RANCANG BANGUN DAN PENGUKURAN ANTENA MONOPOLE MHZ DAN MHZ UNTUK APLIKASI NANOSATELIT SKRIPSI

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN DAN PENGUKURAN ANTENA MONOPOLE MHZ DAN MHZ UNTUK APLIKASI NANOSATELIT SKRIPSI RENITA DANARIANTI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JUNI 2012

2 HALAMAN JUDUL UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN DAN PENGUKURAN ANTENA MONOPOLE MHZ DAN MHZ UNTUK APLIKASI NANOSATELIT SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana RENITA DANARIANTI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK JUNI 2012

3 ii

4 iii

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala nikmat, rahmat, dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulisan ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik. Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Eko Tjipto Rahardjo M.Sc., selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penulisan skripsi ini; 2. Dr. Fitri Yuli Zulkifli S.T. M.Sc., Basari S.T. M. Eng, Ph.D., Dr. Ir. Muhamad Asvial M.Eng., dan Catur Apriono S.T. M.T. atas segala masukan dan bimbingan yang diberikan kepada penulis mengenai materi pada skripsi ini; 3. Kedua orang tua serta keluarga penulis atas segala bentuk dukungan yang diberikan selama proses penulisan skripsi ini; 4. Aditya Inzani, Ahmad Dahlan, Tb Tidra Imanu, Syifa Aulia, Galih Dewandaru, Annisa Dinda, Puspita, Mega Oktafiani dan seluruh mahasiswa DTE angkatan 2008 atas segala bantuannya; dan 5. Civitas academica yang turut membantu penulis dalam mengerjakan penulisan skripsi ini. Tanpa bantuan dari pihak-pihak yang tersebut maupun tidak di atas, tidaklah mudah bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan lancar. Semoga skripsi ini mampu membawa manfaat bagi pengembangan ilmu. Depok, 14 Juni 2012 Penulis iv

6 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Renita Danarianti NPM : Program Studi : Teknik Elektro Departemen : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Jenis Karya : Skripsi demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : RANCANG BANGUN DAN PENGUKURAN ANTENA MONOPOLE MHZ DAN MHZ UNTUK APLIKASI NANOSATELIT beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini berhak menyimpan, mengalihmedia/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Depok Pada tanggal : Yang menyatakan (Renita Danarianti) v

7 vi ABSTRAK Nama : Renita Danarianti Program Studi : Teknik Elektro Judul : Rancang Bangun Dan Pengukuran Antena Monopole Mhz Dan Mhz Untuk Aplikasi Nanosatelit Nanosatelit merupakan jenis satelit yang salah satu aplikasinya digunakan sebagai broadcasting informasi bencana alam. Skripsi ini membahas perancangan, fabrikasi dan pengukuran dari dua antena Monopole yang berfungsi sebagai uplink dan downlink, masing - masing bekerja pada frekuensi MHz dan MHz untuk aplikasi nanosatelit. Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan software Computer Simulation Technology (CST) Adanya keterbatasan dalam dimensi nanosatelit, modifikasi pada antena uplink dilakukan dengan cara menambahkan loading coil. Hasil fabrikasi dari antena diperoleh dua antena downlink dan uplink, masing masing memiliki dimensi 15.3 cm dan 32 cm. Berdasarkan hasil pengukuran, untuk antena uplink diperoleh nilai return loss db dan untuk antena downlink diperoleh nilai return loss db. Kata kunci: Antena Monopole, CST, nanosatelit, loading coil. vi

8 vii ABSTRACT Name : Renita Danarianti Study Program : Electrical Engineering Title : Design And Measurement of Monopole Antennas MHz and MHz for Nanosatellite Application Nanosatellites are a kind of satellites which are mainly used as a natural disaster broadcaster. This thesis discusses the design, fabrication and measurement of two Monopole antennas which functions as uplink and downlink, each of them working in the frequency range of MHz to MHz for nanosatellite applications. The antenna is designed using the Computer Simulation Technology (CST) 2011 software. Due to the limitations in nanosatellite dimensions, the uplink antenna is modified by adding a loading coil. The fabrication resulted in 2 different kinds of antenna, downlink and uplink, with each having dimensions of 15.3 cm and 32 cm. The measurement resulted in the uplink antenna having a return loss of db and the downlink antenna having a return loss of db. Key words: Monopole Antennas, CST, nanosatellite, loading coil vii

9 viii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... v ABSTRAK... vi ABSTRACT... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penulisan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB NANOSATELIT DAN ANTENA MONOPOLE DENGAN LOADING COIL Nanosatelit Pengertian dan Parameter Parameter Antena Antena Monopole Antena Monopole dengan Loading coil Space Diversity Antena BAB METODOLOGI PERANCANGAN ANTENA Spesifikasi Antena Alat dan Bahan yang Digunakan Diagram Alir Perancangan Antena Perhitungan Dimensi Antena viii

10 ix Perhitungan Dimensi Antena Monopole untuk Downlink pada Aplikasi Nanosatelit Perhitungan Dimensi Antena Monopole untuk Uplink pada Aplikasi Nanosatelit BAB SIMULASI DAN KARAKTERISASI ANTENA Kondisi Simulasi Antena Simulasi Rancang Bangun Awal Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Uplink Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Downlink Karakterisasi Rancang Bangun Antena Karakterisasi Antena Uplink Karakterisasi Antena Downlink Simulasi Rancang Bangun Akhir Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena dengan Model Satelit BAB HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS Kondisi Pengukuran Antena Perhitungan Ketinggian Antena Peralatan yang Digunakan Perangkat Keras (Hardware) Perangkat Lunak (Software) Pengukuran Port Tunggal Pengukuran Antena Uplink Pengukuran Antena Downlink Pengukuran Port Ganda Pengukuran Pola Radiasi Antena Antena Uplink Antena Downlink Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Pengukuran Pola Radiasi Antena dengan Model Nanosatelit Antena Uplink Antena Downlink Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena dengan Model Nanosatelit Pengukuran Diversity Gain Antena ix

11 x Pengukuran Diversity Gain Antena Uplink Hasil Pengukuran Diversity Gain Antena Pengukuran Gain Antena Analisis Perbandingan Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran Return Loss Antena Uplink dan Downlink Diversity Gain Antena Uplink dan Downlink Pola Radiasi Antena Uplink dan Downlink Perbandingan Pola Radiasi Antena Uplink dan Downlink Pada Isolated Antenna Perbandingan Pola Radiasi Antena Uplink dan Downlink Dengan Keadaan On Body Satellite Spesifikasi dan Hasil Simulasi dan Pengukuran Analisis Kesalahan Umum BAB KESIMPULAN DAFTAR REFERENSI LAMPIRAN A : Data Hasil Pengukuran Parameter Return Loss LAMPIRAN B : Data Hasil Pengukuran Pola Radiasi LAMPIRAN C. Data Hasil Pengukuran Gain x

