PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA PHASED ARRAY MIKROSTRIP 1 4 X-BAND

Transkripsi

1 5 PRANCANGAN DAN RALISASI ANTNA PHASD ARRAY MIKROSTRIP XBAND Zillya Fatimah, Ho Wijanto, Yuyu Wahyu 3, PodiS Tknik Tlkomunikasi, Fakultas Tknik lkto, Univsitas Tlkom 3 PPTLIPI (Lmbaga Ilmu Pngtahuan Indonsia) zillya.fatimah@gmail.com, howijanto@tlkomunivsity.ac.id, 3 yuyu.wahyu@ppt.lipi.go.id Abstak Ai Dfns Rada mupakan ada ptahanan udaa yang mampu mndtksi tagt di udaa yang mliputi posisi dan kcpatan. Sistm Ai Dfns Rada mmbutuhkan sbuah mdia tansmisi bupa antna. Untuk sistm ada konvnsional, antna diputa mnggunakan otato shingga mmungkinkan antna mlakukan scanning aa yang lbih luas jangkauannya. Dngan mnggunakan aplikasi antna phasd aay akan mmungkinkan dilakukan scanning scaa lktik, dimana dngan posisi antna yang tidak bubah tapi pola adiasi bisa diaahkan dngan caa mngndalikan fasa aus catu pada antna. Pada pnlitian ini, antna diancang dan disimulasikan dngan bantuan pangkat lunak dan dialisasikan mnggunakan bahan substat Rogs Duoid 588 dngan nilai (ε =, dan h =,57 mm). Antna bkja pada fkunsi XBand (9,37 9,3 GHz) dngan VSWR di bawah (,,,,,6, dan,9), bpolaisasi lini, mmiliki gain 8,636 i dan pola adiasi unidiksional. Antna mmiliki dimnsi 56,6 37,88 x,535 mm sta mampu mnggs fasa scaa lktik sbsa o dan 3 o saat vaiasi sudut fasa 7 o dan 9 o dngan mnggunakan vaiasi kabl catu. Dngan spsifikasi tsbut antna phasd aay mampu bkja dngan baik untuk Ai Dfns Rada. Kata kunci: Antna Phasd Aay, Phas Shift, XBand Abstact Ai Dfns Rada is an ai dfns ada that capabl of dtcting tagts in th ai includ th position and vlocity. Ai Dfns Rada s systm nd a tansmission mdium that is antnna. Fo convntional ada systm, ada antnna is otatd using otato which allow th antnna scanning th aa aound thm. Th phasd aay antnna application allows lctic scanning in th ada antnna, which is not chang th position of antnna but th adiation pattn can b dictd with contolling th supply cunt phas in th antnna. In this pap, antnna dsignd and simulatd with softwa and alizd using a substat matial Duoid Rogs 588 with a valu (ε =. and h =.57 mm). Antnna woks at a XBand ( GHz) fquncy that poducs VSWR a.,.,.6,.9, lina polaization, gain i and undictional adiation pattn. Antnna has mm dimnsion and lctically abl to shift th phas until o and 3 o with phas diffnc of 7 o dan 9 o using a vaiation of supply cabl. With ths spcification, th phasd aay antnna is wok wll fo th pfomanc of ai dfns ada. Kywods: Antna phasd aay, Phas shift, Xband. Pndahuluan Radio Dtction and Ranging (ada) adalah suatu sistm dtksi glombang adio yang bguna untuk mndtksi, mnguku jaak dan mmtakan map bndabnda spti psawat