bab2-140605050658-phpapp02

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02

http://slidepdf.com/reader/full/bab2-140605050658-phpapp02 1/16

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Antena Mikrostrip

Mikrostrip adalah sebuah konduktor listrik tipis yang dipisahkan dari alas

pembumian (ground plane) oleh selapis isolator listrik atau gap berisikan udara.

Mikrostrip digunakan dalam perancangan papan sirkuit cetak printed circuit board

(PCB) di mana sinyal-sinyal berfrekuensi tinggi butuh diarahkan dari satu bagian

sistem ke bagian lain dengan efesiensi tinggi dan kehilangan rendah sinyal

dikarenakan radiasi. (Wikipedia)

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas

ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip

merupakan antena yang memiliki massa ringan mudah untuk difabrikasi dengan

sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua !enis

permukaan dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena !enis lain karena sifat

yang dimilikinya antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga

dapat di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil

akan tetapi antena mikrostrip !uga memiliki beberapa kekurangan yaitu" band#idth

yang sempit gain dan directi$ity yang kecil serta efisiensi rendah.

%ambar &.' usunan lemen Antena Mikrostrip

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan

berbentuk empat persegi pan!ang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis

%ambar &.& Beberapa Bentuk Patch

Mikrostrip Empat Persegi Panjang

Metode yang biasanya digunakan dalam menganalisis antena mikrostrip empat

persegi pan!ang adalah model saluran transmisi. Menurut teori saluran transmisi

antena mikrostrip empat persegi pan!ang dapat dimodelkan sebagai dua buah slot

peradiasi paralel yang terpisahkan !arak sebesar setengah pan!ang gelombang dalam

bahan. *etika gelombang datang dari saluran pencatu menemui perubahan kasar

(discontinue) pada sisi input konduktor antena mikrostrip medan listriknya akan

menyebar ke udara bebas !uga pada sisi berikutnya setelah mele#ati patch atau

konduktor yang dianggap sebagai saluran transmisi. Apabila pan!ang antena '+

mikrostrip sebesar setengah pan!ang gelombang pada bahan diasumsikan medanlistrik pada sisi input sepan!ang W positif mengarah dari ground-plane ke konduktor

maka pada sisi u!ung yang lain medan listrik akan mengarah sebaliknya yaitu dari

konduktor ke ground plane. ehingga kedua komponen $ertikal dari kedua medan

listrik akan saling menghilangkan sedangkan komponen hori,ontal akan berubah

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


secara kontinyu setelah mele#ati konduktor sepan!ang dan ini akan dirasakan

sebagai radiasi di medan !auh.

Medan listrik yang menyebar dari kedua sisi antena mikrostrip ke udara bebas disebut

sebagai medan limpahan (fringing field)

Dimensi Antena Mikrostrip

ntuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan ) harus diketahui terlebih dahulu

parameter bahan yang akan digunakan yaitu tebal dielektrik (h) konstanta

dielektrik(/r) tebal konduktor (t) dan rugi-rugi bahan (rugi-rugi tangensial). Pan!ang

antena mikrostrip harus disesuaikan karena apabila terlalu pendek maka band#idth

akan sempit sedangkan apabila terlalu pan!ang band#idth akan men!adi lebih lebar

tetapi efisiensi radiasi akan men!adi kecil. 0engan mengatur lebar dari antena

mikrostrip (W) impedansi input !uga akan berubah. Pendekatan yang digunakan

untuk mencari pan!ang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan persamaan"

' . Menghitung lebar konduktor (W)

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


&. Menghitung konstanta dielektrik efektif (/eff)

1. Menghitung pan!ang efektif (eff)

+. Menghitung pan!ang tambahan (2)

3. Menghitung pan!ang konduktor ()

4. Menghitung etak dari titik pencatuan (')

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Frekensi !esonansi Antena Mikrostrip

5rekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki impedansi

resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). 6etapi sangatlah sulit untuk

mendapatkan nilai reaktansi input nol sehingga frekuensi resonansi antena mikrostrip

dianggap ter!adi ketika nilai reaktansi input minimum dengan nilai resistansi

maksimum. 5rekuensi resonansi tidak selalu sama dengan frekuensi ker!a yang

diinginkan sehingga pada frekuensi ker!a nilai reaktansi memiliki nilai yang

berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. 5rekuensi resonansi antena

mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan

Impe"ansi Karakteristik Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip memiliki impedansi karakteristik yang sangat sensiti$e terhadap

perubahan frekuensi. 7al itu disebabkan oleh tipisnya bahan antena mikrostrip. elain

dipengaruhi oleh karakteristik bahan lebar dimensi antena mikrostrip (W) !uga

berpengaruh pada impedansi karakteristiknya. 8mpedansi karakteristik antena

mikrostrip dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut"

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Antena Mikrostrip

0efinisi resmi 8 dari suatu antena yang diberikan oleh tutman dan 6hiele 9':

adalah" ;Bagian dari sistem pengiriman dan penerimaan yang dirancang untuk

meradiasikan gelombang elektromagnetik.< Antena microstrip merupakan salah

satunya.

*onsep antena Mikrostrip diperkenalkan pada a#al tahun '=3>an di A oleh

0eschamps dan di Perancis oleh %utton dan Baissinot baru pada tahun '=?>an

dengan kedatangan teknologi printed-circuit 9&1: beberapa kema!uan pada area

penelitian ini mulai menghasilan perkembangan antena praktis untuk pertama

kalinya.

Bentuk paling sederhana dalam peralatan Mikrostrip adalah berupa sisipan dua buah

lapisan konduktif yang saling paralel yang dipisahkan oleh suatu substrat dielektrik.

*onduktor bagian atas adalah potongan metal yang tipis (biasanya tembaga atau

emas) yang merupakan fraksi kecil dari suatu pan!ang gelombang 9':. *onduktor

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


bagian ba#ah adalah bidang pentanahan yang secara teori bernilai tak-hingga.

*eduanya dipisahkan oleh sebuah substrat dielektrik yang non-magnetik. *onstanta

dielektrik dari substrat berkisar dari ''? sampai kisaran &3 dengan loss tangent

mulai dari >>>>' sampai >>>+. *onduktor atas dapat berupa bentuk apapun bisa

persegi-pan!ang lingkaran segi-tiga elips heli@ cincin lingkaran dsb. *eragaman

desain yang memungkinkan dalam antena-antena Mikrostrip barangkali melebihi

elemen antena tipe lainnya. Antena Mikrostrip digunakan dimana ukuran berat

biaya performa yang baik kesesuaian dengan rangkaian terintegrasi gelombang

milimeter dan gelombang mikro ketahanan kemampuan untuk menyesuaikan diri

dengan bidang planar dan non-planar dsb. ang dibutuhkan 9&3:.

Band#idth dan efisiensi antena Mikrostrip bergantung pada ukuran bentuk

ketebalan substrat konstanta dielektrik substrat tipe feed point serta lokasinya dsb..

ntuk kiner!a antena yang baik substrat dielektrik yang tebal dengan konstanta yang

rendah cocok untuk band#idth yang lebih besar efisiensi dan radiasi yang lebih baik

dengan ukuran antena yang besar. Merancang antena yang kecil membutuhkan

konstanta dielektrik yang besar yang menyebabkan band#idth dan efisiensi yang

lebih kecil serta loss tangent (faktor disipasi) yang lebih besar 9&:. 6eknik efektif

lainnya untuk mengurangi ukuran antena adalah dengan menyisipkan shorting post

yang akan digunakan pada antena yang diinginkan. leh karena itu desain akhir

membutuhkan titik temu antara dimensi dan kiner!a antena bergantung pada

kebutuhan sistem. apisan konduktif atas contohnya patch antena Mikrostrip adalah

sumber radiasi yang meradiasi semata-mata karena medan rumbaian antara u!ung

patch dan bidang ground. apisan konduktif ba#ah berlaku mirip dengan bidang

ground reflektif memantulkan kembali energi mele#ati substrat dan ke ruangkosong.

