BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN...

23
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Novelita Rahayu, 08334018 5 Laporan Tugas Akhir 2012 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1 Pendahuluan Secara umum, antena merupakan transformator/struktur transmisi dari gelombang terbimbing menuju ke gelombang ruang bebas atau sebaliknya[6]. Ada beberapa jenis antena yang diketahui, sebagai salah satu contohnya yaitu antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan dimensi yang lebih kecil dan bermassa ringan sehingga penggunaan antena mikrostrip sekarang ini lebih banyak digunakan dikarenakan faktor tersebut dan kemajuan teknologi dengan perangkatnya yang berukuran lebih kecil dan bermassa ringan. Elemen dasar dari antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian bahan, yaitu lapisan peradiasi, bahan dielektrik, dan ground plane sebagai tempat untuk menyangga lapisan konduktor dan bahan dielektrik[7]. Elemen dasar dari antena mikrostrip tersebut dapat dilihat seperti pada gambar 1. Gambar 1. Antena Mikrostrip [2] Lapisan peradiasi atau biasa disebut juga dengan patch biasanya terbuat dari tembaga dan memiliki berbagai bentuk seperti pada gambar 2.

Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN...

Page 1: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 5 Laporan Tugas Akhir 2012

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Pendahuluan

Secara umum, antena merupakan transformator/struktur transmisi dari

gelombang terbimbing menuju ke gelombang ruang bebas atau sebaliknya[6]. Ada

beberapa jenis antena yang diketahui, sebagai salah satu contohnya yaitu antena

mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

dimensi yang lebih kecil dan bermassa ringan sehingga penggunaan antena

mikrostrip sekarang ini lebih banyak digunakan dikarenakan faktor tersebut dan

kemajuan teknologi dengan perangkatnya yang berukuran lebih kecil dan

bermassa ringan.

Elemen dasar dari antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian bahan, yaitu

lapisan peradiasi, bahan dielektrik, dan ground plane sebagai tempat untuk

menyangga lapisan konduktor dan bahan dielektrik[7]. Elemen dasar dari antena

mikrostrip tersebut dapat dilihat seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Antena Mikrostrip [2]

Lapisan peradiasi atau biasa disebut juga dengan patch biasanya terbuat

dari tembaga dan memiliki berbagai bentuk seperti pada gambar 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 6 Laporan Tugas Akhir 2012

Gambar 2. Bentuk-bentuk Lapisan Peradiasi/Patch Antena Mikrostrip [2]

Sedangkan untuk bahan dielektrik yang digunakan biasanya memiliki

harga permitivitas relatif ( ) sesuai dengan penggunaan dari antena mikrostrip

tersebut. Dan ground plane yang berfungsi sebagai tempat untuk menyangga

lapisan konduktor dan bahan dielektrik terbuat dari bahan tembaga, sama seperti

bahan untuk patch.

Sama seperti beberapa jenis antena lainnya, antena mikrostrip juga

memiliki beberapa keunggulan dan kelemahan. Pada tabel 1 berikut tertulis

beberapa keunggulan dan kelemahan yang terdapat pada antena mikrostrip.

Tabel 1. Keunggulan dan Kelemahan Antena Mikrostrip [3]

Keunggulan Antena Mikrostrip Kelemahan Antena Mikrostrip

Bobot ringan dan dimensi kecil Bandwidth yang sempit

Mudah dalam pemasangan Adanya loss pada antenna

Biaya pembuatan yang murah Karakter radiasi yang kurang baik

Aerodynamic/berukuran kecil Gain yang kecil dan terbatas

Berpolarisasi linear atau sirkular Interferensi tegangan permukaan

Multi frekuensi Tegangan arus balik yang rendah

Pada BAB II ini penulis akan memfokuskan pembahasan pada teori dasar

antena mikrostrip lingkaran, microstripe transmission line, teknik pencatuan

proximity coupling, dan teori susunan antena.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 7 Laporan Tugas Akhir 2012

2.2 Tinjauan Pustaka

Penulis berhasil menemukan dalam literatur (Tugas/Proyek Akhir)

beberapa realisasi antena di dalam lingkungan Politeknik Negeri Bandung

yang menjadi bahan-bahan acuan penulis untuk membuat tugas akhir

terhadap pengembangan dalam perancangan dan realisasi antena

mikrostrip. Berikut beberapa Tugas/Proyek Akhir yang menjadi bahan acuan

penulis :

1. Yuliana Siahaan. 2011. Realisasi Antena Mikrostrip Susun 2 Elemen dengan

Teknik Pencatuan Proximity Coupling untuk Range Frekuensi 2,3 – 2,4 GHz.

