## APLIKASI TEKNOLOGI MICROSTRIP PADA ALAT UKUR KOEFISIEN PANTUL
Oleh: Budi Basuki Subagio
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang, 50275

## Abstrak
Alat  ukur  Koefisien  Pantul  memanfaatkan  teknologi  microstrip,  merupakan  suatu  alat  ukur  rasio gelombang  berdiri  (standing  wave  ratio/SWR).  Perhitungan  ukuran  jarak,  lebar  strip  konduktor  dan semua parameter-parameter menggunakan prinsip dasar teknologi mikrostrip saluran parallel. Alat ukur ini  mempunyai  kemampuan  untuk  mengukur  Koefisien  Pantul  pada sinyal RF dalam cakupan  frekuensi antara 3,5 MHz sampai 950 MHz. Dari hasil pengujian diperoleh jarak antar konduktor 1,56 cm. Untuk memperoleh impedansi 50  maka ditentukan lebar strip konduktor masing-masing 6,3 mm, sedangkan untuk mendeteksi sinyal yang akan diukur digunakan dioda germanium. Dari hasil pengujian alat ukur ini mempunyai kemampuan akurasi pengukuran sampai 950 MHz.
Kata Kunci : frekuensi, impedansi, microstrip, saluran parallel, SWR

## 1. Pendahuluan
Kemajuan teknologi telekomunikasi saat ini terus  berkembang  sangat  pesat,  hal  ini terbukti  adanya  kemampuan  menyajikan informasi  dalam  berbagai  bentuk  dan kemampuan  menyajikan  informasi  dalam waktu  yang  bersamaan  dengan  kejadian yang ada di luar daerah atau negara dimana penerima  informasi  berada.  Peranan  yang dirasakan sangat bermanfaat adalah kemampuan untuk mendistribusikan informasi-informasi  yang  terkait  dengan pembangunan.
Kemajuan teknologi telekomunikasi tersebut  telah  memacu  kalangan  industri dan  ilmuwan  untuk  melakukan  penelitian agar  tercapai  keterkaitan  dan  kesesuaian ( link  and  match )  antara  perguruan  tinggi dengan  industri  dan  kemajuan  teknologi serta  penggunaan  teknologi  tinggi  dan teknologi  tepat  guna  untuk  merancang produk-produk  sistem  telekomunikasi  yang lebih  praktis  dan  handal  dengan  proses pengerjaan dan biaya yang efisien.
Mengingat  komponen-komponen  dan  alat- alat  telekomunikasi  yang  semakin  mahal harganya, maka teknologi tepat guna bidang telekomunikasi  saat  ini  merupakan  salah satu  alternatif  yang  sangat  penting  yang harus dicermati untuk diambil
kontribusinya,  terutama  untuk  memenuhi kebutuhan  masyarakat  dan  industri  tentang telekomunikasi  yang  ternyata  menunjukkan kecenderungan  untuk  semakin  mengarah pada  pemakaian  peralatan  telekomunikasi yang praktis, murah tetapi handal.
Salah  satu  alternatif  untuk  memenuhi keperluan peralatan telekomunikasi tersebut adalah  dapat  merancang  sendiri  alat  ukur koefisien  pantul  meter  dengan  teknologi mikrostrip yaitu dengan memanfaatkan efek induksi antar strip konduktor.
Prinsip dasar alat ukur ini adalah memanfaatkan  sinyal  induksi  maju  dan sinyal induksi pantul dari konduktor saluran transmisi  yang  terbuat  dari  tembaga  untuk kemudian  sinyal  tersebut  dideteksi  dan diteruskan ke V.U. meter sebagai tampilan.
Oleh karena suatu konduktor pada frekuensi tinggi  akan  timbul  beberapa  reaktansi, diantaranya  reaktansi  induktif  dan  kapasitif (Parini  and  Clive,  1994),    maka  fenomena ini perlu diteliti secara terus menerus untuk menghasilkan kontribusi untuk dapat dimanfaatkan.  Sebagai  salah  satu  contoh adalah VSWR meter yang merupakan salah satu  peralatan  ukur  yang  sangat  penting untuk mendukung perlatan -peralatan sistem telekomunikasi.
