Perancangan Butler matrix 4x4 pada Frekuensi 1,27 GHz untuk Aplikasi Synthetic Aperture Radar (SAR)

Transkripsi

1 Peancangan Butle matix 4x4 pada Fekuensi 1,27 GHz untuk Aplikasi Synthetic Apetue Rada (SAR) Nu Kamila 1, Bambang Setia Nugoho 2, Budi Syihabuddin 3 Fakultas Teknik Elekto,Univesitas Telkom Bandung Nukamila25@gmail.com 1, Bambangsetianugoho@yahoo.com 2, Bsyihabuddin@gmail.com 3 Abstak Synthetic apetue ada (SAR) adalah teknologi ada yang dikembangkan untuk mengatasi ketebatasan optical camea yang lebih dahulu digunakan untuk aplikasi pengindeaan pemukaan bumi dalam jaak jauh (emote sensing). SAR menyajikan infomasi dalam bentuk cita atau gamba (ada imaging) yang memanfaatkan pinsip keja gelombang elektomagnetik yang bekeja pada fekuensi 1,265GHz 1,275GHz sebagai saana pengambilan data aga dapat diopeasikan dalam segala cuaca baik siang ataupun malam. Untuk mendapatkan hasil yang akuat dibutuhkan pengaahan bekas antena yang tepat dan fokus. Masalah pengaahan bekas antena dapat diatasi dengan teknik pembentukan pola adiasi atau biasa dikenal dengan beamfoming. Beamfoming bisa dilakukan dengan menambahkan pencatu pada antena, salah satu pencatu antena yang dapat membentuk 2 aah bekas adalah hybid 90. Apabila diinginkan lebih dai 2 aah bekas, pencatu antena pembentuk banyak aah yang dapat digunakan, diantaanya adalah Rotman Lens, Blass matiks atau Butle Matix. Butle Matix memiliki kelebihan diantaa ketiga pembentuk banyak aah bekas, kaena lebih sedehana dan membutuhkan jumlah pengkopel hybid 90 yang lebih sedikit sehingga dapat menguangi dimensi. Pada penelitian ini akan diancang Butle matix 4x4 pada fekuensi 1,27 GHz untuk diaplikasikan pada Synthetic apetue ada (SAR). Adapun komponen penyusunnya tedii dai 4 hybid 90, 1 cossove dan 2 phase shifte 45 dibuat menggunakan micostip dengan jenis substat FR4 Epoxy dengan ketebalan 1,6 mm. Butle matix 4x4 yang diancang pada fekuensi 1,27 GHz menggunakan softwae ADS menghasilkan etun loss dan isolation 10dB, insetion loss 10dB dan kesalahan fasa 10. Kata Kunci: Beamfoming, Butle matix 4x4, Synthetic apetue ada 1. Pendahuluan Teknologi pengindaan jauh (Remote sensing) saat ini sedang dikembangkan kaena memiliki manfaat yang luas. Synthetic apetue ada (SAR) temasuk kedalam micowave emote sensing yaitu pengindaan jauh menggunakan gelombang micowave. SAR sangat cocok digunakan untuk daeah topis kaena SAR dapat bekeja dalam cuaca apapaun baik siang atau pun malam. Tidak sepeti emote sensing yang pengambilan datanya menggunakan platfom satelit dengan teknologi kamea, SAR dapat bekeja menembus awan, kabut, hujan atau benda lainnya yang menutupi bumi[2] Pada SAR dibutuhkan pengaahan bekas antena yang bisa bekeja dengan baik dan akuat aga didapat beamwidth yang teaah. Salah satu caa untuk mengatasi masalah beamwidth yang seing digunakan adalah dengan menggunakan teknik pembentukan pola adiasi atau biasa disebut beamfoming. Pembentukan pola adiasi/ beamfoming bisa dilakukan dengan menambahkan pencatu pada antena, salah satu pencatu antena yang dapat membentuk 2 aah bekas adalah hybid 90. Apabila diinginkan lebih dai 2 aah bekas, pencatu antena pembentuk banyak aah yang dapat digunakan, diantaanya adalah Rotman Lens, Blass matiks atau Butle Matix. Butle Matix memiliki kelebihan diantaa ketiga pembentuk banyak aah bekas, kaena lebih sedehana dan membutuhkan jumlah pengkopel hybid 90 yang lebih sedikit sehingga dapat menguangi ukuan (dimensi). Pengkopel hybid 90 pada jaingan pembentuk banyak aah bekas befungsi sebagai pembagi daya. [4] Pada penelitian yang telah ada sebelumnya [1], didesain dan diealisasikan Wideband Butle matix 4x4 untuk switched beam adaptive antenna. Hasil dai penelitian ini adalah wideband Butle Matix4x4 dengan dimensi yang lebih kecil kaena cossove yang digunakan hanya 1 buah sedangkan pada umumnya cossove yang digunakan adalah 2 buah. Adapula penelitian Penelitian yang telah ada sebelumnya [5] peancangan dan ealisasi Butle matix 4x4 pada Fekuensi 2,3 GHz untuk aplikasi mobile WiMax. Pada penelitian ini akan diancang Butle Matix 4x4 dengan fekuensi yang bebeda dai penelitian sebelumnya yaitu pada fekuensi 1,27 GHz yang akan diaplikasikan untuk teknologi SAR menggunakan softwae Advanced Design System (ADS). Adapun spesifikasi yang diingankan adalah sebagai beikut : insetion loss 10 db, etun loss 10dB dan kesalahan fasa 10. 1

