Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
ABSTRAK
Saat ini di Indonesia tengah dikembangkan radar 3 dimensi (3D) untuk pengawas pantai, yang dapat melakukan scanning vertikal. Radar tersebut bekerja di frekuensi 9,4GHz, yang merupakan rentang frekuensi X band dengan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) sebesar 1,5. Untuk pengembangan dan kebutuhan radar 3D, maka dibutuhkan juga antena yang memiliki banyak arah berkas dan yang memiliki karakteristik pita lebar (wideband) dengan impedance bandwidth ≥ 10dB untuk kebutuhan transmisi data kecepatan tinggi saat melakukan recovery informasi dari sinyal yang direfleksikan. Butler matriks merupakan salah satu pencatu yang menghasilkan banyak arah berkas, dimana pengkopel hibrid 3dB merupakan komponen utamanya. Komponen tersebut memiliki karakteristik impedance bandwidth yang terbatas yaitu ≤ 10% dengan VSWR 1,5. Penelitian ini melakukan studi pengembangan pengkopel hibrid 3dB pita lebar untuk rentang frekuensi X band pada frekuensi kerja 9,4GHz dengan menggunakan taper eksponensial pada lengan seri, sehingga karakteristik impedansinya menjadi non linier. Pemilihan distribusi taper eksponensial karena distribusi ini memberikan panjang taper lebih pendek dibandingkan distribusi taper segitiga dan taper Klopfenstein, untuk mencapai koefisien refleksi terendah. Pengkopel hibrid 3dB non linier tersebut merupakan keterbaruan dari penelitian ini. Karakteristik pengkopel hibrid 3dB non linier yang optimal, diperoleh ketika panjang taper (Ltap) sebesar = 6,75mm dengan kelengkungan transisi penyesuai impedansi lengan seri sebesar 0,75mm. Hasil pengukuran koefisien refleksi pada frekuensi 9,4GHz sebesar -25dB dan koefisien isolasi sebesar -27,2dB. Koefisien kopling pada kedua terminal keluaran sebesar -3,4dB dan -3,2dB, sehingga ketidakseimbangan daya pada frekuensi 9,4GHz sebesar 0,3dB dari -3dB yang diharapkan. Sedangkan beda fasa (β) antara kedua terminal yang terkopel sebesar 272° atau -88° yang berarti hanya terjadi kesalahan fasa sebesar 2°. Lebar pita (impedance bandwidth) dengan VSWR=1,5 diperoleh sebesar 1,7GHz atau sebesar 18,8% yang termasuk katagori pita lebar. Pengkopel hibrid 3dB non linier telah diimplementasi pada crossover yang berfungsi sebagai pengisolasi arus pada arah tertentu dengan melakukan kaskade pengkopel hibrid 3dB non linier. Berdasarkan hasil simulasi, menunjukkan bahwa dengan crossover non linier, diperoleh koefisien refleksi menurun 4dB dibandingkan dengan crossover yang linier (konvensional). Pada frekuensi 9,4GHz, koefisien refleksi yang diperoleh sebesar -21dB dengan koefisien isolasinya sebesar -22dB dan koefisien koplingnya sebesar 0,33dB dari 0dB yang diharapkan. Lebar pita crossover non linier hasil pengukuran untuk VSWR=1,5 besarnya 14% yang merupakan katagori pita lebar. Disamping itu, pengkopel hibrid 3dB non linier juga telah diimplementasikan pada Butler matriks 4x4 pita lebar yang menghasilkan 4 beda fasa (β), yaitu β = 45° bila terminal 1 dieksitasi, dan β = -135° bila terminal 2 dieksitasi, β =135° bila terminal 3 dieksitasi, β = -45° bila terminal 4 dieksitasi. Secara rata-rata deviasi fasa yang terjadi sebesar 7°. Selain itu bila terminal 1 atau 4 dieksitasi maka hasil pengukuran koefisien refleksi pada frekuensi kerja 9,4GHz sebesar -41dB, dan bila terminal 2 atau 3 dieksitasi, koefisien refleksinya sebesar -23dB dengan rata-rata koefisien transmisi atau koefisien insersi sebesar -8dB. Selanjutnya 2 arah berkas dapat diperoleh dengan mengintegrasikan pengkopel hibrid 3dB non linier pita lebar dan antena mikrostrip susun 2 elemen. Hasil pengukuran koefisien refleksi pada antena yang bekerja pada frekuensi 9,4GHz adalah sebesar -18dB. Koefisien refleksi tersebut dapat diturunkan dengan penggunaan transformer ¼ λ dan stub, sehingga berhasil mencapai -29dB. Lebar pita yang diperoleh pada VSWR 1,5 sebesar 1,2GHz atau sebesar 12%. Bila terminal 1 dieksitasi maka arah berkasnya mengarah pada sudut 20° dan bila terminal 2 dieksitasi maka arah berkas mengarah ke sudut 330°. Antena dengan 4 arah berkas pita lebar dapat diperoleh dengan mengintegrasikan rancangan Butler matriks 4x4 dan antena susun. Arah berkas dapat terbentuk karena perbedaan fasa yang terjadi antar terminal keluaran saat terminal masukan dieksitasi. Hasil pengukuran pada frekuensi 9,4GHz, terdapat 4 beda fasa (β) sehingga arah berkas yang terbentuk sebanyak 4 arah berkas (θ), yaitu arah berkas 20° akibat β = 45° ketika terminal 1 dieksitasi, arah berkas -310° akibat β = -135° ketika terminal 2 dieksitasi, arah berkas 50° akibat β = 135° ketika terminal 3 dieksitasi, arah berkas -20° akibat β = -45° ketika terminal 4 dieksitasi. Dari seluruh hasil penelitian yang telah dilakukan, berhasil diperoleh keterbaruan secara geometri pengkopel hibrid 3dB non linier yang menggunakan distribusi taper eksponensial pada lengan serinya, sehingga karakteristik impedansinya menjadi non linier dan memiliki karakteristik pita lebar. Pengkopel hibrid 3dB non linier pita lebar telah diimplementasikan pada crossover dan Butler matriks 4x4 untuk mendapatkan antena dengan 4 arah berkas yang berbeda dengan rata-rata deviasi penyimpangan () yan yang terjadi pada frekuensi 9,4GHz untuk keempat terminalnya adalah sebesar 5,3.

