ISBN : 978-60-97895-1-5 SEMNAS MIPA 010 Unirsitas Ngri Malang ANTENA MIKROSTRIP 5 LARIK SIMETRI DOUBLE DIPOLE UNTUK OMNI DIRECTIONAL DENGAN FREKUENSI KERJA,4 GHZ Qomaruddin 1), Yulia Dyah R ), Yono Hadi P 3) Jurusan Fisika Fakultas Matmatika dan Ilmu Pngtahuan Alam Institut Tknologi Spuluh Nopmbr Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Tlp: (031)-5943351, Fax: (031)-594331 E-mail: qomaruddin@mhs.physics.its.ac.id 1), yulia_dr@physics.its.ac.id ), fisiyon@physics.its.ac.id 3) Abstract Tlah dilakukan fabrikasi dan karaktrisasi antna microstrip omnidirctional brstruktur array doubl dipol dngan substrat fibr untuk komunikasi WiFi,4 GHz. Fabrikasi dilakukan dngan mtod tching dngan larutan fritklorit (FClO 3 ), struktur antnna trdiri dari lima larik doubl dipol yang simtri dngan pola prtama mnggunakan strip fd lin polos dan yang kdua dngan strip fd lin tangga. Hasil karaktrisasi mnunjukkan bahwa antnna ini dapat diaplikasikan sbagai omnidirctional dngan nilai VSWR 1,4 dan pola radiasinya adalah radial untuk vrtikal maupun horizontal dngan gain 4 db. Kata kunci: mikrostrip, omnidirctional, doubl dipol, substrat fibr. 1. PENDAHULAN Komunikasi sudah mrupakan kbutuhan primr bagi masyarakat prkotaan trutama bagi mrka yang mmpunyai mobilitas tinggi. Sudah mnjadi hal yang lumrah bagi mrka mnggunakan komunikasi scara nirkabl (wirlss), hal ini trbukti dngan mmanfaatkan fasilitas yang disdiakan para providr kartu brlangganan prabayar GSM. Akan ttapi untuk komunikasi pada jaringan WiFi dibutuhkan bbrapa komponn. Antna adalah alat yang dapat mngakomodasi kbutuhan jaringan WiFi pada frkunsi,4,5 GHz[10]. Olh karna itu rist ini mmbuat Antna Mikrostrip untuk omnidirctional yang mmpunyai pola radiasi mnglingkar, shingga diharapkan sinyal yang dipancarkan olh antna transmitr lbih kuat dan jangkauannya lbih luas. Rist ini mnunjukkan bahwa antna mikrostrip dipol ganda untuk omnidirctional yang bkrja pada frkunsi,4 GHz sudah mmnuhi kbutuhan trsbut[10]-[13].. LANDASAN TEORI Antna mnurut Wbstr s dirctionary adalah suatu alat untuk mradiasikan atau mnrima glombang radio. Sdangkan brdasarkan IEEE standart dfinition of trm for antnnas, antna di dfinisikan sbagai suatu alat untuk mradiasikan atau mnrima glombang radio. Dngan kata lain antnna adalah suatu bntuk pralihan antara ruang bbas dan insrtumn pmandu. Slain sbagai alat untuk mngirim atau mnrima nrgi radiasi glombang lktromagntik, antnna juga digunakan untuk mngoptimalkan nrgi radiasi pada arah trtntu dan mnkannya karah yang lain [8]. Hal ini kmudian mnybabkan antnna mmiliki brbagai bntuk dan dsain untuk mmnuhi kbutuhan khusus. Systm yang mmanfaatkan glombang lktromagntik (microwav) adalah kominikasi nirkabl (wirlss), dngan propagasi glombang radio sbagai mdia transmisinya. Brtambahnya popularitas systm nirkabl, pngmbangan antnna untuk systm ini mnjadi lbih pnting. Antnna dapat diangap sbagai tulang punggung systm nirkabl[10]-[13]..1. VSWR Voltag Standing wav ratio mrupakan ukuran ktidakcocokan antara impdansi bban antna dan impdansi pada saluran transmisi. Standing wav dapat trjadi jika ada dua glombang yang rlawan SEMNAS MIPA 010 FIS - 18
