! ! " " # #
$ $$ $% % & &' ' ( (
PEMANFAATAN ANTENA MIKROSTRIP UNTUK TEKNOLOGI WIRELESS ULTRA WIDEBAND (UWB)
I.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi tanpa kabel (wireless) saat ini semakin pesat khususnya dibidang telekomunikasi. Saat ini kebutuhan pasar telekomunikasi mengarah pada penyaluran informasi dalam kapasitas besar. Sehingga diperlukan perangkat komunikasi yang bekerja dengan bandwidth yang sangat lebar atau wideband . Untuk menunjang kebutuhan tersebut diperlukan antena yang mempunyai karakteristik wideband . Bila mengacu dari definisi ITU ( International Telecommunication Union ) bahwa penggunaan frekuensi radio dengan bandwidth lebih besar atau sama dengan 1 MHz merupakan kategori wideband . Lebar bandwidth tersebut khususnya untuk aplikasi sistem gelombang mikro [1].
Dalam rekomendasinya ITU telah menjabarkan kebutuhan bandwidth untuk kasus wideband ke dalam beberapa alokasi frekuensi yaitu [2]; banwidth 10 MHz untuk jarak
frekuensi dari 30 MHz sampai 10 GHz, 50 MHz untuk 1 GHz sampai 3 GHz, 100 Mhz untuk 3 GHz sampai 10 GHz, 250 MHz untuk 10 GHz sampai 15 GHz, dan 500 MHz untuk jarak frekuensi diatas 15 GHz. Terdapat beberapa alokasi sistem komunikasi gelombang mikro yang memerlukan bandwidth yang sangat lebar seperti fixed-satellite service (FSS) yang menempati beberapa alokasi frekuensi (3.4–4.2 GHz, 5.725–6.726 GHz, 7.25–7.75 GHz, 7.9– 8.84 GHz, 10,7–12.75 GHz, 12.75–13,25 GHz, dan 13.75–14.8 GHz), Broadcasting-satellite service (11.7-12.75 GHz), aeronautical telemetry (3–16 GHz), sistem bergerak IMT-2000
(1.885–2.025 GHz, 2.110–2.2 GHz, 1.98–2.010 GHz, dan 2.17–2.2 GHz). Aplikasi lain yang membutuhkan bandwidth yang sangat lebar yaitu teknologi ultra wideband (UWB). Di sebagian negara [2] terdapat beberapa alternatif alokasi frekuensi untuk aplikasi ultra wideband seperti Amerika dan Eropa mengalokasikan untuk sistem radar pencitraan dengan band frekuensi dibawah 900 MHz, 1.9–10.6 GHz dan 3.1–10.6 GHz. Kedua untuk vehicular radar system pada 22–29 GHz, 24–24.25 GHz dan 23.6–24 GHz. Ketiga untuk aplikasi pada
sistem komunikasi tanpa kabel yang beroperasi pada 3.1–10.6 GHz. Dilain pihak, Infocomm Development Authority (IDA), sebuah badan regulasi spektrum Singapura menetapkan
alokasi frekuensi UWB pada 2.2–10.6 GHz. Sehingga masih besar kemungkinan penggunaan spektrum frekuensi untuk aplikasi UWB dari 0.3 GHz sampai 100 GHz di beberapa negara lainnya. Sehingga saat ini mencuat
istilah multi-wideband . Konsep multi-wideband ditemukan dalam perancangan antena ditujukan agar satu antena dapat diaplikasikan pada banyak sistem komunikasi pita-lebar yang menggunakan alokasi frekuensi yang berbeda-beda seperti yang telah dicontohkan pada paragaf diatas. Untuk
menunjang
teknologi
tersebut
dibutuhkan
antena
yang
mempunyai
karakteristik yang dapat menerima frekuensi yang lebar (wideband ) dan sekaligus ringkas untuk mendukung komunikasi bergerak. Salah satu jenis antena yang dapat menunjang teknologi tersebut dengan beberapa keuntungan adalah antena mikrostrip. Jenis antena ini memiliki beberapa keunggulan terutama pada rancangan antenanya yang tipis, kecil, ringan dan dapat diterapkan ke dalam Microwave Integrated Circuit (MICs). Pada prinsipnya antena mikrostrip memiliki karakteristik dengan bandwidth yang sempit [3]. Salah satu teknik untuk memperlebar bandwidth yaitu dengan menggunakan teknik array. Selain pelebaran bandwidth, teknik array juga dapat meningkatkan gain antena. Persoalannya dalam merancang antena mikrostrip dengan konfigurasi array dibutuhkan penghitungan jaringan impedansi yang sangat rumit untuk mencatu masing-masing elemen peradiasi. Dalam teknik array pencatuan yang umumnya digunakan adalah saluran mikrostrip. Jika saluran mikrostrip digunakan untuk mencatu elemen peradiasi (antena bentuk patch) pada lapisan yang sama, maka akan menghasilkan efek kopling yang rendah sehingga
