BAB II TINJAUAN TEORITIS

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN TEORITIS. Penahuluan Antena mikostip aalah suatu konukto metal yang menempel iatas goun plane yang iantaanya teapat bahan ielektik. Antena mikostip meupakan memiliki stuktu yang seehana, tetapi analisis tehaap mekanisme aiasi an kaakteistik antena itu senii tiak seseehana stuktunya. Hal tesebut ikaenakan kebeaaan bahan ielektik i atas pemukaan biang tanah. Gamba menunjukkan bebeapa bentuk patch paa antena mikostip. Gamba. Bentuk Patch Antena Mikostip Kelebihan an kekuangan antena mikostip ibaningkan engan antena konvensional, antaa lain sebagai beikut [5] :. Kelebihan : a) Low-pofile, ingan seta ukuan kecil an compact. b) Low-fabication, fabikasi muah an muahan ipouksi engan menggunakan teknik pinte-cicuit atau engan teknik pemotongan biasa. c) Bisa menghasilkan polaisasi sikula maupun linie. ) Bisa ibuat compact sehingga cocok untuk komunikasi begeak. e) Bisa beopeasi paa single, ual, ataupun multi ban.. Kekuangan a) Banwith yang kecil, < 3% (engan teknik pencatuan konvensional). Lapoan Poyek Akhi 0 5

2 b) Gain yang enah, bekisa 3-0 Bi untuk satu patch. c) Sistem pencatuan yang kompleks untuk aay. ) Efisiensi enah. Gamba menunjukan stuktu geometi antena mikostip pesegi yang teii ai patch konukto yang befungsi sebagai aiato, substat (bahan ielektik) engan pemitivitas elatif ε an goun plane yang tebuat ai konukto. Patch Substate Gounplane Gamba. Stuktu Geometi Antena Mikostip Pesegi Panjang Dai gamba apat ilihat bahwa antena mikostip teii 3 bagian,yaitu: a. Conucting patch, patch ini befungsi untuk meaiasikan gelombang elektomagnetik ke uaa, teletak paling atas ai keseluuhan sistem antena. Patch tebuat ai bahan konukto, misal tembaga. Bentuk patch bisa bemacam-macam, lingkaan, pesegi panjang, segitiga, ataupun bentuk cincin. Dalam Tugas Akhi ini bentuk yang igunakan aalah pesegi panjang. b. Substat ielektik, befungsi sebagi meia penyalu GEM ai catuan menuju aeah ibawah patch. Substat sangat bepengauh paa besa paamete-paamete antena. Pengauh ketebalan substat ielektik tehaap paamete antena aalah paa banwith. Semakin tebal substat an semakin kecil pemitivitas elatif maka akan mempebesa banwith. c. Goun plane, goun plane befungsi sebagai eflekto yang memantulkan sinyal yang tiak iinginkan. Goun plane antena mikostip biasanya tebuat ai bahan konukto. Lapoan Poyek Akhi 0 6

3 . Tinjauan Pustaka. Zulkifli, Fiti Yuli. Stui Tentang Antena Mikostip engan Defecte Goun Stuctue. Univesitas Inonesia. 008.Lapoan Tesis yang meealisasikan an menganalisa antena mikostip susun elemenengan patchsegitiga engan bebagai macam bentuk Defecte Goun Stuctue.. Amiullah, Lestai. Rancang Bangun Antena mikostip engan Teknik Defecte Goun Stuctue (DGS) Bentuk Dumbbell Squae Hea paa Patch Segitiga Aay Linie.Univesitas Inonesia. 008.Skipsi yang meealisasikan antena susun mikostip engan patchsegitiga menggunakan DGS bentuk umbbell squae hea. 3. Malena, Desi. Rancang Bangun Defecte Goun Stuctue (DGS) Paa Antena Elemen Tipleban imax. Univesitas Inonesia Tesis yang meealisasikan antenna mikostip tiple ban elemen engan Defecte Goun Stuctue (DGS). 4. Fahazal, Muhamma. Rancang Bangun Antena Mikostip Tipleban Linie Aay 4 Elemen Untuk Aplikasi imax.univesitas Inonesia Tesis yang meealisasikan antenna mikostip tiple ban aay 4 elemen engan pencatuan EMC..3 Paamete Antena Mikostip.3. Pola Raiasi Antena Antena meaiasikan (menyebakan) aya gelombang EM ke uang bebas. Bentuk penyebaannya tegantung ai bentuk atau susunan antena, an atau sistem pencatuannya. Bentuk penyebaan aya gelombang EM ini isebut pola aiasi. Dengan kata lain, pola aiasi aalah bentuk aiasi gelombang EM ai sebuah antena sebagai fungsi ai kooinat uang. Sistem kooinat yang igunakan untuk masalah aiasi aalah kooinat bola Dalam sistem kooinat ini sebuah titik i alam uang (misal titik A) alam gamba 3 inyatakan oleh pesamaan-. A(,, ) 0,...() 0 Lapoan Poyek Akhi 0 7

