BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI. Penahuluan Secaa umum, antena meupakan tansfomato/stuktu tansmisi ai gelombang tebimbing menuju ke gelombang uang bebas atau sebaliknya[6]. Aa bebeapa jenis antena yang iketahui, sebagai salah satu contohnya yaitu antena mikostip. Antena mikostip meupakan jenis antena yang tecetak engan imensi yang lebih kecil an bemassa ingan sehingga penggunaan antena mikostip sekaang ini lebih banyak igunakan ikaenakan fakto tesebut an kemajuan teknologi engan peangkatnya yang beukuan lebih kecil an bemassa ingan. Elemen asa ai antena mikostip teii ai 3 bagian bahan, yaitu lapisan peaiasi, bahan ielektik, an goun plane sebagai tempat untuk menyangga lapisan konukto an bahan ielektik[7]. Elemen asa ai antena mikostip tesebut apat ilihat sepeti paa gamba. Gamba. Antena Mikostip [] Lapisan peaiasi atau biasa isebut juga engan patch biasanya tebuat ai tembaga an memiliki bebagai bentuk sepeti paa gamba. Novelita Rahayu,

2 Gamba. Bentuk-bentuk Lapisan Peaiasi/Patch Antena Mikostip [] Seangkan untuk bahan ielektik yang igunakan biasanya memiliki haga pemitivitas elatif ( ) sesuai engan penggunaan ai antena mikostip tesebut. Dan goun plane yang befungsi sebagai tempat untuk menyangga lapisan konukto an bahan ielektik tebuat ai bahan tembaga, sama sepeti bahan untuk patch. Sama sepeti bebeapa jenis antena lainnya, antena mikostip juga memiliki bebeapa keunggulan an kelemahan. Paa tabel beikut tetulis bebeapa keunggulan an kelemahan yang teapat paa antena mikostip. Tabel. Keunggulan an Kelemahan Antena Mikostip [3] Keunggulan Antena Mikostip Kelemahan Antena Mikostip Bobot ingan an imensi kecil Muah alam pemasangan Biaya pembuatan yang muah Aeoynamic/beukuan kecil Bepolaisasi linea atau sikula Multi fekuensi Banwith yang sempit Aanya loss paa antenna Kaakte aiasi yang kuang baik Gain yang kecil an tebatas Intefeensi tegangan pemukaan Tegangan aus balik yang enah Paa BAB II ini penulis akan memfokuskan pembahasan paa teoi asa antena mikostip lingkaan, micostipe tansmission line, teknik pencatuan poximity coupling, an teoi susunan antena. Novelita Rahayu,

3 . Tinjauan Pustaka Penulis behasil menemukan alam liteatu (Tugas/Poyek Akhi) bebeapa ealisasi antena i alam lingkungan Politeknik Negei Banung yang menjai bahan-bahan acuan penulis untuk membuat tugas akhi tehaap pengembangan alam peancangan an ealisasi antena mikostip. Beikut bebeapa Tugas/Poyek Akhi yang menjai bahan acuan penulis :. Yuliana Siahaan. 0. Realisasi Antena Mikostip Susun Elemen engan Teknik Pencatuan Poximity Coupling untuk Range Fekuensi,3,4 GHz.. Kishna Petty Ekaina. 00. Realisasi Antena Mikostip engan Teknik Pencatuan Poximity Coupling untuk Aplikasi imax. 3. Nu Aulianto Fauzi Realisasi Susunan Plana Antena Mikostip Lingkaan untuk Aplikasi LAN. 4. Muzaii Realisasi Antena Patch Sikula engan Pencatuan EMC untuk LAN ( ,5 MHz). 5. Ais Muhamma Masyou Realisasi Antena Susun Plana Empat Elemen Mikostip Lingkaan engan Segmen Betubasi untuk Aplikasi LAN. Beikut junal yang iambil penulis sebagai salah satu liteatu untuk mengembangkan tugas akhi penulis :. Vema Elka. 0. Analysis An Design of Cicula Micostip Antenna in X Ban. Aapun liteatue-liteatu lain yang menjai tambahan alam pengembangan tugas akhi penulis iantaanya matei-matei mengenai pengembangan tehaap antena mikostip engan patch bebentuk lingkaan yang isusun secaa plana menggunakan teknik pencatuan poximity coupling yang iapat melalui bowsing i intenet. Sehingga ai liteatu-liteatu tesebut, iapatkan pebeaan yang menjai kelebihan tesenii sebagai bentuk pengembangan tehaap tugas akhi yang akan iancang an iealisasikan, iantaanya sebagai beikut : Novelita Rahayu,

