Antena Parabola

A. PENGERTIAN ANTENA PARABOLA

Antena parabola adalah sebuah antena berdaya jangkau tinggi yang digunakan untuk komunikasi radio, televisi dan data dan juga untuk radiolocation (RADAR), pada bagian UHF and SHF darispektrum gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang energi (radio) elektromagnetik yang relatif pendek pada frekuensi-frekuensi ini menyebabkan ukuran yang digunakan untuk antena parabola masih dalam ukuran yang masuk akal dalam rangka tingginya unjuk kerja respons yang diinginkan baik untuk menerima atau pun memancarkan sinyal. Antena parabola berbentuk seperti piringan. Antena parabola dapat digunakan untuk mentransmisikan berbagai data, seperti sinyal telepon, sinyal radio dan sinyal televisi, serta beragam data lain yang dapat ditransmisikan melalui gelombang.

B. DESAIN ANTENA PARABOLA

Prinsip operasi dari antena parabola adalah bahwa titik sumber gelombang radio pada titik fokus di depan reflektor paraboloidal berbahan konduktif akan tercermin menjadi sinar gelombang bidang collimated sepanjang sumbu reflektor. Sebaliknya, gelombang pesawat sejajar yang masuk ke sumbu akan difokuskan ke titik pada titik fokus . Sebuah antena parabola khas terdiri dari reflektor parabola logam dengan antena feed kecil tergantung di depan reflektor pada fokusnya , dan menunjuk kembali ke reflektor. Reflektor adalah permukaan logam dibentuk menjadi paraboloid revolusi dan biasanya dipotong di tepi melingkar yang membentuk diameter antena. Dalam antena pemancar, saat ini frekuensi radio dari pemancar dipasok melalui kabel saluran transmisi ke antena feed , yang mengubahnya menjadi gelombang radio. Gelombang radio dipancarkan kembali ke piring oleh antena feed dan mencerminkan dish menjadi sinar paralel. sebuah antena menerima gelombang radio yang masuk  lalu dipantulkan oleh piring dan difokuskan ke titik di antena feed , yang akan mengubah mereka menjadi arus listrik yang berjalan melalui jalur transmisi ke penerima radio .

1.  Reflektor parabola

Grid kawat - jenis antena parabola yang digunakan untuk data link MMDS pada frekuensi 2,5-2,7 GHz. Ini adalah feed dari dipole vertikal di bawah reflektor aluminium kecil pada boom dan memancarkan gelombang mikro terpolarisasi vertikal. Reflektor dapat terbuat dari lembaran logam , metal screen, atau wire grill construction , dan itu dapat berupa circular " dish " atau berbagai bentuk lain untuk menciptakan bentuk sinar yang berbeda. Layar logam mencerminkan gelombang radio sama baiknya dengan permukaan metal yang solid selama lubang lebih kecil dari sepersepuluh dari panjang gelombang , sehingga reflektor layar sering digunakan untuk mengurangi berat dan angin beban pada dish. Untuk mencapai keuntungan maksimum , maka perlu bentuk piringan akurat dalam sebagian kecil dari panjang gelombang , untuk memastikan gelombang dari berbagai bagian antena tiba di fokus dalam sebuah fasa . Piring besar sering memerlukan struktur rangka mendukung di belakang untuk memberikan kekakuan yang dibutuhkan. Sebuah reflektor yang terbuat dari kabel grill paralel atau batang berorientasi pada satu arah bertindak sebagai filter polarisasi serta reflektor . Ini mencerminkan gelombang radio terpolarisasi linier , dengan paralel medan listrik pada elemen grill. Tipe ini sering digunakan dalam antena radar. Dikombinasikan dengan feedhorn terpolarisasi linier , hal ini membantu menyaring noise di penerima dan mengurangi kesalahan.