4 z y x Gamba 3. Sistem Kooinat Bola Pola aiasi antena apat iuku alam moe panca atau moe teima. Pola aiasi ini itentukan alam aeah mean jauh (fa fiel egion) untuk fekuensi an jaak aial yang tetap, an memiliki pola tiga imensi. Tetapi, kaena pola tiga imensi ini tiak paktis untuk iuku, maka ilakukan pengukuan bebeapa biang pola ua imensi. Pola imensi ua imensi ini isebut potongan pola (patten cut) atau pincipal plane. Tampilan sebuah antena secaa tipikal iuaikan alam temin pola pincipal E plane an pincipal H plane. Untuk antena engan polaisasi linie, E plane aalah biang yang beisi vekto mean listik an aah aiasi maksimum, seangkan H plane aalah biang yang beisi vekto mean magnet an aah aiasi maksimum. a. Pola Raiasi Dieksional Pola aiasi yang aah panca-nya iaahkan paa suatu tempat saja. Gamba 4 meupakan bentuk pola aiasi ai antena eflekto suut, seangkan Gamba 5 mempelihatkan potongan pola-nya yang ilihat paa biang x y an biang x z. z x Gamba 4. Pola Raiasi Dieksional Antena Kone Reflekto y Lapoan Poyek Akhi 0 8

5 0 0 y x x 80 (a) y (b) 90 Gamba 5. (a) Pola Azimuth, (b) Pola Elevasi.3.. Paamete Pola Raiasi Bentuk pola aiasi meupakan bentuk tiga imensi. Secaa umum pola ini beupa lobe-lobe sepeti ipelihatkan paa Gamba 6 alam kooinat pola. Paa pola aiasi ini bisa ianalisis paamete-paamete pola aiasi ai sebuah antena secaa lengkap, paa gamba 6 []. 80 Main Lobe HPB FNB Sie Lobe Back Lobe Gamba 6. Paamete Pola Raiasi Main (majo) lobe Lobe utama imana teapat aiasi maksimum. Sie (mino) lobe Lobe-lobe selain main lobe, yang meupakan meupakan enegi bocoan. Back lobe Sie lobe yang muncul keaah yang belawanan engan main lobe. HPB (Half Powe Beamwith) Meupakan leba suut beam paa level setengah aya. Lapoan Poyek Akhi 0 9

6 FNB (Fist Null Beamwith) Meupakan leba suut iantaa ua titik nol petama ai main lobe. SLL (Sie Lobe Level) Meupakan ukuan untuk menyatakan besaan ai sie lobe petama. SLL st FBR ( Font to Back Ratio ) a. Diectivity SieLobe () MainLobe Meupakan pebaningan ai level main lobe an back lobe. MainLobe FBR (3) BackLobe Menuut efinisi pengaahan (iectivity) aalah pebaningan apat aya aiasi maksimum yang imiliki antena S, max an apat aya aiasi ata- ata yang imiliki oleh antena tesebut S av nilai iective gain paa aah maksimum [3]. Diectivity ituliskan engan pesamaan : D P n 4 4, A Dimana P n, P, / P, max Seangkan, b. Gain A 4 P n,. Atau seehananya iectivity aalah 4 (4) = beam aea antena = pola aya yang tenomalisasi Gain (penguatan) suatu antena meupakan pebaningan antaa intensitas aiasi maksimum suatu antena tehaap intensitas aiasi maksimum suatu antena efeensi engan aya yang masuk paa keua antena aalah sama. 4 Intensitas aiasi G,.(5) aya total input 4 U, P in Lapoan Poyek Akhi 0 0

