Post on 07-Jan-2017
SKRIPSI
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH BUJUR
SANGKAR DENGAN FREKUENSI KERJA 2.6 GHZ
UNTUK APLIKASI GROUND PENETRATING RADAR
Disusun dan diajukan sebagai
Salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Strata Satu (S1)
Pada Fakultas Teknik Elektro Universitas Darma Persada
Disusun oleh :
ARLENDO STEFANUS TALAHATU
NIM. 2012210902
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARMA PERSADA
JAKARTA
2015
ii
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Arlendo Stefanus Talahatu
NIM : 2012210902
Judul Tugas Akhir : Perancangan Antena Mikrostrip Patch Bujur Sangkar
Dengan Frekuensi Kerja 2.6 GHz Untuk Aplikasi
Ground Penetrating Radar
Menyatakan bahwa Skripsi ini merupakan tulisan sendiri dari hasil penelitian di
bawah bimbingan Bapak M. Darsono, ST. MT. dan bukan merupakan jiplakan
dari hasil karya orang lain, dan isi Skripsi ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab
saya.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Jakarta, Agustus 2015
Penulis
Arlendo Stefanus Talahatu
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Skripsi yang berjudul :
Perancangan Antena Mikrostrip Patch Bujur Sangkar
Dengan Frekuensi Kerja 2.6 GHz Untuk Aplikasi Ground Penetrating Radar
Oleh :
Arlendo Stefanus Talahatu
NIM : 2012210902
Telah diterima dan disahkan sebagai salah satu syarat menyelesaikan program
Strata Satu (S1) untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Darma Persada
Disahkan oleh :
Ketua Jurusan Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir
M. Darsono, ST. MT M. Darsono, ST. MT
NIDN : 0302116701 NIDN : 0302116701
PROGRAM STUDI TELEKOMUNIKASI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DARMA PERSADA
JAKARTA
2015
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus atas berkat, karunia dan pertolonganNya
yang nyata sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.
Penulisan Skripsi ini disusun untuk melengkapi syarat-syarat untuk
menyelesaikan Program Strata Satu (S1) pada Fakultas Teknik Elektro Program
Studi Telekomunikasi di Universitas Darma Persada.
Dalam penulisan Skripsi ini penulis telah banyak mendapat bantuan,
bimbingan, masukan dan dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan
ini disampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Agus Sun Sugiarto, MT. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Darma Persada.
2. Bapak M. Darsono, ST. MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
sekaligus sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan
dan arahan dalam menyelesaikan Skripsi.
3. Seluruh Staff dan Dosen Fakultas Teknik Universitas Darma Persada yang
telah memberikan ilmu pengetahuan dan wawasan yang berguna selama
masa pendidikan penulis di Universitas Darma Persada.
4. Kedua Orang tua, Adik-adik yang terkasih, dan Ingrid Valentina Lasse
terkasih yang selalu memberikan doa, semangat dan dorongan baik berupa
moril maupun materiil.
5. Teman-teman dan sahabat, Adith, Yusni dan William.
6. Rekan-rekan mahasiswa, rekan seperjuangan Skripsi, khususnya rekan-
rekan satu kelompok pengerjaan Skripsi (Alfin & Amin).
v
Penulis menyadari dalam pembuatan laporan Skripsi ini terdapat banyak
kekurangan yang dibuat, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran untuk
menyempurnakan laporan ini. Akhirnya semoga laporan Skripsi ini berguna dan
bermanfaat bagi yang berkepentingan, guna menambah pengetahuan serta
wawasan tentang teknologi khususnya dalam bidang teknik Telekomunikasi.
Jakarta, Agustus 2015
Arlendo Stefanus Talahatu
vi
ABSTRAK
Ground Penetrating Radar (GPR) adalah sistem radar yang digunakan untuk
pendeteksian dan mencitrakan benda-benda tertentu yang berada di dalam
permukaan tanah. Dengan perangkat GPR, dapat membantu dalam melakukan
pendeteksian benda-benda di bawah permukaan tanah tanpa proses penggalian
sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada keadaan lingkungan sekitar. Hal ini
akan membuat proses pendeteksian menjadi lebih efektif dan efisien. Kemampuan
GPR dalam pendeteksian sangat bergantung pada kemampuan antena yang
digunakan, karena antena adalah bagian yang meradiasikan pulsa sempit tersebut
ke tanah dengan radiasi antena yang diharapkan memiliki tingkat loss dan distorsi
yang kecil. Pada Tugas Akhir ini dibuat perancangan antena mikrostrip planar
monopole peradiasi bujur sangkar, dengan konfigurasi penambahan slot pada
patch, penggeseran posisi saluran pencatu dan patch, pembatasan ground plane
serta penambahan jumlah bidang ground plane kedua. Menggunakan media
substrat RT/Duroid 5880 dengan spesifikasi ketebalan 1.57 mm dan konstanta
dielektrik 2.2, dan saluran transmisi mikrostrip dengan impedansi 50 Ω, yang
beroperasi pada frekuensi S-Band dengan frekuensi resonansi 2.6 GHz untuk
mendukung sistem GPR. Untuk perancangan antena mikrostrip dilakukan dengan
metode simulasi dengan aplikasi perangkat lunak Microwave Office 2004. Dari
hasil simulasi perancangan antena didapatkan nilai bandwidth sebesar 1.962 GHz
pada return loss sebesar -31.83 dB, dengan frekuensi operasi 2.136 - 4.098 GHz,
dimana dengan nilai bandwidth tersebut sudah sangat melampaui kebutuhan
wideband, bahkan dengan nilai bandwidth yang lebar akan membantu dalam
proses resolusi pencitraan image yang baik. Untuk nilai VSWR 1 s.d 2 diperoleh
1.053 yang dicapai pada frekuensi resonansi 2.6 GHz. Nilai impedansi masukan
terhadap kondisi rangkaian dalam keadaan matching adalah untuk riil = 0.959498
dan imajiner = 0.0295984 Ω.
Kata kunci : Mikrostrip, Monopole, GPR, Wideband, Radar
vii
ABSTRACT
Ground Penetrating Radar (GPR) is a radar system that is used for the detection
and imaging of certain objects that are in the ground. With GPR devices, can help
in the detection of objects under the ground surface without excavation process so
as not to cause damage to the surrounding environmental conditions. This will
make the detection process to be more effective and efficient. The ability of GPR
in the detection relies heavily on the ability of the antenna used, because the
antenna is part which radiates the narrow pulse in to the ground with an antenna
radiation expected levels of loss and distortion are small. In this final project, a
planar microstrip monopole antenna is made with monopole radiating square
design, with the addition of a slot on patch configuration, shifting feed line and
patch position, restriction ground plane and the addition of a second ground plane
field. Using the media substrate RT/Duroid 5880 at 1.57 mm thickness
specifications and a dielectric constant of 2.2, and a microstrip transmission line
with an impedance of 50 Ω, which operates at S-band frequency with the
resonance frequency of 2.6 GHz to support the GPR system. For the design of
microstrip antenna simulation was conducted using Microwave Office 2004
software applications. From an antenna design simulation results obtained value
of 1,962 GHz bandwidth on the return loss of -31.83 dB, with the operating
frequency of 2.136-4.098 GHz, where the value of the bandwidth is already very
exceed the needs of wideband, even with wide bandwidth values will assist in the
process of good imaging resolution image. For VSWR 1 to 2 obtained 1.053
achieved at the resonant frequency of 2.6 GHz. The value of the input impedance
matching circuit conditions in the state is for real = 0.959498 Ω and imaginary =
0.0295984.
Key word : Microstrip, Monopole, GPR, Wideband, Radar
viii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL.. ................................................................................................. i
LEMBAR PERNYATAAN.................................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN.................................................................................... iii
KATA PENGANTAR............................................................................................ iv
ABSTRAK................................................................................................. ............ vi
DAFTAR ISI.. ...................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL... .............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ............................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1
1.2 Tujuan Penulisan ...................................................................... 4
1.3 Perumusan Masalah ................................................................. 4
1.4 Pembatasan Masalah ................................................................ 4
1.5 Metodologi Penulisan .............................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan .............................................................. 6
BAB II DASAR TEORI
2.1 Ground Penetrating Radar ..................................................... 7
2.1.1 Prinsip Kerja GPR ......................................................... 8
2.1.1.1 Impulse GPR .................................................... 8
2.1.1.2 Frequency Modulated Continous Wave Radar 9
ix
2.1.1.3 Stepped Frequency Radar ................................ 9
2.1.2 Model Umum GPR...................................................... 10
2.1.1.2 A-Scan ........................................................... 10
2.1.1.3 B-Scan ............................................................ 10
2.1.1.3 C-Scan ............................................................ 11
2.1.3 Sistem Impulse GPR ................................................... 12
2.1.4 Fungsi Komponen Sistem GPR .................................. 14
2.1.5 Antena GPR Acuan ..................................................... 16
2.2 Antena Mikrostrip .................................................................. 17
2.3 Elemen Peradiasi Antena ....................................................... 19
2.3.1 Antena Mikrostrip Patch ............................................. 19
2.3.1.1 Antena Mikrostrip Patch Bujur Sangkar ....... 20
2.3.2 Antena Mikrostrip Dipole ........................................... 22
2.3.3 Antena Printed Slot ..................................................... 23
2.3.4 Antena Mikrostrip Travelling Wave ............................ 24
2.4 Teknik Pencatuan ................................................................... 24
2.4.1 Saluran Transmisi Mikrostrip...................................... 25
2.4.2 Saluran Koaksial/Probe............................................... 26
2.4.3 Saluran Aperture Coupled ........................................... 27
2.4.4 Saluran Proximity Coupled ......................................... 28
2.5 Metode Analisa ..................................................................... 29
2.5.1 Model Saluran Transmisi ............................................ 29
2.5.2 Konstanta Dielektrikum Efektif .................................. 30
2.5.3 Karakteristik Impedansi .............................................. 31
x
2.5.4 Rugi-rugi Saluran Transmisi ....................................... 32
2.5.4.1 Rugi Konduktor ............................................. 32
2.5.4.2 Rugi Dielektrikum ......................................... 32
2.5.5 Model Cavity ............................................................... 33
2.6 Parameter Antena Mikrostrip ................................................ 35
2.6.1 Return Loss .................................................................. 35
2.6.2 VSWR ......................................................................... 36
2.6.3 Bandwidth.................................................................... 37
2.6.4 Input Impedance .......................................................... 38
2.6.5 Gain ............................................................................. 38
2.6.6 Polarisasi ..................................................................... 39
2.6.7 Pola Radiasi ................................................................. 41
2.6.7.1 Pola Radiasi Antena Unidirectional .............. 41
2.6.7.2 Pola Radiasi Antena Omnidirectional ........... 42
2.6.8 Beamwidth ................................................................... 43
BAB III PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH BUJUR
SANGKAR PADA FREKUENSI KERJA 2.6 GHZ
3.1 Prosedur Perancangan Antena Mikrostrip ............................. 44
3.2 Langkah Perancangan ............................................................ 47
3.2.1 Media Substrat............................................................. 47
3.2.2 Software Perancangan ................................................. 47
3.2.2 Hardware Perancangan ............................................... 49
3.3 Rancangan Dasar Antena ....................................................... 50
3.3.1 Menentukan Dimensi Patch ........................................ 50
xi
3.3.2 Menentukan Lebar Saluran Pencatu ............................ 52
3.4 Konfigurasi Pada Software AWR MWO ............................... 54
3.5 Konfigurasi Rancangan Antena ............................................. 63
BAB IV ANALISA PARAMETER ANTENA
4.1 Konfigurasi Antena Hasil Rancangan .................................... 74
4.2 Parameter Antena Hasil Rancangan ...................................... 77
4.2.1 Bandwidth.................................................................... 76
4.2.2 VSWR ......................................................................... 79
4.2.3 Impedansi Masukan .................................................... 80
4.2.4 Pola Radiasi ................................................................. 82
4.3 Spesifikasi Antena Hasil Rancangan ..................................... 84
BAB V KESIMPULAN .............................................................................. 86
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 88
LAMPIRAN. ......................................................................................................... 90
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Konstanta dielektrik relatif untuk beberapa material…..………….2
Tabel 3.1 Spesifikasi media substrat antena mikrostrip…………………….47
Tabel 4.1 Dimensi perancangan antena mikrostrip patch bujur sangkar…...76
Tabel 4.2 Hasil akhir simulasi parameter antena...…………………………84
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Konfigurasi dan gambaran dari A-Scan.........................................10
Gambar 2.2 Konfigurasi dan gambaran B-Scan………………………………11
Gambar 2.3 Konfigurasi B-Scan yang diparalel membentuk C-Scan.............. 12
Gambar 2.4 Sampling C-Scan dengan potongan horizontal pada
kedalaman yang berbeda…............................................................12
Gambar 2.5 Blok diagram Ground Penetrating Radar (GPR)………..............13
Gambar 2.6 Foto Antena GSSI 1.5…………………………………………...16
Gambar 2.7 Struktur antena mikrostrip…………………….............................17
Gambar 2.8 Jenis-jenis antena mikrostrip……………………………………..19
Gambar 2.9 Struktur antena mikrostrip patch bujur sangkar………………….20
Gambar 2.10 Efek fringing..................................................................................21
Gambar 2.11 Bentuk dasar antena printed slot...................................................22
