Abstrak - IINUSAT-1 ( Indonesia Inter University Satellite-1 ) merupakan proyek satelit pertama antar

Transkripsi

1 Peancangan dan Pembuatan Antena Mikostip Pada Fekeunsi MHz dan MHz Tepolaisasi Sikula dan Bepolaadiasi Dieksional Untuk Potable Tansceive Satelit. Rizadi Sasmita Dawis, Eko Setijadi, Gamantyo Hendantoo Juusan Teknik Elekto, Fakultas Teknologi Industi, Institut Teknologi Sepuluh Nopembe Kampus ITS Sukolilo, Suabaya 60111, Indonesia Abstak - IINUSAT-1 (Indonesia Inte Univesity Satellite-1) meupakan poyek satelit petama anta univesitas yang ada di indonesia pada awal tahun 2010 sampai akhi Dalam angka patisipasi ITS dalam pembangunan satelit IINUSAT-1 pada bagian stasiun bumi yang tedii dai stasiun bumi tetap dan stasiun bumi begeak. Pada penelitian potable gound station salah satu sub-sistem yang akan di bangun adalah antena. Desain antena pada satelit tidak mungkin bepolaisasi sikula, kaena ukuan satelit nano IINUSAT-1 yang kecil sehingga digunakan antena Linie Coss Pola. Untuk dapat membangun komunikasi antaa potable gound station dan satelit, pada gound station akan dibangun antena yang bepolaisasi sikula dan bepolaadiasi dieksional. Pada penelitian ini telah dilakukan ancang bangun antena pada fekuensi MHz dan MHz tepolaisasi sikula dan bepolaadiasi dieksional. Tahap awal dalam pembuatan antena dilakukan simulasi dengan menggunakan softwae HFSS v11 dan CST Setalah dihasilkan disain yang sesuai, maka dilakukan fabikasi antena. Pengukuan antena dilakukan pada paamete nilai Retun Loss (RL), vsw, polaisasi dan pola adiasi antena. Pengukuan MHz yang dioptimasi menggunakan impedance matching type LC menghasilkan nilai RL Pot 1 = dan RL Pot 2 = , г Pot 1 = dan г Pot 2 = 0.05, Z in Pot 1 = Ω dan Z in Pot 2 = Ω, VSWR Pot 1 = dan VSWR Pot 1 = 1.106, gain= 8.18 db, polaisasi ellips (axial atio AR = 1.24) seta pola adiasi dengan HPBW= 47.5 o. Pengukuan MHz menghasilkan nilai RL= db, г= 0.13, Z in = 64.9 Ω, VSWR = 1.31, gain = 2.2 db, polaisasi antena adalah ellips (axial atio AR= 1.21) seta pola adiasi dengan HPBW= 46 o. I I. PENDAHULUAN inusat-1 sebagai cikal bakal satelit petama yang dibangun oleh mahasiswa Indonesia dengan kejasama anta 5 peguuan tinggi dan 1 badan nasional yaitu UI, ITB, UGM, ITS, PENS ITS dan LAPAN. Pada IiNUSAT-1, Institut Teknologi Sepuluh Nopembe bepatisipasi pada bidang gound segment. Gound segment tebagi menjadi dua bagian yaitu fix gound segment dan potable gound segment. Penelitian mahasiswa ITS saat ini fokus pada pembangunan potable gound segment. Antena meupakan salah satu subsystem penting pada potable gound segment. Satelit IiNUSAT-1 meupakan satelit NANO yang memiliki dimensi kecil sehingga pada satelit tidak memungkinkan pembuatan antena dengan polaisasi sikula yang memiliki dimensi lebih besa dai dimensi satelit dimana pada satelit menggunakan antena linie coss dengan polaisai pola. Satelit ini bekeja pada fekuensi MHz-146 MHz (uplink) dan 435 MHz- 438 MHz (downlink) [1]. Untuk menjawab pemasalahan di atas, maka