DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz DAN 430 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND STATION SATELIT NANO Oleh Muhammad Hasan Mahmudy 2208 100 701 Dosen Pembimbing : 1. EkoSetijadi, ST, MT, Ph.D. 2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D. Institut Teknologi Sepuluh Nopember
LatarBelakang INSPIRE(Indonesian Nano-Satelite Palatform Initiative for Research and Education) KOMUNITAS NANO SATELIT -ITS PENGEMBANGAN GROUND STATION DAN PORTABLE GROUND STATION SATELIT IiNUSAT-01 (teks dan suara) SATELIT IiNUSAT-02 dan GROUND STATION SATELIT IINUSAT- 02 (video) DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz DAN436,5 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND STATION SATELIT NANO (IiNUSAT-02) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1
RumusanPermasalahan 1 2 3 4 5 Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena helix pada frekuensi 2,4 GHz. Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena loop pada frekuensi 436,5 MHz. Bagaimana mensimulasikan hasil desain dengan software CST (computer simulation technology) Bagaimana melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter antena helix dan loop Bagaimana hasil desain antena untuk helix dan loop untuk ground station satelit IiNUSAT-02 Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2
BatasanMasalah 1. Desain antena helix pada frekuensi 2,4 GHz dengangain lebihbesar3 db 2. Desain antena loop pada frekuensi 436,5 MHzdengangain lebihbesar3 db. 3. Desain rancangan antena disimulasikan dengan software CST. 4. Pengujian hasil rancangan meliputi: gain, SWR, return loss, bandwidth dan pola radiasi antena Institut Teknologi Sepuluh Nopember 3
Tujuan 1. Desain antena helix yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz untuk downlink data video dari satelit IiNUSAT-02. 2. Desain antena loop pada frekuensi 436,5 MHz untuk uplink data kendali satelit IiNUSAT-02. Institut Teknologi Sepuluh Nopember 4
MetodePenelitian Mulai Studi Literatur Penentuan Kriteria Desain 1 Realisasi Desain Antena Pengukuran Parameter Antena Desain Antena Memenuhi Tidak Optimasi Antena Lihat Performansi Desain Antena (Simulai) Ya Selesai Memenuhi Tidak Optimasi Desain Antena 1 Ya Institut Teknologi Sepuluh Nopember 5
PenentuanKriteriaDesainAntena Frekuensi Kerja Antena Helix Frekuensi kerja Antena Loop Returnloss 2.4 GHz 436,5 MHz <- 10 db VSWR <2 Polarisasi Pola radiasi Gain Sirkular(LHCP/RHCP) Directional >3dB Institut Teknologi Sepuluh Nopember 6
Desain Antena Helix 2,4 GHz Parameter Simbol Rumus Nilai Frekuensi (f) - 2,4 GHz 4 cm Panjang gelombang (λ) λ = c/f 12,5 cm Jumlah lilitan (N) N > 3 3,6 Keliling helix Diameter helix (C) (D) C = λ D = λ/π 12,5 cm 4 cm cm 11,16 Spasi antar lilitan Panjang helix Diameter groundplane Diameter tembaga (S) S = ¼ λ 3 cm (L) L = N x S 11,16 cm (D gp ) D gp >3/4λ 51,56 cm (d) - 2 mm 3 cm Institut Teknologi Sepuluh Nopember 7
Desain Antena Loop 436,5 MHz Parameter Simbol Rumus Nilai Frekuensi (f) - 436,5 GHz Panjang gelombang (λ) λ = c/f 68,7 cm 21,8 cm Keliling loop (C) C = λ 68,7 cm Diameter helix Diameter groundplane Diameter tembaga Jarak Antena Dan Reflektor (D) D = λ/π/ 21,87 cm (D gp ) D gp >3/4λ 51,56 cm (d) - 3 mm 51,56 cm Tampak Atas 0,06λ (h) 4 cm 4 cm Tampak Samping Institut Teknologi Sepuluh Nopember 8