7 maka, 4Um G...(6) P in imana : Um = intensitas aiasi Gain suatu antena memiliki ketekaitan engan iectivity yang apat ihitung engan nilai efisiensi suatu antena yang sama engan kemampuan untuk mengaahkan yang inyatakan paa pesamaan beikut: G =η.d...(7) imana : G = penguatan (Gain) η = Efisiensi ( 0 atau 0 % - 00 %) D = pengaahan (iectivity) Jika efisiensi antena 00 atau, maka penguatan antena sama engan pengaahannya. Gain antena (Gt) juga apat ihitung engan menggunakan antena lain sebagai antena yang stana atau suah memiliki gain yang stana (Gs). Dimanamembaningkan aya yang iteima antaa antena stana (Ps) an antena yang akan iuku (Pt) ai antena pemanca yang sama an engan aya yang sama.... (8) Jika iubah alam satuan esibel maka menjai:..(9).3. Polaisasi Antena Salah satu sifat penting ai gelombang elektomagnetik aalah polaisasi yang menggambakan oientasi ai mean listik E paa biang tegak luus tehaap aah ambat gelombang. Seangkan polaisasi antena beati aah geak mean listik ai gelombang elektomagnetik yang ipancakan oleh antena paa lobe utamanya. Secaa umum bentuk polaisasi meupakan kasus ai polaisasi elips. Jika aah ai vekto mean listik begeak bolak-balik paa suatu gais luus ikatakan bepolaisasi linie. Polaisasi ini bisa hoizontal atau vetikal. Paa Lapoan Poyek Akhi 0

8 polaisasi lingkaan besanya mean listik sama, tetapi alam pejalanannya beputa membentuk lingkaan. Fekuensi putaan aian aalah an tejai satu ai ua aah peputaan. Peputaan aa ua jenis, yaitu: seaah jaum jam (left han ciculay polaization) an belawanan aah jaum jam (ight han ciculay polaization). Gamba 7 mempelihatkan jenis polaisasi masing-masing linie vetikal, elips, an lingkaan. y y y E E E E z x z E x z E x AR = ~ AR =.4 AR = (a) (b) (c) Gamba 7. Jenis Polaisasi [3] (a) Polaisasi Linie, (b) Polaisasi Elips, (c) Polaisasi Lingkaan.3.3 Dimensi Patch Antena Pesegi Panjang Untuk menapatkan imensi patch antena mikostip maka haus iketahui spesifikasi bahan yang akan igunakan. Spesifikasi tesebut yaitu, tebal ielektik (h), konstanta ielektik (ε ) an tebal konukto (t). Gamba 8. Antena Mikostip engan Pacth Pesegi Leba pacth itentukan engan umus: (0) Lapoan Poyek Akhi 0

9 Panjang pacth itentukan engan umus:.() Dimana, ()...(3).4 Saluan Mikostip Konstuksi ai mikostip teii ai konukto stip (line) an sebuah konukto biang tanah yang ipisahkan oleh meium ielektik engan konstanta ielektik (ε ). Di atas stip aalah uaa sehingga bila tanpa shieling sebagian mean elektomagnetik akan meaiasi, an sebagian lagi aa yang masuk kembali ke alam substat ielektik. Jai, teapat ua ielektik yang melingkupi stip yaitu uaa engan konstanta ielektik satu an substat engan konstanta ielektik (ε ) >. Dengan emikian saluan mikostip, secaa keseluuhan, apat kita panang sebagai sebuah saluan engan ielektik homogen yang lebih besa ai satu tetapi lebih kecil ai ε. Konstanta ielektik ini isebut konstanta ielektik efektif (effective ielectic constant) [8]. Gamba 9. Pola Mean Listik Paa Saluan Mikostip Kita apat mengetahui nilai konstanta ielektik efektif ( e ) engan menggunakan pesamaan (4): Lapoan Poyek Akhi 0 3

