Seminar Tugas Akhir Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia 25 JUNI 2012 Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano Oleh Widyanto Dwiputra Pradipta 2208 100 087 Dosen Pembimbing : 1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D. 2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D. Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Latar Belakang Partisipasi ITS dalam program IINUSAT-01 Pengembangan IINUSAT II dan ITS-SAT dengan komunikasi real time video Antena mikrostrip sebagai antena pemancar Gain antena mikrostrip relatif kecil Desain antena mikrostrip array 00000 : Nomor port 1
Perumusan Masalah Bagaimana desain rancangan antena mikrostrip array dengan pola tapered peripheral slits dan pencatuan aperture coupled dapat memberikan hasil yang optimal. Apa saja pengaruh penyusunan antena mikrostrip secara array sehingga didapatkan karakteristik antena yang lebih baik. Bagaimana gain dan pola radiasi yang diperoleh dari antena array mikrostrip ini. Bagaimana hasil desain antenna untuk satelit S- band sehingga dapat di realisasikan pada IINUSAT II dan ITS-sat. 2
Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah didapatkan hasil rancangan desain antena array mikrostrip tapered peripheral slits yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz untuk dapat direalisasikan pada Satelit Nano. 3
Batasan Masalah 1. Panjang sisi satelit nano 10x10 cm. 2. Software CST 2012 Microwave Studio. 3. VSWR, Return Loss, Gain dan Pola radiasi. 4. Laboratorium Antena dan Propagasi Teknik Elektro ITS dan PENS. 4
Metode Penelitian Start 1 Pencarian Literatur Realisasi Desain Antena Penentuan Kriteria Antena Simulasi Desain Antena Pengukuran Parameter Antena End Evaluasi Desain Antena Optimasi Desain Antena Tidak Sesuai Kriteria? Ya 1 5
Antena Mikrostrip Patch rectangular : Lebar patch (W) W c 2 2 fr 1 r Panjang patch (L) c L 2 L 2 fr reff (Buku Balanis, Constantine.A., Antena Theory ). (1) (2) Keterangan : L = Panjang patch (mm) W= Lebar patch (mm) C = Kecepatan cahaya di ruang bebas Fr =Frekuensi kerja (Hz) εr = Permitivitas relatif substrat(fr4=4.4) εreff = Konstanta dielektrik efektif h = Ketebalan substrat (1.6 mm) ΔL =panjang pertambahan 6
Pencatuan Aperture Coupled Pencatuan aperture coupled digunakan untuk menghasilkan gain antena yang lebih besar. Dimensi slot pada ground plane Dimensi panjang saluran pencatu (Buku Thesis Civerolo, Michael Paul. Aperture Coupled Microstrip Antenna Design and Analysis). 7
Pola Tapered Peripheral Slits Untuk meminimalkan ukuran patch antena, maka digunakan teknik Tapered Peripheral Slits yang mampu mengurangi dimensi patch hingga 33%. (Jurnal Kakoyiannis, C., A Compact Microstrip Antenna with Tapered Peripheral Slits for CubeSat RF Playloads at 436 MHz : Miniaturization Techniques, Design & Numerical Result). 8
Cross Slot Salah satu teknik untuk mendapatkan polarisasi sirkular pada antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupled adalah dengan memberikan slot berbentuk cross (+). (Jurnal Chang, The-Nan and Lin, Jyung-Min, Serial Aperture-Coupled Dual Band Circularly Polarized Antenna). 9
Desain Antena Array Dengan T-Junction T-junction merupakan sebuah teknik pembagian daya (power divider) yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Salah satu jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai pembagi daya Untuk menentukan nilai Z, digunakan metoda wilkinson. Z 0 Z Z 0 Z = Z 0 N Z 0 10