Antena Mikrostrip merupakan di$ais dengan (Duality factor) yang tinggi kadang-

kadang mencapai '>> untuk elemen yang lebih tipis. Eamun elemen dengan tinggi

mempunyai band#idth dan efisiensi yang kecil. atu solusinya dapat dengan

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


meningkatkan ketebalan substrat tapi terdapat batasan-batasan dimana penambahan

bagian dari total daya yang diberikan sumber men!adi gelombang permukaan.

%elombang permukaan merupakan po#er loss yang tidak diinginkan yang tersebar

pada bengkokan dan diskontinuitas dielektrik yang ditun!ukkan pada gambar '. Ada

dua teknik yang mungkin untuk mensuplai atau mentransmisikan energi

elektromagnetik contohnya induce e@citation pada antena Mikrostrip yang terdiri

dari tipe contacting dan non-contacting. Pada teknik contacting pensuplaian

dilakukan langsung dengan menghubungkan element seperti !alur transmisi

Microstrip dan probe coa@ial. Pada teknik non-contacting seperti aperture dan

pro@imity coupling penggabungan medan elektromagnet dilakukan untuk

mentransfer daya antara !alur Microstrip dan konduktor bagian atas 9&1:.

%ambar '. Falur medan yang meradiasi dari patch antenaG diilustrasikan dari formasi

gelombang permukaan.

(Hc I sudut kritis)

0alam analisa ground plane terbuat dari bahan konduktor sempurna (J I K) tetapi

dalam aplikasi ground plane terbuat dari konduktor tak sempurna. 0alam proses

pembuatannyaantena mikrostrip dapat dibentuk men!adi 1 !enis utama yaitu antenamikrostrip tempelan (patch) antena mikrostrip gelombang ber!alan (tra$elling-#a$e)

dan antena mikrostrip celah (slot). Antena mikrostrip berbentuk persegi pan!ang

terdiri dari pelat tipis konduktor pada salah satu sisi dielektrik sedangkan pada sisi

lainnya adalah konduktor dengan luas yang !auh lebih besar dari berbentuk tersebut.

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Fenis antena mikrostrip berbentuk tempelan dan celah seringkali digunakan dalam

aplikasi. Pemilihan pemakaian antena berbentuk tempelan dan celah berdasarkan

beberapa kriteria yang tertera pada table diba#ah.

Beberapa *arakteristik Antena 6empelan dan Antena Celah

Beberapa tahap dalam pembuatan antena mikrostrip adalah sebagai berikut"

'. Menentukan frekuensi ker!a antena

&. Menentukan bahan dan parameter substrat antena

1. Menghitung ukuran patch dan lebar saluran catu

+. Melakukan simulasi dalam perangkat lunak untuk mendapatkan parameter

antena (BW L in pola radiasi WN)

2.2 Antena Bi#a" $an"a

2.% Pengertian Wireless Fidelity &'iFi(

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


2.) Parameter Penting Antena

0alam melakukan penilaian pada sebuah antena digunakan beberapa

parameter penilai. dengan bantuan besaran-besaran penting ini bisa menentukan

apakah suatu antena cocok dipakai pada aplikasi yang digunakan.

&.+.'. WN (oltage tanding Wa$e Natio)

WN adalah perbandingan antara amplitude gelombang berdiri (standing #a$e)

maksimum (OOma@) dengan minimum (OOmin) 9foot note':. Pada saluran transmisi

ada dua komponen gelombang tegangan yang direfleksikan (o-). Perbandingan

antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai

koefisien refleksi tegangan ( ) 9foot note': "

Numus biDuad untuk #ima@ (&-?)

0imana L adalah impedansi beban (load) dan Lo adalah impedansi saluran loseless.

*oefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks yang merepresentasikan

besarnya magnitude dan fasa dari refleksi. ntuk beberapa kasus yang sederhana

ketika bagian ima!iner dari adalah nolmaka 9foot note': "

* + ,1 - refleksi negati$e maksimum ketika saluran terhubung singkat * + - tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matched sempurna

* + /1 - refleksi positif maksimum ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

edangkan rumus untuk mencari nilai WN adalah 9foot note':"

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Numus biDuad untuk #ima@9:

*ondisi paling baik adalah ketika WN bernilai ' (I') yang berarti tidak ada

refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Eamun kondisi ini

pada praktiknya sulit untuk didapatkan . pada umumnya nilai WN yang

dianggap masih baik adalah WN Q &. edangkan pada penelitian ini nilai

WN yang diharapkan adalahRRRRR. ntuk memenuhi spesifikasi teknik

aplikasi Wi5i.

&.+.&. Band#idth

Band#idth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana kiner!a

antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan

pola beam#idth polarisasi gain efisiensi WN return loss a@ial ratio)

memenuhi spesifikasi standar 9footnote biDuad #ima@:.

%ambar &RR(band#idth)RRR.

Band#idth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini "

(rumus)R.

0imana "

ehingga pan!ang gelombang ( S ) I

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Ada beberapa !enis bandwidth di antaranya 9foot note biDuad #ima@:"

'. Impedance bandwidth yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada

pada keadaan matching dengan saluran pencatu. 7al ini ter!adi karena

impedansi dari elemen antena ber$ariasi nilainya tergantung dari nilai

frekuensi. Eilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan WN. Pada

umumnya nilai return loss dan WN yang masih dianggap baik masing-

msing adalah kurang dari -=3+ dB dan &.

&. Pattern bandwidth yaitu rentang frekuensi di mana band#idth sidelobe atau

gain yang ber$ariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Eilai

tersebut harus ditentukan pada a#al perancangan antena agar nilai band#idth

dapat dicari.1. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana

polarisasi (linier atau melingkar) masih ter!adi. Eilai axial ratio untuk

polarisasi melingkar adalah kurang dari 1 dB.

&.+.1. %ain

%ain pada suatu antenna diartikan dengan perbandingan logaritmik antara

daya pada suatu titik dari antena tertentu dengan daya pada titik tersebut dari antena

referensi seperti antena dipol T lambda

Misalnya daya suatu antenna pada suatu titik sebesar P a sedangkan daya

antenna dipol T lambda di tempat itu sebesar Pd maka gain antenna tersebut dapat

dinyatakan sebagai berikut"

%ain I '> og PdUPa dB

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


&.+.+. Neturn oss

Neturn oss adalah perbandingan antara amplitude dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirimkan 9footnote:. Neturn

oss digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang dikirim

(oV). Neturn oss dapat ter!adi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran

transmisi dengan impedansi masukan beban (antenna). Pada rangkaian gelombang

mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched) besarnya return loss ber$ariasi

tergantung pada frekuensi 9footnote:.

*+&rms(

Neturn oss I &> log '> O* 0

0engan menggunakan nilai WN Q '+ maka diperoleh nilai return loss yang

dibutuhkan adalah di ba#ah -'3.3+3 dB. 0engan nilai ini dapat dikatakan bah#a

nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan

gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah dapat

dianggap matching. Eilai parameter ini dapat men!adi salah satu acuan untuk melihat

apakah antenna sudah mampu beker!a pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

&.+.3. Pola Nadiasi

2. Meto"e Anaisis Saran Transmisi

*arena antenna mikrostrip merupakan e$olusi dari saluran transmisi mikrostrip di

bagian ini terlebih dahulu dibahas hal-hal yang penting terkait dengan saluran

transmisi mikrostrip. %ambar &R. Adalah bentuk umum dari sebuah saluran

transmisi mikrostrip. truktur yang ditampilkan di gambar tersebut terdiri dari sebuah

substrate dielektrika dengan ketebalan h dan memiliki permiti$itas relati$e / . Bagianᵣ

ba#ah substrate ini dilapisi metal secara keseluruhan yang berfungsi sebagai ground

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


struktur ini. edangkan bagian atasnya terbentuk strip dengan lebar W. ketebalan strip

t biasanya diabaikan. *etebalan substrate permiti$itas relatif dan lebar strip

menentukan impedansi gelombang mikrostrip ini.

