Geometri antena dapat dilihat pada gambar 1. Garis putus-putus menggambarkan lengan beban
sedangkan celah yang memisahkan garis merupakan tempat pembebanan resistif dengan
menyisipkan elemen lumped resistor sesuai dengan profil Wu-King. Jumlah resistor yang digunakan 65
buah dengan resistansi awal 200 ohm. Dari [5] diketahui bahwa jarak antara feedpoint dengan
resistor pertama dipilih sejauh
dimana c merupakan kecepatan cahaya, f merupakan
frekuensi tengah pulsa dan merupakan permitifitas relatif substrat
ε
r
= 4.34 agar radiasi dari resistor pertama saling menguatkan dengan
radiasi dari feedpoint pada arah broadside antena.
134
4 cm Resistor
132 cm Substrat FR-4
Feedpoint
Main section 6 cm Loaded section 57.9 cm
Gambar 1: Geometri antena dipole dengan pembebanan resistif
Selanjutnya pada antena dipasang 6 layer dielektrik sebagai transisi dari antena ke medium seperti
terlihat pada gambar 2. Profil layer dielektrik yang digunakan adalah linear dimana selisih
ε
r
antar layer dielektrik yang berurutan sama besar. Alasan
pemilihan profil linear ini adalah karena kesederhanaannya. Nilai
ε
r
dari masing – masing layer dielektrik dan tebalnya dapat dilihat pada
tabel 1. Untuk simulasi ini digunakan 6 titik pengamatan seperti terlihat pada gambar 3. Titik 1
dan 2 digunakan untuk menghasilkan grafik impedansi input dan VSWR karena program
FDTD3D tidak menghasilkan langsung impedansi input dan VSWR. Data yang dihasilkan dari titik 1
dan 2 harus diolah lebih lanjut dengan menggunakan Matlab agar dapat menghasilkan
grafik impedansi input dan VSWR. Titik 3, 4, 5 dan 6 digunakan untuk melihat amplituda peak to peak
sinyal dan ringing yang dihasilkan. Medium yang digunakan memiliki
ε
r
= 10 dan σ = 0.05
Feed Line
Layer dielektrik
Medium Antena
Gambar 2 : Antena dengan layer dielektrik Tabel 1: Profil layer dielektrik yang digunakan
Layer Tebal
1 2.28 1.67
cm 2 3.57
1.67 cm
3 4.85 1.67
cm 4 6.14
1.67 cm
5 7.42 1.67
cm 6 8.71
1.67 cm
X Z
1 2
Antenna Under Test AUT
3 5
4 6
10 cm 12 cm
15 cm Layer dielektrik
Medium 7 cm
Gambar 3: Titik-titik pengamatan simulasi
Gambar 4: Model Antena dengan FDTD
3. HASIL SIMULASI
a. Pengaruh pembebanan resistif
Tabel 2: Level ringing tanpa pembebanan dan dengan pembebanan resistif
Titik Level ringing
tanpa pembebanan
resistif Level ringing
dengan pembebanan
resistif
Titik 3 160.54
1.14 Titik 4
108.33 1.06
Titik 5 168.67
1.11 Titik 6
110.23 1.09
Gambar 4: Impedansi input tanpa pembebanan resistif
Gambar 5: VSWR tanpa pembebanan resistif Z
=200 ohm
Gambar 6: Impedansi input dengan pembebanan resistif resistansi awal 200 ohm
Gambar 7: VSWR dengan pembebanan resistif resistansi awal 200 oh
m
Gambar 8: Impedansi input dengan pembebanan resistif resistansi awal 40 ohm
Gambar 9: Impedansi input dengan pembebanan resistif resistansi awal 40 ohm
b. Pengaruh penambahan layer dielektrik
dan pembebanan resistif
Tabel 3: Level ringing dan kanaikan peak to peak pulsa utama dengan penambahan layer dielektrik dan
pembebanan resistif
Titik Level ringing
Kenaikan peak to peak
pulsa utama
Titik 3 5.23
304.62 Titik 4
4.56 278.66
Titik 5 5.22
270.46 Titik 6
4.60 250.93
135
Gambar 10: Impedansi input dengan layer dielektrik dan pembebanan resistif resistansi awal 200 ohm
Gambar 11: VSWR dengan layer dielektrik dan pembebanan resistif resistansi awal 200 ohm
Gambar 12: Impedansi input dengan layer dielektrik dan pembebanan resistif resistansi awal 40 ohm
Gambar 13: VSWR dengan layer dielektrik dan pembebanan resistif resistansi awal 40 ohm
4 . ANALISIS
Pengaruh pembebanan resistif dapat dilihat dari tabel 2. Dari tabel didapat bahwa dengan
penambahan pembebanan resistif maka level ringing dapat ditekan menjadi sekitar 1 -40dB.
