DESAIN DAN SIMULASI ANTENA MICROSTRIP SEMICIRCULAR HALF U-SLOT UNTUK APLIKASI MODEM GSM 1800 MHZ

Transkripsi

1 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN DESAIN DAN SIMULASI ANTENA MICROSTRIP SEMICIRCULAR HALF U-SLOT UNTUK APLIKASI MODEM GSM 1800 MHZ 42 Waluyo 1 dan Dyan Nastiti Novikasai 2 Abstak Pemasalahan antena dai bahan kondukto adalah agak umit pembuatannya dan ukuan biasanya agak besa. Sehingga untuk kepeluan system komunikasi begeak dipandang kuang efisien. Untuk kepeluan tesebut dibutuhkan suatu antena yang sedehana, tipis, mudah pembuatannya, mudah feedingnya, bisa dihubungkan angkaian lain, yakni antena micostip. Caa membuat antena micostip adalah dengan caa mencetak pada lempengan PCB (Pinted Cicuit Boad), kemudian peadiasinya dilapisi dengan lautan peak atau bahan kondukto lain. Asumsi bahan yang digunakan adalah PCB epoxy (FR4) double laye dengan ketebalan bahan 1,5 mm dan konstanta dielektik sebesa 4,5. Atikel membahas peencanaan atau desain sebuah antena mikostip bentuk semicicula Half U-Slot, yang bekeja pada fekuensi 1800 Mhz untuk aplikasi Modem GSM. Kemudian hasil peencanaan antenna micostip tesebut akan disimulasikan dengan menggunakan peangkat softwae simulato mikostip IE3D. Dai hasil Simulasi dapat diambil kesimpulan bahwa antenna micostip bekeja fekuensi pusat 1.8 GHz didapatkan nilai peamete sebagai beikut: etun loss = , fakto pantulan I = 0,2. Paamete gain pada simulasi sebesa -10 dbi. Sehingga dapat dikatakan bahwa paamete etun loss, VSWR, fakto pantulan, tesebut cukup memenuhi dai suatu paamete sebuah antenna, sehingga layak untuk digunakan dalam implementasi sesungguhnya. Kata-kata kunci: disain, antena micostip, semicicula half u-slot, kontanta dielektik, simulato. 1 Waluyo. Pogam Studi Teknik Telekomunikasi, Juusan Teknik Elekto, Politeknik Negei Malang 2 Dyan Nastiti Novikasai. Pogam Studi Teknik Telekomunikasi, Juusan Teknik Elekto, Politeknik Negei Malang

2 Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal Abstact The poblem of the antenna conducto mateial is athe complex to constuct and ae usually athe lage size. So fo the puposes of mobile communication system is seen as less efficient. Fo this pupose we need a simple antenna, a thin, easy to manufactue, easy feedingnya, can be connected othe cicuits, the micostip antenna. How to make a micostip antenna is a way to pint on a slab of PCB ( Pinted Cicuit Boad ), then peadiasinya coated with a solution of silve o othe conducto mateial. Mateial assumptions used ae epoxy PCB (FR4) with double laye mateial thickness of 1.5 mm and a dielectic constant of 4.5. This aticle discusses the planning o design of a micostip antenna semicicula shape Half U - Slot, who woks at a fequency of 1800 MHz fo GSM Modem applications. Then the esults of the micostip antenna design will be simulated using micostip device simulato IE3D softwae. Fom the simulation esults it can be concluded that the micostip antenna is 1.8 GHz cente woking fequency paametes of the value obtained as follows: etun loss = db, voltage standing wave atio (VSWR, the eflection facto=0.2, Gain paametes in the simulation of -10 dbi. So it can be said that the paametes etun loss, VSWR, the eflection facto, is sufficient to meet the paametes of an antenna, making it feasible fo use in the eal implementation. Keywods: design, micostip antennas, semicicula half U-slot, dielectic constants, the simulato. 1. PENDAHULUAN Antena adalah suatu instumen penting pada sistem komunikasi adio yang digunakan sebagai saana untuk memancakan atau meneima sinyal-sinyal infomasi yang dibawa gelombang adio. Dengan kata lain antena adalah sebagai media pealihan antaa uang bebas dengan saluan tansmisi yang befungsi untuk meubah enegi gelombang adio menjadi enegi listik atau sebaliknya. Dengan demikian Antena dapat digunakan sebagai antena pemanca atau antena peneima. Pada saat ini teknologi micostip telah bekembang dengan pesat, oleh kaena itu penulis akan mempekenalkan sebuah peancangan dan pembuatan antena micostip aay bebentuk semicicula half u-slot yang digunakan untuk aplikasi modem GSM. Adapun tujuan penulisan atikel ini adalah meancang dan 43

