Antena Spiral - dipole untuk Ground Penetrating Radar

## (GPR)
Spiral Dipole Antenna for Ground Penetrating Radar (GPR)
Yuyu Wahyu a, * ,  Haryanto Sachrawi S b ,  Asep Yudi H a ,  dan Heroe Wijanto b
a Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Komplek LIPI Gedung 20 Lantai 4, Jl Sangkuriang, Bandung 40135, Indonesia
b Jurusan Teknik Telekomunikasi - IT Telkom Bandung,  Indonesia

## Abstrak
GPR ( Ground Penetrating Radar ) merupakan divais yang berguna untuk proses pendeteksian objek yang terkubur di bawah permukaan tanah hingga kedalaman tertentu, tanpa perlu dilakukan penggalian tanah. Pada penelitian ini dilakukan perancangan, simulasi  dan  realisasi  antena spiral-dipole dengan  pembebanan  resistif  untuk  aplikasi  impulse  GPR.  Pembebanan  resistif bertujuan  untuk  menekan  late-time  ringing  dan  memperbesar  bandwidth  walaupun  akan  mengurangi  efisiensi  amplitudo  pulsa utama. Late-time ringing merupakan osilasi  yang  mengikuti pulsa  yang dikirimkan. Osilasi ini dapat  mengaburkan sinyal  yang dipantulkan  oleh  objek  sehingga  menyulitkan  untuk  dilakukan  proses  deteksi.  Dengan  melakukan  perubahan  nilai  konstanta k pada rumusan spiral  Archimedes, maka didapatkan bentuk spiral dengan kerapatan  yang berbeda-beda. Dalam tulisan ini, nilai konstanta k yang  digunakan  antara  lain  0,5;  1;  dan  1,5.   Parameter  yang  dibahas  dalam  simulasi  ini  adalah  amplitudo peak  to peak pulsa utama maupun ringing yang dihasilkan dari masing-masing antena dengan nilai konstanta k yang digunakan. Analisis elektromagnetik dalam domain waktu digunakan metode FDTD ( finite-difference time-domain ) dengan software FDTD3D untuk menghitung gelombang yang ditransmisikan antena dalam domain waktu. Selanjutnya dilakukan realisasi dan pengukuran antena tersebut.
Kata Kunci : antena GPR , impulse GPR , ultra wideband, antena spiral-dipole.

## Abstract
GPR (Ground Penetrating Radar) is a device useful for the detection of objects buried under the ground to a certain depth, without  the  need  for  excavation  .  This  research  was  carried  out  on  the  design,  simulation  and  realization  of  spiral-dipole antennas with resistive load for impulse GPR applications. Imposition resistive aims to suppress late-time ringing and enlarge the  bandwidth  though  will  reduce  the  efficiency  of  the  main  pulse  amplitude.  A  late-time  ringing  oscillations  that  follow  the transmitted pulse. This oscillation can obscure the signal reflected by the object, making it hard to do the detection process. By changing the value of the constant k in the formula Archimedes spiral, the spiral shapes obtained with different densities. In this the value of the constant k used were 0.5, 1, 1.5. The parameters discussed in this simulation is the peak to peak amplitude of the main pulse and ringing resulting from each antenna to the value of the constant k is used. Electromagnetic analysis in the time domain FDTD method is used (finite-difference time-domain) with FDTD3D software to calculate the transmitted wave antenna in the time domain. Next step is the realization and measurement of the antenna.
Keywords : GPR antenna, GPR impulse, ultra wideband, spiral-dipole