mnjalar pada mdium yang sama. Hal ini dirprsntasikan dangan bsaran VSWR antara 1 sampai tak brhingga. Vmax I max SWR (1) Vmin I min Hubungan VSWR dngan kofisin pantul (ρ), dapat dinyatakan sbagai brikut: 1 ρ VSWR () 1 ρ Dngan ρ: kofisin rflksi [7]... Pola Radiasi Pola radiasi adalah plot tiga dimnsi disrtibusi sinyal yang dipancarkan olh sbuah antna, atau plot tiga dimnsi tingkat pnrimaan sinyal yang ditrima olh sbuah antna. Pola radiasi antna dibntuk olh dua buah radiasi brdasar bidang irisan, yaitu pola radiasi pada bidang irisan arah lvasi (pola lvasi) dan pola radiasi pada bidang irisan arah azimuth (pola azimuth) [8]. Pola radiasi juga dapat didfinisikan sbagai rprsntasi grafik dari radiasi suatu antna sbagai fungsi dari arah. Jika radiasi di ungkapkan sbagai kuat mdan E, pola radiasinya adalah pola kuat mdan. Jika radiasi dinyatakan dalam daya pr satuan sudut, pola radiasinya adalah pola daya. Pada umumnya pola radiasi mnggunakan kuat mdan glombang, bidang sragam mmbawa nrgi lktromagntik, rapat nrgy di dapat dari vktor pointing[10]- [13]. Untuk glombang bidang sragam dalam ruang hampa dngan mdan lktromagntik dinyatakan : jkz E xe ˆ o (3) E H y o jkz ˆ (4) Gambar 1. Pola radiasi antna dipol Untuk mnggambarkan pola radiasi ini trlbih dahulu harus ditmukan potnsial vktor A pada mdan jauh. Pada mdan jauh vktor dari sumbr dan vktor dari titik asal sola-olah sjajar atau mndkati paralll [8]. Shingga pada kondisi mdan jauh R = (R R ) A j R J 4 R dv' v J rr ' J dv' 4 r r' (5) (prsamaan potnsial vktor pada titik p dngan jarak R dari sumbr) mnjadi: jr j rˆ. r' A J dv 4r (6) Untuk sumbr garis pada sumbu z j r zˆ j z' cos A J' dz' 4r (7) Stlah prnyataan distribusi arus dari sumbr tlah diktahui akan diprolh harga mdan magnt H dan harga mdan magnt H trsbut dimasukkan pada prsamaan E 1 (8) j H J (mdan listrik E untuk darah di dalam konduktor sumbr), Maka diprolh mdan listrik E. dalam koordinat bola, mdan listrik E dan mdan magnt H diprolh dalam komponn vktor θ dan. Sdangkan poynting vktornya hanya mmpunyai komponn radial saja. Bsarnya komponn radial dari poynting vktor dapat dinyatakan sbagai brikut : 1 E P r (9) Dngan: E E E magnitud rsultan mdan listrik E o = komponn mdan listrik θ E = komponn mdan listrik (10) η = Impndansi intrinsik ruang bbas Khusus untuk sumbr yang arusnya hanya brada di sumbu-z saja diprolh prsamaan mdan jauh : E j sin (11) A z jr jz'cos E j sin J z' dz (1) 4r Sdangkan komponn radial dari poynting vktor adalah : SEMNAS MIPA 010 FIS - 19
1 J sin Az Pr (13) Untuk mnyatakan pola radiasi mdan scara grafis, pola radiasi trsbut dapat digambarkan dalam bntuk absolut atau dalam bntuk rlatif. Maksud bntuk rlatif adalah pola radiasi yang sudah dinormalisasikan, yaitu stiap harga dari pola radiasi trsbut tlah dibandingkan dngan harga maksimumnya. Shingga pola radiasi mdan apabila dinyatakan dalam pola radiasi yang trnormalisasi akan mmpunyai bntuk : E, F, (14) E, max Karna poynting vktor hanya mmpunyai komponn radial yang sbnarnya brbanding lurus dngan kuadrat magnitud mdannya, maka untuk pola radiasi daya apabila dinyatakan dalam pola radiasi mdan trnormalisasi tidak lain sama dngan kuadrat dari pola mdan yang sudah dinormalisasikan, yaitu :,, P F (15) Pola radiasi mdan suatu antna sring juga dinyatakan dngan satuan dsibl [8]. Untuk hal ini intnsitas mdan dalam satuan dsibl didfinisikan sbagai: F, db 0 log F, (16) Sdangkan untuk pola dayanya dalam dcibl P, db 10log P, 0log F (17), Jadi dalam satuan dcibl pola daya sama dngan pola mdannya. Smua pola radiasi yang dibicarakan diatas adalah pola radiasi untuk kondisi mdan jauh. Pada pngukuran pola radiasi, factor jarak adalah factor yang amat pnting agar diprolh hasil pngukuran yang baik dan tliti. Smakin jauh jarak pngukuran pola radiasi yang digunakan tntu akan smakin baik hasil yang akan diprolh. Namun untuk mlakukan pola radiasi pada jarak yang bnar bnar tidak trhingga