3 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN mengadakan simulasi hasil ancangan antena mikostip semisicula half u-slot yang bekeja pada fekuensi 1800 MHz yang dapat digunakan pada aplikasi GSM. Adapun softwae yang digunakan adalah peangkat lunak simulato mikostip IE3D. Dai hasil simulasi antenna tesebut dapat diketahui apakah sebuah antena sudah sesuai paamete antenanya yang diinginkan atau belum. 2. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Saluan Micostip Micostip adalah suatu kondukto dai tembaga (metallic stip) pemukaan substat dielektik dan pada sisi lain dai substat dielektik tesebut juga tedapat lapisan kondukto. Lapisan kondukto yang teletak di bawah substat dielektik ini befungsi sebagai bidang petanahan (gound plane). (Constantine A, Balanis, 1982 :188). Lapisan kondukto tembaga yang teletak di atas substat dielektik adalah befungsi sebagai kondukto. Lapisan kondukto yang teletak di bawah substat dielektik ini befungsi sebagai bidang petanahan (gound plane). (Constantine A, Balanis, 1982 :188). Lapisan kondukto tembaga yang teletak di atas substat dielektik adalah befungsi sebagai elemen peadiasi (adiating element). Stuktu dasa saluan micostip tedii atas panjang stip kondukto l, leba stip kondukto w, tinggi substat dielektik h, tebal stip kondukto t, dan konstanta pada Gamba 1. Gamba 1. Stuktu Dasa Saluan Micostip 44

4 Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal Antena Antena meupakan tanduse yang digunakan untuk meubah besaan listik dai saluan tansmisi menjadi suatu gelombang elektomagnetik untuk diadiasikan ke udaa bebas atau sebaliknya (Balanis, 2005:1). Antena Micostip Antena mikostip meupakan antena yang bebentuk papan (boad) tipis dan mampu bekeja pada fekuensi yang sangat tinggi. Secaa fisik antena ini telihat sedehana kaena hanya beupa lempengan semacam PCB yang cukup dikenal dalam dunia elektonika. Dalam bentuknya yang paling dasa, sebuah antenna mikostip tedii dai sebuah bidang (patch) memanca di salah satu sisi lapisan (substate) dielektik yang memiliki bidang dasa (gound plane) di sisi lain, lihat Gamba 2. Gamba 2. Stuktu bidang dan sistem koodinat pada antena micostip *) *) Balanis, 2005:812 Giish Kuma dalam bukunya yang bejudul Boadband Micostips Antenna mengemukakan bahwa Ketika slot bebentuk U dipotong dalam Patch pesegi panjang, itu dipeoleh ketika U-slot dipotong di dalam lingkaan atau segitiga MSA (Kuma, 2003:14). 45

