Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 341 Optimasi Posisi Antena pada UAV Alap-Alap BPPT menggunakan Computer Simulation Technology Moh. Amanta K.S Lubis *), Yomi Guno **), Indah Juningtiaz **), Firdaus Akbar ****) * ** BPPT (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi) Serpong *** **** Teknik Elektro, Universitas Al Azhar Indonesia Jakarta E-Mail: * amanta_sakti@yahoo.com, ** yomiguno@yahoo.com, *** indah.juningtiaz@gmail.com, **** akbar_firdaus@yahoo.com Abstrak Antena adalah alat yang bisa mengirimkan dan menerima gelombang elektromagnetik dari satu media ke media yang untuk pertukaran informasi. Posisi peletakan antena sangat penting untuk mendapatkan jangkauan maksimum dari antena. Salah satu aplikasinya adalah pada PUNA (Pesawat Udara Nir Awak). PUNA memiliki dua tipe antena yang berbeda, satu untuk komunikasi data, dan yang lainnya adalah untuk komunikasi video. Untuk komunikasi data, PUNA menggunakan antena monopole yang dirancang dengan rentang frekuensi 902-928 MHz. Berdasarkan perancangan dan simulasi menggunakan Computer Simulation Technology (CST), hasil yang didapatkan yaitu direntang 760-860 MHz dengan return loss sebesar -3 db sehingga perlu dilakukan optimasi antena, karena hasilnya tidak sama dengan teori. Penempatan posisi antena dikatakan optimal dilihat dari frekuensi yang diterima, gain, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), dan pola radiasi ketika diletakkan di atas badan PUNA (fuselage) maupun di bawahnya. Kata kunci: Antena Monopole, UAV BPPT, Optimasi antena, Omnidireksional 1. PENDAHULUAN Pertukaran informasi semakin berkembang dan banyak dibutuhkan. Pada saat ini Negara berkembang sedang mengembangkan teknologi PUNA untuk memonitor dan menggantikan peran manusia dalam kondisi yang berbahaya, dan tetap mendapatkan informasi yang akurat. Begitu pula dengan Indonesia, Badan Pengkajian dan Penelitian Teknologi (BPPT) sedang mengembangkan PUNA. Antena digunakan sebagai media yang digunakan untu komunikasi antara pilot dengan PUNA. Oleh karena itu, selain mengembangkan desain pesawat kemampuan terbang PUNA, BPPT juga mengembangkan teknologi desain antena dan posisi penempatannya sehingga mendapatkan informasi yang akurat. Salah satu cara untuk merancang antena sesuai dengan keinginan dan kebutuhan komunikasi adalah menggunakan Computer Simulation and Technology (CST), yang mana hasil simulasi akan menampilkan pola radiasi, polarisasi, gain antena, VSWR, dan parameter antena lainnya. 2. DASAR TEORI Dalam telekomunikasi, antena merupakan elemen yang sangat penting yaitu sebagai media transmisi nirkabel atau pemancar dan penerima yang memanfaatkan udara bebas sebagai saluran penghantar. Secara ringkas antena merupakan media perantara antara sinyal listrik dan udara. Antena hanya bisa digunakan pada rentang frekuensi yang telah ditentukan. Dengan kata lain, apabila menginginkan antena bekerja pada frekuensi tertentu maka kita harus mengukur dan mendesain antena pada frekuensi tersebut. Antena monopole tergolong antena kawat yang terdiri dari satu elemen. Antena monopole termasuk yang paling dasar dan banyak digunakan untuk kepentingan komunikasi. Antena monopole bentuknya seperti batang yang biasanya dipasang tegak lurus terhadap ground. Beberapa contoh penggunaan antena monopole yaitu terdapat pada PUNA yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver komunikasi data, dipasang di mobil untuk menangkap gelombang radio, dan sebagainya.
342 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Gambar 1. Antena Monopole Antena monopole memiliki pola radiasi omnidireksional sehingga pancaran radiasi antena menyebar ke segala arah. Pola radiasinya mirip dengan bentuk donat, yang mana pancaran radiasi yang kuat terdapat di sekeliling antena, sementara bagian tengah, atas, dan bawah pancarannya lebih lemah. Panjang antena monopole tergantung pada lambda (λ), dan frekuensi tengah antena tersebut bekerja. Panjang antena monopole memiliki kriteria yaitu semakin panjang antena maka semakin kecil frekuensinya, dan sebaliknya semakin pendek antena maka semakin besar frekuensinya. Tabel berikut dapat menunjukkan variasi panjang dari antena monopole. Berikut adalah persamaan utuk mencari panjang gelombang (λ) pada antena monopole: λ = (1) Dimana λ adalah panjang gelombang (m). C adalah kecepatan cahaya (3 10 ^8 m/s). f c adalah frekuensi tengah dari bandwidth antena (Hz). Setelah mendapatkan nilai panjang gelombang dari antena, selanjutnya kita bisa mengetahui berapakah panjang dari antena yang sesuai pada frekuensi yang diinginkan.