## I. P ENDAHULUAN
GPR ( Ground Penetrating RADAR ) merupakan alat yang  berguna  untuk  pendeteksian  objek  yang  berada  di bawah  permukaan  medium  (misalnya  tanah  atau  beton, dll)  dengan  kedalaman  tertentu  tanpa  perlu  melakukan penggalian  tanah.  Dengan  GPR  maka  informasi mengenai  keadaan  di  bawah  permukaan  tanah  dapat dilakukan dengan cepat dan mudah. Contoh penggunaan GPR antara lain mendeteksi kabel bawah tanah, fondasi bangunan, ranjau dan lain-lain.
Aplikasi  GPR  menggunakan  pulsa  sempit  sebagai gelombang yang dipancarkan oleh antena pengirim yang akan  mempunyai  lebar bidang  frekuensi  yang luas. Hal inilah  yang  melatarbelakangi  dibutuhkannya  suatu antena  yang  dapat  mempertahankan  kestabilan  pola radiasi untuk rentang frekuensi yang besar. Hal tersebut merupakan  salah  satu  yang  melatarbelakangi  ide penggunaan  antena ultra wideband pada  aplikasi  GPR [1].
Antena  merupakan  salah  satu  elemen  terpenting dalam  GPR.  Kemampuan  GPR  dalam  pendeteksian amat  bergantung  pada  kemampuan  antena  yang digunakan.  Hal  ini  disebabkan,  antena  adalah  bagian yang  meradiasikan  pulsa  sempit  tersebut  ke  tanah dengan radiasi antena yang diharapkan memiliki tingkat loss dan distorsi yang kecil. Jika frekuensi rendah dalam GPR  tidak  diradiasikan  secara  maksimal  maka  akan terdapat refleksi  internal yang  mengakibatkan osilasi.
yuyu@ppet.lipi.go.id
PPET - LIPI doi : 10.14203/jet.v13.39-46
Selanjutnya osilasi ini  akan  mengakibatkan  gejala late time ringing yang akan mengaburkan sinyal pendeteksian  yang  mengakibatkan  analisis  benda menjadi  sulit  [2].  Pembebanan  resistif  dan  penggunaan absorber digunakan  untuk  mengatasi  refleksi  internal tersebut.  Antena ultra wideband yang  biasa  digunakan pada GPR adalah antena dipole setengah lamda. Antena dipole  yang  memiliki  resistor  yang  dipasang  tergulung di  ujungnya  disebut  dengan  antena rolled  dipole atau spiral dipole .
Semakin tinggi frekuensi maka semakin tinggi juga pelemahan  sinyal  dalam  perambatannya  sehingga  jarak jangkauan  dari  GPR  akan  semakin  dangkal  [3].  Tetapi di  sisi  lain  resolusi  frekuensinya  yang  selanjutnya  akan mempengaruhi  dari  kualitas  pencitraan  akan  semakin baik. Sehingga ada tradeoff antara  kedalaman penetrasi dengan  kualitas  dari  pencitraan.  Dengan  pertimbangan tersebut, antena yang digunakan didesain untuk eksitasi pulsa monocycle dengan  durasi  1,6  ns  (frekuensi  pusat 600  MHz).  Frekuensi  tersebut  cocok  untuk  aplikasi GPR  resolusi  menengah,  yang  digunakan  untuk mendeteksi  target  yang  kedalamannya  kurang  dari  1 meter (contohnya ranjau, pipa, dan kabel).
Untuk  menganalisa  kinerja  antena,  digunakan pemodelan  numerik  dengan  metode Finite - Difference Time - Domain (FDTD)  dengan  menggunakan  software FDTD3D.  Pemilihan  metode  ini  karena  keunggulan yang  dimilikinya,  diantaranya:  FDTD  bekerja  pada domain  waktu  di  mana  untuk  rentang  frekuensi  yang lebar  dapat  diselesaikan  hanya  dengan  sekali  simulasi sehingga  efektif  jika  digunakan  pada  sistem  yang menggunakan pulsa monocycle sebagai sumber eksitasi. Kemudian  FDTD  memungkinkan  pengguna  untuk mendefinisikan sifat material pada semua titik di dalam domain  simulasi,  sehingga  antena  yang  di  desain  lebih nyata atau realistis [4].

## II. D ESAIN A NTENA

## A. Pulsa yang Dibangkitkan
Pulsa  yang  dibangkitkan  pada  antena  GPR  yang diusulkan ini adalah pulsa monocycle dengan durasi 1.6 ns  seperti  terlihat  pada  Gambar  1  (a).  Gambar  1  (b) merupakan  spektrum  dari  pulsa.  Terlihat  bahwa  pulsa tersebut memiliki frekuensi tengah 600 MHz.
(a) (b)
Gambar 1.  Pulsa Yang Dibangkitkan oleh Antena : Pulsa 1,6 ns Monocycle Dengan Frekuensi Tengah 600 MHz, (a) Bentuk Gelombang, (b) Spektrum.