lebar bandwidth terbatas. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan saluran mikrostrip berada lebih rendah atau di bawah elemen peradiasinya sehingga memberikan efek kopling yang lebih kuat. Teknik pencatuan tersebut menggunakan elektromagnetik kopel dimana antara saluran dan elemen peradiasi secara fisik tidak terhubung langsung atau terhubung secara elektromagnetik. Teknik pencatuan secara elektromagnetik pada umumnya menggunakan dua jenis elemen peradiasi yaitu pada patch dan slot. Pada patch digunakan dua substrat , dimana lapisan pertama terdapat patch antena segi empat dengan bagian bidang pertanahannya dihilangkan dan lapisan kedua digunakan sebagai pencatu saluran mikrostrip dengan bagian bawah sebagai bidang tanah. Kedua substrat dapat berbeda ketebalan dan konstanta dielektrik relatif. Saluran catu berada dibawah patch dan membentuk rangkaian terbuka yang memberikan mekanisme kopling utama terhadap antena. Teknik ini disebut sebagai proximity coupling untuk microstrip patch antenna (MPA). Pada slot ( wide slot ) dapat
menggunakan satu lapisan substrat , dimana konduktor bagian atas digunakan sebagai elemen peradiasi dan sekaligus untuk bidang pertanahan (ground-plane). Sedangkan konduktor bagian bawah digunakan untuk saluran mikrostrip sebagai pencatu. Teknik dengan
menggunakan slot lebar (wide slot ) diistilahkan sebagai microstrip slot antenna (MSA). Sehingga teknik pencatuan secara elektromagnetik dengan menggunakan slot lebih efisien dalam penggunaan substrat untuk antena. Pada antenna mikrostrip slot memiliki mekanisme kopling, dimana saluran mikrostrip memberikan imbas gelombang elektromagnetik menuju elemen peradiasi (slot) melalui sebuah substrat . Efek kopling diberikan antara saluran mikrostrip dan elemen peradiasi sebagai transformer ideal [4]. Pada penelitian ini difokuskan pada perancangan antena mikrostrip menggunakan slot dengan konfigurasi array atau disebut dengan antena mikrostrip slot array. Beberapa penelitian dengan menggunakan MSA baik dengan slot sempit maupun slot lebar untuk meningkatkan bandwidth telah dilakukan. Dimana antena-antena mikrostrip slot dengan menggunakan elemen peradiasi tunggal telah diperoleh dengan lebar bandwidth yang bervariasi dari 0.7 GHz sampai lebar bandwidth 8.8 GHz. Jika antena mikrostrip slot dirancang dalam konfigurasi array diperoleh lebar bandwidth sebesar 14 GHz [4]. Sedangkan perancangan antena mikrostrip array menggunakan teknik penyesuaian impedansi l/4 menghasilkan lebar bandwidth 0.8 GHz, 10 GHz dan 11.9 GHz. Untuk peracangan jenis antena lain yang bertujuan untuk menghasilkan karakteristik wideband telah diperoleh dengan hasil yang bervariasi dari mulai yang terendah sebesar 0.4 GHz sampai 32 GHz. Beberapa tahun belakangan ini perancangan antena banyak difokuskan untuk mempunyai karakteristik wideband yang salah satunya ditujukan untuk aplikasi ultra wideband [3]. Bahkan saat ini, penelitian bidang antena sudah mengarah pada karakteristik multi-wideband