AMPLIFIERJurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro dan Komputer

Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Desain Atena Mikrostrip Bentuk Segi Empat Untuk Antena Syntentic Aperture Radar (SAR)

Junas Haidi, Hendy Santosa, Alex Surapati

Analisa Kualitas Penyaluran Daya Pada Sistem Distribusi Siborong-Borong Sumatera Utara dengan Pengaturan Sistem Injeksi Pembangkit Tersebar

Irnanda Priyadi, Ika Novia Anggraini, Rahmat Gustiawan

Perancangan Prototype Sistem Keluar Masuk Kendaraan Dengan Proses Perancangan Prototype Sistem Keluar Masuk Kendaraan Dengan Proses LPR (License Plate Recognition) dan QR (Quick Response) Code

Di Universitas BengkuluRian Hidayat, Indra Agustian, Novalio Daratha

Perancangan Boost Converter Pada Mobil Hybrid (Tenaga Angin dan Surya)Alex Surapati, Irnanda Priyadi, Arya Pramudianto

Rancang Bangun Sistem Kendali Kecepatan Motor Induksi 1 Fasa Dengan Pengaturan Sudut Penyalaan (Firing Angle) TRIAC Dengan Pengaturan Sudut Penyalaan (Firing Angle) TRIAC

pada Konveyor Model Rotary Pengering KaretAnizar Indriani, Faisal Hadi, Rahmat Aulani

Pengujian Sludge Battery dengan Teknologi Microbial Fuel Cell sebagai Sumber Energi Listrik Baru Terbarukan

Ika Novia Anggraini, Afriyastuti Herawati, Ferdy Fajrian

Vol. 8 No. 2, November 2018 ISSN: 2089-2020

Jurnal Ilmiah Bidang Teknik Elektro dan Komputer

AMPLIFIER

Pelindung

Dekan Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Penanggung Jawab

Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Ketua Redaksi

Anizar Indriani, S.T., M. T.

Wakil Ketua Redaksi

Faisal Hadi, S.T., M.T.

Anggota Redaksi

Irnanda Priyadi, S.T., M.T. Novalio Daratha , S.T., M.Sc.Ph.D.

Afriyastuti Herawati, S.T., M.T. Ika Novia Anggraini, S.T., M.Eng.

Mitra Bestari

Prof. Dr. Ir. Mauridhi Hery Purnomo, M.Eng. (Institut Teknologi Sepuluh Nopember) Ir. Juningtyastuti, M.T. (Universitas Diponegoro)

Dr. Eng. Hendra, S.T., M.T. (Universitas Bengkulu)

Layout dan Grafis

Anom Ontowiryo, S.T.

Administrasi dan Kesekretariatan

Dahlia Julita, S.Pd.

Penerbit

Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Alamat Redaksi

Program Studi Teknik Elektro Gedung Fakultas Teknik Universitas Bengkulu

Jalan W.R. Supratman, Kandang Limun, Bengkulu 38123 Telp. (0736) 344087, Fax. (0736) 22105

E-mail: jurnalamplifier@gmail.com Blog: www.te.unib.ac.id/jurnalamplifier

1

Desain Atena Mikrostrip Bentuk Segi Empat Untuk AntenaSyntentic Aperture Radar (SAR)

Junas Haidi1 , Hendy Santosa1, Alex Surapati1

1Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas BengkuluE-mail: junas.haidi@unib.ac.id

ABSTRACT

This paper is designing a rectangular microstripantenna for SAR antenna applications that works at afrequency of 10 GHz with the material used is Duroid4350b substrate. From the research results obtainedSAR antenna output with a return loss value of -42.13Db, VSWR of 1.0158 antenna impedance of 48.67 Ω,bandwidth of 0.377 GHz, HPBW of 15º and Gain of 10.5dBi. From the output antenna parameters produced, itmeets the antenna standard which is quite good. Indesigning the SAR antenna with this rectangular shapestill needs to be developed especially the value of theGain and HPBW antenna because the SAR antenna musthave a large gain and a small HPBW value.

Keywords− Millimeter Wave, Microstrip Antenna,RADAR, SAR.