## B. Geometri Antena
Dalam  penelitian  ini,  antena  GPR  yang  diusulkan yaitu  antena spiral - dipole dengan  pembebanan  resistif. Penggunaan  dipole  tak  lain  adalah  karena  dipole merupakan antena yang sering digunakan untuk aplikasi GPR terutama dikarenakan kesederhana-annya. Permasalahan  utama  antena  dipole  untuk  aplikasi  ini adalah  sifat  dasarnya  yang narowband ,  padahal  untuk aplikasi  GPR  dibutuhkan  antena  dengan  karakteristik ultra wideband .  Untuk  mengatasi  hal  ini,  pada  lengan antena  dilakukan  pembebanan  resistif  (lengan  beban) dengan  profil  Wu-King  untuk  mengurangi late-Time ringing akibat multiple  reflection antara  ujung  antena dan feedpoint .
Penambahan  lengan  beban  mengakibatkan  dimensi antena  yang  semakin  panjang.  Untuk  mengurangi dimensi  panjang  dari  antena,  maka  lengan  beban  di gulung  melingkar  ( spiral )  ke  bagian  atas  lengan  yang tidak dilakukan pembebanan resistif hingga membentuk seperti spiral ,  seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  2. Garis  putus-putus  menggambarkan  lengan  beban, sedangkan  celah  yang  memisahkan  garis  merupakan tempat pembebanan resistif dengan menyisipkan elemen lumped resistor sesuai dengan profil Wu-King.  Dengan menggulung  antena,  dimensi  panjang  antena  dapat berkurang  dengan  faktor  pengurangan  sekitar  4. Sehingga  dari  sisi  ruang,  jelas  antena  yang  dirancang menjadi lebih efisien.
Gambar 2. Geometri Antena Spiral - Dipole . Celah yang memisahkan garis merupakan tempat diletakkannya resistor.
Pada  resistor  pertama  (resistor  yang  paling  dekat dengan feedpoint ) terjadi diskontinuitas pada permukaan  antena  sehingga  menyebabkan  sumber radiasi kedua. Karena antena diharapkan mentransmisikan  pulsa  dengan  efisiensi  yang  tinggi (dalam artian bahwa nilai pucak dari bentuk gelombang yang dikirim setinggi mungkin), maka harus ditentukan jarak antara feedpoint dengan resistor pertama sehingga radiasi  dari  resistor  pertama  saling  menguatkan  dengan radiasi  dari feedpoint pada  arah broadside antena.  arah broadside antena  dapat  dicapai  dengan  membuat  jarak antara feedpoint dengan resistor pertama ( l ) sekitar  c /4, dimana  c merupakan panjang    gelombang  dalam substrat  pada  frekuensi  tengah  pulsa.  Secara  matematis dapat dituliskan,
(1)
di  mana f c merupakan  frekuensi tengah dari pulsa  yang dibangkitkan yang memiliki nilai amplitudo tertinggi
2
2 subt c c l f 
(a) SubstratFR-4 = 4.34 ε r Antena 3   m m 1 mm (b) Gambar 3. Desain Geometri Antena Spiral - Dipole, (a) Tampak Depan, (b) Tampak Bawah.
dalam  spektrum  pulsa,  dan c subt merupakan  cepat rambat    gelombang  dalam  substrat.  Pada  kasus printed antenna diatas substrat dielektrik, nilai c subt berbanding terbalik  dengan  permitivitas  relatif  dari  bahan  substrat. Jika  permitivitas  relatif  substrat  ε r dan cepat  rambat gelombang  di  udara  bebas  adalah c ,  maka c subt dapat dicari dengan persamaan,
(2)
Dengan mensubtitusi Persamaan 1 dengan Persamaan 2, maka  didapat  jarak  antara feedpoint dengan  resistor pertama ( ) yaitu:
(3)
Dengan  memasukkan  nilai c =3x10 8 m/s, f c =600  MHz, dan  r =4,34 (dengan asumsi bahan substrat menggunakan FR-4). Maka didapat nilai l sekitar 6 cm. Gambar  desain  antena  lebih  detail  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Selanjutnya dibuat 3 buah antena dengan kerapatan spiral yang  berbeda-beda  sesuai  dengan  3  buah parameter k yang  ditentukan.  Penggunaan  3  antena ditujukan  untuk  mendapatkan late-time  ringing  yang lebih baik .  Ide dasar dari penelitian ini ialah kerapatan spiral yang  berbeda  akan  menghasilkan late-time ringing yang berbeda.

