BAB II Tinjauan Teoritis

Transkripsi

1 BAB II Tinjauan Teoitis BAB II Tinjauan Teoitis 2.1 Antena Mikostip Kaakteistik Dasa Antena mikostip tedii dai suatu lapisan logam yang sangat tipis ( t << λ 0, dimana λ 0 meupakan panjang gelombang di udaa ) dan biasa disebut patch. Patch tesebut diletakan di atas gound plane dengan jaak h << λ 0 (0.003 λ 0 h 0.05 λ 0 ). Patch dan gound plane dipisahkan oleh suatu bahan dielektik yang disebut substat [3]. a) Tampak atas b) Tampak samping Gamba 1. Konstuksi Antena Mikostip Antena mikostip memiliki bebeapa keunggulan bila dibandingkan dengan antena konvensional lainnya [5]. Keunggulan keunggulan dai antena mikostip diantaanya : 1. Ringan dan memiliki penampang yang tipis 2. Biaya pabikasi yang muah kaena menggunakan PCB 3. Dapat menghasilkan polaisasi linea maupun sikula 4. Mudah untuk di integasikan 5. Dapat memiliki dua atau lebih fekuensi keja Selain memiliki keunggulan keunggulan di atas, antena mikostip juga memiliki bebeapa kelemahan [5], yaitu : 1. Bandwidth yang sempit (1 5 %) 2. Gain yang endah Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

2 BAB II Tinjauan Teoitis Dimensi Patch Konstuksi dai mikostip tedii dai kondukto stip (line) dan sebuah kondukto bidang tanah yang dipisahkan oleh medium dielektik dengan konstanta dielektik. Di atas stip adalah udaa sehingga bila tanpa shielding sebagian medan elektomagnetik akan meadiasi, dan sebagian lagi ada yang masuk kembali ke dalam substat dielektik[6]. Fenomena ini kemudian disebut sebagai finging effect. a) Tampak atas b) Tampak samping Gamba 2. Panjang efektif antena mikostip Finging effect menyebabkan dimensi antena mikostip telihat lebih besa dai dimensi fisiknya [3]. Sepeti telihat pada gamba 2, panjang antena mikostip betambah sebesa 2ΔL. Sehingga panjang efektif dai antenna mikostip menjadi : = + 2 (1) dengan : h = h h (2) dan : Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

3 BAB II Tinjauan Teoitis = (3) Saluan Mikostip Sepeti yang disebutkan sebelumnya, konstuksi dai mikostip tedii dai kondukto stip (line) dan sebuah kondukto bidang tanah yang dipisahkan oleh medium dielektik dengan konstanta dielektik. Di atas stip adalah udaa sehingga bila tanpa shielding sebagian medan elektomagnetik akan meadiasi, dan sebagian lagi ada yang masuk kembali ke dalam substat dielektik. Jadi, tedapat dua dielektik yang melingkupi stip yaitu udaa dengan konstanta dielektik satu dan substat dengan konstanta dielektik 1. Dengan demikian saluan mikostip, secaa keseluuhan, dapat kita pandang sebagai sebuah saluan dengan dielektik homogen yang lebih besa dai satu tetapi lebih kecil dai. Konstanta dielektik ini disebut konstanta dielektik efektif (effective dielectic constant) [6]. Gamba 3. Pola medan listik pada saluan mikostip Kita dapat mengetahui nilai konstanta dielektik efektif ( e ) dengan menggunakan pesamaan dibawah ini: d W W d W d e d 1 W d W ( 4) Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