Gambar 2.12 Bentuk dasar antena mikrostrip travelling wave...........................24
Gambar 2.13 Saluran transmisi mikrostrip..........................................................25
Gambar 2.14 Saluran koaksial/probe...................................................................26
Gambar 2.15 Model saluran aperture coupled....................................................27
Gambar 2.16 Saluran proximity coupled.............................................................28
Gambar 2.17 Model saluran transmisi.................................................................29
Gambar 2.18 Distribusi muatan dan arus yang terbentuk pada patch
mikrostrip.......................................................................................34
Gambar 2.19 Polarisasi elips dengan sudut τ yang dibentuk Ex dan Ey
xiv
dengan amplitudo E1 dan E2........................................................40
Gambar 2.20 Bentuk pola radiasi antena unidirectional.....................................42
Gambar 2.21 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional..................................42
Gambar 2.22 Beamwidth antena.........................................................................43
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena pada simulasi...........................46
Gambar 3.2 Ukuran sisi-sisi patch bujur sangkar.............................................52
Gambar 3.3 Tampilan software PCAAD untuk menentukan lebar
saluran pencatu..............................................................................53
Gambar 3.4 Ukuran lebar saluran pencatu mikrostrip.......................................54
Gambar 3.5 Proses awal pembuatan simulasi antena pada software
MWO 2002....................................................................................55
Gambar 3.6 Konfigurasi ukuran dimensi substrat pada AWR MWO..............56
Gambar 3.7 Konfigurasi Dielectric Layers pada AWR MWO.........................57
Gambar 3.8 Konfigurasi Boundaries pada AWR MWO..................................58
Gambar 3.9 Penambahan port untuk saluran mikrostrip...................................59
Gambar 3.10 Pilihan opsi untuk simulasi parameter antena...............................59
Gambar 3.11 Konfigurasi pembuatan grafik Return Loss...................................60
Gambar 3.12 Konfigurasi pembuatan grafik VSWR..........................................60
Gambar 3.13 Konfigurasi pembuatan grafik Input Impedance...........................61
Gambar 3.14 Konfigurasi pembuatan grafik Pola Radiasi..................................61
Gambar 3.15 Konfigurasi pembuatan grafik Polarisasi fungsi Phi & Theta.......62
Gambar 3.16 Pengaturan jangkauan sapuan frekuensi rancangan antena...........63
Gambar 3.17 Konfigurasi awal antena tanpa ground plane................................65
Gambar 3.18 Return loss pada awal antena.........................................................65
xv
Gambar 3.19 Konfigurasi antena dengan slot pada patch, dan penambahan
ground plane..................................................................................66
Gambar 3.20 Grafik RL hasil simulasi antena slot patch dengan
ground plane..................................................................................67
Gambar 3.21 Konfigurasi antena dengan slot pada patch ukuran
w1 = l1 = 20 mm dan perubahan ukuran ground plane..................68
Gambar 3.22 Grafik RL hasil simulasi antena slot patch dengan
ground plane Lg1 yang berubah-ubah...........................................69
Gambar 3.23 Konfigurasi antena dengan pergeseran saluran pencatu d............70
Gambar 3.24 Grafik RL hasil simulasi yang dipengaruhi oleh pergeseran
saluran pencatu dan patch.............................................................71
Gambar 3.25 Konfigurasi antena dengan penambahan bidang
ground plane lainnya.....................................................................72
Gambar 3.26 Grafik RL hasil simulasi pengaruh penambahan
ground plane ke dua......................................................................72
Gambar 3.27 Konfigurasi modifikasi final antena..............................................73
Gambar 4.1 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas..........................74
Gambar 4.2 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah......................75
Gambar 4.3 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping...................75
Gambar 4.4 Grafik return loss terhadap frekuensi dari hasil simulasi antena..76
Gambar 4.5 Grafik VSWR terhadap frekuensi dari hasil simulasi antena........79
Gambar 4.6 Grafik Smith Chart impedansi input antena hasil simulasi............81
Gambar 4.7 Bentuk pola radiasi antena............................................................83
Gambar 4.8 Total power radiasi antena hasil simulasi......................................84
xvi
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN
αc Rugi konduktor
αd Rugi dielektrikan
β Beamwidth dari pola radiasi antena
εr Konstanta dielektrik
εreff Konstanta dielektrik efektif
|E| resultan magnitude medan listrik
λ0 Panjang gelombang di udara saat osilasi
λg Panjang gelombang guide pada saluran
ΓL Koefisien refleksi
η Impedansi intrinsik ruang bebas (377 Ω)
B Beamwidth
BW Bandwidth
c Kecepatan cahaya (3x108 m/s)
Eθ Komponen medan listrik θ
Eɸ Komponen medan listrik ɸ
f0 Frekuensi osilasi
fr Frekuensi resonansi
f1 Frekuensi atas untuk penentuan bandwidth
f2 Frekuensi bawah untuk penentuan bandwidth
FBW Fractional Bandwidth
FCC Federal Communication Commission
FDTD Finite Different Time Domain
xvii
FEM Finite Element Method
FNBW Finite Null Beamwidth
GPR Ground Penetrating Radar
G Gain, penguatan
GHz Giga Hertz
LNA Low Noise Amplifier
h Ketebalan substrat
HPBW Half Power Beamwidth
Io Intensitas radiasi maksimum antena
I Intensitas radiasi maksimum dari antena referensi
L Panjang patch
Leff Panjang sisi efektif
LHCP Left Handed Circular Polarization
MHz Mega Hertz
MoM Method of Moment
MTA Microstrip Travelling Wave Antenna
MWO Microwave Office
PCAAD Personal Computer Aided Antenna Design
PCB Printed Circuit Board
Rin Komponen impedansi riil
RHCP Right Handed Circular Polarization
RL Return Loss
t Ketebalan patch
tan δ Dielektrik loss tangent
xviii
TE Transverse Electric
TLM Transmission Line Matrix
TM Transverse Magnetic
Vo- Tegangan yang dipantulkan (Volt)
Vo+ Tegangan yang dikirimkan (Volt)
VSWR Voltage Standing Wave Ratio
W Lebar patch
Wf Lebar saluran pencatu
Lf Panjang saluran pencatu
W/h Width to height, rasio lebar patch terhadap ketebalan subtrat
Xin Komponen impedansi imajiner
Z0 Impedansi saluran atau lossless
Zin Impedansi masukan
ZL Impedansi beban atau load
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan sistem yang saat ini marak
dikembangkan baik dari sisi teknologi maupun segi bisnis. GPR adalah sistem
radar yang digunakan untuk pendeteksian dan mencitrakan benda-benda tertentu
yang berada di dalam permukaan tanah. Dengan perangkat GPR, dapat membantu
dalam melakukan pendeteksian benda-benda di bawah permukaan tanah tanpa
proses penggalian sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada keadaan
lingkungan sekitar. Hal ini akan membuat proses pendeteksian menjadi lebih
efektif dan efisien.
Ada parameter penting yang dilibatkan dalam GPR yaitu penggunaan
pulsa. Dalam pelaksanaanya, antena pada GPR akan memancarkan gelombang
berupa pulsa sempit. Pulsa yang sempit ini mempunyai lebar bidang frekuensi
yang besar. Jika pulsa semakin dipersempit akan didapatkan lebar bidang
frekuensi yang semakin besar. Hal inilah yang menjadi latar belakang
dibutuhkannya suatu antena yang dapat mengatasi masalah tersebut. Dimana
diharapkan akan didapatkan suatu antena yang dapat mempertahankan pola radiasi
yang konstan dalam range frekuensi yang besar.
Kemampuan GPR dalam pendeteksian sangat bergantung pada
kemampuan antena yang digunakan. Hal ini disebabkan, antena adalah bagian
yang meradiasikan pulsa sempit tersebut ke tanah dengan radiasi antena yang
diharapkan memiliki tingkat loss dan distorsi yang kecil. Sistem GPR dilengkapi
2
dengan dua antena terpisah yang masing-masing berfungsi sebagai pemancar dan
penerima sinyal elektromagnetik. Umumnya kedua antena tersebut merupakan
antena yang identik sama [1].
Untuk level kedalaman yang mampu ditembus oleh sistem GPR itu
tergantung pada dua kondisi: 1) jenis tanah atau batuan di daerah survei GPR dan
2) frekuensi antena yang digunakan. GPR bisa mencapai kedalaman hingga 100
kaki (30 meter) dalam bahan konduktivitas rendah seperti pasir kering atau granit,
lempung basah, serpih, dan bahan konduktivitas tinggi lainnya, mungkin
melemahkan atau menyerap sinyal GPR, sehingga sangat mengurangi kedalaman
penetrasi sampai 3 kaki (1 meter) atau kurang.
Berikut ini adalah Konstanta dielektrik relatif dan cepat rambat gelombang
elektromagnetik untuk material geologi (McCann et al, 1988).
Tabel 1.1 Konstanta dielektrik relatif untuk beberapa material
Material εr Velocity (mm/ns) Air 1 300
Water (fresh) 81 33
Water (sea) 81 33
Sand 3 – 6 120 – 170
Clay soil 3 173
Sand (wet) 25 – 30 55 – 60
Sand (dry) 3 – 6 120 – 170
Agricultural land 15 77
Average ‘soil’ 16 75
Granite 5 – 8 106 – 120
Limestone 7 – 8 100 – 113
Basalt (wet) 8 106
Coal 4-5 134-150
Concrete 5-8 55-120
Asphalt 3-5 133-173
PVC 3 173
Kedalaman penetrasi juga ditentukan oleh antena GPR yang digunakan.
Dengan kata lain kedalaman maksimum yang dapat dicapai oleh impulse radar
bergantung dari frekuensi yang dipakai serta pada resistivitas bahan. Semakin
3
tinggi frekuensi radar yang digunakan, akan semakin rendah daya tembus
gelombang radar tersebut, tetapi memiliki resolusi tinggi. Dan semakin rendah
frekuensi radar yang dipakai, akan semakin tinggi daya tembus gelombang radar
tersebut, tetapi memiliki resolusi rendah. Ketika merambat dalam material,
gelombang radar tersebut juga mengalami pengurangan yang berbanding lurus
dengan konduktifitas dielektrik bahan tersebut.
Sesuai dengan regulasi standar frekuensi yang ditetapkan oleh Federal
Communication Commission (FCC) yang memberikan standar frekuensi yang
digunakan dalam sistem GPR [2], dan mengacu kepada standar spesifikasi nilai
parameter antena pada aplikasi alat yang sudah dikomersilkan oleh salah satu
perusahaan manufaktur GPR terkenal yaitu Geophysical Survey Systems, Inc.
(GSSI) [3]. Berdasarkan pada salah satu produknya, yaitu GSSI 2.6 GHz model
52600, yang merupakan antena frekuensi tinggi dengan spesifikasi karakteristik
nilai parameter antena antara lain beroperasi pada range frekuensi 1.3-3.8 GHz,
frekuensi resonansi 2.6 GHz, beamwidth utk media beton (concrete; εr = 6)
sebesar 48o, dan gain display 6 dB, dan [4,5]. Gain display merupakan
penjumlahan antara gain antena dan gain Low Noise Amplifier (LNA) pada blok
receiver sebelum masuk ke perangkat display. Sebagai asumsi, apabila untuk
menampilkan hasil pencitraan pada display diperlukan gain sebesar 6 dB
sedangkan gain LNA adalah 0 dB, maka diperlukan antena GPR yang
menghasilkan nilai gain sebesar 6 dB.
Dalam penelitian ini akan dirancang antena yang diharapkan mampu
digunakan pada sistem GPR, yaitu antena mikrostrip monopole dengan pemodelan
bentuk patch bujur sangkar, penambahan slot pada patch, dan pembatasan ground
4
plane. Antena ini menggunakan satu lapis bahan dasar substrat dengan satu bagian
konduktor. Untuk menganalisa kinerja antena, digunakan metode simulasi dengan
menggunakan software AWR Microwave Office.
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan dari kegiatan Skripsi ini adalah membuat perancangan antena GPR
GSSI model 52600, dengan menggunakan antena model monopole menggunakan
mikrostrip yang beroperasi pada frekuensi S-Band untuk mendukung sistem GPR.
1.3 Perumusan Masalah
Dalam penyusunan Skripsi ini akan membahas beberapa permasalahan
antara lain sebagai berikut :
1. Bagaimana melakukan perancangan antena mikrostrip monopole dengan
substrat Duroid agar mampu beroperasi pada sistem GPR dengan
kemampuan radiasi gelombang elektromagnetik pada konsentrat beton.
2. Bagaimana menentukan rancangan antena dengan metode simulasi.
3. Bagaimana menghasilkan nilai-nilai parameter antena yang sesuai dengan
karakteristik antena pada sistem Ground Penetrating Radar (GPR).
1.4 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada Skripsi ini dibatasi hanya pada perancangan
sebuah model antena mikrostrip yang dapat diaplikasikan pada sistem GPR, dan
untuk antena ini akan dibentuk berjenis mikrostrip planar peradiasi bujur sangkar,
menggunakan media substrat RT/Duroid 5880 dengan spesifikasi ketebalan 1.57
5
mm dan konstanta dielektrik 2.2, dan saluran transmisi mikrostrip dengan
impedansi 50 Ω. Karakteristik Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ≤ 2, return
loss -10 dB, pada frekuensi resonansi 2.6 GHz untuk teknologi wideband.
Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave
Office untuk mengetahui performa dari antena tersebut.
1.5 Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan pada penulisan Skripsi ini adalah :
1. Studi Literatur
Dalam metoda ini dilakukan studi kepustakaan baik dari literatur ataupun
jurnal yang berkaitan dengan teori GPR dan antena mikrostrip. Pencarian
informasi dari internet dilakukan sebagai tambahan referensi baik berupa
artikel ataupun data multimedia.
2. Perancangan dan Simulasi
Metode ini dilakukan dalam merancang dan mensimulasikan rancangan
antena yang dibuat, dengan menggunakan alat bantu software dapat
dilakukan proses disain serta simulasi untuk melihat parameter antena
yang dicapai.
3. Analisa dan Perhitungan
Tahap ini merupakan tahap akhir untuk mengumpulkan data, baik dari
hasil simulasi maupun perhitungan, kemudian dilakukan analisa untuk
selanjutnya dibuat menjadi sebuah laporan guna mendapatkan kesimpulan
dari penelitian ini.
6
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Skripsi ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang
latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan
penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, dan
sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II : DASAR TEORI ANTENA MIKROSTRIP
Bab ini menjelaskan tentang definisi dari antena
mikrostrip, parameter umum antena mikrostrip, GPR.
BAB III : PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
BUJUR SANGKAR
Bab ini membahas tentang perancangan antena
mikrostrip yang meliputi desain, dan pemodelan dengan
menggunakan simulator Microwave Office 2004 dan
PCAAD untuk setiap rancangan
BAB IV : ANALISA PARAMETER ANTENA MIKROSTRIP
PATCH BUJUR SANGKAR
Bab ini akan membahas mengenai hasil analisa
pemodelan antena mikrostrip dan membandingkan hasil
parameter yang dicapai dengan penghitungan.
BAB V : KESIMPULAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil
pembahasan Skripsi.
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Ground Penetrating Radar
Ground Penetrating Radar (GPR) merupakan metode geofisika dengan
menggunakan teknik elektromagnetik yang dirancang untuk mendeteksi objek
yang terkubur di dalam tanah dan mengevaluasi kedalaman objek tersebut. GPR
juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi dan karakteristik permukaan
bawah tanah tanpa mengebor ataupun menggali tanah.