2. Krishna Pretty Ekarina. 2010. Realisasi Antena Mikrostrip dengan Teknik

Pencatuan Proximity Coupling untuk Aplikasi WiMAX.

3. Nur Aulianto Fauzi. 2008. Realisasi Susunan Planar Antena Mikrostrip

Lingkaran untuk Aplikasi WLAN.

4. Muzaidi. 2008. Realisasi Antena Patch Sirkular dengan Pencatuan EMC untuk

WLAN (2400-2483,5 MHz).

5. Aris Muhammad Masyour. 2008. Realisasi Antena Susun Planar Empat

Elemen Mikrostrip Lingkaran dengan Segmen Berturbasi untuk Aplikasi

WLAN.

Berikut jurnal yang diambil penulis sebagai salah satu literatur

untuk mengembangkan tugas akhir penulis :

1. Verma Elka. 2012. Analysis And Design of Circular Microstrip Antenna in X

Band.

Adapun literature-literatur lain yang menjadi tambahan dalam

pengembangan tugas akhir penulis diantaranya materi-materi mengenai

pengembangan terhadap antena mikrostrip dengan patch berbentuk

lingkaran yang disusun secara planar menggunakan teknik pencatuan

proximity coupling yang didapat melalui browsing di internet. Sehingga

dari literatur-literatur tersebut, didapatkan perbedaan yang menjadi

kelebihan tersendiri sebagai bentuk pengembangan terhadap tugas akhir

yang akan dirancang dan direalisasikan, diantaranya sebagai berikut :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 8 Laporan Tugas Akhir 2012

1. Jumlah elemen yang disusun pada antena mikrostrip ini berjumlah

empat dengan disusun planar.

2. Bentuk elemen yang digunakan berbentuk lingkaran.

3. Teknik pencatuan yang digunakan berupa teknik pencatuan proximity

coupling dengan tujuan untuk memperbesar bandwidth.

2.3 Teori Antena Mikrostrip Lingkaran

Pemodelan dengan menggunakan saluran transmisi sangat popular dan

sederhana dalam perhitungannya, sehingga memberikan hasil perhitungan yang

cukup akurat. Akan tetapi, penggunaan saluran transmisi hanya bisa digunakan

pada patch mikrostrip berbentuk persegi saja. Jarangnya penggunaan teknik lain

seperti penggunaan model rongga atau cavity model yang menganalogikan antena

mikrostrip sebagai rongga. Pemodelan dengan menggunakan cavity model dapat

digunakan dalam bentuk apapun dengan syarat bentuk elemen tersebut teratur,

seperti persegi, lingkaran dan lain-lain. Dengan memperhatikan syarat elemen

tersebut, penulis memilih patch berbentuk lingkaran yang dijadikan sebagai

desain bentuk patch pada tugas akhir ini.

Pemodelan ini berasumsi bahwa dimensi dielektrik antara bidang patch

dan bidang ground plane merupakan rongga resonan dengan dibatasi dinding

magnetik. Hal ini bertujuan untuk mempermudah dalam menghitung distribusi

medan di dalam rongga.

Rongga (cavity) merupakan wave guide atau bumbung gelombang yang

ujungnya dihubung singkat sehingga terjadi gelombang berdiri di sepanjang

saluran[7].