4 BAB II Tinjauan Teoitis Untuk kepeluan peancangan, bila diketahui impedansi kaakteistik Z 0 dan konstanta dielektik, leba stip dapat dicai dengan pesamaan [6]: W d A 8e W d 2 2A e ,61 B1ln(2 B1) ln( B1) 0.39 W d 2 2 (5) Dengan Z ,11 A 0.23 (6) B 2Z 0 (7) 2.2 Konduktansi Untuk menghitung besanya konduktansi dai suatu antenna mikostip pesegi, antenna mikostip tesebut diepesentasikan sebagai 2 buah slot (slot#1 dan slot#2) yang identik dan memiliki admitansi sebesa Y ( tedii dai konduktansi G dan Suseptansi B)[3] sepeti yang digambakan pada gamba 4. a) Antena mikostip pesegi b) Rangkaian pengganti Gamba 4. Antena mikostip pesegi dan angkaian penggantinya Dai gamba diatas dapat diketahui besanya Y adalah : = + (8) Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

5 BAB II Tinjauan Teoitis Kaena slot#1 dan slot#2 meupakan slot yang identik, maka : = = = Besanya nilai konduktansi kemudian didapatkan dai pesamaan : = 120 (9) = sin 2 cos cos sin (10) 2.3 Impedansi Input Dalam peancangan antena, mengetahui besanya impedansi input meupakan hal yang cukup penting, teutama pada saat poses penyesuaian impedansi antena ke saluan catu, teknik penyesuaian impedansi ini dapat dilakukan menggunakan dengan mengontol posisi inset feed. Besanya nilai impedansi input antenna dihitung dengan telebih dahulu menghitung admitansi pada slot#1 (admitansi input), yaitu dengan caa mentansfe admitansi pada slot#2 pada teminal output ke teminal input. Pada kondisi ideal, kedua slot dipisahkan oleh jaak sebesa λ g /2. Akan tetapi kaena adanya finging effect maka panjang antenna mikostip menjadi lebih leba, oleh kaena itu panjang antenna mikostip sesungguhnya kuang dai λ g /2. Besanya admitansi yang telah ditansfomasi pada slot#2 menjadi [3]: = + = (11) sehingga besanya admitansi input menjadi : = + = 2 (12) dan impedansi input antenna menjadi : Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

6 BAB II Tinjauan Teoitis = 1 = 1 2 (13) Selain besanya konduktansi dii dai masing masing slot, tedapat pula konduktansi mutual yang haus ikut dipehitungkan, sehingga besanya esistansi input antenna mikostip ini menjadi : = 1 2( ± ) (14) dengan : = sin 2 cos ( sin ) (sin ) (15) Pada umumnya impedansi input tedii dai bagian eal dan imajine dan beubah tehadap fekuensi. Nilai eaktansi dai antenna elatif jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai esistansinya, oleh kaena itu untuk alasan paktis nilai eaktansi dai antenna biasanya di abaikan [3]. Dengan mengetahui nilai impedansi input, selanjutnya dapat dihitung dimensi inset feed untuk mempemudah poses penyesuaian impedansi, yaitu : ( = ) = ( = 0) cos (16) Gamba 5. Antena mikostip dengan inset feed Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

7 BAB II Tinjauan Teoitis 2.4 Gain Gain dai sebuah antena meupakan pebandingan diektivitas maksimum suatu antena tehadap diektivitas maksimum antena isotopis, dengan syaat daya yang masuk ke kedua antena sama besa[4]. Gain antena (G) sebanding dengan diectivity, yaitu selalu menyangkut ugi-ugi daya (losses) di dalam antena, juga kemampuan pengaahannya. Rugiugi daya ini menyangkut ugi-ugi konduksi dan ugi-ugi dielektik. dimana G ed (17) 0 e 1 (18) e = efisiensi antena D = pengaahan (diektivitas) Gain diuku pada medan jauh dengan membandingkan antena yang diuku dengan antena standa yang gainnya sudah tekalibasi. dimana 4 10log A e (19) G 10 2 G = gain antena dalam db Ae panjang gelombang keja dalam mete apetu efektif dalam mete kuadat 2.5 Pola Radiasi Pola adiasi meupakan bentuk adiasi gelombang elektomagnetik dai sebuah antena sebagai fungsi dai koodinat uang. Pola adiasi atau bentuk penyebaan daya gelombang elektomagnetik tesebut begantung pada bentuk atau susunan antena dan atau sistem pencatuan. Sistem koodinat yang digunakan untuk masalah adiasi adalah koodinat bola (spheical coodinate)[4]. Tampilan sebuah antena secaa tipikal diuaikan dalam temin pola pincipal E plane dan pincipal H plane. Untuk antena dengan polaisasi linie, E plane adalah bidang yang beisi vekto medan listik dan aah adiasi Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