---

ABSTRACT
Currently in Indonesia 3D Radar has been developed to perform a Vertical Scanning for Coastal Guard. The Radar has 9.4GHz operating frequency with 1.5 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). For 3D Radar, it?s needed a multi-beams wideband antenna with impedance bandwidth ≥ 10dB for high speed data transmission when information collected from reflected signal. Butler matrix is one of many feeders that able to generate multi beams where a 3dB hybrid coupler is the main component. The 3dB hybrid coupler has limited impedance bandwidth ≤ 10% with 1.5 VSWR. In this research, study and development of a wideband 3dB hybrid coupler at 9.4GHz operating frequency using exponential tapered transmission line on its series arms, hence its impedance characteristics become nonlinear. Exponential taper has been selected due to shorter taper length compare with Triangular taper and Klopfenstein taper, for the lowest reflection coefficient. This 3dB wide bandwidth hybrid coupler was newly introduced and presented in this research. The optimal characteristics of 3dB hybrid coupler can be achieved when taper length (Ltap) at 6.75mm with transition curve at series arms matching impedance at 0.75 mm. Reflection coefficient measured at -25dB for 9.4GHz and isolation coefficient at -27.2dB. Coupling coefficient at both ports is -3.4dB and -3.2dB. Hence, power unbalance at 9.4GHz is 0.3dB from desired -3dB. Phase difference (β) between two coupled-ports is 272° or -88°. That means the phase error is only 2°. Impedance bandwidth achieved 1.7GHz at 1.5 VSWR, or 18.8%, in which considered as wide bandwidth. A nonlinear 3dB hybrid coupler has been implemented on crossover as current isolator at certain flow by cascading nonlinear 3dB hybrid couplers. Simulation shows that, with nonlinear crossover, reflection coefficient can be decreased by 4dB compared with linear (conventional) crossover. -21dB reflection coefficient can be achieved at 9.4GHz with -22dB isolation coefficient and 0.33dB coupling coefficient (compared with 0dB desired). Measurement shows the bandwidth of nonlinear crossover is 14% with 1.5 VSWR, which is considered as wide bandwidth. Furthermore, nonlinear 3dB hybrid coupler also successfully implemented on wide bandwidth Butler Matrix and produce 4 phase differences, β = 45° if port 1 excited, β = -135° if port 2 excited, β =135° if port 3 excited, and β = -45° if port 4 excited. In average, phase deviation around 7° from desired phase difference. If port 1 or port 4 excited, -41 dB reflection coefficient can be achieved. If port 2 or port 3 be excited, -23dB can be achieved with -8dB transmission coefficient or insertion coefficient, in average. Antenna with 2 beams can be obtained if nonlinear wide-bandwidth 3dB hybrid coupler is integrated with 2 elements array antenna. From measurement, -18dB reflection coefficient obtained at 9.4GHz. Reflection coefficient can be improved by utilizing ¼ λ transformer and stub and up to -29dB can be obtained. 1.2GHz (12%) bandwidth can be obtained. Radiation pattern demonstrates 2 beams at different direction as a function of port excitation. If port 1 excited, beam directed to 20° and if port 2 excited, beam directed to 330°. Antenna with 4 beams can be designed by integrating 4x4 Butler Matrix and array antenna. Beams can be constructed due to phase difference between output ports when input port excited. From measurement at 9.4GHz, there were 4 phase differences (β) hence 4 beams (θ) can be constructed. 20° beam resulted from the phase difference (β) = 45° when port 1 excited. -310° beam resulted from the phase difference (β) = -135° when port 2 excited. 50° beam resulted from the phase difference (β) = 135° when port 3 excited. -20° resulted from the phase difference (β) = -45° when port 4 excited. The nonlinear 3dB hybrid coupler has been successfully developed using exponential taper distribution at its series arms hence alter its impedance characteristic become nonlinear and wide bandwidth. Non-linear 3dB hybrid coupler has been successfully implemented on crossover and 4x4 Butler Matrix to produce 4 difference antenna beams with 5.3 deviations at all four ports at 9.4GHz.

