E015-1 ANTENA MIKROSTRIP DENGAN TEKNIK SLOT YANG DICATU SECARA CO- PLANAR WAVEGUIDE (CPW) Rastanto Hadinegoro
PLANAR WAVEGUIDE (CPW)
1) 1) 1) Rastanto Hadinegoro , Yuli Kurnia Ningsih dan Indra Surjati1)Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti
Jl. Kyai Tapa No.1 Grogol Jakarta Barat 11440
Abstrak
Di dalam sistem komunikasi nirkabel dibutuhkan antena yang memiliki keandalan. Salah satu jenis
antena yang dapat digunakan adalah antena mikrostrip, karena memiliki bentuk yang kompak,
berdimensi kecil, dan mudah diintegrasikan dengan perangkat elektronik. Pada antena mikrostrip
banyak cara yang dilakukan untuk memperlebar bandwidth. Salah satunya adalah teknik slot dengan
saluran pencatu Coplanar Waveguide (CPW). Pada penelitian ini telah dilakukan simulasi dengan
substrat yang digunakan adalah FR4 dengan permitivitas relatif 4,3 dan tebal substrat 1,6 mm. Dari
hasil simulasi antena yang dilakukan menghasilkan frekuensi yang bekerja pada 2.3GHz – 2,6GHz
dengan lebar pita frekuensi yang terukur sebesar 468 MHz atau sebesar 20% dengan nilai return loss
sebesar -21,46dB dan VSWR 1,185.Kata kunci: Antena Mikrostrip, Slot dan CPW Pendahuluan
Sekarang ini perkembangan teknologi telekomunikasi maju begitu sangat pesat, seiring dengan perkembangan teknologi yang pesat tersebut sangatlah penting untuk memilih antena yang tepat untuk mendukung teknologi telekomunikasi tersebut. Antena yang pada umumnya memiliki keterbatasan akan dimensi yang relatif besar dan harganya mahal sehingga mempengaruhi fleksibilitasnya. Oleh karena itu dibutuhkan antena dengan dimensi yang lebih kecil, fleksibel, mobilitas, murah, praktis dan kehandalan tinggi. Salah satu jenis antena yang dapat memenuhi kebutuhan ini adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip mempunyai berbagai macam bentuk patch antara lain yaitu persegi panjang, lingkaran dan segitiga. Antena mikrostrip patch segitiga mempunyai keunggulan dibandingkan dengan bentuk patch lainnya, terutama persegi panjang, karena luas yang dibutuhkan antena mikrostrip patch segitiga lebih kecil dibandingkan bentuk patch yang lain. Antena mikrostrip juga memiliki kelemahan yaitu bandwidth yang kecil rata hanya 2% sampai dengan 5% [D. M. Pozar: 2011]. Oleh karena itu berbagai cara dilakukan untuk memperlebar bandwitdh diantaranya pencatuan tak langsung (electromagnetic coupled), antena susun (array), pencatuan coplanar waveguide (CPW) dan teknik slot. Untuk pencatuan tak langsung bandwidth yang dihasilkan lebih lebar akan tetapi tidak efisien karena terdiri atas dua lapisan dimensi[Indra Surjati dan Eko Tjipto Rahardjo: 2004]. Pada antena susun (array) bandwidth yang dihasilkan lebih lebar akan tetapi terdapat kelemahan yaitu dimensi luasan antena yang lebih luas sehingga tidak efisien[Erfan dan Bachtiar :2010][ Indra Surjati et al: 2010], teknik slot dan pencatuan dengan CPW merupakan teknik yang populer digunakan untuk memperlebar bandwidth. Berdasarkan hasil penelitian peningkatan bandwidth dapat mencapai sebesar range 17% sampai dengan 40% [A.A. Eldek et al: 2004], dengan tidak menambah dimensi luasan antena[J.-J. Jiao et
al : 2007].
Penelitian yang dilakukan ini dirancang suatu antena mikrostrip segitiga dengan menggunakan teknik slot yang dicatu dengan CPW untuk memperlebar bandwidth. Aplikasi yang ditujukan pada perancangan antena mikrostrip ini adalah untuk aplikasi WiMAX di Indonesia yang bekerja pada range frekuensi 2,3GHz. Dengan teknik slot ini dapat mencakup range 2,3GHz sampai dengan 2,6GHz yang terbagi atas blok-blok[DITJEN POSTEL, DEPKOMINFO: 2008].
Desain Antena
Dimensi patch segitiga yang dirancang tergantung dari frekuensi kerja yang dipilih, pada penelitian ini frekuensi kerja yang dipilih adalah 2.3GHz. Substrat yang digunakan memiliki kostanta dielektrik εr = 4,3 ketebalan substrat h = 1,6 mm dan rugi – rugi tangensial tan δ = 0,0265. Dimensi alas segitiga dibuat berdasarkan persamaan (1) diperoleh hasilnya adalah a = 40 mm . Saluran pencatu yang dipergunakan adalah coplanar waveguide dengan impedansi karakteristik (Z ) adalah 50 Ω. Gambar 1 memperlihatkan struktur dasar dari saluran CPW, yang terdiri dari sisi strip konduktor dengan jarak sebesar w[Surjati, Indra: 2010].
Gambar 1. Struktur CPW
Saluran pencatu dan patch antena kemudian disusun seperti pada Gambar 2 berikut ini.Selanjutnya adalah penambahan sepasang slot pada patch antena segitiga. Dengan menggunakan rumus[Sainati, R.A: 1996], maka akan dihasilkan lebar strip konduktor (w) = 6,7 mm dan lebar celah saluran (s) = 0,5 mm serta panjang saluran (l) = 30 mm dengan W x L = 50 mm x 50 mm dapat dilihat pada Gambar 2.
