untuk antena adalah yang memiliki konstanta dielektrik yangpaling rendah dari rentang tersebut karena akan menghasilkan efisiensi yang lebih baik, bandwidth
yang lebar serta radiasi yang lebih bebas. Namun, dengan penggunaan bahan dielektrik substrat yang paling rendah menjadikan ukuran antena lebih besar [7].
Oleh sebab itu, diperlukan kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran dan performa akan menghasilkan antena mikrostrip yang mempunyai ukuran sesuai
dengan performa masih dalam batas toleransi. c.
Ground Plane Elemen pertanahan ground plane terbuat dari bahan konduktor berfungsi
sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip dan reflector dari gelombang elektromagnetik.
Pada Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk geometri dari patch mikrostrip segiempat dimana W dan L adalah lebar dan panjang dari patch, h adalah tebal
substrat dan �
�
merupakan nilai konstanta dielektrik dari substrat.
Gambar 2.3 Bentuk geometri dari patch mikrostrip segiempat
2.2 Keuntungan dan kerugian antena mikrostrip
Beberapa keuntungan pemakaian utama antena mikrostrip sebagai berikut[8].
1. Memiliki beban yang ringan dan bentuk yang kecil
2. Memiliki biaya fabrikasi yang murah dan diproduksi dengan menggunakan
teknik printed-circuit. 3.
Mampu menghasilkan polarisasi sirkularmaupun linier. 4.
Mampu beroperasi pada single, dual, ataupun multiband.
Universitas Sumatera Utara
5. Dapat dibuat compact sehingga cocok untuk sistem komunikasi bergerak.
Beberapa kelemahan antena mikrostrip sebagai berikut. 1.
Memiliki lebar pita yang sempit. 2.
Memiliki efisiensi yang rendah. 3.
Memiliki perolehan gain yang rendah. 4.
Memiliki kapasitas pengaturan daya rendah
2.3 Parameter Antena
Beberapa parameter antena yang perlu diperhatikan dalam merancang antena adalah sebagai berikut.
2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio VSWR
Voltage Standing Wave Ratio VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri standing wave maksimum Vmax dengan
minimum Vmin.Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan
�
+
dan tegangan yang direfleksikan �
−
. Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut
sebagai koefisienrefleksi tegangan Γ[6]. Persamaan matematisnya dapat dilihat
pada persamaan 2.1 berikut.
2.1 2.1
Dimana �
�
adalah impedansi beban load dan �
adalah impedansi saluran lossless
. Koefisien refleksi tegangan Γ memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka :
• Γ = − 1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat, • Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna,
• Γ = + 1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR dapat dilihat pada persamaan 2.2
2.2 Γ =
�
+
�
−
= �
�
− � �
�
+ �
� = |
�|
���
| �|
���
= 1 + |
Γ| 1
− |Γ|
Universitas Sumatera Utara
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 S=1 yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna[5]. Namun
kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR
≤ 2 [10].
2.3.2 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss
merupakan koefisien refleksi dalam bentuk logaritmik yang menunjukkan daya yang hilang karena antena dan saluran transmisi tidak matching. Return loss dapat
terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban antena. Sehingga tidak semua daya diradiasikan melainkan ada
yang dipantulkan balik. Return loss dapat dihitung dengan persamaan 2.3 berikut [10].
2.3
2.3.3 Polarisasi
Polarisasi antena adalah arah medan listrik yang diradiasikan oleh antena. Polarisasi gelombang yang ditransmisikan atau dipancarkan oleh antena. Jika arah
tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena,
sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi berbeda. Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu keadaan gelombang
elektromagnet menggambarkan arah dan magnitudo vektor medan listrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polariasasi juga dapat didefenisikan sebagai
gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu. Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linierlinear,melingkarcircular,
atau elipselliptical [6]. a.
PolarisasiLinier Polarisasi linier terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu
pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik magnet pada titik RLdb = 20
���
10
| Γ|
Universitas Sumatera Utara
tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu. Gambar 2.4 menunjukkan polarisasi linier.
Gambar 2.4 Polarisasi Linier
b. Polarisasi Melingkar
Gelombang yang terpolarisasi melingkar meradiasikan energi pada bidang vertikal dan horizontal dan semua bidang di antaranya. Perbedaannya, jika
beberapa di antara puncak maksimum dan minimum seperti antena dirotasikan melewati semua sudut, hal ini disebut axial ratio dan biasanya dispesifikasikan
dalam desibel dB. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah dari 0 dB sampai 3 dB [4].
Beberapa kelebihan dari polarisasimelingkar, yaitu: 1
Tidak membutuhkan kesejajaran antara pengirim dan penerima seperti pada polarisasilinier, sehingga dapat memaksimalkanpenerimaan sinyal tanpa
perlu usahauntuk mengatur orientasi antena penerima. 2 Posisi Right Hand Circular Polarization RHCP dan Left Hand Circular
Polarization LHCP yang orthogonal dapat dimanfaatkan untuk menggandakan kapasitas kanal pada sebuah link, dimana satu sinyal
menggunakan RHCP dan sinyal lainnya menggunakan LHCP. 3 Mengurangi efek multipath seperti yang terjadi pada komunikasi mobile.
