Post on 18-Mar-2019
Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral
Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano
Dosen Pembimbing :
1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D.
2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D.
Institut Teknologi Sepuluh
Nopember
Seminar Tugas Akhir
Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia
25 JUNI 2012
Oleh
Widyanto Dwiputra Pradipta
2208 100 087
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
00000 : Nomor port
Partisipasi ITS dalam
program IINUSAT-01
Pengembangan IINUSAT II
dan ITS-SAT dengan
komunikasi real time video
Antena mikrostrip
sebagai antena
pemancar
Desain antena
mikrostrip array
Gain antena
mikrostrip relatif kecil
Latar Belakang
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.
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
2
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
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.
Tujuan
3
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.
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Batasan Masalah
4
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
5
Metode Penelitian
Penentuan
Kriteria Antena
Simulasi
Desain Antena
Realisasi
Desain Antena
Evaluasi
Desain Antena
Pencarian
Literatur
Optimasi
Desain
Antena
Pengukuran
Parameter Antena
Start
Sesuai
Kriteria?
End
1
1
Ya
Tidak
www.themegallery.com
Antena Mikrostrip
• Patch rectangular :
1
2
2
rfr
cW
Lfr
cL
reff
22
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
Lebar patch (W)
Panjang patch (L)
6
(2)
(Buku Balanis, Constantine.A., Antena Theory ).
(1)
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
www.themegallery.com
Pencatuan Aperture Coupled
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
7
Pencatuan aperture coupled digunakan untuk menghasilkan gain antena yang lebih besar.
(Buku Thesis Civerolo, Michael Paul. Aperture Coupled Microstrip Antenna Design and Analysis).
Dimensi slot pada ground plane
Dimensi panjang saluran pencatu
www.themegallery.com
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).
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
8
www.themegallery.com
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).
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
9
www.themegallery.com
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
Z Z0 Z0
Z0
Untuk menentukan nilai Z,
digunakan metoda wilkinson.
Z = Z0 N
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
10
www.themegallery.com
Penentuan Kriteria Antena
Parameter acuan antena perancangan :
Antena array 2x2
Frekuensi kerja 2.4 GHz
Returnloss < - 10 dB
VSWR < 2
Jarak antar
Patch
½ λ atau 62,5 mm
Polarisasi Sirkular
(LHCP/RHCP)
Pola radiasi Directional
Gain > 3,7 dB
Karakteristik Nilai / satuan
Koefisien Dielektrik 4.3
Ketebalan substrat 1.6 dan 1 mm
Ketebalan tembaga 35 mikron
Spesifikasi Bahan dasar (substrat) FR-04 Epoxy :
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
11
www.themegallery.com
Perancangan Desain Antena
Parameter Desain Lambang Nilai
Panjang Gel. di ruang bebas λo 125 mm
Panjang Gel. di dielektrik λd 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
43,97 mm
Lebar Saluran Pencatu 50Ω 3,11 mm
Panjang Saluran Pencatu
70,7Ω
17,7 mm
Lebar Saluran Pencatu
70,7Ω
1,63 mm
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
12
www.themegallery.com
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
13
www.themegallery.com
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
14
www.themegallery.com
Hasil Simulasi Returnloss dan Bandwidth
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
16
www.themegallery.com
Hasil Simulasi Gain
Gain total : 4,413 dB
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
18
www.themegallery.com
Perhitungan Axial Ratio
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Medan Listrik pada sumbu Y Emajor = 14730 v/m
Medan Listrik pada sumbu X Eminor = 12130 v/m
AR = Emajor / Eminor = 14730 / 12130 = 1,197
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
20
www.themegallery.com
Hasil Realisasi Antena Mikrostrip Planar Array Dua Elemen
