Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
Perkembangan teknologi komunikasi bergerak menuntut dimensi perangkat yang kecil, tipis, dan ringan. Untuk menjawab tuntutan tersebut, digunakan antena planar. Masalah utama dalam desain antena planar adalah timbulnya gelombang permukaan dalam material substrat yang mengakibatkan penurunan karakteristik radiasi. Salah satu cara mengeleminasi gelombang permukaan adalah penggunaan struktur μ negative (MNG) metamaterial spiral resonator (SR). Oleh karena itu dilakukan studi antena planar struktur spiral resonator (SR) sebagai elemen radiator untuk mencari sifat μ negative (MNG) metamaterial-nya pada rentang frekuensi hingga 5 GHz, mengembangkan model pendekatan analitis untuk mengkarakteristik pola radiasi, melakukan simulasi dan pengukuran karakteristik radiasi pada frekuensi 2,4 GHz. Hasil studi antena planar struktur MNG metamaterial SR menunjukkan bahwa permeabilitas efektif (μeff) mempunyai bagian riil negatif ?2,5 pada frekuensi paling rendah 0,1 GHz, relatif tidak berubah terhadap perubahan nilai N = 3, 5, 7, dan 10. Bagian imajiner negatif menunjukkan kecenderungan frekuensi bergeser ke kiri dengan bertambah besarnya nilai N. Sedangkan nilai permitivitas efektif (eff) positif untuk semua rentang frekuensi, kecuali rentang frekuensi 0,1 ? 0,7 GHz berharga negatif. Hal ini menunjukkan bahwa nilai negatif μeff dan nilai positif eff merupakan sifat MNG struktur SR pada rentang frekuensi tersebut. Perbandingan hasil simulasi dan perhitungan permeabilitas efektif (μeff) dan permitivitas efektif (eff) menunjukkan kemiripan karakteristik. Selain melalui simulasi dan pengukuran, karakteristik pola radiasi diperoleh melalui pendekatan linier susun (linear array approach) untuk struktur SR patch tunggal dan pendekatan planar susun (planar array approach) untuk struktur SR patch susun. Perbandingan karakteristik pola radiasi hasil simulasi, pengukuran, dan pendekatan linier susun atau pendekatan planar susun menunjukkan kesamaan pada arah boresight, meskipun terjadi sedikit perbedaan pada sidelobe dan backlobe. Dengan demikian model pendekatan analitis ini dapat digunakan sebagai metode alternatif untuk mengkarakteristik pola radiasi antena planar struktur MNG metamaterial SR. Hasil simulasi dan pengukuran karakteristik radiasi antena yang distudi menunjukkan kemiripan dengan perolehan frekuensi 2,41 GH, S11 = ?23 dB, bandwidth hingga 96 MHz pada S11 = ?10 dB, gain antena = 6,8 dB dan efisiensi hingga 73,4%. Dimensi antena yang diusulkan berkurang hingga 53 % dibanding dengan antena patch konvensional. Spiral Resonator (SR) mempunyai struktur yang unik, dapat berfungsi sebagai radiator dan secara signifikan dapat mereduksi dimensi antena planar. Oleh karena itu, struktur SR memiliki prospek yang baik untuk pengembangan aplikasi antena planar.