INTISARI

Paper ini adalah merancang antena mikrostrip bentuksegi empat untuk aplikasi antena SAR yang berkerjadifrekuensi 10 GHz dengan material yang digunakanadalah substrat Duroid 4350b. dari hasil penelitiandidaptkan output antena SAR dengan nilai return losssebesar -42,13 dB, VSWR sebesar 1,0158, impedansiantena 48,67Ω, bandwidth 0,377 GHz, HPBW sebesar150 dan Gain 10,5 dBi. Dari parameter output antenayang dihasilkan, telah memenuhi standar antena yangcukup baik. Dalam perancangan antena SAR bentuk segiempat ini masih perlu dikembangkan lagi terutama nilaiGain dan HPBW antena, karena antena SAR harusmemiliki Gain yang besar dan nilai HPBW yang kecil.

I. PENDAHULUAN

Synthetic Aperture Radar (SAR) digunakan untukpenginderaan jarak jauh pada permukaan bumi[1]dengan menggunakan citra yang mempunyaki resolusitinggi, digunakan kondisi siang dan malam dan bebasdari pengaruh cuaca hujan, awan dan kabut[2] untukbanyak aplikasi mulai dari penelitian perubahan iklim,pemantauan lingkungan dan kondisi bumi saat ini[3].Sistem SAR bekerja digelombang mikro denganfrekuensi kerja 0,3 GHz sampai 300 GHz[4]. SAR terdiri

dari dua bagian yaitu pemancar (transmitter) danpenerima (receiver), Bagian pemancar akanmengirimkan gelombang elektromagnetik secara terusmenerus yang dipantulkan kepermukaan bumi yangmenjadi pengamatan, kemudian antena penerima akanmenangkap gelombang elektromagnetik yangdipantulkan dari permukaan bumi direkam dan diprosesketahapan berikunya [4][5].

Antena SAR harus memiliki bandwaidth yangsempit untuk mendapatkan resulosi gambar yang tinggidan target objek yang diamati akan semakin jelas[6].Dalam membuat antena SAR harus diperhitungkan juganilai ekonomis, pada penelitian yang dilakukan dalammendesain antena SAR digunakan substart Duroid4350b yang harganya cukup murah. Sehingga dilakukanpenelitian antena SAR yang murah dan memenuhistandar antena yang telah ditentukan.

2. DESAIN ANTENA SAR

A. Desain Antena SAR Bentuk Segi Empat.Antena SAR yang dibuat bekerja pada frekuensi 10

GHz dengan material yang digunakan adalah substratDuroid 4350b. spesifikasi substrat yang digunakan dapatdilihat pada Tabel 1.

TABEL 1SPESIFIKASI SUBSTRAT YANG DIGUNAKAN

Jenis Substrat Duroid 4350b

Konstanta Dielektrik Relatif ( r ) 3,48

Faktor Dispasi 0,0265

Ketebalan Substrat (h) 1.524 mm

Untuk merancang dimensi lebar patch antena SARyang bekerja difrekuensi 10 GHz dapat dilakukanperhitungan dengan menggunakan Persamaan 1[7].Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh lebar patchsebesar 10,02 mm.

2

12

rfr

cW

(1)

2

Sementara itu, nilai panjang patch dapat dicaridengan menggunakan Persamaan 2, 3, 4 dan 5[7].Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh panjang patchsebesar 6,79 mm.

LLL eff 2 (2)

reff

efffr

cL

2 (3)

)8,0)(258,0(

)264,0)(3,0(412,0

h

Wh

W

hL

reff

reff

(4)

W

hrr

reff12

1

1

2

1

2

1 (5)

Saluran pencatu yang digunakan pada perancanganawal untuk frekuensi 10 GHz mempunyai impedansimasukan sebesar 50 Ω[8][9]. Untuk mencari lebarsaluran pencatu pada impedansi 50 Ω digunakanPersamaan 6 dan Persamaan 7[7]. Berdasarkan hasilperhitungan diperoleh lebar saluran pencatu bernilai 3,45mm.

rr

r BBBh

W

61,039,0)1ln(

21

)12ln(12 (6)

rOZB

260

(7)

Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan makadidapat lebar patch, panjang patch dan lebar saluranpencatu persegi panjang sebesar 10,02 mm, 6,79 mmdan 3,45 mm. Dimensi antena mikrostrip bentuk persegipanjang yang didapatkan dari hasil perhitungan denganteori, masih bisa berubah setelah dilakukan iterasisimulasi dengan bantuan soft ware. Gambar antena SARberdasarkan hasil dari perhitungan teori dapat dilihatpada Gambar 1 dan ukuran antena SAR dari hasilperhitungan dapat dilihat pada Tabel 2.