## C. Pembebanan Antena
Pembebanan  resistif  untuk  menekan ringing diaplikasikan disepanjang lengan beban yang berbentuk seperti spiral .  Pada  penelitian  ini,  digunakan  resistor sejumlah 25 buah yang dipasang secara seri dengan nilai resistansi  yang  semakin  meningkat  dengan  profile resistor di perlihatkan pada gambar 4. Pemilihan jumlah ini dikarenakan keterbatasan dari numerical tool FDTD yang digunakan ( software FDTD3D) untuk
mendefinisikan materi di dalam domain komputasi. Jika jumlah  resistor  ditambah  sehingga  pendefinisian  materi melebihi  seribu  baris,  maka software ini  akan error . Jumlah  ini  cukup  memadai  untuk  menekan  ringing sekaligus mempertahankan amplitudo pulsa utama. Pada prinsipnya,  semakin  banyak  jumlah  resistor,  semakin efektif  pula  antena  tersebut  dapat  menekan  ringing. Tetapi  hal  ini  dapat  menurunkan  efisiensi  radiasi. Sehingga  ada trade  off antara  level ringing yang  ingin ditekan dengan efisiensi radiasi yang dihasilkan.
Gambar 4. Profil Resistor.

## III. S IMULASI D AN A NALISIS FDTD3D
Untuk  mengamati  parameter-parameter  seperti VSWR,  impedansi  input,  dan  level ringing yang berubah-ubah  berdasarkan  kerapatan spiral antena, maka  perlu  dilakukan  tahap  simulasi.  Simulasi dilakukan  untuk  membuktikan  antena  yang  dirancang bekerja dengan baik setelah dilakukan tahap realisasi.
Simulasi  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini menggunakan metode FDTD sebagai alat untuk analisis secara  teoritis.  Pada  aplikasinya software FDTD3D yang  merupakan  paket three  dimensional  finite- difference  time-domain untuk  menghitung  medan elektromagnetik,  yang  ditulis  dengan  menggunakan bahasa C++.
25 cm
12 cm subt r c c   l 4 r c c l f  

## A. Simulasi dengan FDTD3D
Simulasi software FDTD3D dengan pengaturan ∆x, ∆y, ∆z = 2,5 mm, nx = 61 sel Yee ny = 61 sel Yee nz = 301 sel Yee, diperlihat pada Gambar 5.
Dinding Elektrik (x=0) 15cm 75cm 15cm
Gambar 5. Domain Komputasi Antena yang Disimulasikan Dengan
FDTD.
Geometri  Antena  dari  hasil  simulasi  yang  diharapkan dan  pendekatan  geometri  antena  pada  software FDTD3D diperlihatkan pada Gambar 6.
(a) (b)
Gambar 6. (a) Geometri Antena yang Diharapkan,
(b) Pendekatan Geometri Antena pada FDTD3D.

