Desain Matematis Antena Mikrostrip

Desain Matematis Antena Mikrostrip merupakan bagian awal pembutan antena sebelum melakukan fabrikasi. Dasian matematis perlu dilakukan karena digunakan sebagai acuan sebelum proses optimasi. Yaang di maksud sebagai acuan adalah tujuan untuk mendapatkan parameter-parameter antena tertentu yang didasarkan pada formula-formula matematis di setiap dimensi elemen antena. Mengapa saya menggunakan antena mikrostrip sebagai contoh ? karena antena mikrostrip selain memiliki ukuran yang kecil, antena mikrostrip juga dapat mewakili jenis antena yang lain secara umum karena antena mikrostrip memiliki bagian yang cukup lengkap selain itu antena mikrostrip juga sering digunakan untuk riset para mahasiswa, professor dan ilmuan.

Sebelum melakukan desain antena secara matematis perlu adanya identifikasi mengenai spesifikasi dari material antena. Dapat di contohkan sebagai berikut untuk desain Desain Matematis Antena Mikrostrip :

Terdapat beberapa macam substrat yang dapat digunakan dalam pembuatan antena mikrostrip, konstanta dielektrik substrat tersebut biasanya pada range 2.2 ≤ ε_r ≤ 12. Substrat yang tebal dan memiliki konstanta dielektrik yang rendah akan menghasilkan efisiensi yang lebih bagus, bandwidth yang lebar, dan sebagainya (Balanis, 2005: 812). Dalam perancangan antena mikrostrip perlu diketahui terlebih dahulu mengenai substrat yang akan digunakan. Bahan substrat yang digunakan adalah sebagai berikut :

• Bahan Epoxy – FR 4

            Konstanta dielektrik (ε_r)                     = 3.9

            Ketebalan lapisan dielektrik (h)          = 0.0016 m = 1.6 mm

            Loss tangent                                        = 0.018

• Bahan pelapis substrat (konduktor) tembaga

            Ketebalan bahan konduktor (t)           = 0.0001 m = 0.1 mm

            Konduktifitas tembaga (σ)                  = 5.80 x 10⁷ mho m^-1

Ukuran bahan  = 29.7 x 21 mm

Untuk Desain Matematis Antena Mikrostrip saya akan memberikan contoh yang saya darkan pada formula-formulai desain antena di buku Constantin A, Balanis. Karena Balanis sudah secara gambalang menyederhanakan formula-formula yang rumit untuk mudah di mengerti dan di tiru supaya memudahkan proses desain dan riset antena berikutnya. Berikut adalah langakah - langkah desain matematis antena mikrostrip :

1. Perencanaan Dimensi Elemen Peradiasi (Patch)

Sebelum menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi resonansi (f_r) yang digunakan. Frekuensi resonansi pada antena ultra wideband merupakan frekuensi tengahnya sehingga untuk perencanaan antena yang bekerja pada frekuensi 1650-2.700 MHz, frekuensi tengahnya yaitu 2175 MHz, dan nilai perambatan di ruang bebas (c) sebesar 3x10­­⁸ m/s. Dengan menggunakan persamaan :

 

Setelah nilai λ₀ diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung dengan persamaan :

 

konstanta dielektrik material mempengaruhi bagaimana gelombang elektromagnetik bergerak melalui sebuah materi. Nilai tinggi dari konstanta dielektrik membuat jarak dalam material terlihat lebih besar. Ini berarti bahwa perambatan cahaya lebih lambat. Hal ini juga mempengaruhi perilaku gelombang ketika melewati sebuah materi dimana gelombang berperilaku seolah-olah sinyal memiliki panjang gelombang lebih pendek.

2. Perencanaan Dimensi Circular Patch

Untuk menentukan radius elemen peradiasi antena mikrostrip circular patch diperoleh dengan menggunakan persamaan :

 

Terlebih dahulu dilakukan penghitungan fungsi logaritmik F. Dengan f_r = 1.650  MHz; (ε_r) = 3,9, maka nilai fungsi logaritmik F dapat dihitung dengan persamaan:

Maka besar radius elemen peradiasi (a) untuk frekuensi 2400 MHz adalah

 

 Untuk formula menentukan ukuran patch yang lain bisa di lihat di buku Constantin A, Balanis.