12 xi DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Desain Nano Satelit IiNUSAT-01[5]... 5 Gambar 3. 1 Rancang Bangun Antena untuk Aplikasi Nanosatelit, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink Gambar 3. 2 Desain Konektor N- Female Pada Software CST Gambar 3. 3 Diagram Alir Perancangan Antena untuk Aplikasi Nanosatelit dengan Frekuensi Kerja Mhz dan MHz Gambar 4. 1 Kondisi Simulasi dan Pengukuran Antena (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink, (c) Antena Uplink pada Nanosatelit, (d) Antena Downlink pada Nanosatelit, (e) Antena Downlink dan Antena Uplink pada Nanosatelit Gambar 4. 2 Grafik Return Loss Terhadap Frekuensi Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Uplink Gambar 4. 3 Grafik Return Loss Terhadap Frekuensi Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Downlink Gambar 4. 4 Antena Uplink dengan Penambahan Loading coil, (a) Elemen Vertikal Antena, (b) Loading coil Gambar 4. 5 Grafik Frekuensi Terhadap Return Loss Hasil Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena Uplink Gambar 4. 6 Grafik Frekuensi Terhadap Return Loss Hasil Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena Downlink Gambar 4. 7 Rancang Bangun Antena pada Model Nanosatelit, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink Gambar 4. 8 Pola Radiasi Hasil Simulasi, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink, (c) Antena Uplink pada Nanosatelit, (d) Antena Downlink pada Nanosatelit Gambar 5. 1 Hasil Pengukuran Port Tunggal Antena Uplink, (a) Grafik Return Loss terhadap Frekuensi, (b)grafik VSWR dari Network Analyzer Gambar 5. 2 Hasil Pengukuran Port Tunggal Antena Downlink, (a) Grafik Return Loss terhadap Frekuensi, (b)grafik VSWR dari Network Analyzer Gambar 5. 3 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Co vs H-Co Antena Uplink dengan Frekuensi Resonan MHz Gambar 5. 4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Co vs H-Co Antena Downlink dengan Frekuensi Resonan MHz Gambar 5. 5 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Co vs H-Co Antena Uplink pada Model Nanosatelit dengan Frekuensi Resonan MHz Gambar 5. 6 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Co vs H-Co Antena Downlink pada Model Nanosatelit dengan Frekuensi Resonan MHz Gambar 5. 7 Metode Pengukuran Gain dengan 3 Antena Referensi. [10] Gambar 5. 8 Grafik S11 Hasil Simulasi dan Pengukuran Antena Uplink xi

13 xii Gambar 5. 9 Grafik S11 Hasil Simulasi dan Pengukuran Antena Downlink Gambar Pola Medan E Antena Uplink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran tanpa Model Satelit Gambar Pola Medan H Antena Uplink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran tanpa Model Satelit Gambar Pola Medan E Antena Downlink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran tanpa Model Satelit Gambar Pola Medan H Antena Downlink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran tanpa Model Satelit Gambar Pola Medan E Antena Uplink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran dengan Model Satelit Gambar Pola Medan H Antena Uplink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran dengan Model Satelit Gambar Pola Medan E Antena Downlink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran dengan Model Satelit Gambar Pola Medan H Antena Downlink Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran dengan Model Satelit xii

14 xiii DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Spesifikasi Parameter Kerja Rancang Bangun Antena Untuk Aplikasi Nanosatelit Tabel 4. 1 Parameter Awal Rancang Bangun Antena Uplink dan Downlink untuk Aplikasi Nanosatelit Tabel 4. 2 Parameter Akhir Rancang Bangun Antena Uplink dan Downlink untuk Aplikasi Nanosatelit Tabel 5. 1 Hasil Pengukuran Port Tunggal Tabel 5. 2 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Tanpa Model Satelit Tabel 5. 3 Hasil Pengukuran Pola Radiasi.Antena dengan Model Nanosatelit Tabel 5. 4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi.Antena dengan Model Nanosatelit Tabel 5. 5 Hasil Simulasi dan Hasil Pengukuran Return Loss (S11) Tabel 5. 6 Perbandingan Spesifikasi Awal Antena dengan Hasil Simulasi dan Pengukuran xiii

15 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem komunikasi secara umum terbagi menjadi dua yaitu sistem komunikasi terestrial dan sistem komunikasi satelit. Kedua sistem komunikasi ini sama - sama memiliki dasar transmisi nirkabel yang artinya sistem komunikasi terjadi tanpa menggunakan kabel. Sistem komunikasi terestrial saat ini berkembang dengan pesat, akan tetapi sistem komunikasi terestrial memiliki keterbatasan yang dapat dipenuhi oleh sistem komunikasi satelit. Oleh karena itu sistem komunikasi satelit juga terus dikembangkan. Sistem transmisi nirkabel tidak akan lepas dari antena sebagai media penghubung antar sistem tersebut. Berkembangnya sistem komunikasi satelit terutama pada space segment terjadi dalam bentuk minimalisasi dimensi fisik satelit secara umum. Secara tidak langsung dibutuhkan pula antena yang dimensi dan karakteristiknya sesuai dengan dimensi dan karakteristik satelit tersebut. Perkembangan sistem komunikasi satelit secara spesifik dapat dilihat dari ukuran fisik satelit. Dimana terdapat satelit kecil yang terbagi menjadi minisatelit dengan massa kg, kemudian mikrosatelit yang memiliki massa kg dan nanosatelit dengan massa kurang dari 10 kg. Disamping itu, terdapat berbagai jenis orbit satelit, diantaranya adalah LEO (Low Earth Orbits) yang memiliki jarak orbit sekitar 160 km diatas bumi, MEO (Medium Earth Orbits) yang berjarak dari bumi lebih besar dari jarak LEO tetapi kurang dari GEO, GEO (Geosynchronous Orbits) dimana pergerakan satelit mengikuti rotasi bumi dengan jarak sekitar km dari bumi, dan Sun-Synchronous Orbits dimana satelit melewati satu bagian permukaan bumi yang sama setiap harinya.[1] Berbagai jenis antena telah diaplikasikan pada satelit, diantaranya adalah antena dipole pada SATCOM, antena loop pada ION-F [2], dan penelitian mengenai antena Quadrifilar Helical yang dapat dijadikan antena dalam sistem komunikasi satelit [3]. Dan pada penelitian ini, dipilih antena kawat monopole 1

16 2 seperti pada satelit KUBESat dan KUTESat yang merupakan jenis pikosatelit [4]. Antena monopole lebih dipilih dibandingkan dengan jenis antena lainnya seperti antena mikrostrip yang memiliki pola radiasi directional dan antena loop yang sulit untuk impedance matching sehingga lebih cocok untuk dijadikan antena penerima saja, karena karakteristiknya yang omnidirectional sesuai dengan orbit dari nanosatelit ini yaitu Sun-Synchronous Orbit. Antena kawat monopole merupakan salah satu jenis antena yang dapat diaplikasikan dalam sistem komunikasi satelit karena bentuknya yang sederhana sehingga hemat ruang dan karakteristik pola radiasinya yang omnidirectional. Antena jenis ini relatif mudah dalam pembuatan serta banyak teknik modifikasi yang dapat dilakukan untuk mendapatkan karakteristik antena yang diinginkan. Satelit dimana antena akan dipasang merupakan jenis nanosatelit yang memiliki ukuran sekitar 32x34 cm untuk setiap sisi dengan bentuk segi enam. Saat akan diluncurkan satelit ditempatkan dalam sebuah kotak peluncuran yang memiliki ukuran sekitar 80x80 cm untuk setiap sisi, oleh karena itu dilakukan pengurangan dimensi dari antena agar satelit dan antena bisa diluncurkan ke ruang angkasa. Pada penelitian ini dipilih metode pembebanan coil yaitu membuat sebagian dari badan antena menjadi bentuk coil sehingga dimensi antena menjadi lebih kecil. Metode ini dipilih karena penerapannya mudah dan sederhana. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu : 1. Bagaimana merancang antena Monopole dengan proses minimalisasi dimensi pada frekuensi VHF MHz dan tanpa minimalisasi pada frekuensi UHF MHz? 2. Bagaimana pengaruh coil loaded pada frekuensi antena uplink? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian adalah rancang bangun dua buah antena kawat Monopole yang masing masing berfungsi sebagai antena uplink dengan frekuensi kerja MHz dan antena downlink dengan frekuensi kerja