Pada aplikasi GPR resolusi tinggi diperlukan syarat level ringing maksimal 1 -40dB. Hasil simulasi
menunjukkan pembebanan resistif mampu memenuhi persyaratan resolusi tinggi. Namun
pembebanan resistif ini akan memberikan dimensi antena yang lebih besar. Dari segi impedansi input,
ketika tidak ada pembebanan resistif maka impedansi input fluktuatif pada range 0 – 2.5 GHz.
Hal ini menunjukkan sifat antena dipole yang narrowband
. Sedangkan untuk aplikasi GPR dibutuhkan antena yang ultrawideband.Dengan
penambahan pembebanan resistif grafik yang dihasilkan lebih flat. Dengan Z
= 200 ohm dapat dilihat VSWR pada gambar 7. Frekuensi
resonannya berada di sekitar 830 MHz. Range frekuensi VSWR = 2 adalah 666 – 1233MHz.
Bandwidth yang didapat sekitar 567 MHz fractional bandwidth = 0.59. Syarat
ultrawideband
adalah fractional bandwidth lebih besar dari 0.25. Oleh karena itu antena yang
diusulkan sudah memenuhi syarat ultrawideband. Pada gambar 6 dan 7 digunakan resistansi awal 200
MHz dan mengikuti profil Wu-King. Jika resistansi awal diubah menjadi 40 ohm dan tetap mengikuti
profil Wu-King maka hasil yang didapat seperti terlihat pada gambar 8 dan 9. Impedansi input yang
didapat lebih flat daripada menggunakan resistansi awal 200 ohm. Dengan resistansi awal 40 ohm
didapat range frekuensi VSWR = 2 adalah 508 – 2910 MHz. Bandwidth antena sekitar 2.4 GHz
fractional bandwidth 1.40 dan frekuensi resonan 800 MHz. Impedansi input yang dihasilkan oleh
profil Wu-King dengan resistansi awal 40 ohm lebih flat daripada dengan resistansi awal 200 ohm
karena dengan resitansi awal 40 ohm pantulan yang terjadi dari ujung antena semakin kecil. Namun
dalam simulasi untuk melihat efek penambahan layer dielektrik penggunaan pembebanan resistif
dengan resistansi awal 40 ohm hanya digunakan untuk menganalisa impedansi input dan VSWR
saja. Hal ini karena ketika menggunakan FDTD untuk mensimulasikan resistansi yang kecil maka
waktu yang diperlukan makin besar. Apalagi untuk menganalisa ringing maka data yang dihasilkan
harus sampai lebih besar daripada 2 kali durasi pulsa yaitu 3.2 ns sejak awal pulsa dimulai. Titik
observasi yang berada di dalam medium membuat selang waktu yang diperlukan agar sinyal merambat
sampai ke medium juga bertambah sehingga menambah waktu simulasi. Jadi dengan
pertimbangan di atas efek dari penambahan layer dielektrik tidak dilakukan untuk resistansi awal 40
ohm.
136
137
Kemudian setelah melihat pengaruh penambahan pembebanan resistif, dilihat juga pengaruh
penambahan layer dielektrik dan pembebanan resistif sekaligus. Dari tabel 3 dapat dilihat
kenaikan level ringing dan peak to peak pulsa utama jika dibandingkan dengan tanpa penambahan
layer dielektrik. Level ringing rata-rata naik menjadi 4.56 - 5.23 sedangkan kenaikan pulsa
utama bervariasi di setiap titik dari 304 pada titik 3 sampai 250 di titik 6. Kenaikan level pulsa
utama ini menunjukkan energi yang berhasil ditransmisikan ke dalam medium semakin besar.
Kenaikan level ringing terjadi akibat banyak pantulan pada bidang batas 2 medium berbeda.
Oleh karena cepat rambat dalam setiap medium juga berbeda maka ada sebagian sinyal yang sampai
mendahului pulsa lain. Sinyal yang sampai lebih daripada 3.2 ns sejak awal pulsa dimulai akan
dianggap sebagai ringing. Impedansi input dan VSWR dengan resistansi awal 200 ohm dapat
dilihat pada gambar 10 dan 11. Dari gambar jika dibandingkan dengan gambar 6 dan 7 dapat dilihat
bentuk grafik masih mirip. Perbedaannya adalah dengan layer dielektrik terjadi pergeseran sebesar
130 MHz ke arah frekuensi yang lebih kecil. Range frekuensi VSWR = 2 adalah 584 – 1050 MHz.
Bandwidth yang didapat sekitar 466 MHz fractional bandwidth 0.57. Kemudian jika
digunakan pembebanan resistif dengan resistansi awal 40 ohm maka didapat pergeseran frekuensi
resonan 110 MHz menjadi 690 MHz. Range frekuensi VSWR = 2 adalah 397 – 2637 MHz.
Bandwidth yang didapat menjadi 2240 MHz fractional bandwidth 1.47.
5. KESIMPULAN