pada pembuatan sub-system antena potable gound segment yaitu antena pada fekuensi MHz dan 436.5MHz tepolaisasi sikula dan polaadiasi dieksional. Peancangan antena mikotsip dengan kaakteistik polaisasi sikula diancang untuk mendukung komunikasi satelit begeak [2], yang sangat cocok diaplikasikan pada potable gound segment. II. LANDASAN TEORI Pada antena ada bebeapa macam patch yang dapat diaplikasikan. Pada tugas akhi ini konfiguasi digunakan adalah cicula patch (Gamba 1) dan ectangula patch (Gamba 2). A. Cicula Patch Gamba 1. Geometi antena cicula patch Untuk mendisain, petama menentukan konstanta dielektik substat (ɛ ), fekuensi esonansi (f ) dan ketebalan substat h. menentukan nilai jai-jai patch (a) dengan umus : 1

2 Dimana : F a = h ' πε F ln! # π F $ * 0. ) & , 1 / ( " 2h % + 2 F = f ε Ingat bahwa h pada (pes 2) haus dalam cm [3]. B. Rectangula Patch 1 2 ( pes. 1 ) ( pes. 2 ) III. PERANCANGAN DAN SIMULASI Langkah awal dalam peancangan antena MHz dan MHz polaisasi sikula adalah menentukan kaakteistik awal yaitu etun loss -10dB, VSWR< 2, polaisasi sikula, substat yang digunakan adalah FR4 dengan ketebalan h=1.6 mm dan pemitifitas elative ε =4.4. Pada peancanan ini MHz menggunakan ectangula patch dual feeding (Gamba 3a) dan MHz menggunakan cicula patch single feeding (Gamba 3b), konfiguasi ini digunakan untuk menghasilkan polaisasi sikula pada antena. Dai hasil pehitunngan dimensi MHz W=L= 49 cm seta MHz memiliki jai-jai patch a= 9.52 cm. A. Hasil simulasi MHz : Gamba 2. Geometi antena ectangula patch Untuk Menghitung nilai W dan L dapat menggunakan umus : c 2 W = ( pes. 3 ) 2 f ε + 1 c L = 2 ΔL ( pes. 4 ) 2 f ε dengan ΔL : dan ε eff : ΔL = 0,412 h ( ε + 0,3) W + 0,264 h W ( ε 0,258) + 0,8 h ε + 1 ε 1 h ε = W Keteangan : ε = konstanta dielektik efektif (F/m) ε = konstanta dielektik bahan (F/m) h = tinggi bahan substat (m) W = leba elemen adiasi (m) L = panjang elemen adiasi (m) [3] C. Sistem Feeding Antena bepolaisasi cicula dikategoikan menjadi dua tipe bedasakan sistem feeding nya, yang petama adalah dual-feed CP antena dengan polaize ekstenal sepeti 3 db hybid, dan kedua singly-fed tanpa polaize ekstenal. Klasifikasi antena bedasakan jumlah titik feeding dipelukan untuk eksitasi polaisasi sikula. 1 2 ( pes. 5 ) ( pes. 6 ) Gamba 4. Dimensi antena MHz Tabel 1. Ukuan Antena Mikostip MHz Simbol Ukuan L 47.6 cm W 47.6 cm fd cm fd cm Wg 60.4 cm h 3.2 mm Nilai etun loss MHz dai simulasi adalah db sepeti yang ditunjukkan pada Gamba 5. (a) Dual fed patch Gamba 5. Retun Loss Mikostip MHz Simulasi Dai nilai etun loss maka dapat dihitung bandwidth dai antena hasil simulasi yaitu : (b) Singly fed patch Gamba 3. Dua tipe Sistem Feeding pada Antena Mikostip Polaisasi sikula [4] 2 FU F BW = F C L x100% ( pes. 7 )