Dilihat  dari  rangkaian  ekivalen,  suatu  jalur transmisi mempunyai resistansi dan induktansi seri, yang bersama-sama membentuk  impedansi  seri  dari  kawat- kawat  penghantar.  Selain  itu  mempunyai konduktansi  dan  kapasitansi  paralel  dari dielektrikum yang terdapat diantara penghantar.  Rangkaian  ekivalen  dari  suatu potongan  pendek  x dari  saluran  transmisi dapat dilihat dalam Gambar 1 (Nojapower.com, 2012).
ᵟ x Rᵟ x Cᵟ x Lᵟ x Gᵟ x Cᵟ x Gᵟ x
Gambar 1. Rangkaian equivalen pada suatu potongan pendek  X dari saluran transmisi
Pada  saluran  transmisi  sebesar satu satuan panjang (  X )  terdapat  paramater-parameter R,  L  ,C, dan G yang  dikenal  sebagai konstanta  primer. R ialah  resistansi  seri dalam  /m , G konduktansi  shunt  dengan satuan S/m, L induktansi seri dengan satuan H/m , C ( F/m ).
Konstanta ini sudah diperhitungkan menjadi satu kesatuan ( lumped ). Parameter- parameter  tersebut  adalah  konstan  dalam arti tidak tergantung dari tegangan dan arus, tetapi  pada  batas-batas  tertentu  tergantung pada  frekuensi (Ginsberg, 2007).
Impedansi  karakteristik    suatu  saluran transmisi  merupakan  perbandingan  antara tegangan  dan  arus  pada  sembarang  titik  di sepanjang  saluran  dimana  tidak  terdapat gelombang berdiri. Besar harga Z 0 ( impedansi karakteristik ) akan selalu konstan. Unsur yang membentuk impedansi karakteristik  suatu  saluran  ialah  konstanta primer.
Impedansi karakteristik jalur transmisi yang mempunyai  frekuensi  sudut  rad/det  ialah (Wu, 2009) :
C Jω G Jω R Zo    L (  ) (1)
Pada frekuensi  tinggi,  yaitu R   L maka penyederhanaan Z 0 :
C L Zo  (  ) (2)
Saluran  strip  pararel  terdiri  dari  dua  strip pararel  sempurna  yang  dipisahkan  oleh dielektrik  dengan  permukaan  rata  yang sempurna  dan  ketebalan  yang  serba  sama seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Lebar plat w ,  jarak  pemisah d konstanta  delektrik relatif  r (Liao, S.Y, 1987).
Tujuan  penelitian  ini  adalah  merancang suatu  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul  dengan memanfaatkan  reaktansi  induktif  pada  strip konduktor  ( saluran  strip  paralel ),  agar nantinya  dasar  perancangan  alat  ini  dapat digunakan mahasiswa sebagai bahan praktikum.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium Telekomunikasi Politeknik Negeri
Semarang  selama  4  bulan  dan  merupakan perancangan yang bersifat terapan, bertujuan untuk memanfaatkan efek induksi antar  konduktor  untuk  merancang  Alat Ukur  Koefisien  Pantul  dengan  teknologi mikrostrip.

## 2.1. Metode Pengumpulan Data.
Data  yang  akan  dianalisis  adalah  data primer yang diperoleh dari hasil pengukuran dan dari hasil penelitian terdahulu serta data skunder yaitu tentang spesifikasi komponen yang akan dipergunakan yang diperoleh dari buku-buku refrensi.
Alat  yang  diperlukan  dalam  pengukuran adalah 8656B  RF  Signal  Generator  0,1  - 900  MHz  HEWLET  PACKARD,  8558B spektrum  analyzer  0,1-155  MHZ  HEWLET PACKARD,  dua  buah  dummy  load,  dua
buah  V.U.  meter,  antena  dipole 2  ,  kabel RG 8 dan RG58 .