10 Lapoan Poyek Akhi 0 4 0,04 e.(4) Untuk kepeluan peancangan, bila iketahui impeansi kaakteistik Z 0 an konstanta ielektik, leba stip apat icai engan pesamaan [3]: 0,6 0,39 ) ln( ) ln( 8 B B B e e A A..(5) engan Z A 0, 0, (6) Z B (7) Bila pengauh ketebalan konukto ipehitungkan, maka leba stip seolah-olah akan betambah leba, kaena aanya mean limpahan (finging fiel) yang tiak apat iabaikan. Dengan emikian besaan iganti engan leba efektif, / e, yaitu [8]: 4 ln,5 ln,5 t t t t e (8).5 Teknik Pencatuan Teknik pencatuan antena mikostip apat ibeakan menjai 4 [5], yaitu:. Mikostip Line Teknik pencatuan mikostip line memiliki kemuahan alam fabikasi, matching impeance an lebih muah alam pemoelan [5]. Teknik pencatuan mikostip line ipelihatkan paa gamba 0.

11 . Coaxial Pobe Gamba 0. Micostip Line Teknik pencatuan coaxial pobe memiliki kemuahan alam fabikasi, penyesuaian impeansi an memiliki aiasi spuious yang enah [5]. Teknik pencatuan coaxial pobe fee ipelihatkan paa gamba. 3. Apetue Coupling Gamba. Coaxial Pobe Teknik pencatuan apetue coupling meupakan teknik yang tesulit ai keempat teknik yang lain alam hal pabikasi, an memiliki banwith yang sempit. Akan tetapi teknik ini lebih muah alam pemoelannya an memiliki aiasi spuious yang tiak telalu besa [5]. Teknik pancatuan apetue coupling ipelihatkan paa gamba. Gamba. Apetue Coupling Lapoan Poyek Akhi 0 5

12 4. Electomagnetic Coupling Teknik pencatuan Electomagnetic coupling memiliki banwith yang teleba ai keempat teknik pencatuan.teknik ini memiliki kemuahan alam pemoelan an aiasi spuious yang enah, akan tetapi pabikasinya lebih sulit [5]. Teknik pencatuan electomagnetic coupling ipelihatkan paa gamba 3..6 Quate ave Tansfome Gamba 3. Electomagnetic Coupling Untuk menyesuaikan impeansi Z L iil ke Z 0 (iil) apat ilakukan engan menggunakan tansfomato /4, saluan engan impeansi kaakteistik Z 0, an panjangnya sepeempat panjang gelombang paa fekuensi ancangan. Gamba 4 mempelihatkan sebuah beban Z L yang ihubungkan ke saluan utama melalui tansfomato /4. /4 Z 0 Z 0, Z L Gamba 4. Penyesuai Impeansi Tansfomato /4 Impeansi masukan paa tansfomato, Z in = Z 0, kaena sesuai. Untuk saluan /4, impeansi masukan ini aalah Z, Zin 0 Z0 Z0, Z0 Z, L Z L..(9).7 Teknik Teknik untuk Menghasilkan Antena Multi Fekuensi. Othogonal-Moe-Multi-Fequency Antenna Untuk menghasilkan lebih ai satu fekuensi esonansi menggunakan teknik ini yaitu engan caa menempatkan pencatu paa satu buah patch Lapoan Poyek Akhi 0 6