Gambar 1. Bentuk patch antena SAR sebelum diiterasi.

TABEL 2UKURAN ANTENA SAR DARI HASIL PERHITUNGAN

Diameter Antena SAR mm

Panjang Patch 6,79

Lebar Patch 10,02

Lebar Saluran Pencatu 3,45

B. Simulasi Antena SAR.

Dari Gambar 1 dan data pada Tabel 2 dilakukan simulasidengan menggunakan Soft Ware. Dari hasil simulasi makadapat dilihat parameter output antena SAR yang didesaindengan menggunakan perhitungan teori. Adapun parameteroutput antena SAR Return loss antena dapat dilihat padaGambar 2, grafik VSWR dapat dilihat pada Gambar 3,impedansi antena dapat dilihat dari smitchart pada Gamabr 4dan Pola Radiasi Antena dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 2. Return loss sebelum dilakukan iterasi.

Dari Gambar 2 nilai return loss yang didapatkansebelum dilakukan iterasi pada frekuensi kerja 10 GHzadalah -3,36 dB. Tentunya nilai return loss yangdihasilkan masih cukup besar dan masih jauh dari nilaisetandar minimal yang diizinkan yaitu -10 dB[10].Sehingga antena yang didesain masih perlu dilakukaniterasi untuk mendapatkan nilai yang optimal sebelum dipabrikasi menjadi antena SAR.

Gambar 3. Grafik VSWR sebelum dilakukan iterasi.

3

Sebelum dilakukan iterasi maka didapatkan nilaiVSWR sebesar 5,22 pada Gambar 3. Dari grafik VSWRtersebut maka antena yang didesain masih sangat jauhuntuk memenuhi nilai standar minimal yang diizinkan,dimana setandar VSWR antena adalah 2 sampai dengan1. Pada penelitian ini ditargetkan nilai VSWR kurangdari 1,2 untuk mendapatkan kinerja antena SAR yangbaik, tanpa menimbulkan gelombang balik kepemancaratau transmiter.

Gambar 4. Smitchart impedansi sebelum dilakukan iterasi.

Antena SAR yang dirancang menggunakanimpedansi sebesar 50Ω. Pada saat antena belumdilakukan iterasi didapatkan impedansi pada Gambar 4sebesar 33,95Ω tentunya nilai impedansi dari hasilperancangan sebelum dilakukan iterasi sangat jauh darinilai 50Ω hal ini apabila antena SAR langsung dibuatmaka akan mengakibatkan antena tidak matching ataurugi-rugi daya akan sangat besar, sehingga gelombangelektromagnetik yang dipancarkan sangat lemah. Dengankondisi impedansi yang jauh dari standar yang telahditetapkan maka antena SAR yang dirancang masihdiperlukan iterasi untuk mendapatkan impedansi yangmendekati 50Ω.

Gambar 5. Polarisasi 2D sebelum dilakukan iterasi.

Gambar 6. Polarisasi 3D sebelum dilakukan iterasi.

Dari Gambar 5 dan Gambar 6 dapat dilihat polaradiasi antena yang dihasilkan sebelum diiterasi adalahomni direksional dengan Gain 6,84dBi dan HPBW 87,70

. dari gambar pola radiasi antena yang didesain sebelumdilakukan iterasi daya yang dipancarkan oleh antenaSAR masih menyebar kesegala arah sehingga jarakjangkauan gelombang elektromagnetik yang dipancarkanoleh antena menjadi pendek. Untuk mebuat antena SARmempunyaki polaradiasi direksional atau yang terpusatmaka perlu dilakukan metode-metode dalam desainantena SAR sehingga Gain yang dihasilkan cukup besardan HPBW antena menjadi kecil dan diharpkan dalamdesain antena SAR didaptkan Gain diatas 13 dBi danHPBW kurang dari 450[11]. Sehingga pola radiasi yangdihasilkan pada gambar 2 dimensi dan 3 dimensimenjadi pola direksional atau terpusat kesuatu arah.