2 c
a =
(1) 3 f r r ε Parameter – parameter yang akan diteliti untuk memperoleh bandwidth yang lebar adalah jarak penambahan lebar slot (x) dan tinggi slot (y).
Hasil dan Pembahasan
Dengan menggunakan parameter segitiga yang telah disebutkan maka selanjutnya dilakukan simulasi. Simulasi perubahan tinggi sepasang slot dan variasi jarak antar slot dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimal maka metode perancangannya dilakukan secara empiris, yaitu dengan cara trial error yang dapat dilihat pada Tabel – 1. Pada hasil simulasi Gambar 3 tanpa penambahan sepasang slot untuk iterasi ke – 1 dapat dilihat nilai nilai return loss yang lebih kecil dari -10dB (VSWR ≤ 2) dan bandwidth yang dihasilkan adalah sebesar 151MHz dari 2,228GHz sampai dengan 2,379GHz.
Tabel 1. Iterasi Percobaan Antena Mikrostrip Iterasi d x x x x y y 1
2
3 4 1 2 Percobaan1 0 mm 35,6 mm 0 mm 0 mm 2 0,5 mm 4,6 mm 4,6 mm 4,2 mm 5,07 mm 4 mm 4 mm 3 0,5 mm 4,6 mm 4,6 mm 4,2 mm 5,07 mm 8 mm 8 mm 4 0,5 mm 4,6 mm 4,6 mm 4,2 mm 5,07 mm 10 mm 10 mm
Untuk menghasilkan bandwidth yang lebar maka selanjutnya adalah ditambahkan dengan sepasang slot, lebar slot dan tinggi slot tersebut dapat dilihat pada Tabel – 1. Pada Gambar 4a merupakan hasil simulasi dari iterasi ke – 2, dapat dilihat dengan penambahan sepasang slot dengan tinggi masing – masing 4 mm dihasilkan peningkatan bandwidth sebesar 156MHz dari baik dari sebelumnya menjadi 171MHz dari 2,223GHz sampai dengan 2,394GHz. Dari hasil simulasi pada Gambar 4c yaitu iterasi ke – 4 peningkatan bandwidth menjadi lebih besar dengan penambahan tinggi slot masing – masing 10 mm menghasilkan bandwidth sebesar 468MHz dari 2,229GHz sampai dengan 2,697GHz dengan nilai return loss -21,46 db. Dapat disimpulkan bahwa rancangan dengan penambahan tinggi slot 10 mm dan lebar slot 0,5 mm dapat difabrikasi. Hal ini dapat dilihat dari perolehan nilai return loss yang lebih kecil dari -10 dB (VSWR ≤ 2).
Gambar 2. Geometri antena mikrostrip slot dengan pencatuan CPW Gambar 3. Iterasi ke – 1 dengan kondisi tanpa penambahan sepasang slot pada patch antenna.
(a) Iterasi ke – 2 (b) Iterasi ke – 3
(c) Iterasi ke – 4
Gambar 4. Hasil simulasi pengaruh penambahan tinggi sepasang slot terhadap pengukuran return
loss dengan lebar 0,5 mm
Kesimpulan Pada penelitian ini telah diperoleh inovasi dalam hal rancangan peningkatan bandwidth.Rancangan baru yang didapat dalam penelitian ini yaitu peningkatan bandwidth antena mikrostrip segitiga dengan penambahan sepasang slot menggunakan saluran pencatu CPW. Peningkatan menjadi lebih besar dengan penambahan tinggi slot masing – masing 10 mm dan lebar slot 0,5 mm menghasilkan bandwidth sebesar 468MHz atau sebesar 20% dari 2,229GHz sampai dengan 2,697GHz dengan nilai return loss 21,46dB dengan VSWR 1,185.
Daftar Pustaka
A.A. Eldek, A.Z. Elsherbeni, and C.E. Smith, “ Design of Wideband Triangle Antenas with Tunning Stub”, Progress In Electromagnetics Research, PIER 48, 233 – 248, 2004.
D. M. Pozar, “Microstrip Antennas”, Proceeding of The IEEE , Vol.40 No.1, January 1992. DITJEN POSTEL, DEPKOMINFO, Draft Kebijakan Penataan Spektrum Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel (Broadband Wireless Access/BWA), Jakarta, Juni 2008.
Ir. Erfan Ahmad Dahlan, MT dan Bachtiar Effendy, “Perancangan dan Pembuatan Antena Mikrostrip Equilateral Triangular Series-Feed Array Frekuensi 2,4GHz”, The 5th Electrical Power, Electronic, Communications, Controls, and Informatics International Seminar 2010.
Indra Surjati dan Eko Tjipto Rahardjo, ”Antena Mikrostrip Segitiga Sama Sisi Untuk Operasi Frekuensi Ganda Menggunakan Teknik Pencatuan Coplanar Waveguide (CPW)”, Jurnal Teknologi Edisi No.3, Tahun XVIII , September 2004, 189 – 196 ISSN 0215 – 1685.
Indra Surjati, Yuli KN, Yuliastuti, “Increasing Bandwidth Dual Frequency Triangular Microstrip Antenna For WiMAX Application”, International Journal of Electrical & Computer Sciences IJECS-IJENS Vol:10 No:06. December 2010 ISSN: 2077 - 1231.
J.-J. Jiao, G. Zhao, F.-S. Zhang, H.-W. Yuan, and Y.-C. Jiao, “A Broadband CPW-Fed T-Shape Slot Antenna”, Progress In Electromagnetics Research, PIER 76, 237–242, 2007. Surjati, Indra. Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya. (Jakarta: Universitas Trisakti. 2010). Sainati, R.A, “CAD of Microstrip Antennas for Wireless Aplication”, Artech House, Boston, 1996.