17 3 MHz. dimana pada frekuensi UHF dilakukan minimalisasi dimensi antena menggunakan metode coil loaded pada sebagian dari badan antena sehingga dimensi panjangnya kurang dari 40 cm. Hal ini dikarenakan terbatasnya dimensi dari kotak peluncur dari nanosatelit. 1.4 Manfaat Penulisan Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Mengetahui cara mendesain antena dengan teknik coil untuk pengurangan dimensi antena. 2. Mengetahui hubungan coil pada antena terhadap parameter S Batasan Masalah Agar pembahasan menjadi lebih terarah maka pembahasan akan dibatasi sebagai berikut : 1. Parameter antena yang menjadi perhatian utama adalah dimensi antena. 2. Karakteristik antena seperti pola radiasi juga diperhitungkan. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan penelitian ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut : Bab 1 Pendahuluan Bagian ini terdiri dari latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah serta sistematika penulisan. Bab 2 Landasan Teori Bagian ini berisi tentang teori teori dasar yang digunakan pada perancangan antena yaitu mengenai antena Monopole, parameter umum antena, teknik coil pada antena Monopole, serta mengenai nano satelit dan spesifikasinya. Bab 3 Metodologi Perancangan Antena Bagian ini berisi mengenai penjelasan perancangan dari kedua antena, bahan dan perlengkapan yang digunakan serta dimensi dari antena tersebut. Prosedur perancangan antena juga akan dijelaskan pada subbab ini.

18 4 Bab 4 Simulasi Dan Karakterisasi Antena Bagian ini berisi pengaplikasian dari desain yang telah dirancang ke dalam simulator antena yaitu CST 2011 dan proses karakterisasi yang dilakukan sehingga diperoleh desain antena yang paling optimal. Bab 5 Hasil Pengukuran Dan Analisis Bagian ini berisi hasil dari pengukuran antena yang telah difabrikasi serta analisis perbandingannya dengan hasil simulasi. Bab 6 Kesimpulan Bagian ini membahas mengenai kesimpulan.

19 BAB 2 NANOSATELIT DAN ANTENA MONOPOLE DENGAN LOADING COIL 2.1 Nanosatelit Merupakan salah satu jenis satelit kecil yang memiliki berat kurang dari 10 kg. Memiliki fungsionalitas yang sama seperti satelit satelit besar pada umunya, yang menjadi perbedaan terletak pada masa hidup satelit. Nano satelit yang bernama IiNUSAT-01 merupakan nanosatelit buatan mahasiswa mahasiswa Indonesia dari berbagai perguruan tinggi negeri. Satelit ini dibuat dengan tujuan sebagai media pembelajaran bagi mahasiswa dalam bidang teknologi satelit, disamping itu satelit ini diharapkan dapat menjadi alat bantu komunikasi darurat saat terjadi bencana. Berikut merupakan desain dari nano satelit yang berbentuk heksagonal : Gambar 2. 1 Desain Nano Satelit IiNUSAT-01[5] Jenis orbit dari Nano Satelit IiNUSAT-01 adalah Sun- Synchronous Orbit. Orbit ini memungkinkan satelit untuk melewati satu bagian permukaan bumi di waktu yang sama setiap harinya. Dikarenakan terdapat 365 hari dalam setahun dan 360 derajat dalam sebuah lingkaran, satelit tersebut harus menggeser orbitnya sebanyak kurang lebih 1 derajat per hari. Satelit-satelit tersebut mengorbit pada ketinggian 700 sampai 800 km. Satelit-satelit tersebut memanfaatkan bentuk Bumi yang tidak sepenuhnya bulat (Bumi agak menonjol di bagian tengah, 5

20 6 tonjolan di sekitar khatulistiwa ini menimbulkan adanya tambahan gravitasi yang bekerja pada satelit. Hal ini menyebabkan timbulnya perubahan pada lintasan orbit satelit tersebut. Lintasan orbit ini digunakan oleh satelit yang memerlukan paparan cahaya matahari yang konstan. Jenis satelit yang mengambil gambar Bumi bekerja paling baik ketika dipaparkan dengan cahaya matahari yang terang, sedangkan jenis satelit yang mengukur radiasi gelombang panjang bekerja paling baik di dalam kegelapan total.[1] 2.2 Pengertian dan Parameter Parameter Antena Berdasarkan Antenna Research from Miller & Beasley, 2002, antena merupakan elemen rangkaian yang merubah bentuk gelombang terbimbing pada saluran kabel (Tx) ke dalam gelombang ruang bebas dan menangkap semua gelombang elektromagnetik, dan sebaliknya-rx. Sedangkan pengertian antena berdasarkan IEEE oleh Stutzman & Thiele, antena merupakan bagian dari sistem pengiriman maupun penerimaan yang dirancang untuk meradiasi atau menangkap gelombang elektromagnetik. Berikut merupakan beberapa parameter antena yang dapat menunjukkan performa kerja dari antena tersebut. a. Frekuensi Kerja Merupakan suatu ukuran mengenai seberapa cepat suatu gelombang berosilasi. Pada antena, parameter frekuensi menunjukkan kemampuan kerja dari antena. Frekuensi kerja (f) antena berkaitan dengan panjang gelombang antena tersebut (λ) dan juga kecepatan cahaya di udara (c) yang dapat dilihat pada persamaan (2.1). C = f*λ [6](2.1) b. Bandwidth Merupakan lebar frekuensi yang merupakan performa kerja antena yang bergantung pada suatu karakteristik yang ditentukan oleh standar tertentu. Hal ini menghasilkan berbagai cara untuk mengetahui bandwidth dari suatu antena. Diantaranya adalah pattern bandwidth dan impedance bandwidth, pattern bandwith terkait dengan gain, side lobe level, beamwidth, polarisasi dan arah beam sedangkan impedance bandwidth terkait dengan input impedance dan efisiensi radiasi[6].

