Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits ... · Pengukuran hendaknya dilakukan di...

Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral

Slits Pada Frekuensi 2,4 Ghz Untuk Satelit Nano

Dosen Pembimbing :

1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D.

2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D.

Institut Teknologi Sepuluh

Nopember

Seminar Tugas Akhir

Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia

25 JUNI 2012

Oleh

Widyanto Dwiputra Pradipta

2208 100 087

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

00000 : Nomor port

Partisipasi ITS dalam

program IINUSAT-01

Pengembangan IINUSAT II

dan ITS-SAT dengan

komunikasi real time video

Antena mikrostrip

sebagai antena

pemancar

Desain antena

mikrostrip array

Gain antena

mikrostrip relatif kecil

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

Bagaimana desain rancangan antena mikrostrip

array dengan pola tapered peripheral slits dan

pencatuan aperture coupled dapat memberikan

hasil yang optimal.

Apa saja pengaruh penyusunan antena mikrostrip

secara array sehingga didapatkan karakteristik

antena yang lebih baik.

Bagaimana gain dan pola radiasi yang diperoleh

dari antena array mikrostrip ini.

Bagaimana hasil desain antenna untuk satelit S-

band sehingga dapat di realisasikan pada IINUSAT

II dan ITS-sat.


2


Tujuan dari penelitian ini adalah didapatkan hasil

rancangan desain antena array mikrostrip tapered

peripheral slits yang dapat beroperasi pada

frekuensi 2,4 GHz untuk dapat direalisasikan

pada Satelit Nano.

Tujuan

3

1. Panjang sisi satelit nano 10x10 cm.

2. Software CST 2012 Microwave Studio.

3. VSWR, Return Loss, Gain dan Pola

radiasi.

4. Laboratorium Antena dan Propagasi

Teknik Elektro ITS dan PENS.


Batasan Masalah

4


5

Metode Penelitian

Penentuan

Kriteria Antena

Simulasi

Desain Antena

Realisasi

Desain Antena

Evaluasi

Desain Antena

Pencarian

Literatur

Optimasi

Desain

Antena

Pengukuran

Parameter Antena

Start

Sesuai

Kriteria?

End

1

1

Ya

Tidak

www.themegallery.com

Antena Mikrostrip

• Patch rectangular :

1

2

2

rfr

cW

Lfr

cL

reff

22

Keterangan :

L = Panjang patch (mm)

W= Lebar patch (mm)

C = Kecepatan cahaya di ruang bebas

Fr =Frekuensi kerja (Hz)

εr = Permitivitas relatif

substrat(FR4=4.4)

εreff = Konstanta dielektrik efektif

h = Ketebalan substrat (1.6 mm)

ΔL =panjang pertambahan

Lebar patch (W)

Panjang patch (L)

6

(2)

(Buku Balanis, Constantine.A., Antena Theory ).

(1)



Pencatuan Aperture Coupled


7

Pencatuan aperture coupled digunakan untuk menghasilkan gain antena yang lebih besar.

(Buku Thesis Civerolo, Michael Paul. Aperture Coupled Microstrip Antenna Design and Analysis).

Dimensi slot pada ground plane

Dimensi panjang saluran pencatu


Pola Tapered Peripheral Slits

Untuk meminimalkan ukuran patch antena, maka digunakan teknik Tapered Peripheral Slits yang mampu mengurangi dimensi patch hingga 33%.

(Jurnal Kakoyiannis, C., A Compact Microstrip Antenna with Tapered Peripheral Slits for CubeSat RF

Playloads at 436 MHz : Miniaturization Techniques, Design & Numerical Result).


8


Cross Slot

Salah satu teknik untuk mendapatkan polarisasi sirkular pada antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupled adalah dengan memberikan slot berbentuk cross (+).

(Jurnal Chang, The-Nan and Lin, Jyung-Min, Serial Aperture-Coupled Dual Band Circularly Polarized

Antenna).


