Analisis Konduktor Pada Reflektor Antena Pesawat Udara Nir Awak (PUNA) sriti Menggunakan Software CST

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Pesawat Udara Nir Awak (PUNA) merupakan teknologi yang saat ini sedang berkembang di beberapa negara termasuk Indonesia. PUNA banyak digunakan untuk kepentingan eksplorasi, pemetaan, penyelamatan, serta pemantauan lewat udara. Pengiriman data hasil pengamatan di udara membutuhkan transmitter yang dipasang pada pesawat dan salah satu komponen penting penyusunnya adalah antena.

  Antena yang dipasang pada pesawat harus mempunyai ukuran sebesar 5 cm sampai 10 cm agar dapat digunakan tanpa menggangu payload pesawat, karena PUNA mempunyai payload yang tidak terlalu besar seperti pada kerja praktik ini PUNA yang digunakan merupakan jenis flying wing yang memiliki berat maximum takeoff weight (MTOW) sebesar 9 kilogram [1].

  Saat ini penggunaan antena mikrostrip pada pesawat udara tanpa awak sudah dilakukan oleh instansi pemerintah Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) unit Pusat Teknologi Industri Pertahanan dan Keamanan (PTIPK) yang menggunakan antena mikrostrip pada (PUNA) sriti [1]. Antena mikrostrip dipilih untuk mengurangi drag pada pesawat karena dapat diletakan didalam fuselage, mudah dalam fabrikasi serta biaya pembuatan yang murah karena dapat dibuat dengan menggunakan printed circuit board (PCB) FR4. Antena mikrostrip juga pernah dibuat oleh Desriansyah Yudha Herwanto, pada penelitian tugas akhirnya yang berjudul “Rancang Bangun Antena Mikrostrip

  

Susun Dengan Pola Radiasi Omnidirectional Untuk Aplikasi Komunikasi Data

Pada Pesawat Udara Nir Awak (PUNA)” . Antena ini digunakan untuk

  komunikasi data pada PUNA [2]. Antena mikrostrip biasanya memiliki nilai gain untuk single patch sebesar 2 dB. Untuk meningkatkan gain dari antena mikrostrip, pada simulasi ini antena yang dibuat ditambah dengan reflektor yang diharapkan mampu meningkatkan gain antena tersebut. Reflektor juga digunakan untuk mengurangi dampak back

  

radiation yang biasa terjadi pada antena. Pemilihan bahan reflektor harus

diperhatikan agar mendapat kualitas gain yang baik.

  Desain simulasi antena mikrostrip yang dibuat pada kerja praktik ini memiliki frekuensi kerja sebesar 2.4 GHz dengan patch berbentuk persegi panjang

  

(rectangular patch) dengan teknik pencatuan microstrip line feed dimana bagian

  konduktor dihubungkan langsung dengan tepi patch antena mikrostrip. Antena mikrostrip menggunakan reflektor yang berbentuk datar (flat sheet) yang diletakan dibelakang antena untuk meningkatkan nilai gain antena.

1.2 Tujuan Kerja Praktik

  1.2.1 Tujuan Umum Adapun tujuan umum dari kerja praktik ini adalah sebagai berikut :

  1. Sebagai sarana pengaplikasian teori yang didapatkan saat perkuliahan dalam dunia kerja.

  2. Menambah wawasan dan pengalaman mengenai dunia kerja yang sebenarnya.

  1.2.2 Tujuan Khusus Adapun tujuan khusus dari kerja praktik ini adalah sebagai berikut:

  1. Mendapatkan nilai gain antena mikrostrip tanpa adanya reflektor

  2. Mendapatkan nilai gain antena setelah ditambah reflektor

  

3. Mendapatkan bahan yang tepat untuk dijadikan bahan reflektor pada antena

mikrostrip berdasarkan kenaikan nilai gain.

  4. Mengaplikasikan antena mikrostrip pada PUNA sriti.

1.3 Waktu dan Tempat Pelaksanaan Kerja Praktik

  Kerja praktik ini dilaksanakan pada 14 Februari 2018 sampai dengan 9 Maret 2018 di laboratorium telekomunikasi Pusat Teknologi Industri Pertahanan dan Keamanan (PTIPK), Badan Pengkaji dan Penerapan Teknologi (BPPT) yang beralamat di Jl. Raya Puspitek Gd.256, Serpong, Tangerang Selatan, Banten.

1.4 Batasan Masalah

  Adapun batasan masalah yang diangkat pada laporan kerja praktik ini adalah sebagai berikut:

  1. Hanya membahas gain antena.

  2. Menganalisa kenaikan nilai gain berdasarkan bahan reflektor.

  

3. Menganalisa perbandingan gain antena mikrostrip dari masing masing

bahan reflektor.

  

4. Menganalisa perbandingan gain sebelum dan sesudah dimasukan ke dalam

PUNA.

1.5 Metode Kerja Praktik

  Laporan kerja praktik ini ditulis berdasarkan hasil simulasi dan data-data serta teori yang diberikan pada saat melakukan kerja praktik. Adapun metode yang dilakukan dalam penulisan laporan kerja praktik ini adalah sebagai berikut:

  1. Mempelajari dasar dasar software CST yang digunakan untuk simulasi yang dijelaskan oleh pembimbing kerja praktik di laboratorium telekomunikasi PTIPK.