4 . Jumlah elemen yang isusun paa antena mikostip ini bejumlah empat engan isusun plana.. Bentuk elemen yang igunakan bebentuk lingkaan. 3. Teknik pencatuan yang igunakan beupa teknik pencatuan poximity coupling engan tujuan untuk mempebesa banwith..3 Teoi Antena Mikostip Lingkaan Pemoelan engan menggunakan saluan tansmisi sangat popula an seehana alam pehitungannya, sehingga membeikan hasil pehitungan yang cukup akuat. Akan tetapi, penggunaan saluan tansmisi hanya bisa igunakan paa patch mikostip bebentuk pesegi saja. Jaangnya penggunaan teknik lain sepeti penggunaan moel ongga atau cavity moel yang menganalogikan antena mikostip sebagai ongga. Pemoelan engan menggunakan cavity moel apat igunakan alam bentuk apapun engan syaat bentuk elemen tesebut teatu, sepeti pesegi, lingkaan an lain-lain. Dengan mempehatikan syaat elemen tesebut, penulis memilih patch bebentuk lingkaan yang ijaikan sebagai esain bentuk patch paa tugas akhi ini. Pemoelan ini beasumsi bahwa imensi ielektik antaa biang patch an biang goun plane meupakan ongga esonan engan ibatasi ining magnetik. Hal ini betujuan untuk mempemuah alam menghitung istibusi mean i alam ongga. Rongga (cavity) meupakan wave guie atau bumbung gelombang yang ujungnya ihubung singkat sehingga tejai gelombang beii i sepanjang saluan[7]. Paa geometi ai antena mikostip lingkaan yang iilustasikan oleh gamba 3, belaku anggapan bahwa[6] :. Mean listik E teii ai komponen beaah z an mean magnet H hanya komponen x an y saja alam ongga. Tebal ielektik sangat kecil, sehingga mean-mean alam ongga tiak bevaiasi tehaap z. Novelita Rahayu,

5 3. Paa setiap sisi patch, komponen nomal an aus listik tehaap ining substat aalah nol sehingga komponen tangensial ai mean magnet H aalah nol. Gamba 3. Geometi ai Antena Mikostip Lingkaan [].3. Desain Antena Mikostip Lingkaan Dalam peancangan imensi antena mikostip lingkaan, pelu iketahui nilai konstanta ielektik ( ) alam satuan Hz, fekuensi esonansi ( ) alam satuan Hz an tinggi ai substat (h) alam satuan cm. Dimensi antena mikostip lingkaan atau isimbolkan (a) meupakan suatu simbol aius/iamete ai imensi antena mikostip lingkaan engan pesamaan sebagai beikut : imana, pesamaan (-) pesamaan (-).3. Fekuensi Resonansi Fekuensi esonansi iefinisikan sebagai fekuensi imana impeansi tiak memiliki komponen eaktif, sehingga impeansi yang iasakan aalah esistif[7]. Novelita Rahayu,