9


Desain Antena Array Dengan T-Junction

T-junction merupakan sebuah teknik pembagian daya (power divider) yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Salah satu jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai pembagi daya

Z Z0 Z0

Z0

Untuk menentukan nilai Z,

digunakan metoda wilkinson.

Z = Z0 N


10


Penentuan Kriteria Antena

Parameter acuan antena perancangan :

Antena array 2x2

Frekuensi kerja 2.4 GHz

Returnloss < - 10 dB

VSWR < 2

Jarak antar

Patch

½ λ atau 62,5 mm

Polarisasi Sirkular

(LHCP/RHCP)

Pola radiasi Directional

Gain > 3,7 dB

Karakteristik Nilai / satuan

Koefisien Dielektrik 4.3

Ketebalan substrat 1.6 dan 1 mm

Ketebalan tembaga 35 mikron

Spesifikasi Bahan dasar (substrat) FR-04 Epoxy :


11


Perancangan Desain Antena

Parameter Desain Lambang Nilai

Panjang Gel. di ruang bebas λo 125 mm

Panjang Gel. di dielektrik λd 60 mm

Lebar Patch W 38 mm

Panjang Patch L 29,42 mm

Lebar Slot Ws 8,788 mm

Panjang Slot Ls 0,975 mm

Panjang Saluran Pencatu

50Ω

43,97 mm

Lebar Saluran Pencatu 50Ω 3,11 mm

Panjang Saluran Pencatu

70,7Ω

17,7 mm

Lebar Saluran Pencatu

70,7Ω

1,63 mm


12


Perancangan Cross Slot

Paramater Ukuran

Antena

Dimensi (mm)

Ukuran subtrat 51.4 x 40

Tebal subtrat 1 1.6

Tebal subtrat 2 1

Panjang patch (l) 23.95

Panjang slot (Ls) 16.5

Lebar slot (Ws) 1.5

Panjang Saluran Pencatu (Total) 64.43

Lebar Saluran Pencatu 3.11


13


Pola Tapered Peripheral Slits

Dimensi Antena Panjang (mm)

Panjang sisi patch 20.3

Panjang slit 1 6

Panjang slit 2 4.5

Panjang slit 3 3

Panjang slit 4 1.5

Lebar slit 0.4


14


Desain Antena Mikrostrip Array 2x2


15


Hasil Simulasi Returnloss dan Bandwidth


Perhitungan Bandwidth

B = 𝑓2 − 𝑓1 = 2.4191 − 2.3947 = 34,4 𝑀𝐻𝑧

Frekuensi (GHz) Return Loss (dB)

2,4 -15,708

2,3847 -10

2,4191 -10


16


Hasil Simulasi VSWR


17


Hasil Simulasi Gain

Gain total : 4,413 dB


18


Hasil Simulasi Pola Radiasi


19


Perhitungan Axial Ratio


Medan Listrik pada sumbu Y Emajor = 14730 v/m

Medan Listrik pada sumbu X Eminor = 12130 v/m

AR = Emajor / Eminor = 14730 / 12130 = 1,197


20


Hasil Realisasi Antena Mikrostrip Planar Array Dua Elemen

a) Gambar antena bagian atas b) Gambar antena bagian bawah


21


Metode Pengukuran Antena

Pengukuran Return Loss dan VSWR

Network

Analyzer

Antena

Mikrostrip

Array

Perangkat yang dibutuhkan :

1. Network Analyzer

2. Kabel Coaxial RG58

3. Konektor N to SMA


22


Metode Pengukuran Antena

Pengukuran Gain dan Pola Radiasi

Spectrum Analyzer

Antena Referensi

Signal Generator

Antena Pemancar Antena Mikrostrip

Array


23


Hasil Pengukuran Returnloss dan Bandwidth

Perhitungan Bandwidth

B = 2 − 𝑓1 = 2.077 − 2.666 = 588,67 𝑀𝐻𝑧 Frekuensi (GHz) Return Loss (dB)

