Modul 7 Dasar Antena

MODUL KE VII

DASAR ANTENA

Perkembangan dari antena mikrostrip timbul dari ide untuk memanfaatkan teknologi

printed-circuit jadi dalam produksi yang banyak sekali dapat dicapai dengan harga yang

murah. Susunan dasar geometri dari antena mikrostrip seperti yang ditunjukkan pada

gambar 8.1. dimana sebuah bentuk peradiasi dicetak di atas sebuah bahan dasar

(substrate) dengan bidang pertanahan (ground plane). Bentuk dari patch pada dasarnya

bermacam-macam. Dalam praktek, bentuk segi empat (rectangular), segitiga (triangular)

dan cincin (annular ring) merupakan bentuk yang umum digunakan. Pencatuannya

(feed) dapat berupa pencatuan koaksial (coaxial feed) (Gambar 8.1a) atau pencatuan

saluran mikrostrip (strip line feed) (Gambar 8.1b), yang mengarahkan energi

elektromagnetik dari sumber ke daerah di bawah patch. Bentuk patch dan pencatuan

berkaitan dengan polarisasi, pola pancar, impedansi serta karakteristik-karakteristik

antena yang akan di rancang.

Gambar 8.1 Antena Mikrostip Dengan (a) Pencatuan Koaksial (b) Pencatuan Stripline[3]

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Ahmad Yanuar Syauki MBAT.

DASAR TELEKOMUNIKASI 1

Aplikasi Antena Mikrostrip[1]

Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan antena

microwave convensional dan oleh karena itu beberapa aplikasi dapat bekerja pada

frekuensi dengan range dari 100 MHz sampai 100 GHz. Beberapa keuntungan dari

antena mikrostrip dibandingkan antena microwave convensional adalah :

Berat yang ringan, volume yang kecil dan konfigurasi yang tipis

Biaya fabrikasi yang murah, sangat cocok diproduksi secara besar

Polarisasi linier dan circular adalah yang mungkin dengan feed sederhana

Dapat dengan mudah digabungkan dengan Microwave Integrated Circuits

Feed line dan Matching Network dapat di fabrikasi secara bersama dengan

struktur antena

Bagaimanapun, antena mikrostrip juga memiliki batas dibandingkan dengan antena

microwave convensional, yaitu :

Bandwidth yang sempit

Gain agak kecil (~6 dB)

Fabrikasi antena mikrostrip dengan menggunakan substrate dengan konstanta

dielektrik yang tinggi adalah pilihan yang digunakan untuk digabungkan dengan

Microwave Integrated Circuits. Bagaimanapun, menggunakan substrate dengan

konstanta dielektrik yang tinggi menyebabkan efisiensi yang kecil dan bandwidth

yang sempit

Antena mikrostrip memiliki bandwidth yang sempit, 1 – 5%, yang mana ini adalah batas

faktor utama untuk aplikasi yang tersebar luas dari antena ini. Meningkatkan bandwidth

dari antena mikrostrip ini adalah tujuan utama dari penelitian ini.[2]

Bentuk Antena Mikrostrip Fraktal

Diantara berbagai bentuk dimensi dari antena mirostrip, dapat berupa segiempat

(rectangular), lingkaran (circular), segitiga (triangular) dan cincin (annular ring) telah

banyak diteliti secara luas dan mendalam. Dan dimensi yang simpel dan yang umum

digunakan adalah bentuk rectangular yang akan menjadi subjek penelitian. Bentuk

geometri rectangular tersebut akan dimodifikasi dengan bentuk fraktal dengan berbagai



perubahan (iterasi) dari fraktal tersebut. Bentuk geometri dari antena tersebut dengan

pencatuan koaksial seperti ditunjukkan pada gambar 2.1. Sebuah penelitian dan

eksperimen dari bentuk fraktal telah dilakukan oleh X.L. Bao dan M. J. Ammann [4]

Gambar 2.2 Bentuk Patch Antena Mikrostrip Fraktal (1) Iterasi 0 (2) Iterasi 1 (3) Iterasi 3

Pencatuan Koaksial (Coaxial Feed)

Cara pencatuan yang akan digunakan pada antena mikrostrip fraktal ini yaitu

dengan cara pencatuan koaksial yang disusun tegak lurus terhadap bidang pertanahan

(Ground Plane) (Gambar 2.2). Inti konduktor pusat dari koaksial memanjang melewati

bahan dielektrikum dan dihubungkan dengan patch. Impedansi masukan tergantung

pada posisi dari titik catu sehingga patch dapat dicocokkan dengan memposisikan titik

catu secara tepat.



Gambar 2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip dengan Pencatuan Koaksial (a) Top View

(b) Side View

Di dalam struktur ini, radiator, dan sistem pencatuan ditempatkan pada kedua sisi dari

bidang pertanahan (Ground Plane) dan dipisahkan serta dilindungi satu sama lain.

Bahan dielektrikum pada bagian tengah εr (Gambar 2.2b) dapat dipilih untuk

mengoptimalkan radiasi dari patch pada satu sisi dan struktur pancatuan pada sisi yang

lain. Dua sisi ini dapat dirancang masing – masing, selama ruang tersedia untuk

mencapai kemampuan yang optimal dari kedua sisi rangkaian tersebut dan karakteristik

radiasi.

Kebanyakan pengembangan secara teoritis mempertimbangkan pencatuan koaksial dan

model yang telah dikembangkan untuk karakteristik arus kedalam patch secara tepat.