2 2. Caa Peancangan Butle matix 4x4 Untuk meancang Butle Matix menggunakan softwae simulato Advanced Design System (ADS) telebih dahulu diancang komponen penyusunnya yaitu, hybid 90, cossove dan phase shifte 45. Komponenkomponen ini diancang dalam mikostip yang bebahan substat FR4 Epoxy. Bahan substat akan bepengauh tehadap dimesi dai komponenkomponen tesebut. Setelah mendesain dan mengoptim komponen penyusunnya maka komponenkomponen tesebut digabungkan menjadi sebuah Butle Matix 4x Saluan Mikostip Saluan tansmisi mikostip tesusun dai dua kondukto, yaitu sebuah stip dengan leba w dan bidang pentanahan, keduanya dipisahkan oleh suatu substat yang memiliki konstanta dielektik elatif ( ) dengan tinggi h sepeti ditunjukkan pada Gamba 2.1 Gamba 2. 1 Saluan Mikostip Saluan mikostip meupakan jenis saluan tansmisi yang digunakan untuk teknologi gelombang miko. Saluan mikostip sangat tekenal penggunaanya disebabkan poses pembuatannya yang elatif mudah dengan caa photolithogaphic (pintedcicuit) dan dapat diintegasikan pada peangkat micowave aktif maupun pasif [1]. Beikut ini meupakan bebeapa efeensi pehitungan dai paamete yang tedapat pada saluan mikostip: A 8e 2 A W e 2 d 2 B 1 ln c. Rasio W/d dengan Z 0 A 60 Untuk W/d <1 (2.3) 1 2 2B 1 ln B B 2Z 0,61 0, , 11 0, (2.4) (2.5) (2.6) dimana ε adalah konstanta dielektik bahan yang tegantung dai substat yang digunakan. 2.2 Butle matix 4x4 Butle Matix adalah angakain micowave yang memiliki N masukan dan N keluaan yang digunakan dalam beamfoming dan switched beam pada susunan antena linie maupun sikula. Butle Matix meupakan salah satu pencatu yang menghasilkan banyak aah bekas, dimana pengkopel hybid 90 meupakan komponen utamanya[4]. Adapun penyusun Butle Matix selain hybid 90 adalah cossove dan phase shifte/penggese fasa. a. Panjang gelombang Panjang gelombang dalam saluan dengan Gamba 2. 2 Blok Diagam Conventional Butle matix 4x4 konstanta dielektik adalah Pada umumnya desain Butle matix 4x4 c d (2.1) menggunakan 2 buah cossove, yang teletak ditengah (2.1) f dan pada pot keluaan. Namun pada tugas akhi ini akan diancang Butle matix 4x4 dengan menghilangkan satu buah cossove pada pot keluaan. b. Konstanta dielektik efektif Tujuan menghilangkan cossove yang teletak pada Konstanta dielektik efektif nilainya adalah pot keluaan adalah untuk mempekecil dimensi Butle 1 < ε e < ε matix 4x4 dan mempekecil ugiugi. Namun hal ini menyebabkan uutan pot akan beubah, yaitu pot e akan beubah menjadi pot 7 begitupun sebaliknya d / W Jika angkaian tanpa ugiugi dan semua pot dalam keadaan matched, daya keluaan pada tiap pot Untuk W/d 1 (2.2) keluaan adalah sepeempat daya W/d masukan. 1 Pencatuan w pada masingmasing pot akan menghasilkan beda fasa 2 e ( 0.04(1 ) ) d / W h 2