Desain Simulasi Kedua antena ditempatkan pada satu ground plane Jarak antar antena ½ λ = 6,25 cm Frekuensi kerja antena berbedamaka digunakan dua pencatuan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 9
Return Loss Antena Helix Hasil Simulasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 10
Bandwidthdan VSWR Antena Helix Hasil Simulasi BW F 2 F 1 = 2,99 2,22( GHz = = 0,7 GHz ) 16 VSWR 14 12 10 8 6 2.1 1,00117 2,01 4 VSWR 2 0 2.0015 2.012 2.0225 2.033 2.0435 2.054 2.0645 2.075 2.0855 2.096 2.1065 2.117 2.1275 2.138 2.1485 2.159 2.1695 2.18 2.1905 2.201 2.2115 2.222 2.2325 2.243 2.2535 2.264 2.2745 2.285 2.2955 2.306 2.3165 2.327 2.3375 2.348 2.3585 2.369 2.3795 2.39 2.4005 2.411 2.4215 2.432 2.4425 2.453 2.4635 2.474 2.4845 2.495 2.5055 2.516 2.5265 2.537 2.5475 2.558 2.5685 2.579 2.5895 2.6 2.6105 2.621 2.6315 2.642 2.6525 2.663 2.6735 2.684 2.6945 2.705 2.7155 2.726 2.7365 2.747 2.7575 2.768 2.7785 2.789 2.7995 2.81 2.8205 2.831 2.8415 2.852 2.8625 2.873 2.8835 2.894 2.9045 2.915 2.9255 2.936 2.9465 2.957 2.9675 2.978 2.9885 2.999 3.0095 3.02 3.0305 3.041 3.0515 3.062 3.0725 3.083 3.0935 3.104 3.1145 3.125 3.1355 3.146 3.1565 3.167 3.1775 3.188 3.1985 3.209 3.2195 3.23 3.2405 3.251 3.2615 3.272 3.2825 3.293 3.3035 3.314 3.3245 3.335 3.3455 3.356 3.3665 3.377 3.3875 3.398 3.4085 3.419 3.4295 3.44 3.4505 3.461 3.4715 3.482 3.4925 3.503 3.5135 3.524 3.5345 3.545 3.5555 3.566 3.5765 3.587 3.5975 3.608 3.6185 3.629 3.6395 2 2,2 2,4 2,68 2,83 3,21 3,62 Frekuensi (GHz) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 11
PolaRadiasiAntenaHelix Hasil Simulasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 12
Polarisasi Antena Helix Hasil Simulasi medanlistrikpadasumbuxsebesar13823,6v/m medanlistrikpadasumbuysebesar13620,5v/m axial ratio = = 1.015 berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena helix berpolarisasi sirkular karena nilai axial ratio mendekati satu. Institut Teknologi Sepuluh Nopember 13
Jenis Polarisasi LHCP (left hand circular polarization) RHCP ( Right hand circular polarization) Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah LHCP (left hand circular polarization) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 14
Return Loss Antena Loop Hasil Simulasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 15
Bandwidthdan VSWR Antena Loop Hasil Simulasi BW = F2 F1 = 5,34MHz 18 16 14 Grafik VSWR Jika dinyatakan dalam persen 10 12 VSWR BW = = F 2 Fc F 1 x 100% 439,07 433,73 436,4 = 1,2% x 100% 8 6 4 2 0 1,02669 420.786 421.2225 421.659 422.0955 422.532 422.9685 423.405 423.8415 424.278 424.7145 425.151 425.5875 426.024 426.4605 426.897 427.3335 427.77 428.2065 428.643 429.0795 429.516 429.9525 430.389 430.8255 431.262 431.6985 432.135 432.5715 433.008 433.4445 433.881 434.3175 434.754 435.1905 435.627 436.0635 436.5 436.9365 437.373 437.8095 438.246 438.6825 439.119 439.5555 439.992 440.4285 440.865 441.3015 441.738 442.1745 442.611 443.0475 443.484 443.9205 444.357 444.7935 445.23 445.6665 446.103 446.5395 446.976 447.4125 447.849 448.2855 448.722 449.1585 449.595 450.0315 450.468 450.9045 451.341 420,2 425,1 430,5 436,5 440,8 450,4 Frekuensi(GHz) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 16
