BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena 2.1.1 Faktor Refleksi Frekuensi kerja antena menunjukkan daerah batas frekuensi gelombang elektromagnetik yang mampu untuk ditransmisikan dan atau ditangkap oleh antena dengan baik. Gbr. 2.1 Grafik Faktor Refleksi Terhadap Faktor Refleksi Konsep untuk mengubah frekuensi kerja antena yaitu dengan mengubah panjang peradiasi suatu antena. Jika dilihat menggunakan rumus dibawah ini: λ = c f [2.1] Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 6
Semakin besar panjang dimensi antena maka makin besar pula - nya sehingga frekuensi kerja antena menjadi semakin rendah begitu sebaliknya. Konsep ini akan menjadi hipotesa untuk meneliti antena reconfigurable. 2.1.2 Return Loss Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return Loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (Vo) dibanding dengan gelombang yang dikirimkan (Vo). Return Loss dapat terjadiakibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi). Return Loss = 20 Log 10 Γ [2.2] Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9.54 db, nilai ini diperoleh untuk nlai VSWR < 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini merupakan salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah bekerja padda frekuensi yang diharapakan atau tidak. 2.1.3 Pola Radiasi Pola radiasi didefinisikan sebagai: representasi grafis karakteristik radiasi Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 7
antena sebagai fungsi koordinat ruang. Biasanya pola radiasi ditentukan di daerah Medan- Jauh dan direpresentasikan sebagai fungsi koordinat arah. Karakteristik radiasi meliputi: Intensitas Radiasi (U), Kuat Medan (E), Fasa, atau polarisasi. Pola radiasiantena dibentuk oleh dua buah pola radiasi berdasar bidang irisan, yaitu pola radiasi pada bidang irisan arah elevasi (pola elevasi) dan pola radiasi pada bidang irisan arah azimuth (pola azimuth). Macam pola radiasi: Gbr. 2.2 Bidang Elevasi dan Azimuth a. Pola endfire (Unidirectional) dimana pola radiasi yang radiasi terkuatnya direksional diarahkan ke suatu arah tertentu atau dikenal dengan contohnya pemancar TV. b. Pola Broadside (Omnidirectional) dimana pola radiasi menyebar ke segala arah,contohnya pemancar radio. c. Pola Isotrofis merupakan pola antena referensi dimana pola radiasi seperti bola menyebar ke segala arah, dalam kenyataanya tidak dapat direalisasikan,tetapi pola radiasi idealnya sebagai standar. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 8
2.2 Antena Mikrostrip 2.2.1 Komponen Antena Mikrostrip Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis dan mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrat yang mempunyai tiga buah lapisan struktur dari substrat. Lapisan-lapisan pada substrat: Trace/ microstrip element/patch Nama lain dari trace adalah patch, merupakan lapisan teratas dari substrat, lapisan ini biasanya terbuat dari konduktor. Pada lapisan ini akan dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu untuk mendapatkan suatu pola radiasi seperti yang diinginkan. Gbr. 2.3 Bentuk dasar patch antena Dielektrik Bagian tengah dari substrat, pada lapisan ini digunakan bahan dielektrik dengan nilai permitivitas tertentu. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 9
Groundplane Lapisan paling bawah dari substrat, yang berfungsi sebagai reflektor yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan. Microstrip elemen (patch) L W t h Ground plane (metal) Dielectric substrate Gbr. 2.4 Bentuk fisik antena mikrostrip Keterangan Gbr.: W = Lebar patch antena mikrostrip L = Panjang patch antena mikrostrip h = Tebal substrat (dielektrik) t = Tebal patch 2.2.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip Kelebihan dari antena mikrostrip antara lain: Bentuknya kecil, tipis, dan ringan, Mudah dan murah untuk di buat masal, Mudah diintegrasikan ke dalam Integrated Circuit (IC), Feedline dan matching network dapat di pabrikasi dalam struktur antena. Kekurangan dari antena mikrostrip antara lain: Gain biasanya kecil, Bandwidth relatif sempit, Efisiensi antena relatif rendah. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 10
2.2.3 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip Pencatuan antena merupakan suatu hal yang sangat penting dalam teknik merancang antena. Pencatuan antena akan berpengaruh pada karakteristikkarakteristik yang akan dihasilkan antena tersebut Adapun teknik yang digunakan dalam mencatu antena mikrostrip ini: Coaxial feed/probe coupling Pada teknik pencatuan probe koaxial, konduktor pusat/probe dari konektor koaxial setelah melalui dielektrik langsung dihubungkan dengan patch antena. posisi probe pada patch sangat menentukan fungsi penyepadan impedance. Gbr. 2.5 Pecatuan menggunakan coaxial feed Kelebihan dari teknik ini adalah kopling catuan dengan patch bisa diminimalisasi dan sederhana. Sedangkan kelemahan dari teknik ini adalah biasanya BW antenna sempit, serta sulitnya menentukan letak pencatuan secara tepat untuk mendapatkan matching impedance, selain itu jika substrat makin tebal maka akan membutuhkan probe yang makin panjang yang mengakibatkan impedansi menjadi induktif. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 11
