FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA MIKROSTRIP … · om/2008/07/12-pengukuran-antena.pdf > Antenna...
Transcript of FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA MIKROSTRIP … · om/2008/07/12-pengukuran-antena.pdf > Antenna...
FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA MIKROSTRIP OMNI DIRECTIONAL
BERSTRUKTUR LARIK GAP FOLDED DIPOLE
Yulia Dyah R1)
, Yono Hadi P2)
Jurusan Fisika Fakultas Metematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Telp: (031)-5943351, Fax: (031)-594331
E-mail: [email protected])
Abstrak
Telah dilakukan fabrikasi dan karakterisasi Antena mikrostrip omni directional berstruktur larik
gap folded dipole. Parameter-parameter fisis yang dikarakterisasi meliputi VSWR (Voltage Standing
Wave Ratio), Return Loss, Impedansi, Gain, Bandwitdh, dan pola radiasi. Substrat yang digunakan pada
penelitian ini adalah FR4 dengan permitivitas relatif r 4,3. Kedua antena yang difabrikasi memiliki
pola radiasi radial ke segala arah dengan gain 12,14 dB. Panjang stripline berpengaruh pada kondisi
match impedance antara antena dengan konektor, sehingga memiliki VSWR 1,17 dengan return loss -
16,029 dB, dan VSWR 1,14 dengan return loss -21,48 dB. Panjang dipole λ/8 menghasilkan dua
frekuensi resonansi pada frekuensi kerja 2,073 GHz dan 2,35 GHz, sedangkan panjang dipole λ/4
menghasilkan sebuah frekuensi resonansi pada frekuensi kerja 2,35 GHz.
Kata kunci : Return Loss, VSWR, dipole, frekuensi resonansi, antena Omni directional
1. PENDAHULUAN
Antena mikrostip dipole atau folded dipole
digunakan untuk memancarkan atau
menerima gelombang EM dalam dua arah.
Dipole juga dapat dipakai untuk tujuan satu
arah saja, dengan syarat memberikan
reflektor pada salah satu sisi yang sejajar
dengan arah panjang dipolenya. Selama ini
struktur geometri antena mikrostrip omni
umumnya berupa larik helix, step dan
biconical. Riset akhir-akhir ini banyak
tertarik dengan pemanfaatan dipole sebagai
antena omni dengan cara mengatur jumalah
lariknya. Pengaturan jumlah larik digunakan
karena sebuah dipole mempunyai pola donut,
sehingga menambah jumlah larik berarti akan
merubah pola donut menjadi omni. Penelitian
ini mencoba menganalisa 2 antena mikrostrip
yang berbeda panjang dipole(4
dan 8
)
dan lebar striplinenya, dimana masing-
masing berisi 4 larik dipole. Penelitian
diharapkan dapat mengetahui sifat panjang
dipole pengaruhnya terhadap jumlah
frekuensi resonansi, dan lebar stripline
pengaruhnya terhadap VSWR.
2. LANDASAN TEORI
2.1 ANTENA MIKROSTRIP
Antena mikrostrip adalah suatu antena
yang terbuat dari strip (patch) logam yang
sangat tipis (t << λ0 , dengan λ0 panjang
gelombang di ruang hampa) yang diletakkan
pada jarak pecahan kecil panjang gelombang
(h << λ0 yang pada umumnya adalah 0,003 λ0
≤ h ≤ 0,005 λ0) di atas ground plane.
Mikrostrip sendiri adalah lapisan konduktor
tipis yang dipisahkan oleh udara atau
dielektrik dengan konstanta dielektrik
biasanya dalam rentang 2,2 ≤ εr ≤ 12 yang
berfungsi untuk memancarkan atau menerima
gelombang elektromagnetik. Antena
mikrostrip meradiasikan gelombang
elektromagnetik disebabkan karena terjadinya
pass through medan listrik di sepanjang tepi
antena. Medan ini akibat dari
ketidakkontinyuan saluran yang memberikan
efek radiasi. Setiap struktur desain dari
antena mikrostrip memiliki kemampuan yang
berbeda dalam merespon gelombang
elektromagnetik yang selanjutnya berakibat
pada frekuensi yang diterima. Keunggulan
antena mikrostrip terutama kompatibel
dengan desain MMIC (Monolitic Microwave
Integrated Circuit ). Kekompakan dan
ketahanannya yang ekstrim (ruggedness)
meluaskan pemanfaatannya pada aeroscape
dan komunikasi satelit [8].