atau multi-ultrawideband [6]. Antena Mikrostrip slot merupakan salah satu jenis perancangan antena mikrostrip yang berpotensi untuk memperlebar bandwidth. Bandwidth pada sistem antena umumnya didefinisikan sebagai jarak antara frekuensi rendah (f1) dan frekuensi tinggi (f2) terhadap nilai VSWR 2 atau nilai return loss RL = -10 dB yang diformulasikan sebagai BW = f2– f1. Sementara penggunaan elemen peradiasi (slot) tunggal dalam antena mikrostrip sangat terbatas untuk memperlebar bandwidth. Disisi lain, antena dengan konfigurasi multi elemen peradiasi atau array dapat dijadikan sebagai alternatif dalam memperlebar bandwidth antena mikrostrip. Dalam konfigurasi array dibutuhkan jaringan impedansi untuk sistem saluran pencatunya. Untuk menyederhanakan desain jaringan impedansinya maka diusulkan teknik penyesuaian dengan multi tuning stub. Teknik penyesuaian dengan multi tuning stub telah terbukti sangat efektif untuk mengendalikan kondisi penyesuian antara saluran masuk pencatu mikrostrip untuk satu dan multi elemen peradiasi.
Pelebaran bandwidth antena mikrostrip slot dapat dilakukan dengan menambah jumlah slot dan sekaligus dapat memperkecil ukuran antena. Sekaligus dengan penggunaan slot yang semakin kecil akan menggeser frekuensi operasi ke yang lebih tinggi. Dengan demikian bertambahnya jumlah slot dapat memperlebar bandwidth. Pelebaran bandwidth pada antena mikrostrip slot disebabkan oleh tiga faktor. Faktor pertama yaitu penguatan efek kopling yang diberikan oleh saluran pencatu mikrostrip berbentuk seperti garpu yang disisipkan dibawah slot. Peningkatan efek kopling akan memberikan penurunan nilai faktor kualitas rangkaian Q antena. Semakin rendah faktor kualitas Q dari antena maka mengakibatkan melebarnya suatu bandwidth antena. Faktor kedua dalam pelebaran bandwidth diberikan oleh tuning stub yang dihubungkan secara shunt pada setiap saluran
pencatu mikrostrip yang menuju slot. Tuning stub ini berfungsi untuk mengendalikan kondisi penyesuaian antara impedansi masukan pada saluran pencatu utama dengan impedansi di setiap slot. Dimana setiap slot dicatu oleh satu saluran catu mikrostrip yang ditambah saluran tuning stub yang terhubung secara shunt. Sehingga semakin banyak jumlah slot akan semakin banyak cakupan frekuensi yang dihasilkan dengan kondisi penyesuaian pada jarak frekuensi yang sangat lebar. Faktor ketiga yaitu konfigurasi jaringan saluran catu juga sangat menentukan dalam pelebaran bandwidth. Semakin pendek saluran dari sumber pencatuan menuju slot akan semakin sedikit jumlah cabang pembagi saluran tersebut. Sehingga semakin efektif jaringan kondisi penyesuaian dalam antena tersebut. Konfigurasi jaringan pencatu juga dapat mempengaruhi posisi letak antara slot pada jarak tertentu. Posisi letak antara slot yang tidak tepat akan menghasilkan efek saling meniadakan antara slot satu sama lain sehingga akan menurunkan kualitas efek kopling yang diberikan ke antena. Dalam makalah ini dirancang model desain antena mikrostrip slot menggunakan konfigurasi jaringan penyesuaian impedansi dengan teknik multi tuning stub. Untuk mengendalikan kondisi penyesuaian antara saluran pencatu utama dan slot-slot tersebut sangat efektif dikendalikan oleh setiap stub yang dihubungkan secara shunt di setiap saluran mikrostrip yang menuju slot. Kondisi penyesuaian pada jarak frekuensi yang sangat lebar dikendalikan oleh jarak tuning stub (ds) dan panjang tuning stub (ls) pada saluran utama.