  2. Mempraktikan apa yang dijelaskan oleh pembimbing kerja praktik ke dalam software CST.

  3. Memasukan data hasil perhitungan dan melakukan simulasi dengan software CST.

  4. Konsultasi dengan pembimbing kerja praktik lapangan mengenai hasil simulasi yang didapat.

  5. Konsultasi dengan pembimbing akademik di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

1.6 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan laporan kerja praktik ini terdiri dari bab-bab yang dituliskan sebagai berikut:

  BAB I. PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang penulisan laporan kerja praktik, tujuan umum dan tujuan khusus penulisan laporan kerja praktik, batasan masalah yang diangkat, metode yang digunakan dalam penulisan laporan kerja praktik serta sistematika penulisan laporan kerja praktik.

  BAB II. SEJARAH SINGKAT DAN PROFIL PTIPK BPPT Bab ini berisi sejarah singkat berdirinya BPPT, PTIPK, Visi dan Misi PTIPK, Tugas Khusus dan Tugas Pokok PTIPK serta jajaran pimpinan dari PTIPK. BAB III. TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang pengertian antena mikrostrip, susunan antena mikrostrip parameter antena yang berkaitan dengan efisiensi antena, pengertian reflektor dan pengertian konduktor.

  BAB IV. PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang perancangan antena mikrostrip rectangular patch berdasarkan perhitungan dan pembahasan hasil simulasi yang dihasilkan ketika antena disimulasikan dengan software CST (Computer Simulation Technology).

  BAB V. PENUTUP Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari laporan kerja praktik yang menjawab tujuan yang telah dibuat serta saran untuk perbaikan kedepan nya.

BAB II SEJARAH SINGKAT DAN PROFIL PTIPK BPPT

2.1 Sejarah BPPT

  Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) merupakan lembaga riset dimana lembaga ini mempunyai tugas untuk melaksanakan tugas pemerintahan di bidang pengkajian dan penerapan teknologi. Sejarah dibentuknya BPPT berawal dari gagasan Presiden RI ke-2, Soeharto kepada Prof Dr. Ing. B.J. Habibie pada tanggal 28 Januari 1974 dan pada tanggal 5 Januari 1974 beliau diangkat menjadi penasehat pemerintah di bidang advance teknologi dan teknologi penerbangan berdasarkan surat keputusan No. 76/M/1974. Beliau bertanggung jawab langsung pada presiden untuk membentuk divisi

  Advance Teknologi dan Teknologi Penerbangan (ATTP) pertamina.

  ATTP diubah menjadi Divisi Advance Teknologi Pertamina melalui surat keputusan yang dibuat oleh Dewan Komisaris Pemerintah Pertamina No.04/Kpts/DR/DU/1975 tanggal 1 April 1976. Kemudian melalui keputusan presiden republik indonesia No.25 pada tanggal 21 Agustus 1978 dan diperbaharui berdasarkan Surat Keputusan Presiden

  No.47. Tahun 1991 diubah menjadi Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT).

  2.2 Visi dan Misi PTIPK

  Visi dari BPPT adalah sebagai berikut: “Menjadi pusat unggulan teknologi yang mengutamakan inovasi dan layanan teknologi untuk meningkatkan daya saing dan kemandirian bangsa.” Visi PTIPK adalah sebagai berikut: “Menjadi pusat unggulan teknologi industri pertahanan dan keamanan yang mengutamakan inovasi dan layanan teknologi untuk meningkatkan daya saing industri dan kemandirian bangsa.” Misi dari PTIPK adalah sebagai berikut:

  1. Melaksanakan pengkajian dan penerapan teknologi yang menghasilkan inovasi dan layanan teknologi di bidang P ertahanan dan keamanan.

  2. Melaksanakan tata kelola pemerintahan yang baik melalui reformasi birokrasi dalam rangka mewujudkan inovasi dan layanan teknologi di bidang ertahanan dan keamanan.

  P

  2.3 Tujuan dan Sasaran Strategis PTIPK

2.3.1 Tujuan

  Tujuan PTIPK pada tahun 2016-2019 adalah sebagai berikut:

  1. Meningkatkan daya saing industri melalui inovasi dan layanan teknologi di bidang pertahanan dan keamanan.

  2. Meningkatkan kemandirian bangsa melalui inovasi dan layanan teknologi di bidang pertahanan dan keamanan.

  3. Meningkatnya tata kelola pemerintahan yang baik untuk mendukung inovasi dan layanan teknologi dibidang pertahanan dan keamanan.

2.3.2 Sasaran Strategis

  Sasaran strategis dari PTIPK di tahun anggaran 2016 adalah “Meningkatnya kemandirian bangsa melalui inovasi serta layanan teknologi di bidang industri pertahanan & keamanan” Indikator yang mencakup sasaran strategis PTIPK adalah sebagai berikut:

  1. Terwujudnya inovasi serta layanan teknologi pesawat tempur nasional (tanpa awak dan berawak) dengan target satu paket prototipe drone alap- alap.

  2. Terwujudnya inovasi serta layanan teknologi kapal perang nasional dengan target satu desain standar kapal rudal cepat dan satu desain awal

  (preliminary desain) kapal selam.

  3. Terwujudnya inovasi serta layanan teknologi ranpur medium tank, kendaraan taktis dengan target satu model track link medium tank dan satu

  prototipe longsong MKB.

  4. Terwujudnya inovasi serta layanan teknologi industri propelan dan bahan peledak dengan target 1 dokumen pendampingan pembangunan pilot

  project pabrik dan satu basic design unit pemurnian Nac/Sac.