Penentuan Kriteria Antena Parameter acuan antena perancangan : Antena array 2x2 Frekuensi kerja 2.4 GHz Returnloss VSWR < 2 Jarak antar Patch Polarisasi Pola radiasi Gain < - 10 db ½ λ atau 62,5 mm Sirkular (LHCP/RHCP) Directional > 3,7 db Spesifikasi Bahan dasar (substrat) FR-04 Epoxy : Karakteristik Koefisien Dielektrik 4.3 Ketebalan substrat Nilai / satuan 1.6 dan 1 mm Ketebalan tembaga 35 mikron 11
Perancangan Desain Antena Parameter Desain Lambang Nilai Panjang Gel. di ruang bebas λ o 125 mm Panjang Gel. di dielektrik λ d 60 mm Lebar Patch W 38 mm Panjang Patch L 29,42 mm Lebar Slot Ws 8,788 mm Panjang Slot Ls 0,975 mm Panjang Saluran Pencatu 50Ω Lebar Saluran Pencatu 50Ω Panjang Saluran Pencatu 70,7Ω Lebar Saluran Pencatu 70,7Ω 43,97 mm 3,11 mm 17,7 mm 1,63 mm 12
Perancangan Cross Slot Paramater Ukuran Antena Dimensi (mm) Ukuran subtrat 51.4 x 40 Tebal subtrat 1 1.6 Tebal subtrat 2 1 Panjang patch (l) 23.95 Panjang slot (Ls) 16.5 Lebar slot (Ws) 1.5 Panjang Saluran Pencatu (Total) 64.43 Lebar Saluran Pencatu 3.11 13
Pola Tapered Peripheral Slits Dimensi Antena Panjang (mm) Panjang sisi patch 20.3 Panjang slit 1 6 Panjang slit 2 4.5 Panjang slit 3 3 Panjang slit 4 1.5 Lebar slit 0.4 14
Desain Antena Mikrostrip Array 2x2 15
Hasil Simulasi Returnloss dan Bandwidth Perhitungan Bandwidth B = f2 f1 = 2.4191 2.3947 = 34,4 MHz Frekuensi (GHz) Return Loss (db) 2,4-15,708 2,3847-10 2,4191-10 16
Hasil Simulasi VSWR 17
Hasil Simulasi Gain Gain total : 4,413 db 18
Hasil Simulasi Pola Radiasi 19
Perhitungan Axial Ratio Medan Listrik pada sumbu Y E major = 14730 v/m Medan Listrik pada sumbu X E minor = 12130 v/m AR = E major / E minor = 14730 / 12130 = 1,197 20
Hasil Realisasi Antena Mikrostrip Planar Array Dua Elemen a) Gambar antena bagian atas b) Gambar antena bagian bawah 21
Metode Pengukuran Antena Pengukuran Return Loss dan VSWR Network Analyzer Perangkat yang dibutuhkan : 1. Network Analyzer 2. Kabel Coaxial RG58 3. Konektor N to SMA Antena Mikrostrip Array 22
Metode Pengukuran Antena Pengukuran Gain dan Pola Radiasi Spectrum Analyzer Signal Generator Antena Mikrostrip Array Antena Referensi Antena Pemancar 23
Hasil Pengukuran Returnloss dan Bandwidth Perhitungan Bandwidth B = 2 f1 = 2.077 2.666 = 588,67 MHz Frekuensi (GHz) Return Loss (db) 2,4-30,894 2,077-10 2,666-10 24
Hasil Pengukuran VSWR Frekuensi (GHz) VSWR 2,4 1,191 25
Hasil Pengukuran Pola Radiasi Pola radiasi phi=0 o Pola radiasi phi=90 o 27
Hasil Pengukuran Gain No Level Daya Terima Antena Referensi (Ps (dbm)) Level Daya Terima Antena yang diukur (Pt (dbm)) Rasio level Daya Antena (db) Perhitungan nilai gain antena dengan menggunakan antena referensi dengan gain 7 db, untuk menentukan gain antena digunakan persamaan : 1-41.37-45.38-4.01 2-42.45-49.73-7.28 3-48.35-51.37-3.02 4-47.46-52.24-4.78 5-40.23-44.5-4.27 6-49.42-45.31 4.11 7-50.22-54.25-4.03 8-51.87-52.93-1.06 9-43.24-45.26-2.02 10-41.02-43.62-2.6 G t (Gain Antena Mikrostrip) = G s (Gain Antena Referensi) + P t (Daya Terima antena mikrostrip - P s (Daya Terima antena refrensi) Dengan G t = (Gain Antena Mikrostrip) G s = (Gain Antena Referensi) P t = (Daya Terima Antena Mikrostrip) P s = (Daya Terima Antena Refrensi) maka G t = 7 + (-48.459) (-45.563) G t = 7 + (-2.896) G t = 4,104 db Rata -rata -45.563-48.459-2.896 28