6 Menuut K.F Lee et al[5], besanya fekuensi esonansi antena mikostip lingkaan ipengauhi oleh pemitivitas elatif bahan ielektik yang igunakan an imensi antena. Dalam bentuk pesamaan matematis : pesamaan (-3) Aa empat moe yang ipakai alam menghitung fekuensi esonansi paa antena mikostip bebentuk lingkaan. Moe ominan yang ipakai antena mikostip lingkaan aalah moe TM0, sehingga pesamaan fekuensi esonansi yang iapat aalah sebagai beikut : beikut[5] : pesamaan (-4) Lootfollah Shafai et al[4], meumuskan pesamaan jai-jai efektif sebagai pesamaan (-5).3.3 Pola Raiasi Pola aiasi antena iefinisikan sebagai epesentasi gafis sifat-sifat pemancaan antena sebagai fungsi ai kooinat uang, atau meupakan istibusi aya yang iaiasikan suatu antena sebagai fungsi aah alam uang.[7]. Pola aiasi paa antena mikostip lingkaan ipeoleh engan mempehatikan antena mikostip sebagai sebuah ongga yang ibatasi ining magnetik. Paa umumnya, moe TM0 meupakan moe yang apat igunakan paa patch bebentuk lingkaan. Pesamaan (-6) beikut meupakan pesamaan yang igunakan untuk mempeoleh mean-mean alam ongga : pesamaan (-6) Novelita Rahayu,

7 pesamaan (-7) pesamaan (-8) Beikut pesamaan pola aiasi antena mikostip lingkaan yang meupakan istibusi mean jauh paa kooinat bola : pesamaan (-7) imana, meupakan tegangan tepi tempelan pesamaan (-8) pesamaan (-9).4 Saluan Tansmisi Mikostip Bebea engan saluan stip, paa mikostip, saluan teii ai konukto stip (line) an sebuah konukto biang tanah yang ipisahkan oleh meium ielektik engan konstanta ielektik []. Jika antena mikostip tiak ilapisi oleh pelinung, maka mean elektomagnetik saluan mikostip akan meaiasi ke uaa an sebagiannya masuk kealam lapisan ielektik. Aa ua ielektik yang melapisi saluan mikostip, iantaanya uaa engan = an lapisan ielektik engan. Dengan emikian saluan mikostip, secaa keseluuhan, apat kita panang sebagai sebuah saluan engan ielektik homogen yang lebih besa ai satu tapi lebih kecil ai, sehingga konstanta ielektik tesebut isebut konstanta ielektik efektif (effective ielektic constant)[]. Penekatan yang muah untuk menganalisis kaakteistik saluan aalah engan menganggap meium yang memisahkan keua konukto aalah uaa. Novelita Rahayu,

8 Novelita Rahayu, Paa kasus ini biang tanah betinak sebagai cemin sehingga teapat saluan yang lebanya sama an bejaak satu sama lain. Gamba 4. Pola Mean Listik paa Saluan Mikostip [] Dimensi saluan tansmisi mikostip bepengauh tehaap Retun Loss, banwith, an VSR, baik paa imensi panjang saluan tansmisi mikostip maupun leba saluan tansmisi mikostip. Untuk apat mengetahui nilai panjang an leba mikostip yang ipelukan, ibutuhkan pesamaan untuk menghitung saluan tansmisi mikostip tesebut, sepeti paa pesamaan beikut :. Untuk apat mengetahui nilai konstanta ielektik efektif ( apat icai engan menggunakan pesamaan beikut : 0,04 e pesamaan (-0). Seangkan untuk apat mengetahui nilai impeansi kaakteistik apat icai engan menggunakan pesamaan beikut :,444) 0,667 ln(, ln 60 0 Z e e pesamaan (-)

9 Novelita Rahayu, Untuk kepeluan peancangan, bila iketahui impeansi kaakteistik Z0 an konstanta ielektik, leba saluan apat icai engan pesamaan beikut : 0,6 0,39 ) ln( ) ln( 8 B B B e e A A pesamaan (-) 4. Untuk mencai nilai A maupun B aga nilai leba saluan apat iketahui, maka nilai A an B apat iketahui engan menggunakan pesamaan beikut : Z A 0, 0, pesamaan (-3) Z B pesamaan (-4) 5. Apabila ketebalan konukto bepengauh, maka leba saluan seolah-olah akan betambah leba, kaena aanya mean limpahan (finging fiel) yang tiak apat iabaikan, sehingga besaan iganti engan leba efektif sepeti paa pesamaan beikut : 4 ln,5 ln,5 t t t t e pesamaan (-5).5 Teknik Susunan Antena Mikostip Paa teknik susunan antena mikostip teapat ua tujuan membuat susunan antena mikostip, iantaanya aalah sebagai beikut [8] :