tbang, milit, dan infomasi cuaca. Untuk sistm ada konvnsional, antna ada diputa mnggunakan otato shingga mmungkinkan antna mlakukan scanning aa skita antna. Dngan aplikasi antna phasd aay maka mmungkinkan dilakukan scanning scaa lktik pada antna ada, dimana dngan posisi antna tidak bubah ttapi pola adiasi bisa diaahkan dngan mngndalikan fasa aus catu pada antnanya. Dalam pnlitian sblumnya di ancang sbuah antna phasd aay pada fkunsi Xband mnggunakan butl matix [6]; dan pada pnlitian [7] didsain phasd aay antnna 3 lmn untuk SAR; sta pada pnlitian [8] didsain phasd aay antnna dngan dsain antna dipol. Pada makalah ini, antna diancang dan disimulasikan dngan bantuan pangkat lunak bantu yang mmiliki dsain antnna mikostip dan dialisasikan mnggunakan bahan substat Rogs Duoid 588 dngan nilai (ε =, dan h =,57 mm). Antna bkja pada Junal Pnlitian dan Pgmbangan Tlkomunikasi, Kndali, Komput, lktik, dan lktonika (TKTRIKA) Juli 6 Volum, Nomo

2 55 fkunsi XBand (9,37 9,3GHz). Mtodologi. Dsain Antna Spsifikasi dai Phasd Aay Antnna yang akan dialisasikan adalah sbagai bikut:. Phitungan Dimnsi Antna Mikostip a. Fkunsi Tngah [] 9 9, 9,GHz 9 9 fl fh 9,37 9, 3 fc b. Panjang Glombang [] 8 C 3, 3m 3,9 9 fc 9, [] c. Lba Patch [] Vo 3 W f 9, 9, d. Panjang Patch [],65m=,65mm 3 8 h, ff w,, ,6 w ff,3,6 h L,h w ff, 58,8 h,6 3, 56,3, 6,5,h,768mm,6 3, 56, 58,8,5 L L f ff [] [3] [] [5] L 9,9, ,85 9,78mm [6]. Lba Substat [] W 6h Wpatch, 6mm [7] s f. Panjang substat [] L 6h Lpatch 8, 78mm [8] s g. Lba Saluan Tansmisi [] w h A 8 A w untuk h B ln B,6 ln B, 39 w untuk h w Kana, maka : h B,996 Z, W,67mm B W B W , 99 Z,,3mm ,98 Z 5,,59mm h. Phitungan panjang Saluan Tansmisi [] g mm l f,3m,985 ff g 5,66mm i. Phitungan Jaak Anta lmn Antna [] c d 5mm f Tabl. Spsifikasi Antna yang diancang Dsain antna : Phasd Aay Jnis antna : Phasd aay Fkunsi kja : XBand (9,37 9,3 GHz) Fkunsi tngah : 9, GHz VSWR :,5 Pola Radiasi : Unidiksional Polaisasi : Lina Gain : i Impdansi : 5 Ω unbalanc Bandwidth : 5 MHz Bahan PCB : Rogs Duoid 588 Tabl. Hasil Simulasi Antna 6 lmn [9] [3] [] [5] [] [] [] Pancangan Dan Ralisasi Antna Phasd Aay Mikostip XBand [Zillya Fatimah]

3 56 Antna pot k Fkunsi Tngah 9, 9, 3 9, 9, Rtun Loss 6,58 5,67 5,67 6,58 VSWR Bandw idth (MHz), 8,9,9,5, 5,8 Gamba (a). Dsain Antna Aay Mikostip 6 lmn Antna ini mmiliki modul, dimana masing masing modul tdii dai lmn antna, antna dibuat bsusun aay aga mmiliki gain >, Kana smakin banyak jumlah lmn suatu antna aay gainnya akan smakin tinggi. Pgsan fasa pada gamba (d) hasil pola adiasi di hasilkan pada bda fasa 7 bgs sbsa 3 dngan bsa gain, dan pada bda fasa 9 bgs dngan gain 9,37. Untuk phitungan gain scaa toitis sbagai bikut: Gtotal