11
parameter penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh far field [2].
2.5.1 Bandwidth
Bandwidth adalah daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana pada rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima
dan 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. Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi
atas dari suatu antena sudah diketahui[7]. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar f
c
, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f
1
dibawah f
c
sampai dengan f
2
diatas f
c
, maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah f
1
– f
2
. Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.1 [8]
= × 100
2.1
Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu [7] :
a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena
berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari
Universitas Sumatera Utara
12
nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.
b. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe,
atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai
bandwidth dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana
polarisasi linier atau melingkar masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB.
2.5.2 Gain
Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan
sumber daya masukan yang sama dan dinyatakan dengan Persamaan 2.2 [7]
= .
2.2
dengan D adalah directivity dan η adalah efisiensi antena. Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik bagaimana efisien suatu
antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain atau gain saja didefenisikan sebagai
4π kali ratio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan persamaan 2.3 [3].
, = 4
,
2.3
Universitas Sumatera Utara
13
2.5.3 VSWR
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri standing wave maksimum │ V│ max dengan minimum │ V│ min. Pada saluran
transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan V0+ dan tegangan yang direfleksikan V0-. Perbandingan antara
tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan г [8].
Persamaan 2.4 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S.
=
│ │
│ │
=
│ г│
│ г│
2.4
Koefisien refleksi tegangan г memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi. Dimana besar г
ditentukan dengan Persamaan 2.5.
г =
=
2.5
dimana Z adalah impedansi saluran lossless dan Z
L
adalah impedansi beban. Untuk beberapa kasus sederhana, ketika bagian imaginer dari г sama dengan nol,
maka : 1. Г = -1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung
singkat 2. Г = 0
: Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
Universitas Sumatera Utara
14
3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka
Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching
sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijikankan untuk simulasi dan fabrikasi antena
mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [7].
2.5.4 Return Loss
Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran
transmisi dengan impedansi masukan beban antena, sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss
menunjukkan adanya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [7].
Nilai return loss dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan [Г ] ke dalam Persamaan 2.6:
= 20 Log │ г│
2.6 Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dapat
dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah
dalam keadaan matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau
tidak.
Universitas Sumatera Utara
15
= +
Universitas Sumatera Utara
16
Daya real R
in
merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner X
in
reaktansi input mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan di sekitar antena [7].
2.5.7 Keterarahan Directivity
Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan rasio intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-
rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π . Dengan demikian, keterarahan dapat
dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.8 [3].
= =
2.8
Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.9 [3].
= =
=
2.9 dimana :
D : Keterarahan
D : Keterarahan maksimum
U : Intensitas radiasi
U
max
: Intensitas radiasi maksimum U
: Intensitas radiasi pada sumber isotropik P
rad
: Daya total radiasi
Universitas Sumatera Utara
17
Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D dB. Dimana D
o
merupakan maximum directivity dari sebuah antena. Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk
antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena
dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis [3].
2.6 Dimensi Antena
Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih
dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik h, konstanta dielektrik ε
r
, frekuensi kerja yang diharapkan f
Hz
. Pengaturan panjang dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang
dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang
lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena
mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.10 [4].
=
2.10
dimana : W
: lebar patch m ε
r
: konstanta dielektrik c
: kecepatan cahaya diruang bebas 3×10
8
ms
2
f
r
: frekuensi kerja antena Hz
Universitas Sumatera Utara
18
Untuk menentukan lebar patch L diperlukan parameter Δ L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek
pada elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya. Pertambahan panjang dari L Δ L tersebut dapat dihitung menggunakan
Persamaan 2.11 [4].
= 0.412
. .
. .
2.11
dimana h merupakan tebal substrate dan ε
r eff
merupakan konstanta dielektrik relatif yang ditentukan dengan Persamaan 2.12 [4].
= +
[1 + 12 ]
2.12 lebar patch L dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.13 [4].
= 2
2.13
dimana L
eff
merupakan lebar patch efektif yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14 [4].
= 2.14
Untuk perhitungan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset W
dihitung dengan Persamaan 2.15 [3].
= 2.15
Universitas Sumatera Utara
19
Persamaan 2.15 berlaku untuk nilai 2, sedangkan untuk
2 nilai W
ditunjukkan oleh Persamaan 2.16 [6]. =
1 ln2 1 +
1 + 0.39
.
2.16 dengan A dan B bernilai seperti Persamaan 2.17 dan 2.18.
= +
0.23 +
.
2.17 =
2.18 Untuk menghitung panjang saluran pencatu y
digunakan Persamaan 2.19, dimana persamaan ini valid untuk nilai 2 ≤ ε
r
≤ 10 [9]. = 10 0.001699 + 0.13761
6.1783 + 93.187 682.69 +
2561.9 4043 + 6697
2.19
Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch segiempat perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi
rendahnya gain yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal dengan istilah infinite ground plane, namun
dalam prakteknya tidak mungkin terealisasi sehingga hanya bisa disiasati sesuai
kebutuhan. Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi
feeder sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor SMA 50 Ω dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh
ukuran panjang dan lebar feeder dengan cara mengubah ukuran secara iterasi sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan
[3].
Universitas Sumatera Utara
20
2.7 Rugi-Rugi Saluran Mikrostrip