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 343 3. METODOLOGI PENELITIAN Gambar 2. Alur Penelitian
344 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Rentang frekuensi antena monopole yang digunakan untuk komunikasi data pada PUNA adalah 902-928 MHz yang dirancang dengan material PEC, dimensi inner radius 0.6 mm dan panjang 5 mm. Pada dielectric connector dimensi inner radius 0.6 mm, outer radius 2 mm, dan material yang digunakan adalah PTFE (lossy). Untuk dimensi outer connector, lebarnya memiliki domensi 0.5 mm dengan material PEC, dan panjang wire adalah 155 mm dengan material PEC. Setelah dioptimasi, dimensi pada inner radius diperpanjang 85 mm, dan dimensi untuk bagian antena yang lain tetap sama seperti sebelumnya. Gambar 3. Perbandingan S-Parameter Sebelum Optimasi, Setelah Optimasi Gambar 4. Antena Monopole Setelah Optimasi
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 345 Pada gambar 3, frekuensi tengah yang diinginkan tidak tercapai, dan antena bekerja pada dua rentang frekuensi. Pada gambar 3, setelah dilakukan optimasi pada ground, frekuensi kerja antena sesuai dengan yang diinginkan yaitu 915 MHz dengan return loss -31 db. Berikut adalah hasil S-Parameter antena setelah diletakkan pada fuselage PUNA Gambar 5. Pola Radiasi Setelah Optimasi Gambar 5 menunjukkan gain antena is 2.3 db. Gambar 5 menujukkan pola radiasi antena yang didesain. Simulasi ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 7. S-Parameter (a ) Di atas fuselage, Di bawah fuselage Pada Gambar 7, S-Parameter menunjukkan bahwa penempatan antena di bawah fuselage PUNA hasil frekuensi tengahnya tidak jauh berbeda dengan antena sebelum diletakkan di badan PUNA, akan tetapi pada saat antena diletakkan di atas badan PUNA terjadi pergeseran frekuensi tengah. Berikut adalah parameter lain hasil dari simulasi, yaitu pola radiasi dan VSWR: Gambar 8. Pola Radiasi (a ) Di atas fuselage, Di bawah fuselage Gambar 6. Penempatan Antena pada PUNA Di atas fuselage, Di bawah fuselage
346 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Gambar 9. VSWR Di atas fuselage, Di bawah fuselage 6. DAFTAR PUSTAKA [1] Wulandari, Putri. Hamid, Sofian. Lubis, Amanta. Design of Simple Microstrip Antennas at 902 928 MHZ for UAV Application. University Al Azhar Indonesia. 2011. [2] Balanis, Constantine A. (1997). Antenna Theory : Analysis and Design, 3 rd Edition. USA: John Wiley & Sons. [3] Lane, Zana. Antenna Technology. 2012, Research World. [4] Chen, Zhi Ning. Antenna for Portable Device. 2007, John Wiley & Sons, Ltd. [5] Alaydrus, Mudrik. Antena: Prinsip dan Aplikasi. 2011. Graha Ilmu. [6] Yi Huang, Kevin Boyle. Antennas : From Theory to Practice. 2008. John. Berdasarkan hasil simulasi, didapatkan data antara lain: return loss antena di atas badan PUNA adalah -11 db, dan di bawah badan PUNA adalah -14 db, gain antena di atas badan PUNA adalah 1.6 db dan di bawah badan PUNA adalah 2.3 db, VSWR antena di atas badan PUNA adalah 1.9, dan di bawah badan PUNA adalah 1.5. Pola radiasi adalah omnidireksional, akan tetapi, penempatan antena di bawah badan pesawat gain yang diperoleh lebih besar. 5. KESIMPULAN 1. Untuk mendapatkan dimensi antena yang tepat berdasarkan teori diperlukan optimasi pada panjang ground antena. 2. Perpanjangan ground antena monopole untuk mendapatkan frekuensi tengah 915 MHz adalah 85 mm. 3. Penempatan antena monopole pada badan PUNA dapat menyebabkan perubahan parameter antena. 4. Penempatan antena yang lenih optimum adalahpada bagian bawah badan PUNA