C. Iterasi Antena SAR.

Untuk mendaptkan hasil yang optimal dalam desainantena mikrostrip, maka perlu dilakukan proses iterasi.Proses iterasi ini bertujuan untuk membuat output antenayang didesain memenuhi standar yang telah ditetapkanyaitu retun loss kurang dari -10 dB[12], VSWR kurangdari 2 dan nilai impedansi mendekati 50Ω. Proses iterasidesain antena SAR ini dengan cara menambah ataumengurangi ukuran antena dari desain awal yaitumenambah dan mengurangi ukuran panjang dan lebarpatch antena segi empat dan dilanjutkan dengan iterasilebar dan panjang saluran pencatu antena SAR. Dariproses iterasi yang dilakukan didapatkan ukuran antenayang siap di cetak atau dipabrikasi dapat dilihat padaTabel 3. Dan bentuk antena SAR setelah dilakukanproses iterasi dapat dilihat pada Gambar 7.

TABEL 3UKURAN ANTENA SAR SETELAH DIITERASIDiameter Antena SAR mm

Panjang Patch 11

Lebar Patch 14,84

Lebar Saluran Pencatu 3,5

Lebar Saluran Pencatu 8

4

Gambar 7. Antena SAR setelah iterasi

Gambar 7 adalah gambar deasain antena SAR yangtelah selesai diiterasi dan siap dipabrikasi, untuk outputproses iterasi grafik return loss dapat dilihat padaGambar 8, proses iterasi VSWR dapat dilihat padaGambar 9 dan proses iterasi impedansi dapat dilihat padaGambar 10.

Gambar 8. Proses iterasi nilai return loss

Gambar 9. Proses iterasi nilai VSWR

Gambar 10. Proses iterasi nilai impedansi

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil desain, iterasi dan dilakukan pabrikasiantena SAR dapat dilihat pada Gambar 11. Parameteroutput antena SAR yang didapat nilai return loss dapatdilihat pada Gambar 12, nilai VSWR dapat dilihat padaGambar 13, nilai impedansi antena dapat dilihat padaGambar 14 dan polaradiasi dapat dilihat pada Gambar 15dan Gambar 16.

Gambar 11. Antena SAR di frekuensi kerja 10 GHz

Gambar 12. Retun loss antena SAR

Dari Gambar 12 nilai return loss antena SAR yangdibuat difrekuensi 10 GHz adalah -42,13 dB. Dari nilaireturn loss yang didapatkan dari output antena SARsebesar -42,13 dB, berarti antena SAR yang dibuat telahmemenuhi standar return loss antena yaitu kurang dari -10 dB[12]. Nilai return loss yang didapatkan sangat baiksehingga rugi – rugi daya pancar dari antena sangatkecil. Dari gambar grafik return loss diadpatkanbandwidth antena SAR sebesar 0,377 GHz.

Gambar 13. VSWR antena SAR

Nilai VSWR antena SAR yang dibuat sebesar 1,0158dimana standar VSWR antena adalah dari 1 samapidengan 2. Dengan nilai VSWR yang didapat hampirmendekati 1 maka antena SAR yang dibuat sangat baikdikarenakan gelombang balik kepemancar sangat kecilsehingga hampir semua daya terpancar keudara.

5

Gambar 14. Impedansi antena SAR

Impedansi antena SAR yang dibuat dari grafiksmitchart sebesar 48,67Ω telah mendekati nilai 50Ω.Dengan impedansi yang didapat sebesar 48,67Ω makaantena SAR yang dibuat telah memenuhi standar antenadan antena SAR yang dibuat dapat dikatakan matchingsempurna dengan rugi-rugi yang dihasilkan cukup kecil.

Gambar 15. Pola Radiasi 2D antena SAR

Gambar 16. Pola Radiasi 3D antena SAR

Pola radiasi antena SAR yang dibuat dapat dilihatpada Gambar 15 dan Gambar 16, dari gambar polaradiasi tersebut didapatkan Gain sebesar 10,5 dBi.Dengan HPBW sebesar 32,40 tentunya dengan nilaiHPBW 32,40 pola radiasi yang didapatkan sudahdirectional walaupun belum optimal. Untukmendapatkan nilai HPBW kurang dari 150 tentunyaharus dilakukan penambahan atau pengembangan desainlagi dengan menggunakan penamabahan patchmenggunakan metode array supaya antana SAR lebihsempurna.

4. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian antena SAR yang telahdilakukan, didapatkan hasil parameter output antenadengan nilai return loss sebesar -42,13 dB, VSWRsebesar 1,0158, impedansi antena 48,67Ω, bandwidth0,377 GHz, HPBW sebesar 150 dan Gain 10,5 dBi.Berdasarkan dari nilai output antena SAR yaitu returnloss, VSWR, impedansi, maka antena SAR yang dibuatpada frekuensi 10 GHz telah memenuhi standar antenadengan parameter output yang sangat baik, tetapi masihperlu pengembangan lagi dipola radiasi antena untukmeningkatkan nilai Gain dan mempersempit nilai HPBWantena SAR.

REFERENSI

[1] R. Fitrianto, Y. S. Rohmah, and E. F. A. M.Saputra, “Rancang Bangun Band Pass FilterFrekuensi 1 . 27 GHz untuk Teknologi SyntheticAperture Radar,” vol. 5, no. 2, pp. 149–168,2017.

[2] A. D. Prasetyo and D. A. Nurmantris,“RANCANG BANGUN ANTENAMICROSTRIP ARRAY DENGAN TEKNIKPENCATUAN PROXIMITY COUPLERUNTUK SENSOR CIRCULAR POLARIZEDSYNTHETIC APERTURE RADAR ( CP-SAR )Prodi D3 Teknik Telekomunikasi , Fakultas IlmuTerapan , Universitas Telkom Fakultas Elektrodan Komunikasi , Universitas Telkom FakultasIlmu Terapan , Universitas Telkom Abstrak,”vol. 1, no. 1, pp. 431–447, 2014.

[3] A. Mukhtar, A. Putri, S. Jayani, J. Cagak, S. Km,and B. Indonesia, “IMPLEMENTASI CHIRPSIGNAL GENERATOR PADA FPGA UNTUKMISI PENCITRAAN LAPANSURVEILLANCE AIRCRAFT - SYNTHETICAPERTURE RADAR ( LSA-SAR ),” pp. 1–14,2015.

[4] W. Junita Monika Pasaribu, Jalu Tejo Nugroho,PEMANFAATAN PENGINDERAAN JAUHUNTUK PEMANTAUAN PENURUNAN MUKATANAH (LAND SUBSIDENCE), vol. 7, no. 25–42. 2014.

[5] M. A. Arif, H. Wijanto, and A. D. Prasetyo,“PERANCANGAN DUPLEXER JENISFERRITE CIRCULATOR UNTUK APLIKASISYNTHETIC APERTURE RADAR ( SAR )REALIZATION OF FERRITE CIRCULATORTYPE DUPLEXER FOR SYNTHETICAPERTURE RADAR ( SAR ) APPLICATIONEcho store Echo store,” vol. 3, no. 2, pp. 1861–1867, 2016.

[6] B. Syihabuddin, D. A. Nurmantris, and A. D.Prasetyo, “Perancangan Bandpass Filter PitaSempit pada Frekuensi L-Band untuk AplikasiSynthetic Aperture Radar ( SAR ),” vol. 9, no. 2,pp. 198–203, 2017.

[7] I. Surjati, Antena mikrostrip konsep danaplikasinya. jakarta: universitas trisakti, 2010.

[8] V. Keerthi, H. Khan, and P. Srinivasulu, “Design

6

of C-Band Microstrip Patch Antenna for RadarApplications Using IE3D,” IOSR-JECE, vol. 5,no. 3, pp. 49–58, 2013.

[9] N. Rahman and M. T. Islam, “A Tuning Fork-Shaped Microstrip Patch Antenna for X-BandSatellite and Radar Applications,” IEEE, pp. 17–18, 2017.

[10] T. M. Neebha and M. Nesasudha, “ArtificialNeural Network Based Design of a MicrostripPatch Antenna for RADAR Applications,” IEEE,no. August, pp. 93–98, 2012.

[11] D. Wijoyono, S. Ramadhanty, D. Rakmatullah,and F. Y. Zulkifli, “Uniform Microstrip ArrayAntenna with Low Sidelobe Level for CoastalSurveillance Radar Application at 9 . 37 – 9 . 43GHz,” IEEE, pp. 22–25, 2017.

[12] S. Gupta, S. S. Dhillon, P. Khera, and A.Marwaha, “Dual band u-slotted microstrip patchantenna for c band and x band radarapplications,” in IEEE, 2013, pp. 41–45.