10 . Menapatkan iagam aah engan pola tetentu (beam foming). Menapatkan iagam aah engan pengenalian aah tetentu (beam steeing) Dengan iketahuinya tujuan membuat susunan antena mikostip, pembahasan paa sub bab ini mempunyai konsep asa mengenai susunan antena mikostip. Aa ua hal mengenai susunan antena [8] :. Konsep Dasa Susunan : a. Susunan Dua Antena Isotopik untuk Bebagai Kasus b. Pinsip Pekalian Diagam an Sintesa paa Susunan Antena Sejenis. Susunan Linea an Sumbe Titik Isotopis a. Distibusi Aus Unifom b. Distibusi Aus Nonunifom.5. Konsep Dasa Susunan.5.. Susunan Dua Antena Isotopik untuk Bebagai Kasus Paa susunan ua sumbe isotopis ipisahkan oleh jaak. Titik obsevasi ilakukan ke aah suut Ø ai sumbu hoisontal (sumbu-x). Gais oientasi ai sumbe-sumbe isotopis menuju titik obsevasi ianggap sejaja kaena lebih kecil ai jaak antena menuju titik obsevasi, an nilai meupakan jaak anta sumbe isotopis. Sebagai ilustasi ai penjelasan mengenai susunan ua antena isotopik untuk bebagai kasus, apat ilihat paa gamba 5 beikut. Gamba 5. Susunan Dua Antena Isotopik untuk Bebagai Kasus [8] Novelita Rahayu,

11 Untuk susunan ua antena isotopik meliputi bebeapa kasus : ) Susunan Isotopis Amplituo an Fasa Sama Untuk efeensi i titik 0, efeensi tesebut ianggap sebagai efeensi sebagai titik engan fasa = 0, maka akan tetinggal sebesa : an menahului sebesa : pesamaan (-6) sehingga apat ituliskan alam pesamaan sebagai beikut : pesamaan (-7) engan, pesamaan (-8) pesamaan (-9) Untuk mencai mean maksimum an minumum sepeti paa gamba 6 an gamba 7, maka ipelukan pesamaan mean maksimum an mean minimum. Pesamaan mean maksimum apat iketahui paa pesamaan beikut : pesamaan (-0) seangkan untuk pesamaan mean minimun apat iketahui paa pesamaan beikut : pesamaan (-) Novelita Rahayu,

12 Gamba 6. Susunan Isotopis untuk Amplitua an Fasa Sama [8] Gamba 7. Mean Maksimum an Minimum untuk Amplitua an Fasa Sama [8] Untuk efeensi i titik, efeensi tesebut ianggap sebagai efeensi sebagai titik engan fasa = 0, maka akan menahului sebesa : sehingga apat ituliskan alam pesamaan sebagai beikut : pesamaan (-) atau pesamaan apat ituliskan engan pesamaan beikut : pesamaan (-3) pesamaan (-4) Novelita Rahayu,

13 engan, pesamaan (-5) Seangkan, untuk mencai mean maksimum an minumum apat igunakan pesamaan (-3) an (-4). Aapun gamba 8 an gamba 9 beikut menampilkan pesamaan yang igunakan untuk mencai iagam aah mean an iagam fasa yang aa paa susunan isotopis untuk amplitua an fasa sama. Gamba 8. Diagam Aah Mean untuk Amplitua an Fasa Sama [8] Gamba 9. Diagam Fasa untuk Amplitua an Fasa Sama [8] Sehingga ai keseluuhan pesamaan tesebut, iapatkan bentuk iagam aah mean an aah fasa untuk efeensi titik 0 an, sepeti yang igambakan paa gamba 0 an gamba. Novelita Rahayu,

14 Gamba 0. Diagam Aah Mean untuk Amplitua an Fasa Sama [8] Gamba. Diagam Aah Fasa untuk Amplitua an Fasa Sama [8] ) Susunan Isotopis Amplituo Sama, Bea Fasa 80º Pebeaan fasa paa mean-mean yang ihasilkan oleh ua antena yang icatu engan amplitua aus yang sama i titik jauh isebabkan kaena jaak elatif antaa ua antena tesebut inyatakan alam pesamaan : pesamaan (-6) Akan tetapi, apabila keua antena tesebut icatu oleh aus engan bea fasa, maka pesamaan tehaap konisi tesebut inyatakan engan pesamaan (-4) itambah engan elta fasa, sepeti pesamaan ibawah ini : Novelita Rahayu,

