielektik (ε )=2 dengan ukuan leba antenna (WA)=22cm. Peencanaan antenna Mahkota UWB ini memiliki tujuan untuk menemukan bandwith yang lebih leba daipada antenna Plana nveted Cone (PCA). Bedasakan hasil simulasi menggunakan E3D dengan fekuensi keja 1-16 GHz, antenna Mahkota UWB memiliki nilai bandwith sebesa 12 GHz. Sedangkan bedasakan hasil pengukuan antena mahkota yang sudah difabikasi dengan fekuensi keja MHz, memiliki bandwith sebesa 1 GHz. Untuk menyamakan fekuensi keja dengan pengukuan, maka bandwith hasil simulasi antena mahkota untuk fekuensi keja GHz adalah 1.7 GHz. Sehingga selisih bandwith hasil simulasi dan hasil pengukuan untuk fekuensi keja MHZ adalah 0.7 GHz. Kata Kunci Antenna Ulta Wide Band. K. PENDAHULUAN ARENA bentuknya yang miip dengan mahkota maka antenna tesebut dinamakan dengan antenna mahkota UWB. Antenna dikatakan Ulta Wide Band jika antenna tesebut minimal mempunyai bandwith sebesa 3 GHz. Antenna mahkota UWB ini disimulasikan menggunakan pogam E3D telebih dahulu sebelum difabikasi, dengan tujuan apakah antenna mahkota UWB ini sudah sesuai dengan yang dihaapkan. Pada junal ini tidak membahas tentang bagaimana pehitungan untuk menentukan dimensi antena mahkota UWB secaa matematis. Dimensi antena mahkota UWB ini langsung ditentukan dengan WA sebesa 220 mm yang selanjutnya akan disimulasikan menggunakan Rudy Yuwono, ST., MSc. bekaya di Juusan Teknik Elekto Univesitas Bawijaya, Malang, ndonesia (Telp ; autho@bawijaya.ac..id) Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010 E3D. Peancangan dan pembuatan antenna mahkota UWB ini menggunakan bahan alumunium, kaena bahan tesebut mudah didapat, ingan, konduktivitasnya cukup besa, mudah untuk kontuksi, dan penyambungannya. Pada penelitian ini, penulis meumuskan pokokpokok pemasalahan sebagai beikut: 1. Bagaimana mensimulasikan antenna mahkota UWB sebelum dilakukan fabikasi. 2. Langkah-langkah dan pealatan apa saja yang dibutuhkan dalam fabikasi antenna. 3. Bagaimana hasil pengukuan antenna yaitu VSWR dan Retun Loss dai antenna mahkota UWB tesebut.. METODOLOG Untuk meealisasikan penelitian ini, maka digunakan metodologi sebagai beikut: A. Studi liteatue Melakukan kajian pustaka untuk memahami kaakteistik UWB khususnya tentang analisis dan desain antenna UWB. B. Peencanaan dan Pembuatan antenna mahkota UWB Dalam meancang dimensi antenna UWB (antenna mahkota UWB) digunakan analisis matematis dan disimulasikan dengan softwae peancangan antenna (E3D pogam) sampai didapatkan dimensi antenna sesuai dengan paamete yang diinginkan, sebelum dilakukan fabikasi antenna tesebut. C. Rancangan pengujian Hasil pengukuan menunjukkan unjuk keja antenna yang sebenanya. Jangkauan fekuensi yang akan digunakan dalam pengukuan adalah 700 MHz sampai 2.7 GHz. Pengukuan ini meliputi pengukuan VSWR, Retun Loss, pola adiasi, dan diectivity. D. Fabikasi Pada tahap ini dilakukan pehitungan dan pebandingan paamete-paamete antenna hasil peencanaan dengan paamete-paamete antenna hasil pengujian dan pengukuan.