2,4 -30,894

2,077 -10

2,666 -10


24


Hasil Pengukuran VSWR

Frekuensi (GHz) VSWR

2,4 1,191


25


Hasil Pengukuran Pola Radiasi

Pola radiasi phi=0o Pola radiasi phi=90o


27


Hasil Pengukuran Gain

Perhitungan nilai gain antena dengan

menggunakan antena referensi dengan

gain 7 dB, untuk menentukan gain antena

digunakan persamaan :

Gt (Gain Antena Mikrostrip) = Gs (Gain Antena Referensi) + Pt

(Daya Terima antena mikrostrip - Ps (Daya Terima antena

refrensi)

Dengan

Gt = (Gain Antena Mikrostrip)

Gs = (Gain Antena Referensi)

Pt = (Daya Terima Antena Mikrostrip)

Ps = (Daya Terima Antena Refrensi)

maka

Gt = 7 + (-48.459) – (-45.563)

Gt = 7 + (-2.896)

Gt = 4,104 dB

No

Level Daya

Terima Antena

Referensi (Ps (dBm))

Level Daya

Terima Antena

yang diukur (Pt (dBm))

Rasio

level

Daya

Antena (dB)

1 -41.37 -45.38 -4.01

2 -42.45 -49.73 -7.28

3 -48.35 -51.37 -3.02

4 -47.46 -52.24 -4.78

5 -40.23 -44.5 -4.27

6 -49.42 -45.31 4.11

7 -50.22 -54.25 -4.03

8 -51.87 -52.93 -1.06

9 -43.24 -45.26 -2.02

10 -41.02 -43.62 -2.6

Rata-rata

-45.563 -48.459 -2.896


28

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 29

KESIMPULAN

1. Pada simulasi didapatkan parameter-parameter untuk frekuensi 2.4GHz

sebagai berikut:

Return loss = -15.708 dB Bandwidth = 34,4 MHz

VSWR = 1,3922 Gain = 4,413 dB

Sedangkan hasil pengukuran parameter-parameter untuk frekuensi 2.4 GHz

yaitu:

Return loss = -30,894 dB Bandwidth = 588,67 MHz

VSWR = 1,191 Gain = 4,104 dB

2. Pola radiasi antena mikrostrip planar array 2x2 hasil simulasi dan hasil

pengukuran memiliki karakteristik direksional.

3. Dengan tanpa melupakan keterbatasan data yang diperoleh, secara umum

antenna array mikrostrip tapered peripheral slits memiliki spesifikasi dan

rancangan yang memenuhi untuk digunakan pada satelit S-Band IINUSAT II

atau ITS-SAT pada frekuensi 2.4 GHz


SARAN

1. Pengukuran hendaknya dilakukan di ruangan khusus pengukuran

antena yang disebut chamber agar tidak terjadi interferensi pantulan

gelombang elektromagnetik.

2. Menggunakan perangkat Network Analyzer yang memiliki presisi

yang baik.

3. Pembuatan antena yang kurang bagus dan tidak teliti mengakibatkan

perubahan dalam nilai paramater antena, hendaknya pembuatan

antena mikrostrip dilakukan di tempat pembuatan PCB yang

profesional.

4. Pemakaian konektor dan kabel koaksial yang tidak cocok juga dapat

mempengaruhi hasil pengukuran. Gunakan konektor dan kabel

dengan impedansi yang sesuai dengan impedansi antena

30


TERIMA KASIH

BUILDING THE NATIONAL INDEPENDENCE IN SATELLITE TECHNOLOGY THROUGH STUDENT NETWORKING


Penentuan dimensi patch antena mikrostrip -Panjang gelombang di ruang bebas (𝜆0)