15 Aapun tehaap efeensi i titik 0 aalah sebagai beikut : pesamaan (-7) sehingga, pesamaan (-8) pesamaan (-9) Untuk haga maksimum engan =, iapatkan nilai elta fasa maksimum tehaap pesamaan beikut : pesamaan (-30) Seangkan untuk haga maksimum engan =, iapatkan nilai elta fasa minimum tehaap pesamaan beikut : pesamaan (-3) Paa susunan isotopis untuk amplitua sama engan bea fasa 80º, teapat pesamaan untuk menghitung nilai elta setengah fasa seta nilai HPB engan pesamaan sebagai beikut : pesamaan (-3) Novelita Rahayu,

16 pesamaan (-33) Sehingga ai keseluahan pesamaan tesebut, iapatkan bentuk iagam aah mean sepeti yang igambakan paa gamba. Gamba. Diagam Aah Mean untuk Amplitua Sama, Bea Fasa 80º [8] 3) Susunan Isotopis Amplituo Sama, Bea Fasa 90º Sama halnya sepeti teoi susunan isotopis amplituo sama, bea fasa 80º, teoi susunan isotopis amplituo sama, bea fasa 90º seikit memiliki pesamaan konsep. Hanya saja, untuk paa efeensi titik 0 aa penambahan, sepeti paa pesamaan beikut : sehingga, pesamaan (-34) pesamaan (-35) Novelita Rahayu,

17 Dai keseluuhan pesamaan tesebut, iapatkan bentuk iagam aah mean an iagam aah mean sepeti yang igambakan paa gamba 3 an gamba 4. Gamba 3. Diagam Aah Mean [8] Gamba 4. Diagam Aah Mean [8] 4) Susunan Isotopis Amplituo Bebea, Bea Fasa = δ Untuk susunan isotopis amplituo bebea, bea fasa = δ, memiliki bentuk pesamaan sebagai beikut : pesamaan (-36) Novelita Rahayu,

18 an, pesamaan (-37) sehingga ai pesamaan tesebut iapatkan iagam aah mean sepeti paa gamba 5 beikut. Gamba 5. Diagam Aah Mean Susunan Isotopis Amplituo Bebea, Bea Fasa=δ [8].5.. Pinsip Pekalian Diagam an Sintesa paa Susunan Antena Sejenis Antena sejenis aalah antena yang memiliki iagam aah mean an fasa yang sama, an oinetasinya juga sama[4]. Biasanya, susunan antena teii ai antena-antena sejenis. Pinsip pekalian iagam hanya apat ipakai paa susunan antena yang sejenis, an tiak belaku untuk susunan antena yang tiak sejenis. Maka, susunan sejumlah antena akan memiliki iagam aah sesuai engan pinsip pekalian iagam sepeti paa pesamaan beikut : pesamaan (-38) Sintesa iagam betujuan sebagai poses untuk mencai sumbe atau susunan yang membeikan iagam aah sesuai keinginan peancang[]. Salah satu caa yang igunakan untuk menyelesaikan pemasalahan alam sistensa iagam yaitu engan menggunakan pinsip pekalian iagam. Novelita Rahayu,

19 .5. Susunan Linea an Sumbe Titik Isotopis.4.. Distibusi Aus Unifom Untuk menuunkan pesamaan yang ihasilkan oleh susunan sejumlah n antena isotopis maka igunakan pesamaan-pesamaan paa pembahasan sebelumnya,. Sepeti paa Gamba 6 engan efeensi titik inomalisasikan tehaap E o. E E E tn tn tn e j e e j j e e j j e j jn e e... e j 3 j n... e - j n pesamaan (-39) Gamba 6. Distibusi Aus Unifom [8] sehingga iapatkan pesamaan beikut : pesamaan (-40) kemuian iapatkan pesamaan tenomalisasi untuk efeensi paa titik sebagai beikut : pesamaan (-4) pesamaan (-4) Novelita Rahayu,