## B. Hasil Simulasi
1) Geometri Antena Hasil Simulasi
Pada bagian ini diperlihatkan geometri antena yang digunakan.
(a)
(b)
(c) Gambar 7. Geometri Antena, (a) Dalam k=0,5,
(b) Dalam k=1, (c) Dalam k=1,5.
Geometri antena seperti  yang terlihat di atas sudah mendekati  perancangan.  Walaupun  terlihat  patah-patah karena staircasing.
2) Hasil  Simulasi  Gelombang  yang  Ditransmisikan dan  Ringing  Antena  Spiral-dipole  pada  Titik Pengamatan 25 cm
Dilakukan simulasi gelombang yang ditransmisikan dan  pada ringing antena spiral-dipole pada  titik pengamatan  dengan  jarak  25  cm,  dan  hasilnya ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1 2 3 k s w r
Gambar 8. Bentuk Gelombang yang Ditransmisikan oleh Antena Spiral-dipole Dengan Nilai k =0,5;1;1,5 pada Titik Pengamatan 25 cm.
Gambar 9. Karakteristik Ringing Terhadap Nilai k pada Titik Pengamatan 25 cm di Bawah Antena.
3) Hasil  Simulasi  Gelombang  yang  Ditransmisikan dan  Ringing  Antena  Spiral-dipole  pada  Titik Pengamatan 50 cm
Dilakukan simulasi gelombang yang ditransmisikan dan  pada ringing antena spiral-dipole pada  titik pengamatan  dengan  jarak  50  cm,  dan  hasilnya ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11.
Gambar 10. Bentuk Gelombang yang Ditransmisikan oleh Antena Spiral-dipole Dengan Nilai k =0,5; 1; dan 1,5 pada Titik Pengamatan 50 cm.
Gambar 11. Karakteristik Ringing Terhadap Nilai k pada Titik Pengamatan 50 cm di Bawah Antena.
4) Hasil  Simulasi  Impedansi  Input  dan  VSWR  Antena Spiral-dipole .
Karekateristik  hasil  simulasi  untuk  impedansi dan  VSWR  antena spiral terhadap  nilai k diperlihatkan pada Gambar 12 dan Gambar 13.
Gambar 12. Karakteristik Impedansi Antena Terhadap Nilai k .
Gambar 13. Karakteristik VSWR Antena Terhadap Nilai k .

## IV. P ENGUKURAN D AN A NALISIS

## A. Realisasi Antena
Untuk  keperluan  pengukuran  guna  mendapatkan data  yang  memadai  terhadap  kondisi  sebenarnya  di lapangan  dari  antena  yang  dirancang,  telah  dibuat realisasi  dari  antena  yang  telah  dirancang  sebelumnya dengan  beberapa  penyesuaian.  Penyesuaian  tersebut dilakukan  terutama  terhadap  nilai-nilai  komponen  yang digunakan dalam perealisasian antena karena ketidaktersesediaan  beberapa  komponen  tersebut  di pasaran.  Dalam  perealisasian  antena  ini  nilai-nilai
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 x 10 -8 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 E x ( V / m ) rollDP 0 p5, , R =(0.00125,0.0775,0.2575) time (s) k=0,5 k=1,0 k=1,5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 x 10 -8 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 E x ( V /m ) time (s) k=0,5 k=1,0 k=1,5
komponen yang disesuaikan adalah nilai resistansi yang digunakan  sebagai  pembeban  di  sepanjang  antena (resistive  loading) dan  nilai  permitivitas  relatif  dari dielektrik  yang  digunakan  sebagai  bahan  antena, sedangkan  geometri  antena  sesuai  dengan  yang  telah dideskripsikan pada bagian perancangan antena. Untuk  pembebanan  resisitif  digunakan thick  film  chip resistor yang  dalam  realisasinya  disolder  disepanjang lengan  antena.  Nilai-nilai  resistansi  di  atas  merupakan pendekatan dari nilai-nilai resistansi secara teoretis yang digunakan dalam perancangan antena.
Gambar 14. Realisasi Antena untuk k= 0,5.
Sedangkan sebagai bahan antena digunakan printer circuit  board (PCB)  FR-4  dengan  tembaga  sebagai lapisan logamnya dan permitivitas relatif dielektrik 4,1. Secara teoretis, penyesuaian nilai permitivitas dielektrik pada substrat yang digunakan dalam realisasi antena ini akan berpengaruh terhadap nilai peak-to-peak amplitudo maksimum pulsa yang ditransmisikan, akan tetapi tidak memberikan  pengaruh  yang  signifkan  terhadap  bentuk gelombang  yang  ditransmisikan.  Hal  ini  terjadi  karena panjang antena yang optimum yang dioptimasi terhadap durasi  pulsa  berbanding  terbalik  dengan  akar  dari permitivitas  bahan  antena  yang  digunakan.  Proses pabrikasi  antena  harus  memiliki  ketelitian  dan keakuratan  yang  sangat  tinggi,  karena  penyimpangan dalam  orde  antena  cukup  mempengaruhi  karakteristik antenna secara umum.
Kemudian untuk feedpoint . Sebenarnya mekanisme perancangan  yang  baik  untuk feedpoint dalam  hal  ini antena spiral-dipole adalah  semakin  pendek  atau semakin  dekat.  Agar  transmisi  elektrik  dari  kabel  semi rigid  (TSR  = Twin Semi Rigid )  dapat  maksimum menuju antena dengan sedikit yang hilang. Penggunaan jarak antar dua wire tersebut atau feedpoint dibuat 3 mm adalah  karena  faktor  keamanan  dan  kemudahan. Penggunaan feedpoint yang semakin dekat, memungkinkan  terjadinya  konsleting  pada  TSR.  Selain itu  penggunaan feedpoint yang  semakin  dekat menyulitkan dalam hal penyolderan dengan TSR. Dalam  simulasi  terlihat  bahwa  penggunaan feedpoint 3 mm  cukup  memberikan  kontribusi  yang  cukup maksimum dalam pentransmisian elektrik.
Selain  itu,  pengunaan  kabel  semi  rigid  atau  TSR ( Twin Semi Rigid )  ditujukan  untuk  menghindari penggunaan balun UWB yang harganya mahal dan sulit untuk diproduksi. Selain itu, TSR memiliki keunggulan dalam  hal  kemudahan  setup  ke  antena  yaitu  tinggal disolder saja, harganya yang cukup murah dibandingkan dengan  penyepadan  antena  seperti  balun  UWB,  dan mudah dicari.

