PENINGKATAN GAIN ANTENA MIKROSTRIP LINGKARAN MENGGUNAKAN PARASITIC RADIATOR

• 1
• 2 1. Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro. Politeknik Negeri Jakarta. Depok.

• *E-mail: totosupr@yahoo.com

  1 ) is optimized to maximize electromagnetic coupling and main lobe antenna. This paper also propose end-parasitic, the spacing between the ground and end-parasitik element (H 2 ) to minimize back lobe antenna. The designed antenna makes it a potential antenna for various applications.

  Sementara itu, pada Capstick, M. H [6] mengusulkan untuk dipergunakan parasitik radiator yang berbentuk ring persegi panjang dengan patch berbentuk persegi panjang untuk menghasilkan gain sebedar 7,5 dBi. Penelitian ini kemudian dikembangkan perancangan

  gain yang tinggi. Namun antena ini masih memiliki dimensi yang besar.

  Metode yang lain seperti yang diusulkan Deng, P.-H [5], perancangan menggunakan dielektrik resonator antena untuk dapat menghasilkan antena yang memiliki

  diusulkan F. Sheta, J [4] yaitu dengan menghilangkan sebagian bidang ground.

  Defected Ground Structure (DGS), seperti yang

  Namun metode ini memiliki kelemahan diantaranya yaitu memiliki bentuk yang luas, dan terdapatnya gelombang permukaan yang dapat menurunkan efisiensi. Gelombang permukaan ini dapat ditekan dengan menggunakan

  Salah satu metode untuk meningkatkan gain antena mikrostrip yang telah dikenal secara luas diantaranya metode antena susun (array), seperti yang dilakukan oleh Yang, R. Y [3]. Pada metode ini diusulkan perancangan beberapa antena yang sama untuk kemudian dihubungkan dengan pencatu tunggal, sehingga nilai gain meningkat.

  Sebuah antena yang memiliki gain tinggi diperlukan untuk memenuhi permintaan yang tinggi terhadap layanan komunikasi nirkabel, sehingga coverage layanan semakin luas. Namun, pada antena mikrostrip, nilai gain justru yang menjadi salah satu kelemahannya. Gain didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic [2].

  Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan, diantaranya mempunyai bentuk yang kompak, dimensi kecil dan mudah untuk difabrikasi. Selain itu, antena mikrostrip pun memiliki bentuk yang beragam, diantaranya persegi, persegi panjang, elips, segitiga, dan lingkaran. Namun, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan diantaranya yaitu gain rendah, bandwidth rendah, dan efisiensi yang rendah [1].

  Keywords: Back lobe, Gain enhancement, LTE, Main lobe, Parasitic Substrate.

  11 ) = -14 dB or VSWR < -1,5 . The gain, return

loss, and radiation characteristics of the proposed microstrip antenna are compared with the conventional circular

antenna. A total gain enhancement 2 dB is achieved by front-end parasitic element. The spacing between the driven

patch and front-parasitic element (H

  

PENINGKATAN GAIN ANTENA MIKROSTRIP LINGKARAN MENGGUNAKAN

PARASITIC RADIATOR

Toto Supriyanto

  

Gain Enhancement icrostrip Antenna Using Parasitic Radiator. The design of an enhanced gain compact circular

microstrip antenna has been presented in this paper. This antenna is designed to operate at 2,35 GHz for Long Term

Evolution (LTE) application with bandwidth 54 MHz at return loss (S

  ) dioptimasi untuk meminimalkan back lobe antena. Desain antena ini sangat potensial dipergunakan untuk berbagai aplikasi. Kata Kuci : Back lobe, Gain enhancement, LTE, Main lobe, Parasitic Substrate.