PolaRadiasiAntenaLoop Hasil Simulasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember 17
PolarisasiAntenaLoop HasilSimulasi medan listrik pada sumbu x sebesar 12520,3 v/m medan listrik pada sumbu y sebesar 18399,4 v/m axial ratio = = 1.469 berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena helix berpolarisasi sirkular karena nilai axial ratio mendekati satu. Institut Teknologi Sepuluh Nopember 18
Jenis Polarisasi LHCP (left hand circular polarization) RHCP ( Right hand circular polarization) Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah RHCP (Right hand circular polarization) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 19
AntenaHelix danloop Tampak atas Tampak bawah Institut Teknologi Sepuluh Nopember 20
Return LossAntenaHelix Hasil Pengujian 0-10 Frekuensi(GHz) 2.222 2.36 2.4 2.69 2.894-20 Return loss (db) -30-40 -50 simulasi pengujian pengukuran -60-70 Institut Teknologi Sepuluh Nopember 21
Bandwidthdan VSWR Antena Helix Hasil Pengujian BW = F2 F1 = 0,33GHz 3.5 3 Grafik VSWR pengujian pengukuran simulasi Jika dinyatakan dalam persen 2.5 VSWR 2 BW = F2 F1 x100% Fc 1.5 1 2,69 2,36 = x100% 2,5 =13,07% 0.5 2.173 2.3 2.36 2.4 2.48 2.69 3.7795 Frekuensi (GHz) Institut Teknologi Sepuluh Nopember 22
PolaRadiasiAntenaHelix Hasil Pengujian Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Institut Teknologi Sepuluh Nopember 23
Return LossAntenaLoop Hasil Pengujian Frekuensi (MHz) 0-5 416.15 425.43 435.2 435.8 436.5 450.64 460.53 470.53 480.24-10 Return Loss (db) -15-20 -25-30 -35 Pengukuran pengujian simulasi -40 Institut Teknologi Sepuluh Nopember 24
Bandwidthdan VSWR Antena Loop Hasil Pengujian BW = F2 F1 = 64,08MHz 6 5 Grafik VSWR Jika dinyatakan dalam persen VSWR 4 3 BW = F2 F1 x100% Fc 2 1 pengujian pengukuran = 480,23 416,15 x100% 448,19 0 400 416.15 425.43 436.5 450.64 460.53 480.24 490 Frekuensi (MHz) simulasi =14,29% Institut Teknologi Sepuluh Nopember 25
PolaRadiasiAntenaLoop Hasil Pengujian Hasil Simulasi Hasil Pengujian Institut Teknologi Sepuluh Nopember 26
PerbandinganParameter Antena Helix Parameter Simulasi Pengujian Return Loss -64,659 db -26,364 db VSWR 1,00117 1,184 Bandwidth 0,7 GHz 0,33 GHz Gain 7,4 db 5,454 db HPBW 49,1 0 18 0 Antena Loop Parameter Simulasi Pengujian Return Loss -37,608 db -23,154 db VSWR 1,02669 1,197 Bandwidth 5,34 MHz 64,08 MHz Gain 8,91 db 4,418 db HPBW 66,5 0 22 0 Institut Teknologi Sepuluh Nopember 27
Kesimpulan Hasil simulasi telah memenuhi kriteria desain awal. Antena helix 2,4 GHz return loss = -26 db, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05 impedansi antena Z ant = 55,263 VSWR = 1,184 gain= 5,454 db. Bandwidth = 0,33 GHz,13,07% Antena loop 436,5 MHz return loss = -23 db, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05 impedansi antena Z ant = 57,527 VSWR = 1,197 gain= 4,418 db bandwidth = 64,08 MHz14,28%. Antena helix 2,4 GHz dan loop 436,5 MHz yang di buat telah memenuhi kriteria desain sehingga dapat digunakan untuk perangkat ground station satelit IiNUSAT-02. Institut Teknologi Sepuluh Nopember 28
Saran Memperhatikan tempat pengukuran Pemasangan konektor Penguasaan perangkat pengujian Institut Teknologi Sepuluh Nopember 29
TERIMAKASIH Institut Teknologi Sepuluh Nopember