3 146.4MHz 145.2MHz BW = x100% = 0.823% 145.8MHz Gamba 6 meupakan hasil simulasi MHz menggambakan pola adiasi sebagai fungsi gain dengan nilai gain= -6.2 db. Hasil simulasi kuat medan listik seta aah vecto eal pointing yang menyatakan polaisasi antena dengan aah vecto adalah Left Hand Cicula Polaization (LHCP) tedapat pada Gamba 7. Tabel 2. Ukuan Antena Mikostip MHz Simbol Ukuan a 8.2 cm s1 / s2 3.3 cm fd1 / fd2 5 cm Wg 24 cm h 1.6 mm θ 45 o Retun loss MHz dai hasil simulasi benilai db ditunjukkan pada Gamba 9. Gamba 6. Polaadiasi Mikostip MHz Simulasi Gamba 7. Kuat Medan Listik dan Aah Vecto Real Pointing Mikostip MHz Simulasi B. Hasil optimasi simulasi MHz : Gamba 9. Retun Loss Mikostip MHz Simulasi Bandwidth MHz dai simulasi dapat dihitung menggunakan pesamaan 7 yaitu : 440MHz 434MHz BW = x100% = 1.372% 437MHz Hasil simulasi MHz menggambakan pola adiasi antena tedapat pada Gamba 10 dan hasil simulasi kuat medan listik seta aah vecto eal pointing dai antena ditunjukkan oleh Gamba 11. Pada Gamba 10 diketahui polaadiasi dai fungsi gain benilai -5 db pada phi= 0 o. Pada Gamba 11 polaisasi dai simulasi ditunjukkan oleh aah vecto eal pointing yang memiliki vecto peputaan dengan aah Left Hand Cicula Polaization (LHCP). Gamba 8. Dimensi Antena Mikostip MHz 3 Gamba 10. Polaadiasi Mikostip MHz Simulasi

4 Gamba 11. Kuat Medan Listik dan Aah Vecto Real Pointing MIkostip MHz Simulasi IV. ANALISIS DATA HASIL PENGUKURAN Paamete unjuk keja dai antena yang akan dianalisis dan dibahas pada pengukuan antena, yaitu: a. Retun Loss (S 11 ) b. Bandwitdh c. VSWR d. Gain Antena e. Pola Radiasi f. Polaisasi Pengukuan antena dilakukan dengan menggunakan Netwok Analyze, Spectum Analyze dan Signal Geneato. A. Hasil Pengukuan Antena Mikostip MHz Pengukuan etun loss dan VSWR antena dilakukan dengan menggunakan netwok analyze dengan hasil pengukuan etun loss pada Gamba 12. Retun losss pada Pot 1 adalah db dan pada Pot 2 adalah db. Dai Gamba 12 dapat dilihat bahwa kuva dengan nilai minimum telah tecapai pada fekuensi MHz. Bandwidth MHz dai pengukuan dapat dihitung menggunakan pesamaan 7 yaitu : 147.2MHz 146.6MHz BW Pot 1 = x100% = 0.408% 146.9MHz BW Pot 147.2MHz 146.4MHz 2 = x100% = 0.544% 146.8MHz Gamba 13. VSWR Mikostip MHz Pengukuan Tabel 3. Hasil Pengukuan Daya Teima Antena Untuk Gain Antena Monopole MHz Antena Mikostip MHz dbm dbm Gamba 13 menunjukan hasil pengukuan VSWR MHz. VSWR pada Pot 1 = dan pada Pot 2 =1.106, dai data ini VSWR telah memenuhi ktiteia < 2 dan memiliki nilai mendekati VSWR = 1. Sehingga asio dai tegangan gelombang pantul dan gelombang datang sangat kecil. Pengukuan besaan gain, polaadiasi dan polaisasi menggunakan alat uku spectum analyze dengan sumbe sinyal menggunakan signal geneato. Beikut hasil pengukuan gain MHz : Pada Tabel 3, dai kedua daya teima tebut dan gain antena efeensi 4.5 dbi, maka gain antena dapat dicai [6]: P = ( pes. 7 ) P momopole G monopole 50.67dBm = 4.5dB K = 50.67dBm 4.5dB = 55.17dBm mikostiip 46.99dBm + ( 55.17dBm) ( pes. 8 ) G = 46.99dBm dBm = 8.18dB Dai hasil simulasi di HFSS dihasilkan gain db. Pada pengukuan gain MHz adalah 8.18 db. Hal ini mungkin tejadi akibat kuang akuatnya softwae simulasi dalam menentukan nilai gain antena secaa simulasi. Beikut hasil pengukuan polaadiasi MHz : Gamba 12. Retun Loss Mikostip MHz Pengukuan 4 Gamba 14. Polaadiasi Mikostip MHz Pengukuan