2. Feed Antena

Feed antena pada fokus reflektor biasanya bertipe low - gain seperti dipole setengah gelombang atau lebih sering disebut small horn antenna (feed horn) . Dalam desain yang lebih kompleks , seperti Cassegrain dan Gregorian , reflektor sekunder digunakan untuk mengarahkan energi ke reflektor parabola dari feed antena yang terletak jauh dari titik fokus utama . feed antena terhubung ke radio - frekuensi terkait ( RF ) transmisi atau peralatan penerima melalui kabel saluran transmisi koaksial atau waveguide . Keuntungan dari antena parabola adalah bahwa sebagian besar struktur antena ( semua kecuali feed antenna ) bersifat nonresonant , sehingga dapat berfungsi melalui berbagai frekuensi , yang merupakan bandwidth yang lebar . Semua yang diperlukan untuk mengubah frekuensi operasi adalah untuk mengganti feed antenna dengan satu yang bekerja pada frekuensi baru . Beberapa antena parabola mengirimkan atau menerima beberapa frekuensi dengan memiliki beberapa feed antena yang dipasang pada titik fokus, secara dekat dan bersama-sama .

C. TIPE ANTENA PARABOLA

  1. Berdasarkan bentuk

·         Paraboloidal atau piringan: reflektor yang berbentuk seperti paraboloid terpotong di tepi melingkar . Ini adalah jenis yang paling umum . Ini memancarkan sinar berbentuk menyempit sepanjang sumbu piringan.

·         Shrouded dish. Terkadang perisai logam silinder melekat ke tepi piring, selubung melindungi antena dari radiasi dari sudut luar sumbu sinar utama, mengurangi side lobes . Hal ini terkadang digunakan untuk mencegah gangguan di microwave link terestrial , di mana beberapa antena menggunakan frekuensi yang sama terletak berdekatan bersama-sama. Selubung bagian dalam dilapisi dengan material microwave berbahan menyerap. Selubung dapat mengurangi kembali radiasi lobe sebesar 10 dB.

·         Silinder - reflektor ini melengkung hanya dalam satu arah dan datar  pada yang lainnya . Gelombang radio datang ke fokus tidak pada suatu titik tapi sepanjang garis . terkadang feed antena dipole yang terletak di sepanjang garis fokus . Antena parabola Silinder memancarkan sinar berbentuk kipas , yang menyempit dalam dimensi melengkung , dan melebar dalam dimensi yang tidak melengkung. Ujung reflektor yang melengkung terkadang dibatasi oleh pelat datar , untuk mencegah radiasi keluar, dan ini disebut pillbox antenna.

·         Shaped-beam antennas - Antena reflektor modern dapat dirancang untuk menghasilkan sinar atau banyak sinar dari suatu bentuk tertentu , bukan hanya menyempit seperti sinar " pensil " atau " kipas " dari piringan sederhana dan antena silinder di atas. Dua teknik yang digunakandikombinasikan , untuk mengontrol bentuk sinar.

·         Shaped reflectors - Reflektor parabola dapat berbentuk noncircular, dan / atau lekukan yang berbeda dalam arah horisontal dan vertikal , untuk mengubah bentuk sinar . Ini sering digunakan dalam antena radar . Sebagai prinsip umum , lebih luas antena dalam arah melintang yang diberikan , semakin sempit pola radiasi yang akan ke arah itu .

·         "Orange peel" antenna - Digunakan dalam radar pencarian , ini adalah antena yang berbentuk panjang dan menyempit seperti huruf " C " . Antena ini memancarkan sinar yang berbentuk kipas vertikal menyempit.

·         Arrays of feeds - untuk menghasilkan sinar berbentuk yang kita inginkan, bukan hanya satu feed horn, dapat menggunakan array feed horn yang berkumpul di sekitar titik fokus. Array feed antena sering digunakan pada satelit komunikasi , khususnya satelit siaran langsung , untuk menciptakan pola radiasi downlink untuk mencakup benua tertentu atau wilayah cakupan. Mereka sering digunakan dengan antena reflektor sekunder seperti Cassegrain .

