Inovasi Kecil di Bidang Engineering
Nama
: Hepi Ludiyati
NIM
: 33212015
Mata Kuliah : Filsafat Ilmu
Dosen : Prof. Dr. Kuspriyanto
Inovasi kecil yang saya lakukan
adalah membuat antena yagi dalam bentuk mikrostrip. Mengapa disebut inovasi : pertama, antena
yagi merupakan salah satu antena kawat (batang), bahan yang digunakan adalah
batang konduktor berupa : alumunium, kuningan dan tembaga. Dengan realisasi sejenis ini ukuran antena
menjadi besar dan tidak portable bahkan lebih sulit ketika dipakai di perangkat
yang portable seperti laptop atau note book.
Adapun antena mikrostrip merupakan antena plannar (berbentuk bidang
datar) yang terbuat dari PCB (printed
circuits board) atau dalam istilah bahasa Indonesia adalah papan
tercetak. Dengan PCB, antena yagi
menjadi portable bahkan massanya menjadi jauh lebih ringan dan satu keuntungan
lain adalah memiliki sifat conformal
yaitu mudah dalam pemasangan dan mampu mengikuti bidang apa pun yang
ditempelinya.
Struktur fisik antena mikrostrip
terdiri dari patch konduktor yang
berfungsi sebagai radiator dengan berbagai bentuk seperti persegi, lingkaran,
segitiga, cincin dan bentuk sembarang, dibawah patch dilapisi konduktor yang berfungsi sebagai ground plane. Diantara patch dan groundplane terdapat
bahan dielektrik dengan ketebalan tertentu, bahan dielektrik ini berfungsi
sebagai isolasi antara patch dan groundplane.
Merealisasikan antena yagi kedalam
bentuk antena mikrostrip, dipilih bentuk patch
persegi. Terdapat 6 (empat) elemen patch persegi yang akan direalisasikan,
yaitu drivent elemen patch (1
buah), reflector patch (1 buah) dan director patch (4 buah), pemilihan
jumlah-jumlah patch penyusun antena
ini ditetapkan untuk target bandwidth diatas 10 dB.
Antena mikrostrip memiliki
keterbatasan bandwidth, satu elemen patch
antena mikrostrip hanya memiliki bandwidth 1-3 % dari frekuensi tengahnya,
hal ini yang membatasi aplikasi antena mikrostrip itu sendiri.
Inovasi tambahan yang saya lakukan
adalah pertama, menggunakan dua PCB, kedua menambahkan celah udara diantara
dua PCB, ketiga agar kedua PCB tidak
saling hubung singkat dipasang spacer dari plastik di keempat tepi PCB dan keempat
menggunakan conector probe berupa
N-conector yang dilapisi plat alumunium.
Inovasi ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan bandwidth antena yagi
diatas 70 MHz pada daerah frekuensi 1712.12 MHz sampai 1803.03MHz untuk harga SWR kurang dari 1.5. Untuk membantu mendapatkan performa antena
yagi dengan bandwidth diatas 70 MHz, dilakukan simulasi dengan menggunakan
perangkat lunak untuk antena yaitu Ansoft HFSS 9.2. Desain dengan simulasi Ansoft diperlihatkan
pada gambar 1 .
Gambar
1. Desain Yagi Mikrostrip dengan alat
bantu simulasi Ansoft HFSS 9.2
Dengan rincian dimensi masing-masing patch hasil simulasi adalah :
Tabel 1. Dimensi Antena Hasil
Simulasi
Komponen
|
Panjang (mm)
|
Substrat atas
|
90.333 x 350.077
|
Substrat bawah
|
90.333 x 350.077
|
Lebar celah
|
1
|
Patch reflector
|
60.333 x 53.333
|
Patch driven
|
57.655 x 50.655
|
4 Patch director
|
54.772 x 47.772
|
Diameter probe
|
1
|
Tebal substrat
|
1.6
|
Dan beberapa karakteristik yang
dihasilkan dalam simulasi, yaitu :
1.
Grafik
standing wave ratio (SWR) fungsi
frekuensi untuk memperlihatkan bandwidth antena, grafik ini diperlihatkan pada
gambar 2.
2.