## 2.2. Analisis data
Analisis  data  dilakukan  secara  matematis untuk  menentukan  parameter,  ukuran  dan sifat  fisik  kawat  konduktor  yang  akan digunakan.
a. Sifat  fisik  konduktor  yang  terdiri  dari lebar,  panjang    dan  jarak  strip konduktor sangat menentukan parameter-parameter  yang  ada  pada saluran  transmisi,  sehingga  dengan demikian dapat dihitung dan ditentukan ukuran fisik yang diinginkan.
b. Menentukan jarak antar strip konduktor untuk mendapatkan impedansi karakteristik,  dalam  penelitian  ini dirancang  impedansi  karakteristik  50 ohm.
c. Selain  untuk  menentukan  impedansi karakteristik penentuan jarak konduktor juga digunakan untuk mencuplik sinyal maju  dan  sinyal  pantul  yang  diperoleh dari  induksi  kawat  konduktor  yang dilalui  sinyal  dari  radio  pemancar, seperti dalam Gambar berikut :
M M M Strip konduktor sinyal RF Masukan Ke antena P 1 1 nF 1 pF D 1 100 Ω D 2 100 Ω 1 nF 1 pF
Gambar 2. Rangkaian sederhana alat ukur

## Koefisien Pantul
d. Menentukan  arah  letak  deoda  sebagai detektor sinyal maju dan sinyal pantul.
e. Menentukan  besarnya  kapasitor  filter agar  arus  listrik  yang  masuk  ke  meter betul-betul arus DC, karena meter yang digunakan dari jenis kumparan putar.
2.3. Rancangan Pengujian
Pengujian dilakukan di Laboratorium Telekomunikasi Politeknik Negeri Semarang.
Untuk  mengetahui  karakteristik  Alat  Ukur Koefisien  Pantul  hasil  perancangan  maka dilakukan  pengujian  dan  kalibrasi  pada frekuensi kerjanya.
Pengujian  VSWR  meter  dilakukan  pada jangkauan frekuensi 3,5 MHz - 200 MHz. a. Penyetelan  awal  Alat  Ukur  Koefisien
Pantul  dilakukan  dengan  mengatur potensio 1 untuk mendapatkan simpangan  skala  penuh  pada  meter  1 (M 1 )  kemudian  mengatur  potensio  2 untuk VSWR.
b. Mengkalibrasi Alat Ukur.
c. Melakukan pengukuran koefisien pantul  sebuah  antena  dipole 2  ,  hasil pengukuran  kemudian  dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan alat ukur refrensi.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  adalah berupa  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul  yang dirancang dan dibuat menggunakan teknologi  microstrip,  gambar  Alat  Ukur Koefisien  Pantul  yang  sudah  diberi  casing dapat  dilihat  dalam  Gambar  3.  Untuk menghasilkan  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul dengan teknologi microstrip dapat dilakukan  dengan  perhitugan  dan  analisis matematis  semua  parameter  yang  ada  pada strip konduktor.
3.1. Penentuan Ukuran Geometri Konduktor Bentuk geometri dan ukuran fisik konduktor menentukan besarnya parameter- parameter  yang  ada  pada  konduktor tersebut,  sehingga  dengan  demikian  dapat ditentukan  lebar  strip  konduktor  yang digunakan.
Karena  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul  ini dirancang  untuk  impedansi  karakteristik  50 ohm  dan  agar  konduktor  yang  digunakan tidak  terlalu  besar  maka  ditentukan  ukuran
diameter  konduktor  4  x  10 -3 m  sedangkan konduktor yang dihubungkan untuk pembacaan  pada  meter  mempunyai  ukuran 1,5 x 10 -3 m.

## Gambar 3. VSWR meter lengkap dengan casing

## 3.2. Jarak Antar Konduktor
Jarak  antar  konduktor  untuk  memperoleh impedansi  50  ohm  dapat  ditentukan  dari Persamaan  (3) sebagai berikut :
Z 0  L C d w rd  3777  (ohm)        (3)
Jika :
d = 1,47 x 10 -3 m Z 0 = 50 ohm
Bahan  dielektrik  yang  digunakan  adalah udara, untuk  r epoxy-fiberglass = 4,7 Lebar  strip  konduktor w =  5,06  x  10 -3 mm