## B. Analisis Hasil Pengukuran
Gelombang  yang  datang  pada  suatu  antena  akan terdapat  dua  perlakuan  yang  berbeda  yaitu  gelombang akan ditranasmisikan ke antena, dan gelombang tersebut akan dipantulkan kembali ke sumber. Gelombang pantul ini disebabkan karena ketidaksepadanan antara impedansi saluran dengan antenanya.
Pengukuran  koefisien  pantul  ditujukan  untuk mengetahui  perbandingan  antara  gelombang  pantul dengan gelombang datang. Superposisi antara gelobang pantul  dengan  gelobang  datang  akan  membentuk  suatu gelombang  berdiri  yang  akan  menghasilkan  SWR  yang merupakan  perbandingan  tegangan  minimum  dan tegangan maksimum pada gelombang berdiri.
Bandwidth antena merupakan range frekuensi kerja dimana  performansi  antena,  yang  bergantung  pada beberapa  karakteristik,  berada  pada  standar  tertentu. Bandwidth antena  terletak  antara  frekuensi  atas  dan frekuensi  bawah  yang  dibatasi  oleh  nilai  VSWR tertentu.  Batas  VSWR  semakin  kecil,  maka  bandwith antena akan semakin lebar.
Pada  pengukuran  karakteristik  ini  menggunakan network analyzer dengan  spesifikasi range frekuensi dari  (300  kHz  -  20  GHz).  Antena  yang  akan  dibuat dalam  penelitian  ini,  bisa  menggunakan  alat  ini  karena antena  yang  akan  dibuat  memiliki  frekuensi  kerja  600 MHz.