13 seemikian upa sehingga paa posisi tesebut mematchingkan ua buah fekuensi esonansi. Gamba 5 menunjukkan teknik-teknik Othogonal-Moe-Multi- Fequency Antenna [6], ikutip ai [8]. Gamba 5. Othogonal-Multi-Fequency Antenna. Multi-Patch-Multi-Fequency antenna Untuk menghasilkan lebih ai satu fekuensi esonansi yaitu engan menyusun patch engan fekuensi esonansi yang bebea bea secaa i tumpuk (stacke) atau isusun secaa linea alam satu lapisan substat Gamba 6 menunjukkan teknik-teknik Multi-Patch-Multi-Fequency Antenna [6], ikutip ai [8]. Gamba 6. Multi-Patch-Multi-Fequency Antenna 3. Reactive-Loae-Multi-Fequency-Antenna Paa teknik ini untuk menghasilkan antena yang lebih ai satu fekuensi yaitu engan caa menambahkan beban paa antena (stub, pin, slot, slot an pin, maupun kapasito). Beban eaktif ini secaa khusus itambahkan paa tepi peaiasi (aiating ege). Untuk menghasilkan panjang esonansi yang lebih jauh, imana panjang esonansi bekaitan engan pembangkitan fekuensi esonansi lainnya. Gamba 7 aalah macam-macam teknik Reactive-Loae- Multi-Fequency-Antenna [0], ikutip ai [8]. Lapoan Poyek Akhi 0 7

14 Gamba 7. Reactive-Loae-Multi-Fequency Antenna.8 Gelombang Pemukaan (Suface ave) Gelombang pemukaan ibangkitkan paa antena mikostip yang memiliki konstanta ielektik >. Selain aiasi en-fie, gelombang pemukaan juga meningkatkan mutual coupling paa antena aay [0], ikutip ai [8]. Gamba 8 menunjukkan aah geak mean elektomagnetik paa antena mikostip single element yang apat menyebabkan gelombang pemukaan. Gamba 8. Gelombang Pemukaan Ketika patch meaiasikan gelombang ke uaa, aa juga gelombang yang iaiasikan ke bahan ielektik (suface wave). Gelombang pemukaan ini menembus ke alam substat paa suut elevasi θ c (θ c =Acsin (/ )) sampai ke biang petanahan lalu i efleksikan kembali iantaa lapisan substat-uaa. Gelombang yang iefleksikan ini akan menyebabkan efek mutual coupling ketika aa patch antena lain yang beaa iekat pacth antena tesebut (misal antena susun / aay). Lapoan Poyek Akhi 0 8

15 .9 Efek Mutual Coupling Mutual coupling aalah enegi atang paa satu atau keua elemen antena aay yang apat ihambukan kembali paa aah yang bebea sepeti suatu tansmitte bau [5], ikutip ai [8]. Hal ini menyebabkan kontibusi total ke aeah fa-fiel tiak hanya tegantung ai eksitasi ai geneato (pencatu) antena tetapi juga ai eksitasi yang meugikan kaena mutual coupling. Efek ini bepengauh tehaap meningkatnya nilai VSR, koefisien efleksi, an nilai tansmisinya (S ). Mutual coupling ini apat meubah besaan aus, fase, an istibusi tiap elemen sehingga pola aiasi keseluuhan antena bebea ibaningkan tiak mengalami coupling. Paa umumnya, mutual coupling mengakibatkan nilai maksimum an nulls ai pola aiasi antena begese an mengisi nulls. Bila jaak anta elemen semakin beekatan, efek mutual coupling akan semakin meningkat. Gamba 8 menunjukkan efek mutual Coupling yang ipengauhi oleh masing-masing patch alam satu lapisan substat. Gamba 9. Pengauh Mutual Coupling Tehaap Antena Aay Besa kecilnya efek mutual coupling tehaap pefomansi antena susun tegantung paa : a. Jenis antena an paamete esainnya sepeti impeansi elemen an koefisien efleksi b. Letak posisi elemen-elemen antena c. Pencatu ai antena susun Lapoan Poyek Akhi 0 9