  2

  ) dioptimasi untuk memaksimalkan kopling elektromagnetik dan lobe utama antena. Penelitian ini juga mengusulkan penambahan end-parasitik, jarak antara ground dan end-parasitik (H

  1

  ) = -14 dB atau saat VSWR < 1,5 dB. Nilai gain, return loss, dan karakteristik radiasi antena ini akan dibandingkan dengan antena mikrostrip lingkaran konvensional. Total peningkatan gain yang diperoleh sebesar 2 dB, dengan penempatan front-end parasitik subtrat. Jarak antara patch dengan front-parasitik (H

  11

  Pada makalah ini akan dijelaskan penelitian mengenai peningkatan gain antena mikrostrip lingkaran. Antena ini beroperasi pada frekuensi 2,35 GHz yang merupakan alokasi untuk aplikasi Long Term Evolution (LTE) yang memiliki bandwidth 54 MHz pada return loss (S

  

Abstrak

  2. Jurusan Teknik Elektro. Fakultas Teknik. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Cilegon.

  dan Teguh Firmansyah

1. Pendahuluan

  antena yang memiliki bentuk lingkaran dengan radiator Hz. Desain antena tersebut memiliki fundamental berupa ring, sehingga dihasilkan gain antena sebesar 6 frekuensi yang bekerja pada dominan mode TM . Nilai

  110

  dBi. Berbeda dengan penelitian sebelumnya, pada antena resonannya diberikan oleh persamaan (3). ini diusulkan perancangan menggunakan front-end parasitik substrat, seperti yang terlihat pada Gambar 1a. dan Gambar 1b.

  Dimana nilai c merupakan kecepatan cahaya sebesar

  8

  3.10 m/s. Desain antena ini merupakan desain antena lingkaran yang konvensional seperti pada Gambar 1c.

  Pada penelitian ini, antena yang dirancang memiliki frekuensi kerja sebesar 2,3 GHz untuk aplikasi Long

  Term Evolution (LTE). Sementara itu, struktur antena

  yang diusulkan terlihat pada Gambar 1a dan Gambar 1b, dengan nilai dimensi dan karakteristik subtrat terlihat

  Tabel 1. Dimensi dan Karakteristik Substrat Antena Spesifikasi Ukuran Keterangan

  W 60 mm Lebar L 70 mm Panjang r 26 mm Jari-jari ε (Taconic) ε = 2,2 Front-

  r1 r1

  h h = 1,52 mm parasitic

  1

  1

  tan δ tan δ = 0,0009

  1

  1 Gambar 1a. Struktur antena terlihat dari atas (proposed);

  b. Struktur antena terlihat dari bawah (proposed); ε (Taconic) ε = 2,2 Patch r2 r2

  c. Struktur antena lingkaran konvensional

  h h = 1,52 mm Utama

  2

  2

  tan δ tan δ = 0,0009

  2

  2 Geometri antena yang dipergunakan berbentuk

  lingkaran dengan front parasitik radiatornya berbentuk ε (Taconic) ε = 2,2 End-

  r3 r3 lingkaran pula, sehingga gain yang dihasilkan lebih besar.

  h h = 1,52 mm parasitik

  3

  3 Pada penelitian ini juga diusulkan perancangan

  tan δ tan δ = 0,0009

  3

  3

  menggunakan end parasitik yang berfungsi menurunkan yang berakibat pada peningkatan gain antena.

  back-lobe

  Luasan yang lebih ini diharapkan mendapatkan gain Selanjutnya akan dibandingkan hasil antara antena yang lebih besar. Sementara itu, proses karakterisasi lingkaran konvesional seperti Gambar 1c, antena dilakukan dengan mengubah nilai H dan H .

  1

  2

  lingkaran hanya dengan front-parasitik, antena lingkaran hanya dengan end -parasitik, dan antena yang

  3. Hasil dan Pembahasan

  menggunakan front-end parasitik seperti Gambar 1a dan Seperti yang dijelaskan pada Bab 1, pada jurnal ini

  Gambar 1b. Perancangan antena ini menggunakan akan dijelaskan empat buah desain antena. Diantaranya perangkat lunak CST. antena lingkaran konvesional seperti Gambar 1c, antena lingkaran hanya dengan front-parasitik, antena lingkaran

2. Metode Penelitian

  hanya dengan end -parasitik, dan antena yang Salah satu keunggulan dari antena berbentuk menggunakan front-end parasitik seperti Gambar 1a dan lingkaran diantarannya adalah desain yang sederhana.