Radiasi yang sebenarnya dari pencatuan koaksial adalah kecil dan dapat diabaikan

untuk substrate yang tipis akan tetapi akan menjadi penting dengan substrate yang

tebal. Dalam hal ini pencatuan unsur – unsur yang bersebelahan dari suatu array dapat

juga dipasangkan satu sama lain.

Bagaimanapun pencatuan koaksial lebih sulit untuk direalisasikan dalam prakteknya

karena lubang pada bahan harus dilubangi dengan bor, operasi – operasi ini secara

umum harus dihindari. Konduktor harus melalui lubang dan disolder ke patch. Ini adalah

operasi yang sangat membutuhkan penanganan yang sangat hati – hati dan dapat hal

tersebut dapat diatasi dengan menggunakan kontrol mekanik dalam melubangi agar

tidak terjadi kesalahan pengeboran dan juga diameter lubang.

Keuntungan dari pencatuan koaksial adalah karakteristik impedansi yang diinginkan

dapat diperoleh di lokasi yang tepat pada konduktor antena. Kelemahan dari pencatuan

koaksial adalah strukturnya menjadi tidak seimbang dan menjadi sulit untuk dibuat.

Kelemahan tersebut dapat dihindari dengan menggunakan pencatuan saluran

mikrostrip, akan tetapi teknik ini memiliki kelemahan karena saluran tersebut juga

menghasilkan radiasi dan bersifat kurang fleksibel dalam menentukan impedansi

Parameter Antena[5]



Parameter antena merupakan suatu hal yang penting dalam merancang sebuah antena

dikarenakan parameter antena juga sebagai tolak ukur dari performansi antena itu

sendiri

Dalam perancangan suatu antena, baberapa hal yang harus diperhatikan adalah :

- bentuk dan arah radiasi yang diinginkan

- polarisasi yang dimiliki

- frekuensi kerja,

- lebar band (bandwidth), dan

- impedansi input yang dimiliki.

Bandwidth

Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemacar atau penerima selalu dibatasi

oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena

dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau

memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat

bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena

pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan

yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang

dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Daerah frekuensi

kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth

BW = x 100 % (2.1)

Bandwidth yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan untuk

menyatakan bandwidth antena-antena yang memliki band sempit (narrow band).

Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definsi rasio

antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

BW = (2.2)

Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan

pola radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1

> 1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2 dan f1 adalah ditentukan

oleh harga VSWR = 1.



Impedansi

Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya. Impedansi

input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang dekat

dengannya.

Impedansi antena terdiri dari bagain riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan

dengan :

Zin = Rin + j Xin (2.3)

Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi mellui

dua cara, yaitu karena panas pada srtuktur antena yang berkaitan dengan

perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali

(teradiasi). Reaktansi input (Xin) menyatakan daya yang tersimpan pada medan

dekat dari antena. Disipasi daya rata-rata pada antena dapat dinyatakan sebagai

berikut :

Pin = ½ R | Iin |2 (2.4)

Dimana :

Iin : arus pada terminal input

2.5.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah kemampuan suatu antena untuk

bekerja pada frekuensi yang diinginkan. Pengukuran VSWR berhubungan

dengan pengukuran koefisien refleksi dari antena tersebut. Perbandingan level

tegangan yang kembali ke pemancar (V-) dan yang datang menuju beban (V+) ke

sumbernya lazim disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan

dengan simbol “ ”

= (2.5)

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran (Zo) dan

impedansi beban/ antena (Zl) dapat ditulis :

= (2.6)



Harga koefisien refleksi ini dapat bervariasi antara 0 (tanpa pantulan/match)

sampai 1, yang berarti sinyal yang datang ke beban seluuhnya dipantulkan

kembali ke sumbernya semula. Maka untuk pengukuran Voltage Standing Wave

Ratio (VSWR), dinyatakan sebagai berikut :

VSWR = (2.7)

Besarnya VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang

diradiasikan antena pemancar diterima oleh antena penerima (match). Semakin

besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan juga semakin besar dan

semakin tidak match. Dalam prakteknya VSWR harus bernilai lebih kecil dari 2

(dua).

Gain

Gain adalah penguatan atau kemampuan pada antena yang berhubungan

dengan directivity dan efisiensi antena. power gain (atau gain saja) didefinisikan

sebagai 4π kali rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima

antena, dinyatakan dengan :

G(θ, )= 4π (2.8)

Definisi ini tidak termasuk losses yang disebabkan oleh ketidaksesuaian

impedansi (impedance missmatch ) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain

adalah harga maksimum dari intensitas radiasi atau harga maksimum dari

persamaan (2.8), sehingga dapat dinyatakan kembali :

G = 4 π (2.9)

Jadi gain dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi dari θ dan , dan juga dapat

dnyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah

yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari

θ dan , diasumsikan sebagai gain maksimum.

Direktivatas dapat ditulis sebagai

D = (2.10)



Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input menjadi

daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses pada daya

input. Bagian daya input (Pin) yang tidak muncul sebagai daya radiasi diserap

oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan

suatu definisi baru, yaitu yang disebut dengan efisiensi radiasi, dapat dinyatakan

dalam persamaan sebagai berikut :

e = (8.11)

dengan catatan bahwa harga e diantara nol dan satu ( 0 < e < 1) atau ( 0 < e <

100%).

Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan

dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut :

G= e D (8.12)



Modul 7 Dasar Antena

Documents

Transcript of Modul 7 Dasar Antena