Pada geometri dari antena mikrostrip lingkaran yang diilustrasikan oleh

gambar 3, berlaku anggapan bahwa[6] :

1. Medan listrik E terdiri dari komponen berarah z dan medan magnet H hanya

komponen x dan y saja dalam rongga

2. Tebal dielektrik sangat kecil, sehingga medan-medan dalam rongga tidak

bervariasi terhadap z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 5: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 9 Laporan Tugas Akhir 2012

3. Pada setiap sisi patch, komponen normal dan arus listrik terhadap dinding

substrat adalah nol sehingga komponen tangensial dari medan magnet H adalah

nol.

Gambar 3. Geometri dari Antena Mikrostrip Lingkaran [2]

2.3.1 Desain Antena Mikrostrip Lingkaran

Dalam perancangan dimensi antena mikrostrip lingkaran, perlu diketahui

nilai konstanta dielektrik ( ) dalam satuan Hz, frekuensi resonansi ( ) dalam

satuan Hz dan tinggi dari substrat (h) dalam satuan cm.

Dimensi antena mikrostrip lingkaran atau disimbolkan (a) merupakan

suatu simbol radius/diameter dari dimensi antena mikrostrip lingkaran dengan

persamaan sebagai berikut :

persamaan (2-1)

dimana,

persamaan (2-2)

2.3.2 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi didefinisikan sebagai frekuensi dimana impedansi

tidak memiliki komponen reaktif, sehingga impedansi yang dirasakan adalah

resistif[7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 6: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 10 Laporan Tugas Akhir 2012

Menurut K.F Lee et al[5], besarnya frekuensi resonansi antena mikrostrip

lingkaran dipengaruhi oleh permitivitas relatif bahan dielektrik yang digunakan

dan dimensi antena. Dalam bentuk persamaan matematis :

persamaan (2-3)

Ada empat mode yang dipakai dalam menghitung frekuensi resonansi

pada antena mikrostrip berbentuk lingkaran. Mode dominan yang dipakai antena

mikrostrip lingkaran adalah mode TM110, sehingga persamaan frekuensi

resonansi yang didapat adalah sebagai berikut :

persamaan (2-4)

Lootfollah Shafai et al[4], merumuskan persamaan jari-jari efektif sebagai

berikut[15] :

persamaan (2-5)

2.3.3 Pola Radiasi

Pola radiasi antena didefinisikan sebagai representasi grafis sifat-sifat

pemancaran antena sebagai fungsi dari koordinat ruang, atau merupakan distribusi

daya yang diradiasikan suatu antena sebagai fungsi arah dalam ruang.[7].

Pola radiasi pada antena mikrostrip lingkaran diperoleh dengan

memperhatikan antena mikrostrip sebagai sebuah rongga yang dibatasi dinding

magnetik.

Pada umumnya, mode TM110 merupakan mode yang dapat digunakan

pada patch berbentuk lingkaran. Persamaan (2-6) berikut merupakan persamaan

yang digunakan untuk memperoleh medan-medan dalam rongga :

persamaan (2-6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 7: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 11 Laporan Tugas Akhir 2012

persamaan (2-7)

persamaan (2-8)

Berikut persamaan pola radiasi antena mikrostrip lingkaran yang

merupakan distribusi medan jauh pada koordinat bola :

persamaan (2-7)

persamaan (2-8)

dimana, merupakan tegangan tepi tempelan

persamaan (2-9)

2.4 Saluran Transmisi Mikrostrip

Berbeda dengan saluran strip, pada mikrostrip, saluran terdiri dari

konduktor strip (line) dan sebuah konduktor bidang tanah yang dipisahkan oleh

medium dielektrik dengan konstanta dielektrik r [12]. Jika antena mikrostrip

tidak dilapisi oleh pelindung, maka medan elektromagnetik saluran mikrostrip

akan meradiasi ke udara dan sebagiannya masuk kedalam lapisan dielektrik. Ada

dua dielektrik yang melapisi saluran mikrostrip, diantaranya udara dengan r = 1

dan lapisan dielektrik dengan r 1. Dengan demikian saluran mikrostrip, secara

keseluruhan, dapat kita pandang sebagai sebuah saluran dengan dielektrik

homogen yang lebih besar dari satu tapi lebih kecil dari r, sehingga konstanta

dielektrik tersebut disebut konstanta dielektrik efektif (effective dielektric

constant)[12].