II. TINJAUAN PUSTAKA II.1 Teknologi Wireless
Teknologi wireless (tanpa kabel/nirkabel) saat ini banyak dimanfaatkan untuk komunikasi digital, diantaranya adalah komunikasi digital nirkabel berdaya tinggi pada
frekuensi 800-1900 MHz yang digunakan pada telepon seluler. Pemanfaatan teknologi wireless yang lain yaitu untuk komunikasi nirkabel berdaya rendah dengan spektrum RF 2,476 m. Frekuensi ini tersedia secara global untuk penggunaan nonlisensi, hanya mengkonsumsi sedikit daya dan bisa digunakan sebagai “zone inovasi” dimana piranti baru dapat dites tanpa memerlukan izin dari pemerintah. Terdapat tiga macam jaringan yang tercakup dalam rentang frekuensi ini:[6] •
Local Area Network (LAN) - sejauh 15-46 m: Contohnya standar Wi-Fi
•
Home Automation Network - sejauh 30,5-76 m: Contohnya standar Insteon, ZigBee dan
Z-Wave •
Personal Area Network (PAN) - sejauh 9-9,7 m: Contohnya Bluetooth, USB nirkabel, ultra wideband (UWB)
II.1.1 Nirkabel jarak dekat untuk LAN: Wi-Fi b, a, g, dan n
Secara formal Wi-Fi dikenal sebagai jaringan IEEE 802.11. Merupakan standar nirkabel jarak dekat yang ditujukan untuk membantu komputer portable dan piranti genggam agar bisa berkomunikasi dengan kecepatan tinggi serta berbagi koneksi internet pda jark 50150 kaki. Beroperasi pada frekuensi 2,4-5 GHz. •
Wi-Fi b, a, dan g: sebagai mana variasi standar IEEE 802.11 (802.11a, 802.11b dan
802.11g), bisa mentransmisikan data dengan kecepatan 11 Mbps kira-kira sejauh 46 m (untuk Wi-Fi b, versi lama) hingga 54 Mbpssejauh 15 m (untuk Wi-Fi a dan g). •
Wi-Fi n dengan MIMO ; Wi-Fi n adalah standar yang dijanjikan bahwa jika digunakan
dengan teknologi bernama MIMO (Multiple Input Multiple Output) akan bisa memperluas rentang jarak pemakaian Wi-Fi. Caranya menggunakan antena pengirim dan penerima berjumlah banyak. Sehingga Wi-Fi n bisa mentransmisikan data dengan kecepatan 200 Mbps sejauh 46 m.
II.1.2 Nirkabel jarak dekat untuk Home Automation Network: Insteon, ZIgBee, ZWave •
insteon: menghubungkan kabel listrik dan teknologi nirkabel sehingga mampu mengirim
data sebesar 13,1 Kbps dengan jarak 46 m. Insteon menggantikan teknologi otomasi rumah sebelumnya, yaitu X10, yang telah berjaya beberapa dekade. •
ZigBee: adalah standar nirkabel sepenuhnya dan merupakan teknologi demgan efisiensi
listrik yang tinggi. Mampu mengirim data sebesar 128 Kbps sejauh 76 m. Dulu digunakan sebagai teknologi sensor, dan kita berharap bisa melihatnya di mana-mana. Salah satu
fitur terbaiknya adalah sifat yang tahan lama (bisa dipakai bertahun-tahun dengan baterai yang murah) sehingga tidak perlu dicolokkan ke listrik. •
Z-Wave: bersifat nirkabel sepenuhnya, efisien dalam menggunakan energi, dan mampu
mengirim 127 Kbps sejauh 30 m.