Penerapan dari pendeteksi posisi atau radar imaging salah satu contohnya
adalah untuk aplikasi GPR. GPR yang memiliki prinsip kerja sama seperti radar,
dan merupakan suatu alat yang digunakan untuk proses deteksi benda–benda yang
terkubur di bawah tanah atau di balik tembok dengan tingkat kedalaman tertentu
dengan dengan menggunakan gelombang radio [6]. Untuk mendapatkan resolusi
kedalaman yang baik maka ukuran pulsa haruslah sependek mungkin, itulah
sebabnya monocycle digunakan.
Adapun faktor yang berpengaruh dalam menentukan tipe antena yang
digunakan, sinyal yang ditransmisikan, dan metode pengolahan sinyal yaitu :
1. Jenis objek yang akan dideteksi
2. Kedalaman objek
3. Karakteristik elektrik medium tanah atau properti elektrik.
Dari proses pendeteksian oleh GPR, maka akan didapatkan suatu citra dari
letak dan bentuk objek yang terletak di bawah tanah atau dipermukaan tanah.
8
Untuk menghasilkan pendeteksian yang baik, suatu sistem GPR harus memenuhi
empat persyaratan sebagai berikut [7]:
1. Kopling radiasi yang efisien ke dalam tanah
2. Penetrasi gelombang elektromagnetik yang efisien
3. Menghasilkan sinyal dengan amplitudo yang besar dari objek yang
dideteksi.
4. Bandwidth yang cukup untuk menghasilkan resolusi yang baik.
2.1.1 Prinsip Kerja GPR
Sistem GPR dapat dibagi menjadi empat kategori berdasarkan prinsip
kerja, yaitu [1] :
2.1.1.1 Impulse GPR
Mayoritas sistem GPR menggunakan impuls sinyal elektromagnetik dan
disebut radar impuls. Untuk tipe radar ini, pulsa digunakan pada antena pemancar
yang menggunakan bentuk Gaussian dengan durasi pendek. Setiap pulsa yang
identik diterapkan pada interval waktu yang sama dengan tingkat pengulangan
yang bervariasi dari satu mikrodetik untuk beberapa ratus mikrodetik. Sinyal
output ditangkap oleh penerima diproses oleh konverter analog-digital atau
berurutan penerima sampling. Prosedur ini memiliki efek pemetaan sinyal RF di
nanodetik wilayah waktu untuk versi setara di kedua wilayah kalinya mikro atau
milidetik. Teknik modulasi yang digunakan pada radar impuls didasarkan pada
modulasi amplitudo.
9
2.1.1.2 Frequency Modulated Continous Wave (FMCW) Radar
Sistem FMCW GPR didasari oleh prinsip yang sudah biasa digunakan
pada radar konvensional untuk pertahanan udara. Radar FMCW didasari oleh
transmisi sinyal dengan frekuensi pembawa yang terus berubah karena
dipengaruhi efek dari voltage controlled oscillator (VCO). Frekuensi pembawa
berubah dengan bervariasi secara berulang-ulang. Sebuah mixer digunakan untuk
mencampur sinyal yang diterima dengan sampel dari gelombang yang
ditransmisikan. Kemudian, mixer menghasilkan frekuensi berbeda yang juga
disebut "Intermediate Frequency (IF)". IF terkait dengan jarak terhadap target.
2.1.1.3 Stepped Frequency Radar
Radar stepped frequency juga disebut radar pulsa sintesis. Radar ini
mentransmisikan serangkaian frekuensi individu yang berurutan dimana
amplitudo dan fasenya telah diketahui. Dalam time domain, ini sama dengan
mentransmisikan gelombang impulsif secara berulang-ulang. Amplitudo dan fasa
dari sinyal yang diterima kemudian diubah dan disimpan. Beberapa pengolahan
pasca melibatkan inverse kompleks Fast Fourier Transform (FFT) dilakukan
untuk memperoleh sinyal pantulan dalam domain waktu.
2.1.1.4 Single Frequency Radar
Radar single frequency merekam amplitudo dan fasa dari sinyal yang
diterima kemudian membentuk gambaran dari sumber radiasi. Metode hologram
dapat digunakan untuk membentuk gambar tersebut.
10
2.1.2 Model Umum GPR
2.1.2.1 A-Scan
Rekaman sinyal yang dipantulkan pada posisi tetap mengarah ke bentuk
gelombang memiliki variasi amplitudo terhadap waktu (atau jarak). Gelombang
tunggal ini disebut sebagai A-scan. Secara matematis, kita dapat mewakili A-scan
sebagai gelombang w (xi, yj, t) di mana xi dan yj adalah konstanta dan t adalah
waktu. Gambar 2.1 menunjukkan representasi A-scan.
Gambar 2.1 Konfigurasi dan gambaran dari A-scan
2.1.2.2 B-Scan
B-scan adalah kumpulan seperangkat A-scan. Secara praktis, B-scan w (x,
yj, t) diperoleh dengan menggerakan radar sepanjang garis lurus di atas wilayah
tanah. Gambar 2.2 menunjukkan representasi B-scan ketika radar dioperasikan di
atas tanah dan target terkubur yang kemudian bergerak sepanjang sumbu x.
Dengan radar bergerak lebih dekat ke posisi target, gelombang refleksi menjadi
semakin kuat dan berlangsung pada waktu yang lebih singkat karena jarak antara
radar dan target objek semakin dekat. Sebaliknya, gelombang refleksi akan
menjadi semakin lemah dan mempunyai waktu yang lebih lama saat radar tersebut
11
berjalan menjauhi objek sasaran. Dengan mengumpulkan satu set A-scan seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.2, dapat dengan jelas melihat bentuk
karakteristik hiperbola, yang terbentuk karena adanya objek.
(a) (b)
Gambar 2.2 (a) Sejumlah A-scan yang membentuk B-scan
(b) Gambaran B-scan
2.1.2.3 C-Scan
C-scan w (x, y, t) didefinisikan sebagai satu set B-scan. Hal ini diperoleh
dengan menggerakan sistem radar disepanjang grid (garis) reguler disebuah pola
tetap di atas tanah. Sebuah C-scan berisikan data-data yang cukup untuk
memungkinkan membentuk gambaran tiga dimensi dari target. C-scan dapat
direpresentasikan sebagai gambar tiga dimensi maupun gambar dua dimensi
terhadap kedalaman yang berbeda. Gambar 2.3 dan 2.4 masing-masing
menunjukan bentuk gambaran dan sampling dari C-scan dengan lebih detail.
12
Gambar 2.3 Konfigurasi B-scan yang di paralel membentuk C-scan
Gambar 2.4 Sampling C-scan dengan potongan horisontal pada kedalaman
yang berbeda
2.1.3 Sistem Impulse GPR
Dalam sistem impulse GPR, peralatan yang digunakan terdiri dari unit
kontrol, antena pengirim dan antena penerima, penyimpanan data yang sesuai dan
13
peralatan display. Untuk cara kerja dari GPR itu sendiri beroperasi dengan
mengirimkan pulsa gelombang radio ke dalam sebuah media melalui transducer
(juga disebut antena). Sistem GPR terdiri atas pengirim (transmitter), yaitu antena
yang terhubung ke generator sinyal dengan adanya pengaturan timing circuit, dan
bagian penerima (receiver), yaitu antena yang terhubung ke LNA dan ADC yang
kemudian terhubung ke unit pengolahan data hasil survei serta display sebagai
tampilan output-nya dan post processing untuk alat bantu mendapatkan informasi
mengenai suatu objek.
Gambar 2.5 Blok diagram Impulse Ground Penetrating Radar (GPR)
Berdasarkan blok diagram pada Gambar 2.5, masing-masing blok
mempunyai fungsi yang penting dan saling berkaitan. Hal ini dikarenakan GPR
merupakan suatu sistem, high voltage supply sebagai pencatu daya mengaktifkan
pulse generator, setelah pulse generator aktif maka pulse generator
membangkitkan sinyal gelombang dengan karakteristik yang beroperasi pada
14
frekuensi 2.6 GHz sesuai referensi GSSI [3], guna menembus bahan konsentrat
beton [5]. Dengan timing circuit yang men-trigger generator sinyal untuk
melakukan transmisi melalui antena Tx dengan sifat polarisasi linier pada
frekuensi 2.6 GHz. Sinyal mengenai objek dan juga clutter dan dipantulkan
kembali ke antena penerima. Selanjutnya ketika sinyal diterima oleh antena Rx
maka sinyal tersebut diperkuat oleh perangkat LNA. Sinyal analog masuk ke
perangkat A/D Converter yang akan merubah sinyal analog menjadi digital,
dengan banyak dan cepatnya sinyal yang diterima oleh perangkat penerima maka
diperlukan timing circuit untuk melakukan proses sampling sehingga tidak semua
sinyal diterima yang perlu diproses. Hasil sinyal sampling kemudian diproses oleh
pengolahan data guna disimpan maupun ditampilkan berupa citra hasil survey di
perangkat display sehingga didapatkan informasi mengenai objek yang dideteksi.
2.1.4 Fungsi Komponen Sistem GPR
1. Transmitter (pemancar) terdiri dari 2 bagian yaitu :
a. High voltage supply sebagai pencatu daya untuk mengaktifkan
generator pulsa.
b. Dalam desain radar GPR, penting untuk mengembangkan
generator pulsa UWB yang dapat menghasilkan pulsa tinggi
dengan amplitudo besar, level ringing rendah dan PRF yang lebar.
Generator pulsa terdiri dari tiga unit fungsional: (1) converter
sinyal amplitudo, (2) generator pulsa Gaussian, dan (3) filter pulsa-
pembentuk. Sinyal converter amplitudo mengandung penguat
operasional umpan balik arus, konverter tegangan negatif, dan 50-
15
V resistor terminal. Sinyal polaritas ganda Vs bertindak sebagai
sinyal stimulus untuk SRD Gaussian unit pembangkit pulsa.
Memasukkan attenuator listrik meredakan nonlinier SRD
disebabkan oleh pencocokan impedansi. Sirkuit pulsa-membentuk
ini memainkan dua peran. Di satu sisi, ia bertindak sebagai filter
high-pass untuk menghilangkan riak frekuensi rendah; di sisi lain,
bertindak sebagai pembeda untuk menghasilkan pulsa monocycle
dari input pulsa Gaussian. Pembeda menyebabkan amplitudo pulsa
monocycle menjadi proporsional dengan kemiringan pulsa
Gaussian. Karena Gaussian pulsa sangat sempit dan memiliki
tajam transisi tepi, sehingga amplitudo pulsa monocycle tinggi [8].
2. Receiver (penerima) terdiri dari 2 bagian :
a. Low Noise Amplifier (LNA) berfungsi sebagai penguat sinyal yang
diterima oleh antena Rx.
b. A/D Conversion berfungsi untuk mengkonversi (merubah) sinyal
analog menjadi digital dengan tehnik sampling yang dikontrol oleh
timing circuit.
3. Antena :
a. Antena Tx berfungsi sebagai media pemancar dari sinyal ke dalam
tanah.
b. Antena Rx berfungsi sebagai media penerima sinyal hasil pantulan
dari dalam tanah.
4. Timing circuit merupakan kontroler pada sistem. Timing circuit
bertanggung jawab terhadap 2 fungsi :
16
a. Sebagai trigger untuk generator sinyal.
b. Menghasilkan sinyal waktu yang diperlukan A/D Converter dalam
melakukan sampling.
5. Data Processing berfungsi untuk memproses dan menyimpan data hasil
konversi berupa sinyal digital untuk nantinya dapat ditampilkan pada
display.
6. Display berfungsi sebagai komponen untuk menampilkan image hasil
pencitraan GPR, baik berupa 2D maupun 3D.
2.1.5 Antena GPR Acuan
Penelitian ini mengacu pada produk GPR yang telah ada dipasaran, GSSI
2.6 GHz dan juga tambahan info parameter dari hasil penelitian Craig Warren &
Antonios Giannopulos, Investigation of The Directivity of a Commercial Ground-
Penetrating Radar Antena Using a Finnite Difference Time-Domain Antenna
Model [4].
Gambar 2.6 Foto Antena GSSI 1.5
Dari hasil penelitiannya dan data tambahan data dari SIR System-3000
Manual [5], diketahui karakteristik antena dengan parameter sebagai berikut :
17
Model Patch : Mikrostrip Bow-tie
Frekuensi Operasi : 1.3 – 5.2 GHz
Frekuensi Resonansi : 2.6 GHz
Pola Radiasi : Unidirectional
Beamwidth : 48o
Gain display : 6 dB (Gain display = Gain antena + Gain LNA)
2.2 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas
ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada
Gambar 2.7. Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan,
mudah untuk dipabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat
ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil
dibandingkan dengan antena jenis lain. Karena sifat yang dimilikinya, antena
mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di-
integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan
tetapi antenna mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth
yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.
Gambar 2.7 Struktur antena mikrostrip
18
Pada Gambar 2.7, antena mikrostrip mempunyai struktur dari 3 lapisan
yaitu :
1. Patch bagian yang terletak paling atas dari antena dan terbuat dari bahan
konduktor dengan ketebalan (t) yang biasanya dibuat sangat tipis, ini
berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara. Patch
dapat berbentuk lingkaran, persegi panjang, segitiga dsb. Umumnya patch
terbuat dari logam konduktor seperti tembaga atau emas dengan bentuk
yang bervariasi [9].
2. Substrat berfungsi sebagai media penyalur gelombang elektromagnet dari
sistem pencatuan dengan ketebalan (h) antara 0.003λ0 – 0.05λ0.
Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter
antena. Ketebalan substrat berpengaruh pada bandwidth dari antena.
3. Ground plane yaitu lapisan paling bawah yang berfungsi sebagai reflektor
yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.
Teknologi mikrostrip tidak lepas dari perkembangan teknologi substrat itu
sendiri. Sebagai material dielektrikum yang digunakan untuk saluran transmisi
gelombang mikro tetapi juga antena. Untuk substrat komersial yang tersedia
umumnya memiliki dua data ukuran properti fisik, yaitu : konstanta dielektrik atau
permitivitas (ɛr) dan loss tangent atau faktor disipasi (tan δ). Pada rancang bangun
ini jenis substrat yang digunakan RT/Duroid 5880 yang memiliki spesifikasi :
konstanta dielektrik (ɛr) = 2.2, ketebalan (h) = 1.57 mm, dan loss tangent (tan δ) =
0.002.
19
2.3 Elemen Peradiasi Antena
Peradiasi atau patch radiator merupakan komponen utama dari suatu
antena mikrostrip, dimana pola propagasi gelombang elektromagnetik akan
dipancarkan pada ruang bebas atau udara. Secara keseluruhan, antena mikrostrip
dapat dibagi menjadi empat kategori dasar, yaitu antena mikrostrip patch, antena
mikrostrip dipole, antena printed slot dan antena mikrostrip travelling-wave [10].