a) Gambar antena bagian atas b) Gambar antena bagian bawah
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
21
www.themegallery.com
Metode Pengukuran Antena
Pengukuran Return Loss dan VSWR
Network
Analyzer
Antena
Mikrostrip
Array
Perangkat yang dibutuhkan :
1. Network Analyzer
2. Kabel Coaxial RG58
3. Konektor N to SMA
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
22
www.themegallery.com
Metode Pengukuran Antena
Pengukuran Gain dan Pola Radiasi
Spectrum Analyzer
Antena Referensi
Signal Generator
Antena Pemancar Antena Mikrostrip
Array
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
23
www.themegallery.com
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
24
www.themegallery.com
Hasil Pengukuran VSWR
Frekuensi (GHz) VSWR
2,4 1,191
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
25
www.themegallery.com
Hasil Pengukuran Pola Radiasi
Pola radiasi phi=0o Pola radiasi phi=90o
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
27
www.themegallery.com
Hasil Pengukuran Gain
Perhitungan nilai gain antena dengan
menggunakan antena referensi dengan
gain 7 dB, untuk menentukan gain antena
digunakan persamaan :
Gt (Gain Antena Mikrostrip) = Gs (Gain Antena Referensi) + Pt
(Daya Terima antena mikrostrip - Ps (Daya Terima antena
refrensi)
Dengan
Gt = (Gain Antena Mikrostrip)
Gs = (Gain Antena Referensi)
Pt = (Daya Terima Antena Mikrostrip)
Ps = (Daya Terima Antena Refrensi)
maka
Gt = 7 + (-48.459) – (-45.563)
Gt = 7 + (-2.896)
Gt = 4,104 dB
No
Level Daya
Terima Antena
Referensi (Ps (dBm))
Level Daya
Terima Antena
yang diukur (Pt (dBm))
Rasio
level
Daya
Antena (dB)
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
Rata-rata
-45.563 -48.459 -2.896
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
28
Institut Teknologi Sepuluh Nopember 29
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
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
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
TERIMA KASIH
BUILDING THE NATIONAL INDEPENDENCE IN SATELLITE TECHNOLOGY THROUGH STUDENT NETWORKING
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Penentuan dimensi patch antena mikrostrip -Panjang gelombang di ruang bebas (𝜆0)
𝜆𝑜 = 𝑐
𝑓𝑜=
3 𝑥 108 𝑚/𝑠
2.4 𝑥 109 𝐻𝑧= 0.125 𝑚 = 125 𝑚𝑚
-Panjang gelombang pada dielektrik FR04 Epoxy
𝜆𝑑 = 𝜆𝑜
𝜀𝑟=
0.125 𝑚
4.3= 0.06 𝑚 = 60 𝑚𝑚
-Lebar Patch (W)
W = 𝐶
2𝑥𝑓𝑥
2
ɛr
:1 =
3 𝑥 108
2.4 𝑥 109 𝑥
2
4.4:1 = 0.038 m = 38 mm
PERANCANGAN DESAIN ANTENA
PERANCANGAN DESAIN ANTENA
-Panjang Patch (L)
L = 𝐶
2 𝑥 𝑓 𝑥 ɛreff
− 2 𝑥 ∆L = 3 𝑥 108
2 𝑥 2.4 𝑥 109 𝑥 4.085− 2 𝑥 0.7388
= 29.42 mm
dengan :
ɛreff = ɛ
r:
1
2+
ɛr
;1
2 𝑥 (1 +
12 𝑥 ℎ
𝑊);0.5 =
4.4:
1
2+
4.4;
1
2 𝑥 (1 +
12 𝑥 1.6
38);0.5
= 2.7 + 1.385 = 4.085
∆L = 0.412 x h x ɛ
reff:
0.258 𝑥
(
𝑊
ℎ :0
.264
)
ɛreff
;0
.258
𝑥(𝑊
ℎ:0.813)
= 0.412 x 1.6 x 4.085
:0
.258 𝑥
(
38
1.6:0
.264
)
4.085;
0.258
𝑥(38
1.6:0.813)
=
0.7388 mm
Maka dari hasil perhitungan dimensi Patch pada frekuensi 2,4 GHz adalah W = 38 mm, dan L= 29.42 mm
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Perancangan Dimensi Slot
Panjang slot = 0.1477 x λd = 0.1477 x 60 = 8.788 mm
Lebar slot = 0.0164 x λd = 0.0164 x 60 = 0.975 mm
Ketebalan feed subtrat = 0.0169 x λd = 0.0169 x 60 = 1 mm
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Perancangan Dimensi Saluran Pencatu
Dimensi Saluran Pencatu 50Ω -Panjang Saluran Pencatu
Panjang saluran pencatu
0.739 x λd = 0.739 x 60 = 43.97 mm
Panjang saluran pencatu (offset)
0.211 x λd = 0.211 x 60 = 12.554 mm
-Lebar Saluran Pencatu
𝑊𝑧 = 2𝑥0.0016
𝜋 5,711 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥5,711 − 1 +
4.3 − 1
2𝑥 4.3𝑙𝑛 5,711 − 1 + 0.39 −
0.61
4.3= 3.11 𝑚𝑚
Dengan 𝐵 =60𝜋2
𝑍0 𝜀𝑟 =
60𝜋2
50 4.3= 5,711
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Perancangan Dimensi Saluran Pencatu
Dimensi Saluran Pencatu 70,7Ω -Panjang Saluran Pencatu
𝑙 = 𝜆𝑜
𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 𝑥 4=
125 𝑚𝑚
3.11 𝑥 4= 17.7 𝑚𝑚
-Lebar Saluran Pencatu 𝑊𝑧 =
2𝑥0.0016
𝜋 4.039 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥4.039 − 1 +
4.3 − 1
2𝑥 4.3𝑙𝑛 4.039 − 1 + 0.39 −
0.61
4.3= 1.63 𝑚𝑚
Dengan 𝐵 =60𝜋2
𝑍0 𝜀𝑟 =
60𝜋2
50 4.3= 5,711
Institut Teknologi Sepuluh Nopember