Antena Mikrostrip

Oleh: Harnan Malik Abdullah, ST., MSc.

Antena mikrostrip, kadang disebut juga dengan antena patch, saat ini termasuk antena

yang cukup popular terutama karena ukurannya yang kecil, mudah difabrikasi, dan murah.

Selain itu, antena mikrostrip juga mudah disesuaikan dalam hal frekuensi resonansi,

impedansi masukan, pola radiasi dan polarisasi. Kelebihan-kelebihan tersebut membuat

antena ini menjadi sangat poluler untuk berbagai macam aplikasi diatas 300MHz, terutama

frekuensi 1 GHz keatas. Meskipun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kelemahan-

kelemahan yaitu: efisiensi yang rendah, hanya mampu untuk daya pancar yang rendah (tidak

cocok untuk aplikasi dengan daya/power yang tinggi), serta umumnya bandwidth-nya sempit.

Bagaimanapun juga, telah banyak riset yang bertujuan mengurangi kelemahan-kelemahan

tersebut.

1. Struktur Dasar Antena Mikrostrip

Struktur antena mikrostrip terdiri dari patch peradiasi, substrat, dan ground plane

seperti ditunjukan di Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Antenna Mikrostrip

Patch merupakan konduktor dengan ukuran tipis menempel di sisi atas substrat yang

berfungsi sebagai elemen peradiasi (radiator). Elemen peradiasi bisa memiliki berbagai

macam bentuk seperti segi empat, segitiga, lingkaran, oval, dan sebagainya. Ukuran dan

bentuk patch sangat berpengaruh pada parameter antena. Sedangkan ground plane yang juga

kondukror berfungsi sebagai pemantul sempurna, mengembalikan energy kembali melalui

substrat menuju udara bebas.

Material substrat tersedia dengan berbagai macam karakteristik. Spesifikasi yang umum

untuk substrat tersebut adalah konstanta dielektrik (r), faktor disipasi (loss tangent), dan

ketebalan (d). Pemilihan substrat dilakukan berdasarkan karakteristiknya agar diperoleh daya

optimal pada rentang frekuensi tertentu. Sebagai contoh, jika substrat yang tebal dengan

konstanta dielektrik yang rendah maka bandwidth yang dihasilkan akan lebih besar dan

efisiensinya lebih tinggi. Namun memiliki kelemahan yaitu ukuranya antena akan lebih besar

dan kemungkinan akan muncul gelombang permukaan. Sebaliknya, jika substrat tipis dan

konstanta dielektrik tinggi, makan antena yang dihasilkan lebih ringan karena lebih tipis.

Namun loss tangent-nya akan lebih tinggi sehingga efisiensi antenanya lebih rendah.

2. Desain Antena Mikrostrip untuk Rectangular Patch

Desain antena mikrostrip segiempat mengacu pada gambar 1, dimana L adalah panjang

patch dan W adalah lebarnya. Karena adanya fridging effect, secara elektrikal patch antena

akan lebih panjang dari fisiknya (L) dengan penambahan L. Hal ini akan diperhitungkan

dalam perancangan panjang (L) dari patch peradiasi. Pada implementasinya, nilai L yang

digunakan untuk menentukan panjang fisik patch peradiasi.

Ketika mendesain antena mikrostrip, biasanya frekuensinya (fr) sudah ditentukan, begitu

pula parameter substrat (r dan d) sudah diketahui. Sebagai contoh, substrat FR4…. Berikut

ini merupakan langkah-langkah untuk menentukan L dan W:

Langkah 1: Menentukan lebar pacth (W)

Persamaan dibawah ini digunakan untuk menghitung W (dalam meter):

Dimana c adalah kecepatan cahaya yaitu 3x108 m/s.

Langkah 2: Menghitung permitivitas efektif (reff)

Hal ini menunjukkan bahwa reff berhubungan dengan rasio d/W. Semakin besar d/W,

semakin kecil reff. Hal yang perlu diperhatikan disini adalah satuan d dan W harus

sesuai. Jika d dalam millimeter, maka W juga harus dalam millimeter.

Langkah 3: Menghitung L

Langkah 4: Menghitung L

3. Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip

Ada beberapa cara pencatuan antena mikrostrip diantaranya aperture coupled, microstrip line

feed, dan coaxial feed (lihat gambar 2). Pada artikel ini, teknik pencatuan yang dibahas adalah

microstrip line feed. Bahan konduktor line feed adalah sama dengan konduktor patch.

Gambar 2. Beberapa Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip, dari atas ke bawah: aperture coupled, microstrip line feed, dan coaxial feed

Line feed

Langkah-langkah desain microstrip line feed

Pembuatan line feed mengacu pada gambar 3 dibawah ini dimana Wm adalah lebar dari

microstrip line, LT dan WT adalah panjang dan lebar dari line transisi.

Gambar 3 Desain Patch Antena beserta transition line dan microstrip line

Langkah 1: Menghitung impedansi masukan antena

Langkah 2: Menghitung lebar dan panjang dari transition line (WT dan LT)

Jika nilai Za tidak sama dengan 50Ω, maka diperlukan transition line. Impedansi

karakteristik dari transition line (ZT) tersebut adalah:

Nilai r, ZT, dan d sudah diketahui. Lebar dari transition line (WT) bisa dicari dengan

menyelesaikan persamaan berikut:

Jika anda mengalami kesulitan dalam menyelesaikan persoalan matematis diatas untuk

menentukan WT, lakukan teknik coba-coba. Masukan nilai WT yang menghasilkan ZT yang

sama atau mendekati nilai ZT yang sudah dihitung sebelumnya.

Untuk menghitung panjang transition line (LT), relative effective permittivity (re) harus

dihitung terlebih dahulu.

Dimana 0 adalah panjang gelombang dari frekuensi resonansi.

Langkah 3: Menentukan lebar dari 50Ω microstrip feed line (Wm)

Lebar Wm dihitung berdasarkan persamaan berikut ini, dimana d sudah diketahui:

Jika anda mengalami kesulitan dalam menyelesaikan persoalan matematis diatas untuk

menentukan Wm, lakukan teknik coba-coba. Hitunglah Z0 dengan memasukan sembarang

nilai Wm. Rubah-rubahlah nilai Wm sehingga menghasilkan Z0 = 50.

Untuk panjang microstrip feed line tidak perlu dihitung.

Daftar Bacaan

Huang Y. dan Boyle K. 2008. Antennas From Theory to Practice. John Welly and Sons Ltd.

Singapore.

Ujian Praktek!

Buatlah desain antena mikrostrip dengan patch berbetuk segi empat. Gunakan teknik

pencatuan dengan menggunakan metode microstrip line feed. Frekuensi resonansi ditentukan

berdasar 2 digit terakhir dari NIM anda dikalikan dikalikan 800MHz. Simulasikan menggunakan

software Ansoft HFSS lalu buatlah laporan berkaitan dengan parameter antena hasil simulasi anda.

Tidak harus menggunakan coaxial port antenna, lump port saja sudah cukup.

File simulasi Ansoft HFSS dan laporan dikirim via email ke harnan.pmpg@gmail.com paling lambat

8 Agustus 2014 pukul 16.00WIB.

Selamat mengerjakan dan sukses selalu.