%ambar .&

adalah pan!ang saluran transmisi ini dan berpengaruh pada perubahan phasa dan

atenuasi gelombang yang merambat di sepan!ang .

0alam melakukan analisa terhadap saluran transmisi mikrostrip sering kali

digunakan besaran permiti$itas relatifefektif /ᵣeff . ang digunakan untuk

menggantikan ruang yang tersusun dari kombinasi udara dan dielektrika dengan nilai

/ . %ambar .1 menun!ukkan struktur asal penampang mikrostrip dan struktur ᵣ

penggantinya.

%ambar .1

7ammerstad dan Fensen memberikan rumus yang cukup akurat dengan u I WUh

ε ᵣ ,eff =ε ᵣ+12

+ε ᵣ−1

2 (1+ 10

u ) –a ·b

yang mana a=1+1

49ln [ u

4+( u

52 )2

u4+0 ,432

]+ 1

18 ,7 ln [1+( u

18,1 )3

]

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


danb=0,564( ε ᵣ−0,9

ε ᵣ+3 )0,053

untuk ' X u X '3 a Y 'dan untuk / Z' b I >3+ sehingga untuk #ilayahᵣ

yang diberikan ini persamaan (.') bisa didekatkan dengan

ε ᵣ ,eff = ε ᵣ+12 + ε

ᵣ−12 (1+

10u )

−0,5

gambar .1 menun!ukan pemiti$itas relati$e efektif sebagai fungsi dari permiti$itas

relati$e substrate dan perbandingan lebar strip dan tebal substrate. 0i gambar .+ bisa

dilihat !ika lebar strip dibandingkan tebal substrate sangat kecil permiti$itas relati$e

efektif mendekati nilai >3 (/ V ') yang merupakan nilai rata-rata kedua permiti$itasᵣ

dielektrik yang digunakan oleh struktur mikrostrip ( udara dan dielektrik ) hal ini

dikarenakan medan listrik terbagi secara hamper merata di udara dan di dielektrika

(lihat gambar .1). sedangkan untuk nilai WUh yang besar nilai / ᵣeff mendekati nilai

/ ᵣ itu sendiri karena hampir seluruh medan listrik terkonsentrasi di dielektrika.

%ambar .+ Permiti$itas relatif efektif sebagai fungsi dari / ᵣ dan WUh

etelah mendapatkan nilai permiti$itas relatif efektif impedansi gelombang salurantransmisi mikrostrip bias dihitung dengan.

7/24/2019 bab2-140605050658-phpapp02


Z o= η

2 π √ ε ᵣ ,eff h( F

u +√1+(

2

u )2)

0engan F =6+(2π – 6)e−( 30.666u )

0,7528

dan [ I '&>\ ] .

Fika impedansi gelombang saluran transmisi diinginkan memiliki besar 3> ] maka

lebar strip bias dipilih dengan

W =

√

h λ0

√ ε ᵣ

[h

( λ0

h√ ε ᵣ

)−1

]Antenna mikrostrip segiempat akan diumpan (feed) dengan mikrostrip penghubung

ini. 0imensi dari antena mikrostrip segiempat ini adalah p @ W p seperti yang

diberikan di gambar .3.

%ambar .3 ketsa antena mikrostrip segiempat dengan feed mikrostrip

0i u!ung a#al dan u!ung patch diasumsikan saluran transmisi yang dalam kondisi

terbuka (open) yaitu pada posisi @ I > dan @ I p medan listrik akan menyebar

keluar (fringe) yang secara elektromagnetis bias dimodelkan dengan kapasitansi

(gambar .3). 0i sini pengaruh kapasitansi itu diganti dengan perpan!angan patch

secara fiktif sebesar ^ p yang diberikan dengan 9note:

bab2-140605050658-phpapp02

Documents