2.4 Struktur Organisasi PTIPK

  Pusat Teknologi Industri Pertahanan dan Keamanan (PTIPK) merupakan unit kerja yang berada di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), setingkat dengan eselon dua, di bawah Kedeputian bidang Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa (TIRBR) yang tercantum dalam surat keputusan kepala BPPT No. 009 Tahun 2015.

  Struktur organisasi dari PTIPK terdiri atas:

  a. Pejabat eselon II

  b. Bagian program dan anggaran

  c. Kelompok jabatan fungsional

Gambar 2.1 bagan struktur organisasi PTIPK

2.5 Daftar Kepala BPPT Berikut ini merupakan daftar kepala BPPT sejak tahun 1974-sekarang.

Gambar 2.2 daftar kepala BPPT dari 1974-sekarang

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Antena Mikrostrip

  Antena mikrostrip yaiitu antena yang mempunyai bentuk seperti bilah yang terbuat dari suatu bahan yang bersifat konduktor seperti printed circuit board (PCB). Antena mikrostrip terdiri dari tiga elemen utama yakni, groundplane (elemen pentanahan), patch (elemen peradiasi), dan substrat. Ketiga elemen ini mempunya fungsi yang berbeda-beda, seperti pada Gambar 3.1 berikut:

Gambar 3.1 struktur antena mikrostrip [3].

3.1.1 Patch (elemen peradiasi)

  

Patch (elemen peradiasi) yaitu suatu bagian pada antena mikrostrip yang

  berfungsi sebagai elemen yang meradiasikan gelombang elektromagnetik, umumnya elemen ini tersusun dari bahan yang memiliki sifat konduktor seperti, tembaga. Patch memiliki bentuk yang beragam ada yang berbentuk persegi, segitiga, lingkaran, elips dan sebagainya seperti pada Gambar 3.2 berikut ini:

  Gambar.3.2 patch antena mikrostrip[3].

  3.1.2 Substrat Dielektrik

Substrat merupakan bagian dari antena mikrostrip yang menjadi pemisah antara

  elemen patch dan ground. Bagian ini memiliki konstata dielektrik (ε ) serta

  r

  memiliki ketebalan tertentu, fungsi dari substrat sendiri adalah sebagai elemen yang berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik dari titik pencatuan. Karakteristik dari sebuah substrat mempengaruhi parameter-parameter yang ada pada sebuah antena. Konstanta dielektrik yang terkandung di dalam

  

substrat akan mempengaruhi nilai gain dari antena dan ketebalan dari substrat

  akan mempengaruhi nilai bandwidth antena, semakin tebal suatu substrat maka akan semakin lebar bandwidth yang dihasilkan. Hal ini juga yang akan mengakibatkan bertambahnya gelombang permukaan (surface wave) pada antena[3].

  3.1.3 Ground Plane (Elemen Pentanahan)

Ground plane merupakan komponen yang dibuat dari bahan yang memiliki sifat

  konduktor juga memiliki fungsi seperti reflektor yaitu dapat memantulkan gelombang elektromagnetik. Antena mikrostrip banyak digunakan karena memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan antena lain yaitu[3].

  a. Low profile

  b. Mudah dalam fabrikasi

  c. Dapat berdiri dengan kuat saat diletakan pada benda yang rigid

  d. Polarisasi linier dan melingkar lebih mudah dicapai

  e. Dapat digunakan pada aplikasi single band, dual band maupun triple band f. Feed line dan matching network dapat difabrikasi langsung dengan struktur antena g. Bahan penyusun yang mudah didapat dan murah Antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan diantaranya:

  a. Memiliki nilai gain yang rendah b. Kemurnian polarisasi antena rendah.

  c. Bandwidth yang sempit

  d. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada bagian feedline-nya

  e. Memiliki nilai efisiensi yang rendah

3.2 Antena Mikrostrip Rectangular Patch

  Antena mikrostrip rectangular patch adalah antena mikrostrip dimana patch antena ini berbentuk persegi panjang. Bentuk ini paling umum digunakan karena mudah untuk dianalisa. Panjang dan lebar dari patch antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.1)[3].

  Untuk menentukan lebar patch

  1

  2

  v 0

  2 W = (3.1)

  ¿ εr+1

  2 fr √ μ 0 ε0 2 fr εr+ 1

  √ √

  dimana : W = lebar patch (mm) fr = frekuensi kerja antena (GHz)

  εr=konstanta dielektrik substrat

  8 v = kecepatan cahaya( 3x10 m/s)

  Sebelum menghitung panjang patch terlebih dahulu menghitung nilai perubahan panjang akibat adanya fringing effect yang dihitung menggunakan persamaan (3.2).

  W ε ( ) reff ± 0.3

  ∆ L h +0.264 ( ) eff h =0.412 W

  ε ( reff −0.258 )

  ( h +0.8 )

  (3.2) dimana

  ∆ L = perubahan panjang (mm) eff

  ε nilai efektif dari konstanta dielektrik

  =

  reff

  h = tinggi / tebal substrat (mm)

  ¿

  Nilai konstanta dielektrik efektif (ε reff dapat dihitung menggunakan persamaan (3.3) .