2.2 ANTENA OMNI DIRECTIONAL
Pada gambar 1 ditunjukkan suatu radiasi
dari antena dipole yang dikonsentrasikan ke
dalam suatu daerah yang terlihat seperti
donut, dengan posisi antena dipole yang
vertikal yang disebut dengan “hole” dari
“donut”. Sinyal dari suatu antena omni
directional radiasinya 360 derajat. Penguatan
tertinggi, terlihat saat tekanan berada di
puncak bagian donut[12].
Gambar 1 Antena Donat Dipole
Radiasi dari antena dipole sama-sama dalam
semua arah di setiap sumbu axis-nya, tetapi
radiasinya tidak terlalu panjang dari
kawatnya sendiri. Gambar bagian samping
dari radiator antena dipole seperti gelombang
radiasi pada gambar 2.3. Gambar ini juga
mengilustrasikan bentuk antena dipole
”gambar 8” dalam bentuk-bentuk radiasinya
jika digambarkan dari samping seperti antena
yang tegak lurus. Antena omni directional
umumnya digunakan untuk desain point-to-
multipoint dengan menggunakan topologi
star [12].
2.3 VSWR
Voltage Standing wave ratio merupakan
ukuran ketidakcocokan antara impedansi
beban antena dan impedansi pada saluran
transmisi. Standing wave dapat terjadi jika
ada dua gelombang yang erlawan menjalar
pada medium yang sama. Hal ini
direpresentasikan dangan besaran VSWR
antara 1 sampai tak berhingga.
min
max
min
max
I
I
V
VSWR (1)
Hubungan VSWR dengan koefisien pantul
(ρ), dapat dinyatakan sebagai berikut:
ρ1
ρ1VSWR
(2)
Dengan ρ: koefisien refleksi [4].
2.4 Panjang Gelombang Antena
Sebagaimana perambatan gelombang,
kecepatan rambat gelombang
elektromagnetik diperoleh dari perkalian
frekuensi dan panjang gelombang. Kecepatan
rambat gelombang di ruang hampa f λo,
sedangkan didalam mikrostrip adalah
kecepatan vp = f 𝝀g. Permitivitas efektif
mikrostrip dapat dituliskan dengan
persamaan :
2)/( goeff (3)
Atau
eff
g
0 (4)
Dengan
𝝀o = panjang gelombang elektromagnetik
dalam Mikrostrip.
𝝀g = panjang gelombang elektromagnetik
dalam ruang hampa[8].
3. METODOLOGI
3.1 Desain
Pada penelitian ini hal pertama yang
dilakukan adalah mendesain antena omni
directional dengan pengukuran yang telah
dilakukan.
Gambar 2 Desain antena
L1 = 70 mm, L2 = 50 mm, L3 = 120 mm, L4
= 70 mm, L5 = 50 mm, L6 = 560mm L7 =
200mm, L8 = 720mm.
3.2 Fabrikasi antenna
Peralatan yang digunakan pada
fabrikasi dan pengujian antena adalah PCB
(Printed Circuit Board) dengan substrat fiber
tebal 1 mm dengan nilai εr sebesar 4.3 [2],
dan Network Analyzer Anritzu MS 8604A.
PCB yang dipilih double side karena
memiliki keuntungan yang lebih praktis.
Fabrikasi dilakukan dengan metode
etching dengan larutan Fe(ClO2)3 (Ferric
Chloride)[7]. Setelah gambar antena dicetak
pada PCB. Antena juga dihubungkan dengan
konektor 50 Ω. Bentuk fisik antena yang
sudah difabrikasi dapat dilihat pada Gambar
3.
Gambar 3 (a) Antena tampak depan dan
(b) Antena tampak belakang
4. HASIL
Fabrikasi dan pengukuran yang telah
dilakukan memberikan hasil bahwa untuk
antena mikrostrip omnidirectional berstruktur
larik gap folded dipole yang bekerja pada
frekuensi 2.35 GHz mempunyai pola radiasi
sebagai berikut:
Gambar 4 Pola Radiasi Horisontal dan
Vertikal
vertikal
Horisontals
Adapun hubungan antara frekuensi dengan
SWR dari hasil pengukuran dapat dilihat
pada gambar 5.