5 Tabel 4. Polaisasi Mikostip MHz Pengukuan P Antena Posisi P Antena Posisi Hoizontal (dbm) Vetikal (dbm) Gamba 14 menunjukkan polaadiasi dai nilai daya teima antena MHz yang telah tenomalisasi. Pola adiasi dai pengukuan menghasilkan HPBW= 47.5 o. Data pengukuan polaisasi MHz dai daya teima antena pada posisi hoizontal dan vetikal tedapat pada Tabel 4. Dai data hasil pengukuan pada Tabel 4, telebih dahulu konvesi daya teima (dbm) ke bentuk kuat medan teima (dbuv/m) dengan menggunakan pesamaan beikut [7] : db µ = dbm ( pes. 9 ) Dimana : K : Fakto koeksi antena F : Fekuensi (MHz) G : Gain antena Kuat medan pada hoizontal : K = 20 log( F) G 29.8 db µ = [20log(145.9) ] = 78.53dBµ Kuat medan pada vetikal : db µ = [20log(145.9) ] = 63.27dBµ Dai data hasil pengukuan di atas dapat dihitung nilai axial atio dai polaisasi antena MHz dengan menggunakan pesamaan beikut [5] : EMajo 78.53BuV AR = = = 1.24 ( pes. 10 ) E 63.27dBuV Mino ( pes. 10 ) Axial atio antena MHz adalah elliptical kaena elliptical memiliki ange 1 < AR <. B. Hasil Pengukuan Antena Mikostip MHz Gamba 15 meupakan hasil pengukuan etun loss antena MHz. Retun loss antena pada fekuensi MHz adalah dB, dimana nilai etun loss teendah teletak pada fekuensi 431.1MHz dengan nilai dB. Bandwidth MHz dai pengukuan dapat dihitung menggunakan pesamaan 7 yaitu : 498.5MHz 390.5MHz BW = x100% = 24.29% 444.5MHz Gamba 16. VSWR Mikostip MHz Pengukuan Tabel 5. Hasil Pengukuan Daya Teima Antena Untuk Gain Antena Antena Mikostip Monopole MHz dbm dbm VSWR bedasakan hasil pengukuan antena MHz dapat dilihat pada Gamba 16. VSWR (Voltage Standing Wave Rasio) antena pada fekuensi MHz adalah 1.31, dimana nilai VSWR teendah teletak pada fekuensi MHz dengan nilai Pengukuan gain antena dilakukan dengan menggunakan antena efeensi monopole yang bekeja pada fekuensi 430 MHz dengan gain antena 5.2 dbi. Untuk pengukuan digunakan spectum analyze untuk mengetahui daya teima dai antena efeensi monopole dan antena MHz. Tabel 5 adalah hasil pengukuan daya teima untuk antena monopole dan. Kedua daya teima tesebut dan gain antenna efeensi diketahui, maka gain antenna dapat hitung [6]: P = P momopole G monopole 53.3dBm = 5.2dB K = 53.3dBm 5.2dB = 58.5dBm 56.3dBm mikostiip + ( 58.5dBm) G = 56.3dBm dBm = 2.2dB Dai hasil simulasi di HFSS dihasilkan gain -5 db. Pada pengukuan gain MHz adalah 2.2 db. Hal ini mungkin tejadi akibat kuang akuatnya softwae simulasi dalam menentukan nilai gain antena secaa simulasi. Gamba 17 meupakan hasil pengukuan polaadiasi MHz. Gamba 15. Retun Loss Mikostip MHz Pengukuan 5