5 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN Pada Tahun 2011 J. A. Ansai and A. Misha dai Depatment of Electonics & Communication Univesity of Allahabad, Allahabad, India melakukan penelitian dalam bidang elektomagnetik dan membuat antena dual-fekuensi Half U-Slot Loaded Semicicula Disk Patch yang diaplikasikan untuk GSM Mobile Phone dan Komunikasi Optikal. Dalam junal tesebut disebutkan bahwa dengan menambahkan u-slot pada antena semicicula maka membeikan penguangan ukuan yang signifikan dan bandwidth impedansi besa dengan pola adiasi sisi leba. Dual fekuensi disetel dengan mengubah dimensi slot. Sebuah paametik studi telah dilakukan dengan menggunakan konsep teoi sikuit dengan memvaiasikan panjang, leba slot, membei makan lokasi dan adius pobe. Bebagai paamete antena dihitung sebagai fungsi dai fekuensi untuk nilai yang bebeda dai panjang slot, leba, titik pakan dan jai-jai pobe. Fekuensi esonan untuk tipe antena semicicula ialah (Gag, 2001;324): f nm X ' 2 nm a C (1) Fekuensi maksimum substat (fs) pada substat dinyatakan dalam pesamaan sebagai beikut (Zakaicius dan fook,1990:86): 1 C tan fs (2) -3 ( h10 ) 2( 1) Keteangan : c= Kecepatan cahaya di udaa bebas 3 x 108 (m/dt) h= Tinggi subtat (mm) fs= Fekuensi maksimum pada substat (Hz) ektik elatif substat Panjang gelombang di udaa bebas dan panjang gelombang dalam kondukto menggunakan pesamaan: d o (3) 46

6 o Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal C f (4) Keteangan : o= Panjang gelombang di udaa bebas (mm) d= Panjang gelombang di kondukto (mm) f = Fekuensi esonansi (Hz) c = Kecepatan cahaya di uaa bebas(m/dt) = Konstanta pemitivitas dielektik elatif substat Impedansi masukkan antena adalah pebandingan antaa panjanggelombang padakondukto dengan leba antena mikostip: Z in R in Keteangan : Z o d= panjang gelombang dalam kondukto (mm) w= Patch antena (mm) Leba impedansi saluan (W z ) menggunakan pesamaan: 377 h Z 0 d 60x w (6) 377 h W (7) ZL Z W z L 2.3 U-slot RMSA Resonansi pada antenna u-slot simeti pada daeah tengah slot. Dimensi dai u-slot sepeti halnya fekuensi esonansinya mendekati model ectangula (kotak). Ketebalan substat penyusunnya yang lebih kecil yaitu h= 2.7 cm yang cocok hingga 0.08 pada 0.9 GHz untuk mempeoleh BW yang besa (Kuma, 2003:74) (5) 47

7 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN METODE 3.1 Disain Antena Micostip Gamba 3 Desain Antena *) *) Ansai and Misha:2011 Antena yang diusulkan adalah bebentuk setengah lingkaan U-slot Patch loaded yang membeikan penguangan ukuan yang signifikan dan impedansi bandwidth yang besa dengan pola adiasi sisi luas. Dual fekuensi didapat dengan mengubah dimensi slot. Antena ini dibuat untuk menambahkan bandwidth pada antenna sebesa 40 % dan dapat bekeja pada dual fekuensi. Studi paametik telah dilakukan dengan menggunakan konsep teoi angkaian dengan memvaiasikan panjang, leba slot, feed location dan adius pobe. Bebagai paamete antena dihitung sebagai fungsi dai fekuensi untuk bebagai nilai panjang slot, leba, feed location dan adius pobe. Feed point diatu aga membeikan dampak pada fekuensi yang diinginkan selain itu dapat juga dengan mengatu co-axial feed pada antena. 3.2 Pehitungan Dimensi Antena Mikostip Antena ini menggunakan bahan substat yaitu expoxy FR4, dengan tebal (h) = 0,0016 m = 1,6 mm, =4,5 dan Loss Tangent = 0,018 a) Fekuensi maksimum fs ( h10 C tan -3 ) 1 2( 1) 48

8 Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal = = 4223,78 MHz = 42,23 GHz b) Panjang gelombang o C f = 156,41 mm d o = = 73,778 mm c) Pehitungan jai-jai = 1,918 = a = 3,096 = 30,96 mm d) Impedansi masukan antenna Z in R in d 60x w = 71,46 e) Leba saluan pencatu impedansi kaakteistik (Wz o ) 49

9 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN = 3,91226 Zin = 71,46 72 dan Zo = 50 = 60 = 3,063 Zo = 50 = 177,83 x 0,032 = 3,77056 f) Menghitung Bandwith pada GSM BW = f H -f L = ( ) MHz = 75 MHz g) Menghitung Nilai Retun Loss Koefisien Pantul ( ) = = 0,18 0,2 Sehingga, RL = 20 log = 20 log 0,2 = -13,96 (dbm) = 50