3 yang bebeda pada pot output sehingga akan menyebabkan pebedaan aah bekas keaah tetentu[1]. Tabel 2. 1 Beda Fasa Keluain Butle matix 4x4 2.3 Hybid 90 Pengkopel Hybid 90 meupakan komponen utama dai pencatu antena banyak aah Butle Matix. Pengkopel hybid meupakan salah satu jenis Diectional couple dimana memiliki pembagian daya yang sama besa. Pengkopel hybid 90 memiliki pebedaan fasa antaa teminal keluaan 90 (quadatue)[4]. Apabila teminal 1 meupakan teminal masukan, maka teminal 2 meupakan teminal isolasi, teminal 3 adalah teminal langsung (diect pot) dan teminal 4 meupakan teminal yang tekople (coupled pot). Bila suatu pengkopel hybid 90 dicatu dengan impedansi sebesa Zo, maka nilai impedansi pada lengan shunt = Zo dan nilai impedansi pada lengan seinya = Zo/. Sedangkan jaak anta lengan λ/4 ditentukan oleh fekuensi esonansi yang diinginkan. keseimbangan amplitudo sehingga tidak dapat mencapai pebedaan ideal 0dB. 2.4 Cossove Cossove dikenal sebagai pengkoplel 0dB kaena pesyaatan coss line tansmission pada cossove memiliki minimal coupling (0dB) diantaa teminal keluaan[4] Bentuk tesebut meupakan dua pengkopel hybid yang dikaskade. Dengan kondisi yang tekaskade, sinyal hanya melewati teminal yang beada disisi lain dai teminal masukan pada banch line (coss line)[1]. Cossove dapat dibuat dengan menggabungkan Hybid 90 secaa sei[1]. Gamba 2. 4 Cossove Jika sinyal masuk pada pot 1, idealnya keluaan hanya ada pada pot 3 dengan amplitude yang sama dengan beda fasa 0 o. Sedangkan pada pot 2 dan pot 4 tidak ada sinyal yang lewat[1]. Cossove pada jaingan pembentuk banyak aah befungsi sebagai peangkat yang mengisolasi aus pada aah tetentu. Cossove yang banyak digunakan dalam penelitian adalah cossove yang dibentuk dai bebeapa pengkopel hybid yang dikaskade. Kekuangan caa tesebut akan menyebabkan ukuan yang lebih besa dengan kaakteistiknya besifat pita sempit[4]. Gamba 2. 3 Hybid 90 Pengkopel hybid 90 adalah pengkopel dengan pebedaan fasa sebesa 90 pada kedua keluaannya, yaitu pot though (teminal 3) dan pot coupled (teminal 4) [2]. Pada pengkopel hybid 90, koefisien insesi dan koefisien koplingnya memiliki nilai yang sama, beati pengkopel hybid 90 akan membagi daya sama besa pada teminal langsung dan teminal yang tekopel. Pengkopel hybid 90 yang ideal, sehausnya memiliki pebedaan daya diantaa kedua teminal keluaan sebesa 0dB, dan beda fasa antaa S31 dan S41 adalah 90 namun pada pakteknya, fekuensi mempengauhi 2.5 Phase shifte 45 Penggese fasa meupakan saluan tansmisi dengan panjang tetentu befungsi untuk menggese fasa sinyal yang dilewatkan[1] dan pada dasanya juga memiliki leba pita (impedance bandwidth) tebatas[2]. Untuk menggese fasa sebesa φ panjang saluan tansmisi yang dibutuhkan adalah :. dimana (2.8) (2.9) 3. Peancangan dan Analisis 3.1 Spesifikasi Butle matix 4x4 Dalam peancangan Butle matix 4x4 yang akan dikejakan pada penelitian ini dipelukan spesifikasi telebih dahulu, kemudian diancang dan disimulasikan. 3