2.3.1 Antena Mikrostrip Patch
Sebuah antena mikrostrip patch terdiri dari sebuah patch berbentuk planar
ataupun non-planar pada satu sisi substrat dielektrik dan ground plane pada sisi
lainnya. Ada beberapa model patch antena yang dapat digunakan didalam
merancang suatu antena mikrostrip dan lebih mudah dianalisa, yaitu bujur
sangkar, persegi panjang, lingkaran, segitiga samasisi, lingkaran dan elips [11].
Adapun model-model antena mikrostrip terlihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Jenis–jenis antena mikrostrip
20
Bentuk rancangan dari patch antena dalam perancangan ini menggunakan
model bujur sangkar didasarkan ukuran yang lebih kecil dan fleksibel dalam
penempatan posisi. Sebuah peradiasi bujur sangkar terdiri dari empat buah sisi
dengan masing-masing memiliki ukuran yang sama.
2.3.1.1 Antena Mikrostrip Patch Bujur Sangkar
Salah satu bentuk umum dari patch peradiasi adalah persegi panjang,
selain bentuk lingkaran (circular) dan segi tiga (triangular). Gambar 2.9
memperlihatkan struktur sebuah patch dari antena mikrostrip pada lapisan
permukaan dielektrik substrat dengan ketebalan (h), dimana patch persegi panjang
dengan dimensi ukuran panjang (L) dan lebar (W) dengan ketebalan konduktor (t),
sedangkan patch bujur sangkar dengan dimensi ukuran L = W. Pada sisi lapisan
bawah konduktor dijadikan sebagai ground plane.
Gambar 2.9 Struktur antena mikrostrip patch bujur sangkar
21
Bentuk struktur dari patch persegi terhadap frekuensi resonansi (fr)
dipengaruhi oleh mode dominan propagasi gelombang transverse magnetic
(TMmn) dimana m dan n merupakan mode orde. Sehingga dimensi patch persegi
diperolah melalui persamaan :
2122
2
W
n
L
mcf
r
r ..............................................................(2.1)
Untuk radiasi efektif dengan lebar patch diperoleh dengan persamaan :
2
12
rrf
cW
....................................................................................(2.2)
Dimana :
fr : frekuensi resonansi (Hz)
ɛr : konstanta dielektrik
c : kecepatan cahaya (3x108 m/s).
Untuk mode dominan TM10, maka panjang sisi (L) patch persegi diperoleh
melalui persamaan :
rrf
cL
2
...........................................................................................(2.3)
Untuk sisi panjang efektif patch bujur sangkar dengan pertimbangan
terhadap efek fringing pada sisi tepi peradiasi diperluas dengan menambahkan ΔL
seperti yang terlihat pada Gambar 2.10. Besarnya ΔL dapat diperhitungkan
dengan persamaan :
8.0258.0
264.03.0
412.0
h
W
h
W
hL
reff
reff
.................................................(2.4)
22
Dimana konstanta dielektrik efektif (ɛreff) untuk 𝑊 ℎ⁄ ≥1 dengan W adalah
lebar patch dan h adalah ketebalan substrat dielektrik [10] :
21121
2
1
2
1
W
hrrreff
.........................................................(2.5)
Sehingga panjang efektif untuk sisi patch bujur sangkar diperoleh melalui
persamaan :
LLLeff 2 ........................................................................................(2.6)
Gambar 2.10 Efek fringing
2.3.2 Antena Mikrostrip Dipole
Mikrostrip dipole memiliki geometris yang berbeda dari patch antena
persegi panjang pada ukuran dimensinya. Lebar antena dipole biasanya kurang
dari setengah λ0. Antena tipe ini sangat cocok untuk penggunaan frekuensi yang
lebih tinggi dengan substrat dielektrik yang tebal, sehingga dapat mencapai
bandwidth besar. Penentuan pemilihan mekanisme pencatuan juga merupakan
bagian yang sangat penting dalam bagian analisis.
23
2.3.3 Antena Printed Slot
Antena ini merupakan bentuk modifikasi dari geometri dasar antena
mikrostrip patch, secara teoritis sebagian besar bentuk patch mikrostrip dapat
direalisasikan dalam bentuk celah (slot). Seperti halnya patch antena mikrostrip,
antena slot dapat diberikan pencatuan baik oleh saluran mikrostrip atau coplanar
waveguide. Beberapa bentuk dasar antena slot dapat dilihat seperti Gambar 2.11
dibalik ini.
Gambar 2.11 Bentuk dasar antena printed slot
a) Rectangular slot with microstrip feed
b) Rectangular slot with CPW feed
c) Annular slot with microstrip feed
d) Annular slot with CPW feed
e) Rectangular ring slot
f) Tapered slot
24
2.3.4 Antena Mikrostrip Travelling Wave
Sebuah antena mikrostrip travelling wave (MTA) dapat terdiri dari bentuk
susunan patch konduktor atau garis mikrostrip yang cukup panjang untuk
mendukung mode transverse electric (TE). Ujung lain dari antena travelling wave
diakhiri dalam beban resistif, teknik ini digunakan untuk menghindari gelombang
berdiri pada antena. MTA dapat dibenuk sedemikian rupa dengan bentuk susunan
patch disegala arah. Contoh bentuk antena ini seperti terlihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Bentuk dasar antena mikrostrip travelling wave
2.4 Teknik Pencatuan
Antena patch mikrostrip dapat diberikan saluran dengan berbagai metode.
Metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu kontak langsung
dan kontak tidak langsung [12]. Dalam kategori kontak langsung, daya transmisi
radio frekuensi disalurkan langsung pada patch menggunakan elemen
penyambung seperti saluran mikrostrip. Dalam skema saluran kontak tidak
langsung, yaitu pengkoplingan medan elektromagnetik, dilakukan untuk
mentransfer daya antara saluran mikrostrip dan patch yang diradiasi.
25
Teknik pencatuan yang paling populer digunakan untuk kategori catuan
kontak langsung adalah saluran catu mikrostrip dan probe koaksial, sedangkan
untuk kategori catuan kontak tidak langsung yaitu aperture coupling dan
proximity coupling.
2.4.1 Saluran Transmisi Mikrostrip
Pada jenis saluran ini, sebuah garis langsung terhubung ke tepi dari patch
mikrostrip seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. Saluran mikrostrip
tersebut lebih kecil jika dibandingkan dengan ukuran patch dan dalam hal ini
saluran dapat dibuat satu sket dengan substrat yang sama dan teknik ini disebut
struktur planar.
Gambar 2.13 Saluran transmisi mikrostrip
Tujuan dari penyisipan cut in dalam patch ini adalah untuk menyesuaikan
impedansi dari saluran terhadap patch tanpa memerlukan penambahan elemen
penyesuai lainnya. Hal ini dapat dicapai dengan benar dengan melakukan kontrol
yang tepat pada posisi salurannya. Hal ini merupakan skema pembuatan saluran
yang mudah, karena memberikan kemudahan pabrikasi dan kesederhanaan dalam
pemodelan serta penyesuaian impedansi. Namun dengan ketebalan dielektrik
26
substrat yang digunakan, gelombang permukaan dan penyebaran radiasi saluran
juga meningkat, yang dapat menghambat bandwidth dari antena. Radiasi saluran
juga menghasilkan radiasi terpolarisasi yang tidak diinginkan.
2.4.2 Saluran Koaksial/Probe
Saluran koaksial atau saluran probe adalah teknik yang sangat umum
digunakan untuk saluran antena mikrostrip. Seperti yang terlihat pada Gambar
2.14, dimana bagian dalam konduktor dari konektor koaksial melewati bagian
dielektrik substrat dan di solder pada patch, sedangkan bagian luar konduktor
terhubung pada ground plane.
Gambar 2.14 Saluran koaksial/probe
Keunggulan utama dari model saluran ini adalah bahwa saluran transmisi
dapat ditempatkan dibagian manapun didalam patch untuk dapat menyesuaikan
dengan impedansi input. Model saluran ini mudah dipabrikasi dan mempunyai
nilai sebaran radiasi yang kecil. Kelemahan model ini terdapat pada konektor
konduktor dari koaksial sehingga hanya bekerja menghasilkan bandwidth sempit
dan sulit dalam pemodelan karena adanya lubang saluran yang dibor pada substrat,
27
dan konektor yang menonjol keluar pada bagian ground plane, sehingga
menjadikannya tidak sepenuhnya planar untuk ketebalan substrat (h>0.002λ0).
Untuk substrat yang lebih tebal pun peningkatan panjang probe akan membuat
impedansi masukan yang lebih induktif, sehingga bermasalah dalam matching
impedansi. Karena kelemahan-kelemahan tersebut maka teknik saluran tanpa
koneksi langsung yang akan menjawab permasalahan ini.
2.4.3 Saluran Aperture Coupled
Dalam jenis teknik saluran ini, radiasi patch dan saluran mikrostrip
dipisahkan oleh ground plane seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Penghubung antara patch dan saluran dilakukan melalui slot atau aperture pada
ground plane.
Gambar 2.15 Model saluran aperture coupled
Celah kopling biasanya berpusat di bawah patch, yang mengarah lebih
rendah dengan konfigurasi simetris dengan polarisasi menyilang. Jumlah kopling
dari saluran untuk patch ditentukan oleh bentuk, ukuran dan lokasi celah. Karena
ground plane memisahkan patch dan saluran, maka radiasi yang tersebar dapat
28
diminimalkan. Secara umum, bahan dielektrik yang tinggi digunakan untuk
substrat dasar dan lebih tebal, untuk material yang memiliki konstanta dielektrik
yang rendah digunakan untuk substrat atas agar mengoptimalkan radiasi dari
patch. Kelemahan utama dari teknik saluran ini adalah kesulitan pabrikasi karena
terdiri dari beberapa lapisan, sehingga menambah ketebalan antena. Model saluran
ini juga hanya memberi pengaruh bandwidth yang sempit.
2.4.4 Saluran Proximity Coupled
Jenis teknik saluran ini juga disebut sebagai skema kopling
elektromagnetik. Pada Gambar 2.16, digunakan dua substrat dielektrik dan garis
saluran diantara kedua substrat tersebut serta radiasi patch pada bagian atas untuk
substrat bagian atas. Keunggulan utama dari teknik ini adalah bahwa saluran dapat
menghilangkan radiasi palsu dan dapat menyediakan bandwidth yang sangat tinggi
(sekitar 13%), dikarenakan oleh kenaikan keseluruhan ketebalan mikrostrip patch
antena. Model ini memberikan pilihan antara dua bahan media elektrik yang
berbeda, satu untuk patch dan satu lagi untuk saluran guna mengoptimalkan
performa individu.
Gambar 2.16 Saluran Proximity Coupled
29
Matching dapat dicapai dengan mengontrol panjang garis saluran dan lebar
ke garis rasio patch. Kelemahan utama dari model saluran ini adalah sulit untuk di
pabrikasi, karena penggabungan dua layer substrat yang berbeda dielektrik perlu
penggabungan yang akurat. Juga ada peningkatan ketebalan dari keseluruhan
antena.
2.5 Metode Analisa
Model pilihan untuk analisis antena mikrostrip patch adalah model
transmisi line, model cavity, dan model full wave, yang meliputi persamaan
integral utama, Moment of Method (MoM). Model saluran transmisi ini adalah
yang paling sederhana dan memberikan wawasan fisik yang baik tetapi kurang
akurat. Model cavity lebih akurat dan memberikan wawasan fisik yang baik tetapi
kompleks. Model full wave sangat akurat, fleksibel dan dapat mengobati elemen
tunggal, array terbatas dan tidak terbatas, unsur ditumpuk, elemen berbentuk
sewenang-wenang dan kopling. Ini memberikan sedikit wawasan dibandingkan
dengan dua model yang disebutkan di atas dan jauh lebih kompleks di alam.
2.5.1 Model Saluran Transmisi
Saluran transmisi merupakan suatu media rambatan bagi gelombang yang
dikirimkan dari sumber ke beban. Bagian dari sistem antena adalah saluran
transmisi yang dihubungkan dengan patch antena. Ada empat model yang dapat
digunakan sebagai saluran pencatu patch antena, yaitu : rangkaian saluran
mikrostrip planar, probe koaksial, aperture coupling dan proximity coupling.
Karakteristik dan dimensi saluran transmisi mikrostrip ditentukan oleh nilai
30
konstanta dielektrik relative substrate dan loss tangent.
Gambar 2.17 Model saluran transmisi
2.5.2 Konstanta Dielektrikum Efektif
Analisa nilai parameter impedansi karakteristik dari mikrostrip secara
dimensional dibatasi oleh nilai rasio antara lebar saluran konduktor dengan
ketebalan dielektrikum bahan. Konstanta dielektrikum efektif diperlukan untuk
menentukan hubungan bahan dari kedua dielektrikum yaitu substrat dan patch
konduktor. Untuk menentukan nilai konstanta dielektrikum efektif dapat dicari
melalui persamaan berikut.
Konstanta dielektrik efektif (ɛreff) untuk W/h ≥ 1digunakan persamaan :
21121
2
1
2
1
W
hrrreff
……………………………………(2.7)
Dan konstanta dielektrik efektif (ɛreff) untuk W/h ≤ 1 digunakan persamaan:
221121
04.0121
2
1
2
1
h
h
W
hrrreff
………………(2.8)
Dimana :
ɛreff : Konstanta dielektrik efektif
ɛr : Konstanta dielektrik
31
h : Ketebalan substrat (mm)
W : Lebar saluran transmisi (mm)
2.5.3 Karakteristik Impedansi
Salah satu parameter utama yang penting untuk diketahui pada suatu
saluran mikrostrip adalah impedansi karakteristik (Z0). Impedansi karakteristik,
induktansi dan kapasitansi saluran transmisi ditentukan oleh besaran fisik saluran.
Nilai impedansi karakteristik ditentukan oleh lebar saluran (W), ketebalan substrat
(h), dan konstanta dielektrik (εr). Nilai impedansi karakteristik merupakan
hambatan yang terjadi sepanjang saluran yang secara analisis dapat ditentukan
melalui persamaan :
Untuk W/h ≥ 1 digunakan persamaan :
h
W
h
WZ
reff
444.1ln667.0393.1
12021
0
……………………………….(2.9)
Dan untuk W/h ≤ 1 digunakan persamaan :
h
W
W
hZ reff
25.08ln60
21
0 …………………………………...(2.10)
Dimana :
Z0 : Impedansi karakteristik (Ω)
ɛreff : Konstanta dielektrik efektif
h : Ketebalan substrat (mm)
W : Lebar saluran transmisi (mm)
32
2.5.4 Rugi-rugi Saluran Transmisi
Mikrostrip sebagai media saluran transmisi yang bekerja pada frekuensi
tinggi akan menghasilkan rugi-rugi bersifat meredam terutama yang ditimbulkan
oleh faktor dielektrikum bahan dan konduktor. Terdapat dua rugi-rugi pada
saluran tansmisi, yaitu rugi konduktor dan rugi dielektrikum.
