MY ARTIFICIAL BLOG : Inovasi Kecil di Bidang Engineering

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.