log N G lmn [6] Gtotal log6 6,9 8,95 G 8,95,585 8,893 [7] 7 [8] G 8,95,5 8, Dai hasil gain yang dihasilkan sudah mmnuhi spsifikasi antna ada yaitu gain haus. Pola adiasi azimuth dan lvasi bsifat unidiksional kana fokus k satu aah, pada azimuth, 358 pada aah lvasi. Hasil Fkunsi, Bandwidth, Rtun Loss, VSWR, impdansi, gain, pola adiasi sudah ssuai spsifikasi dan pgsan sudut sbsa 3 dan untuk masingmasing bda fasa 7 dan 9. Gamba (b). Gain Antna Hasil Simulasi Gamba (c). Hasil Simulasi Pola Radiasi (i) Azimuth (ii) lvasi Gamba 3(a). Ralisasi Antna Tampak Dpan (i) (ii) Gamba (d). Hasil Simulasi Pola Radiasi azimuth (i) Bda fasa 7 (ii) Bda fasa 9 Gamba 3(b). Pbandingan Pola Radiasi Azimuth(i) Ralisasi (ii) Simulasi.3 Simulasi Softwa Junal Pnlitian dan Pgmbangan Tlkomunikasi, Kndali, Komput, lktik, dan lktonika (TKTRIKA) Juli 6 Volum, Nomo

4 57 Gamba 3(c). Pbandingan Pola Radiasi lvasi (i) Ralisasi (ii) Simulasi Gamba 3(d). Pbandingan Pola Radiasi 7 lvasi (i) Ralisasi (ii) Simulasi Gamba 3(). Pbandingan Pola Radiasi 9 lvasi (i) Ralisasi (ii) Simulasi Tabl 3(a). Hasil Pngukuan Rtun Loss, VSWR, Impdansi. Vaiasi Fasa 7 Vaiasi Fasa 9 Panjang Panjang Bda Fasa catuan (cm) Bda Fasa catuan (cm) ,58,9 36,66,38 36,583, ,5 8 36,5 7 36,75,75,5,5 Tabl 3(b) Phitungan Vaiasi Kabl Pncatu Rtun Antna Bandwith loss VSWR pot k (MHz) () 6,35, 357 6,85, ,69, ,7, Hasil dan Pmbahasan Dimnsi antna yang difabikasi didapat ukuan 56,6 37,88 x,535 mm. Antna di alisasikan dngan substat Rog Duoid 588 kana mmiliki tangn loss yang ndah shingga jumlah ngi yang hilang (disipasi) akan bnilai ndah. Alat uku yang digunakan yaitu Spctum analyz untuk pngukuan gain dan polaadiasi dai antna. Dalam pnggunaannya, spctum analyz ditmpatkan pada antna pnima (Rx) yang akan mnampilkan lvl daya tima (RSL). Mlalui pngukuan inilah dapat diktahui kaaktistik lvl sinyal pada antna pnima. Swp oscilato digunakan dalam pngukuan gain dan polaadiasi. Dalam pngukuan ini, swp oscilato ditmpatkan pada antna pmanca (Tx) yang bfungsi mmbikan lvl daya dan fkusi. Ntwok analyz digunakan dalam pngukuan VSWR, tun loss, bandwidth, dan impdansi antna. Ntwok analyz akan mnampilkan gafik hasil uku bupa VSWR fungsi fkunsi, dan impdansi dalam bntuk smithchat. 3. Hasil Pngukuan Rtun Loss, VSWR, Impdansi Bdasakan pbandingan tabl diatas yang mmbikan pbdaan hasil simulasi dngan hasil pngukuan. Nilai VSWR yang didapat dai pngukuan pada fkunsi 9, GHz mmiliki nilai,5, hal ini mnunjukkan bahwa glombang yang dipantulkan kmbali k aah gnato bnilai kcil. Hal ini bisa bhubungan dngan nilai impdansi masukan dai kdua antna yang juga lativ matching dngan saluan tansmisi. 3. Hasil Pngukuan Pola Radiasi Azimuth dan lvasi Dai hasil yang dipolh tlihat pbdaan pola adiasi baik pada aah azimuth maupun lvasi antaa hasil pngukuan dan simulasi. Tdapat bbapa fakto: Pngukuan tidak dilakukan di uangan anchoic chamb, Pangkat untuk pngukuan yang masih manual. 3.3 Hasil Pngukuan Pola Radiasi dngan Phas Shift Phas shift yang digunakan pad pngujian ini Pancangan Dan Ralisasi Antna Phasd Aay Mikostip XBand [Zillya Fatimah]