2.5.4.1 Rugi Konduktor
Besarnya rugi konduktor pada mikrostrip menurut Hammerstad dan
Bekkadal dinyatakan dengan persamaan :
gg
c
cdB
WZ
f
0
072.0
………………………………………….(2.11)
Untuk panjang gelombang guide (λg) dapat dicari dengan persamaan :
cf
c0
………………………………………………………………(2.12)
reff
g
0
…………………………………………………………...(2.13)
Dimana :
αg : Rugi konduktor (dB/λg)
fc : Frekuensi center (Hz)
λ0 : Panjang gelombang di udara saat osilasi (mm)
λg : Panjang gelombang guide pada saluran (mm)
2.5.4.2 Rugi Dielektrikum
Rugi dielektrikum lebih disebabkan oleh bahan medium sebuah substrat
33
dengan loss tangent yang dimilikinya. Dinyatakan dengan persamaan :
greffreff
reffr
ddB
1
tan13.27
...………………………………..(2.14)
Dimana :
αd : Rugi dielektrikum (dB/λg)
tanδ : Dielektrik loss tangent
2.5.5 Model Cavity
Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki pita resonansi yang
sempit, keadaan ini disebut juga lossy cavities. Antena mikrostrip menyerupai
lubang-lubang yang dipenuhi oleh bahan dielektrik yang menghasilkan resonansi
pada orde yang tinggi. Nilai medan yang ternormalisasi di dalam substrat
dielektrik yang dapat dicari dengan lebih akurat dengan mencermati daerah
tersebut sebagai lubang (cavity) yang diselubungi oleh konduktor pada bagian atas
dan bawah,serta pada dinding magnet. Model ini merupakan model pendekatan
yang berprinsip pada impedansi masukan reaktif dan tidak meradiasikan daya.
Ketika antena mikrostrip diberikan energi distribusi muatan dibentuk pada
bagian atas dan bagian bawah permukaan dari pada patch tersebut, dan juga pada
bagian ground plane. Distribusi muatan dikendalikan oleh dua mekanisme, yaitu
mekanisme atraktif dan mekanisme repulsive. Mekanisme atraktif terjadi diantara
muatan-muatan yang berlawanan pada bagian bawah patch dan bagian ground
yang cenderung untuk mempertahankan konsentrasi muatan pada bagian bawah
patch. Mekanisme repulsive terjadi diantara muatan-muatan pada bagian bawah
permukaan patch yang memiliki kecenderungan untuk mendorong berupa muatan
34
pada bagian bawah patch ke bagian atasnya melalui ujung-ujung patch tersebut.
Karena kebanyakan antena mikrostrip memiliki nilai ratio height to width yang
kecil, mekanisme atraktif menjadi dominan dan kebanyakan konsentrasi muatan
berada pada bagian bawah patch. Arus dalam jumlah yang kecil mengalir melalui
ujung patch ke bagian atas permukaan patch. Aliran arus semakin kecil seiring
dengan semakin mengecilnya nilai ratio height to width. Kedua jenis mekanisme
diperlihatkan pada Gambar 2.18, beserta kerapatan arus (J) dapat diasumsikan
bahwa besaran arus yang mengalir ke atas permukaan patch adalah nol, sehingga
tidak menyebabkan adanya medan magnet tangensial ke ujung patch. Hal ini
menyebabkan keempat dinding samping menyerupai permukaan medan konduksi
yang sempurna sehingga tidak mengganggu medan magnetik menyebabkan
distribusi medan elektrik tetap di bawah permukaan patch.
Gambar 2.18 Distribusi muatan dan arus yang terbentuk pada patch
mikrostrip
Cavity model merupakan dasar perhitungan yang banyak digunakan untuk
analisis suatu patch antena mikrostrip. Sedangkan bentuk atau metode persamaan
integralnya dinyatakan sebagai Method of Moment (MoM) yang dikenal secara
umum, dimana dalam penerapannya dilakukan dengan pendekatan komputasi
35
maupun atau dengan cara pendekatan fisik. Antena mikrostrip mempunyai nilai
radiasi yang paling kuat terutama pada daerah samping di antara tepi patch. Untuk
performa antena yang baik, biasanya substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik
yang rendah. Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta
bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri.
2.6 Parameter Antena Mikrostrip
Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari
parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan
dijelaskan sebagai berikut:
2.6.1 Return Loss
Return Loss (RL) didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan
yang datang atau yang direflesikan dengan tegangan yang keluar. Perbandingan
tersebut dinamakan koefesien refleksi tegangan yang dilambangkan dengan L .
Untuk koefesien refleksi dapat juga dinyatakan dengan persamaan:
L = oL
oL
ZZ
ZZ
V
V
0
0 ...........................................................................(2.15)
Dimana :
L : Koefisien refleksi tegangan
0V : Tegangan yang dipantulkan (Volt)
0V : Tegangan yang dikirimkan (Volt)
LZ : Impedansi beban (Ω)
oZ : Impedansi saluran (Ω)
36
Parameter RL dapat juga dikatakan sebagai rugi-rugi pada transmisi,
dikarenakan tidak seimbangnya impedansi karakteristik dengan impedansi beban.
Untuk RL diperoleh dengan persamaan :
)( LossReturn dB = Llog20……………………………………….(2.16)
Nilai RL yang dikatakan baik untuk sebuah antena adalah dibawah -9.54
dB, atau untuk standar simulasi nilai RL setidaknya dibawah -10 dB. Nilai
tersebut menunjukkan bahwa gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar
dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan, dengan kata lain saluran
tersebut dikatakan sudah dalam keadaan matching.
2.6.2 VSWR
Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) merupakan nilai rasio antara
tegangan maksimal dengan tegangan minimal yang dihitung pada posisi
terjadinya koefesien refleksi antara ujung saluran dengan beban, dalam bentuk
persamaan dapat dinyatakan dengan persamaan :
VSWR = min
max
V
V =
L
L
1
1
…………………………………………….(2.17)
Koefisien refleksi tegangan memiliki nlai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitude dan phasa dari refleksi, dalam beberapa
kasus dapat didefinisikan :
1L berarti refleksi negatif maksimum, yaitu ketika saluran
terhubung singkat
0L berarti tidak ada refleksi, yaitu ketika saluran dalam
keadaan matched sempurna
37
1L berarti refleksi positif maksimum, yaitu ketika saluran
dalam rangkaian terbuka
Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan ΓL, atau
SWR = 1, yang berarti tidak ada refleksi atau dalam keadaan matching sempurna.
Namun dalam prakteknya kondisi tersebut sulit didapatkan, sehingga standar nilai
VSWR untuk sebuah antena setidaknya memiliki nilai VSWR ≤ 2.
2.6.3 Bandwidth
Bandwidth atau lebar pita antena mikrostrip merupakan jangkauan
frekuensi antara kenaikan nilai VSWR dari satu sampai batas nilai yang dapat
ditoleransi. Besarnya bandwidth pada penelitian ini adalah selisih antara frekuensi
akhir ƒ2 dan frekuensi awal ƒ1 dengan batas kenaikan nilai VSWR < 2 dan
dinyatakan dengan persamaan:
BW =12 ff .......................................................................................(2.18)
Untuk nilai persen bandwidth dapat dituliskan dengan persamaan:
BW =
%10012 xf
ff
r
……………………………………………...(2.19)
Dengan fr dirumuskan :
2
12 fff r
………...........………………………………………….(2.20)
Dimana :
rf : Frekuensi resonansi (Hz)
2f : Frekuensi maksimum (Hz)
1f : Frekuensi minimum (Hz)
BW : Bandwidth (GHz)
38
2.6.4 Input Impedance
Sebuah impedansi yang masuk ke terminal antena yang dikondisikan
dalam keadaan seimbang dengan impedansi karakteristik dari saluran transmisi.
Impedansi input dinyatakan dalam persamaan:
in =
1
1oZ
……………………………………………………..(2.21)
Dimana :
in : Impedansi input terminal (Ω)
o : Impedansi karakteristik dari antena (Ω)
: Koefisien refleksi
Impedansi masukan (Zin) terdiri dari bagian real (Rin) dan imajiner (Xin)
dan dapat dinyatakan :
ininin jXR………...…………....….…….….……..……….(2.22)
Daya real (Rin) merupakan komponen yang diharapkan, yakni
menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui radiasi, sementara
komponen imajiner (Xin) menunjukkan reaktansi dari antena dan daya yang
tersimpan pada medan dekat antena.
2.6.5 Gain
Gain didefinisikan sebagai directivity yang dihasilkan maksimum dari
power antena yang dirancang dengan intensitas maksimum radiasi dari antena
referensi yang dinyatakan dengan persamaan:
I
Ilog10 0G
...........................................................................................(2.23)
39
Dimana :
I0 : Intensitas radiasi maksimum antena
I : Intensitas radiasi maksimum dari antena referensi
Terdapat 2 jenis parameter gain, yaitu absolute gain dan relative gain.
Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara
intensitas pada arah tertentu dengan radiasi yang diperoleh jika daya yang
diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Nilai gain absolut dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan :
inP
,U4
G
........................................................................................(2.24)
Sedangkan relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara
perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi
pada arah tertentu, dengan daya masukan sama pada kedua antena, namun antena
referensi merupakan sumber isotropik yang lossless. Gain relatif dapat dihitung
dengan persamaan :
lossless
GinP
,U4
.................................................................................(2.25)
2.6.6 Polarisasi
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan
oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada
arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi
bervariasi dengan arah dari tengah antena.
40
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu
keadaan gelombang elektromagnetik yang menggambarkan arah dan magnetudo
vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga
dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh
antena pada suatu arah tertentu.
Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut
waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik
tersebut barada pada jalur lingkar sebagai fungsi waktu. Kondisi yang harus
dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :
a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus.
b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitude yang sama.
c. Kedua komponen tersebut harus mempunyai perbedaan fasa waktu pada
kelipatan ganjil 900.
Polarisasi melingkar terbagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular
Polarization (LHCP), Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi
ketika δ = + π/2, sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = - π/2.
Gambar 2.19 Polarisasi elips dengan sudut τ yang dibentuk Ex dan Ey dengan
amplitudo E1 dan E2.
41
Pada Gambar 2.19 diatas bentuk polarisasi elips dengan bagian sumbu
pendek OB dan bagian panjang OA membentuk sudut lancip τ, maka axial ratio
dapat diperoleh dengan persamaan:
AR = OB
OA=
Ey
Ex AR1 ……………………………………(2.26)
2.6.7 Pola Radiasi
Pola radiasi atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau
representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat. Pola
radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila yang digambarkan
adalah kuat medan dan disebut pola daya (power pattern) apabila yang
digambarkan pointing vector. Di sebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan di
luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional.
Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh
sebuah antena, atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh
sebuah antena. Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan
energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi.
2.6.7.1 Pola Radiasi Antena Unidirectional
Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat
menjangkau jarak yang relative. Gambar 2.20 merupakan gambaran secara umum
bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.
42
Gambar 2.20 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional
2.6.7.2 Pola Radiasi Antena Omnidirectional
Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti
bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena omnidirectional pada
umumnya mempunyai pola radiasi 3600 jika dilihat pada bidang medan
magnetnya. Gambar 2.21 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran
yang dihasilkan oleh antena omnidirectional.
Gambar 2.21 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional
43
2.6.8 Beamwidth
Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi
radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe
utama. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut:
dfB
1,21
.............................................................................................(2.27)
Dimana :
B : 3 dB beamwidth (degree)
f : frekuensi (Hz)
d : diameter antena (degree)
Apabila beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka
beamwidth dapat dirumuskan sebagai:
12 ...........................................................................................(2.28)
Gambar 2.22 menunjukkan tiga derah pancaran yaitu lobe utama (main
lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2) dan lobe sisi belakang
(back lobe,nomor 3). Half Power Beamwidth (HPBW) adalah daerah sudut yang
dibatasi oleh titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0,707 dari medan maksimum pada
lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara
dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Gambar 2.22 Beamwidth antena
44
BAB III
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH BUJUR
SANGKAR PADA FREKUENSI KERJA 2.6 GHZ
3.1 Prosedur Perancangan Antena Mikrostrip
Proses perancangan antena dalam penelitian ini dapat dijelaskan secara
umum melalui diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 3.1. Langkah awal
dari perancangan dimulai dengan menentukan frekuensi kerja, dimana dalam
perancangan antena ini akan mengacu kepada aplikasi alat Ground Penetrating
Radar (GPR) yang sudah dikomersilkan oleh perusahaan Geophysical Survey
Systems, Inc. (GSSI)[1], yang beroperasi di frekuensi (fr) 2.6 GHz, mempunyai
kemampuan untuk mencapai kedalaman 0.4 meter dan termasuk dalam high
resolution antenna. Dalam perancangan antena mikrostrip patch bujur sangkar ini
akan menggunakan rentang frekuensi dari 1-6 GHz.
Dengan menggunakan media substrat yang telah tersedia, dengan
spesifikasi konstanta dielektrik (εr) = 2.2, ketinggian substrat (h) = 1.57 mm, dan
dielektrik loss tangent (tan δ) = 0.002, dapat ditentukan lebar saluran pencatu
untuk penggunaan pada impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, penentuan lebar
saluran diperoleh melalui penggunaan software PCAAD. Dengan menggunakan
data substrat tersebut, didapat lebar saluran pencatu sebesar 4.8 mm.
Langkah selanjutnya adalah proses disain dan simulasi gabungan patch
mikrostrip dan saluran pencatu menggunakan software AWR Microwave Office
(MWO). Dimana dimensi patch dapat dihitung menggunakan persamaan seperti
pada bab sebelumnya, sementara dimensi substrat yang akan digunakan dalam
45
perancangan ini telah ditentukan sebesar 72x72 mm2. Melalui bantuan
penggunaan software MWO ini hasil rancangan dapat disimulasikan untuk
melihat parameter antena yang didapat, seperti nilai return loss, VSWR, pola
radiasi, bandwidth, gain, dll. Sebagai standar minimum, dimana antena dapat
dikatakan optimum jika parameter hasil simulasi didapat nilai return loss (RL) < -
10 dB dan VSWR antara 1 sampai 2, dan untuk antena Wideband jika diperoleh
bandwidth (BW) > 100 MHz. Apabila parameter-parameter tersebut belum
tercapai maka dapat dilakukan berbagai modifikasi sampai didapatkan nilai yang
dikehendaki. Modifikasi yang dilakukan dalam perancangan ini meliputi
menambah celah pada patch, menggeser posisi patch & saluran, dan perubahan &
penambahan bidang ground plane.