## 1) Pengukuran VSWR dan Impedansi Input
Pengukuran  VSWR  dilakukan  di  LIPI  dengan menggunakan network  analyzer (NA) sebagai alat ukur dengan range frekuensi  yang  dapat  diukur,  yaitu  (300 KHz  -  20  GHz)  dan  Kabel  TSR  sebagai  penghubung. Setup  pengukuran  impedansi  input  diilustrasikan  pada Gambar  15,  metoda  pengukuran  tersebut  telah diperkenalkan  oleh  Lestari  [5].  Salah  satu  ujung  TSR line  dihubungkan  ke  AUT  sedangkan  ujung  lainnya dihubungkan dengan kabel    koaksial 50 Ohm ke port 1 dan port 2 network  analyzer (dikalibrasi  pada  konektor SMA) seperti yang terlihat pada Gambar 15.
Network Analyzer Port 1 Port 2 Coaxial Cable TSR Line Antenna Under Test Gambar 15. Setup Pengukuran Impedansi Input Antena pada Domain Waktu.
Network analyzer memberikan  hasil  pengukuran S 11 ,  S 12 ,  S 21 ,  dan  S 22 dalam  bentuk  kompleks  ( real dan imajiner )  sebanyak  401  data  untuk  masing-masing frekuensi dengan rentang antara 50 MHz sampai dengan 5 GHz. Selanjutnya data ini diolah melalui software
Gambar 16. Hasil pengukuran impedansi input untuk (a) k =0,5.
Gambar 17. Hasil pengukuran VSWR untuk k= 0,5; 1.0 ; dan 1,5.
post processing sehingga didapat harga impedansi input rata-rata  dan  VSWR  antena.  Hasil  pengukuran  di tunjukkan pada gambar 16 dan gambar 17.
C. Ringkasan Pengukuran Antena Spiral-dipole
1) Impedansi Input dan VSWR Antena Spiral-dipole
T ABEL I H ASIL P ENGUKURAN I MPEDANSI I NPUT DAN VSWR A NTENA Simulasi FDTD Pengukuran Zin VSWR Zin VSWR Perubahan Kerapatan Spiral k =0,5  46,471 1,14 172,63 1,94 k =1,0  46,481 1,47 180,46 1,99 k =1,5  46,631 1,59 188,47 2,03
Tabel 1 menunjukkan rangkuman hasil pengukuran impedansi input ,  dan  VSWR  antena spiral-dipole baik hasil  pengukuran  maupun  hasil  simulasi  FDTD.    Hasil pengukuran impedansi input dalam perealisasian antena yang  ditunjukkan  pada  Tabel  1  berkisar  antara  172,63 ohm  sampai  188.47  ohm  atau  VSWR  dari  1,94  sampai
2,03.  Hasil  pengukuran  impedansi  input  ini  berbeda dengan terminasi yang biasa dipakai dalam GPR dengan feed  line TSR  100  ohm.  Pengunaan  kabel  semi  rigid atau  TSR  ( Twin Semi Rigid )  ditujukan  untuk menghindari  penggunaan  balun  UWB  yang  harganya mahal  dan  sulit  untuk  diproduksi.  Selain  itu,  TSR memiliki  keunggulan  dalam  hal  kemudahan setup ke antena yaitu tinggal disolder saja, harganya yang cukup murah  dibandingkan  dengan  penyepadan  antena  seperti balun  UWB,  dan  mudah  dicari.  Sementara  itu  hasil pengukuran  VSWR  perealisasian  antena  menunjukkan nilai  lebih  besar  dari  hasil  simulasi  FDTD.  Hal  ini disebabkan  perbedaan  impedansi input antena  dengan nilai impedansi output (TSR 100 ohm).
Oleh karena itu  hasil dalam perealisasian antena di atas  tidak  baik  untuk  diambil  sebagai  acuan  penelitian, tetapi hanya karakteristik  antena  yang  layak  diambil sebagai  acuan  penelitian.  Karakteristik  antena  pada simulasi  FDTD  dan  perealisasian  memiliki  kesamaan. Sehingga  bisa  disimpulkan  untuk  menentukan  nilai VSWR  antena  yang  baik  atau  yang  mendekati  hasil
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 Frequency (MHz) In pu t Im pe da nc e (O hm s) 0 500 1000 1500
2000
2500 3000 3500 4000 4500 5000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Frequency (MHz) V S W R k=0.5 k=1.0 k=1.5
simulasi, maka harus digunakan Impedansi Output yang matching dengan Impedansi Input antena.
2) Perubahan  Level  Sinyal  Utama  dan  Level  Late Time Ringing Antena Spiral-dipole
T ABEL II H ASIL P ENGUKURAN L EVEL S INYAL U TAMA DAN L ATE T IME R INGING A NTENA
Kerapatan Spiral Titik Pengamatan 25 cm  Titik Pengamatan 50cm Vpp Pulsa Utama (V/m) Vpp Ringing (V/m) Level Ringing (dB) Vpp Pulsa Utama (V/m) Vpp Ringing (V/m) Level Ringing (dB) k =0,5 3433 176 -25,803  2037,1  139,99  -23,258 k =1,0 2981 147 -26,141  1725 111 -23,829 k =1,5 2658 122,99  -26,694  1655 103 -24,119
Tabel 2 menunjukkan rangkuman hasil pengukuran Level sinyal utama dan Level Late Time Ringing antena spiral-dipole .  Hasil  pengukuran Late  Time  Ringing dalam perealisasian antena yang ditunjukkan pada Tabel 2  menunjukkan  suatu  karakterisitik  yang  sama  dengan simulasi  FDTD,  yaitu  semakin  besar  nilai k (semakin renggang)  maka  semakin  kecil  ringing  yang  dihasilkan antena spiral-dipole .  Jadi  untuk  merancang  sebuah antena spiral-dipole yang  baik,  maka  diperlukan perancangan  yang  benar  yaitu  semakin  renggang kerapatan spiral pada antena akan menghasilkan ringing yang semakin kecil pula.