Grafik
return loss fungsi frekuensi, grafik ini pun sama untuk memperlihatkan
bandwidth antena mikrostrip dan menafsirkan prosentase daya yang diserap antena
dan daya yang dipantulkan oleh antena, grafik ini bisa dilihat pada gambar
3.
Gambar 2. Grafik SWR
fungsi frekuensi antena mikrostrip yagi hasil simulasi
Gambar 3. Grafik
return loss fungsi frekuensi antena mikrostrip yagi hasil simulasi
Dari gambar 2 dan 3, diperoleh bandwidth antena untuk daerah frekuensi
yang dibatasi oleh SWR = 1,5 atau return loss 13,9 dB adalah 90.91 MHz,
bandwidth hasil simulasi ini sudah memenuhi target, yaitu lebih besar dari 70
MHz.
3.
Pola pancar antena, informasi ini sangat penting
untuk melihat refresentasi grafis sifat-sifat pancaran antena ke berbagai
arah. Dari simulasi, pola pancar antena
yagi mikrostrip ini diperlihatkan pada gambar 4.
Gambar 4. Pola pancar antena yagi mikrostrip hasil
simulasi, warna hijau untuk bidang H, sedangkan warna merah untuk bidang E.
Dimensi hasil simulasi ini yang dari gambar-gambar di atas
secara simulasi telah menghasilkan karakteristik bandwidth di atas 70 MHz,
selanjutnya diimplementasikan. Antena
yagi mikrostrip dicetak di atas PCB Epoxy FR-4 dengan ketebalan 1,6 mm dan
nilai permitivitas relatif 4,4. Hasil
implementasi diperlihatkan pada gambar 5.
Gambar 5. Antena yagi mikrostrip di atas PCB Epoxy
FR-4.
Pembuktian terhadap hasil simulasi adalah
pengukuran. Antena ini diukur dengan
menggunakan perangkat ukur Site Master Anritsu S331D, dengan set up pengukuran
diperlihatkan pada gambar 6. Perangkat ukur ini dihubungkan ke sebuah PC
atau laptop untuk merekam langsung hasil pengukuran.
Gambar 6. Set up pengukuran bandwidth antena
Hasil pengukuran SWR dan return loss diperlihatkan pada
gambar 7 dan 8, sedangkan tabel 2 dan 3 memperlihatkan hasil SWR dan return
loss.
Gambar 7. Grafik SWR fungsi frekuensi hasil pengukuran
Tabel 2. Harga-harga VSWR untuk 3 frekuensi kerja
antena
Frekuensi
|
VSWR
|
1738.40 MHz
1790.90 MHz
1843.0 MHz
|
1.52
1.038
1.52
|
Gambar
8. Grafik return loss fungsi frekuensi
hasil pengukuran.
Tabel
3. Harga-harga return loss pada 3
frekuensi kerja antena
Frekuensi
|
Return
loss
|
1738.40 MHz
1790.90 MHz
1843.0 MHz
|
13.71 dB
34.56 dB
13.71 dB
|
Berdasarkan
hasil pengukuran untuk frekuensi 1738,40 -1843,0
MHz didapatkan bandwith 104,6 MHz untuk
VSWR ≤ 1.5 dan memenuhi spesifikasi. Daerah frekuensi kerja pun bisa dikatakan
terpenuhi karena hampir seluruhnya ter-cover
meskipun 3MHz dari frekuensi atasnya tidak ter-cover. Tetapi, frekuensi tengah dari antena bergeser sebesar
21.05 MHz atau 1.18% dari yang direncanakan.
Pengukuran yang dilakukan selanjutnya
adalah pengukuran pola pancar antena, set up pengukurannya diperlihatkan pada
gambar 9.
Gambar
9. Set up pengukuran pola pancar antena.
Hasil pengukuran pola pancar antena
ini diperilhatkan pada gambar 10 dan 11.
Pengukuran dilakukan pada dua bidang yaitu bidang E dan bidang H.
Gambar
10. Pola pancar antena yagi mikrostrip
hasil pengukuran pada bidang E
Gambar
11. Pola pancar antena yagi mikrostrip
hasil pengukuran pada bidang H
Dari hasil pengukuran ini, memperlihatkan
bahwa inovasi-inovasi yang dilakukan cukup berhasil.