Gambar 5 Grafik hubungan frekuensi
dengan SWR
5. KESIMPULAN
Dari proses desain dan fabrikasi antena
mikrostrip omni directional berstruktur larik
gap folded dipole dengan menggunakan PCB
FR4 double layer dengan permitivitas
relative r = 4,3 didapatkan kesimpulan
sebagai berikut: Telah berhasil difabrikasi
dan dikarakterisasi 2 antena mikrostrip omni
directional berstruktur larik gap folded
dipole. Panjang stripline berpengaruh pada
kondisi match impedance antara antena
dengan konektor,panjang dipole λ/4 memiliki
VSWR lebih kecil daripada λ/8, λ/8
menghasilkan 2 frekuensi resonansi
sedangkan pada λ/4 menghasilkan 1 frekuensi
resonansi. Hasil karakteristik pada antena
1dengan stripline lurus dengan lebar setiap
step sama didapatkan return loss -16,029 dB,
VSWR 1,17, impedansi 45,29Ω, bandwidth
50 MHz.Pada antena 2 dengan struktur
stripline bertingkat dengan lebar setiap step
sama, return loss -21,48 dB, VSWR 1,14,
impedansi 58,13Ω, bandwidth 65 MHz,
dengan pola radiasi radial ke segala arah
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Alaydrus,M. Antena dan Propagasi.
<URL:
http://mudrikalaydrus.files.wordpress.c
om/2008/07/12-pengukuran-antena.pdf>
[2] Balanis, C. A. 1997. Antenna Theory
Analysis and Desaign.Second
Edition.John Willey and Sons
Publisher:New York.
[3] Edwards, T. 1998. Foundation for
Microwae Circuit Design, Second Edition,
John Wiley & Sons: Inc.
[4] Firdaus, Rohim A.2011. Antena Panel
dengan Struktur 4 Mikrostrip Patch pada
Frekuensi Kerja 2,4 GHz. Program
Magister Bidang Keahlian
Optoelektronika Jurusan Fisika, FMIPA-
ITS: Surabaya.
[5]Hund,E.1989.Microwave
Communication, Component Circuit.
McGraw-Hill: New York.
[6] Khasanah,Uswatun.2009. Fabrikasi
dan Karakterisasi Dipole Biquad Antena
untuk Komunikasi WiFi. Jurusan Fisika,
FMIPA-ITS: Surabaya.
[7] Kraus,J.D.1985. Electromagnetics.
Third edition, McGraw-Hill, International
Book Company: New York.
[8] Masduki,K.2009.Desain, Fabrikasi
dan Karakterisasi Antena Mikrostrip
Biquad dengan CPW(Coplanar
Waveguide) pada Frekuensi Kerja 2,4Ghz.
Program Magister Bidang Keahlian
Optoelektronika Jurusan Fisika, FMIPA-
ITS: Surabaya.
[9] Nur,Adi.S.2006.“Buku Petunjuk
Pengukuran Pola Radiasi Antena”.PENS-
ITS:Surabaya.
[10] Naqiah,Hawaun.2009.Fabrikasi dan
karakterisasi Antena Mikrostrip Loopline
untuk Komunikasi Wireless Local
Area Network(WLAN).Program Magister
Bidang Keahlian Optoelektronika Jurusan
Fisika FMIPA-ITS:Surabaya.
[11] [11]Risfaula,Erna.2011.Antena
Mikrostrip Panel Berisi 5 LarikDipole
dengan Feedline Koaksial Waveguide
untuk Komunikasi 2,4 GHz. Program
Keahlian Optoelektronika Jurusan fisika
FMIPA-ITS: Surabaya.
[12] Wikipedia.2006. Antena (Radio).
http://en.wikipedia.org.
[13] [13]Wowok, 2008. Antena Wireless
Untuk Rakyat.Andi Offset:Surabaya.
[14]Yono Hadi Pramono dkk, 2002.
Analisa Respon Frekuensi Antena
Mikrostrip. Prosiding Seminar Nasional
Fisika dan Aplikasinya. ITS, Surabaya.