  ε ε _{r + r -} 1 ε

  1

• reff =

  2

  2 1+12 hW √

  (3.3) dimana:

  ε = r konstanta dielektrik substrat

  Persamaan untuk menentukan panjang patch adalah sebagai berikut:

  v lp= 2 ∆ L

  −

  eff

  2 fr √ε reff (3.4)

3.3 Teknik Pencatuan

  Teknik pencatuan yang biasa digunakan ketika mendesain sebuah antena mikrostrip ada beberapa jenis diataranya : microstrip coplanar feed, coaxial feed,

  

proximity couple microstrip feed dan aperture-couple microstrip feed. Ketika

  memilih teknik pencatuan untuk sebuah antena, hal yang harus diperhatikan adalah transfer daya yang efisien antara struktur peradiasi dengan struktur feeding, sehingga akan tercapai kondisi yang dinamakan matching impedance antara keduanya[3].

  .

  a.

  a. _a.

  c. .

  d. .

Gambar 3.3 (a).microstrip coplanar feed, (b). coaxial feed (c).proximity coupled (d).aperture-coupled microstrip feed[3].

  Sistem pencatuan seperti Gambar 3.3 diatas mempunyai kelebihan dan kekurangan seperti yang terlihat pada Tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Perbandingan beberapa teknik pencatuan pada antena mikrostrip[3].

  Karakteristik Microstrip Coaxial Feed Proximity Aperture

  Line Feed Coupled Feed Coupled Feed Radiasi feed Banyak Banyak Minimum Sedikit

  

Bandwidth 2-5% 2-5% Dapat > 10 % Dapat > 10 %

Fabrikasi Mudah Butuh Agak rumit Agak rumit

  penyolderan dan pengeboran

  

Reliability Sangat baik Kurang Agak rumit Agak rumit

  karena pengaruh solder

  

Matching Mudah Mudah Mudah Mudah

Impedansi

3.4 Parameter Dasar Antena

  Ketika mendesain sebuah antena mikrostrip terdapat hal-hal yang harus diperhatikan, yakni apakah antena yang di desain memenuhi parameter-parameter dasar yang dimiliki oleh antena. Parameter-parameter inilah yang menentukan kinerja dari sebuah antena yang didesain. Beberapa parameter yang biasa digunakan untuk mengetahui kinerja dari sebuah antena diantaranya, S parameter, VSWR, bandwidth, pola radiasi dan gain[3].

3.4.1 S Parameter

  S parameter pada antena mikrostrip merupakan parameter yang digunakan untuk melihat perbandingan besar daya yang dipantulkan antena oleh karenanya, S parameter juga dikenal sebagai koefisien pantul (return loss). S11 dalam S parameter berarti bahwa nilai yang dihasilkan berasal dari port satu dan berada pada port satu. Besarnya nilai dari S parameter yang dihasilkan harus dibawah -10 dB, karena jika tidak maka semua daya akan dipantulkan dari antena dan tidak ada yang terpancar[4].

  

Return loss pada antena mikrostrip merupakan perbandingan antara amplitudo dan

  gelombang yang direfleksikan dengan besarnya amplitudo gelombang yang dikirimkan. Terjadinya diskontinuitas antara saluran transmisi dan impedansi masukan beban (antena) dapat menimbulkan return loss. Selain itu, return loss juga dapat didefinisikan sebagai nilai peningkatan amplitudo dari energi yang direfleksikan dibandingkan terhadap energi yang terkirim. Rangkaian gelombang mikro yang mempunyai nilai diskontinuitas (mismatched), memiliki nilai return

  

loss bervariasi tergantung pada frekuensi saluran transmisi. Menghitung besarnya

nilai return loss dapat menggunakan persamaan (3.5) .

  Z 1−Z 2 г=20 log

Return loss = 20 log (3.5)

  10

10 Z 1+Z 2

  | |

  dimana : г = return loss Z 1= impedansi source Z =impedansi load

  2

3.4.2 Pola Radiasi

  Pola radiasi pada antena mikrostrip dapat didefinisikan sebagai suatu fungsi matematis atau representasi grafis dari sifat radiasi antena sebagai suatu fungsi dari koordianat ruang. Dalam banyak kasus, pola radiasi dinyatakan pada far-field

  

region dan direpresentasikan sebagai suatu fungsi dari koordinat arah. Sifat

  radiasi mencakup densitas dari daya fluks, intensitas radiasi, kekuatan area, keterarahan (directivity), fasa atau polarisasi. Pola radiasi sendiri merupakan salah satu parameter antena yang penting karena setiap jenis antena memancarkan radiasi tetapi memiliki pola radiasi yang berbeda-beda.

  Ada tiga jenis pola radiasi yaitu isotropik, directional dan omnidirectional[3].

  a. Isotropik Pola radiasi isotropik dapat didefinisikan sebagai suatu hipotetis lossless antena yang memiliki radiasi yang sama di semua arah. Jadi, pola radiasi isotropik hanya bisa terjadi pada antena yang tidak memiliki rugi-rugi dan ini sangat sulit di implementasikan dalam dunia nyata. Ini merupakan pola ideal yang digunakan sebagai acuan untuk melihat pola radiasi antena lainya.

  b. Directional

  Pola radiasi directional dapat didefinisikan sebagai pola radiasi yang dengan efektif menerima atau memancarkan gelombang elektromagnetik di beberapa arah tetapi tidak di arah-arah yang lain. Pola ini dapat ditemukan pada antena horn dan yagi.

  c. Omnidirectional

  Pola radiasi omnidirectional dibentuk dengan penggabungan pola dari dua bidang yang saling orthogonal dimana pola pada salah satu bidang tidak terarah sedangkan pola pada bidang lainnya merupakan pola terarah. Pola radiasi ini merupakan tipe spesial dari pola radiasi directional. Pola radiasi omnidirectional berbentuk seperti donat dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut ini:

Gambar 3.4 pola radiasi omnidirectional[3].