21 7 c. Pola Radiasi Merupakan fungsi matematis atau representasi grafik dari sifat radasi antena sebagai fungsi koordinat ruang. Jenis jenis pola radiasi antara lain adalah isotropis, directional, dan omnidirectional. Pola radiasi isotropis merupakan pola radiasi ideal saat antena secara hipotesa memiliki radiasi yang besarnya sama pada semua arah. Pola radiasi directional memiliki sifat meradiasi atau menerima gelombang elektromagnetik lebih efektif pada suatu arah dibandingkan arah yang lain. Dan pola radiasi omnidirctional merupakan jenis pola radiasi yang memiliki pola nondirectional pada bidang azimuth dan pola directional pada bidang tegak lurusnya (elevation)[6]. d. Directivity Merupakan rasio antara intensitas radiasi pada suatu arah terhadap intensitas radiasi rata rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata rata sama dengan total daya radiasi antena dibagi dengan 4π. D U U 4U [6](2.2) 0 P r ad e. Gain Gain dari suatu antena berkaitan dengan directivity dari antena tersebut. Absolute gain adalah rasio dari intensitas pada arah tertentu terhadapintensitas radiasi yang dihasilkan jika daya yang diterima oleh antena yang beradiasi secara isotropis. Dan relative gain adalah rasio dari daya gain pada arah tertentu terhadap daya gain pada antena referensi pada arah referensi. [6] f. Polarisasi Merupakan polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena pada arah tertentu. Jika arah tidak terdefinisi, polarisasi dilihat pada arah maksimum gain. Terdapat tiga jenis polarisasi yaitu linear, circular dan eliptical. Pada polarisasi linear, gelombang terpolarisasi secara linear pada titik tertentu di udara jika vektor medan elektrik pada titik tersebut selalu berorientasi disepanjang garis lurus yang sama pada setiap waktu. Pada polarisasi sirkular, pada titik teretentu di udara jika vektor medan elektrik

22 8 pada titik tersebut membentuk lingkaran berdasarkan fungsi waktu. Dan pada polarisasi elips, jika ujung dari vektor medan elektrik ataupun magnetik membentuk lokus elips di udara. [6] g. Radial atau Kaki Antena Untuk jenis antena vertikal yang tertanam pada bidang pentanahan dimana pencatuan dilakukan secara langsung pada dasar antena, agar memperoleh pentanahan yang sempurna, tegangan (potensial) terhadap pentanahan harus bernilai nol pada sisi dari titik pencatuan yang terhubung langsung dengan bidang pentanahannya yang berarti bahwa keseluruhan tegangan dari sumber dikirimkan semuanya ke antena. Pada kondisi yang sempurna, bidang pentanahan memiliki nilai resistansi dan reaktansi nol, tidak ada perbedaan tegangan seberapa besarpun arus yang mengalir dan juga tidak ada rugi - rugi.akan tetapi pada kenyataannya tidak adak bidang pentanahan yang sempurna, terdapat rugi - rugi dan perbedaan tegangan yang disebabkan arus pada bidang pentanahan disekitar antena. Langkah pendekatan yang dapat dilakukan diantaranya adalah menambahkan plat logam atau sejumlah radial pada permukaan bidang pentanahan untuk mengurangi resitansi dan impedansi pentanahan. Lebih banyak metal yang ditambahkan, makin baik pula bidang pentanahan yang dihasilkan dan semakin efisien performa kerja antena. Pada antena vertikal yang tertanam diatas bidang pentanahan, antena dicatu pada dasar elemen vertikal, radial tidak terhubung secara langsung dengan bidang pentanahan. Pada keadaan ini, akan terdapat arus yang mengalir pada radial dan pada titik pencatu, arus pada elemen vertikal akan diseimbangkan oleh arus yang mengalir pada seluruh radial. Ini tetap tidak menghasilkan antena yang seimbang karena arusnya tidak simetris disekitar titik pencatuan. Pada kenyataannya arus mengalir secara vertikal pada elemen vertikal dan secara horizontal pada radial. Dikarenakan adanya arus yang mengalir pada radial, radial akan meradiasi, akan tetapi radiasi ini akan diminimalisasi untuk menjaga karakteristik yang diinginkan dari antena vertikal. Cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi radiasi adalah dengan menyusun radial secara simetris

23 9 terhadap dasar vertikal. Untuk radial yang simetris, arus yang mengalir pada setiap radial memiliki arah yang berlawanan dengan arus pada radial yang berlawanan dengannya dan radiasi total pada bidang horizontal akan lenyap sehingga radial akan memiliki efek yang sedikit terhadap radiasi sudut rendah (low angle radiation).[7] 2.3 Antena Monopole Antena monopole merupakan salah satu jenis antena kawat yang terbentuk dengan cara mengganti atau menghilangkan setengah dari antena dipole dengan bidang pentanahan (ground plane) pada penempatan yang tepat sesuai dengan setengan sisa antenanya. Jika bidang pentanahannya cukup besar, antena monopole akan bekerja seperti antena dipole yang mana pantulan pada bidang pentanahan akan menggantikan fungsi dari setengah antena dipole yang dihilangkan tersebut. Oleh karena hal ini, antena monopole dikenal juga sebagai antena dipole dengan seperempat panjang gelombang (1/4 λ). Antena monopole biasanya memiliki bentuk geometri yang terdiri dari elemen vertikal berbentuk silinder yang berada pada bagian tengah dari bidang pentanahan yang menjadi penghantar (konduktor) sempurna di dalam ruang bebas (free space). Bentuk antena seperti ini memiliki karakteristik pola radiasi yang seragam pada arah azimuth yang biasa dikenal dengan jenis pola radiasi omnidirectional. Antena monopole merupakan antena yang paling banyak digunakan untuk sistem komunikasi wireless mobile dengan karakteristik broadband dan konstruksi yang sederhana yang biasa digunakan pada antena untuk peralatan portable. Panjang elektrik dari antena behubungan langsung dengan frekuensi resonannya dan berpengaruh terhadap efisiensi radiasi dan karakteristik gain. Dimensi dari antena monopole merupakan ¼ dari panjang gelombangnya, dimana rumus mencari panjang gelombang adalah : λ = C / f (2.3)

24 10 maka untuk menghitung panjang (l) dari antena monopole dapat digunakan persamaan berikut : l = 4 C / f (2.4) 2.4 Antena Monopole dengan Loading coil Antena monopole dengan modifikasi loading coil berpengaruh terhadap perubahan frekuensi resonan frekuensi tersebut. Hubungan antara loading coil dengan frekuensi resonan dari antena monopole dapat dilihat dari persamaan (2.5) dan (2.6) berikut. 2f f 2 1 LC 1 LC 1 LC [9](2.5) L d 2 N 2 [9](2.6) 18 d 40 Z 2.5 Space Diversity Antena Space diversity merupakan metode yang digunakan dengan memanfaatkan lebih dari satu antena dalam suatu sistem transmisi. Pada space diversity, terdapat koefisien yang berpengaruh terhadap kualitas dari sistem transmisi tersebut, yaitu diversity gain yang nilainya dipengaruhi oleh nilai correlation. Diversity gain merupakan konsep yang didefinisikan oleh Hodge [1978] untuk sistem komunikasi bumi dan satelit yang melibatkan dua antena pada jarak tertentu yang beroperasi pada mode diversity [9]. Correlation yang paling baik bernilai 0 dan diversity gain yang paling baik bernilai 10. Berikut persamaan untuk menghitung nilai correlation dan diversity gain S S 1 S S 11 S S 21 S S env [10](2.7) 12

25 11 DG 10 1 env [10](2.8)