  Gambar 1b. Persamaan patch jari-jari antena lingkaran mengikuti

  Gambar 2 menunjukkan nilai return loss (S ) untuk

  11 persamaan (1) yang diberikan oleh.

  antena lingkaran konvensional (Gambar 1c). dimana nilai F memenuhi persamaan ;

  Pada persamaan (1) nilai h harus dalam satuan cm,

  Sementara itu, proses selanjutnya simulasi dengan menambahkan end- parasitik dimana dilakukan karakterisasi perubahan gain antena terhadap perubahan tinggi H . Hasil gain antena terhadap perubahan H

  2

  2 terlihat pada Gambar 5.

  Gambar 2. Nilai S 11 dan bandwith antena lingkaran konvensional

  S < -14 hanya mencapai 29,6 MHz. Sementara itu, pada

  11 Gambar 3 menunjukkan hasil far-field antena lingkaran Gambar 5. Nilai gain antena lingkaran dengan end-parasitik konvensional. terhadap perubahan H

  2 Selain itu dilakukan juga simulasi perubahan tinggi

  H terhadap perubahan nilai back-lobe, seperti pada

  2 Gambar 6.

  Gambar 3. Nilai far-field antena lingkaran konvensional

  Hasil far-field ini menunjukkan nilai gain antena sebesar 6,2 dBi dengan angular width 88,8° dan back

  lobe sebesar -12,8 dBi.

  Perancangan selanjutnya yaitu dengan menambahkan Gambar 6. Nilai back-lobe antena lingkaran dengan end-

  front- parasitik dimana dilakukan karakterisasi perubahan parasitik terhadap perubahan H

  2 gain antena terhadap perubahan tinggi H . Hasil gain

  1

  antena terhadap perubahan H terlihat pada Gambar 4. Pada Gambar 6 diperlihatkan bahwa, dengan

  1

  menambahkan back-parasitik dihasilkan peningkatan

  gain sebesar 0,32 dB dari 6,2 dBi menjadi 6,5 dBi saat H

  2

  sebesar 4 mm. Sementara itu pada Gambar 6 memperlihatkan juga nilai back-lobe antena end-parasitik terhadap perubahan H . Nilai back-lobe ini mengalami

  2

  penurunan sebesar 11, 72 dB, dari -12,18 dBi menjadi -24 dBi saat H bernilai 5 mm. Hal ini membuktikan, dengan

  2

  menambahkan end-parasitik dapat meningkatkan gain sekaligus menurunkan nilai back-lobe antenna.

  Perancangan selajutnya yaitu dengan menambahkan

  front-end parasitik yang merupakan usulan dari makalah

  ini. Hasil simulasi gain terhadap perubahan H dan H

  1

  2 terlihat pada Gambar 7.

  Gambar 4. Nilai gain antena lingkaran dengan front-parasitik terhadap perubahan H Nilai gain yang paling besar diperoleh saat H

  1

  1

  bernilai 14 dan H bernilai 4 mm dengan gain sebesar 8,2

  2 Nilai gain yang paling besar diperoleh saat H dBi. Hal ini membuktikan dengan penambahan front-end

  1

  bernilai 10 mm dengan gain sebesar 7,9 dBi. Hal ini parasitik dapat meningkatkan gain sebesar 2 dB dari 6,2 membuktikan dengan penambahan front-parasitik dapat dBi menjadi 8,2 dBi. meningkatkan gain sebesar 1,7 dB dari 6,2 dBi menjadi

  Tabel 2. menunjukkan perbandingan kinerja antena lingkaran konvensional dengan antena lingkaran dengan penambahan front-end parasitik.