Abstrak :
Antena mikrostrip dewasa ini semakin banyak digunakan untuk perangkat komunikasi nirkabel, hal ini disebabkan banyaknya kelebihan antena ini seperti bentuknya yang kompak, kecil, dan dapat dengan mudah diintegrasikan dengan Microwave Integrated Circuits. Namun salah satu kelemahan dari antena mikrostrip adalah berkurangnya efisiensi radiasi akibat munculnya gelombang permukaan (surface wave) ketika substrat yang digunakan memiliki konstanta dielektrik lebih besar dari satu. Surface wave akan menyebabkan meningkatnya end-fire radiation dan efek mutual coupling antara elemen pada antena susun. Untuk mengatasi masalah gelombang permukaan ini dapat digunakan metode Defected Ground Structure (DGS). Dalam penelitian ini telah dilakukan studi tentang pengembangan antena mikrostrip dengan teknik berupa Defected Ground Structure yang diharapkan mampu meningkatkan kinerja antena berupa peningkatan gain, penekanan efek mutual coupling pada antena susun dan perbaikan nilai return loss maupun VSWR. Penelitian ini menggunakan simulator Microsoft Office AWR dan pengukuran dilakukan di laboratorium anti gema di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Pada antena single band array konvensional telah diteliti empat macam bentuk DGS berupa segitiga sama kaki, hexagonal, trapesium dan dumbbell. Hasil simulasi dan pengukuran menunjukkan antena dengan DGS mampu memperbaiki kinerja antena konvensionalnya berupa perbaikan nilai return loss dan VSWR sehingga lebih mendekati kondisi matching dan penekanan efek mutual coupling pada antena susunnya.Hasil pengukuran menunjukkan mutual coupling terjadi pada antena konvensional dengan nilai S12 sebesar -35,18 dB. Pada antena DGS bentuk hexagonal, trapesium dan dumbbell, nilai pengukuran S12 diperoleh sebesar -38,59 dB, 43,095 dB dan -54,314 dB sehingga terjadi penekanan mutual coupling sebesar 3,44 dB (9,77%), 7,915 dB (22,49%) dan 19,134 dB (35,22%). Penekanan ini sangat signifikan bagi perbaikan kinerja antena. Pengukuran nilai return loss (RL) menghasilkan perbaikan dari RL antena konvensionalnya sebesar -30,188 dB menjadi -45,48 dB atau perbaikan sebesar 50,65% untuk antena DGS bentuk segitiga sama kaki. Pada antena dengan DGS bentuk hexagonal diperoleh nilai RL -40,899 dB dengan perbaikan 35,48%. Pada DGS bentuk trapesium diperoleh nilai RL ? 40,24 dB dengan perbaikan 33,29 % dan DGS bentuk dumbbell mempunyai nilai RL -40,081 dB dengan perbaikan sebesar 32,77%. Hasil pengukuran ini menunjukkan antena dengan DGS dalam kondisi yang lebih matching dibandingkan dengan antena tanpa DGS dan ini juga berarti efisiensi antena dapat ditingkatkan. Di samping itu, hasil pengukuran juga menunjukkan peningkatan gain antara 0,2 hingga 1,3 dB setelah penerapan DGS. Peningkatan gain pada frekuensi kerja 2,66 GHz untuk semua antena DGS sekitar 0,5 dB hingga 1 dB. Peningkatan gain paling tinggi diperoleh pada antena DGS bentuk dumbbell pada frekuensi 2,67 GHz yaitu sebesar 1,3 dB. Dari hasil penelitian yang diperoleh dari penerapan DGS pada antena single band array, hasil simulasi dan pengukuran menunjukkan bahwa DGS bentuk dumbbell menghasilkan peningkatan kinerja terbaik dibandingkan dengan DGS bentuk lain yang sudah diteliti. Bentuk DGS dumbbell ini dipilih untuk diterapkan pada antena multiband array konvensional dan juga dimodelkan dengan metode rangkaian ekivalen sehingga diperoleh hasil desain secara teoritis. Antena multiband array konvensional yang telah di desain merupakan antena dengan bentuk kompak namun mampu menghasilkan multifrekuensi. Pada hasil simulasi, tidak semua band menunjukkan perbaikan karakteristik kinerja antena. Adapun hasil pengukuran menunjukkan bahwa antena dengan DGS mampu memperbaiki karakteristik kinerja antena konvensional pada semua band frekuensinya. Hasil pengukuran