adalah suatu hal yang tidak mungkin. Untuk pngukuran ini, ada suatu darah dimana mdan yang diradiasikan olh antna sudah dianggap sbagai tmpat mdan jauh, yaitu apabila jarak antara sumbr radiasi dngan antna yang diukur mmnuhi ktntuan brikut: D r, untuk dan [7] Gambar. Pola pancaran radiasi pada antna, (a) mod pmancar, (b) mod pnrima [4] (a) (b) (c) Gambar 3. Contoh pola radiasi, (a) komponn pola radiasi, (b) untuk antna omnidirtional D, (c) 3D [4].3. Rturn Powr Loss Pada saat glombang lktromagntik mlwati sbuah saluran transmisi dan mngalami ktidakssuaian bban atau mngalami diskontinuitas dalam saluran, bbrapa bagian dari daya masukan yang dipantulkan kmbali k saluran transmisi. Rturn powr loss didfinisikan sbagai spuluh kali dari logaritma prbandingan SEMNAS MIPA 010 FIS - 0
antara daya masukan trhadap daya trpantulkan Pi Prturn 10 log (18) Pr Dngan: P rturn = Powr Rturn Loss (db) P i = daya masukan P r = daya trpantul Karna V P dngan R = Z 0 = impdansi R intrinsik, maka, Vi Prturn 10 log (19) Vr Dimana V shingga i ρ Vr 1 0 log ρ P rturn (0) Dngan ρ: kofisin rflksi [7].4. Gain Ktika sbuah antna digunakan dalam sbuah sistm, fisinsi antna digunakan untuk mmindahkan daya yang trdapat pada trminal input mnjadi daya radiasi [7]. Untuk mnyatakan ini powr gain (Gain) didfinisikan sbagai 4π kali hasil bagi antara intnsitas radiasi pada suatu arah dngan daya yang ditrima olh antna pnrima dngan pmancar, yang dinyatakan : 4U, G, (1) P in Dngan G, adalah gain, dan U, adalah intnsitas radiasi antna brturutturut dalam arah lintang (θ) dan bujur trmasuk fk dari krugian antna dan daya input yang ditrima antna. Dfinisi ini tidak trmasuk krugian yang disbabkan olh ktidakssuaian impndansi atau polarisasi. Nilai maksimum powr gain adalah : 4U m G () Pin Powr gain dapat dinyatakan sbagai fungsi dari θ dan, dan dapat juga dinyatakan sbagai suatu harga pada suatu arah trtntu. Jika tidak ada arah yang ditntukan dan harga powr gain tidak dinyatakan sbagai suatu fungsi dari θ dan, diasumsikan sbagai powr gain. Dirktivitas dapat ditulis sbagai [7] : D 4U P m (3) r Prbdaan maksimum powr gain dngan dirktivitas hanya trltak pada jumlah daya yang digunakan. Dirktivitas dapat dikatakan sbagai powr gain suatu antna jika sluruh daya input mnjadi daya radiasi shingga P in =P r. Powr gain mnunujukkan bahwa antna nyata tidak mmnuhi prnyataan diatas karna trdapat krugian pada daya input. Bagian daya input yang tidak muncul sbagai daya radiasi disrap olh antna dan struktur yang dkat dngannya. Hal diatas mnimbulkan dfinisi baru yang disbut dngan fisinsi radiasi, yaitu Pr, dngan 1 (4) Pi Shingga powr gain dapat dinyatakan dngan G D [7]. Gain juga dapat didfinisikan sbagai kmampuan antna mmfokuskan glombang EM untuk dipancarkan atau ditrima pada smua arah atau arah trtntu saja. Pngukuran gain brdasarkan atas data yang diprolh dari pngukuran pola radiasi antna, nilai yang trbaca pada saat pngukuran di kurangi dngan nilai antna pmancar [4]. 3. METODOLOGI 3.1. Dsain Pada pnlitian ini hal prtama yang dilakukan adalah mndsain antna omni dirctional dngan pngukuran yang tlah dilakukan. Bntuk gomrti dari antna omni dirctional tampak sprti Gambar 4 dngan dimnsi l 1 : 8,6 mm, l : 19,4 mm, l 3 : 8,8 mm, l 4 : 5,7 mm, w 1 : 3,5 mm, w : 0,5 mm, w 3 : 1,5 mm, w 4 : mm, w 5 : 1 mm, J 1 : 8,5 mm, J : 8,5 mm, J 3 : 6,5 mm, f u :,3 mm, f g : 1,5 mm, f w : 0,87 mm, t: 0,5 mm, d: 4,1 mm, w g : 5 mm, (WxL) : 15 x 70 mm [9]. SEMNAS MIPA 010 FIS - 1