II.1.3 Nirkabel jarak dekat untuk Personal Area Network (PAN): bluetooth, Ultra Wideband, USB nirkabel •
bluetooth:
adalah standar digital nirkabel jarak dekat yang ditujukan untuk
menghubungkan ponsel, PDA, komputer dan periferal lainnya hingga sejauh 9 m. Bluetooth mampu mentransmisikan data dengan kecepatan 720 Kbps, dan versi aslinya dirancang untuk menggantikan kabel yang menghubungkan PC ke printer dan PDA atau ponsel serta untuk mengatasi keterbatasan infrared. Ketika piranti berfitur bluetooth memasuki rentang jarak milik orang lain, terjadilah “percakapan” elektronik secara otomatis untuk saling menanyakan apakah ada data yang bisa di- share. Dan selanjutnya terbentuklah jaringan untuk bertukar data. Bluetooth versi 2.0 memiliki kecepatan transmisi 3 Mbps dan mengkonsumsi daya lebih rendah dari versi sebelumnya. •
USB nirkabel: USB versi nirkabel mampu mengkombinasikan kecepatan dan keamanan
teknologi kabel dengan kemudahan pemakaian nirkabel. Dengan berbasis UWB, USB nirkabel bisa menjangkau jarak sekitar 10 m dan bisa mentransfer maksimum 480 Mbps. Nantinya USB nirkabel akan menggantikan kabel USB biasa yang telah digunakan pada printer, scanner, pemutar MP3 dan sejenisnya. •
ultra wideband (UWB): Teknologi ultra wideband (UWB) telah muncul sebagai
teknologi yang dapat digunakan untuk aplikasi jaringan wireless dengan kecepatan data yang sangat tinggi. Sistem komunikasi ultra wideband merupakan system komunikasi yang dapat mengirim data dengan data rate 480 Mbps untuk jarak 2 meter dan 110 Mbps untuk jarak 10 meter. Secara umum suatu sistem dapat dikategorikan sebagai komunikasi ultra wideband jika memiliki kriteria bandwidth fraksional lebih besar dari pada 20%.
Sistem komunikasi ultra wideband merupakan system komunikasi jarak pendek yang mempunyai bandwidth yang sangat lebar, agar suatu sistem dapat dikategorikan sebagai komunikasi ultra wideband maka syaratnya adalah lebar bandwidthnya lebih besar dari 500MHz. Sistem komunikasi ultra wideband sendiri telah diajukan oleh Federal Communication Commission (FCC) pada tahun 2002 untuk beroperasi pada
spektrum frekuensi 3.1-10.6 GHz dengan maksimum power spectral density yang diijinkan sebesar -41.3 dBm/MHz.
Terdapat dua macam format physical layer yang diajukan sebagai standard untuk physical layer UWB, yang pertama dengan cara mengirimkan pulsa dengan periode yang
sangat pendek untuk membawa informasi dan pendekatan yang lain adalah dengan menggunakan teknik multicarrier , yang
dikenal dengan Ortoghonal Frekuensi Division
Multiplex (OFDM)[7].
Penerapan sistem OFDM pada spektrum UWB yang tersedia ( 3.1 – 10.6 GHz ) menggunakan pendekatan secara multiband , yaitu membagi-bagi spektrum yang tersedai tersebut menjadi beberapa band, dimana masing-masing band membawa sinyal OFDM. Pendekatan ini disebut sebagai Multiband OFDM. Multiband OFDM merupakan salah satu kandidat yang diajukan sebagai kandidate physical untuk standar physical layer IEEE 802.15.3a. MB-OFDM UWB membagi spktrum frekuensi UWB menjadi 14 sub band, masing masing subband menduduki spektrum sebesar 528 MHz sesuai dengan minimum bandwith yang telah ditetapkan oleh FCC. Pembagian spektrum tersebut dapat dilihat pada
gambar 1.
Gambar 1. Pembagian spectrum standard IEEE 802.15.3a Sistem ini disebut sebagai MB-OFDM UWB dikarenakan OFDM pada sistem ini bekerja pada bandwidth yang lebih besar dibandingkan dengan sistem OFDM konventional. Sistem MB-OFDM UWB dapat memenuhi layanan dengan data rate 55 Mbps sampai dengan 480Mbps.Karena dapat melayani layanan dengan data rate tinggi maka sistem MB-OFDM UWB dapat diterapkan dalam berbagai macam layanan aplikasi dengan data rate tinggi misalnya video steraming dan wireless USB. Terdapat banyak keuntungan dengan menggunakan teknik MB-OFDM UWB contohnya hemat bandwidth, dapat mengatasi adanya multipath, mempunyai architecture yang lebih mudah, meningkatkan ketahanan terhadap
adanya interferensi dari sistem lain, lebih flexible dalam menyesuaikan penggunaan frekuensi sesuai dengan regulasi yang telah ada, dengan adanya OFDM maka inter symbol interference dapat diatasi.