2 25 A. Teoi Dasa Antena. DASAR TEOR Antena meupakan tanduse yang mengubah aus listik menjadi gelombang elektomagnetik yang dipancakan ke udaa atau sebaliknya. Dalam system komunikasi adio, gelombang elektomagnetik bejalan dai pemanca ke peneima melalui udaa dan dipelukan antenna pada kedua ujung tesebut untuk kepeluan penggandengan (coupling) pemanca dan peneima dalam hubungan uang. (Kauss, 1988) B. Paamete Dasa Antena 1) VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) Jika kondisi matching tidak tecapai, kemungkinan tejadi pemantulan dan hal ini yang menyebabkan tejadinya gelombang bedii (standing wave). Dimana kaakteistik ini disebut Voltage Standing Wave Ratio (VSWR). Pesamaan untuk menentukan besanya VSWR adalah (Kauss, 1988:83) 1+ Γ VSWR = (1) 1 Γ Dai pesamaan di atas besanya koefisien pantul ( Γ ) menentukan besanya VSWR. Pesamaan untuk koefisien pantul adalah (Punit, 2004:18): Γ V Zl Z V Z + Z = = o i l o Dengan: Γ = Koefisien pantul V = tegangan gelombang pantul V i = tegangan gelombang maju Z 1 = impedansi beban/antenna Z 0 = impedansi kaakteistik saluan VSWR adalah pengukuan dasa dai impedansi matching antaa tansmitte dan antenna. Semakin tinggi nilai VSWR maka semakin besa pula mismatch, dan semakin minimum VSWR maka antenna semakin matching. 2) Retun Loss Retun Loss, adalah paamete yang mengindikasikan banyaknya daya yang hilang kaena teseap oleh beban dan tidak kembali sebagai gelombang pantul. Retun Loss behubungan dengan VSWR, yaitu menguku daya dai sinyal yang dipantulkan oleh antena dengan daya yang dikiim ke antena. Antena yang baik akan mempunyai nilai etun loss dibawah -10dB, yaitu 90% sinyal dapat diseap, dan 10%-nya tepantulkan kembali. Retun loss didefinisan sebagai (Punit, 2004:19): Retun loss = -20 log in db Dengan: Γ = Koefisien pantul Untuk matching sempuna antaa tansmitte dan antenna, maka nilai Γ = 0 dan RL = yang beati tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika Γ = 1 dan RL = 0 db maka semua daya dipantulkan. V. PERENCANAAN A. Peencanaan antena mahkota UWB menggunakan pogam E3D Langkah langkah dalam mensimulasikan antena mahkota menggunakan E3Dsepeti telihat dalam Gamba. Bahan alumunium Ada bebeapa hal yang memungkinkan bahan tesebut digunakan : mudah didapat, ingan, konduktivitasnya cukup besa, mudah untuk konstuksi dan penyambungannya. Konstanta dielektik (ε )=2 Ketebalan dielektik (h)=2mm Konduktifitas alumunium (σ)=3.77e7 mho/m Substate laye/bahan pelapis substate pada antenna mahkota ini adalah udaa dengan konstanta dielektik=1 mpedansi kaakteistik saluan= 50Ω B. Pesiapan untuk membuat antenna mahkota (fabikasi) Beikut ini adalah dafta bahan/alat yang digunakan dalam pembuatan antenna mahkota : Komponen/bahan yang dipelukan: - Conekto BNC (Female) - Plat Aluminium 50 x 50 cm - Baut - Pipa PVC - Solde Alat yang dipelukan: - Tang - Obeng + - Bo - Ragun - Mesin Penekuk dan pemotong - Kiki halus dan kasa - Pengais - Pensil/spidol C. Pesiapan meakit Antenna : 1. Siapkan alat-alat yang dipelukan dengan bena 2. Potong plat almunium 50 x 50 cm sesuai dengan ukuan pada gamba 2 3. Untuk lebih mempemudah dalam pembuatan/pemotongan sebaiknya dibuat dulu cetakan (Mal) yang sesuai dengan ukuan antenna 4. Setelah poses pemotongan selesai dilanjutkan dengan menghaluskan sepihan-sepihan antenna yang masih kasa menggunakan kiki 5. Kemudian dilanjutkan dengan poses pengeboan lubang conecto 6. Setelah selesai kemudian dilanjutkan ke penyoldean dan pemasangan conecto pada antenna mahkota (cown antenna). Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010