     2.  Berdasarkan jenis feed

§  Axial atau front feed - Ini adalah jenis yang paling umum dari feed , dengan feed antena yang terletak di depan fokus piringan, pada sumbu sinar, menunjuk kembali ke piringan . Kelemahan dari jenis ini adalah bahwa feed dan penunjangnya memblokir beberapa sinar, yang membatasi efisiensi aperture hanya 55-60 % .

§  Off - axis atau offset feed - reflektor adalah segmen asimetris paraboloid , jadi fokus dan feed antenaterletak di salah satu sisi piringan . Tujuan dari desain ini adalah untuk memindahkan struktur feed dari jalur sinar , sehingga tidak menghalangi sinar lain . Hal ini banyak digunakan dalam piringan antenna televisi rumah. Offset feed juga digunakan dalam beberapa desain reflektor seperti Cassegrain dan Gregorian

§  Cassegrain - Dalam sebuah antena Cassegrain , feed terletak pada atau di belakang piringan, dan memancarkan ke depan , menerangi reflektor sekunder hiperboloid cembung pada fokus parabola . Gelombang radio dari feed dicerminkan kembali dari reflektor sekunder ke piringan, yang membentuk sinar keluar . Keuntungan dari konfigurasi ini adalah bahwa feed , dengan waveguides dan " front end " elektronik tidak harus tergantung di depan piringan , sehingga digunakan untuk antena dengan feed yang rumit atau besar , seperti antena komunikasi satelit besar dan teleskop radio . Efisiensi Aperture adalah pada urutan 65-70 %.

§ Gregorian - Serupa dengan desain Cassegrain kecuali reflektor sekunder yang berbentuk cekung , ( ellipsoidal ) . Efisiensi aperture lebih dari 70 % dapat dicapai .

D.  FEED PATTERN

Pola radiasi dari antena feed harus disesuaikan dengan bentuk piringan, karena memiliki at pada efisiensi aperture, yang menentukan gain antena (lihat bagian Gain bawah). Radiasi dari feed yang jatuh di luar tepi piringan disebut "spillover" dan yang terbuang, mengurangi keuntungan dan meningkatkan backlobes, mungkin menyebabkan gangguan atau (dalam menerima antena) meningkatkan kerentanan terhadap ground noise. Namun, keuntungan maksimum hanya dicapai ketika piringan seragam "menerangi" dengan kekuatan medan konstan untuk ujungnya. Jadi pola radiasi yang ideal dari antena feed akan menjadi kekuatan medan konstan sepanjang sudut solid piringan, mendadak menurun ke nol pada tepi. Namun, antena feed praktis memiliki pola radiasi yang menurunkan secara bertahap di tepi, sehingga antena feed adalah kompromi antara rambatan rendah yang dapat diterima dan pencahayaan yang memadai. Untuk sebagian besar feedhorn depan, pencahayaan optimal dicapai ketika daya yang dipancarkan oleh feedhorn adalah 10 dB kurang di tepi piring dari nilai maksimum di tengah piring.

E. GAIN

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasisinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel.

F.  POLA RADIASI

Dalam antena parabola, hampir semua daya radiasi terkonsentrasi di lobus utama yang sempit sepanjang sumbu antena. Kekuatan residu dipancarkan di dalam sidelobes, biasanya jauh lebih kecil, di arah lain. Karena dalam antena parabola aperture reflektor jauh lebih besar daripada panjang gelombang, karena difraksi biasanya ada banyak sidelobes menyempit, sehingga pola sidelobe kompleks. Ada juga biasanya backlobe, dalam arah yang berlawanan dengan lobus utama, karena radiasi spillover dari antena feed yang menghilankan reflektor.

G. Dasar-dasar dipole setengah gelombang

Setengah gelombang dipol terbentuk dari elemen konduktif yang berupa  kawat atau tabung logam yang merupakan setengah panjang gelombang listrik. Hal ini biasanya diberi di pusat di mana impedansi jatuh ke titik terendah. Dengan cara ini, antena terdiri dari feeder terhubung ke dua elemen seperempat panjang gelombang sejalan dengan satu sama lain.