26 BAB 3 METODOLOGI PERANCANGAN ANTENA 3.1 Spesifikasi Antena Pada skrispsi ini dibuat rancang bangun dari dua antena yang akan digunakan pada aplikasi nanosatelit dengan frekuensi kerja termasuk kedalam Ultra High Frequency (UHF) dan Very High Frequency (VHF). Masing masing antena bekerja pada frekuensi berbeda dan fungsi yang berbeda pula. Antena pertama berfungsi sebagai antena downlink yang fungsinya mengirimkan sinyal dari satelit ke bumi (ground station), memiliki frekuensi kerja MHz sedangkan antena kedua berfungsi sebagai antena uplink yang bertugas menerima sinyal yang dikirimkan dari ground station, memiliki frekuensi kerja MHz. Spesifikasi rancang bangun antena monopole dapat dilihat pada tabel 3.1. Pemilihan frekuensi UHF dan VHF sebagai frekuensi kerja dari nanosatelit antara lain adalah desain antena yang dihasilkan berupa omnidirectional, tingkat penyerapan udara terhadap gelombang UHF dan VHF rendah, gelombang ini mampu mengirimkan data sebesar 1.2 kbps, dan juga pita gelombang ini telah banyak diaplikasikan dalam sistem komunikasi satelit. Antena yang akan digunakan pada aplikasi nanosatelit ini berupa antena monopole yang memiliki karakteristik omnidirectional, low-profile, polarisasi linear serta kemudahan tuning setelah proses fabrikasi. Tabel 3. 1 Spesifikasi Parameter Kerja Rancang Bangun Antena Untuk Aplikasi Nanosatelit. Antena Parameter Antena Nilai Antena Uplink Frekuensi Bawah MHz Frekuensi Atas Frekuensi Tengah Bandwidth Polarisasi Gain MHz MHz 10 khz Linear 0 db 12

27 13 Antena Downlink Frekuensi Bawah MHz Frekuensi Atas MHz Frekuensi Tengah MHz Bandwidth 30 khz Polarisasi Linear Gain 0 db Terdapat perbedaan rancang bangun antara antena uplink dengan antena downlink untuk aplikasi nanosatelit ini. Dimensi fisik dari antena monopole yang memiliki karakteristik panjang elemen vertikal adalah sebesar seperempat lambda, diperoleh dari persamaan (2.4). Adanya keterbatasan pada ukuran dari nanosatelit menyebabkan dimensi fisik dari antena harus menyesuaikan dengan spesifikasi dari ukuran nanosatelit, oleh karena itu pada skripsi ini antena uplink yang memiliki frekuensi lebih rendah sehingga memiliki dimensi fisik yang lebih besar dibandingkan antena downlink perlu dimodifikasi dengan tujuan minimalisasi dari dimensi fisik antena tersebut. Bentuk modifikasi yang dilakukan pada rancang bangun antena uplink untuk aplikasi nanosatelit adalah dengan penambahan loading coil sehingga dimensi fisik dari antena dapat dikurangi. Dipilih metode loading coil untuk minimalisasi dimensi dari antena monopole karena keunggulannya dalam kesederhanaan proses fabrikasi dan tetap dapat dipertahankan karakteristik dasar dari antena monopole seperti omnidirectional dan polarisasi linear. Rancang bangun dari antena downlik dan antena uplink dapat dilihat pada Gambar 3.1.

28 14 (a) (b) Gambar 3. 1 Rancang Bangun Antena untuk Aplikasi Nanosatelit, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink. 3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan Alat dan bahan yang digunakan pada saat merancang dan menyimulasikan antena monopole ini meliputi perangkat lunak simulator, bahan kawat antena, model dari satelit, serta konektor dari antena. a. Simulator Antena Simulator antena termasuk dalam perangkat lunak yang digunakan dalam mendesain dan menyimulasikan antena. Dilakukan tahapan simulasi agar diperoleh gambaran dari performa kerja antena yang dirancang sehingga kemudian antena tersebut dapat difabrikasi. Simulator yang digunakan adalah Computer Simulation Technology (CST) b. Bahan Kawat Antena Antena monopole ini didesain menggunakan material PEC (Perfect Electric Conductor) dengan diameter 2mm.

29 15 Pada simulator dirancang pula permodelan dari nanosatelit sehingga dapat dilihat performa antena setelah diletakkan pada model nanosatelit tersebut. Model satelit terbuat dari alumunium yang memiliki ketebalan 0.5mm dan ukuran fisik yaitu tinggi 34cm dan lebar 17cm. c. Konektor Antena Dirancang pula konektor antena pada simulator CST 2011 dengan jenis n- female connector yang memiliki karakteristik impedansi sebesar 50 Ohm. 3.3 Diagram Alir Perancangan Antena Skema proses dari perancangan antena untuk aplikasi nanosatelit ini dapat dilihat pada diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar Perhitungan Dimensi Antena Elemen vertikal dari suatu antena monopole menjadi parameter utama yang menentukan frekuensi resonan dari antena tersebut. Saluran transmisi memiliki impedansi sebesar 50 Ohm sehingga konektor yang digunakan sebagai pencatu antena monopole harus didesain sehingga memiliki nilai impedansi yang sama atau paling tidak mendekati 50 Ohm sehingga diperoleh kondisi matching. Desain dari konektor yang digunakan adalah konektor N female, dapat dilihat pada Gambar 3.2, yang memiliki nilai impedansi Ohm yang diketahui dari perhitungan impedansi saluran pada software CST Gambar 3. 2 Desain Konektor N- Female Pada Software CST 2011.

30 16 MULAI B A Menentukan spesifikasi dari antena (frekuensi, bandwidth, return loss, dan VSWR) Menghitung dimensi elemen vertikal dari kedua antena, uplink dan downlink Mengatur kembali elemen vertikal dari antena Tidak RL -10dB pada frekuensi resonan yang diinginkan? Ya Rancang ulang antena dengan menambahkan loading coil Simulasi pola radiasi dan polarisasi antena Dimensi antena sudah sesuai dengan dimensi nanosatelit (<40cm)? Ya Tidak B Simulasi antena pada model nanosatelit Simulasi antena menggunakan software CST 2011 Melihat pola radiasi dan polarisasi dua antena A SELESAI Gambar 3. 3 Diagram Alir Perancangan Antena untuk Aplikasi Nanosatelit dengan Frekuensi Kerja Mhz dan MHz.

31 Perhitungan Dimensi Antena Monopole untuk Downlink pada Aplikasi Nanosatelit Dengan menggunakan persamaan (2.3) dapat dihitung panjang gelombang dari antena monopole, besar dari panjang gelombang dipengaruhi langsung oleh frekuensi resonan dari antena. Perhitungan untuk panjang gelombang dari antena downlink adalah sebagai berikut. 3 x x m Panjang elemen vertikal dari antena monopole adalah seperempat dari panjang gelombang antena tersebut. l m m cm Maka panjang dari elemen vertikal untuk antena downlink untuk aplikasi nanosatelit adalah cm Perhitungan Dimensi Antena Monopole untuk Uplink pada Aplikasi Nanosatelit Seperti perhitungan pada antena downlink, untuk mengetahui panjang elemen vertikal dari antena uplink dilakukan metode yang sama. Berikuta perhitungan untuk panjang gelombang dari antena downlink. 3 x x m Panjang elemen vertikal dari antena monopole adalah seperempat dari panjang gelombang antena tersebut.