menunjukkan peningkatkan gain antena 0,5 hingga 3 dB dan juga mampu menekan efek mutual coupling pada ketiga frekuensi kerja yang telah di rancang dari 2 hingga 5 dB. Pengukuran RL juga menunjukkan perbaikan nilai RL sebesar 21,46% pada frekuensi 2,386 GHz, 47,78% pada frekuensi 3,35 GHz dan 78,6% pada frekuensi 5,825 GHz. ......Microstrip antenna (MSA) are used in many wireless communication equipment due to it?s many advantages such as: compact shape, low profile and easy to be integrated to Microwave Integrated Circuits. However, one common disadvantage of MSA is the reduction of radiation efficiency due to surface wave which occurs when the dielectric constant is greater than 1. Surface wave will increase end-fire radiation and mutual coupling effect between array elements. To overcome this problem, the method Defected Ground Structure (DGS) is used. This research has conducted a study about the development of MSA using DGS to improve the antenna characteristics such as gain, return loss, VSWR and the suppression of mutual coupling effect from array antenna. The simulator used is Microsoft Office AWR and measurements are conducted in the laboratory anechoic chamber in Electrical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Indonesia. Four types of DGS shapes have been studied on the conventional single band array. They are triangle, hexagonal, trapezium and dumbbell shapes. Simulation and measurement result shows that the antenna with DGS can improve the antenna characteristics of the conventional MSA. Measurement results show that the mutual coupling occurred from the conventional MSA is S12 = -35.18 dB. For DGS with hexagonal, trapezium and dumbbell shape, the measured S12 are -38.59 dB, 43.095 dB and -54.314 dB, respectively. Therefore there is a mutual coupling reduction of 3.44 dB (9.77%), 7.915 dB (22.49%) and 19.134 dB (35.22%), respectively. This reduction is significant for the antenna improvement.Measured return loss shows that the conventional MSA has RL of -30,188 dB and the triangle shape DGS antenna of -45.48 dB or an improvement of 50.65%. For the hexagonal, trapezium and dumbbell shape DGS, the return losses are -40.899 dB, ? 40.24 dB and -40.081 dB with improvement of 35.48%, 33.29 % and 32.77%, respectively. These measurement results demonstrated that the DGS antennas are more in a matching condition compared to the conventional DGS. This also means an increase of antenna efficiency. Moreover, measurement results show that the antenna gain is improved from 0.2 to 1.3 dB after using DGS. The gain improvement at resonant frequency 2.66 GHz for all DGS antennas are around 0.5 dB to 1 dB. The highest gain improvement is achieved from the dumbbell shape DGS of 1.3 dB. From research studies of various shapes of DGS conducted on single band array MSA, both simulation and measurement results show that the dumbbell shape DGS has the best improvement, therefore this dumbbell shape is chosen to be implemented for the conventional multiband array MSA and also to be modeled using circuit equivalent. The conventional multiband array MSA is designed to have a compact shape with three resonant frequencies. Simulation results show at band 3.3 GHz and 5.8 GHz that there is an improvement of the antenna characteristics, however only at frequency 2.3 GHz shows that there is no improvement. Measurement results of dumbbell shape DGS shows improvement for all bands of the antenna characteristics compared to its conventional MSA. The DGS antenna can increase the antenna gain from 0.5 to 3 dB and also able to reduce the mutual coupling effect from all three resonant frequencies from 2 to 5 dB. RL measurement shows that there is an improvement to 21.46% at frequency 2.386 GHz, 47.78% at frequency 3.35 GHz and 78.6% at frequency 5.825 GHz.