Pendekatan yang mudah untuk menganalisis karakteristik saluran adalah

dengan menganggap medium yang memisahkan kedua konduktor adalah udara.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 8: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 12 Laporan Tugas Akhir 2012

Pada kasus ini bidang tanah bertindak sebagai cermin sehingga terdapat saluran

yang lebarnya sama dan berjarak 2d satu sama lain.

d

W

r

Gambar 4. Pola Medan Listrik pada Saluran Mikrostrip [2]

Dimensi saluran transmisi mikrostrip berpengaruh terhadap Return Loss,

bandwidth, dan VSWR, baik pada dimensi panjang saluran transmisi mikrostrip

maupun lebar saluran transmisi mikrostrip. Untuk dapat mengetahui nilai panjang

dan lebar mikrostrip yang diperlukan, dibutuhkan persamaan untuk menghitung

saluran transmisi mikrostrip tersebut, seperti pada persamaan berikut :

1. Untuk dapat mengetahui nilai konstanta dielektrik efektif ( dapat dicari

dengan menggunakan persamaan berikut :

112

12

1

2

1

1104,012

12

1

2

1

21

221

dWW

d

dWd

W

W

d

rr

rr

e

persamaan (2-10)

2. Sedangkan untuk dapat mengetahui nilai impedansi karakteristik dapat dicari

dengan menggunakan persamaan berikut :

1)444,1ln(667,0393,1

120

14

8ln

60

0

dWdWdW

dWd

W

W

d

Ze

e

persamaan (2-11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 13 Laporan Tugas Akhir 2012

3. Untuk keperluan perancangan, bila diketahui impedansi karakteristik Z0 dan

konstanta dielektrik , lebar saluran dapat dicari dengan persamaan berikut :

261,0

39,0)1ln(2

1)12ln(1

2

22

82

dWBBB

dWe

e

d

W

rr

r

A

A

persamaan (2-12)

4. Untuk mencari nilai A maupun B agar nilai lebar saluran dapat diketahui,

maka nilai A dan B dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut :

rr

rrZA

11,023,0

1

1

2

1

60

0

persamaan (2-13)

rZB

02

377

persamaan (2-14)

5. Apabila ketebalan konduktor berpengaruh, maka lebar saluran seolah-olah

akan bertambah lebar, karena adanya medan limpahan (fringing field) yang tidak

dapat diabaikan, sehingga besaran

diganti dengan lebar efektif

seperti pada

persamaan berikut :

2

14ln1

25,1

2

12ln1

25,1

dWt

W

d

t

d

W

dWt

d

d

t

d

W

d

We

persamaan (2-15)

2.5 Teknik Susunan Antena Mikrostrip

Pada teknik susunan antena mikrostrip terdapat dua tujuan membuat

susunan antena mikrostrip, diantaranya adalah sebagai berikut [8] :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 14 Laporan Tugas Akhir 2012

1. Mendapatkan diagram arah dengan pola tertentu (beam forming)

2. Mendapatkan diagram arah dengan pengendalian arah tertentu (beam

steering)

Dengan diketahuinya tujuan membuat susunan antena mikrostrip,

pembahasan pada sub bab ini mempunyai konsep dasar mengenai susunan antena

mikrostrip. Ada dua hal mengenai susunan antena [8] :

1. Konsep Dasar Susunan :

a. Susunan Dua Antena Isotropik untuk Berbagai Kasus

b. Prinsip Perkalian Diagram dan Sintesa pada Susunan Antena Sejenis

2. Susunan Linear dan Sumber Titik Isotropis

a. Distribusi Arus Uniform

b. Distribusi Arus Nonuniform

2.5.1 Konsep Dasar Susunan

2.5.1.1 Susunan Dua Antena Isotropik untuk Berbagai Kasus

Pada susunan dua sumber isotropis dipisahkan oleh jarak d. Titik observasi

dilakukan ke arah sudut Ø dari sumbu horisontal (sumbu-x). Garis orientasi dari

sumber-sumber isotropis menuju titik observasi dianggap sejajar karena d lebih

kecil dari jarak antena menuju titik observasi, dan nilai d merupakan jarak antar

sumber isotropis. Sebagai ilustrasi dari penjelasan mengenai susunan dua antena

isotropik untuk berbagai kasus, dapat dilihat pada gambar 5 berikut.