1. Half wave dipole antenna

Tegangan dan arus saat ini bervariasi sepanjang bagian memancar dari antena. Hal ini terjadi karena gelombang berdiri ditetapkan sepanjang elemen yang memancar.

Bagian ujung adalah sirkuit terbuka pada titik-titik tersebut adalah nol, tetapi tegangannya pada nilai maksimum.

Sebagai titik di mana jumlah ini diukur bergerak menjauh dari ujung, ditemukan bahwa itu bervariasi sinusoidal: tegangan jatuh, tetapi arus meningkat. Arus kemudian mencapai maksimum dan tegangan minimum pada panjang sama dengan seperempat panjang gelombang listrik dari ujung. Karena setengah gelombang dipole, titik ini terjadi di tengah.

2. Half-wave dipole antenna current & voltage waveforms

Sebagai titik pusat adalah di mana arus maksimum dan tegangan minimum , ini membuat titik nyaman untuk memberi antena seperti menimbulkan impedansi rendah . Ini jauh lebih mudah untuk memberikan sebagai tegangan RF yang tinggi dapat menimbulkan banyak masalah bagi feeder dan maching unit

Sebagai titik pusat adalah di mana arus adalah maksimum dan tegangan minimum , ini membuat titik nyaman untuk memberi  antena karena menimbulkan impedansi rendah . Ini jauh lebih mudah untuk memberi sebagai tegangan RF yang tinggi dapat menimbulkan banyak masalah bagi feeder dan maching unit.

Untuk antena dipole yang setengah panjang gelombang listrik , reaktansi induktif dan kapasitif menghilangkan satu sama lain dan antena menjadi resonan . Dengan tingkat reaktansi induktif dan kapasitif menghilangkan satu sama lain , beban menjadi murni resistif dan ini membuat setengah gelombang antena dipole jauh lebih mudah . Feeder Coaxial dapat dengan mudah digunakan sebagai gelombang berdiri tidak ada , dan juga lebih mudah untuk mencocokkan dengan output pemancar yang mungkin hanya ingin melihat beban resistif . Beban yang mencakup reaktansi menyebabkan tegangan yang lebih tinggi dari level saat ini bahwa pemancar mungkin tidak dapat mentolerir .

Impedansi untuk setengah gelombang antena dipole dalam ruang bebas adalah dipole 73 Ω yang cocok untuk 70Ω feeder coaxial dan ini adalah salah satu alasan mengapa coax dengan impedansi ini dipilih untuk banyak aplikasi ..

    Setengah gelombang panjang dipol

Seperti namanya panjang dipole adalah setengah panjang gelombang. Panjang sebenarnya sedikit lebih pendek dari setengah panjang gelombang dalam ruang bebas karena sejumlah efek.

Perhitungan untuk untuk panjang setengah gelombang antena dipole memperhitungkan unsur-unsur seperti rasio ketebalan atau diameter konduktor dengan panjang, konstanta dielektrik medium sekitar elemen memancar dan sebagainya.

Hal ini dimungkinkan untuk memperpendek panjang antena setengah gelombang dipole, atau antena yang memancarkan elemen dalam hal ini dengan menambahkan pemuatan induktor. Ini ditempatkan dalam elemen memancar. Ia bekerja karena antena dipole dapat dianggap sebagai sebuah rangkaian resonan yang terdiri dari sebuah kapasitor dan induktor. Menambahkan induktansi tambahan akan menurunkan frekuensi resonansi, yaitu panjang antena yang diberikan akan beresonansi pada frekuensi yang lebih rendah daripada yang  mungkin telah ada induktor . Dengan cara ini mungkin untuk memperpendek panjang antena.

         Kekuatan medan Dipole setengah gelombang

Hal ini dimungkinkan untuk plot kekuatan medan untuk antena pada jarak dari elemen memancar untuk melihat pola radiasi. Untuk tampilan 3D lengkap pola radiasi baik φ dan θ sudut diperlukan. Namun untuk menyederhanakan matematika secara keseluruhan di balik perhitungan adalah mungkin untuk mengekspresikan tingkat kekuatan medan. Biasanya ini dipandang sebagai penampang melalui pola 3D secara keseluruhan. Yang paling sering digunakan adalah horisontal di mana φ = 90 ° dan pesawat vertikal.

