DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz …

DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI

2,4 GHz DAN 430 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND

STATION SATELIT NANO

Oleh

Muhammad Hasan Mahmudy

Dosen Pembimbing :

1. Eko Setijadi, ST, MT, Ph.D.

2. Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng, Ph.D.

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Muhammad Hasan Mahmudy

2208 100 701

Latar Belakang

INSPIRE (Indonesian Nano-Satelite Palatform Initiative for Research

and Education)

KOMUNITAS NANO SATELIT - ITS

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1

PENGEMBANGAN GROUND STATION DAN PORTABLE GROUND

STATION SATELIT IiNUSAT-01 (teks dan suara)

SATELIT IiNUSAT-02 dan GROUND STATION SATELIT IINUSAT-02 (video)

DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz DAN 436,5 MHz UNTUK PERANGKAT GROUND STATION

SATELIT NANO (IiNUSAT-02)

Rumusan Permasalahan

1

2

Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena helix pada frekuensi 2,4 GHz.

Bagaimana menentukan spesifikasi dari antena loop pada frekuensi 436,5 MHz.

Bagaimana mensimulasikan hasil desain dengan software CST3

4

5


Bagaimana melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter antena helix dan loop

Bagaimana mensimulasikan hasil desain dengan software CST(computer simulation technology)

Bagaimana hasil desain antena untuk helix dan loop untuk ground station satelit IiNUSAT-02

Batasan Masalah

1. Desain antena helix pada frekuensi 2,4 GHzdengan gain lebih besar 3 dB

2. Desain antena loop pada frekuensi 436,5MHz dengan gain lebih besar 3 dB.


MHz dengan gain lebih besar 3 dB.

3. Desain rancangan antena disimulasikan dengan software CST.

4. Pengujian hasil rancangan meliputi: gain, SWR, return loss, bandwidth dan pola radiasiantena

Tujuan

1. Desain antena helix yang dapat beroperasi

pada frekuensi 2,4 GHz untuk downlink data

video dari satelit IiNUSAT-02.

2. Desain antena loop pada frekuensi 436,52. Desain antena loop pada frekuensi 436,5

MHz untuk uplink data kendali satelit

IiNUSAT-02.


Metode Penelitian

Studi Literatur

Penentuan

Kriteria Desain

1

Realisasi Desain Antena

Pengukuran Parameter Antena

Mulai


Desain Antena

Lihat Performansi Desain

Antena (Simulai)

1

Optimasi Desain

Antena

Tidak

Ya

Memenuhi

Selesai

Optimasi

Antena

Tidak

Ya

Memenuhi

Penentuan Kriteria Desain Antena

Frekuensi Kerja Antena Helix 2.4 GHz

Frekuensi kerja Antena Loop 436,5 MHz

Returnloss < - 10 dB

VSWR < 2


VSWR < 2

Polarisasi Sirkular (LHCP/RHCP)