8 BAB II Tinjauan Teoitis maksimum, sedangkan H plane adalah bidang yang beisi vekto medan magnet dan aah adiasi maksimum[4]. Pola adiasi E plane dan H plane dipeoleh dai pesamaan sebagai beikut : E-plane : ( ) = ( ) ( ) cos ( ) (20) H-plane : ( ) = ( ) cos (21) ( ) a) E Plane b) H Plane Gamba 6. Plot pola adiasi menggunakan Mathlab 2.6 Teknik Pencatuan Antena Mikostip Antena mikostip dapat dicatu dengan bebeapa metode, yaitu dengan pencatuan langsung dan pencatuan tidak langsung. Pada pencatuan langsung, daya RF dicatu langsung ke patch menggunakan elemen penghubung sepeti coaxial pobe maupun dengan micostip line. Sedangkan pada pencatuan tidak langsung, daya di tansfe menggunakan kopling elektomagnetik antaa micostip line dan patch[3]. Setiap metode baik langsung maupun tidak langsung memiliki kelebihan dan kekuangan. Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

9 BAB II Tinjauan Teoitis Micostip Line Feed Pada teknik ini patch dicatu dengan saluan tansmisi yang dapat di etching pada pemukaan substat yang sama, jadi stuktunya tetap plana. Teknik pencatuan ini mudah untuk dibuat seta lebih sedehana untuk penyesuaian impedansi. Namun tedapat ugi-ugi dielektik yang timbul akibat adanya saluan tansmisi pada substat[5]. Gamba 7. Micostip Line Feed Coaxial Pobe Feed Teknik ini paling banyak digunakan pada antena mikostip kaena pencatuan ini mempunyai kelebihan yaitu dapat ditempatkan dilokasi manapun pada patch untuk mendapatkan nilai impedansi yang sesuai dengan impedansi input. Kondukto bagian dalam konekto coaxial dilewatkan melalui substat dan disolde pada patch, sedangkan kondukto bagian lua dihubungkan pada gound plane. Namun ada kekuangannya, untuk menempatkannya dipelukan membuat lubang pada substat. Sehingga pencatuan sepeti ini membuat dimensi antena tidak plana, dan membuat konfiguasi antena menjadi tidak simetis[5]. Gamba 8. Coaxial pobe Feed Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

10 BAB II Tinjauan Teoitis Poximity Coupling Feed Pada teknik ini saluan tansmisi teletak diantaa patch dan gound plane, yang dipisahkan oleh dua medium dielektil. Patch yang beada di bagian paling atas dicatu dengan kopling medan dekat dai saluan pencatu tesebut. kelebihan teknik ini adalah tidak adanya adiasi yang timbul dai feeding netwok. Teknik ini juga dapat meningkatkan bandwidth seiing dengan meningkatnya tebal substat dielektik antena mikostip secaa keseluuhan. Namun teknik pencatuan ini sulit untuk dibuat kaena pelu penyesuaian antaa dua lapisan dielektik[5]. Gamba 9. Poximity Coupling Apetue Coupled Micostip Antenna Pada teknik ini, patch dan saluan pencatu dipisahkan oleh gound plane. Kopling antaa patch dan saluan pencatu dibuat melalui slot atau apetu pada gound plane. Kopling apetu biasanya beada di tengah, tepat di bawah patch aga polaisasi silang lebih endah kaena bentuknya yang simetis. Sepeti pada teknik poximity coupled, dua dielektik dapat dipilih untuk meningkatkan pefomansi. Teknik ini paling sulit diealisasikan diantaa teknik yang lain kaena banyak lapisan (laye)[5]. Gamba 10. Apetue Coupled Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