20 an pesamaan (-43) Konstanta meupakan jaak spasi anta antena an konstanta δ meupakan bea fasa anta saluan pencatu aus yang beekatan. Untuk pesamaan mean total tenomalisasi engan efeensi titik tengah, imana iagam fasa pesamaan beikut beupa step function yang ibeikan ai polaitas (+/-) haga E tn. pesamaan (-44) Mean maksimum : tejai jika suku penyebut sama engan atau menekati nol. Sin = 0 atau = 0, = 0. Jika tiak penah mencapai haga nol maka mean maksimum tejai jika mencapai haga minimum. Mean minimum : tejai jika suku pembilang sama engan nol. Sin = 0 atau = ±kπ (k= 0,,,.st). Jumlah antena yang itujukan paa pesamaan-pesamaan i atas, sangat bevaiasi ai ua an seteusnya, sehingga banyaknya antena yang igunakan menggunakan aay fakto. Aay fakto aalah nomalisasi mean total susunan antena tehaap nilai maksimum ai mean total susunan tesebut[8]. pesamaan (-45) Jika an tecapai paa Novelita Rahayu,

21 pesamaan (-46) Seangkan untuk fakto susunan (untuk bebeapa sumbe) apat igambakan sebagai fungsi φ. Jika φ meupakan fungsi, maka nilai ai fakto susunan an pola mean akan apat langsung iketahui paa gamba 7 ibawah ini : Gamba 7. Gafik Fakto Susunan Dan Pola Mean [8] Pesamaan beikut meupakan pesamaan yang igunakan untuk menapatkan nilai gain susunan : Jika aya masuk paa satu antena, maka E = pesamaan (-47) Jika aya masuk paa n antena, maka pesamaan (-48) E t max = n E = pesamaan (-49) penguatan mean, G F = pesamaan (-50) Novelita Rahayu,

22 penguatan aya, G = (G F ) = n pesamaan (-5).6 Teoi Susunan Plana Untuk menempatkan elemen sepanjang gais (untuk membentuk sebuah aay linie), aiato iniviu apat iposisikan besama kotak pesegi panjang untuk membentuk aay pesegi panjang atau plana. Aay plana membeikan vaiabel tambahan yang apat igunakan untuk mengontol an membentuk pola aay. Aay plana lebih fleksibel an apat menyeiakan lebih pola simetis engan lobus sisi bawah. Selain itu, aay plana apat igunakan untuk scan sebuah main beam ai antena menuju setiap titik alam uang. Aplikasi yang menggunakan aay plana yaitu aa pelacakan, aa pencaian, pengineaan jauh, komunikasi, an banyak lainnya. Gamba 8. Geometi Linie an Plana Aay [] Novelita Rahayu,

23 .7 Teknik Pencatuan Poximity Coupling Disamping kelebihannya, antena mikostip memiliki bebeapa kekuangan, salah satu iantaanya aalah mempunyai kekuangan alam hal leba banwith yang sempit an nilai gain yang kecil. Teknik poximity coupling meupakan salah satu teknik pencatuan paa antena mikostip untuk melebakan banwith an menaikkan nilai gain. Bentuk pencatuan poximity coupling apat ilihat paa gamba 8. beikut. Gamba 9. Antena Mikostip engan Teknik Pencatuan Poximity Coupling[3] Teknik pencatuan ini menggunakan elektomagnetik kopel imana antaa saluan an elemen peaiasi secaa fisik tiak tehubung langsung atau tehubung secaa elektomagnetik imana feeline paa laye petama teapat gounplane, seangkan paa laye keua teapat bagian patch-nya[3]. Paa teknik pencatuan poximity coupling, bagian patch iletakkan paa laye atas (laye petama), seangkan bagian pencatunya paa laye bawah (laye keua) sehingga antena mikostip engan ua laye sepeti ini tiak mengakibatkan munculnya aiasi tesenii. Novelita Rahayu,