5 58 adalah mnggunakan vaiasi kabl pncatu, untuk pnjlasanya sbagai bikut: Pada pngukuan pola adisasi lvasi ini, hanya dilakukan pngukuan thadap fkunsi kja yaitu 9, GHz. Pada saat alisasi fasa mngaah k dan 3 untuk masingmasing pubahan fasa 7 dan 9 Saat simulasi hanya 3 dan. 3. Hasil Phitungan Pola Radiasi dngan Pinsip Pkalian Diagam a. Antna lmn Isotopis jd j tot i [] i A j sin 8 j. 3 j sin j sin j sin j sin j sin j. j. 6 j sin 8 j. tot i i 3 j sin jd j A 3 3 j sin j sin j sin j sin 3 tot cos sin cos sin b. Phitungan Pgsan Bda Fasa 7 TOTAL 3 jsin j7 tot jsin j j6 sin j6 sin j cos 6sin 5 TOTAL tot cos sin 35 j5 c. Phitungan Pgsan Bda Fasa 9 TOTAL 3 jsin j9 TOTAL tot jsin j8 j6 sin j6 sin j7 cos 6sin 35 TOTAL tot cos sin 5 j35 Stlah mndapatkan hasil phitungan pada pgsan fasa 7 dan 9 lalu di kalikan dngan hasil pola adiasi antna satulmn yang idntik dngan n antna isotopis yang tlah di aay untuk masingmasing fasa dan didapatkan pgsan sudut untuk bda fasa 7 dan 9 adalah 5 dan 7 Gamba 3(f) Phitungan pola adiasi bda fasa 7 (i), Phitungan pola adiasi bda fasa 9 (ii) Tabl 3(c) Tabl Pbandingan Hasil Simulasi Ralisasi dan Phitungan Mnggunakan Phas Shift Bda fasa Simu lasi Bam sting Ralisa si Phitu ngan Simul asi, 9,37 Gain Rali sasi 8,53 5 7,5 Phitu ngan 8,893 8,95 Pbdaan hasil simulasi dan alisasi dikanakan pngukuan antna di lakukan tmpat yang banyak pantulan sinyal lain shingga data yang didapatkan Junal Pnlitian dan Pgmbangan Tlkomunikasi, Kndali, Komput, lktik, dan lktonika (TKTRIKA) Juli 6 Volum, Nomo

6 59 kuang akuat, kuang psisinya panjang kabl catuan bdasakan phitungan sta Pngauh ppanjangan dai kabl combin Namun dngan mlihat kdua hasil di atas mnunjukkan bahwa tjadi pgsan fasa dngan pnambahan scaa konstan. 3.5 Hasil Pngukuan Gain Bdasakan hasil pngukuan pada fkunsi 9, GHz didapatkan gain sbsa 8,636 i, ktika diaahkan pada sudut 7 sbsa 8,535 i, ktika diaahkan pada sudut 9 sbsa 7,5 i. 3.6 Analisis Hasil Pngukuan Pada Hasil simulasi dan pngukuan Rtun Loss, Impdansi, Bandwidth, VSWR tdapat pbdaan. Nilai VSWR yang didapat dai pngukuan pada fkunsi 9, GHz mmiliki nilai,5, hal ini mnunjukkan bahwa glombang yang dipantulkan kmbali k aah gnato bnilai kcil. Hal ini bisa bhubungan dngan nilai impdansi masukan dai kdua antna yang juga lativ matching dngan saluan tansmisi, impdansi