10 Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal h) Menghitung nilai VSWR VSWR = = = 1,5 Dai pehitungan antenna mikostip semicicula half U-Slot yang telah dilakukan maka dipeoleh data sebagai beikut: Gamba 4. Dimensi Antena Micostip Semicicula Half U-Slot Dai pehitungan yang telah dilakukan dipeoleh dimensi antenna micostip semicicula half u-slot yang sesuai dengan gamba (4) yang dapat dilihat pada Tabel 1: Jai-jai (mm) Table 1 Pehitungan Peencanaan Antena W=D Z in W ZL BW RL (mm) ( ) (mm) (MHz) (dbm) VSWR Keteangan : = Jai-jai semicicula (mm) W=D = Diamete semicicula (mm) Z in = Impedansi masukan ( ) W ZL = Leba saluan pencatu impedansi kaakteistik (mm) BW = Bandwidth(MHz) RL = Retun Loss(dBm) VSWR = Voltage Standing Wave Ratio 51

11 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN Setelah didapat nilai dai dimensi antenna micostip semicicula half u-slot sesuai dengan fekuensi yang diinginkan, maka yang haus dilakukan selanjutnya adalah dengan mensimulasikannya dengan softwae tekait. Disini softwae yang akan digunakan adalah softwae IE3D antenna design yang nantinya akan didapat gafik untuk VSWR, Retun Loss, dan Gain (penguatan). 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Simulasi Asumsi yang digunakan sama dengan peancangan antenna yang sudah disebutkan subbab sebelumnya, fekuensi keja 1800 Mhz, hasil desain antenna micostip semicicula half u-slot dengan softwae IE3D sebagai beikut: Gamba 5. Hasil Bentuk Lay Out Antena Micostip 4.2 Hasil Simulasi Dai simulasi yang telah dilakukan maka didapatkan hasil sebagai beikut : a) VSWR Pada f=1800 Mhz, telihat VSWR = 1,55 Sedang pada f=1780 Mhz VSWR = 1,53 52

12 Waluyo dan Dyan, Desain dan Simulasi Antena, Hal Gamba 6. Gafik VSWR b) Retun Loss (RL) Pada f=1800 Mhz, telihat RL = -15 dbm Sedang pada f=1780 Mhz, haga RL = -14,5 dbm Gamba 7. Gafik Retun Loss c) Gain Dai gafik gain antena, didapatkan sekita = -10 dbi 5. PENUTUP Bedasakan hasil peencanaan antenna micostip dan simulasi dapat disimpulkan sebagai beikut : 1) Fekuensi keja antenna sekita: 1800 Mhz 2) Nilai Koefisien pantul, I I: 0,2 3) Nilai VSWR ada sedikit pebedaan antaa peencanaan dengan simulasi yaitu sekita: 1,55 yang jatuh pada fekuensi 1800 Mhz 53

13 Junal ELTEK, Vol 11 No 02, Oktobe 2013 ISSN ) Nilai Retun loss juga ada pebedaan pada peencanaan = -13,9 dbm, sedang pada simulasi = -15 dbm 5) Nilai gain antenna sebesa -10 dbi Saan untuk pengembangan selanjutnya adalah: 1) Dipelukan suatu ketelitian dalam meancang antenna micostip, aga hasil yang dihaapkan sesuai. Dalam meancang juga dipengauhi oleh asumsi substate yang digunakan. 2) untuk meningkatkan gain antenna, bahan medium subtate dapat digunakan mateial yang mempunyai nilai konstanta dielektik elative yang sangat kecil. 6. DAFTAR PUSTAKA Antena Theoy Analysis and, John Wiley & Sons Inc., Kanada. Micostip Patch Antenna Design Pinciples Santa Claa Univesity Fahazal, Muhammad, Rancang Bangun Antena Mikostip Tiple-Band Linie Aay 4 Elemen untuk Aplikasi Wimax Univesitas Indonesia. Gag, Ramesh. Bhatia, Pakash., Micostip Antenna, Atech House,Inc., Bitish. 54