32 18 l m m cm Maka panjang dari elemen vertikal untuk antena downlink untuk aplikasi nanosatelit adalah cm. Adanya keterbatasan pada ukuran dari nanosatelit maka dilakukan modifikasi pada elemen vertikal tersebut dengan tujuan mengurangi total dari elemen vertikal. Metode yang dilakukan adalah dengan penambahan coil pada sebagian elemen vertikal.

33 BAB 4 SIMULASI DAN KARAKTERISASI ANTENA 4.1 Kondisi Simulasi Antena Pengaruh keberadaan nanosatelit terhadap performa kerja antena akan dibandingkan dengan performa kerja antena tersebut tanpa adanya nanosatelit, oleh karena itu akan disimulasikan antena tanpa adanya model nanosatelit dan antena yang diletakkan pada model nanosatelit. Terdapat dua jenis antena, uplink dan downlink, maka terdapat lima jenis kombinasi kondisi simulasi antena yang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Kondisi kondisi tersebut juga berlaku pada saat pengukuran antena yang telah difabrikasi. (a) (b) 19

34 20 (c) (d) (e) Gambar 4. 1 Kondisi Simulasi dan Pengukuran Antena (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink, (c) Antena Uplink pada Nanosatelit, (d) Antena Downlink pada Nanosatelit, (e) Antena Downlink dan Antena Uplink pada Nanosatelit. Berikut merupakan penjelasan dari kelima kondisi diatas. a. Kondisi pertama adalah simulasi dari performa kerja antena uplink dengan kondisi ruang disekeliling antena merupakan udara terbuka.

35 21 b. Kondisi kedua adalah simulasi dari antena downlink dengan kondisi batas yang diberlakukan sama seperti pada antena uplink. c. Kondisi ketiga adalah simulasi dari antena uplink saat diletakkan pada model nanosatelit. Pada kondisi ini, ukuran dari nanosatelit dibuat sesuai dengan dimensi asli dari nanosatelit. Karena digunakan dua buah antena yang berfungsi sebaga space diversity, jarak dari kedua antena juga disimulasikan sama seperti pada kondisi sebenarnya. d. Kondisi keempat dilakukan pada antena downlink saat diletakkan pada model nanosatelit dengan kondisi yang sama yang diberlakukan seperti pada kondisi ketiga. e. Kondisi kelima dilakukan pada antena downlink dan uplink saat kedua jenis antena tersebut diletakkan pada model satelit. Parameter yang ingin diketahui adalah diversity gain sebagai acuan dari coverage dari antena dan pola radiasi dari antena antena tersebut. 4.2 Simulasi Rancang Bangun Awal Parameter awal dari rancang bangun antena uplink dan downlink untuk aplikasi nanosatelit dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut. Tabel 4. 1 Parameter Awal Rancang Bangun Antena Uplink dan Downlink untuk Aplikasi Nanosatelit. Parameter Antena Nilai Elemen Vertikal Uplink cm Downlink cm Konektor Uplink N- female Downlink N- female Nilai dari parameter antena diperoleh dari hasil perhitungan dan perancangan antena seperti telah dijelaskan pada Bab 3. Dengan beberapa kondisi

36 22 yang telah disebutkan sebelumya, antena kemudian disimulasikan untuk mengetahui parameter kerja dari antena tersebut. Berdasarkan hasil simulasi rancang bangun antena awal, ternyata diperlukan karakterisasi dari parameter antena untuk memperoleh spesifikasi yang diinginkan dari antena yang telah dirancang Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Uplink Hasil simulasi rancang bangun awal antena uplink dapat dilihat dari grafik return loss yang terdapat pada Gambar 4.2. Berdasarkan grafik tersebut, terlihat bahwa antena uplink belum beresonansi pada frekuensi kerja yang diharapkan pada spesifikasi antena, selain itu spesifikasi dimensi antena yang diharapkan belum terpenuhi. Maka dilakukan karakterisasi pada parameter antena untuk dapat memenuhi spesifikasi yang diinginkan. Parameter dari antena yang dapat dikarakterisasi adalah mengubah panjang dari elemen vertikal serta menambahkan loading coil pada elemen vertikal tersebut. Gambar 4. 2 Grafik Return Loss Terhadap Frekuensi Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Uplink Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Downlink

37 23 Hasil simulasi rancang bangun awal dari antena downlink berupa parameter return loss atau dikenal dengan S11 dapat dilihat pada Gambar 4.3. Berdasarkan grafik return loss tersebut dapat diketahui frekuensi resonan dari rancang bangun antena. Gambar 4. 3 Grafik Return Loss Terhadap Frekuensi Hasil Simulasi Rancang Bangun Awal Antena Downlink. Terlihat pada Gambar 4.3 bahwa antena bekerja pada frekuensi tengah 593 MHz pada batas RL -10dB. Hal ini menunjukkan bahwa performa kerja antena belum sesuai dengan spesifikasi antena yang diharapkan. Oleh karenanya dilakukan karakterisasi untuk memenuhi spesifikasi kerja yang diinginkan. Parameter dari antena downlink yang dapat dikarakterisasi adalah dengan mengubah panjang dari elemen vertikal antena dan dengan penambahan radial pada antena tersebut. Simulasi rancang bangun awal pada kedua antena berdasarkan hasil perhitungan menunjukkan hasil yang tidak sesuai dengan spesifikasi kerja yang diinginkan. Pada antena uplink dan downlink, grafik return loss terhadap frekuensi menunjukkan frekuensi kerja dari antena yang lebih tinggi dari spesifikasi frekuensi kerja yand diinginkan. Agar spesifikasi kerja dari antena dapat terpenuhi, pada antena downlink, panjang elemen vertikal pada antena harus

38 24 ditambahkan agar frekuensi kerja dapat menjadi lebih rendah. Sedangkan untuk antena uplink, dapat dilakukan beberapa metode untuk membuat frekuensi kerja antena menjadi lebih rendah, yaitu dengan mengurangi bagian lurus dari elemen vertikal, mengurangi panjang dari kaki radial atau dengan mengubah parameter dari loading coil seperti mengurangi jumlah putaran coil, memperkecil diameter dari putaran coil atau memperbesar jarak antar putaran coil. Hasil simulasi tidak sesuai dengan hasil perhitungan disebabkan karena pada saat perhitungan elemen vertikal antena, diameter antena tidak diikut sertakan serta nilai konduktivitas elektrik dari bahan konduktor sebagai elemen peradiasi juga tidak diperhitungkan. 4.3 Karakterisasi Rancang Bangun Antena Karakterisasi dari rancang bangun antena dilakukan agar performa kerja antena hasil simulasi dapat memenuhi spesifikasi antena seperti yang diinginkan. Tujuan dari karakterisasi antena adalah untuk mengetahui pengaruh dari perubahan parameter antena terhadap performa kerja antena sehingga dapat diperoleh nilai dari parameter antena yang menghasilkan performa kerja dari antena yang paling optimal. Sesuai dengan persamaan (2.1) dan persamaan (2.2), semakin panjang dimensi fisik dari antena maka panjang gelombang antena tersebut akan semakin besar yang berarti frekuensi resonannya akan menjadi lebih rendah, begitupun sebaliknya jika panjang dimensi fisik dari antena dikurangi maka panjang gelombang dari antena tersebut akan semakin kecil sehingga frekuensi resonan antena menjadi lebih tinggi. Hal tersebut berlaku untuk antena monopole dengan elemen vertikal berupa kawat lurus sebagai elemen peradiasi, sedangkan untuk antena uplink yang memiliki coil loading, parameter parameter lain yang terdapat dicoil juga dapat mempengaruhi frekuensi resonan dari antena seperti terdapat pada persamaan 2.. Parameter parameter pada antena uplink dengan loading coil akan dibahas lebih lanjut pada karakterisasi antena uplink.