16 .0 Defecte Goun Stuctue (DGS) Untuk menekan aanya efek mutual coupling paa antenna aay atau paa antenna yang memiliki lebih ai satu patch peaiasi paa satu lapisan substat, salah satu caa nya aalah engan DGS. Metoe DGS iasakan ai PBG untuk meubah sifat ai gelombang engan caa membuat satu atau lebih pola pencacatan engan i etch paa biang goun secaa peioik ini menyeupai PBG. Sehingga apat mempebaiki nilai VSR an koefisien efleksi ai suatu antena. Stuktu DGS biasanya igunakan paa angkaian filte alam micostip line yang akan menolak suatu fekuensi tetentu atau bangapsepeti halnya paa stuktu PBG. Macam-macam bentuk DGS iantaanya Concentic Rings, Squae Spial, pesegi panjang, an bentuk Dumbbell engan bentuk kepala yang bebea. Gamba 0. DGS Slot Dumbell Gamba. DGS Slot Tapesium Pola yang i etching paa biang goun akan mengganggu istibusi aus an meubah impeansi antena. Gangguan ini apat meubah kaakteistik tansmisi mikostip kaena unit DGS apat iepesentasikan sebagai angkaian kapasitansi an inuktansi (LC). Rangkaian ekivalen slot DGS apat iatikan sebagai beikut : R iatikan sebagai efek ai aiasi, L iatikan sebagai fluks magnetik yang melewati biang goun, an C iatikan sebagai besanya gap kapasitansi. Pefomansi sikuit R, L, C tesebut bekaitan eat engan bentuk an ukuan ai slot DGS. Hal hal yang apat mempengauhi peubahan pefomansi suatu filte aalah imensi ai kepala umbbell tesebut, baik luas kepala umbbell, panjang slot umbbell, posisi slot anta elemen antena, leba slot umbbell, jaak anta masing-masing slot umbbell, jumlah ai slot umbbell. Beasakan [], ikutip ai [8] semakin banyak jumlah slot umbbell kuva S filte akan semakin tajam. Paa [6], ikutip ai [8] fekuensi esonansi filte akan menuun Lapoan Poyek Akhi 0 0

17 secaa liniea jika panjang slot antaa keua kepala umbbell betambah panjang. Selain itu fekuensi keja filte apat isesuaikan engan mengubah-ubah luas ai keua kepala umbbell [], ikutip ai [8]. Bagian unit DGS apat membentuk fekuensi cutoff. Fekuensi cutoff yang ihasilkan beasakan luas slot, jaak anta slot, an leba penghubung slot. Gamba mempelihatkan fekuensi cutoff yang tejai ai gafik S an S. Selain iaplikasikan paa mikostip line an angkaian filte DGS juga apat iaplikasikan paa antena mikostip Gamba. Respon Fekuensi S an S Paa Filte Bebagai macam penelitian telah ilakukan untuk menemukan kaakteistik ai bebagai bentuk DGS tehaap patch antena mikostip. Salah satunya bentuk DGS slot umbbell [], an [4], ikutip ai [8]. Namun penelitian ini ifokuskan untuk aplikasi filte. Paa DGS slot umbbell, peubahan bentuk luas kepala ai umbbell an panjang slot () apat mempengauhi nilai inuktansi seangkan nilai kapasitansi ipengauhi oleh leba slot (s) antaa keua kepala umbell. Gamba 3 meupakan angkaian ekivalen R, L, C ai umbbell bentuk kepala kota. Lapoan Poyek Akhi 0

18 L Z0 C Zin R ZL Gamba 3. Rangkaian Pengganti DGS Slot Dumbbell Untuk menapatkan nilai R, L, C maka apat ilakukan umus penekatan sebagai beikut [4], ikutip ai [8]..(0).()...() Dengan f o = Fekuensi Resonansi Z o = 50 Ω f c = Fekuensi cutoff 3 B S ω = (Z in -Z o ) / (Z in +Z o ) ω o = πf o ω c = πf c Lapoan Poyek Akhi 0