Gambar 5. Susunan Dua Antena Isotropik untuk Berbagai Kasus [8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 11: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 15 Laporan Tugas Akhir 2012

Untuk susunan dua antena isotropik meliputi beberapa kasus :

1) Susunan Isotropis Amplitudo dan Fasa Sama

Untuk referensi di titik 0, referensi tersebut dianggap sebagai referensi

sebagai titik dengan fasa = 0, maka akan tertinggal sebesar :

persamaan (2-16)

dan mendahului sebesar :

persamaan (2-17)

sehingga dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

persamaan (2-18)

dengan,

persamaan (2-19)

Untuk mencari medan maksimum dan minumum seperti pada gambar 6

dan gambar 7, maka diperlukan persamaan medan maksimum dan medan

minimum. Persamaan medan maksimum dapat diketahui pada persamaan berikut :

persamaan (2-20)

sedangkan untuk persamaan medan minimun dapat diketahui pada persamaan

berikut :

persamaan (2-21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 12: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 16 Laporan Tugas Akhir 2012

Gambar 6. Susunan Isotropis untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

Gambar 7. Medan Maksimum dan Minimum untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

Untuk referensi di titik 1, referensi tersebut dianggap sebagai referensi

sebagai titik dengan fasa = 0, maka akan mendahului sebesar :

persamaan (2-22)

sehingga dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

persamaan (2-23)

atau persamaan dapat dituliskan dengan persamaan berikut :

persamaan (2-24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 13: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 17 Laporan Tugas Akhir 2012

dengan,

persamaan (2-25)

Sedangkan, untuk mencari medan maksimum dan minumum dapat

digunakan persamaan (2-23) dan (2-24). Adapun gambar 8 dan gambar 9 berikut

menampilkan persamaan yang digunakan untuk mencari diagram arah medan dan

diagram fasa yang ada pada susunan isotropis untuk amplituda dan fasa sama.

Gambar 8. Diagram Arah Medan untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

Gambar 9. Diagram Fasa untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

Sehingga dari keseluruhan persamaan tersebut, didapatkan bentuk diagram

arah medan dan arah fasa untuk referensi titik 0 dan 1, seperti yang digambarkan

pada gambar 10 dan gambar 11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 18 Laporan Tugas Akhir 2012

Gambar 10. Diagram Arah Medan untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

Gambar 11. Diagram Arah Fasa untuk Amplituda dan Fasa Sama [8]

2) Susunan Isotropis Amplitudo Sama, Beda Fasa 180º

Perbedaan fasa pada medan-medan yang dihasilkan oleh dua antena yang

dicatu dengan amplituda arus yang sama di titik jauh disebabkan karena jarak

relatif antara dua antena tersebut dinyatakan dalam persamaan :

persamaan (2-26)

Akan tetapi, apabila kedua antena tersebut dicatu oleh arus dengan beda fasa,

maka persamaan terhadap kondisi tersebut dinyatakan dengan persamaan (2-24)

ditambah dengan delta fasa, seperti persamaan dibawah ini :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 15: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 19 Laporan Tugas Akhir 2012

persamaan (2-27)

Adapun terhadap referensi di titik 0 adalah sebagai berikut :

|

persamaan (2-28)

sehingga,

persamaan (2-29)

Untuk harga maksimum dengan d=

, didapatkan nilai delta fasa

maksimum terhadap persamaan berikut :

persamaan (2-30)

Sedangkan untuk harga maksimum dengan d=

, didapatkan nilai delta fasa

minimum terhadap persamaan berikut :

persamaan (2-31)

Pada susunan isotropis untuk amplituda sama dengan beda fasa 180º,

terdapat persamaan untuk menghitung nilai delta setengah fasa serta nilai HPBW

dengan persamaan sebagai berikut :

persamaan (2-32)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 16: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 20 Laporan Tugas Akhir 2012

persamaan (2-33)

Sehingga dari keselurahan persamaan tersebut, didapatkan bentuk diagram arah

medan seperti yang digambarkan pada gambar 12.