---

The development of mobile communications technology requires the device to be small, thin, and light weight. To solve this requirement, the planar antenna is used. The main problem in the design of planar antenna is the emergence of surface waves in the substrate material that reduce the radiation characteristics. To eleminate the surface wave, the μ negative (MNG) metamaterial spiral resonator (SR) is used. Therefore, the study of planar antenna with SR structure as a radiator elemen is conducted to search its μ negative (MNG) metamaterial at the frequency range up to 5 GHz, to develop a model of the analytical approach for characterizing a radiation pattern, to simulate and measure radiation characteristics at the frequency of 2.4 GHz. The result of the study of the planar antenna with μ negative (MNG) metamaterial SR structure shows that effective permeability value has a negative real part of ?2.5 along the frequency at least 0.1 GHz, which is relatively change to the N value such as N = 3, 5, 7, and 10. Its imaginary part shows the frequency tend to move left if N value increase. The effective permittivity is positive for the frequency range of 0 ? 5 GHz, except for the frequency range of 0.1 ? 0.7 GHz is a negative. It shows that the negative value of μeff and positive value of eff indicate the MNG properties of the SR structure at the frequency range. Comparison between simulation and calculation results of the effective permeability and permittivity shows a good agreement. In addition through simulation and measurement, the radiation pattern can be characterized by linear array approach for single patch SR structure and planar array approach for patch array SR structure. Comparison among of the simulation, measurement, and linear array approach for single patch SR structure and planar array approach for patch array SR structure shows a good agreement at a boresight direction, even though there was a slight difference at the sidelobe and backlobe. It shows that this analytical model can be used as alternative method to characterize the radiation pattern of the planar antenna with μ negative (MNG) metamaterial SR structure. The simulation and measurement results of the radiation characteristic of the proposed antenna show a good agreement such as the frequency of 2.41 GHz, S11 = ?23 dB, bandwidth up to 96 MHz at S11 = ?10 dB, antenna gain = 6.8 dB and efficiency up to 73.4%. Spiral resonator (SR) has a unique structure, it can be functionalized as a radiator and significantly reduce the dimension of the planar antenna. Therefore, the SR structure has a good prospect for developing of the planar antenna aplication.

Abstrak :
Kebutuhan akan antena berdimensi kecil namun memiliki performa yang tinggi mendorong berbagai riset untuk melakukan eksperimen tidak hanya dari sisi struktur dan bentuk antena tetapi juga dari sisi material. Pemanfaatan karakteristik magneto-dielektrik baik secara buatan maupun hasil rekayasa material sebagai pereduksi dimensi dan peningkat performa antena diusulkan pada penelitian ini. Karakteristik MD direalisasikan melalui struktur SRR susun sebagai peningkat performa antena; dan sintesis material sebagai pereduksi dimensi antena. Studi parametrik dan eksperimen dilakukan untuk mendapatkan dimensi SRR serta konfigurasi SRR yang paling optimal sehingga diperoleh pengaruh yang dapat meningkatkan performa antena. Bahan MD telah berhasil disintesis dari campuran serbuk magnetit (Fe3O4) nanopartikel sebagai bahan magnetik, bahan polimer elastis PDMS (polydimethylsiloxane) sebagai bahan dielektrik, dan BaFe12O19 sebagai bahan tambahan untuk membantu daya rekatnya dengan host dielectric. Bahan MD ini telah berhasil dikarakterisasi baik dari sisi material maupun kelistrikannya. Berdasarkan hasil karakerisasi material dari uji XRD, SEM, dan VSM diketahui bahwa campuran terdispersi secara merata dan memiliki sifat magnetik yang baik. Sedangkan berdasarkan hasil karakterisasi kelistrikan melalui pengukuran dengan waveguide dan sensor diketahui bahwa penambahan komposisi magnetit dalam sampel dapat meningkatkan permitivitas dan permeabilitas relatif bahan. Hasil karakterisasi material dan elektrikal kemudian disimulasikan untuk merancang antena mikrostrip kombinasi antara substrat dari bahan MD dan struktur SRR. Antena mikrostrip ini tersusun dari dua bagian yaitu patch pada bahan MD dan struktur SRR susun pada bahan dielektrik sebagai groundplane antena. Kedua bagian ini disusun secara berlapis menjadi satu kesatuan antena mikrostrip. Hasil studi parametrik menunjukkan antena yang dirancang pada bahan sampel C (rasio PDMS : Fe3O4 = 1 : 0,6) dengan konfigurasi SRR 3 × 3 pada bahan dielektrik (εrHost < εrMD) memberi respon yang paling optimal. Kondisi optimal ditentukan atas pertimbangan trade off yang terjadi dari masing-masing variasi pada aspek reduksi dimensi antena