saluan tansmisi pada ntang fkunsi 9,37 9,3 GHz mnunjukkan nilai impdansi mndkati kuang lbih 5 Ω. Pada pngukuan pola adiasi dan gain tlihat pbdaan antaa hasil pngukuan dan simulasi. Bbapa fakto yang mnybabkan adanya pnyimpangan hasil pngukuan dibandingkan hasil simulasi, antaa lain:. Pangkat untuk pngukuan yang masih manual spti pngaahan sudut, shingga pada saat pngaahan tdapat kmungkinan ksalahan sudut kana pngaahannya yang masih kuang tpat.. Ksalahan pmbacaan lvl daya yang mungkin tjadi akibat fluktuasi daya tima yang tuku pada spctum analyz. 3. Tjadi ktidakstabilan jaak saat pngukuan, shingga daya yang ditima tidak akuat.. Adanya glombang dai lua sistm yang dapat mngganggu pola panca dai antna. Ksimpulan Ksimpulan yang dapat diambil dai sluuh poss pancangan dan alisasi Antna Phasd Aay x lmn Mikostip adalah sbagai bikut:. Smua paamt antna diantaanya VSWR, bandwith, gain, dan pola adiasi mmnuhi spsifikasi pancangan awal antna dan hasilnya tidak jauh bbda dngan hasil simulasi.. Hasil Pgsan sudut untuk bda fasa 7 dan 9 adalah sbsa dan 3, hasil ini bbda dngan simulasi diakibatkan kana pngukuan tidak dilakukan di uang anchoic chamb shingga tjadi banyak pantulan saat pngukuan dan juga disbabkan kuang psisinya panjang kabl catuan bdasakan phitungan sta pngauh ppanjangan dai kabl combin yang digunakan. 3. Pmasangan vaiasi kabl catuan pada antna yang bfungsi sbagai phas shift dapat mnggs fasa pada pola adiasi antna, ttapi tdapat pbdaan antaa hasil simulasi dan alisasi pngukuan. Dafta Pustaka [] C. Balanis, Antna Thoy: Analysis and Dsign, Nw Yok: Hap & Row Publish, 98. [] Mailloux and R. J., Phasd Aay Antnna Handbook, 5. [3] Skolnik and M. I., Intoduction to Rada Systm, McGawhill, 98. [] Kaus and JohnD, Antnnas Fo All Applications, Nw Yok: McGawHill, 96. [5] K.Hussin and M.S.Mahdi, Dsign of Fiv Bit Digital Phas Shift,. [6] Pastyo and A. Hananto, Pancangan Dan Ralisasi Antna Phassd Aay Pada Fasa º 8º Untuk fktivitas Pluu Kndali Atau Rudal Antikapal Pada Fkunsi XBand (9. Ghz).,. [7] Pastyo and A. Hananto, Pancangan Dan Ralisasi Antna Phassd Aay Pada Fasa º 8º Untuk fktivitas Pluu Kndali Atau Rudal Antikapal Pada Fkunsi XBand (9. Ghz).,. [8] A. A. Shafaat and P. SUPARCO, Kaachi Dsign & Dvlopmnt of a 3 lmnts X band Phasd Aay Antnna fo Aibon & Spac Bon SAR Payloads,. [9] Fidaus and Si Yusnita, Pngontolan Polaadiasi Antna Aay Dngan Antna individu Dipol ½ Lambda, 3. [] M.U.Afzal, A.A.Qushi, M.A.Taa and T.Taqu, Modling and Simulation of an X band Plana Phasd Aay Antnna. [] Viss Hubgt j, Aay and phasd aay antnna, 5. [] Hansn and Robt C, Phasd Aay Antnnas scond dition, 9. Pancangan Dan Ralisasi Antna Phasd Aay Mikostip XBand [Zillya Fatimah]