6 =1.106, impedansi input antena Z in pada Pot 1 = ohm dan Pot 2 = ohm, pola adiasi dengan HPBW= 47.5 o seta polaisasi dai antena adalah ellips dengan axial atio AR = Antena MHz telah selesai disimulasi, fabikasi dan dilakukan pengukuan dengan hasil etun loss = dB, bandwidth = 24.29% dan VSWR = 1.31, pola adiasi dengan HPBW= 46 o seta polaisasi dai antena adalah ellips dengan axial atio AR = Antena MHz dan MHz yang dibuat telah memenuhi paamete nilai etun loss, VSWR, namun untuk polaisasi dan pola adiasi hampi memenuhi paamete awal antena. Gamba 17. Polaadiasi Mikostip MHz Pengukuan Tabel 6. Polaisasi Mikostip MHz Pengukuan P Antena Posisi P Antena Posisi Hoizontal (dbm) Vetikal (dbm) Gamba 17 menunjukkan polaadiasi dai nilai daya teima antena MHz yang telah tenomalisasi. Pola adiasi dai pengukuan menghasilkan HPBW= 46 o. Data pengukuan polaisasi MHz dai daya teima antena pada posisi hoizontal dan vetical tedapat pada Tabel 6. Dai data hasil pengukuan pada Tabel 6, telebih dahulu konvesi daya teima (dbm) ke bentuk kuat medan teima (dbuv/m) dengan menggunakan pesamaan 9 dan 10 : Kuat medan pada hoizontal : db µ = [20log(436.5) ] = 92.28dBµ Kuat medan pada vetikal : db µ = [20log(436.5) ] = 76.16dBµ Dengan mengetahui kuat medan teima dai antena dapat dihitung nilai axial atio dai polaisasi antena MHz dengan menggunakan pesamaan 10 : EMayo 92.28dBuV AR = = = 1.21 E 76.16dBuV Mino Axial atio antena MHz adalah elliptical kaena elliptical memiliki ange 1 < AR <. VI. DAFTAR PUSTAKA [1] IiNUSAT. "Peliminay Design Review" [2] Dasono M. Peancangan Antena Mikostip Patch Segitiga Polaisasi Lingkaan Untuk Aplikasi Global Positioning Sevice (Gps) Pada Satelit Miko Lapan- Tubsat. Junal Sains dan Teknologi EMAS. Vol 18. No 2; Mei [3] Balanis. Constantine.A. Antenna Theoy : Analysis and Design. (USA: John Willey and Sons, 1997). [4] James J R & Hall P S. Handbook of Micotip Antennas. IEE Electomagnetic Waves Seies 28. Vol 1; [5] Naka, Punit S Design of a Compact Micostip Patch Antenna fo use in Wieless/Cellula Devices. The Floida State Univesity. Thesis. [6] Mudik Alaydus. Antena Pinsip dan Aplikasi. Gaha Ilmu, [7] Haold Kinley. R, Standad Radio Communications Manual : With Instumentation And Testing Techniques, Pintice-Hall, VII. BIOGRAFI Rizadi Sasmita Dawis, lahi di Pekanbau 10 Apil 1988, anak petama dai tiga besaudaa pasangan Dawis Wahab dan Yenita Madjid. Memulai pendidikan fomalnya di SD Negei 034 Sukajadi - Pekanbau, kemudian meneuskan pendidikan di SLTP Negei 4 Pekanbau, penulis lulus pada tahun 2006 dai SMU Negei 5 Pekanbau. Penulis melanjutkan studi di Politeknik Caltex Riau pada pogam studi Teknik Telekomunikasi dai tahun Untuk mendapatkan gela sajana, penulis melanjutkan kuliah di Intitut Teknologi Sepuluh Nopembe - Juusan Teknik Elekto pogam studi Telekomunikasi Multimedia. V. KESIMPULAN Dai analisis tehadap hasil simulasi dan pengukuan antena Mikostip MHz dan MHz, disimpulan bahwa antena MHz telah selesai disimulasi, fabikasi dan dilakukan pengukuan. Hasil Simulasi mikosti MHz telah memenuhi kiteia disain, hasil fabikasi mengalami pegesean fekuensi tengah dan telah dilakukan optimasi dengan menggunakan impedance matching LC type L dengan hasil optimasi menunjukkan etun loss pada Pot 1 = db dan Pot 2 = db, bandwidth Pot 1 = 0.408% dan Pot 2 = 0.544%, VSWR pada Pot 1 = dan pada Pot 2 6