dan performa antena. Penelitian ini telah berhasil menemukan metode untuk memperoleh antena dengan dimensi yang lebih kecil dengan performa yang lebih tinggi dibanding antena tanpa bahan MD dan struktur SRR. Sebagai perbandingan, analisis yang sama juga dilakukan pada frekuensi yang sama untuk antena mikrostrip konvensional (tanpa bahan MD dan struktur SRR), antena mikrostrip dengan struktur SRR tanpa bahan MD, serta antena berbahan MD tanpa struktur SRR. Secara berturut-turut hasil simulasi antena tersebut masing-masing antena memiliki dimensi, bandwidth, dan gain sebesar 50 × 50 mm, 3,2%, dan 2,62 dBi untuk antena konvensional; 50 × 50 mm, 5,28%, dan 4,97 dBi untuk antena mikrostrip dengan struktur SRR 5 × 5; serta 30 × 30 mm, 9,4%, dan 2,02 dBi untuk antena berbahan MD tanpa struktur SRR. Simulasi, optimasi, dan pengukuran telah dilakukan sehingga diperoleh antena yang bekerja pada frekuensi 3,5 GHz, dengan fractional bandwidth sebesar 10% (360 MHz), efisiensi radiasi sebesar 58,54%, dan gain maksimum hingga 4,33 dBi. Antena ini berukuran 30 × 30 mm atau 64% lebih kecil dibandingkan dengan antena konvensional. Berdasarkan hasil ini dapat disimpulkan bahwa kombinasi baru antara struktur SRR susun dan bahan sintesis MD yang diusulkan pada penelitian ini dapat membangkitkan karakteristik MD buatan dan alami untuk mereduksi dimensi antena sekaligus meningkatkan performa antena. ......The need for small antennas with high performance has prompted various researches to experiment not only in terms of the structure and shape of the antenna but also in terms of material. Utilization of magneto-dielectric (MD) characteristics both artificial and engineered material in reducing antenna size and improving antenna performance is proposed in this study. The MD characteristics are realized through the SRR array structure and material synthesis. Parametric studies were carried out to determine the dimensions of the SRR and the most optimal SRR configuration to obtain an effect that can improve antenna performance. MD material has been successfully synthesized from a mixture of magnetite powder (Fe3O4) nanoparticles as a magnetic material, an elastic polymer material PDMS (polydimethylsiloxane) as a dielectric material, and BaFe12O19 as additives to aid adhesion with the host dielectric. This MD material has been successfully characterized both in terms of material and electricity. Based on the results of material characterization from XRD, SEM, and VSM measurement, it is known that the mixture is evenly dispersed and has good magnetic properties. Meanwhile, based on the results of electrical characterization through measurements with waveguides and sensors, it is known that the addition of magnetite composition in the sample can increase the relative permittivity and relative permeability of the material. The characterization results were then simulated to design a microstrip antenna by combining the MD substrate and the SRR structure. This microstrip antenna comprises two parts, namely the patch on the MD material, and the SRR array structure on the dielectric material as the antenna ground plane. These two parts are arranged in layers into a single microstrip antenna. The parametric study results show that the antenna designed on sample C (PDMS : Fe3O4 = 1 : 0,6) MD material with 3 × 3 SRR configuration on the dielectric material (εrHost < εrMD) gives the most optimal response. The optimal condition is determined by considering the trade-offs that occur from each variation in the aspect of antenna size reduction and antenna performance. This research has succeeded in finding a method to obtain antennas with smaller dimensions with higher performance than antennas without MD materials and SRR structures. For comparison, the same analysis was carried out at the same frequency for conventional microstrip antennas (without MD material and SRR structure), microstrip antennas with SRR structure without MD material, and MD antennas without SRR structure. The antenna simulation results have dimensions, bandwidth, and gain of 50 × 50 mm, 3.2%, and 2.62 dBi for conventional antennas; 50 × 50 mm, 5.28%, and 4.97 dBi for microstrip antennas with a 5 × 5 SRR structure; and 30 × 30 mm, 9.4%, and 2.02 dBi for MD antennas without SRR structure, respectively. Simulations, optimization, and measurement have been carried out to obtain an antenna that works at a frequency of 3.5 GHz, with a fractional bandwidth of 10% (360 MHz), the radiation efficiency of 58.54%, and a maximum gain of 4,33 dBi. The antenna dimension is 30 × 30 mm or 64% smaller than conventional antennas. Based on these results, it can be concluded that the novel combination of SRR array structure and MD materials proposed in this study can generate artificial and natural MD characteristics to reduce antenna dimensions while increasing antenna performance.