Pola radiasi Directional

Gain > 3 dB

Desain Antena Helix 2,4 GHz

Parameter Simbol Rumus Nilai

Frekuensi (f) - 2,4 GHz

Panjang gelombang

(λ) λ = c/f 12,5 cm

Jumlah lilitan (N) N > 3 3,6

C = λ 12,5 cm

11,1

6 c

m

4 cm

7

Keliling helix (C) C = λ 12,5 cm

Diameter helix (D) D = λ/π 4 cm

Spasi antar lilitan

(S) S = ¼ λ 3 cm

Panjang helix (L) L = N x S 11,16 cm

Diameter groundplane

(Dgp) Dgp >3/4 λ 51,56 cm

Diameter tembaga

(d) - 2 mm11

,16

cm

3 cm


Desain Antena Loop 436,5 MHz

Parameter Simbol Rumus Nilai

Frekuensi (f) - 436,5 GHz

Panjang gelombang

(λ) λ = c/f 68,7 cm

Keliling loop (C) C = λ 68,7 cm

D = λ/π 21,87 cm

21,8 cm


Diameter helix (D) D = λ/π 21,87 cm

Diameter groundplane

(Dgp) Dgp >3/4 λ 51,56 cm

Diameter tembaga

(d) - 3 mm

Jarak Antena

Dan Reflektor(h) 0,06 λ 4 cm 4 cm

Tampak Atas

Tampak Samping

51,56 cm

Desain Simulasi

Kedua antena ditempatkan pada satu ground plane

• Jarak antar antena

½ λ = 6,25 cm

• Frekuensi kerja antena• Frekuensi kerja antena

berbeda maka digunakan

dua pencatuan


Return Loss Antena Helix Hasil Simulasi


Bandwidth dan VSWR Antena Helix

Hasil Simulasi

)(22,299,212 GHzFFBW −=−= GHz7,0=

VSWR

10

12

14

16

VSW

R


0

2

4

6

8

10

2.0

01

52

.01

22

.02

25

2.0

33

2.0

43

52

.05

42

.06

45

2.0

75

2.0

85

52

.09

62

.10

65

2.1

17

2.1

27

52

.13

82

.14

85

2.1

59

2.1

69

52

.18

2.1

90

52

.20

12

.21

15

2.2

22

2.2

32

52

.24

32

.25

35

2.2

64

2.2

74

52

.28

52

.29

55

2.3

06

2.3

16

52

.32

72

.33

75

2.3

48

2.3

58

52

.36

92

.37

95

2.3

92

.40

05

2.4

11

2.4

21

52

.43

22

.44

25

2.4

53

2.4

63

52

.47

42

.48

45

2.4

95

2.5

05

52

.51

62

.52

65

2.5

37

2.5

47

52

.55

82

.56

85

2.5

79

2.5

89

52

.62

.61

05

2.6

21

2.6

31

52

.64

22

.65

25

2.6

63

2.6

73

52

.68

42

.69

45

2.7

05

2.7

15

52

.72

62

.73

65

2.7

47

2.7

57

52

.76

82

.77

85

2.7

89

2.7

99

52

.81

2.8

20

52

.83

12

.84

15

2.8

52

2.8

62

52

.87

32

.88

35

2.8

94

2.9

04

52

.91

52

.92

55

2.9

36

2.9

46

52

.95

72

.96

75

2.9

78

2.9

88

52

.99

93

.00

95

3.0

23

.03

05

3.0

41

3.0

51

53

.06

23

.07

25

3.0

83

3.0

93

53

.10

43

.11

45

3.1

25

3.1

35

53

.14

63

.15

65

3.1

67

3.1

77

53

.18

83

.19

85

3.2

09

3.2

19

53

.23

3.2

40

53

.25

13

.26

15

3.2

72

3.2

82

53

.29

33

.30

35

3.3

14

3.3

24

53

.33

53

.34

55

3.3

56

3.3

66

53

.37

73

.38

75

3.3

98

3.4

08

53

.41

93

.42

95

3.4

43

.45

05

3.4

61

3.4

71

53

.48

23

.49

25

3.5

03

3.5

13

53

.52

43

.53

45

3.5

45

3.5

55

53

.56

63

.57

65

3.5

87

3.5

97

53

.60

83

.61

85

3.6

29

3.6

39

5

VSW

R

Frekuensi (GHz)

2 2,2 2,4 2,68 2,83 3,21 3,62

2.1 1,00117 2,01

Pola Radiasi Antena Helix Hasil

Simulasi


Polarisasi Antena Helix Hasil Simulasi

� medan listrik pada sumbu x sebesar 13823,6 v/m

� medan listrik pada sumbu y sebesar 13620,5 v/m


axial ratio = = 1.015

berdasarkan nilai dari axial ratio maka antena helix berpolarisasi sirkular

karena nilai axial ratio mendekati satu.

Jenis Polarisasi


RHCP ( Right hand circular polarization)

Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah LHCP (left hand circular

polarization)

LHCP (left hand circular polarization)

Return Loss Antena Loop Hasil Simulasi


Bandwidth dan VSWR Antena Loop

Hasil SimulasiGrafik VSWR

12 FFBW −=

MHz34,5=

Jika dinyatakan dalam persen 10

12

14

16

18

VSW

R


%10012

xFc

FFBW

−=

%1004,436

73,43307,439x

−=

%2,1=

Jika dinyatakan dalam persen

0

2

4

6

8

10

420.

786

421.

2225

421.

659

422.

0955

422.

532

422.

9685

423.

405

423.

8415

424.

278

424.

7145

425.

151

425.

5875

426.

024

426.

4605

426.

897

427.

3335

427.

77

428.

2065

428.

643

429.

0795

429.

516

429.

9525

430.

389

430.

8255

431.

262

431.

6985

432.

135

432.

5715

433.

008

433.

4445

433.

881

434.

3175

434.

754

435.

1905

435.

627

436.

0635

436.

5

436.

9365

437.

373

437.

8095

438.

246

438.

6825

439.

119

439.

5555

439.

992

440.

4285

440.

865

441.

3015

441.

738

442.

1745

442.

611

443.

0475

443.

484

443.

9205

444.