4 Pada penelitian ini akan diancang Butle matix 4x4 dengan spesifikasi sebagai beikut: a. Fekuensi keja : 1,27 GHz b. kesalahan fasa : 10 d. Insetion loss : 10dB e. Retun loss dan Isolation : 10dB dan 4 telah mendekati 90 o, sehingga desain quadatue hybid telah memenuhi spesifikasi 3.2 Peancangan Hybid 90 Pehitungan dimensi hybid 90 menggunakan umus (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5) dengan fekuensi 1,27GHz dan bahan substat FR4 Epoxy, maka didapatkan dimensi hybid 90 sebagai beikut: Tabel 3. 1 Dimensi Hybid 90 Impedan W L ε Saluan si (Ω) e (mm) (mm) Z ,2813 2, ,3553 3, Hasil simulasi desain awal menunjukan pegesean titik maximum pada S31 dan S41 pada fekuensi lebih dai fekuensi keja, nilai S31 dan S41 belum mendekati 3 db atau setengah daya masukan. Hal ini dapat tejadi akibat adanya ugiugi pada saluan. Gamba 3.12 menunjukan desain quadatue hybid yang telah dioptimasi. Gamba 3. 2 Insetion Loss, Retun Loss, dan Isolation pada Hybid 90 Gamba 3. 3 Hasil Fasa pada Hybid 90 Gamba 3. 1 Design Hybid 90 Dai hasil simulasi desain yang telah dioptimasi dengan mengubah panjang lengan paalel dan sei, dipeoleh nilai S31 dan S41 telah mendekati 3 db. Selain itu, nilai S11 (etun loss) dan S21 (isolation loss) sudah memenuhi spesifikasi yaitu 10 db pada fekuensi 1,27 GHz. Pebedaan fasa anta pot Peancangan Cossove Pehitungan dimensi cossove menggunakan umus (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5) dengan fekuensi 1,27GHz dan bahan substat FR4 Epoxy, maka didapatkan dimensi hybid 90 sebagai beikut: Saluan Tabel 3. 3 Dimensi Cossove Impedansi ε (Ω) e W (mm) L(mm) Z ,2813 2, Tabel 3. 2 Hasil Simulasi Hybid 90 Fekuensi S11 S21 S31 S41 Beda Fasa 1.27 GHz 90,0 23,860 24,005 3,472 3,530 db db d db 86 o B 4

5 Gamba 3. 4 Design Cossove Tabel 3. 4 Hasil Simulasi Cossove Fekuensi S11 S21 S31 S41 Fasa S GHz 45,767 0,125 o 39,45 26,22 db 0,915 db db db Hasil simulasi cossove dipeoleh nilai insetion loss (S41) mendekati 0 db yaitu 0,125 db atau dengan fasa pada pot 4 sudah mendekati 0 o sehingga tidak tejadi pegesean fasa. Sedangkan nilai etun loss (S11), dan isolasi (S21 dan S31) dipeoleh nilai 10 db, yang atinya hampi tidak ada yang dilewatkan pada potpot tesebut, meskipun ada tapi masih dalam nilai yang dapat ditolei, sehingga desain cossove sudah memenuhi spesifikasi. Gamba 3. 6 Hasil fasa pada Cossove 3.3 Peancangan Phase shifte 45 Phase shifte yang akan diancang pada tugas akhi ini adalah phase shifte 45 sebanyak 2 buah. Untuk mendesainnya leba phase shifte haus sama dengan leba cossove. Gamba 3. 7 Design Phase shifte 45 Dai hasil simulasi dipeoleh nilai S11 (etun loss) kuang dai 10 db yaitu 26,06, S21 (insetion loss) mendekati 0 db yaitu 0,664, dan pebedaan fasa antaa pot keluaan S21 44,977 o pada fekuensi 1,27 GHz, sehingga desain phase shifte 45 o sudah sesuai spesifikasi. Gamba 3. 5 Insetion loss, etun loss, isolation pada Cossove Gamba 3. 8 Insetion loss dan Retun loss pada Phase shifte 45 5