3. Perencanaan Dimensi Ground Plane

Untuk menghitung panjang dan lebar minimal ground plane, masing-masing didapatkan dengan menggunakan persamaan :

 

Pada penulisan skripsi ini, karena penggunaan antena didasarkan sebagai aplikasi rectena, maka diharapkan dimensi ground plane (slot)  maksimal yaitu  

4. Perencanaan Dimensi Saluran Transmisi

Untuk menghitung dimensi saluran transmisi menggunakan persamaan :

Untuk menen tukan lebar saluran menggunakan persamaan berikut :



Sedangkan untuk panjang dari saluran transmisi mikrostrip dihitung dengan menggunakan persamaan :

 

 
Berikut ini adalah dimensi antena berdasarkan dari perhitungan dan hasil studi literatur.

Bentuk Geometri  Antenna Mikrostrip Circular Patch Dengan Slot/Ground Plan Sesuai Perhitungan Teori (Sebelum Optimasi).

(a) tampak depan; (b) tampak belakang

Keterangan:

	=	Dimensi radius circular patch	=	mm
L	=	Panjang saluran transmisi	=	17,5 mm
W	=	Lebar saluran transmisi	=	3,3418 mm
Lg	=	Panjang ground plane	=	50,485 mm
Wg	=	Lebar ground plane	=	41,9647 mm

Demikian Sharing Desain Matematis Antena Mikrostrip, Semoga Bermanfaat.


Untuk Mengutip Artikel Ini Silahkan Gunakan Referensi Berikut

IEEE :

[6]  I. Mujahidin, “Desain Matematis Antena Mikrostrip,” http://antenapropagasi.blogspot.com/2016/02/desain-matematis-antena-mikrostrip_17.html. 2018.

APA (Mujahidin 2018) : 

Mujahidin, I. 2018. “Desain Matematis Antena Mikrostrip.” http://antenapropagasi.blogspot.com/2016/02/desain-matematis-antena-mikrostrip_17.html.

  

References

Balanis, Constantine A. 2007. Modern Antenna Handbook Modern Antenna Handbook.

Balanis, Constantine E. 2005. “Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd Edition - Constantine A. Balanis.” Book.

Hidayatulail, Basitha Febrinda, and Irfan Mujahidin. 2019. “Potential Of 77, 78 mW Red Diode Laser For Photodynamic.” JEEMECS (Journal of Electrical Engineering, Mechatronic and Computer Science) 2(2).

Lasmono, Joko, Anggraini Puspita Sari, Eko Kuncoro, and Irfan Mujahidin. 2019. “Optimasi Kerja Peluncur Roket Pada Robot Roda Rantai Untuk Menentukan Ketepatan Sudut Tembak.” JASIEK (Jurnal Aplikasi Sains, Informasi, Elektronika dan Komputer).

Mujahidin, Irfan. 2019. “Directional 1900 MHz Square Patch Ring Slot Microstrip Antenna For WCDMA.” JEEMECS (Journal of Electrical Engineering, Mechatronic and Computer Science).

Mujahidin, Irfan, and Basitha Febrinda Hidayatulail. 2019. “2.4 GHz Square Ring Patch With Ring Slot Antenna For Self Injection Locked Radar.” JEEMECS (Journal of Electrical Engineering, Mechatronic and Computer Science) 2(2).

Mujahidin, Irfan, Sholeh Hadi Pramono, and Aziz Muslim. 2018. “5.5 Ghz Directional Antenna with 90 Degree Phase Difference Output.”

Mujahidin, Irfan, Rudy Yuwono, and Ali Mustofa. 2015. “Rancang Bangun Rectifier Antenna Mikrostrip Ufo Pada Frekuensi Ultra Wideband (UWB) Sebagai Pemanen Energi Elektromagnetik.” Jurnal Mahasiswa TEUB 3(2).

Pozar, David M. 2014. Igarss 2014 Microwave Engineering 4th Ed.

Prakarsa, Mardianto Teguh, Dinar Wahyuni, Nur Rachman, and Irfan Mujahidin. 2019. “Optimasi Sistem Komunikasi Dari Ht Dengan Hp Dalam Pelaksanaan Tugas Operasi TNI AD Menggunakan Metode DTMF.” JASIEK (Jurnal Aplikasi Sains, Informasi, Elektronika dan Komputer).

S, T Akbar, Abd Rabi’, Dessyderius Minggu, and Irfan Mujahidin. 2019. “Frequency Hopping Video Real Time Untuk Pengamanan Data Pengintaian Operasi Inteligence TNI.” JASIEK (Jurnal Aplikasi Sains, Informasi, Elektronika dan Komputer).

Yuwono, Rudy, Irfan Mujahidin, Ali Mustofa, and Aisah. 2015. “Rectifier Using UFO Microstrip Antenna as Electromagnetic Energy Harvester.” Advanced Science Letters.