Antena Mikrostrip

Definisi resmi IEEE dari suatu antena yang diberikan oleh Stutman dan Thiele [1] adalah: “Bagian dari sistem pengiriman dan penerimaan yang dirancang untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik.” Antena microstrip merupakan salah satunya.

Konsep antena Mikrostrip diperkenalkan pada awal tahun 1950an di USA oleh Deschamps dan di Perancis oleh Gutton dan Baissinot, baru pada tahun 1970an dengan kedatangan teknologi printed-circuit [2,3], beberapa kemajuan pada area penelitian ini mulai menghasilan perkembangan antena praktis untuk pertama kalinya.

Bentuk paling sederhana dalam peralatan Mikrostrip adalah berupa sisipan dua buah lapisan konduktif yang saling paralel yang dipisahkan oleh suatu substrat dielektrik. Konduktor bagian atas adalah potongan metal yang tipis (biasanya tembaga atau emas), yang merupakan fraksi kecil dari suatu panjang gelombang [1]. Konduktor bagian bawah adalah bidang pentanahan yang secara teori bernilai tak-hingga. Keduanya dipisahkan oleh sebuah substrat dielektrik yang non-magnetik. Konstanta dielektrik dari substrat berkisar dari 1,17 sampai kisaran 25, dengan loss tangent­ mulai dari 0,0001 sampai 0,004. Konduktor atas dapat berupa bentuk apapun, bisa persegi-panjang, lingkaran, segi-tiga, elips, helix, cincin lingkaran, dsb. Keragaman desain yang memungkinkan dalam antena-antena Mikrostrip barangkali melebihi elemen antena tipe lainnya. Antena Mikrostrip digunakan dimana ukuran, berat, biaya, performa yang baik, kesesuaian dengan rangkaian terintegrasi gelombang milimeter dan gelombang mikro, ketahanan, kemampuan untuk menyesuaikan diri dengan bidang planar dan non-planar, dsb. Yang dibutuhkan [2,5].

Bandwidth dan efisiensi antena Mikrostrip bergantung pada ukuran, bentuk, ketebalan substrat, konstanta dielektrik substrat, tipe feed point, serta lokasinya, dsb.. Untuk kinerja antena yang baik, substrat dielektrik yang tebal dengan konstanta yang rendah cocok untuk bandwidth yang lebih besar, efisiensi dan radiasi yang lebih baik, dengan ukuran antena yang besar. Merancang antena yang kecil membutuhkan konstanta dielektrik yang besar, yang menyebabkan bandwidth dan efisiensi yang lebih kecil, serta loss tangent (faktor disipasi) yang lebih besar [2]. Teknik efektif lainnya untuk mengurangi ukuran antena adalah dengan menyisipkan shorting post yang akan digunakan pada antena yang diinginkan. Oleh karena itu, desain akhir membutuhkan titik temu antara dimensi dan kinerja antena, bergantung pada kebutuhan sistem. Lapisan konduktif atas, contohnya patch antena Mikrostrip adalah sumber radiasi yang meradiasi semata-mata karena medan rumbaian antara ujung patch dan bidang ground. Lapisan konduktif bawah berlaku mirip dengan bidang ground reflektif, memantulkan kembali energi melewati substrat dan ke ruang kosong.

Antena Mikrostrip merupakan divais dengan Q (quality factor) yang tinggi, kadang-kadang mencapai 100 untuk elemen yang lebih tipis. Namun, elemen dengan Q tinggi mempunyai bandwidth dan efisiensi yang kecil. Satu solusinya dapat dengan meningkatkan ketebalan substrat, tapi terdapat batasan-batasan dimana penambahan bagian dari total daya yang diberikan sumber menjadi gelombang permukaan. Gelombang permukaan merupakan power loss yang tidak diinginkan yang tersebar pada bengkokan dan diskontinuitas dielektrik yang ditunjukkan pada gambar 1. Ada dua teknik yang mungkin untuk mensuplai atau mentransmisikan energi elektromagnetik, contohnya, induce excitation pada antena Mikrostrip yang terdiri dari tipe contacting dan non-contacting. Pada teknik contacting, pensuplaian dilakukan langsung dengan menghubungkan element seperti jalur transmisi Microstrip dan probe coaxial. Pada teknik non-contacting seperti aperture dan proximity coupling, penggabungan medan elektromagnet dilakukan untuk mentransfer daya antara jalur Microstrip dan konduktor bagian atas [2,3].

Gambar 1. Jalur medan yang meradiasi dari patch antena; diilustrasikan dari formasi gelombang permukaan.

(θ_c = sudut kritis)

[1] Stutzman, W. L. and Thiele, G. A., Antenna Theory and Design, John Willey & Sons, Inc., 1998.

[2] C. A. Balanies, Antenna Theory : Analysis & Design, John Willey & Sons, Inc., 1997.

[3] Pozar and Schaubert, “Microstrip Antennas,” Proceedings of the IEEE, vol. 80, 1992.

[5] Waterhouse, R. B., Targonski, S. D., and Kokotoff, D. M., “Design and Performance of small Printed Antennas,” IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1998, vol. 46, pp. 1629-1633.