3 26 7. Menentukan lubang Pot Stat di bei lubang pot. Posesnya sepeti Gamba 2 dibawah ini. nstalasi softwae E3D Zeland pogam manage-*!e3d-»mgi d-*pa am *basic paamete Edit Gid size *edit meshing feq-*edit AEC aye 1-*AEC atio Edit substate laye * add fequency Edit metallic stip types *add feq Tampilan lemba keia Membuat lingkaan R1 (lingkaan atas), potongbagian bawahnya.(entity *ectangle *i nput paamete polygon Me motong lingkaan R1 H R m Gamba 2. Penentuan Posisi Pot 9. Pemasangan BNC atau Penyambungan conecto Setelah ukuan dimensi antenna dan eflecto di buat maka teakhi adalah pemasangan BNC female, dimana pada pemasangan BNC ini juga ada ukuannya yaitu 1 cm dimana jaak tesebut juga sangat bepengauh pada esonansi pengukuan antenna, jika jaak melebihi 1 cm maka esonansi dai antenna tesebut akan cendeung ke fekuensi tinggi. bebentuk mahkota. 1 ;?»ei Membuat lingkaan R2 (lingkaan bawah), potong 4t»» ** 1 a» 1 bagian atasnya..(select polygon *delete) R1=R2 A 4 4 cm -*" A Satukan kedua lingkaangsehingga membentuk antena mahkota. (select polygon k kanan-*union mege) Membuat pot: atakan sisi bawah tepat di tengah, pada titik tengah klik kanan, object popety *ubah paamete sesuai ukuan potyang diinginkan Pilih pot *pat fo edge goup Dag pada tempat pot (pot-*exit pot) pocess meshing pocess-*simulate-*ente ange feq-*centang (all feq, cuent dist, adiation patten)-*ok T Simulasi belangsung i Simulasi behasil Tampilkan gafik yang diinginkan T End Gamba 1. Flowcat langkah-langkah desain antena mahkota 8. Pada penentuan posisi pot ini kita membuat gais tengah dai dimensi antenna atau gais simeti, kemudian jaaknya 0.5 cm dai posisi bawah antenna Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010 Ulcn Gamba 3. Dimensi Antenna Cown 1) Pembuatan Reflekto Komponen/bahan yang dipelukan : - Plat Aluminium 40 x 40 cm Alat yang dipelukan : - Tang - Oben g+ - Bo - Ragun - Mesin Penekuk dan pemotong - Kiki halus dan kasa - Pengais - Pensil/spidol 2) Pesiapan pembuatan Reflekto Siapkan alat-alat yang dipelukan dengan bena Potong plat almunium 40 x 40 cm sesuai dengan ukuan pada gamba 3 Setelah poses pemotongan selesai dilanjutkan dengan menghaluskan sepihan-sepihan antenna yang masih kasa menggunakan kiki Kemudian dilanjutkan dengan poses pengeboan Setelah selesai kemudian dilanjutkan dengan poses penyambungan/pemasangan eflecto yang dihubungkan dengan cown Antenna yang telah dibuat

