Parameter – Parameter Antena Mikrostrip

8 menjadi besar dan meningkatkan kemungkinan pembentukan gelombang permukaan. Akan tetapi dengan substrat yang tipis dengan konstanta dielektrik yang tinggi mengurangi ukuran antena. Namun akibat adanya disipasi faktor yang lebih tinggi, menyebabkan efisiensinya menjadi rendah dan bandwith yang kecil [3]. Oleh karena itu terdapat timbal balik yang menjadi dasar dalam pembuatan antena mikrostrip yang harus diperhatikan. Ground pla ne terbuat dari bahan konduktor. Ukurannya selebar dan sepanjang substrat. Ground plane berfungsi sebagai ground antena pembumian yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.

2.3 Parameter – Parameter Antena Mikrostrip

Ada beberapa parameter dari antena mikrostrip yang biasanya digunakan dalam simulasi maupun pengukuran untuk mengetahui spesifikasi standar dari antena yang dirancang. Parameter antena tersebut antara lain yaitu dimensi antena, frekuensi resonansi, VSWR, bandwidth, axial ratio, gain antena, return loss,pola risa si, impedansi masukan, pola radiasi, dan keterarahan directivity.

2.3.1 Dimensi Antena Mikrostrip

Untuk mencari dimensi antena, yaitu lebar W dan panjang L maka harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan, yaitu tebal dialektrik h, konstanta dialektrik ε r , tebal konduktor t dan rugi – rugi bahan. Panjang antena mikrostrip antena L harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip W impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan persamaan 2.1 sebagai berikut [2] : W= c √ � + 2.1 dimana : W : lebar konduktor mm : konstanta dialektrik Universitas Sumatera Utara 9 c : kecepatan elektromagnetik diruang bebas 3 x 10 8 ms 2 fo : frekuensi kerja antena Hz Sedangkan untuk menentukan panjang patch L diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan panjang L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L ΔL tersebut dirumuskan dengan persamaan 2.2 sebagai berikut [2] : ΔL = 0,412h � ℎ + , � − , � ℎ + , 2.2 dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat dan adalah konstanta dielektrik relatif yang dirumuskan pada persamaan 2.3 berikut [2] : = � + + � − √ + ℎ⁄ 2.3 Panjang patch L dirumuskan pada persamaan 2.4 berikut [2] : = − ∆ 2.4 dimana L eff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan pada persamaan 2.5 berikut [2] : = √� 2.5

2.3.2 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi adalah frekuensi kerja dari suatu antena. Rentang frekuensi kerja dari suatu antena dapat dilihat dari grafik VSWR dan grafik return loss, sebagai contoh ketika nilai VSWR – nya lebih kecil atau sama dengan 2 dan ketika nilai return loss – nya bernilai sama dengan – 9,54 dB [1]. Dengan frekuensi resonansi yang dirumuskan pada persamaan 2.6 : = √� [ � + ] 2.6 dengan m dan n adalah indeks mode pada arah x dan y, W dan L adalah lebar dan panjang patch antena persegi panjang namun pada segi empat adalah panjang Universitas Sumatera Utara 10 sisinya, c adalah kecepatan cahaya 3x10 8 ms 2 , dan ε r adalah konstanta dielektrik relatif.

2.3.3 VSWR Voltage Standing Wave Ratio

VSWR Voltage Standing Wave Ratio merupakan perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri maksimum |V|max dengan minimum |V|min [6]. Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan V + dan tegangan yang direfleksikan V - . Gelombang berdiri terjadi akibat interferensi antara V + dan V - . Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut koefisien refleksi ya ng dinyatakan dengan simbol Г [7]. Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 sampai 1. Jika bernilai 0, artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Dapat dinyatakan dengan persamaan 2.7 sebagai berikut [8] : Γ = − + 2.7 Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dinyatakan seperti persamaan 2.8 berikut [8] : Γ = − + = � − � + 2.8 dimana :  Z L : impedansi beban load  Z o : impedansi saluran lossess Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian ima jiner dari Г adalah nol, maka: Г = -1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat, Г = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna, Г = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka, Universitas Sumatera Utara 11 Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Secara sederhana rumus untuk menentukan VSWR [8]. Kondisi VSWR yang ideal adalah bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi atau pantulan ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Nilai dari VSWR menjadi salah satu acuan untuk melihat, apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar. Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaa n matching sempurna [8]. Adapun rumusnya dapat dilihat pada persamaan 2.9. = | | � | | = +|Г| −|Г| 2.9