Pada dasarnya cara kerja dari teknik OFDM adalah prinsip orthogonalitas[8]. Orthogonal berarti fungsi cross corelation antar sinyal sama dengan nol. Hal ini berarti jika
dua atau lebih sinyal dengan spasi frekeunsi adalah orthogonal, maka sinyal tersebut masih dapat dipisahkan lagi dengan menggunakan filter dan demodulator . Pada OFDM, sinyal carrier diatur sedemikian sehingga saling overlap tetapi masih dalam kondisi orthogonal.
Sehingga meskipun overlap sinyal data masih dapat dipisahkan. Spasi frekeunsi minimal antar sinyal carrier yang masih orthogonal adalah 1/Ts, dimana Ts adalah durasi satu simbol. Secara matematis, orthogonal dinyatakan dengan persamaan : τ +T s
ψ (t ) ψ (t ) dt p
p
=
K
=
0
untuk p
=
q
τ
untuk p
≠
(1)
q
Spektrum yang saling orthogonal dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 2. Spektrum multi carrier yang saling ortogonal Pada sistem komunikasi OFDM UWB, bandwidth setiap band akan dibagi menjadi 128 subcarrier. Bandwidth untuk setiap band adalah 528 MHz setelah dibagi menjadi 128 subcarrier, bandwidth setiap subcarriernya menjadi 4.125 MHz. Pada setiap simbol OFDM
UWB terdiri dari 128 subcarrier di mana 100 subcarrier untuk data dan 12 subcarrier untuk pilot selebihnya diisi dengan bit null dan durasi untuk setiap simbol OFDM UWB adalah
Ts=242.2 ns
II.2. Konsep Dasar Antena Slot Mikrostrip
Antena mikrostrip adalah sebuah bidang logam yang tercetak pada lapisan tipis/ substrat dielektrik yang dihubungkan dengan bumi ( grounded ). Antena mikrostrip dapat diproduksi dengan memanfaatkan teknologi rangkaian tercetak (circuit printed ) sehingga lebih praktis untuk digunakan pada alat komunukasi bergerak. Gambar 4 menunjukkan antena mikrostrip sederhana dengan ketebalan substrat h. Medan elektromagnetik antara patch dan bidang ground adalah uniform dalam arah z. Medan listrik searah dengan normal
Gambar 4. Antena mikrostrip bidang patch dan medan magnet nya arah tangensial dengan patch. Untuk medan jauh komponen medan listrik dan medan magnetnya adalah, (2) (3) II.2.2 Antena Slot Mikrostrip
Antena Slot Mikrostrip merupakan salah satu variasi konfigurasi antena mikrostrip, dengan menggunakan slot (celah) pada lapisan ground plane menjadikan konfigurasi slot antena mikrostrip mempunyai kelebihan dalam hal efisiensi bahan, karena hanya menggunakan sebuah bahan yang terdiri dari dua lapis, dimana lapisan atas berfungsi sebagai saluran catu dan lapisan bawah berfungsi sebagai radiator sekaligus ground plane. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 5. Struktur antena mikrostrip Dasar peradiasian antena slot mikrostrip menggunakan prinsip ekivalen medan [4] dimana suatu sumber aktual dapat dibuat menjadi ekivalen dengan suatu daerah lain karena mereka menghasilkan medan yang sama dengan daerah tersebut. Dengan prinsip ekivalen, medan sisi luar sebuah permukaan tertutup diperoleh dengan menempatkan di atas permukaan tertutup yang mana kerapatan arus dan magnet sama dengan boundary condition (daerah perbatasan antara geloombang dan permukaan). Kerapatan arus bidang pada sisi dalam permukaan tertutup adalah sama dengan nol dan di sisi luar sama untuk radiasi yang dihasilkan oleh sumber aktual. Sehingga teknik ini dapat digunakan untuk memperoleh
medan yang diradiasikan oleh sisi luar permukaan tertutup dengan sumber yang tidak tertutup.