39 Karakterisasi Antena Uplink Penambahan loading coil pada antena uplink menyebabkan bertambahnya parameter antena yang dapat dikarakterisasi untuk memperoleh performa kerja antena hasil simulasi seperti yang diinginkan. Gambar 4.4 memberikan rancang bangun dari antena uplink yang telah diberikan loading coil beserta parameter parameternya. (a) (b) Gambar 4. 4 Antena Uplink dengan Penambahan Loading coil, (a) Elemen Vertikal Antena, (b) Loading coil. Parameter parameter antena yang dapat dikarakterisasi yaitu jumlah putaran coil (N), jari jari putaran coil (r), jarak antar putaran coil (d), serta panjang elemen vertical atau bagian antena monopole yang berupa kawat lurus. Berdasarkan simulasi dari karakterisasi parameter parameter antena yang telah dilakukan, diketahui bahwa setiap parameter parameter tersebut memiliki pengaruh terhadap frekuensi resonan dari antena. Ketika diperoleh simulasi antena

40 26 dengan frekuensi kerja yang sesuai, nilai dari return loss atau S11 tidak lebih besar dari -10 db, hal ini berarti bahwa keadaan matching dari antena kurang terpenuhi. Oleh karena itu ditambahkan radial atau kaki antena sebagai metode untuk memperbaiki matching dari antena. Setelah dilakukan simulasi dengan karakterisasi panjang radial, ternyata penambahan dari radial tidak hanya meningkatkan kondisi matching dari antena tetapi juga mengubah frekuensi resonannya. Maka dilakukan karakterisasi karakterisasi terhadap parameter dari antena sampai diperoleh performa kerja antena yang sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Dimensi fisik dari antena uplink berupa antena monopole yang memiliki elemen vertikal yang terdiri dari kawat lurus dan loading coil. Dengan panjang kawat lurus yang terletak sebelum loading coil (L1) adalah 5 cm, panjang kawat lurus yang terletak setelah loading coil (L2) adalah 20 cm, jumlah putaran coil (N) adalah 6, jari jari dari putaran coil (r) adalah 1.5 cm, jarak antar putaran coil (s) adalah 1 cm, dan panjang radial (L3) adalah 3.5 cm. Dari spesifikasi antena tersebut, ternyata diperoleh performa kerja yang paling optimal dari antena uplink Karakterisasi Antena Downlink Perubahan dari parameter antena pada antena downlink untuk memperoleh frekuensi resonan antena seperti yang diinginkan terbatas pada perubahan panjang dari elemen vertikal antena dan penambahan radial atau kaki antena. Berdasarkan simulasi rancang bangun awal, diperoleh frekuensi kerja antena yaitu 593 MHz. Frekuensi ini lebih tinggi dibandingkan spesifikasi dari antena. Maka untuk menurunkan frekuensi resonan dari antena menjadi MHz, panjang dari elemen vertikal ditambahkan dengan melakukan iterasi panjang dari 18 cm sampai 25 cm. Selain itu ditambahkan radial atau kaki antena. Iterasi panjang radial juga dilakukan antara 2cm sampai 8cm. Berdasarkan hasil simulasi dari iterasi iterasi yang telah dilakukan, terlihat hubungan antara panjang elemen vertikal terhadap frekuensi kerja antena tanpa adanya tambahan radial atau kaki antena. Pola perubahannya adalah semakin panjang elemen vertikal antena, frekuensi kerja antena akan semakin rendah. Dan

41 27 semakin rendah frekuensi kerja grafik return loss akan semakin naik atau tidak melewati batas return loss -10 db. Oleh karenanya ditambahkan radial pada antena. Semakin besar nilai dari panjang radial antena, frekuensi kerja akan semakin rendah dan nilai return loss akan melewati batas nilai 10 db. Iterasi dilakukan dengan nilai panjang radial dari 3 cm sampai 7 cm. Sedangkan pada iterasi dimana nilai dari radial antena dibuat tetap dengan variasi pada panjang elemen vertikal. Nilai radial antena dibuat sebesar 6 cm dan panjang elemen vertikal dilakukan iterasi antara 17 cm sampai dengan 25 cm. Ternyata dengan adanya radial antena dengan panjang elemen vertikal yang sama dibandingkan dengan tanpa adanya radial, frekuensi yang dihasilkan menjadi lebih rendah. Maka dicari nilai dari kedua parameter antena ini dengan metode iterasi hingga diperoleh hasil yang paling optimal. 4.4 Simulasi Rancang Bangun Akhir Rancang bangun antena monopole untuk uplink dan downlink pada aplikasi nanosatelit dengan parameter yang terdapat pada Tabel 4.2 telah disimulasikan dan diperoleh hasil simulasi yang sesuai dengan spesifikasi dari antena. Tabel 4. 2 Parameter Akhir Rancang Bangun Antena Uplink dan Downlink untuk Aplikasi Nanosatelit. Antena Parameter Nilai Uplink L1 5 cm L2 20 cm N 6 R D L3 1.5 cm 1 cm 3.5 cm Downlink L cm L2 6 cm

42 28 Untuk hasil simulasi antena uplink, diperoleh frekuensi kerja sesuai dengan spesifikasi yaitu MHz dengan return loss sebesar db. Grafik hasil simulasi yang merupakan perbandingan antara frekuensi terhadap nilai S11 (return loss) dari antena uplink dapat dilihat pada Gambar 4.5. Sedangkan untuk antena downlink, diperoleh nilai return loss sebesar db pada frekuensi resonan MHz, grafik hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4.6. Gambar 4. 5 Grafik Frekuensi Terhadap Return Loss Hasil Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena Uplink.

43 29 Gambar 4. 6 Grafik Frekuensi Terhadap Return Loss Hasil Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena Downlink. 4.5 Simulasi Rancang Bangun Akhir Antena dengan Model Satelit Rancang bangun akhir antena seperti telah disebutkan pada subbab sebelumnya yang telah memiliki peforma kerja sesuai dengan spesifikasi antena kemudian disimulasikan dengan model dari nanosatelit. Pada simulasi, antena diletakkan pada bagian atas dari model nanosatelit. Simulasi ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh dari model nanosatelit terhadap performa kerja dari antena, baik antena uplink maupun antena downlink. Pengaruh ini dilihat dari pola radiasi yang dihasilkan antena tersebut. Pada simulasi yang dilakukan dengan software CST 2011, dapat dilihat penggambaran medan E dan medan H dari antena. Rancang bangun dari antena yang diletakkan pada model nanosatelit dapat dilihat dari Gambar 4.7.