46
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena pada simulasi
Mulai
Penetapan Frekuensi Resonansi fr = 2.6 GHz
Material Substrat
RT/Duroid 5880
εr = 2.2
h = 1.57 mm
tan δ = 0.002
RL ≤ -10 dB
1 ≤ VSWR ≤ 2
BW > 100 MHz
Perancangan Dimensi Patch L = W = 40.8 GHz
Lebar Saluran Mikrostrip Impedansi 50 Ω
Wf = 4.8 mm PCAAD
Pemodelan Antena Patch Bujur Sangkar
Potongan Ground plane Menggunakan software Microwave
Office
Menjalankan Simulasi
Modifikasi Antena 1. Penambahan slot pada patch 2. Penggeseran posisi saluran catu 3. Pembatasan bidang ground plane 4. Penambahan jumlah ground plane
Selesai
Ya
Tidak
47
3.2 Langkah Perancangan
Pada perancangan untuk antena mikrostrip ini diperlukan perangkat-
perangkat atau media pendukung guna melakukan langkah perancangan antena.
Adapun media perancangan yang digunakan adalah :
1. Media substrat
2. Software simulasi untuk perancangan
3. Hardware perancangan dan alat ukur
3.2.1 Media Substrat
Dalam Tabel 3.1 memperlihatkan spesifikasi media yang digunakan yaitu
tipe substrat, dielektrik konstan, ketebalan substrat, dielektrik loss tangent, dan
dimensi substrat yang digunakan.
Tabel 3.1 Spesifikasi media substrat antena mikrostrip
Tipe Substrat Rogers RT/Duroid 5880
Dielektrik konstan (εr) 2.2
Ketebalan substrat (h) 1.57 mm
Dielektrik loss tangent (tan δ) 0.002
Dimensi substrat 72x72 mm2
3.2.2 Software Perancangan
Dalam perancangan model antena ini memerlukan 3 software (perangkat
lunak) yang dipergunakan pada unit komputer atau Personal Computer (PC),
yaitu Personal Computer Aided Antenna Design (PCAAD), AWR Microwave
Office (AWR MWO), dan Corel Draw.
48
1. PCAAD 5.0
Software ini digunakan sebagai program bantu dalam menentukan lebar
pencatu sesuai dengan nilai impedansi yang dikehendaki berdasarkan jenis
substrat mikrostrip yang digunakan. PCAAD yang digunakan pada
perancangan ini adalah PCAAD version 5.0.
2. AWR Microwave Office 2002 version 5.53
AWR MWO adalah salah satu software yang biasa digunakan untuk
melakukan simulasi elektromagnetik dengan analisa berbasis MoM.
Software ini digunakan dalam mendesain pemodelan antena yang nantinya
akan dirancang, sekaligus untuk mensimulasikan hasil rancangan guna
melihat nilai-nilai parameter antena yang dibentuk seperti Return Loss,
VSWR, bandwidth, input impedance, pola radiasi, gain, dll. AWR MWO
yang digunakan pada perancangan ini adalah AWR MWO 2002 version
5.53.
3. Corel Draw X4
Software ini digunakan untuk mendisain ulang pemodelan antena yang
telah disimulasikan, baik untuk kebutuhan ilustrasi gambar dalam
penulisan maupun proses pabrikasi antena itu sendiri. Dengan hasil
printing rancangan antena dari Corel Draw dengan ukuran sebenarnya,
selanjutnya akan digunakan sebagai dasar proses film sablon dan
dipindahkan pada substrat, kemudian diteruskan guna melakukan proses
pengikisan lapisan konduktor atau biasa disebut proses etching pada PCB
RT/Duroid dengan menggunakan larutan FeCl3.
49
3.2.3 Hardware Perancangan
Sementara untuk hardware (perangkat keras) yang digunakan dalam
perancangan, proses pabrikasi dan pengukuran meliputi perangkat komputer,
peralatan perancangan dan alat ukur dengan keterangan sebagai berikut :
1. Personal Computer (PC)
Komputer yang digunakan setidaknya mempunyai spesifikasi minimum
yang mendukung untuk menjalankan software AWR MWO, yaitu OS
Windows XP, Processor Core 2 CPU, RAM 2 GB [12]. Dalam
perancangan ini PC yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :
OS Windows 8, Manufacturer Toshiba, Model Notebook, Processor Intel
Core i3-3120M CPU @ 2.5 GHz, RAM 2 GB DDR2, System type 64-bit
Operating System, x64-based processor.
2. Peralatan perancangan
Peralatan yang digunakan dalam perancangan prototipe antena antara lain
adalah perangkat standar workshop seperti solder, timah, tang, cutter,
penggaris besi, dll.
3. Konektor jenis SMA
Konektor yang digunakan untuk terminal saluran antena adalah konektor
standar laboratorium berjenis SubMiniature version A (SMA) bentuk
female dengan impedansi 50 Ω. Konektor ini berfungsi sebagai
penghubung antara saluran pencatu dengan coaxial probe. Nilai konektor
ini sesuai dengan impedansi karakteristik sebesar 50 Ω.
50
4. Network Analyzer
Alat ukur yang digunakan untuk mengetahui nilai parameter dari prototipe
antena yang telah dipabrikasi adalah Microwave Network Analyzer Agilent
tipe N5230C:A.08.50.10.
3.3 Rancangan Dasar Antena
3.3.1 Menentukan Dimensi Patch
Pada tahap ini dapat ditentukan terlebih dahulu frekuensi kerja yang
diharapkan, dimana mengacu pada referensi perangkat GPR yang telah
dikomersilkan dipasaran yaitu dengan frekuensi kerja (fr) 2.6 GHz.
Maka agar dapat bekerja pada frekuensi 2.6 GHz, dimensi patch antena
dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3) untuk mode TM10 :
rrf
cL
2
2.2106.22
/1039
8
Hzxx
smxL
mmmL 89.3803889.0
Dikarenakan adanya efek fringing seperti yang telah dijelaskan pada Bab
2, maka untuk patch bujur sangkar digunakan panjang efektif dengan
menggunakan Persamaan (2.6) :
LLLeff 2
Dimana untuk menyelesaikan perhitungan tersebut digunakan Persamaan
(2.2) untuk menghitung W, Persamaan (2.5) untuk menghitung εreff, dan
Persamaan (2.4) untuk menghitung ΔL, maka diperoleh :
51
2
12
rrf
cW
2
12.2106.22
/103
9
8
Hzxx
smxW
mmmW 61.4504561.0
Dengan mensubstitusikan nilai W pada Persamaan (2.5), maka diperoleh :
21121
2
1
2
1
W
hrrreff
21
04561.0
00157.0121
2
12.2
2
12.2
m
mxreff
804.0reff
Dan dari Persamaan (2.4) diperoleh :
8.0258.0
264.03.0
412.0
h
W
h
W
hL
reff
reff
8.000157.0
04561.0258.0804.0
264.000157.0
04561.03.0804.0
00157.0412.0
m
m
m
m
mxL
mmmL 28.100128.0
Sehingga panjang patch efektif diperoleh :
LLLeff 2
52
mmxmmLeff 28.1289.38
mmLeff 45.41
Didapat panjang sisi efektif untuk patch bujur sangkar sebesar 41.45 mm,
untuk kebutuhan perancangan maka dibulatkan menjadi 40.8 mm.
Gambar 3.2 Ukuran sisi-sisi patch bujur sangkar
3.3.2 Menentukan Lebar Saluran Pencatu
Penentuan lebar untuk saluran pencatu dalam perancangan ini
menggunakan program PCAAD 5.0, untuk mencari nilai lebar saluran (Wf) dapat
menginputkan data substrat seperti dielektrik konstan (εr) dan ketebalan substrat
(h) seperti terlihat pada Gambar 3.3. Untuk menghitung lebar saluran dipilih opsi
40.8 mm
40.8 mm
53
Compute Width dengan impedansi karakteristik yang dikehendaki, dalam
perancangan ini digunakan impedansi karakteristik antena sebesar 50 Ω.
Gambar 3.3 Tampilan software PCAAD untuk menentukan lebar saluran pencatu
Dengan memasukan nilai karakteristik impedansi 50 Ω pada variabel
Characteristic impedance, h = 1.57 mm = 0.157 cm pada variabel Substrate
thickness, dan εr = 2.2 pada variabel Dielectric constant, maka akan didapatkan
ukuran lebar saluran mikrostrip sebesar 0.48374 cm pada variabel Line width.
Untuk kebutuhan perancangan maka lebar saluran dibulatkan menjadi 0.48 cm =
4.8 mm.
54
Gambar 3.4 Ukuran lebar saluran pencatu mikrostrip
3.4 Konfigurasi Pada Software AWR MWO
Konfigurasi pada program simulator diperlukan untuk menyesuaikan data
substrat yang akan digunakan dalam perancangan. Adapun langkah-langkah
penggunaan software dalam merancang antena adalah sebagai berikut :
Langkah 1 :
Permulaan dalam merancang dapat dilakukan dengan membuat file proyek
baru dengan memilih menu File > New Project. Setelah itu guna membentuk area
substrat dapat dibuat melalui menu Project > Add EM Structure > New EM
Structure 1.
55
Gambar 3.5 Proses awal pembuatan simulasi antena pada software MWO 2002
Langkah 2 :
Lalu untuk menyesuaikan data substrat seperti dimensi dan spesifikasi
substrat melalui menu Structure > Enclosure, kemudian pada menu tersebut
dimasukkan nilai substrat seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6, dengan pilihan
unit satuan dalam milimeter (mm). Dalam hal menentukan ukuran sel disesuaikan
dengan ketentuan spesifikasi substrat yang digunakan, pada perancangan
menggunakan RT/Duroid 5880 mempunyai ukuran sel 0.8 mm yang didapat dari
perbandingan antara dimensi X dan Y terhadap divisi X dan Y sebesar 72:90.
56
Gambar 3.6 Konfigurasi ukuran dimensi substrat pada AWR MWO
Langkah 3 :
Pada menu Dielectric Layers, substrat berada pada layer ke-2 diantara
layer atas dan layer bawah yang keduanya merupkan lapisan udara. Masukan
nilai-nilai dari spesifikasi substrat yang digunakan, yaitu ketebalan substrat (h)
1.57 mm, konstanta dielektrik (ɛr) 2.2, dan loss tangent (tan δ) 0.002 seperti
terlihat pada Gambar 3.7.
57
Gambar 3.7 Konfigurasi Dielectric Layers pada AWR MWO
Langkah 4 :
Sedangkan untuk penyesuaian batasan antena (Boundaries Setting) dapat
diatur pada menu Boundaries, menggunakan pendekatan ruang terbuka dengan
hambatan udara pada kedua sisi antena sebesar 377 Ω, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3.8.
58
Gambar 3.8 Konfigurasi Boundaries pada AWR MWO
Langkah 5 :
Penambahan port untuk jenis pencatuan dengan saluran mikrostrip, dapat
ditambahkan melalui menu Draw > Add Edge Port, kemudian port ditempatkan
pada ujung luar saluran yang berada dibagian tepi substrat. Penempatan port
tersebut ditunjukkan seperti Gambar 3.9.
59
Gambar 3.9 Penambahan port untuk saluran mikrostrip
Langkah 6 :
Parameter antena untuk simulasi antena dapat ditambahkan melalui menu
Project > Add Graph, untuk menentukan parameter antena yang akan ditampilkan
dapat dipilih melalui opsi yang ditampilkan seperti pada Gambar 3.10. Untuk
membuat grafik Return Loss dapat dipilih dari opsi Rectangular dengan
pengaturan Measurement Type : Port Parameters, Measurement : S, Complex
Modifier : Magnitude, dan Result Type : dB. Ditunjukan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.10 Pilihan opsi untuk simulasi parameter antena
60
Gambar 3.11 Konfigurasi pembuatan grafik Return Loss
Langkah 7 :
Untuk membuat grafik VSWR, dapat diatur dengan Measurement Type :
Linear, Measurement : VSWR, dan Port Index : 1.
Gambar 3.12 Konfigurasi pembuatan grafik VSWR
Langkah 8 :
Membuat grafik Input Impedance, pada Add Graph terlebih dahulu dipilih
opsi Smith Chart dengan pengaturan Measurement Type : Linear, Measurement :
ZIN.
61
Gambar 3.13 Konfigurasi pembuatan grafik Input Impedance
Langkah 9 :
Sementara untuk menampilkan grafik Pola Radiasi dapat dipilih opsi
Rectangular dengan pengaturan Measurement : Antenna, Measurement Type :
PPC_TPWR (Total Radiation Power), Complex Modifier : Magnitude, Result
Type : dB.
Gambar 3.14 Konfigurasi pembuatan grafik Pola Radiasi
Langkah 10 :
Menampilkan grafik Polarisasi dapat dipilih opsi Antenna Plot dengan
62
pengaturan Measurement Type : Antenna, Measurement : PPC Ephi (pola radiasi
pada fungsi Phi), dan PPC_ETheta (pola radiasi pada fungsi Theta).
a)
b)
Gambar 3.15 a) Konfigurasi pembuatan grafik Polarisasi fungsi Phi
b) Konfigurasi pembuatan grafik Polarisasi fungsi Theta
Langkah 11 :
Pengaturan jangkauan frekuensi yang akan disapu dapat dilakukan pada
menu Options > Project Options, kemudian melakukan pengaturan pada Modify
Range : Start untuk menentukan awal sapuan frekuensi, Modify Range : Stop
63
untuk akhir sapuan frekuensi, dan Modify Range : Step untuk kerapatan sapuan
frekuensi. Lalu pada Sweep Type (tipe penyapuan) dipilih opsi Linear dengan
satuan GHz. Pengaturan ini ditunjukkan pada Gambar 3.16.
Pada tahap awal dalam perancangan ini jangkauan frekuensi yang akan
disapu adalah mulai dari frekuensi 1 GHz sampai berakhir pada 6 GHz dengan
kerapatan frekuensi 0.1 GHz.