Universitas Sumatera Utara
Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik magnet pada titik tersebut
berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu [6]. Kondisi yang harus dipenuhi agar diperoleh polarisasi melingkar adalah
- Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier
- Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama
- Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada kelipatan
ganjil 90 Bentuk gelombang dari polarisasi melingkar dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Polarisasi Melingkar
c. Polarisasi Elips
Polarisasi elips terjadi ketika gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan elektrik atau magnet berada pada jalur kedudukan elips
pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah - Medan harus mempunyai dua komponen linier orthogonal
- Kedua komponen tersebut harus beada pada magnitudo yang sama atau berbeda - Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama
Gambar 2.6 mempelihatkan bentuk gelombang dari polarisasi elips.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Polarisasi Elips Perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai
atau kelipatan 180 karena akan menjadi linier. Jika kedua komponen berada
pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa diantara kedua komponen tersebut tidak harus merupakan kelipatan ganjil dari 90
karena akan menjadi lingkaran [6].
2.3.4 Gain
Gain directive gain adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari
arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan.
Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel. Gain antenna adalah tetap, dua pengertian yang berbeda antara gain antena, transmit power dan
EIRP atau daya terpancar, dengan menurunkan transmit power tidak akan mengubah gain antena dan pola radiasinya, hanya menurunkan EIRP atau daya
terpancar ke udara. Antena dengan gain rendah punya pola radiasi yang berbeda dengan antena sejenis yang punya gain besar.
Penguatan G pada antena mikrostrip merupakan perbandingan intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika
daya yang diterima berasal dari antena isotropik[9]. Persamaan matematisnya dapat dilihat pada persamaan 2.4 berikut ini [10].
Universitas Sumatera Utara
Gain = 4 �
���������� ������ � ���� ��� ℎ �������� ���������� ������� ���� ��������
= 4 �
��,∅ �
��
2.4
Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja f
yang digunakan untuk mencari panjang gelombang diruang bebas
λ
dirumuskan seperti persamaan 2.5
2.5
Setelah nilai �
diperoleh, maka �
g
merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan 2.6.
2.6
Gain antena mikrostrip patch segiempat dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2.7
2.7
dimana : G
= gain antena �
�
= panjang gelombang bahan dielektrik
� ∙ � = Luas patch segiempat
2.3.5 Axial Ratio
Axial ratio merupakan bagian dari parameter antena yaitu polarisasi yang merupakan penggambaran arah medan listrik. Axial ratio adalah perbandingan
magnitudo mayor dengan magnitudo minor, yang dirumuskan pada persamaan 2.8 sebagai berikut.
Axial Ratio =
Eminor Emayor
2.8
λ =
� �
G =
4 �
λ
� 2
L x W λ
�
=
λ √�
�
Universitas Sumatera Utara
Untuk mendapatkan polarisasi circular, axial ratio tidak boleh lebih dari 3 dB. Nilai 3 dB didapat dari adanya faktor rugi-rugi polarisasi dari adanya rugi-
rugi daya yang terekstrak dikarenakan gelombang datang tidak sejajar dengan polarisasi antena. Axial ratioselalu dijadikan ukuran kualitas pada sebuah antena
ketika polarisasi antena yang diinginkan adalah polarisasi melingkar. Axial ratioadalah rasio dari sumbu mayor dan sumbu minor pada polarisasi elips.
Sebagai catatan bahwa polarisasi melingkar dan linier adalah kasus khusus dari polarisasi elips.
Rumus axial ratio secara teoritis dapat dilihat pada persamaan 2.9[4].
2.9 Arah propagasi dan arah rotasi polarisasi elips dapat dilihat pada Gambar
2.7 [4].
Gambar 2.7 Arah propagasi polarisasi elips
Daerah polarisasi melingkar terdiri dari duakomponen orthogonal medan E pada amplitudoyang sama dan memiliki perbedaan fasa sebesar90
. Karena komponennya memiliki magnitudoyang sama, maka pada polarisasi
melingkaraxial ratio adalah 1atau 0 dB. Namunpada sebagian besar aplikasi antena mikrostripaxial ratio sebesar 3 dB sudah dianggap cukupuntuk
menggambarkan polarisasi melingkarantena. AR dB = 20 log
major axis minor axis
= 20
Universitas Sumatera Utara
2.4 Teknik pencatuan antena mikrostrip
Antena mikrostrip yang terpolarisasi melingkar dapat dikategorikan menjadi 2 dua tipe berdasarkan sistem pencatuannya, yakni antena mikrostrip pencatuan
rangkap dengan polarisator eksternal dan antena mikrostrip dengan pencatuan tunggal. Klasifikasi antena ini berdasarkan atas jumlah titik pencatu, yang
dibutuhkan untuk membangkitkan polarisasi melingkar. Namun, dalam prakteknya dilapangan,sistem pencatuan rangkap sangat
jarangdigunakan untuk mendapatkan polarisasimelingkar pada antena mikrostrip. Hal inidisebabkan karena kedua tipe tersebut cukupsulit dalam hal perancangan
dan fabrikasi,karena pada sistem pencatuan ini dibutuhkanpolarisator tambahan.Antena mikrostrip dengan sistem pencatutunggal merupakan antena
yang sederhana,mudah dalamfabrikasi, murah, serta memilikistruktur yang rapi. Bentuk pokok pada sebuah antena mikrostrip pencatuan rangkap
ditunjukkan pada Gambar 2.8, yang mana patch dicatu dengan amplitudo sama dan memiliki perbedaan fasa sebesar 90
serta menggunakan polarisatoreksternal [4].
Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatu rangkap
Umumnya antena mikrostrippencatu tunggal digunakan pada patch lingkarandan patch segiempat. Untuk mendapatkanpolarisasi melingkar, teknik
yang sering digunakan adalah memberikan slot pada patch danmemotong sudut patch, seperti yang terlihat pada Gambar 2.9 [4].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Antena Mikrostrip dengan pencatu tunggal
2.5 Teknik Truncated Corner