II.2.1 Konsep Dasar Antena Mikrostrip Array
Konsep dasar dari antenna mikrostrip array merupakan penggabungan dari beberapa elemen pencatu yang disusun secara pararel atau sehingga membentuk suatu jaringan. Dengan konfigurasi array, karakteristik antenna seperti level daya (gain) yang tinggi, beam scanning, steering capability dapat dihasilkan. Setiap elemen array dapat jenis pola radiasi
linier, planar dan circular [9]. Kelemahan dari jenis ini adalah antena ini membutuhkan suatu jalur transmisi (saluran catu) yang panjangantara elemen peradiasi denagn input port agar dapat mengurangi rugi-rugi yang akhirnya akan mengurangi efisiensi antena. Pada jenis konfigurasi ini pembagian daya dari sumber ke beberapa cabang elemen harus sesuai ( matching) antara elemen satu dengan lainnya. Ada dua jenis konfigurasi sistem jaringan pencatu yaitu seri dan pararel. Kelemahan dari jenis ini bahwa antenna ini bandwidth yang sempit dan daya pancar yang rendah. Terlihat jelas perbedaan antara konfigurasi seri dan dan pararel, jumlah saluran pada konfigurasi seri lebih sedikit dibanding konfigurasi pararel yang mempunyai banyak kemungkinan memaksimalkan efisiensi antena. Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa daya ( power ) pada setiap antenna harus sesuai (matching). Hal ini dapat diperoleh dengan cara menggunakan teknik penyesuaian impedansi dengan stub (stub matching), quarter wavelength transformer, t-match dan gamma match. Dalam makalah ini hanya akan membahas teknik penyesuaian dengan stub.
II.2.2 Teknik Penyesuaian Impedansi dengan Stub
Sistem operasi antena melalui jarak suatu frekuensi tidak secara lengkap bergantung pada respon frekuensi dari elemen antena tersebut tetapi lebih pada karakteristik frekuensi dari kombinasi elemen saluran transmisi antena. Dalam praktek, impedansi karakteristik dari saluran transmisi adalah nyata dimana elemen antena komplek. Begitu pula variasi tiap fungsi frekuensi tidak sama. Sehingga efisiensi jaringan penyesuaian ko[pling harus dirancang sedemikian rupa untuk mendapatkan jarak frekuensi yang diinginkan.
Gambar 6. Saluran catu menggunakan stub pendek Banyak jaringan penyesuaian kopling yang dapat digunakan untuk menghubungkan saluran transmisi terhadap elemen antena dan dapat dirancang untuk memberikan karakteristik frekuensi yang dapat diterima. Salah satunya adalah teknik penyesuaian dengan menggunakan stub. Dimana stub pendek, ls, dihubungkan secara shunt berjarak ds dari pinggir patch, seperti terlihat pada gambar 2. Saluran mikrostrip berbentuk segi empat dihubungkan secara shunt dengan stub pendek. Dengan mengasumsikan karakteristik impedansi riil, panjang ds dikontrol untuk membuat bagian impedansi riil antena sama terhadap impedansi karakteristik. Panjang ls saluran shunt diubah-ubah sampai suspectance stub sama dalam magnitudo tetapi berlawanan dalam phasa pada saluran masukan suspectance pada titik hubungan elemen saluran transmisi. Penggunaan stub ini dapat meningkatkan bandwith. Dari teori di atas modifikasi jaringan saluran catu pararel satu dimensional dengan mengubah desain pada cabang saluran dan member stub pad asaluran catu, bertujuan agar bentuk saluran catu pararelantena lebih sederhana dan dapat menghasilkan parameterpatrameter antenna yang dapat diaplikasikan pada teknologi ultra wideband.