Gambar 12. Diagram Arah Medan untuk Amplituda Sama, Beda Fasa 180º [8]

3) Susunan Isotropis Amplitudo Sama, Beda Fasa 90º

Sama halnya seperti teori susunan isotropis amplitudo sama, beda fasa

180º, teori susunan isotropis amplitudo sama, beda fasa 90º sedikit memiliki

persamaan konsep. Hanya saja, untuk pada referensi titik 0 ada penambahan

, seperti pada persamaan berikut :

|

persamaan (2-34)

sehingga,

persamaan (2-35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 21 Laporan Tugas Akhir 2012

Dari keseluruhan persamaan tersebut, didapatkan bentuk diagram arah medan

dan diagram arah medan

seperti yang digambarkan pada gambar 13 dan

gambar 14.

Gambar 13. Diagram Arah Medan

[8]

Gambar 14. Diagram Arah Medan

[8]

4) Susunan Isotropis Amplitudo Berbeda, Beda Fasa = δ

Untuk susunan isotropis amplitudo berbeda, beda fasa = δ, memiliki

bentuk persamaan sebagai berikut :

persamaan (2-36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 22 Laporan Tugas Akhir 2012

dan,

persamaan (2-37)

sehingga dari persamaan tersebut didapatkan diagram arah medan seperti pada

gambar 15 berikut.

Gambar 15. Diagram Arah Medan Susunan Isotropis Amplitudo Berbeda, Beda

Fasa=δ [8]

2.5.1.2 Prinsip Perkalian Diagram dan Sintesa pada Susunan Antena Sejenis

Antena sejenis adalah antena yang memiliki diagram arah medan dan fasa

yang sama, dan orinetasinya juga sama[4]. Biasanya, susunan antena terdiri dari

antena-antena sejenis. Prinsip perkalian diagram hanya dapat dipakai pada

susunan antena yang sejenis, dan tidak berlaku untuk susunan antena yang tidak

sejenis. Maka, susunan sejumlah antena akan memiliki diagram arah sesuai

dengan prinsip perkalian diagram seperti pada persamaan berikut :

persamaan (2-38)

Sintesa diagram bertujuan sebagai proses untuk mencari sumber atau

susunan yang memberikan diagram arah sesuai keinginan perancang[11]. Salah

satu cara yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam sistensa

diagram yaitu dengan menggunakan prinsip perkalian diagram.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 19: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 23 Laporan Tugas Akhir 2012

2.5.2 Susunan Linear dan Sumber Titik Isotropis

2.4.2.1 Distribusi Arus Uniform

Untuk menurunkan persamaan yang dihasilkan oleh susunan sejumlah

n antena isotropis maka digunakan persamaan-persamaan pada pembahasan

sebelumnya,. Seperti pada Gambar 16 dengan referensi titik 1 dinormalisasikan

terhadap Eo.

jnj

tn

jj

tn

j

tn

eeE

eeeeeE

eeeEnjjj

njj

11

- _________________________

...

...1 132

12

persamaan (2-39)

Gambar 16. Distribusi Arus Uniform [8]

sehingga didapatkan persamaan berikut :

persamaan (2-40)

kemudian didapatkan persamaan ternormalisasi untuk referensi pada titik 1

sebagai berikut :

persamaan (2-41)

persamaan (2-42)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 20: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 24 Laporan Tugas Akhir 2012

dan

persamaan (2-43)

Konstanta d merupakan jarak spasi antar antena dan konstanta δ

merupakan beda fasa antar saluran pencatu arus yang berdekatan. Untuk

persamaan medan total ternormalisasi dengan referensi titik tengah, dimana

diagram fasa persamaan berikut berupa step function yang diberikan dari polaritas

(+/-) harga Etn.

persamaan (2-44)

Medan maksimum : terjadi jika suku penyebut sama dengan atau mendekati nol.