44 30 (a) (b) Gambar 4. 7 Rancang Bangun Antena pada Model Nanosatelit, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink. Hasil pola radiasi yang dapat terlihat berupa medan E dan medan H dengan keadaan antena disimulasikan tanpa adanya model dari nanosatelit dan dengan diletakkan pada model nanosatelit dapat dilihat pada Gambar 4.8. Berdasarkan Gambar 4.8, terlihat bahwa antena masih memiliki pola radiasi yang berbentuk seperti angka delapan pada medan E dan berbentuk lingkaran pada medan H, atau dapat dikatakan bahwa antena monopole ini omnidirectional. (a)

45 31 (b) (c) (d) Gambar 4. 8 Pola Radiasi Hasil Simulasi, (a) Antena Uplink, (b) Antena Downlink, (c) Antena Uplink pada Nanosatelit, (d) Antena Downlink pada Nanosatelit.

46 32 Selain pola radiasi, terdapat diversity gain yang dapat dijadikan sebagai parameter acuan untuk menentukan coverage dari antena. Metode untuk menghitung nilai diversity gain berdasarkan nilai S-parameter seperti pada persamaan (2.8) menghasilkan nilai diversity gain sebesar 9.86 pada frekuensi kerja antena uplink MHz dan diversity gain sebesar 9.97 pada frekuensi kerja antena downlink MHz. Dengan nilai maksimum dari diversity gain yaitu 10, nilai yang diperoleh dari hasil simulasi pada antena uplink dan antena uplink seperti telah disebutkan sebelumnya menunjukkan bahwa antena pada hasil simulasi telah menghasilkan performa kerja yang paling optimum saat dikondisikan sebagai antena diversity.

47 BAB 5 HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS 5.1 Kondisi Pengukuran Antena Berdasarkan proses perancangan dan simulasi, diperoleh rancang bangun akhir antena dengan performa yang sesuai dengan karakteristik yang diinginkan. Hasil rancangan tersebut kemudian difabrikasi dan diukur di dalam ruang anti gema (anechoic chamber) untuk mengetahui performa kerja dari antena tersebut. Pengukuran antena dilakukan pada jarak far-field dan untuk mengetahui performa antena saat antena diletakkan pada satelit juga dilakukan pengukuran antena dengan menggunakan model satelit Perhitungan Jarak Far-Field Pengukuran yang dilakukan di dalam ruang anti gema (anechoic chamber) dilakukan pada daerah medan far field, dimana pada daerah medan ini, antena sudah beradiasi dengan stabil. Jarak dari far field bergantung pada dimensi linier terbesar dari antena dan panjang gelombang antena tersebut, sesuai dengan persamaan 2.. Antena yang akan diukur di dalam ruang anti gema (anechoic chamber) pada jarak far field biasa disebut dengan AUT (Antenna Under Test). Dimensi linier terbesar dari antena untuk nanosatelit adalah panjang dari elemen vertikalnya. Untuk antena downlink yang memiliki dimensi terbesar adalah 15.3 cm dengan frekuensi kerja Mhz sehingga diperoleh panjang gelombang sebesar m, maka perhitungan jarak far fieldnya adalah sebagai berikut. R 2 D m m m 6.82 cm 2 33

48 34 Sedangkan untuk antena uplink, dimensi linear terbesarnya adalah total panjang dari elemen vertikal dari antena yaitu sebesar 32 cm. Dengan frekuensi resonan antena MHz dan panjang gelombang sebesar m, perhitungan far field adalah sebagai berikut. R 2 D m m 9.9 cm m 2 Dengan jarak far field sebesar 9.9 cm untuk antena uplink dan 6.82 m untuk antena downlink, maka perhitungan dari jarak far-field diganti berdasarkan rumus 3 λ. Diperoleh jarak far field 2.058m untuk antena downlink dan m untuk antena uplink. Karena jarak far field pada antena uplink tidak memungkinkan pengukuran dilakukan di dalam anechoic chamber, jarak far field untuk antena uplink disamakan dengan antena downlink dengan asumsi bahwa jarak far field pengukuran berada pada kondisi dimana antena sudah dapat beradiasi dengan stabil hingga hasil pengukuran menjadi lebih akurat Perhitungan Ketinggian Antena Ketinggian dari antena dihitung berdasarkan rumus Fresnel Zone yang nilainya akan dipengaruhi oleh jarak far field antena dan frekuensi resonan antena. Perhitungan dari Fresnel zone ini dilakukan untuk mengkondisikan agar antena berada didalam Fresnel 1 dimana kondisi tersebut berarti bahwa antena dapat beradiasi dengan optimal. Akan tetapi pengukuran dari antena uplink dan antena downlink dilakukan didalam ruang anti gema, perhitungan Fresnel zone tidak perlu dilakukan karena didalam ruang anti gema tersebut sudah dikondisikan seperti pada Fresnel 1. Maka ketinggian antena selama pengukuran dapat ditentukan sendiri. Pada pengukuran ini ditentukan ketinggian antena adalah 1.1 m.

49 Peralatan yang Digunakan Pada pengukuran, dibutuhkan perangkat perangkat untuk mendukung proses pengukuran dan analisis hasil pengukuran tersebut. Perangkat perangkat yang dibutuhkan terbagi menjadi perangkat keras dan perangkat lunak Perangkat Keras (Hardware) Perangkat keras yang digunakan pada pengukuran adalah sebagai berikut. a. Connector N 50 Ohm Konektor digunakan untuk memberikan port pada antena yang akan menghubungkan feed line antena dengan saluran transmisi alat ukur network analyzer. b. Kabel coaxial RG-55/U Fujikura Kabel ini digunakan sebagai penghubung antara port pada network analyzer dan port pada antena. c. Calibration Kit Agilent 85052D Peralatan kalibrasi digunakan saat mengkalibrasi network analyzer sebelum melakukan pengukuran. d. Network Analyzer Agilent N5230C (300 khz 13,5 GHz) Network analyzer (NA) digunakan pada pengukuran port tunggal dimana yang diukur adalah return loss dan VSWR dan pada pengukuran port ganda untuk pengukuran pola radiasi, diversity gain dan gain antena Perangkat Lunak (Software) Perangkat lunak yang digunakan pada proses pengukuran adalah sebagai berikut. a. Microsoft Excel 2007 Perangkat lunak ini digunakan saat mengolah data hasil pengukuran sehingga dapat ditampilkan pada skripsi ini.

50 Pengukuran Port Tunggal Pengukuran antena pada port tunggal meliputi return loss, VSWR, dan input impedance. Pengukuran dilakukan dengan cara menghubungkan port antena ke salah satu port pada network analyzer. Pengukuran port tunggal cukup dilakukan di dalam ruangan, tidak di dalam ruang anti gema seperti pada pengukuran port ganda Pengukuran Antena Uplink Pada Gambar 5.1 terlihat hasil pengukuran dari antena uplink berupa nilai return loss atau S11 dan VSWR. (a)

51 37 Gambar 5. 1 Hasil Pengukuran Port Tunggal Antena Uplink, (a) Grafik Return Loss terhadap Frekuensi, (b)grafik VSWR dari Network Analyzer. Berdasarkan gambar diatas, antena uplink dapat dikatakan beresonan pada frekuensi MHz dengan nilai return loss sebesar db (lebih dari - 10dB), VSWR Pengukuran Antena Downlink Pada Gambar 5.2 terlihat hasil pengukuran dari antena downlink berupa nilai return loss atau S11 dan VSWR.