Dengan menggunakan rumus setengah gelombang dipole yang diberikan di atas adalah mungkin untuk menentukan pola radiasi dari setengah gelombang antena dipole dari medan jauh E vektor.

           Setengah gelombang dipol pola radiasi & pengarahan

Dengan menggunakan rumus setengah gelombang dipole, adalah mungkin untuk menghitung pola radiasi dan karenanya menentukan pengarahan.

Seperti yang diharapkan pengarahan maksimum dipole setengah gelombang menunjukkan radiasi maksimum pada sudut yang benar ke radiator utama.

Di sudut lain, θ sudut pada setengah gelombang dipole rumus di atas dapat digunakan untuk menentukan kekuatan medan.

3. Half-wave dipole radiation pattern

Hal ini juga memungkinkan untuk melihat pola radiasi dalam hal pada bidang sekeliling antena dipole, yaitu pada bidang pemotongan dipol di bidangnya pada radiasi maksimum.

Antena Mikrostrip

A. Pengertian Antena

            Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara dan sebaliknya. Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas.

            Dapat juga dikatakan bahwa antena merupakan struktur transisi antara ruang bebas dan alat terbimbing. Alat pembimbing atau saluran transmisi dapat berupa saluran koaksial ataupun pipa yang digunakan sebagai alat transportasi energi elektromagnetik dari sumber transmisi ke antena atau dari antena ke penerima.

B. Antena Mikrostrip

            Antena mikrostrip pertama kali diperkenalkan pada tahun 1950, dan perkembangannya dilakukan secara serius pada tahun 1970. Melalui beberapa dekade penelitian, diketahui bahwa kemampuan beroperasi antena mikrostrip diatur oleh bentuknya. Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang paling populer saat ini. Hal ini disebabkan karena antena mikrostrip sangat cocok digunakan untuk perangkat telekomunikasi yang sekarang ini memperhatikan bentuk dan ukuran.

1. Karakteristik Dasar Antena Mikrostrip

Berdasarkan asal katanya mikrostrip terdiri dari dua kata, yaitu micro (sangat kecil/tipis) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip secara umum terbagi menjadi tiga bagian yaitu:

a.       Patch

Pada umumnya patch terbuat dari bahan konduktor seperti tembaga atau emas yang mempunyai bentuk bermacam-macam. Bentuk patch ini bisa bermacam-macam, lingkaran, persegi, persegi panjang, segitiga, ataupun annular ring. Patch ini berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara. Patch dan saluran pencatu biasanya terletak diatas substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis (t <<  λ₀; t = ketebalan patch).

b.      Substrate dielectric

Substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,002λ₀ – 0,005λ_0. Berfungsi sebagai media penyalur GEM dari catuan. Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Pengaruh ketebalan substrat dielektrik terhadap parameter antena adalah pada bandwidth. Penambahan ketebalan substrat akan memperbesar bandwidth. 

Adapun jenis-jenis substrate sebagai berikut :