𝜆𝑜 = 𝑐

𝑓𝑜=

3 𝑥 108 𝑚/𝑠

2.4 𝑥 109 𝐻𝑧= 0.125 𝑚 = 125 𝑚𝑚

-Panjang gelombang pada dielektrik FR04 Epoxy

𝜆𝑑 = 𝜆𝑜

𝜀𝑟=

0.125 𝑚

4.3= 0.06 𝑚 = 60 𝑚𝑚

-Lebar Patch (W)

W = 𝐶

2𝑥𝑓𝑥

2

ɛr

:1 =

3 𝑥 108

2.4 𝑥 109 𝑥

2

4.4:1 = 0.038 m = 38 mm

PERANCANGAN DESAIN ANTENA

PERANCANGAN DESAIN ANTENA

-Panjang Patch (L)

L = 𝐶

2 𝑥 𝑓 𝑥 ɛreff

− 2 𝑥 ∆L = 3 𝑥 108

2 𝑥 2.4 𝑥 109 𝑥 4.085− 2 𝑥 0.7388

= 29.42 mm

dengan :

ɛreff = ɛ

r:

1

2+

ɛr

;1

2 𝑥 (1 +

12 𝑥 ℎ

𝑊);0.5 =

4.4:

1

2+

4.4;

1

2 𝑥 (1 +

12 𝑥 1.6

38);0.5

= 2.7 + 1.385 = 4.085

∆L = 0.412 x h x ɛ

reff:

0.258 𝑥

(

𝑊

ℎ :0

.264

)

ɛreff

;0

.258

𝑥(𝑊

ℎ:0.813)

= 0.412 x 1.6 x 4.085

:0

.258 𝑥

(

38

1.6:0

.264

)

4.085;

0.258

𝑥(38

1.6:0.813)

=

0.7388 mm

Maka dari hasil perhitungan dimensi Patch pada frekuensi 2,4 GHz adalah W = 38 mm, dan L= 29.42 mm


Perancangan Dimensi Slot

Panjang slot = 0.1477 x λd = 0.1477 x 60 = 8.788 mm

Lebar slot = 0.0164 x λd = 0.0164 x 60 = 0.975 mm

Ketebalan feed subtrat = 0.0169 x λd = 0.0169 x 60 = 1 mm


Perancangan Dimensi Saluran Pencatu

Dimensi Saluran Pencatu 50Ω -Panjang Saluran Pencatu

Panjang saluran pencatu

0.739 x λd = 0.739 x 60 = 43.97 mm

Panjang saluran pencatu (offset)

0.211 x λd = 0.211 x 60 = 12.554 mm

-Lebar Saluran Pencatu

𝑊𝑧 = 2𝑥0.0016

𝜋 5,711 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥5,711 − 1 +

4.3 − 1

2𝑥 4.3𝑙𝑛 5,711 − 1 + 0.39 −

0.61

4.3= 3.11 𝑚𝑚

Dengan 𝐵 =60𝜋2

𝑍0 𝜀𝑟 =

60𝜋2

50 4.3= 5,711


Perancangan Dimensi Saluran Pencatu

Dimensi Saluran Pencatu 70,7Ω -Panjang Saluran Pencatu

𝑙 = 𝜆𝑜

𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 𝑥 4=

125 𝑚𝑚

3.11 𝑥 4= 17.7 𝑚𝑚

-Lebar Saluran Pencatu 𝑊𝑧 =

2𝑥0.0016

𝜋 4.039 − 1 − 𝑙𝑛 2𝑥4.039 − 1 +

4.3 − 1

2𝑥 4.3𝑙𝑛 4.039 − 1 + 0.39 −

0.61

4.3= 1.63 𝑚𝑚

Dengan 𝐵 =60𝜋2

𝑍0 𝜀𝑟 =

60𝜋2

50 4.3= 5,711



Polarisasi saat LHCP

Polarisasi saat RHCP

Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits ... · Pengukuran hendaknya dilakukan di...

Documents

Transcript of Desain Antena Array Mikrostrip Tapered Peripheral Slits ... · Pengukuran hendaknya dilakukan di...