## KESIMPULAN
Setelah  melakukan  semua  proses  perancangan, simulasi, realisasi, dan pengukuran antena  GPR spiral- dipole dengan  kerapatan  gulungan  spiral  sesuai parameter k ( Archimedean  Spiral )  yang  dioptimasi terhadap pulsa 1,6 ns dapat disimpulkan bahwa,
a. Antena spiral-dipole dapat  memperkecil  dimensi dengan  penggunaan  elemen  resistor  yang  dipasang tergulung,
b. Panjang  antena  optimum  yang  dapat  digunakan untuk  menghasilkan  radiasi  maksimum  bergantung pada substrat bahan dielektrik dan frekuensi center dari pulsa yang ditransmisikan,
c. Bentuk  gulungan  spiral  yang  dapat  menghasilkan late  time  ringing yang  kecil  pada  antena spiral- dipole adalah  antena  dengan  nilai k yang  lebih besar  atau  lebih  renggang  (dalam  penelitian  ini diperoleh pada antena dengan k =1.5),
d. Nilai  VSWR  dan  Impedansi Input antena berbanding  lurus  dengan  besar  nilai k ,  semakin besar nilai k maka nilai VSWR akan semakin besar (semakin  buruk)  dan  nilai  Impedansi Input antena juga semakin besar.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Kami  mengucapkan  terima  kasih  kepada  PPET yang telah memfasilitasi peralatan ukur dan kepada staff subbid.  Sarana  Telekomunikasi  yg  telah  banyak membantu.

## DAFTAR REFERENSI
[1] B.  Allen,  M.  Dohler,  E.  Okon,  W.  Malik,  A.  Brown,  and  D. Edwards, Ultra  Wideband  Antena  and  Propagation  for Communication , Radar  and  Imaging, West  Sussuex,  England:
John willey and Sons, 2007.
[2] H.  M.  Jol,  Ground  Penetrating  Radar  Theory  and  Aplications, Amsterdam,  The  Netherlands:  Elseveir  Science  &  Technology, 2009.
[3] J.  G.  Maloney  and  G.  S.Smith,  “A  study  of  transient  radiation from  the  Wu-King  resistif  monopole-FDTD  analisys  and experimental  measurement”,  IEEE  Trans.  Antennas  Propagat., vol. 41, no .5, pp. 668-679, May 1993.
[4] D.  J.  Daniels,  Ground-Penetrating  Radar,  The  Institution  of Electrical Engineers, London, United Kingdom, 2004
[5] A.  A.  Lestari,  “Antennas  for  Improved  Ground  Penetratimg Radar:  Modeling,  Tools,  Analisys  and  Design”,  Ph.D. Dissertation,  Delft  University  of  Technology,  The  Netherlands, 2003.