Ɛr	Bahan	Supplier
1.0	Aeroweb (honeycomb)	Ciba Geigy, Bonded Structures Div., Duxford,  Cambridge, CB2 4QD
1.06	Eccofoam PP-4 (flexible low-loss plastic foam sheet)	Emerson & Cumming Inc, Canton, Massachusetts, USA (Colville Road, Acton, London. W3 8BU, UK)
1.4	Thermoset microwave foam material	Rogers Corp., Bo 700, Chandler, AZ 85224, USA. (Mektron Circuit  Systems Ltd., 119 Kingston Road, Leatherhead, Surrey, UK)
2.1	RT Duroid 5880 (microfiber Teflon glass laminate)	Rogers Corp
2.32	Polyguide 165 (polyolefin)	Electronized  Chemical Corp., Burlington, MA 01803, USA
2.52	Fluorglas 6001 1 (PTFE impregnated glass cloth)	Atlantic Laminates, Oak Materials Group, 174 N. Main St., Franklin, MH 0323, USA. (Walmore Defence Components, Laser House, 1321140 Goswell Road, London, EClV 7LE)
2.62	Rexolite 200  (cross-linked styrene copolymer)	Atlantic Laminates
3.20	Schaefer Dielectric Material, PT (polystyrene  with titania filler)	Marconi Electronic Devices Ltd., Radford Crescent, Billericay, Essex, CM12 ODN, UK
3.5	Kapton film (copper clad)	Dupont (Fortin Laminating Ltd.,  Unit 3, Brookfield Industrial Estate, Glossop, Derbyshire, UK)
3.75	Quartz (fuzed silica)	A & D Lee Co. Ltd., Unit 19, Marlissa Drive, Midland Oak Trading Estate, Lythalls Lane, Coventry, U
6.0	RT Duroid 6006 (ceramic-loaded PTFE)	Rogers corp,.
9.9	Alumina	Omni Spectra Inc, 24600 Hallwood Ct. Farmington, Michigan, 48024, US Omni Spectra, 50 Milford Road, eading, Berks, RGI 8LJ, UK)
10.2	RT Duroid 6010 (ceramic-loaded PTFE)	Rogers Corp.,
11	Sapphire	Tyco Saphikin (A & D Lee Co Ltd.,  Unit 19, Marlissa Drive, Midland Oak Trading Estate,  Lythalls Lane, Coventry, UK)

Tabel 2.1 Jenis-jenis Substrat

c.   Ground Plane

Ground plane bisa terbuat dari bahan konduktor. Ukurannaya selebar dan sepanjang substrat. Fungsi ground plane adalah sebagai ground antenna.

Gambar 2.1 Bentuk umum antena microstrip

2. Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Beberapa keuntungan antena mikrostrip adalah sebagai berikut :

a)      Mempunyai bobot yang ringan dan ukuran yang kecil

b)      Konfigurasi yang low profile sehhingga bentuknya dapat disesuaikan denga perangkat utamanya

c)      Biaya pabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang besar

d)     Mendukung polaritas linear dan sirkular

e)      Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs)

f)       Kemampuan dalam dual frequency

g)      Tidak memerlukan catuan tambahan

Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu :

a)      Bandwidth yang sempit

b)      Efisiensi yang rendah

c)      Penguatan yang rendah

d)     Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array

e)      Memiliki daya (power) yang rendah

f)       Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)

3. Aplikasi Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip terkenal dengan kinerja dan desainnya yang kuat, cara pembuatannya, dan kegunannya luas. Keuntungan dari antena mikrostrip yaitu mudah untuk dirancang, ringan dan sebagainya. Antena mikrostrip digunakan diberbagai bidang seperti kesehatan, satelit, dan juga militer. Berikut adalah beberapa aplikasi dari antena mikrostrip :

·      Mobile and satellite communication application

·      Aplikasi GPS

·      RFID

·      WiMax

·      WLAN

·      Bandpass Filter

·      Radar

·      Aplikasi Telemedicine

4. Parameter Umum Antena Mikrostrip

Seperti bentuk antena-antena yang lain, antena mikrostrip mempunyai parameter-parameter yang digunakan untuk dilihat performance yaitu :

a. Penguatan (Gain)

Penguatan (G) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika daya yang diterima berasal dari antena isotropik . Gain dirumuskan :

b. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR merupakan perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V_max|) dengan minimum (|V_min|). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V₀⁺) dan tegangan yang direfleksikan (V₀^-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut koefisien refleksi tegangan (Γ).

Dimana Z_L adalah impedansi beban (load) dan Z₀ adalah impedansi saluran lossless.

Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks yang merepersentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk dari beberapa kasus sederhana , ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol maka :

·          Γ = -1 : refleksi negatif maksimum ketika saluran terhubung singkat.

·          Γ = 0 : tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.

·          Γ=+1 : refleksi positif maksimum ketika saluran dan rangkaian terbuka.

Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran berada dalam keadaan matching sempurna. Namun pada kenyataannya nilai tersebut sulit didapatkan sehingga nilai dasar VSWR yang digunakan pada antena umumnya ≤ 2.

c. Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara gelombang amolitudo yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (missmatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi.

Nilai return loss yang biasa digunakan adalah di bawah -9,54 dB, untuk menentukan lebar bandwidth, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini digunakan sebagai salah satu acuan apakah antena sudah bekerja pada frekuensi yang sesuai atau tidak.

d. Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) impedansi pada bagian terminal antena atau perbandingan antara tegangan dan arus listrik pada terminal antena. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu. Impedansi masukan, Zin terdiri dari dua bagian real (R_in) dan bagian imajiner (X_in).

Zin = R_in + X_in  Ω

Resistansi masukan (R_in) mewakili disipasi yang terjadi karena dua hal. Pertama karena daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali lagi (radiasi), yang kedua karena rugi-rugi ohmic yang terkait dengan panas pada struktur antena. Namun pada banyak antena, rugi-rugi ohmic sangat kecil bila dibandingkan dengan rugi-rugi akibat radiasi.

Komponen imajiner (X_in) mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan pada medan dekat antena.Kondisi matching harus sedemikian rupa sehingga mendekati 50+j0 Ω.

e. Bandwidth Antena

Bandwidth antena adalah rentang frekuensi dimana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola radiasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Dalam menentukan bandwidth antena perlu memspesifikasikan kriteria apa saja yang digunakan karena tidak ada definisi baku dalam menentukan bandwidth.

Bandwidth antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth karena bersifat relatif lebih konstan terhadap frekuensi dan dirumuskan :

Dimana, ƒ_h : frekuensi tertinggi dalam band (Ghz)

               ƒ₁ : frekuensi terendah dalam band (Ghz)

               ƒ_c : frekuensi tengah dalam band (Ghz)

5. Jenis-jenis Antena Mikrostrip

            Berdasarkan bentuk patch-nya antena mikrostrip terbagi menjadi :

a.                   Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular)

b.                  Antena mikrostrip patch persegi (square)

c.                   Antena mikrostrip patch lingkaran (circular)

d.                  Antena mikrostrip patch elips (elliptical)

e.                   Antena mikrostrip patch segitiga (triangular)

f.                   Antena mikrostrip patch circular ring

Gambar 2.2 Bentuk patch antena

a. Rectangular Patch

Konfigurasi peradiasi persegi panjang (rectangular patch)  terdiri dari parameter lebar (W) dan parameter panjang (L) seperti pada gambar 2.4.1:

Gambar 2.3 Antena microstrip persegi panjang

Berikut merupakan formula yang digunakan untuk merancang  antena microstrip persegi panjang :

Frekuensi resonansi sebuah antena merupakan frekuensi kerja antena dimana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan frekuensi kerja antena. Frekuensi Resonansi dirumuskan dengan :

Lebar elemen peradiasi :

Dimana c adalah kecepatan cahaya di ruang bebas sebesar 3x10⁸ m/s , ƒ₀ adalah frekuensi kerja dari antena , dan Ɛ_r adalah konstanta dielektrik dari bahan substrat. Untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan dari panjang (L) akibat fringing effect .Pertambahan panjang dari L (ΔL) dirumuskan sebagai berikut :

Dimana h merupakan tinggi dari substrat dan Ɛ_reff  adalah konstanta dielektrik.