2.3.4 Bandwidth

Ba ndwidth suatu antena merupakan besar rentang frekuensi kerja dari suatu antena dimana kinerjanya berhubungan dengan beberapa karakteristik seperti impedansi masukan, pola, bandwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, a xia l ra tio memenuhi spesifikasi standar [8]. Nilai bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui, seperti yang terlihat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2 Rentang Frekuensi Mencari Bandwidth [4] Frekuensi bawah adalah nilai frekuensi awal dari frekuensi kerja antena, sedangkan frekuensi atas merupakan nilai frekuensi akhir dari frekuensi kerja antena. Pada persamaan 2.10 berikut adalah rumus mencari nilai bandwidth [8] : bandwidth f 1 f 2 f c -10dB -20dB return loss minimum Universitas Sumatera Utara 12 = − 2.10 dimana : BW = bandwidth f 2 = frekuensi tertinggi Hz f 1 = frekuensi terendah Hz f c = frekuensi tengah Hz Adapun beberapa jenis dari bandwidth yang berkaitan dengan antena mikrostrip adalah sebagai berikut [8] : a Impedance bandwidth : yaitu rentang frekuensi dimana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik masing – masing adalah kurang dari -9.54 dB dan 2. b Pattern bandwidth : yaitu rentang frekuensi dimana bandwidth, sidelobe, atau gain,yang bervariasi menurut freekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai ba ndwidth dapat dicari. c Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi dimana polarisasi linier atau melingkar masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.3.5 Axial Ratio

Axia l ra tio AR merupakan perbandingan sumbu mayor terhadap sumbu minor dalam suatu bentuk polarisasi, baik itu polarisasi melingkar atau elips. Adapun rumus AR terlihat pada persamaan 2.11 [1] berikut : = � = ; ≤ ≤ ∞ 2.11 Dimana: = [ {⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ cos ∆∅ }] 2.12 Universitas Sumatera Utara 13 = [ {⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ − ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ cos ∆∅ }] 2.13 Nilai axial ratio yang ideal adalah ≤ dB. Nilai 3 dB merupakan beda atau selisih antara medan E dan medan H dari gelombang yang dipancarkan oleh antena. Ini berarti antena tersebut memiliki polarisasi yang melingkar [1].

2.3.6 Gain Antena

Ga in antena atau penguatan adalah perbandingan antara intensitas radiasi dari suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama Satuan yang digunakan untuk gain, adalah besar suatu gain antena yang merupakan besaran relatif terhadap acuan gain antena yang mudah dihitung. Dimana gain dapat dirumuskan seperti persamaan 2.14 [2] berikut : G = D . η 2.14 D adalah direktivitas dan adalah efisiensi antena. Gain memiliki 2 jenis parameter, yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain adalah perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena P in teradiasi secara isotropik. Gain juga dapat dicari seperti persamaan 2.15 sebagai berikut [2]: � = � � � � � ℎ � � � � � � 2.15 Sedangkan relatif gain adalah sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama diantara kedua antena tersebut yang dirumuskan seperti persamaan 2.16 berikut [2] : � = � �,� 2.16 Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja yang digunakan, untuk mencari panjang gelombang diruang bebas � dirumuskan seperti persaman 2.17 [2] : Universitas Sumatera Utara 14 � = 2.17 Setelah nilai � diperoleh, maka � dapat dihitung. Dimana � merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan 2.18 [2] : � = � √� 2.18 Ga in dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.19 [1] : � = � � ∙ 2.19 dimana : G = gain antena � = panjang gelombang bahan dielektrik ∙ = Luas patch segiempat

2.3.7 Return Loss

Return loss merupakan perbandingan antara amplitude dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirim. Retur n loss digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direflesikan V 0- sebanding dengan gelombang yang dikirim V 0+ . Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban. Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas misma tched, besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan menggunakan persamaan 2.20 [8] : = log|Γ| 2.20 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 matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan apakah antena sudah bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak. Besaran nilai return loss diukur dari nilai Universitas Sumatera Utara 15 S 11 pada saat melakukan simulasi. Hal ini dikarenakan pada saat melakukan simulasi terhadap return loss yang digunakan hanya 1 port saja pada antena array.

2.3.8 Polarisasi Lingkaran

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum [1]. Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitudo vektor medan electric yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu. Polarisasi yang terdapat pada antena mikrostrip dapat diklasifikasikan sebagai polarisasi linear, polarisasi circular melingkar, dan polarisasi elliptical elips. Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrikatau magnet pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu. Polarisasi melingkar terlihat seperti Gambar 2.3 berikut [1]. Gambar 2.3 Polarisasi Melingkar [9] Untuk membangkitkan polarisasi melingkar pada antena mikrostrip dapat dilakukan dengan 2 metode, yaitu pencatuan ganda dual feed dan pencatuan tunggal single feed. Polarisasi melingkar dapat dihasilkan dengan menggunakan pencatuan ganda yang saling tegak lurus dual orthogonal feed atau memiliki beda fasa 90 Universitas Sumatera Utara 16 diantara yang satu dengan yang lainnya. Untuk mendapatkannya dilakukan dengan berbagai cara, seperti quadrature hybrid atau phase shifter. Selain itu, untuk dapat memperoleh beda fasa sebesar 90 dapat dilakukan dengan cara mengatur saluran c atu sehingga selisihnya sebesar λ4. Selain dengan pencatuan ganda, polarisasi melingkar juga dapat dibangkitkan dengan menggunakan pencatuan tunggal. Pada umumnya patch dengan saluran tunggal akan menghasilkan polarisasi linier. Untuk menghasilkan polarisasi melingkar maka perlu dibangkitkan dua mode arus yang tegak lurus dengan amplitude yang sama dan berbeda phase 90 , maka polarisasi melingkar akan di dapat [8].