6 Gamba 3. 9 Hasil fasa pada Phase shifte Peancangan Butle matix 4x4 Peancangan desian Butle matix 4x4 didapat dengan menggabungakan 4 buah hybid 90, 1 buah cossove dan 2 buah phase shifte 45 yang telah dioptimasi. Dibawah ini adalah desain akhi Conventional Butle matix 4x4: Gamba Insetion loss, etun loss, isolation pada Butle Matix Idealnya hasil insetion loss pada pot keluaan adalah 6dB, atau ¼ daya masukan, namun pada hasil simulasi ada sedikit pegesean nilai insetion loss dikaenakan adanya ugiugi pada saluan. Gamba Design Butle matix 4x4 Dai hasil simulasi dipeoleh nilai S11 (etun loss) kuang dai 10 db, nilai S21, S31, S41 (isolasi) kuang dai 10 db, nilai S51, S61, S71, S81 (insetion loss) lebih dai 10 db dan pebedaan fasa anta pot keluaan dengan input pot 1,2,3, dan 4 secaa beuutan adalah adalah ± 45, ± 135, ± 135 dan ± 45. Desain Butle matix 4x4 sudah sesuai spesifikasi. Gamba Hasil fasa dengan input pot 1 6

7 Tabel 3. 5 Hasil fasa pada masingmasing pot Input Output Tabel 3. 6 Beda fasa pada masingmasing pot Gamba Hasil fasa dengan input pot 2 Pot Telihat dai tabel beda fasa anta pot sudah sesuai spesifikasi, yaitu dengan kesalahan fasa 10. Gamba Hasil fasa dengan input pot 3 4. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat ditaik dai penelitian ini adalah 1. Menguangi jumlah cossove menjadi hanya satu buah memang akan mempekecil dimensi antena, tapi menjadikan keluaan fasa tidak beuutan, yaitu antaa pot 6 dan pot Untuk mendapatkan hasil Butle Matix sesuai yang dihaapkan, maka semua komponennya pun haus diancang sesuai spesifikasi juga. 3. Dai hasil penelitian yang dilakukan, telah dipeoleh hasil simulasi Butle Matix 4x4 yang sesuai dengan kaakteistik yang dihaapkan pada fekuensi 1,27 GHz dengan insetion loss 10 db, etun loss dan isolation 10 db dan kesalahan fasa 10. Gamba Hasil fasa dengan input pot 4 7

8 Ucapan Teima Kasih Pada kesempatan ini penulis mengucapkan teimakasih secaa tulus dan ikhlas kepada semua pihak yang telah membantu dan mesuppot dalam pengejaan penelitian ini. Dafta Pustaka [1] Agustian Puta, Deny. Desain Dan Realisasi Wideband Butle Matix4x4 Untuk Switched Beam Adaptive Antenna. Bandung. Tugas Akhi S1 Juusan Teknik Telekomunikasi IT Telkom [2] Hamza Nachouane*, Abdellah Najid, Abdelwahed Tibak, Fatima Riouch. Boadband 4x4 Butle MatixUsing Wideband 90 hybid Couples and Cossoves fo Beamfoming Netwoks. National Institute of Posts and Telecommunications Rabat, Moocco. [3] Moleia, Albeto. Iaola, Paul Pats, dkk. A Tutoial on Synthetic Apetue Rada.Micowaves and Rada Institute of The Geman Aeoospace Cente (LDR). Gemany [4] Ningsih, Yuli Kunia. Pengkopel Hibib 90 Mikostip Non Linie Pita Leba dan Aplikasinya pada Butle Matixuntuk Antena dengan Banyak Aah Bekas pada XBand. Disetasi S3 Juusan Tenik Elelto Univesitas Indonesia. Depok [5] Pamungkas, Adiyanto Peancangan dan Realisasi Butle Matix4x4 pada Fekuensi 2,3 GHz untuk Aplikasi Mobile Wimax. Tugas Akhi S1 Juusan Teknik Telekomunikasi IT Telkom. [6] Riyadi, Taufik Pihananto. Design And Realization Of Dual Phase Shifte Butle Matix 4x4 Using Pin Diode SwitchedLine Methode. Bandung. Tugas Akhi S1 Teknik Telekomunikasi IT Telkom [7] Widdhi Bhowmik, Shweta Sivastava. Optimum Design of a 4x4 Plana Butle MatixAay fo WLAN Application. Jounal Of Telecommunications, Volume 2, Issue 1, Apil