Nilai konstanta dielektrik efektif :

Dengan demikian panjang patch (L) diberikan oleh :

Dimana L_eff Panjang elemen peradiasi efektif :

b. Circular Patch

Gambar 2.4 Gambar antenna mikrostrip patch lingkaran

Mode-mode yang dapat mendukung antena patch lingkaran dapat dilihat dengan menafsirkan patch, ground plane dan material diantara dua lingkaran cavity. Seperti patch persegi panjang,

Frekuensi resonansi :

Dimana    a        : jari-jari dari patch lingkarannya

               X’_mn    : turunan dari fungsi Bessel’s J_m (x)

6. Teknik Pencatuan

      Teknik pencatuan pada antena mikrostrip adalah teknik untuk mentransmisikan energi elektromagnetik ke antena mikrostrip dan teknik pencatuan merupakan salah satu hal penting dalam menentukan proses perancangan antena mikrostrip. Masing-Masing teknik mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing.

a. Electromagnetically Coupled (EMC)

  Salah satu kelemahan antena mikrostrip adalah bandwidth yang sempit. Banyak cara yang dapat digunakan untuk mengatasi kelemahan ini, antara lain dengan menggunakan substrat yang tebal, dengan menambahkan parasitic agar mendapat tanggapan resonansi ganda. Kemudian dengan menggunakan saluran mikrostrip yang dikopel secara proximity pada patch yang terletak pada lapisan di atas saluran. Dengan posisi saluran catu di atas patch, maka saluran tersebut dapat dibawa ke bagian bawah antena,  sehingga ada dua substrat yang digunakan pada teknik ini yang berada diatas bidang petanahan , dengan menghilangkan bidang pentanahan pada substrat yang berada di atas. Geometri antena mikrostrip menggunakan saluran mikrostrip yang dikopel secara proximity .

Gambar 2.5 Electromagnetically coupled

Dua substrat dielektrik akan digunakan jika teknik pencatuan ini diterapkan. Saluran pencatu terletak diantara dua substrat tersebut dan elemen peradiasi tereletak pada substrat bagian atas. Keuntungan utama dari teknik pencatuan ini adalah dapat mengeliminasi radiasi pada elemen pencatu (spurious feed radiation) dan mampu menghasilkan bandwidth yang tinggi (13%), karena meningkatkan ketebalan pada patch antena. Pada teknik ini dapat digunakan dua substrat dielektrik yang berbeda (ketebalan dan konstanta dielektrik substrat), satu untuk elemen peradiasi dan satu substrat lainnya untuk saluran pencatu.

Substrat bagian atas (upper substrate) yaitu substrat dimana antena membutuhkan substrat yang relatif lebih tebal dengan nilain konstanta dielektrik yang relatif kecil. Hal tersebut meningkatkan bandwidth dan performa radiasi dari anteba. Substrat bagian bawah yaitu substrat dengan saluran pencatu membutuhkan substrat yang tipis dengan konstanta dielektrik yang relatif lebih tinggi dari substrat pada bagian atas.

b. Microstrip Feeding

Saluran transmisi mikrostrip tersusun dari dua konduktor, yaitu sebuah strip dengan lebar w dan bidang pentanahan, keduanya dipisahkan oleh suatu substrat yang memiliki permitivitas relatif Ɛ_r dengan tinggi h. Parameter utama yang penting untuk diketahui pada suatu saluran transmisi adalah impedansi karakteristiknya Z_0. Impedansi karakteristik Z₀ dari saluran mikrostrip ditentukan oleh lebar strip (w) dan tinggi substrat (h).

Gamabar 2.6 Saluran Mikrostrip

c. Coaxial Feeding

Coaxial feeding merupakan salah satu teknik pencatuan yang mana konduktor dalam coaxialnya disematkan pada elemen peradiasi yang konduktor luarnya terhubung dengan ground plane. Keuntungan menggunakan coaxial feeding adalah pembuatan yang mudah, mudah dimatchingkan, dan kerugiannya bandwidthnya sempit serta sulit dimodelkan ketika substractnya sempit.

Gambar 2.7 Coaxial Feeding

d. Aperture Feeding

Dalam teknik ini, Saluran transmisi dipisahkan dari antena menggunakan sebuah plat konduktor yang mempunyai aperture untuk melewatkan energi ke antena. Substrate yang diatas dapat dibuat denga permitivitas yang lebih rendah dari yang dibawah untuk menghasilkan radiasi yang lebih baik. Kerugiannya adalah sulit untuk disusun/dibuat.

Gambar 2.8 Aperture Feeding