III. METODOLOGI PERANCANGAN
Perancangan antenna mikrostrip untuk aplikasi teknologi ultra widwband (UWB) dilakukan dengan mendesain saluran mikrostrip yang ditambah dengan stub agar dapat menghasilkan bandwith yang cukup besar (sekitar 4 GHz). Untuk mendapatkan lebar pita yang optimum dilakukan dengan mengubah-ubah ukuran panjang dan lebar slot antenna, serta mengubah panjang saluran catu berbentuk garpu ( l1 ,l2 ,l3). Untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan dilakukan dengan perubahan jarak antara stub dan slot antena ( ds).
Perubahan ukuran pada saluran catu sangat berpengaruh terhadap frekuensi kerja dan lebar bandwith.
Perubahan lebar pita frekuensi sangat dipengaruhi oleh panjang bentuk array saluran catu (l1 ,l2 ,l3) dan jarak antara slub dan pinggir slot ( ds). Peningkatan bandwidth diberikan oleh efek kopling dari sisipan inset saluran catu mikrostrip dibawah radiator. Modifikasi pada geometri dan saluran catu dan radiator dengan menambahkan empat radiator dan jaringan multi batang penyetelan berbentuk garpu untuk menghasilkan lebar pita yang lebih lebar. Dengan membuat jaringan impedansi multi batang penyetelan garpu ganda akan menghasilkan efek kopling lebih besar yang pada akhirnya akan meningkatkan bandwidth lebih lebar dari teknik sebelumnya.
Gambar 7. Geometri Antena Rancangan
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi dari perancangan antena mikrostrip dengan menggunakan software Microwave Office didapat parameter antena yaitu bandwidth dan pola radiasi seperti yang
yang ditunjukkan pada gambar 8 dan gambar 9. Hasil simulasi menunjukkan bandwidth optimum sebesar 24 GHz pada jangkauan frekuensi 0.3 GHz sampai 32 GHz. Hasil optimal tersebut diperoleh berdasarkan selisih antara penurunan dan kenaikan frekuensi terhadap nilai return loss -10 dB.
Setelah bandwidth yang optimal diperoleh kemudian dilakukan simulasi untuk mengetahui pola radiasi. Pada pola radiasi ini g() digambarkan sebagai medan H (meridian) dan g() digambarkan sebagai medan E (ekuatorial) [4].
Gambar 8. Hasil simulasi bandwidth antena rancangan
Gambar 9. Pola radiasi antenna pada (a) 5,4 GHz (b) 29,8 GHz (c) 5,3 GHz (d) 6,3 GHz (e) 11,3 GHz (f) 12,3 GHz
V. KESIMPULAN
Hasil simulasi rancangan antena mikrostrip slot dengan saluran pencatu berbentuk garpu memberikan hasil bandwidth yang cukup besar yaitu 24 GHz pada jangkauan frekuensi 0.3 GHz sampai 32 GHz. Dengan bandwidth yang cukup besar ini maka antena berbentuk mikrostrip slot tersebut dapat dimanfaatkan sebagai antena untuk sistem komunikasi ultra wideband (UWB).
VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Regis. Broadband Telecommunications Handbook . McGraw-Hil. USA. 2002 [2] Freeman, Roger L. Radio System Design for Telecommunications. JohnWiley. 2007 [3] Russer, Petter. Electromagnetics, Microwave Circuit and Antenna Design for Communications Engineering. Artech House. Norwedia. 2006.
[4] Karlsson, M dan Gong, S. Wideband Patch Antenna Array for Multi band UWB. Departement of Technology and Natural Sciences. Linkopin University, SE-601 74.
[5] Nuaymi, Loutfi. WiMAX: Technology for Broadband Wireless Access. John Wiley. 2007 [6] Held, Gilbert. Understanding Data Communications. John Wiley. USA. 2000 [7] Liu, Hui. OFDM-Based Broadband Wireless Networks Design and Optimization . JohnWiley, New Jersey. 2005 [8] Bahai, Ahmad R. Multi-Carrier Digital Communications Theory and Applications of OFDM . Kluwer . NewYork. 2002.
[9] Glisic, Savo G. Advanced Wireless Networks 4G Technologies. JohnWiley. Inggris. 2006. [10] Clenet, M. dan Safai, L. Wideband Single Layer Mikrostrip Antenna for Array Aplications. Electronics letter, vol 35. No.16. Agustus 1999.