3.4.3 Penguatan (Gain)

  Parameter penguatan (gain) terbagi menjadi dua jenis yaitu absolute gain dan relative gain, berikut ini adalah penjelasan kedua jenis gain tersebut[3].

  a. Absolute gain

  

Absolut gain diartikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu

  dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π.

  b. Relative gain

  

Relative gain diartikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah

  arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu.

3.4.4 Bandwidth

  

Bandwidth dari antena dapat diartikan sebagai jarak antara frekuensi yang paling

  rendah ke frekuensi yang paling tinggi dimana antena tersebut sudah memenuhi parameter-parameter yang sesuai dengan standar yang ditetapkan. Selain itu,

  

bandwidth suatu antena juga didefinisikan sebagai rentang jarak frekuensi di mana

  spesifikasi antena yang berhubungan dengan beberapa parameter dasar antena seperti impedansi masukan, pola radiasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi,

  VSWR, return loss yang telah memenuhi spesifikasi standar yang ditetapkan[4].

  3.5 Reflektor

  Reflektor merupakan sebuah alat yang dapat memantulkan cahaya, suara atau radiasi elektro-magnetis. Fungsi reflektor pada antena adalah untuk mengarahkan energi elektro-magnetik (EM), umumnya dalam rentang panjang gelombang radio spektrum elektromagnetik. Reflektor datar flat reflector merupakan reflektor yang dapat mencerminkan sinyal seperti cermin dan sering digunakan sebagai repeater pasif [4]. Penelitian tentang penggunaan reflektor pada antena mikrostrip pernah dilakukan oleh Richa Sharma dalam Thesis nya pada tahun 2013, dimana penelitian tersebut berjudul “Back Radiation Suppression In Microstrip Antenna

  Using Different Techniques”[5].

  3.6 Konduktor

  Konduktor merupakan baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.

  Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya berturut-turut memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai penghantar emas adalah sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka secara ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan[6]. Daftar nilai konduktivitas listrik (el-cond) dari beberapa bahan yang bersifat konduktor dapat dilihat pada

tabel 3.2 berikut ini: Tabel 3.2 Nilai konduktivitas listrik (el-cond) bahan yang bersifat konduktor[7].

  

Bahan El-Cond [S/m]

  Aluminum 3,56 x 10

  7 Brass 65% 1,59 x 10

  7 Copper 5,80 x 10

  7 Gold 4,56 x 10

  7 Iron 1,04 x 10

  7 Platinum 9,52 x 10

  6 Silver 6,30 x 10

  7 Steel 1010 6,99 x 10

  6

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 Umum

  Pada kerja praktik kali ini penulis mengambil masalah mengenai Analisis

  

Konduktor Pada Reflektor Antena Pesawat Udara Nir Awak (PUNA)

Menggunakan software CST (Computer Simulation Technology). Adapun

  tahapan pertama yang dilakukan adalah, menentukan frekuensi kerja antena yang akan dibuat, kemudian memilih spesifikasi substrat antena, lalu melakukan perhitungan untuk menentukan dimensi patch dan lebar pencatu yang tepat untuk antena yang akan dibuat, kemudian mendesain sebuah reflektor untuk antena, membandingkan nilai gain antena sebelum menggunakan reflektor dan sesudah menggunakan reflektor, lalu melakukan perbandingan kenaikan gain berdasarkan bahan reflektor yang digunakan, setelah itu memilih bahan yang tepat untuk dijadikan reflektor, setelah dipilih bahan yang tepat untuk dijadikan reflektor barulah antena mikrostrip yang dibuat dapat disimulasikan kedalam fuselage PUNA, lalu dilakukan perbandingan nilai gain yang dihasilkan sebelum dan setelah berada di dalam fuselage PUNA.

  Perancangan dan simulasi antena mikrostrip rectangular patch ini menggunakan

  

software CST (Computer Simulation Technology). Cara mendapatkan nilai yang

  paling optimal dari antena mikrostrip dilakukan parameterisasi antena dengan menggunakan menu parameter-sweap untuk menentukan nilai dimensi patch dan dimensi pencatu (feed) yang paling baik agar antena dapat berfungsi dengan optimal. Perancangan Simulasi antena mikrostrip rectangular patch ini dapat digambarkan sesuai dengan tahapan pada diagram alir berikut ini.

  start A menentukan spesifkasi mengganti bahan antena refektor menentukan no dimensi patch gain akhir > gain simulasi awal antena awal

Gambar 4.1 Diagram alir simulasi pembuatan antena mikrostrip

  Tahapan perancangan antena pertama kali adalah menentukan karakteristik antena

  melakukan parameterisasi lebar dan panjang patch s.1.1 <-

  10dB f=2.4 GHz memilih bahan refektor berdasarkan gain simulasi antena dengan refektor yang dipilih meletakan antena di dalam fuselage mendesain refektor simulasi antena dengan refektor

  A simulasi antena dalam fuselage membandingkan nilai gain di dalam fuselage dan di luar fuselage end no yes