## 3.3. Pengesetan  Alat  Ukur  Koefisien Pantul.
Posisi  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul  di  ukur dari  posisi keluaran ke antena karena pada daerah  tersebut  tegangan  pantul  terbesar, sedangkan  posisi  set  diukur  dari  posisi keluaran  pesawat  pemancar  keadaan  ini dapat  dilihat  di  dalam    Gambar  3  Pada keadaan  tersebut  tegangan  masuk  di  ujung kirim dinyatakan :
V i =  V I e j  l .  Sedangkan  untuk  tegangan pantul dari antena dinyatakan dari persamaan : V r = V R e - j   .
Pada  posisi  di  titik-titik  pengukuran tersebut terjadi penjumlahan tegangan yaitu antara tegangan datang dan tegangan pantul
yang  ditulis  : V  =  V i +  V r .  Dengan fenomena  tersebut  maka  besaran  tersebut digunakan  untuk  menggerakkan  meter dalam menentukan nilai VSWR.
3.4. Kapasitansi Kapasitansi yang terdapat diantara
konduktor  dengan  jarak  masing-masing konduktor  0,5  cm  dapat  ditentukan  dengan persamaan berikut :
h w l C r ) .( . 0    (Farad) (4)
sehingga  dengan  panjang l =  14.5  cm, menyebabkan kapasitansi C =  17,18 pF.
Dari  persamaan  di  atas  maka  kapasitansi diantara konduktor adalah : 6,684 F

## 3.5. Induktansi
Besarnya  nilai  iduktansi  dan  kapasitansi digunakan  untuk  menentukan  frekuensi resonansi. Untuk mengetahui nilai induktansi  yang  diperlukan  pada  frekuensi yang  diinginkan,  maka  harus  diketahui rumusan dasar dari hasil substitusi rangkaian  listrik  dari  rangkaian  ekivalen strip  konduktor  yang  digunakan  pada rangkaian Alat  Ukur Koefisien Pantul yang ternyata  mempunyai  kesamaan  dengan rangkaian ekivalen saluran transmisi seperti dalam  Gambar  1.  Gambar  Alat  Ukur Koefisien  Pantul  hasil  rancangan  dapat dilihat dalam Gambar 3.
Hasil  substitusi  analisis  rangkaian  listrik dari  Gambar  1  tersebut  dapat  ditentukan sebagai berikut :
LC f  2 1  (5)
Dari persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi :
C f L 2 2 4 1   (6)
Sehingga  dari  Persamaan  (3-2)  besarnya nilai induktansi adalah 1,9 nH .
Nilai  induktansi  1,9  nH  dapat  diperoleh dengan  panjang  strip  konduktor  pada  Alat
Ukur  Koefisien  Pantul  dan  ditentukan dengan Persamaan (3-3) sebagai berikut :
L =  5,08  x  10 -3 ( ) 022 , 0 19 , 1 ln l t w t w l     ( nH ) (7)
Dengan  persamaan  tersebut  maka  panjang strip konduktor l = 14,5 cm
Panjang  gelombang  yang  melalui  strip konduktor dapat ditentukan dengan Persamaan (8) berikut (Wu, 2009) :
re g    0  (meter) (8)
dengan  o =  panjang  gelombang  sinyal  di udara,  maka  diperoleh  =  14,5  cm  untuk frekuensi 950 MHz.
3.6. Dioda Oleh karena komponen ukur yang digunakan  dari  jenis  kumparan  putar  yang hanya dapat dilewati oleh arus searah maka sebelum  masuk  ke  meter    dipasang  deoda agar  keluaran  dari  deoda  tersebut  adalah arus yang rata.
Besarnya  kapasitor  1  pF  hal  ini  ditujukan bahwa arus listrik tidak banyak terbuang ke ground.

## 3.7. Hasil Pengujian dan Analisis
Pengujian dilakukan di Laboratorium Telekomunikasi
Politeknik
Negeri
Semarang.  Alat  yang  diperlukan  dalam pengujian adalah 8558B spektrum analyzer 0,1-155  MHZ  HEWLET  PACKARD,  dua buah  dummy  load,  dua  buah  V.U.  meter, antena dipole 2  .