4 Dai hasil pengukuan etun loss dapat dihitung nilai koefisien pantul dan VSWR. Hasil pehitungan koefisien pantul dan VSWR dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini. A. Hasil Pengukuan Retun Loss Setelah antena mahkota disimulasikan menggunakan E3D menggunakan dimensi antena dengan WA=220mm, tenyata antena mahkota mempunyai bandwith ±12 GHz. Hal itu membuktikan bahwa antena mahkota yang diencanakan sudah temasuk antena UWB, kaena syaat suatu antena dikatakan sebagai antena UWB jika antena tesebut mempunyai bandwith minimal 3.5 GHz. Setelah disimulasikan, maka langkah teakhinya adalah fabikasi dan selanjutnya menguku nilai VSWR dan etun loss dai antena mahkota yang telah difabikasi. Kaena ketebatasan ange fekuenasi dai alat yang digunakan dalam menguku antena mahkota tesebut. Maka ange fekuensi yang digunakan untuk menguku antena mahkota tesebut adalah ange fekuensi antaa MHz. Dai hasil pengukuan antena mahkota dipeoleh nilai etun loss sebagai beikut: V. HASL PENGUKURAN 27 Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010 SC ciii Gamba 7. Gafik Retun Loss taqliwu M M 04 t» f n in ti n- J tii tii i b) Gafik Retun Loss Gamba 6. Gafik VSWR Si 8 fo n M «1-9* t + 9» - t» * at n*i» j WD»1»1 tl 01»» l «ll»d n- sc»- a) Gafik VSWR ; < s X «n i fe Bedasakan nilai VSWR dai gamba hasil simulasi di atas untuk fequency keja 1-16 GHz dapat dianalis sehingga dipeoleh: Batas nilai VSWR yang disaankan untuk suatu antena yang baik adalah 1 VSWR 2, dai gafik VSWR di atas didapatkan: Fekuensi Lowe : 1 GHz Fekuensi Uppe : 13 GHz = 13 GHz 1 GHz = 12 GHz Bedasakan nilai etun loss dai gamba hasil simulasi di atas untuk fequency keja 1-16 GHz dapat dianalis sehingga dipeoleh: Untuk etun loss, antenna yang baik haus mempunyai etun loss di bawah -10 db, dai gafik hasil simulasi etun loss di atas, fekuensi keja antena yang mempunyai nilai etun loss di bawah -10 db adalah fekuensi keja dai GHz. Sehingga dipeoleh nilai bandwith adalah sebagai beikut: Fekuensi Lowe : 1 GHz Fekuensi Uppe : 11.5 GHz = 11.5 GHz 1 GHz = 10.5 GHz Bandwith bedasakan pehitungan dai VSWR dan etun loss dai gafik hasil simulasi di atas tidak telalu bebeda jauh nilainya. Bandwith dai hasil pehitungan VSWR lebih leba bila dibandingkan dengan bandwith hasil pehitungan dai etun loss, selisih 1.5 GHz. 4) Hasil Simulasi Menggunakan E3D dan Pengukuan Antena Mahkota UWB Bedasakan hasil simulasi menggunakan pogam E3D untuk antena mahkota UWB dengan WA=220mm didapatkan nilai VSWR dan etun loss untuk fequency dai 1-16 GHz adalah sebagai beikut: Gamba 5. Hasil Pembuatn Antena Mahkota mi 3) Antena Mahkota yang telah jadi Beikut ini meupakan gamba dai antenna Mahkota: Gamba 4. Dimensi Reflekto Cown Antenna! : ' m372 axfq TJ j mje fj Z_ itagg

5 28 f*t MU» a f stat 7Cÿf Gamba 8. Gafik Retun Loss hasil pengukuan TABEL 1. HASL PERHTUNGAN VSWR DAN KOEFSEN PANTUL No DAR HASL PENGUKURAN RETURN LOSS Fekuensi (MHz) RL (db) VSWR ,0 0,398 2, ,316 1, ,0 0,501 3, ,316 1, , 0 0,447 2, ,282 1, ,112 1, ,199 1, ,112 1, ,045 1, ,050 1,105 SWR 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0»ÿ' Al 04 W :« Fekuensi (MHz) Gamba 9. Gafik hasil pengukuan VSWR Bedasakan nilai etun loss dai gamba hasil pengukuan di atas untuk fequency keja MHz dapat dianalis sehingga dipeoleh: Untuk etun loss, antenna yang baik haus mempunyai etun loss di bawah -10 db, dai gafik hasil simulasi etun loss di atas, fekuensi keja antena yang mempunyai nilai etun loss di bawah -10 db adalah