Sin 2

= 0 atau

2

= 0, = 0. Jika tidak pernah mencapai

harga nol maka medan maksimum terjadi jika mencapai

harga minimum.

Medan minimum : terjadi jika suku pembilang sama dengan nol. Sin

= 0

atau

= ±kπ (k= 0,1,2,….dst).

Jumlah antena yang ditujukan pada persamaan-persamaan di atas, sangat

bervariasi dari dua dan seterusnya, sehingga banyaknya antena yang digunakan

menggunakan array faktor. Array faktor adalah normalisasi medan total susunan

antena terhadap nilai maksimum dari medan total susunan tersebut[8].

persamaan (2-45)

Jika

dan tercapai pada

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 21: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 25 Laporan Tugas Akhir 2012

persamaan (2-46)

Sedangkan untuk faktor susunan (untuk beberapa sumber) dapat

digambarkan sebagai fungsi φ. Jika φ merupakan fungsi , maka nilai dari faktor

susunan dan pola medan akan dapat langsung diketahui pada gambar 17 dibawah

ini :

Gambar 17. Grafik Faktor Susunan Dan Pola Medan [8]

Persamaan berikut merupakan persamaan yang digunakan untuk

mendapatkan nilai gain susunan :

Jika daya W masuk pada satu antena, maka |E| =

persamaan (2-47)

Jika daya W masuk pada n antena, maka

persamaan (2-48)

Et max = n |E’| =

persamaan (2-49)

penguatan medan, GF =

persamaan (2-50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 22: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 26 Laporan Tugas Akhir 2012

penguatan daya, G = (GF)2

= n

persamaan (2-51)

2.6 Teori Susunan Planar

Untuk menempatkan elemen sepanjang garis (untuk membentuk sebuah

array linier), radiator individu dapat diposisikan bersama kotak persegi panjang

untuk membentuk array persegi panjang atau planar. Array planar memberikan

variabel tambahan yang dapat digunakan untuk mengontrol dan membentuk pola

array. Array planar lebih fleksibel dan dapat menyediakan lebih pola simetris

dengan lobus sisi bawah. Selain itu, array planar dapat digunakan untuk scan

sebuah main beam dari antena menuju setiap titik dalam ruang. Aplikasi yang

menggunakan array planar yaitu radar pelacakan, radar pencarian, penginderaan

jauh, komunikasi, dan banyak lainnya.

Gambar 18. Geometri Linier dan Planar Array [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 23: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORIdigilib.polban.ac.id/files/disk1/77/jbptppolban-gdl-novelitara... · mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang tercetak dengan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

Novelita Rahayu, 08334018 27 Laporan Tugas Akhir 2012

2.7 Teknik Pencatuan Proximity Coupling

Disamping kelebihannya, antena mikrostrip memiliki beberapa

kekurangan, salah satu diantaranya adalah mempunyai kekurangan dalam hal

lebar bandwidth yang sempit dan nilai gain yang kecil. Teknik proximity

coupling merupakan salah satu teknik pencatuan pada antena mikrostrip untuk

melebarkan bandwidth dan menaikkan nilai gain. Bentuk pencatuan proximity

coupling dapat dilihat pada gambar 18. berikut.

Gambar 19. Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity

Coupling[13]

Teknik pencatuan ini menggunakan elektromagnetik kopel dimana antara

saluran dan elemen peradiasi secara fisik tidak terhubung langsung atau

terhubung secara elektromagnetik dimana feedline pada layer pertama terdapat

groundplane, sedangkan pada layer kedua terdapat bagian patch-nya[13]. Pada

teknik pencatuan proximity coupling, bagian patch diletakkan pada layer atas

(layer pertama), sedangkan bagian pencatunya pada layer bawah (layer kedua)

sehingga antena mikrostrip dengan dua layer seperti ini tidak mengakibatkan

munculnya radiasi tersendiri.