fabrikasinya yaitu dngan mmbuat 5 (lima ) larik. Gambar 6. Hasil fabrikasi 5 larik. (atas) tampak dpan, (bawah) tampak blakang Gambar 4. Dsain antnna Omnidirctional [9] Gambar 5. Dsain untuk 5 larik doubl layr, dimnsi (W x L=17,5 x 70 mm ) 3.. Fabrikasi antna.. Langkah slanjutnya stlah pmbuatan dsain antnna adalah mmfabrikasi antnna. Alat dan bahan yang digunakan pada fabrikasi antnna ini adalah PCB jnis Fibr dngan nilai ε r sbsar 4. [], friklorit (FClO 3 ) [7], N-connctor fmal, dan kabl RG8. Dngan dsain antna yang tlah dibuat maka pross W L 3.3. Pngukuran VSWR Pngukuran antnna yang tlah di fabrikasi dilalakukan dngan mnggunakan spctro analyzr di laboratorium jurusan lktro ITS. 3.4. Pngukuran Pola Radiasi Langkah slanjutnya adalah pngikuran pola radiasi dari antnna omni dirctional ini dngan mmutar antnna sbsar 360 o dngan mlakukan variasi sudut 5 o, antnna di putar dngan arah horizontal dan vrtikal agar di dapatkan pola radiasi yang ssuai untuk mndapatkan sinyal trkuat. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Fabrikasi dan pngukuran yang tlah dilakukan mmbrikan hasil bahwa untuk antna mikrostrip dipol ganda untuk omnidirctional yang bkrja pada frkunsi.4 GHz mmpunyai pola radiasi sbagai brikut: (a) (b) Gambar 7. Pola radiasi untuk kdua antnna, (a) untuk antnna strip fd lin brtingkat (b) untuk antna strip fd lin polos SEMNAS MIPA 010 FIS -
Kdua antna mmiliki VSWR yang kurang lbih sama yaitu 1,4 [5] Kraus, John Danil. 1988. Anntnas, McGraw Hill. [6] Balanis. 1997. Antnna Thory and Dsign. Wily. [7] Susiloningsih, Esti, Yono Hadi P. 009. Pmbuatan dan Karaktrisasi antna Microstrip dngan struktur satu fd lin dipol CPW dan dua patch untuk Rpatr dua arah. Jurnal Fisika dan aplikasinya: Institut Tknologi Spuluh Nopmbr. Gambar 8. Hasil pngukuran VSWR antna5 array brtingkat [8] Mimin, Fatiatur R, Yono Hadi P., 005. Karaktrisasi Filtr Microstrip Low Pass dngan Mtod FDTD dan Eksprimn. sminar nasional pasca sarjana V:Institut Tknologi Spuluh Nopmbr. [9] Y.-J.Wu, B.-H.Sun, J.-F.Li, and Q.-Z Liu, 007. Progrs In Elcrtomagntic Rsarch. Tripl Band Omni-Dirctional Antnna for WLAN Application, PIER 76,477-488. Gambar 9. Hasil pngukuran VSWR antna 5 array polos 5. KESIMPULAN Dari data yang diprolh tampak bahwa untuk antna mikrostrip pada strip fd lin brtingkat dipol ganda 5 larik dngan VSWR 1,4 dapat mradiasikan daya maksimum 55 db shingga antna trsbut bkrja pada gain 3 db, pola radiasinya adalah radial untuk vrtikal maupun horizontal dngan gain 4 db. Hal ini layak untuk digunakan untuk aplikasi yang lbih nyata. [10] Pramono, Yono Hadi dkk. 009. Prototip Antnna Bi-Horn Dngan Dua Arah Pola Radiasi Dan Satu Fding Monopol Broprasi Pada Frq.,4 Ghz. Prosiding T. Informatika, UPN. Yogyakarta. [11] Pramono, Yono Hadi dkk. 005. Karaktrisasi Antna Mikrostip Patch 3 Ghz Scara Simulasi FDTD (Finit Diffrnc Tim Domain) Dan Eksprimn. Jurnal Fisika FLUX. Institut Tknologi Spuluh Nopmbr. Surabaya. [1] Pramono, Yono Hadi dkk. 00. Analisa Rspon Frkunsi Antna Mikrostrip. Prosiding Sminar Nasional Fisika dan Aplikasinya. ITS, Surabaya. [13] Pramono, Yono Hadi dkk. 00. Analisa Karaktristik Antna CPW Slot dan Patch dngan FDTD. Prosiding Sminar Nasional Fisika dan Aplikasinya. ITS, Surabaya. 6. DAFTAR PUSTAKA [1] Hund, Edgar. 1989. Microwav Comunications: Componnt and Circuit. Intrnational Edition. [] Edwards, Trry. 199. Foundations for Microstrip Circuit Dsign, scond Edition. John Wily & Sons Ltd. [3] Program Tknisi Jardiknas, Antna dan Propagasi Glombang Radio, praktikum Jaringan Nirkabl. [4] Diktat Mata Kuliah, Dasar Tknik Antna SEMNAS MIPA 010 FIS - 3