DESAIN ANTENA SIMULASI Prosiding.Seminar.Radar.Nasional.2009

Antena Ground Penetrating Radar Adaptif Terhadap Multi Pulsa Folin Oktafiani 1 , Yuyu Wahyu 1 , Yudi Yuliyus 1 , A.A Lestari 2 1.Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi – LIPI Jl. Cisitu 21 154D Bandung 40135 Telp. 022 250 4660, 250 4661 Fax. 022 250 4659 2 IRCTR-TU DELFT The Netherland Email : folinppet.lipi.go.id ABSTRAK Pada makalah ini dibahas tentang antena ground penetrating radar adaptif terhadap multi pulsa. Antena terdiri dari 2 buah antena dipole yang dibuat seperti struktur bow-tie. Antena didesain untuk dieksitasi pulsa pendek dan pulsa panjang. Untuk mengetahui unjuk kerja dari antena maka sebelumnya dilakukan simulasi dengan menggunakan software FDTD 3D. Pulsa yang digunakan untuk eksitasi antena adalah 1,2 ns dan 2,4 ns. Sedangkan pada pengukuran digunakan pulsa eksitasi 0,6 ns, 1,2 ns, 2,4 ns dan 4,8 ns. Hasil simulasi dan pengukuran menunjukan bahwa antena dapat beradaptasi dengan pulsa-pulsa tersebut dan mentransmisikan masing-masing pulsa tersebut dengan peak-to peak amplitudo maksimal pada arah pancaran. Antena ini dapat digunakan untuk operasi GPR pada aplikasi yang berbeda-beda dengan menggunakan sistem antena tunggal Kata kunci : antena, ground penetrating radar, multi pulsa

1. PENDAHULUAN

Ground Penetrating Radar GPR merupakan suatu alat yang digunakan untuk proses deteksi benda – benda yang berada terkubur di bawah tanah dengan tingkat kedalaman tertentu, dengan menggunakan gelombang radio, biasanya dalam range 10 MHz sampai 1GHz . GPR dapat digunakan untuk memetakan kondisi geologi yang meliputi kedalaman batuan dasar, kedalaman skema air di bawah permukaan tanah, kedalaman dan ketebalan strata tanah dan sedimen di daratan dan di bawah permukaan air bersih, dan lokasi rongga- rongga di bawah permukaan tanah serta patahanretakan batuan dasar. Aplikasi lain diantaranya digunakan untuk mengetahui keberadaan seperti pipa, drum, tangki, kabel, dan batuan-batuan besar, pemetaan lahan dan batasan- batasan saluran air, dan melaksanakan penelitian arkeologis. Beberapa aplikasi GPR membutuhkan resolusi dan kedalaman penetrasi yang berbeda-beda. Sebagai contoh, pemeriksaan jalan dengan menggunakan GPR membutuhkan resolusi yang tinggi dengan kedalaman penetrasi hanya beberapa cm, sedangkan untuk aplikasi hidrologi secara umum membutuhkan resolusi yang rendah dengan kedalaman penetrasi mencapai puluhan meter. Untuk mendapatkan resolusi tinggi suatu impulse GPR mengirimkan mentransmisikan pulsa pendek, sedangkan resolusi rendah dan kedalaman penetrasi yang besar diperoleh dengan mengirimkan pulsa panjang. Oleh karena itu, untuk masing-masing aplikasi GPR akan membutuhkan antena dengan ukuran yang berbeda-beda. Antena GPR secara umum hanya efektif untuk lebar pulsa tertentu. Jadi apabila GPR bekerja dengan impuls yang mempunyai lebar pulsa berbeda memerlukan antena yang berbeda pula. Hal ini sangat tidak efektif dalam penggunaan di lapangan terutama bila digunakan untuk aplikasi yang berbeda. Dengan melihat penjelasan diatas, pada tulisan ini dipaparkan pengembangkan antena GPR dimana dapat digunakan secara efektif terhadap beberapa pulsa eksitasi yang berbeda. Sehingga diharapkan dapat dibuat suatu antena GPR yang dapat bekerja pada range aplikasi yang luas.

2. DESAIN ANTENA

Geometri antena yang dirancang disini dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 : Geometri Antena GPR: a. Keseluruhan antena b. Sisi lengan kanan antena Lengan antena terdiri atas elemen panjang dan pendek yang dibuat seperti struktur bow-tie. Elemen panjang dan pendek dioptimasi terhadap pulsa 2.4 ns dan 1,2 ns. Pada gambar 1 dapat dilihat bahwa masing- masing elemen terdiri dari bagian tanpa beban unloaded antara feedpoint dan tekukan dan bagian terbebaniloading antara tekukan dan bagian akhir antena. Panjang dari bagian unloaded pada masing-masing elemen ditentukan sebesar λ c 4 125 untuk mendapatkan radiasi maksimal pada arah pancaran dari antena, seperti yang telah dijelaskan di atas. Apabila elemen panjang dioptimasi untuk pulsa 2,4 ns frekuensi tengah 450 MHz, diasumsikan permitivas relatif efektif dari substrat adalah 2,5 maka panjang optimal dari bagian unloaded adalah skitar 10 cm. Untuk elemen pendek, yang dioptimasi untuk pulsa 1,2 ns frekuensi sentral 900 MHz maka panjang bagian tanpa beban adalah duakali lebih pendek dari elemen panjang. Selain itu, analisa FDTD mengindikasikan bahwa pemisahan angular 70 o antar bagian tanpa beban, seperti ditunjukkan pada gambar 1, menghasilkan isolasi yang baik antara kedua elemen tersebut. Pembebanan resistif untuk menekan ringing ditambahkan pada bagian antena antara tekukan dan bagian akhir antena. Pada masing-masing elemen antena, bagian dari pembebanan yang terdekat dengan tekukan, dan pada tekukan itu sendiri menghasilkan diskontinuitas yang berperan sebagai sumber radiasi sekunder untuk meningkatkan pentransmisian pada arah pancaran. Pada penelitian ini digunakan 25 resistor seri sebagai pembebanan resistif dengan menggunakan profil pembebanan yang dihasilkan pada [1]. Pada prakteknya, resistor tersebut disolder melintang diantara gap sepanjang bagian loaded, seperti ditunjukkan pada Gambar-1. Gambar-2 menunjukkan realisasi dari antena. Gambar 2: Realisasi antena GPR yang dicetak diatas substrat FR-4

3. SIMULASI

Software simulasi yang digunakan adalah FDTD 3D Finite Difference Time Domain 3 Dimensions untuk perancangan antena. Pada saat simulasi hanya 2 pulsa yang digunakan untuk mengeksitasi antena. Pulsa yang digunakan disini adalah monocycle dengan durasi 1,2 ns dan 2,4 ns. Gambar 3 : Pulsa untuk eksitasi antena: monocycle 1,2 ns dan 2,4 ns a. Bentuk gelombang b. Spektrum frekuensi Gambar 3 a menunjukan monocycle 1,2 ns dan 2,4 ns yang merupakan turunan pertama dari fungsi gausian, sedangkan spektrum frekuensinya ditunjukan pada gambar 3 b dimana dapat dilihat bahwa nilai frekuensi central adalah sekitar 900 MHz untuk monopulse 1,2 ns dan 450 MHz untuk monopulse 2,4 ns. Hasil simulasi dari antena GPR dapat dilihat pada gambar dibawah ini a. b. Gambar 4 : Gelombang transmisi dari Antena GPR, yang dieksitasi dengan monocycle 1,2 dan 2,4 ns a. elemen pendek yang dihubungkan b. elemen panjang yang dihubungkan

4. HASIL PENGUKURAN