4.2 Perencanaan Antena Mikrostrip Rectangular patch

  yang diinginkan. Pada simulasi ini hasil yang diharapkan adalah

  1. Frekuensi kerja antena : 2.4 GHz

  2. Keluaran S.1.1 : < -10 dB

  3. Gain : > 2 dB Setiap substrat memiliki parameter yang berbeda – beda,oleh karena itu perlu ditentukan terlebih dahulu jenis substrat yang akan digunakan sebagai antena mikrostrip. Jenis substrat yang digunakan pada simulasi ini adalah PCB jenis FR- 4 yang memiliki parameter sebagai berikut:

Tabel 4.1 Spesifikasi substrat yang digunakan

  Konstanta dielektrik relatif (εr) 4,24 Dielektrik loss tangent (tan δ) 0.025

  Ketebalan substrat (h) 1.6 mm

4.3 Menentukan Dimensi Antena

  Setelah menentukan jenis substrat, selanjutnya menentukan dimensi dari patch antena berdasarkan persamaan (3.1), (3.2), (3.3) dan (3.4).

  a. Menghitung lebar patch dengan persamaan (3.1)

  v

  2 W = 2 fr ε

  1

• 8

  r √

  3 x 10 m/ s

  2

  ¿

  9

  4.24+1 2 x 2.4 x 10 Hz

  √

  0.0625 m x 0.6178021

  ¿ ¿ 0.03861263 m

  ¿

  38.61263 mm (dibulatkan ke 38.6 mm)

  b. Menghitung panjang patch berdasarkan persamaan (3.2), (3.3) dan (3.4)

  W ε ( reff ± 0.3 )

  ∆ L h +0.264 ( ) eff h =0.412 W

  ε ( reff −0.258 ) h +0.8

  ( )

  dimana :

  ε ε ε _{r+ ¿ 1 r − ¿ 1} reff= _¿¿

  2 + 2 1+ 12 h W

  √

  4.24+1 4.24−1

• ¿

  2 2 √ 1.49 mm

  5.24

  3.24

  ¿

  2 + 2.44 mm 2.62+1.32 mm

  ¿ ¿ 3,94 mm

  maka :

  W ε ( ) reff ± 0.3

  ∆ L h +0.264 ( ) eff h =0.412 W

  ε ( reff −0.258 )

  ( h +0.8 )

  38.6 mm

  ( )

  3.94+0.3

  ∆ L ( 1.6 mm +0.264 ) eff

  1.6 mm =0.412 38.6 mm

  ( 3.94−0.258 )

  1.6 mm +0.8

  ( ) ∆ L

  (

  4.24 ) ( 24.1 mm+0.264 )

  eff

  1.6 mm =0.412

  ( 3.682 ) ( 24.1mm+0.8 ) ∆ L

  (

  4.24 ) ( 24.364 mm )

  eff

  1.6 mm =0.412

  ( 3.682 ) ( 24.9mm )

  ∆ L eff 103.3 mm

  1.6 mm =0.412 91.68 mm

  ∆ L

  =

  eff 0.46 mm x 1.6mm

  = 0.74 mm sehingga nilai L patch adalah :

  v L= 2 ∆ L

  −

  eff

  2 fr √ε reff

  8

  3 x 10 m/s

  L= 2 x 0.74 mm

  −

  9

  2 x 2.4 x 10 Hz √

  3.94

  8

  3 x 10 m/s

  L= − 1.48 mm

  9

  4.8 x 10 Hz

  3.94

  √

  8

  3 x 10 m/s

  L= −

  1.48

  9

  4.8 x 10 Hz x 1.98

  L=31.3 mm−1.48 mm L=29.8 mm

4.4 Simulasi Antena Rectangular Patch Awal

Gambar 4.2 hasil simulasi antena awal hasil perhitunganGambar 4.2 memperlihatkan hasil dari simulasi antena awal berdasarkan hasil perhitungan. Sumbu x pada grafik diatas menunjukan nilai frekuensi dari antena

  yang dibuat sedangkan sumbu y menunjukan besarnya nilai return loss yang dihasilakan oleh antena dan titik nomor satu menunjukan nilai frekuensi dan nilai

  

return loss yang dihasilkan antena yang disimbolkan dengan s 1 1 yang berarti

  bahwa hasil yang didapat pada simulasi ini merupakan hasil dari port satu dan berada di port satu. Gambar 4.2 menunjukan bahwa frekuensi antena sudah

  

resonant, tetapi nilainya belum tepat di frekuensi 2.4 GHz. Sehingga, dilakukan

parameterisasi untuk mengetahui karakteristik dari antena tersebut.

4.5 Hasil Simulasi Antena Hasil Parameterisasi Lebar Patch (wp)

Gambar 4.3 hasil simulasi antena ketika di parameterisasi lebar patch (wp)Gambar 4.3 memperlihatkan hasil simulasi antena ketika diparameterisasi lebar

  

patch. Sumbu x pada grafik diatas menunjukan nilai frekuensi dari antena yang

  dibuat sedangkan sumbu y menunjukan besarnya nilai return loss yang dihasilakan oleh antena. Titik nomor satu menunjukan nilai frekuensi dan nilai

  

return loss yang dihasilkan antena saat wp bernilai 35.6 mm, titik nomor dua

  menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena saat wp bernilai 38.6 mm dan titik nomor tiga menunjukan nilai frekuensi dan nilai return

  

loss yang dihasilkan antena saat wp bernilai 40.6 mm pada Gambar 4.3 terlihat

  ketika dilakukan parameterisasi pada lebar patch (wp) antena, semakin kecil wp (dibawah 38.6 mm) frekuensi antena semakin bergeser ke kanan (tinggi) sebaliknya ketika nilai wp semakin besar (diatas 38.6 mm) frekuensi semakin bergeser ke kiri (rendah), dari sini ditarik kesimpulan bahwa nilai wp tetap 38.6 mm.