Gambar 3.16 Pengaturan jangkauan sapuan frekuensi rancangan antena
3.5 Konfigurasi Rancangan Antena
Antena yang dirancang dalam penelitian ini merupakan jenis antena planar
yang dicetak pada single layer substrate jenis Rogers RT/Duroid 5880 dengan
spesifikasi εr = 2.2, h = 1.57 mm, tan δ = 0.002 dan dimensi 72 x 72 mm2 dengan
patch berbentuk bujur sangkar, mempunyai saluran pencatu mikrostrip yang
dicetak pada satu sisi, dan ground plane sebagian pada sisi yang lain. Perancangan
antena ini dilakukan melalui beberapa tahap eksperimen, tahap awal adalah untuk
64
mencari rancangan yang optimum dengan mengacu kepada nilai return loss hasil
simulasi pada rancangan patch tanpa modifikasi. Tahap kedua adalah dengan
melakukan modifikasi pada patch berupa penambahan slot di tengah patch,
sehingga patch berbentuk seperti ring bujur sangkar. Tahap ketiga adalah dengan
menggeser posisi saluran pencatu. Tahap terakhir adalah dengan menambah
jumlah ground plane.
Rancangan antena tahap pertama disimulasikan dengan melakukan
beberapa perubahan pada panjang ground plane (Lg) dan posisi saluran (d),
perubahan tersebut dilakukan guna mendapatkan nilai return loss yang optimum
berada dibawah -10 dB.
Langkah 1 :
Sebagai tahap awal patch ditempatkan simetris pada tengah sumbu X,
dengan nilai panjang saluran Lf = 24 mm dan jarak saluran ke tepi substrat d =
33.6 mm dimana posisi saluran tepat simetris terhadap sumbu X pada patch.
Seperti yang terlihat pada Gambar 3.17.
Pada Gambar 3.18 terlihat dari hasil simulasi untuk konfigurasi awal
antena, bahwa nilai return loss yang paling besar adalah -8.072 dB di frekuensi
5.4 GHz namun itupun belum dapat dinilai sebagai return loss yang baik karena
nilainya masih diatas -10 dB. Sedangkan frekuensi kerja dari antena yang
diharapkan sebesar 2.6 GHz hanya menghasilkan nilai return loss -1.846 dB,
dimana masih sangat jauh dari persyaratan ≤ -10 dB. Hal inilah yang
mengharuskan dilakukannya modifikasi selanjutnya terhadap konfigurasi bentuk
antena.
65
Gambar 3.17 Konfigurasi awal antena tanpa ground plane
Gambar 3.18 Return loss pada awal antena
11
1 2 3 4 5 6
Frequency (GHz)
RL
-10
-8
-6
-4
-2
0
5.4 GHz-8.072 dB
2.6 GHz-1.846 dB
DB(|S(1,1)|)EM Structure 1
66
Langkah 2 :
Dari hasil sebelumnya dimana konfigurasi rancangan antena masih
memerlukan modifikasi, maka pada tahap ini dilakukan penambahan berupa slot
pada patch sehingga membentuk patch ring bujur sangkar dengan terlebih dahulu
memberikan bidang ground plane dengan ukuran tinggi yang fix yaitu Lg1 = 10.4
mm, guna membantu proses simulasi dalam mendapatkan modifikasi rancangan
antena yang maksimal. Pemberian slot yang berada dipusat patch dimulai dengan
ukuran slot sebesar w1 = l1 = 8.8 mm, seperti yang terlihat pada Gambar 3.19
dibawah ini.
Gambar 3.19 Konfigurasi antena dengan slot pada patch,
dan penambahan ground plane
11
w1
l1
Lg1 = 10.4 mm
29.6mm
67
Gambar 3.20 Grafik RL hasil simulasi antena slot patch dengan ground plane
Dari Gambar 3.20 dapat dinyatakan bahwa dengan adanya penambahan
slot pada patch, mempengaruhi perubahan nilai return loss. Semakin besar ukuran
slot maka semakin minim juga nilai return loss, namun dengan semakin minim
nilai return loss juga mempersempit nilai bandwidth, sehingga diperlukan
penilaian yang seimbang antara return loss dan bandwidth.
Langkah 3 :
Setelah melihat hasil simulasi pada langkah 2, dimana terlihat bahwa dari
proses simulasi tersebut masih jauh dari hasil yang diharapkan maka kembali
dilakukan perubahan berupa modifikasi pada antena. Dengan mengambil hasil
2.2 GHz-5.33281 dB 2.3 GHz
-5.55245 dB
2.3 GHz-5.79582 dB
2.3 GHz-6.1916 dB
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
RL
(dB
)
Frekuensi (GHz)
W1 & L1 = 8.8 mm W1 & L1 = 16.8 mmW1 & L1 = 20 mm W1 & L1 = 23.2 mm
Lg1 = 10.4 mm
(dengan perubahan W1 & L1)
68
pengamatan simulasi pada langkah 2 maka ditentukan ukuran slot yang akan terus
digunakan pada patch, yaitu slot dengan ukuran w1 & l1 = 20 mm. Pada langkah
ini modifikasi berikutnya yang akan dilakukan untuk melihat pengaruh terhadap
nilai return loss adalah dengan melakukan perubahan pada pembatasan ukuran
tinggi atau tebal bidang ground plane Lg1. Konfigurasi tersebut dapat dilihat pada
Gambar 3.21 dibawah ini.
Gambar 3.21 Konfigurasi antena dengan slot pada patch ukuran w1 = l1 = 20 mm
dan perubahan ukuran ground plane
Dengan melakukan perubahan ukuran ground plane Lg1 dihasilkan grafik
hasil simulasi yang terlihat pada Gambar 3.22. Dari data hasil simulasi ini dapat
diketahui bahwa perubahan pada ukuran tinggi bidang ground plane Lg1 dapat
mempengaruhi besar kecilnya nilai bandwidth dan menghasilkan nilai return loss
yang optimum. Menurut hasil simulasi, perubahan ukuran bidang ground plane
11
w1 = 20 mm
l1 = 20 mm
29.6mm
Lg1
69
paling optimum adalah ground plane dengan ukuran Lg1 = 20.8 mm yang
menghasilkan nilai return loss -28.8347 meskipun belum bekerja pada frekuensi
resonansi yang diharapkan.
Gambar 3.22 Grafik RL hasil simulasi antena slot patch dengan ground plane Lg1
yang berubah-ubah
Langkah 4 :
Setelah melihat hasil simulasi pada langkah 3 didapatkan bahwa nilai
pembatasan ground plane terbaik adalah dengan ukuran Lg1 = 20.8 mm karena
mempengaruhi nilai RL yang baik yaitu -28.8347 dB pada frekuensi resonansi fr =
2.8 GHz, dan menghasilkan nilai bandwidth yang besar. Namun frekuensi
2.6 GHz-15.262 dB
2.7 GHz-19.5739 dB
2.8 GHz-28.8347 dB
2.9 GHz-25.2456 dB
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
RL
(d
B)
Frekuensi (GHz)
Lg1 = 19.2 mm Lg1 = 20 mm Lg1 = 20.8 mm Lg1 = 21.6 mm
W1 & L1 = 20 mm
(dengan perubahan Lg1)
70
resonansi fr = 2.6 GHz yang diharapkan belum tercapai maka kembali dilakukan
modifikasi antena. Kemudian dilakukan perubahan posisi saluran pencatu d
beserta patch terhadap sumbu X, dengan metode ini diharapkan memberikan
pengaruh terhadap perubahan frekuensi resonansi dan penambahan bandwidth
pada frekuensi resonansi yang dibentuk. Menggeser posisi saluran pencatu ke
kanan dan kiri terhadap sumbu X, dengan Lg1 = 20.8 mm.
Gambar 3.23 Konfigurasi antena dengan pergeseran saluran pencatu d
11
d
Lg1 = 20.8 mm
29.6mm
71
Gambar 3.24 Grafik RL hasil simulasi yang dipengaruhi oleh pergeseran saluran
pencatu dan patch
Langkah 5 :
Menambahkan bidang ground plane kedua dengan ukuran Lg2 = 5.6 mm.
Dengan menambahkan satu lagi bidang ground plane lainnya diharapkan dapat
menggeser frekuensi resonansi yang sudah ada sehingga mencapai frekuensi
resonansi fr = 2.6 GHz yang diharapkan.
2.8 GHz-29.4841 dB
2.8 GHz-29.4983 dB
2.8 GHz-30.2715 dB
2.8 GHz-31.1601 dB
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
RL
(dB
)
Frekuensi (GHz)
d = 30.4 mm d = 29.6 mm d = 28 mm d = 26.4 mm
Lg1 = 20 mm
(dengan perubahan d)
72
Gambar 3.25 Konfigurasi antena dengan penambahan bidang ground plane
lainnya
Gambar 3.26 Grafik RL hasil simulasi pengaruh penambahan groundplane ke dua
11
2.7 GHz-30.622 dB
2.7 GHz-29.515 dB
2.6 GHz-31.8347 dB
2.5 GHz-45.4511 dB
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
RL
(d
B)
Frekuensi (GHz)
Lg2 = 4 mm Lg2 = 4.8 mm Lg2 = 5.6 mm Lg2 = 7.2 mm
Lg1 = 20.8 mm
29.6mm
Lg2
Lg1 = 20 mm
(dengan perubahan Lg2)
73
Dari hasil simulasi pada langkah 5, maka didapatkan bahwa penambahan
bidang ground plane kedua tersebut dapat mempengaruhi pergeseran frekuensi
resonansi dari antena. Penambahan bidang ground plane kedua dengan ukuran
Lg2 = 5.6 mm menghasilkan antena yang bekerja di frekuensi resonansi fr = 2.6
GHz, dimana sesuai dengan frekuensi resonansi yang diharapkan agar antena
mikrostrip ini seharusnya bekerja.
Setelah mendapatkan semua hasil modifikasi perancangan antena dari
langkah 1 sampai dengan 5, dapat dihasilkan rancangan antena mikrostrip yang
ideal dengan detail sebagai berikut :
Gambar 3.27 Konfigurasi modifikasi final antena
11 11
74
BAB IV
ANALISA PARAMETER ANTENA
4.1 Konfigurasi Antena Hasil Rancangan
Dasar dan acuan untuk melihat hasil kerja paling optimal dari antena
adalah dengan menganalisa parameter geometri antena. Dibawah ini
memperlihatkan desain antena yang telah dirancang.
Gambar 4.1 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas
11
Wf = 4.8mm
72mm
Ls = Ws = 72mm
d = 28mm
Lf = 24mm
c = 18.4mm
29.6mm
w2 =10.4mm
29.6mm
w1 =20mm
29.6mm
L = W = 40.8mm
L=W=
40.8mm l1 =20mm
29.6mm
l2 =10.4mm
29.6mm
Y
X
75
Gambar 4.2 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah
Gambar 4.3 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping
11
Lg1 = 20.8mm
Lg2 = 5.6mm
Ls = Ws = 72 mm
72mm
Y
X
24 mm
72 mm
40.8 mm
20.8 mm 5.6 mm
h =1.57 mm
Feeder
Ground plane 1
Patch
Gp 2
Substrat
76
Tabel 4.1 Dimensi perancangan antena mikrostrip patch bujur sangkar
Dimensi Dimensi Simbol Ukuran (mm)
Substrat Lebar substrat Ws 72
Panjang substrat Ls 72
Tampak
atas
Lebar patch W 40.8
Panjang patch L 40.8
Lebar slot w1 20
Lebar jarak slot dan patch w2 10.4
Panjang slot l1 20
Lebar jarak slot dan patch l2 10.4
Lebar saluran pencatu Wf 4.8
Panjang saluran pencatu Lf 24
Jarak antara saluran pencatu ke tepi substrat d 28
Jarak antara patch dan saluran pencatu c 9.6
Tampak
bawah
Tinggi ground plane 1 Lg1 20.8
Tinggi ground plane 2 Lg2 5.6
Tampak
samping Ketebalan substrat h 1.57
4.2 Parameter Antena Hasil Rancangan
Hasil simulasi parameter antena patch bujur sangkar meliputi : Bandwidth,
Return Loss, VSWR, Impedansi Input, Pola radiasi dan Gain. Berikut ini
parameter-parameter yang dihasilkan melalui simulasi menggunakan software
Microwave Office.
4.2.1 Bandwidth
Pada Gambar 4.4 memperlihatkan grafik hasil simulasi dari parameter
return loss terhadap frekuensi, dimana diperoleh dari nilai return loss ≤ -10 dB
dengan jangkauan nilai batas frekuensi tertinggi 4.098 GHz dan batas frekuensi
77
terendah 2.136 GHz. Jangkauan bandwidth tersebut sudah lebih dari cukup untuk
frekuensi wideband. Frekuensi resonansi sekaligus menjadi frekuensi kerja antena
2.6 GHz berada pada nilai return loss terendah yaitu -31.83 dB. Frekuensi yang
dibentuk menyapu wilayah 1-6 GHz.
Gambar 4.4 Grafik return loss terhadap frekuensi dari hasil simulasi antena
Dari nilai return loss yang telah ditunjukan pada Gambar 4.4, maka
diperoleh bandwidth dengan Persamaan (2.18) sebagai berikut :
Bandwidth untuk resonansi frekuensi 2.6 GHz diperoleh :
12 ffBW
GHzBW )136.2098.4(
GHzBW 962.1
1 2 3 4 5 6
Frequency (GHz)
RL
-40
-30
-20
-10
0
4.098 GHz-10 dB
2.6 GHz-31.83 dB
2.136 GHz-10 dB
DB(|S(1,1)|)
EM Structure 1
78
Dari perhitungan tersebut menunjukan bahwa antena hasil simulasi telah
memenuhi kriteria wideband dengan perolehan bandwidth diatas 300 MHz.
Sedangkan untuk persentase bandwidth diperoleh dengan Persamaan
(2.19) sebagai berikut :
%10012 x
f
ffBW
r
%100
6.2
136.2098.4x
GHz
GHzBW
%461.75BW
Sedangkan nilai koefisien refleksi dari return loss minimun -31.83 dB
pada frekuensi kerja resonansi 2.6 GHz, melalui Persamaan (2.16) diperoleh :
RLmin = 20 log |ΓL|
-31.83 dB = 20 log |ΓL|
-1.5915 = log |ΓL|
ΓL = log-1 (-1.5915)
= 0.0256
Nilai koefisien refleksi ΓL tersebut mempresentasikan besarnya magnitude
dan fasa dari refleksi. Nilai ΓL = 0, menandakan bahwa energi yang disalurkan
tidak terjadi refleksi atau pemantulan kembali ketika saluran dalam keadaan
matching, dengan kata lain dalam kondisi pas atau sesuai antara saluran dengan
elemen peradiasi. Dengan nilai ΓL yang didapat dari hasil perhitungan sebesar
0.0256 yang sudah sangat mendekati nilai 0, dapat diartikan bahwa energi yang
disalurkan hampir sama sekali tidak terjadi refleksi atau pemantulan.