  Tabel 2. Perbandingan Kinerja

  Antena lingkaran Antena dengan Kinerja lingkaran penambahan konvensional front-end parasitik

  Frekuensi 2,35 GHz 2,35 GHz Bandwidth

  50 MHz 102 MHz (S < -10dB)

  11 Bandwidth 29,6 MHz 54,7 MHz Gambar 7. Nilai gain antena front-end parasitik terhadap

  (S < -14dB)

  11 perubahan H dan H

  1

2 Gain 6,2 dBi 8,2 dBi

  Sementara itu, Gambar 8 memperlihatkan hasil 88,8° 63,6°

  HPBW 3dB simulasi return loss (S ) pada antena dengan

11 Dimensi 60 x 70 x 1,52 60 x 70 x 22,56 penambahan front-end parasitik.

  Hasil perbandingan memperlihatkan bahwa antena lingkaran dengan penambahan front-end parasitik dapat menghasilkan gain yang lebih tinggi dan memberikan nilai bandwidth yang lebih besar

  4. Kesimpulan

  Total peningkatan gain yang diperoleh sebesar 2 dB dengan penempatan front-end parasitik subtrat. Jarak antara patch dengan front-parasitik (H ) dioptimasi untuk

  1

  memaksimalkan kopling elektromagnetik dan lobe utama

  Gambar 8. Nilai S 11 dan bandwith antena lingkaran dengan

  antenna. Pada penelitian ini juga diusulkan penambahan

  penambahan front-end parasitik end parasitik, jarak antara ground dan end-parasitik (H )

  2

  dioptimasi untuk meminimalkan back lobe antena. Nilai Pada Gambar 8, nilai bandwidth antena saat S < -14

  11 yang paling besar diperoleh saat H bernilai 14 dan gain

  1

  hanya mencapai 54,7 MHz. Sementara itu, pada Gambar H bernilai 4 mm dengan gain sebesar 8,2 dBi. Hal ini

  2

  9 menunjukkan hasil far-field antena lingkaran membuktikan dengan penambahan front-end parasitik penambahan front-end parasitik. dapat meningkatkan gain sebesar 2 dB dari 6,2 dBi menjadi 8,2 dBi.

  Daftar Acuan

  [1] Y. Toutain (2007), “Design and implementation of a

  compact microstrip Tx/Rx diplexer for UMTS equipments, ” in Proc. Int. MIKON’02 Conf, pp.

  187–190. [2]

  Cabral, H. (2009) "A diplexerfor UMTS applications," IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference, pp.215-217. [3]

  Yang, R. Y.(2010) "Design of a high band isolation diplexer for GPS and WLAN system using modifed

  Gambar 9. Nilai far-field antena lingkaran dengan penambahan

  stepped-impedance resonators," Progress In parasitik.

  front-end Electromagnetics Research, Vol. 107.

  [4] Hasil simulasi menunjukkan bahwa antena dengan

  F. Sheta, J. (2006), “Miniature microstrip stepped impedance resonator bandpass filters and diplexers penambahan front-end parasitik dapat meningkatkan gain for mobile communications,” in IEEE MTT-S Int. sampai 2 dB.

  Microw.Symp. Dig., pp. 607–610.

  [5] Deng, P.-H., (2006) “Compact microstrip diplexers based on a dual-passband filter," Asia-Pacific

  Microwave Conference” 1228-1232. [6]

  Capstick, M. H. “Microstrip lowpass-bandpass

  diplexer topology ,” Electron. Lett., vol 35, no. 22, pp

  1958-1960, Oct 1999 [7]

  J.S Hong dan M. J. Lancaster, “Microstrip Filters for

  RF/Microwave Applications”. John Wiley & Sons, Inc. 2001.

  [8] Anurag Bhargava dan Staf of TCE. “Advanced

  Design System Circuit Design Cookbook 1.0” Agilent Technologies. Preliminary version.

  [9] Pozar, David M. “Microwave and RF Design of

  Wireless System”. John Wiley & Sons. 2000 .