4.6 Hasil Simulasi Antena Hasil Parameterisasi Panjang Patch (lp)

Gambar 4.4 hasil simulasi antena hasil parameterisasi panjang patch (lp)Gambar 4.4 memperlihatkan hasil simulasi antena ketika diparameterisasi panjang

  

patch (lp). Sumbu x pada Gambar 4.4 menunjukan nilai frekuensi dari antena

  yang dibuat sedangkan sumbu y menunjukan nilai return loss yang dihasilakan oleh antena. Garis berwarna merah menunjukan nilai frekuensi dan nilai return

  

loss yang dihasilkan antena saat lp bernilai 29.8 mm, garis berwarna orange

  menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena saat lp bernilai 29 mm dan garis berwarna biru menunjukan nilai frekuensi dan nilai

  

return loss yang dihasilkan antena saat lp bernilai 29.3 mm dari Gambar 4.4

  terlihat ketika dilakukan parameterisasi pada panjang patch (lp) antena, ketika nilai lp semakin kecil (dibawah 29.8 mm) frekuensi makin bergeser ke kanan (tinggi). Didapat nilai lp yang baik yaitu sebesar 29.3 mm sehingga pada penelitian ini nilai lp diubah menjadi 29.3 mm.

4.7 Hasil Simulasi Antena dengan Panjang Patch (lp) 29.3 mm

Gambar 4.5 hasil simulasi antena dengan panjang patch (lp) 29.3 mmGambar 4.5 memperlihatkan hasil simulasi antena ketika panjang patch diubah menjadi 29.3 mm. Sumbu x pada grafik diatas menunjukan nilai frekuensi dari

  antena yang dibuat sedangkan sumbu y menunjukan besarnya nilai return loss yang dihasilakan oleh antena. Titik nomor satu menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena saat lp bernilai 29.3 mm. Hasil S parameter yang didapat ketika nilai lp diganti menjadi 29.3 mm yaitu frekuensi tepat di 2.4 GHz dengan nilai return loss nya sebesar -14.844 dB.

4.8 Hasil Simulasi Antena Akhir Tanpa Reflektor

Gambar 4.6 hasil simulasi antena akhir tanpa reflektorGambar 4.6 menunjukan hasil akhir antena tanpa menggunakan reflektor, dari gambar tersebut terlihat nilai gain (reliazed gain) antena yang dihasilkan adalah

  sebesar 2.990 dB. Lingkaran berwarna hijau diatas merupakan bentuk pola radiasi dari antena mikrostrip yang dibuat. Garis melingkar yg melingkari pola tersebut menunjukan sumbu dari antena, garis lingkaran yang berwarna biru merupakan sumbu x, yang berwarna hijau merupakan sumbu y dan yang berwarna merah merupakan sumbu z dari antena. Kemudian bentuk benda kotak yang berada di belakang pola radiasi antena diatas merupakan bentuk asli dari antena yang disimulasikan. Pada gambar diatas juga terlihat daftar parameter antena lainya yang didapat ketika antena tersebut disimulasikan. Hasil akhir yang didapat pada antena mikrostrip rectangular patch sebelum menggunakan reflektor dapat dilihat pada Tabel 4.2 berikut ini:

Tabel 4.2 Hasil akhir antena tanpa reflektor

  Parameter Hasil Simulasi Keterangan

  Frekuensi tengah 2,4 GHz S-Parameter -14,844 dB

  Frekuensi kerja (<-10 dB) 2,348 s.d. 2,45 GHz

  Bandwidth 101,9 MHz

  Gain 2,990 dBi

  Beamwidth phi 0 & phi 90 103,1 & 96,6 Deg

  Impedansi Saluran 50,67 Ohm

4.9 Perancangan Reflektor Antena

  Desain rancangan reflektor yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 4.7 berikut ini:

Gambar 4.7 desain rancangan reflektor antenaGambar 4.7 diatas merupakan desain rancangan reflektor yang akan digunakan pada antena mikrostrip yang telah dibuat sebelumnya. Desain reflektor antena

  yang akan dibuat berdasarkan gambar diatas yakni memiliki dimensi panjang dan lebar reflektor sebesar 100 x 100 mm. Kemudian jarak peletakan reflektor (rl) pada antena mikrostrip adalah sebesar 10 mm, dan bahan penyusun reflektor tersebut merupakan bahan yang bersifat konduktor. Spesifikasi reflektor dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut ini:

Tabel 4.3 Spesifikasi reflektor

  

Parameter Nilai Keterangan

  Panjang 50 mm Lebar 50 mm Jarak dengan antena 10 mm

Tabel 4.4 Bahan reflektor [7]

  7 Alumina Non konduktor

Rubber Non konduktor

  Silver 2.990 5.638 Steel-1010 2.990 5.635 Alumina 2.990 2.064

  Gold 2.990 5.638 Iron 2.990 5.636 Platinum 2.990 5.636

  Brass 65% 2.990 5.637 Copper 2.990 5.638

  Aluminum 2.990 5.637

  Bahan Konduktor Gain Awal (dB) Gain Akhir (dB)