357

444.

7935

445.

23

445.

6665

446.

103

446.

5395

446.

976

447.

4125

447.

849

448.

2855

448.

722

449.

1585

449.

595

450.

0315

450.

468

450.

9045

451.

341

VSW

R

1,02669

420,2 425,1 430,5 436,5 440,8 450,4

Frekuensi (GHz)

Pola Radiasi Antena Loop Hasil

Simulasi


Polarisasi Antena Loop Hasil Simulasi

�medan listrik pada sumbu x sebesar 12520,3v/m� medan listrik pada sumbu y sebesar 18399,4v/m




berdasarkan nilai dari axial ratio maka antenahelix berpolarisasi sirkular karena nilai axial ratiomendekati satu.

Jenis Polarisasi


RHCP ( Right hand circular polarization)

Dari nilai gain maka yang baik digunakan adalah RHCP (Right hand circular

polarization)

LHCP (left hand circular polarization)

Antena Helix dan Loop


Tampak atasTampak bawah

Return Loss Antena Helix Hasil

Pengujian

-20

-10

0

2.222 2.36 2.4 2.69 2.894

Re

turn

lo

ss (

dB

)

Frekuensi (GHz)


-70

-60

-50

-40

-30

Re

turn

lo

ss (

dB

)

simulasi

pengukuran

pengujian

Bandwidth dan VSWR Antena Helix

Hasil PengujianGrafik VSWR

12 FFBW −=

GHz33,0=

Jika dinyatakan dalam persen2.5

3

3.5pengukuran

simulasi

pengujian


%10012

xFc

FFBW

−=

%1005,2

36,269,2x

−=

%07,13=


0.5

1

1.5

2

2.173 2.3 2.36 2.4 2.48 2.69 3.7795

VS

WR

Frekuensi (GHz)

Pola Radiasi Antena Helix Hasil

Pengujian


Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

Return Loss Antena Loop Hasil

Pengujian

-10

-5

0

416.15 425.43 435.2 435.8 436.5 450.64 460.53 470.53 480.24

Re

turn

Lo

ss (

db

)

Frekuensi (MHz)


-40

-35

-30

-25

-20

-15

Re

turn

Lo

ss (

db

)

Pengukuran

simulasi

pengujian

Bandwidth dan VSWR Antena Loop

Hasil PengujianGrafik VSWR

12 FFBW −=

MHz08,64=

Jika dinyatakan dalam persen4

5

6

VS

WR


%10012

xFc

FFBW

−=

%10019,448

15,41623,480x

−=

%29,14=


0

1

2

3

400 416.15 425.43 436.5 450.64 460.53 480.24 490

VS

WR

Frekuensi (MHz)

pengukuran

simulasi

pengujian

Pola Radiasi Antena Loop Hasil

Pengujian


Hasil Simulasi Hasil Pengujian

Perbandingan Parameter

Parameter Simulasi Pengujian

Return Loss -64,659 dB -26,364 dB

VSWR 1,00117 1,184

Bandwidth 0,7 GHz 0,33 GHz

Gain 7,4 dB 5,454 dB

Antena Helix


Gain 7,4 dB 5,454 dB

HPBW 49,10 18 0

Antena Loop

Parameter Simulasi Pengujian

Return Loss -37,608 dB -23,154 dB

VSWR 1,02669 1,197

Bandwidth 5,34 MHz 64,08 MHzGain 8,91 dB 4,418 dB

HPBW 66,50 220

Kesimpulan

• Hasil simulasi telah memenuhi kriteria desain awal.

• Antena helix 2,4 GHz – return loss = -26 dB, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05

– impedansi antena Zant = 55,263

– VSWR = 1,184

– gain = 5,454 dB.

– Bandwidth = 0,33 GHz,13,07 % – Bandwidth = 0,33 GHz,13,07 %

• Antena loop 436,5 MHz – return loss = -23 dB, dengan koefesien refleksi Γ = 0,05

– impedansi antena Zant = 57,527

– VSWR = 1,197

– gain = 4,418 dB

– bandwidth = 64,08 MHz 14,28 %.

• Antena helix 2,4 GHz dan loop 436,5 MHz yang di buat telah memenuhi kriteriadesain sehingga dapat digunakan untuk perangkat ground station satelit

IiNUSAT-02.


Saran

• Memperhatikan tempat pengukuran

• Pemasangan konektor

• Penguasaan perangkat pengujian


TERIMAKASIH


Documents

DESAIN ANTENA HELIX DAN LOOP PADA FREKUENSI 2,4 GHz …