11 BAB II Tinjauan Teoitis Paamete Peancangan Antena Mikostip Apetue Coupled Kineja sebuah apetue coupled micostip antena tegantung pada bebagai paamete, temasuk dimensi patch, bentuk apetu, dimensi apetu, lokasi apetu, konstanta dielektik dan ketebalan dua lapisan, dan dimensi dai pencatuan. Beikut adalah ingkasan mengenai hubungan dai paametepaamete yang telah disebutkan di atas menuut [7]: 1. Konstanta dielektik substat Konstanta dielektik suatu antena mempengauhi bandwidth dan efisiensi adiasi antena, dengan pemitivitas lebih endah akan membeikan bandwidth yang lebih leba. 2. Ketebalan substat Ketebalan substat mempengauhi bandwidth dan level kopling. Substat yang lebih tebal menghasilkan bandwidth yang lebih leba, tapi level kopling yang kecil untuk ukuan apetu yang dibeikan. 3. Panjang patch Panjang patch menentukan fekuensi esonansi antena. 4. Leba patch Leba patch mempengauhi esistensi esonansi antena, dengan patch yang lebih leba membeikan level coss polaization yang tinggi dengan demikian haus dihindai kecuali dipelukan polaisasi ganda atau lingkaan. 5. Tebal substat pencatu Substat yang tipis menghasilkan spuious adiation yang kecil dai feed line, tetapi keugian yang lebih tinggi. 6. Panjang slot Level kopling sangat ditentukan oleh panjang slot, begitu juga dengan back adiation level. Oleh kaena itu, ukuan slot haus dibuat tidak lebih besa dai yang dibutuhkan untuk matching impedance. 7. Leba slot Leba slot juga mempengauhi level kopling, tetapi tidak sebesa pengauh yang disebabkan oleh panjang slot. Pebandingan panjang slot dengan leba biasanya 1 banding 10. Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012

12 BAB II Tinjauan Teoitis 8. Leba feed line Selain mengendalikan impedansi kaakteistik feed line, leba feed line juga mempengauhi kopling untuk slot. Untuk ukuan tetentu, feed line yang tidak telalu leba akan memebeikan kopling yang lebih kuat ke slot. 9. Posisi feed line elatif tehadap slot Untuk kopling maksimum, feed line haus diposisikan di sudut yang tepat ke tengah slot. Feed line yang tidak simetis tehadap slot akan menguangi kopling. 10. Posisi patch elatif tehadap slot Mengubah posisi patch elatif tehadap slot ke aah H-plane memiliki pengauh yang kecil, sementaa mengubah posisi patch elatif tehadap slot pada bidang E-plane (esonansi) akan menuunkan level kopling. 2.7 Stub Stub adalah saluan dengan ujung tetutup (shot cicuit) atau tebuka (open cicuit), untuk mendapatkan impedansi/admitansi imajine, yang dipasang secaa paalel atau sei dengan saluan utama. Jumlah stub dapat bejumlah satu (tunggal), dua (double), atau tiga (tiple). Untuk ealisasi stub dengan menggunakan saluan stip atau saluan mikostip, stub ujung tebuka lebih disukai kaena akan sulit membuat hubung singkat dai saluan ke bidang tanah (gound plane) [6]. Realisasi stub dengan menggunakan saluan stip atau mikostip yang banyak digunakan adalah dipasang secaa paalel dengan ujung tebuka. Besa ukuan stub dipeoleh dengan menggunakan pesamaan beikut : d 1 1 [ cos ( )], cot ( 1 tan(2 )) 2 L ls d 2 (22) 1 Gamba 11. Penyesuai Impedansi Stub Paalel Dafit Bagus, Lapoan Poyek Akhi Tahun 2012