Tabel 4.5 Hasil simulasi antena dengan reflektor

  7 Steel 1010 6,99 x 10

  

Bahan El-Cond [S/m]

Aluminum 3,56 x 10

  7 Silver 6,30 x 10

  7 Platinum 9,52 x 10

  7 Iron 1,04 x 10

  7 Gold 4,56 x 10

  7 Copper 5,80 x 10

  7 Brass 65% 1,59 x 10

  Rubber 2.990 2.811 Berdasarkan hasil simulasi antena dengan reflektor berbahan konduktor nilai gain terbaik ada pada bahan copper, gold dan silver sedangkan dengan bahan non konduktor (alumina dan rubber) nilai gain antena menjadi turun. Cara untuk membuktikan bahwa bahan konduktor merupakan bahan yang baik untuk dijadikan bahan reflektor, maka dilakukan simulasi pada reflektor dengan mengganti nilai el-cond pada bahan penyusun reflektor sebesar 0.1

  7 Siemens/meter sampai 1x10 Siemens/meter seperti yang terlihat pada Tabel 4.6

  berikut ini:

  7 Tabel 4.6 Bahan reflektor dengan El-cond sebesar 0.1 sampai 1x10

  Siemens/meter

  Bahan El-Cond [Siemens/meter]

  Bahan 1

  0.1 Bahan 2

  1 Bahan 3

  10 Bahan 4 100 Bahan 5 1000 Bahan 6 10000

  6 Bahan 7 1x10

  7 Bahan 8 1x10

4.9.1 Hasil Simulasi Antena

Gambar 4.8 hasil simulasi antena dengan reflektor bahan sendiriGambar 4.8 memperlihatkan hasil simulasi antena ketika menggunakan reflektor

  7

  berbahan konduktor dengan nilai el-cond sebesar 0.1 Siemens/meter sampai 1x10 Siemens/meter. Sumbu x pada grafik diatas menunjukan nilai frekuensi dari antena yang dibuat sedangkan sumbu y menunjukan besarnya nilai return loss yang dihasilakan oleh antena. Titik nomor satu menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena saat menggunkan reflektor berbahan konduktor dengan nilai el-cond sebesar 0.1 Siemens/meter dan titik nomor dua menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena

  7

  menggunakan reflektor berbahan konduktor dengan nilai el-cond sebesar 1x10 Siemens/meter. Berdasarkan grafik dapat dilihat ketika nilai konduktivitas listrik bahan reflektor kecil yaitu pada bahan1 nilai return loss yang dihasilkan semakin besar, sedangkan ketika nilai konduktivitas listrik bahan semakin tinggi nilai

  

return loss yang dihasilkan semakin rendah. Hasil keseluruhan simulasi antena

  denga reflektor bahan sendiri dapat dilihat pada Tabel 4.7 berikut ini:

Tabel 4.7 Perbandingan nilai gain dengan reflektor bahan sendiri

  4.10 Simulasi Antena Akhir dengan Reflektor Bahan El-Cond [Siemens/meter

  ] Gain Awal

  (dB) Gain Akhir

  (dB) Bahan 1

  0.1 2.990 2.276

  Bahan 2

  10 2.990 2.691

  Bahan 3 100 2.990 4.831 Bahan 4 1000 2.990 5.397 Bahan 5 10000 2.990 5.564 Bahan 6 100000 2.990 5.614 Bahan 7 1x10

  6

  2.990 5.628

  Bahan 8 1x10

  7

  2.990 5.636

Gambar 4.9 antena mikrostrip dengan reflektor copperGambar 4.9 merupakan gambar antena mikrostrip dengan reflektor berbahan

  

copper. Kotak berwarna kuning pada Gambar 4.9 merupakan bentuk dari reflektor

  yang dibuat, kemudian kotak kecil berwarna kecoklatan merupakan substrat antena, lalu kotak kecil berwarna kuning yang berada didepan substrat merupakan patch antena, kotak kecil persegi panjang yang berada dari garis tengah patch sampai ujung bawah substrat merupakan feeding antena dan kotak berwarna merah di ujung feeding merupakan port dari antena.

Gambar 4.10 fuselage PUNA sritiGambar 4.10 diatas merupakan bentuk fuselage dari Pesawat Udara Nir Awak (PUNA) sriti yang digunakan untuk mensimulasikan antena.Gambar 4.11 penempatan antena pada fuselage PUNA sritiGambar 4.11 merupakan bentuk skema peletakan antena pada fuselage PUNA sriti, dari Gambar 4.11 terlihat bahwa antena diletakkan dengan posisi terbalik, hal

  ini dikarenakan antena yang dibuat memiliki pola radiasi directional dengan arah pancaran radiasinya mengarah ke bawah pada fuselage PUNA sriti.

4.10.1 Hasil Simulasi Antena dengan Fuselage

Gambar 4.12 hasil simulasi antena dalam fuselage Gambar 4.12 menunjukan hasil simulasi antena ketika berada di dalam fuselage.

  Sumbu x pada grafik diatas menunjukan nilai frekuensi dari antena yang dibuat sedangkan sumbu y menunjukan besarnya nilai return loss yang dihasilakan oleh antena. Titik nomor satu menunjukan nilai frekuensi dan nilai return loss yang dihasilkan antena saat berada didalam fuselage, dua garis yang mengapit frekuensi