## 3.7.1. Pengesetan awal
Pengesetan  awal  dilakukan  dengan  tujuan untuk mengetahui kemampuan daya maksimal  Alat  Ukur  Koefisien  Pantul. Pengesetan  dilakukan  pada  frekuensi  950
MHz dengan memasang atena dipole 2  .
Amplitudo RF  Signal  Generator dinaikkan seperti Gambar 4.
200 300 400 500 600 700 800 1000 900 0,5 1 1,5 2 2,5 SWR Amplitudo (mV)

## Gambar 4. Grafik nilai SWR terhadap amplitudo

## 3.7.2. Analisis Hasil Pengujian
Dari  Gambar  4  dapat  dilihat  jika  daya dinaikkan  dari  200  sampai  1000  mV  Alat Ukur  Koefisien  Pantul  masih  menunjukkan nilai  1  atau  mendekati  nilai  1,  hal  ini menunjukkan  bahwa  Alat  Ukur  Koefisien Pantul  dapat  berfungsi  dengan  baik.  Ini dapat  dipastikan  karena  beban  yang digunakan  mempunyai  impedansi  50  ohm sesuai    dengan  impedansi  karakteristik  50 ohm  dari  saluran  koasial  yang  digunakan sedangkan  rancangan  impedansi  untuk SWR meter 50 ohm.

## 3.7.3. Kalibrasi
Setelah  pengesetan,  Alat  Ukur  Koefisien Pantul hasil perancangan dilakukan kalibrasi  dengan  SWR  meter  refrensi  pada frekuensi  100 MHz sampai 950 MHz. Pada pengujian  ini  diperoleh  hasil  bahwa penunjukan  yang benar-benar sesuai adalah dari frekuensi 100 MHz sampai 950 MHz.

## 3.7.4. Untuk Antena Dipole 2 
Pada  pengujian  ini  dilakukan  pengukuran SWR untuk sebuah antena dipole 2  hasil pengukuran  tersebut  dibandingkan  dengan hasil pengukuran SWR meter refrensi. Hasil pengukuran  dapat  dilihat  dalam  Gambar  di bawah ini.
0,5 1 1,5 2 2,5 3 600 650 700 750 800 850 900 950 970 Frekuensi (MHz) SWR Gambar 5. SWR antena dipole diukur dengan SWR hasil perancangan 0,5 1 1,5 2 2,5 3 600 650 700 750 800 850 900 950 970 Frekuensi (MHz) SWR

## Gambar 6 Pengukuran SWR antena dipole
menggunakan SWR meter refrensi

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  pengujian  menunjukkan  Alat Ukur  Koefisien  Pantul hasil  perancangan mampu dioperasikan sampai pada frekuensi 950  MHz.  Sehingga  dapat  disimpulkan bahwa dengan analisis rangkaian listrik dan perhitungan  yang  tepat  dari  rangkaian ekivalen  Alat  Ukur Koefisien Pantul, maka dapat  ditentukan  batasan  frekuensi  kerja Alat Ukur Koefisien Pantul.

## DAFTAR PUSTAKA
Ginsberg  L.  G.,  2007, Printed  Circuit Design,  Featuring  Computer-Aided
Technologies ,  McGraw  Hill,  Inc., Singapore.
http://www.nojapower.com.au/product/recl
oser.html ,  diakses  22  November
2011.
Liao  S.  Y.,  1987, Microwave  Circuit
Analysis and Amplifier Design ,
Prentice-Hall  International,  Inc.,  New Jersey.
Parini  and  Clive,  1994, Moment-Method Analysis  of  a  Finete  Array  Arbitrary Shaped  Microstrip  Patch  Radiating Elements.  International  Journal  of Microwave and Millimetrewave Computer-Aided  Engineering,  Vol.4 .
Research,  Electronic  Engineering. Queen  Mary.  University  of  London, London.
Wu  Q.,  L-K.  JIN,  J-H.  FU,  2009, The Research  of  Millimeter  Wave  Low Side-lobe  Micrestrip  Antenna  Arrays ,
Journal , Dept. Of Microwave
Engineering ,  Harbin  Institute  of
Technology, China,  Harbin.