2.3 Reconfigurable Antenna Antena reconfigurable memiliki lebih banyak keuntungan dan lebih baik prospek. Mereka lebih ringan dalam berat, lebih kecil dimensi dan harga lebih rendah. Selain itu, antena dapat reconfigurable menyediakan fitur keragaman operasi frekuensi resonan, polarisasi, dan pola radiasi. Fungsi reconfigurable antenna: a. Reconfigurable Frekuensi Antenna Reconfigurable frekuensi antena memiliki rekonfigurasi frekuensi resonansi oleh perubahan struktur,sementara polaradiasi dan polarisasi tetap tidak berubah. Sehingga, reconfigurable frekuensi antena dapat diterapkan di antara yang sangat susunan lebar pita frekuensi atau di antara beberapa frekuensi yang diuji. Cara yang digunakan untuk merekonfigurasi frekuensi suatu antena dengan mengubah panjang dimensi antena. b. Reconfigurable Pola Radiasi Antena Pola radiasi antena memiliki rekonfigurasi pola radiasi oleh perubahan struktur, sementara frekuensi resonan dan polarisasi tidak berubah. Cara yang digunakan untuk merekonfigurasi pola radiasi suatu antena dengan mengubah peradiasi antena tersebut. c. Reconfigurable Polarisasi Antena Serupa dengan dua jenis antenna sebelumnya, maka polarisasi antena ini akan dipilih melalui perubahan struktur antenna.cara yang digunakan untuk merekonfigurasi polarisasi suatu antena dengan mengubah distribusi arus pada suatu antenna. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 12
d. Reconfigurable Multiple Parameter dari Antena Fitur yang paling luar biasa dari antena ini adalah bahwa dua atau lebih parameter dari antena dapat reconfigurable. Ini parameter termasuk frekuensi resonan, pola radiasi polarisasi dan seterusnya. Fitur ini sangat berguna untuk mencapai keanekaragaman dengan slot switchable disajikan, dirancang dan diuji, yang memiliki frekuensi dan polarisasi keanekaragaman. Beberapa teori reconfigurable antenna yang didapat dari referensi jurnal A Survey on Reconfigurable Antennas, Zhang Jiajie dkk, Tianjin University.2008. Desain Antena dengan Reconfigurable Penggunaan Kapasitor Variabel Loading antena dengan variabel kapasitor adalah salah satu metode yang efektif untuk mencapai konfigurasi ulang frekuensi. Frekuensi dikendalikan oleh perubahan kapasitansi dari variabel kapasitor. Reconfigurable Desain Antena dengan Switches 1) Desain Reconfigurable Antena oleh Dioda PIN. 2) Desain Reconfigurable Antena oleh MEMS Switch. Dibandingkan dengan dioda PIN,Saklar MEMS lebih rendah resistansi, kapasitansi, dan insertion loss, lebih tinggi isolation dan lebih kecil dimensi. Reconfigurable Desain Antena dengan Metode lainnya Selain metode di atas, ada banyak cara merancang antena reconfigurable. Seperti feeding balanced dipole, dll. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 13
2.4 Teknologi Switch Antena Teknologi Switch antenna merupakan suatu teknologi yang digunakan oleh system antenna untuk mengatur/mereconfigurasi karakteristik pada tingkat signal RF. Fungsi utama switch ini adalah untuk melakukan penyambungan dan pemutusan electrical circuit. Pada teknologi yang sederhana switch ini manyambung dan memutus electrical circuit dengan menyambungkan atau memutuskan jalur-jalur pada konduktor. Tetapi pada tingkat Signal RF efekefek electrical seperti resistansi, kapasitansi, dan induktansi pada jalur RF harus dimasukkan dalam analisa system. Pada system antenna, biasanya switch ini berfungsi untuk mengatur dan mengalirkan energy dari signal RF menuju jalur yang diinginkan. Ada beberapa jenis teknologi switch yang digunakan untuk reconfigurable antenna. Dari yang convensional hingga yang teknologi canggih dari yang sudah dikembangkan untuk komersial maupun yang masih dalam tahap penelitian. Jenis jenis teknologi tersebut antara lain: a) Mechanical Switches b) PIN diode switch c) Field effect Transistor(FET) switches d) MEM switches Pemilihan Jenis switch yang tepat diambil berdasarkan pertimbangan dari beberapa parameter, diantaranya adalah Kecepatan switch, level power dari signal, impedansi karakteristik, switch biasing, activation conditions, dan harga dari switch. Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 14
2.5 Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) Ansoft HFSS adalah suatu simulator medan elektromagnetika untuk pemodelan 3 dimensi perangkat pasif berstruktur frekuensi tinggi yang memiliki kelebihan sangat mudah dan interaktif digunakan pada sistem operasi microsoft windows grafical user interface. Dalam simulatornya terintegrasi visualisasi, pemodelan volumetrik dan kemudahan dalam interaktif dimana solusi permasalahan pemodelan 3 dimensi bisa cepat dan akurat didapatkan. Ansoft HFSS dapat digunakan untuk mengkalkulasi beberapa parameter diantaranya parameter S, frekuensi resonan dan medan elektromagnetika. HFSS kependekan dari High Frequency Structure Simulator adalah pelopor penggunaan metode elemen terbatas (Finite Elemen Method) untuk simulator gelombang EM. Berikut Gbr 2.6 tampilan software aplikasi HFSS: Gbr. 2.6 Tampilan Window HFSS Rekonfigurasi Antena Mikrostrip Patch Persegi BAB II 15