79
4.2.2 VSWR
Gambar 4.5 memperlihatkan grafik parameter VSWR hasil simulasi
terhadap frekuensi. Pembentukan resonansi frekuensi yang terbentuk dari nilai
VSWR, yaitu pada rentang frekuensi 1-6 GHz dengan nilai VSWR dari 1 sampai
dengan 2 (VSWR ≤ 2), maka diperoleh nilai VSWR = 1.053 yang dicapai pada
frekuensi resonansi 2.6 GHz, dimana sesuai dengan kriteria frekuensi kerja antena
mikrostrip tersebut.
Gambar 4.5 Grafik VSWR terhadap frekuensi dari hasil simulasi antena
Dengan nilai ΓL yang didapat dari perhitungan pada nilai return loss
sebelumnya, maka VSWR dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan
(2.17). Nilai VSWR minimum untuk resonansi frekuensi 2.6 GHz diperoleh
sebagai berikut :
1 2 3 4 5 6
Frequency (GHz)
VSWR
0
2
4
6
8
4.147 GHz2
2.11 GHz2
2.6 GHz1.053
VSWR(1)EM Structure 1
80
L
L
V
VVSWR
1
1
min
max
0256.01
0256.01
VSWR
9744.0
0256.1VSWR
0525.1VSWR
Diperoleh nilai VSWR hasil simulasi sebesar 1.053 dan perhitungan
sebesar 1.0525 dimana kedua hasil tersebut dapat dikatakan sama. Kondisi nilai
tersebut merupakan hasil yang baik karena sesuai dengan rentang nilai VSWR
yang baik, yaitu diantara nilai 1 s.d 2. Kondisi yang paling baik dan ideal adalah
ketika VSWR bernilai 1, yaitu menandakan tidak ada refleksi sama sekali disaat
saluran matching sempurna dengan kata lain tidak adanya kehilangan energi yang
kembali atau terpantul ketika saluran menyalurkan gelombang elektromagnetik ke
peradiasi. Dengan grafik nilai VSWR juga dapat menentukan nilai bandwidth
suatu antena terlihat seperti Gambar 4.5.
4.2.3 Impedansi Masukan
Gambar 4.6 memperlihatkan nilai impedansi masukan hasil simulasi
antena. Pada frekuensi 2.6 GHz diperoleh Zin = 0.959489 + j0.0295984 Ω.
Untuk menentukan impedansi sepanjang saluran dari nilai komponen riil
dan imajiner suatu impedansi, dengan menggunakan Persamaan (2.22) dapat
dihitung sebagai berikut :
ininin jXRZ0
81
0295984.0959489.050 j
47992.197445.47 j
22
47992.197445.47 j
1901632.25478528025.2301
738016.2303
99727.47
Gambar 4.6 Grafik Smith Chart impedansi input antena hasil simulasi
0 1.0
1.0
-1.0
10.0
10.0
-10.0
5.0
5.0
-5.0
2.0
2.0
-2.0
3.0
3.0
-3.0
4.0
4.0
-4.0
0.2
0.2
-0.2
0.4
0.4
-0.4
0.6
0.6
-0.6
0.8
0.8
-0.8
Z in
Swp Max
6GHz
Swp Min
1GHz
2.6 GHzr 0.959489x 0.0295984
ZIN(1) (Ohm)EM Structure 1
82
Nilai yang didapatkan pada Smith Chart untuk Zin = 0.959489 +
j0.0295984 Ω. Nilai riil yang diperoleh merupakan nilai komponen yang
diharapkan untuk menggambarkan banyaknya daya yang terdispasi. Terdispasi
dapat terjadi melalui dua cara, yaitu karena panas pada struktur antena yang
berkaitan dengan perangkat keras, dan yang lainnya adalah karena daya yang
meninggalkan antena dan tidak kembali lagi (teradiasi). Sementara nilai imajiner
yang diperoleh merupakan reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan pada
medan dekat antena.
4.2.4 Pola Radiasi
Pada intensitas dari pola radiasi menjadi indikator dari besarnya nilai gain
pada antena, sehingga setiap peningkatan nilai intensitas dari pola radiasi
merupakan penunjuk akan nilai gain pada antena.
Pada Gambar 4.7 memperlihatkan bentuk dan pola radiasi yang dihasilkan
oleh antena melalui simulasi. Pola radiasi yang terbentuk ini memperlihatkan
bahwa antena yang dirancang ini adalah sebagai antena monopole (satu arah),
dimana radiasi membentuk satu arah pancaran dengan gain maksimum directivity
sebesar 5.147 dB (PPC_Ephi) berada pada nol derajat. Sedangkan untuk nilai
dihasilkan pola radiasi dari arah Etheta adalah -30.36 dB (PPC_Etheta) pada sudut
nol derajat. Kemudian untuk nilai maksimum pada beamwidth dengan magnitude
≤ 3 dB ke arah kiri sebesar -36.9°, sedangkan magnitude ≤ 3 dB ke arah kanan
sebesar 38°, maka dapat diperoleh sudut beamwidth yaitu 36.9° + 38° = 74.9°.
Lalu untuk sudut tersebut dapat di gambarkan di dalam gambar pola radiasi yang
menunjukkan arah pancaran radiasi antena (beamwidth).
83
Gambar 4.7 Bentuk pola radiasi antena
Pada Gambar 4.8 di bawah ini memperlihatkan nilai power radiasi hasil
simulasi dari antena GPR patch bujur sangkar, dimana untuk nilai total power
radiasi yang dihasilkan maksimum directivity (PPC_TPwr) adalah 5.148 dB.
0-10-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
-120
-130
-140
-150
-160
-170 1
80
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
2010
Pola RadiasiMag Max
10 dB
Mag Min
-40 dB
10 dB
Per Div
Mag -30.36 dBAng 0 dB
Mag 5.147 dBAng 0 dB
DB(|PPC_EPhi(0,1)|)[*]EM Structure 1
DB(|PPC_ETheta(0,1)|)[*]EM Structure 1
84
Gambar 4.8 Total power radiasi antena hasil simulasi
4.3 Spesifikasi Antena Hasil Rancangan
Pada Tabel 4.2 dibawah ini akan menjelaskan rangkuman secara
keseluruhan hasil simulasi yang telah dilakukan sebelumnya dengan
menggunakan software Microwave Office, dimana spesifikasi antena hasil
rancangan dapat dilihat seperti berikut ini :
Tabel 4.2 Hasil Akhir Simulasi Parameter Antena
Parameter Antena Hasil Simulasi
Frekuensi Operasi 2.136-4.098 GHz
Frekuensi Resonansi 2.6 GHz
Bandwidth 1962 MHz
VSWR minimum 1.053
Impedansi Input (Zin) 0.959489 + j0.0295984 Ω
Pola Radiasi Unidirectional
Direktivitas maksimum 5.147 dB
Intensitas maksimum 5.148 dB
85
Dari Tabel 4.2 diketahui bahwa antena hasil perancangan dengan jenis
monopole telah bekerja difrekuensi resonansi yang sama dengan parameter antena
acuan yaitu pada 2.6 GHz. Bandwidth yang dihasilkan oleh antena hasil
perancangan masih kurang karena baru mencapai sekitar 48% dari range frekuensi
operasi antena acuan.
Dari hasil simulasi untuk nilai maksimum pada beamwidth dicapai dengan
perhitungan magnitude ≤ 3 dB ke arah kiri yaitu sebesar -36.9°, sedangkan
magnitude ≤ 3 dB ke arah kanan yaitu sebesar 38°. Sehingga dapat diperoleh
sudut beamwidth yaitu 36.9° + 38° = 74.9°. Sementara untuk nilai maksimum
beamwidth yang dicapai pada alat tersebut sebesar 48°.
Simulasi antena menunjukkan direktivitas radiasi pada sudut 0 derajat
sebesar 5.147 dBi pada arah E phi dengan kekuatan radiasi diperoleh sebesar
5.148 dB pada sudut 0 derajat. Sementara untuk gain display pada alat acuan
adalah sebesar 6 dB. Ini berarti untuk menghasilkan gain display sebesar 6 dB,
dengan nilai gain antena hasil perancangan sebesar 5.147 dB, maka masih
diperlukan tambahan gain dari perangkat LNA sebesar 1 dB.
86
BAB V
KESIMPULAN
Dengan memperhatikan proses pemodelan dan hasil simulasi antena yang
telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan :
1. Pada tahap ini diperoleh konfigurasi rancangan antena mikrostrip dengan
pemodelan desain patch bujur sangkar yang berkonsep dasar antena
monopole, sehingga diperoleh sebagai antena monopole mikrostrip. Pada
Gambar 4.1 merupakan hasil perancangan antena yang secara dimensi
memiliki ukuran 72 x 72 mm2, dengan konfigurasi antena menggunakan
slot patch, posisi saluran dan patch yang mengalami pergeseran posisi dari
titik tengah sumbu X bidang substrat, melakukan pembatasan bidang
ground plane bahkan menambahkan satu bidang ground plane lainnya
sehingga antena tersebut mempunyai dua bidang ground plane pada
substrat.
2. Dari hasil simulasi perancangan antena didapatkan nilai bandwidth pada
return loss sebesar 1.962 GHz dengan nilai batas frekuensi tertinggi 4.098
GHz dan batas frekuensi terendah 2.136 GHz, dimana dengan bandwidth
tersebut sudah sangat melampaui kebutuhan wideband bahkan dengan nilai
bandwidth yang lebar akan membantu dalam proses resolusi pencitraan
image yang baik. Untuk nilai VSWR 1 s.d 2 diperoleh 1.053 yang dicapai
pada frekuensi resonansi 2.6 GHz, sesuai dengan frekuensi kerja yang
diharapkan. Nilai impedansi masukan terhadap kondisi rangkaian dalam
keadaan matching adalah untuk riil = 47.97445 dan imajiner = 1.47992 Ω.
87
3. Mengacu pada hasil simulasi antena dengan spesifikasi alat yang sudah
ada, terdapat beberapa nilai parameter antena yang menjadi kelebihan dan
kekurangan dalam perancangan antena ini, seperti nilai bandwidth yang
dicapai hanya sekitar 48% dari range frekuensi operasi alat acuan tersebut.
Kemudian untuk nilai direktivitas maksimum diperoleh nilai gain antena
sebesar 5.147 dB, dengan sudut arah pancaran (beamwidth) 74.9°.
Sementara nilai gain display pada alat acuan tersebut adalah sebesar 6 dB,
ini berarti untuk menghasilkan gain display sebesar 6 dB, dengan nilai
gain antena hasil perancangan sebesar 5.147 dB, masih diperlukan
tambahan gain dari perangkat LNA sebesar 1 dB. Kekurangan pada hasil
simulasi ini dikarenakan teknik pencatuan yang digunakan berjenis planar.
Kemudian untuk sudut arah pancaran (beamwidth) alat tersebut sebesar
48°.
88
DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Cedric, Modelling and Design of Antennas for Ground-Penetrating
Radar Systems, University of Surrey, 2002, p.29
[2] Geophysical Survey Systems Inc. (GSSI), GSSI’s Position on the Revision
of Part 15 in FCC Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission
Systems, 2002
[3] Geophysical Survey Systems Inc. (GSSI), Product catalogue antennas
brochure, www.geophysical.com
[4] Craig Warren, Antonios Giannopulos, Investigation of The Directivity of a
Commercial Ground-Penetrating Radar Antenna Using a Finite Difference
Time-Domain Antenna Model, School of Engineering, The University of
Edinburgh, UK, 2012
[5] SIR System-3000 Manual, Geophysical Survey Sytems, Inc., December
2009.
[6] FCC 2002 nret 0203
[https://transition.fcc.gov/Bureaus/Engineering_Technology/News_Releas
es/2002/nret203.html]
[7] O. Folin, Sulistyaningsih, N. W. Yusuf, Sistem Ground Penetrating Radar
untuk Mendeteksi Benda-benda di Bawah Permukaan Tanah, P2
Elektronika dan Telekomunikasi-LIPI.
[8] X. Xianiel, X. Tian, V. Anbu, and H. Dryver, Development of High-Speed
Ultrawideband Ground-Penetrating Radar for Rebar Detection, Journal of
Engineering Mechanics, March 2013. 139:272-285.
89
[9] Lal Chand Godara, Handbook of Antennas in Wireless Communications,
CRC Press, Washington DC, 2002.
[10] R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, dan A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design
Handbook, Artech House Inc., Norwich, 2001.
[11] Girish Kumar dan K.P. Ray, Broadband Microstrip Antennas, Artech
House, Inc, 2003.
[12] AWR Microwave Office 2002 version 5.53
www.awrcorp.com/awr-support/system-requirements
[13] Azodi Hossein, UWB Air-Coupled Antenna for Ground Penetrating
Radar, Delft University of Technology, 2010, p.13
[14] Y. Tao, S. Kan, G. Wang, Ultra-wideband bow-tie antenna design,
Proceedings IEEE International Conference on Ultra-Wideband
(ICUWB2010), Nanjing, China, 2010, p.1
[15] A.A. Eldek, A.Z. Elsherbeni, C.E. Smith, IEEE Topical Conference on
Wireless Communication Technology, Honolulu, Hawai, 2003.
[16] Gary Breed, “A Summary of FCC Rules for Ultra Wideband
Communications”, High Frequency Electronics, Summit Technical Media,
2005.
[http://highreqelec.summittechmedia.com/Archives/Jan05/HFE0105_Tuto
rial.pdf]
[17] M.H. Jamaluddin, M.K. A. Rahim M. Z. A. Abd. Aziz, A. Asrokin,
Microstrip Dipole Antenna For WLAN Application,
CURRICULLUM VITAE
Nama : Arlendo Stefanus Talahatu
Tempat, Tanggal Lahir : Jakarta, 18 April 1983
Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Kristen Protestan
Status : Belum Kawin
Alamat : Perum. Delta Pekayon Jaya Blok C No.14 Rt.06/07
Pekayon Jaya, Bekasi Selatan, Bekasi 17148
Email : aldo.talahatu@gmail.com
Pendidikan :
1. SDN 04 Pagi, Jakarta 1989-1995
2. SLTPN 199, Jakarta 1995-1998
3. SMAN 44, Jakarta 1998-2001
4. Politeknik Negeri Jakarta, Depok 2001-2004