KESIMPULAN 1. Pada simulasi didapatkan parameter-parameter untuk frekuensi 2.4GHz sebagai berikut: Return loss = -15.708 db Bandwidth = 34,4 MHz VSWR = 1,3922 Gain = 4,413 db Sedangkan hasil pengukuran parameter-parameter untuk frekuensi 2.4 GHz yaitu: Return loss = -30,894 db Bandwidth = 588,67 MHz VSWR = 1,191 Gain = 4,104 db 2. Pola radiasi antena mikrostrip planar array 2x2 hasil simulasi dan hasil pengukuran memiliki karakteristik direksional. 3. Dengan tanpa melupakan keterbatasan data yang diperoleh, secara umum antenna array mikrostrip tapered peripheral slits memiliki spesifikasi dan rancangan yang memenuhi untuk digunakan pada satelit S-Band IINUSAT II atau ITS-SAT pada frekuensi 2.4 GHz 29
SARAN 1. Pengukuran hendaknya dilakukan di ruangan khusus pengukuran antena yang disebut chamber agar tidak terjadi interferensi pantulan gelombang elektromagnetik. 2. Menggunakan perangkat Network Analyzer yang memiliki presisi yang baik. 3. Pembuatan antena yang kurang bagus dan tidak teliti mengakibatkan perubahan dalam nilai paramater antena, hendaknya pembuatan antena mikrostrip dilakukan di tempat pembuatan PCB yang profesional. 4. Pemakaian konektor dan kabel koaksial yang tidak cocok juga dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Gunakan konektor dan kabel dengan impedansi yang sesuai dengan impedansi antena 30
TERIMA KASIH BUILDING THE NATIONAL INDEPENDENCE IN SATELLITE TECHNOLOGY THROUGH STUDENT NETWORKING
PERANCANGAN DESAIN ANTENA Penentuan dimensi patch antena mikrostrip -Panjang gelombang di ruang bebas (λ 0 ) λ o = c f o = 3 x 108 m/s 2.4 x 10 9 Hz = 0.125 m = 125 mm -Panjang gelombang pada dielektrik FR04 Epoxy -Lebar Patch (W) λ d = λ o ε r = W = C 2xf x 2 ɛ r: 1 0.125 m 4.3 = 3 x 108 2.4 x 10 9 x 2 4.4:1 = 0.06 m = 60 mm = 0.038 m = 38 mm
PERANCANGAN DESAIN ANTENA -Panjang Patch (L) L = C 2 x f x ɛ reff 2 x L = dengan : = 29.42 mm ɛ reff = ɛ 1 r : + ɛ 12 x h r 1 ; x (1 + 2 2 = 2.7 + 1.385 = 4.085 L = 0.412 x h x 0.7388 mm ɛ reff: 0. 258 x ( W h : 0. 264 ) 3 x 10 8 2 x 2.4 x 10 9 x 4.085 W );0.5 = 4.4 1 : 2 2 x 0.7388 + 4.4 ; 1 2 x (1 + ɛ reff; 0. 258 x(w h :0.813) = 0.412 x 1.6 x 4.085 12 x 1.6 ) ;0.5 38 38 : 0. 258 x ( 1.6 0 264 :. ) 4.085 ; 0 x(38 258. 1.6 :0.813) = Maka dari hasil perhitungan dimensi Patch pada frekuensi 2,4 GHz adalah W = 38 mm, dan L= 29.42 mm
Perancangan Dimensi Slot Panjang slot = 0.1477 x λ d = 0.1477 x 60 = 8.788 mm Lebar slot = 0.0164 x λ d = 0.0164 x 60 = 0.975 mm Ketebalan feed subtrat = 0.0169 x λ d = 0.0169 x 60 = 1 mm
Perancangan Dimensi Saluran Pencatu Dimensi Saluran Pencatu 50Ω -Panjang Saluran Pencatu Panjang saluran pencatu 0.739 x λ d = 0.739 x 60 = 43.97 mm Panjang saluran pencatu (offset) 0.211 x λ d = 0.211 x 60 = 12.554 mm -Lebar Saluran Pencatu W z = 2x0.0016 5,711 1 ln 2x5,711 1 + 4.3 1 π 2x 4.3 = 3.11 mm ln 5,711 1 + 0.39 0.61 4.3 Dengan B = 60π2 Z 0 ε r = 60π2 50 4.3 = 5,711
Perancangan Dimensi Saluran Pencatu Dimensi Saluran Pencatu 70,7Ω -Panjang Saluran Pencatu l = λ o 125 mm = = 17.7 mm ε reff x 4 3.11 x 4 -Lebar Saluran Pencatu W z = 2x0.0016 π 4.039 1 ln 2x4.039 1 + 4.3 1 2x 4.3 ln 4.039 1 + 0.39 0.61 4.3 = 1.63 mm Dengan B = 60π2 Z 0 ε r = 60π2 50 4.3 = 5,711
Polarisasi saat LHCP Polarisasi saat RHCP