fekuensi keja dai MHz. Sehingga dipeoleh nilai bandwith adalah sebagai beikut: Fekuensi Lowe : 1700 MHz Fekuensi Uppe : 2700 MHz = 2700 MHz 1700 MHz Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010 f! H wt H f = 2400 MHz f=1780 MHz.1.?.:' ~oo. i«a UNL. V" A \ L \J. / \ V \ f stop 2700 = 1 GHz Bedasakan nilai VSWR dai tabel hasil pehitungan di atas untuk fequency keja MHz dapat dianalis sehingga dipeoleh: Batas nilai VSWR yang disaankan untuk suatu antena yang baik adalah 1 VSWR 2, dai gafik VSWR di atas didapatkan: Fekuensi Lowe : 1700 MHz Fekuensi Uppe : 2700 MHz = 2700 MHz 1700 MHz = 1 GHz Bandwith bedasakan pehitungan dai VSWR dan etun loss dai hasil pengukuan antena mahkota adalah besanya sama yaitu 1 GHz. Jika pada hasil simulasi fekuensi keja yang dianalisis hanya dibatasi pada ange GHz dengan tujuan untuk membandingkan hasil simulasi dengan hasil pengukuan yang hanya tebatas pada fekuensi keja MHz, maka dapat dipeoleh nilai bandwith bedasakan nilai VSWR dan etun loss hasil simulasi adalah sebagai beikut: Fekuensi Lowe : 1 GHz Fekuensi Uppe : 2.7 GHz = 1 GHz 2.7 GHz = 1.7 GHz Sehingga dapat disimpulkan bahwa nilai bandwtih untuk antena mahkota hasil simulasi dan bandwith hasil pengukuan bebeda 0.7 GHz. A. Kesimpulan V. PENUTUP Bedasakan hasil simulasi dan pengukuan antena mahkota dapat diambil kesimpulan bahwa: 1. Bedasakan hasil simulasi antena mahkota dengan WA=22cm untuk fekuensi keja 1-16 GHz. Di dapatkan nilai bandwith bedasakan nilai VSWR hasil simulasi adalah sebesa 12 GHz. Dah nilai bandwith bedasakan nilai etun loss hasil simulasi adalah sebesa 10.5 GHz. 2. Bedasakan hasil pengukuan antena mahkota yang sudah difabikasi dengan menggunakan fekuensi keja untuk pengukuan antena tesebut antaa MHz. didapatkan nilai bandwith bedasakan pengukuan etun loss dan bandwith bedasakan hasil pehitungan VSWR adalah besanya sama yaitu 1 GHz. 3. Untuk membandingkan antaa hasil simulasi dan hasil pengukuan, maka untuk hasil simulasi yang dianalisis hanya pada fekuensi keja antaa GHz. Nilai bandwith yang dipeoleh pada fekuensi keja GHz untuk hasil simulasi adalah sebesa 1.7 GHz. Antaa hasil simulasi dan hasil pengukuan nilai bandwith yang dipeoleh bebeda 0.7 GHZ.

6 29 B. Saan 1. Dalam melakukan pengukuan, untuk ketepatan dan ketelitian hasil pengukuan disaankan aga pengukuan dilakukan di tempat yang bebas dai benda-benda yang dapat mempengauhi hasil pengukuan. 2. Penelitian ini bisa dikembangkan lagi menggunakan model antena yang lain, dengan mempehatikan pehitungan dimensi antenanya secaa matematis yang lebih detail. Begitu juga untuk simulasinya bisa menggunakan pogam yang lain, selain E3D sepeti ANSOFT atau ADS. DAFTAR PUSTAKA [1] Balanis, Constantine A Antena Theoy: Analysis and Design. 2 nd Second Edition. John Wiley and Sons, nc. [2] Kaus, John Daniel Antennas, New Yok: McGaw-Hill ntenational. [3] Yuwono, Rudy A Novel Rugby Ball Antenna fo Ulta Wide Band Communication. Junal Teknik FT Unibaw.ed. Agustus 2005 Anonymous. [4] Punit, Naka S Design of a Compact Micostip Patch Antenna fo Use in Wieless/Cellula Devices. The Floida State Univesity. Thesis. Junal EECCS Vol. V, No. 1, Juni 2010