2.3.9 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandigan tegangan terhadap arus pada terminal atau perbandingan dari komponen-komponen bersesuaian dari medan elektrik terhadap medan magnetic pada suatu titik [10]. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang ada disekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah terisolasi. Secara matematis impedansi masukan dapat dirumuskan pada persamaan 2.21 sebagai berikut [1] : Z in = R in + j X in Ω 2.21 dimana : Z in = impedansi masukan R in = tahanan terminal antena X in = reaktansi masukan Dari persamaan Z in tersebut, komponen yang diharapkan adalah daya real R in yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui panas atau radiasi. Komponen imajiner X in mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan pada medan dekat antena. Adapun Z in untuk antena mikrostrip patch segiempat untuk nilai VSWR ≤ 2 dapat dirumuskan pada persamaan 2.22 sebagai berikut [10] : Universitas Sumatera Utara 17 2 2 1 90         W L Z r r in   ohm 2.22

2.3.10 Pola Radiasi

Pola radiasi merupakan fungsi matematika atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan fluks, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional. Parameter pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional. Parameter pola radiasi terdiri dari main lobe, side lobe, HPBW Half Power Beamwidth, FNBW First Null Bea mwidth , SLL Side Lobe Level, dan FBR Front to Back Ratio seperti terlihat pada Gambar 2.4 dibawah ini [1]. Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena [11] Defenisi dari istilah – istilah parameter pola radiasi adalah sebagai berikut [1] : a Major Lobe Ma jor lobe disebut juga main lobe didefenisikan sebagai radiation lobe yang berisi arah radiasi maksimum. Ma jor lobe merupakan daerah pancaran terbesar sehingga dapat menentukan arah radiasi dan mempunyai daya yang besar. b Side Lobe Side Lobe terdiri dari : 1. first side lobe yaitu minor lobe yang posisinya paling dekat dengan ma in lobe. Universitas Sumatera Utara 18 2. second side lobe yaitu minor lobe yang posisinya setelah first side lobe. 3. back lobe yaitu minor lobe yang posisinya berlawanan dengan main lobe. c Half Power Beamwidth HPBW Ha lf Power Bea mwidth adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik titik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama. d First Null Beamwidth FNBW First Null Bea mwidth adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada ma in lobe yang intensitas radiasinya nol. e Side Lobe Level SLL Side Lobe Level adalah perbandingan antara first lobe dan main lobe. Side Lobe Level menyatakan besar dari side lobe. f Front to Back Ratio FBR Front to Ba ck Ra tio adalah perbandingan antara main lobe terhadap back lobe. Semakin besar sudut yang membentuk main lobe-nya maka keterarahan antena semakin kecil, sedangkan lobe-lobe kecil didekat main lobe yang disebut minor lobe merupakan berkas radiasi yang tidak terarah dan sebenarnya tidak dibutuhkan [1].

2.3.11 Keterarahan Directivity

Pengarahan directivity merupakan perbandingan antara intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Directivity dapat dirumuskan seperti pada Persamaan 2.23 berikut [1] : = = � � 2.23 Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dicari menggunakan Persamaan 2.24 berikut [1] : = = � = � � � 2.24 Universitas Sumatera Utara 19 dimana : D = keterarahan directivity D = keteraharan maksimum U = intensitas radiasi U max = intensitas radiasi maksimum U = intensitas radiasi pada sumber isotropik P rad = daya total radiasi

2.3.12 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Antena Mikrostrip mengalami kenaikan popularitas khususnya pada aplikasi wireless dikarenakan bentuknya yang kecil, mudah dibawa, sederhana, dan proses pembuatannya tidak membutuhkan biaya yang sangat mahal. Selain itu, antena ini juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti telepon genggam, missile, dan peralatan lainnya. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip antara lain [1] : a Dimensi antena yang kecil b Bentuknya sederhana memudahkan dalam proses perakitan c Dapat bekerja dalam dual-frequency dan triple frequency d Dapat diintegrasikan pada Microwave Integrated Circuit MIC e Tidak membutuhkan biaya yang sangat besar dalam proses pembuatannya. Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti [1] : a Efisiensi yang rendah b Gain yang rendah c Memiliki daya power yang rendah d Radiasi yang berlebih pada proses pencatuan e Bandwidth yang sempit

2.4 Jenis – Jenis Patch Antena Mikrostrip