Bismillah Seminar Proposal Fadhli.pptx

SEMINAR PROPOSAL RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP ULTRA WIDEBAND UNTUK PENDETEKSIAN TUMOR

PADA OTAK Oleh : Fadhli Kabir NIM. 1307113192

Dosen Pembimbing Dr. Yusnita Rahayu, ST, M.Eng NIP. 19751104 200501 2 001

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2019

Latar Belakang & Angka Statistik

0.5% 70.1%

70.6% Hingga Tahun 2017 di Indonesia, terdapat 132 KASUS kanker dan tumor pada otak. Di antaranya meninggal dunia. (Riset Kesehatan Kemenkes RI, 2015)

Pendahul

Menurut DATA USA 2017, 23.800 pasien yang terjangkit, 16.700 di antaranya meninggal dunia. Ini mencapai hingga persentase 70,1%.

Teknologi-Teknologi Pendeteksi Tumor Aplikasi Di Biomedis Hari Ini

X - RAY

Pendahul

1

Computed Tomography (CT) Scan )

2

Magnetic Resonance Imaging (MRI)

3

4 5

Positron Emission Tomography (PET)

Kekurangan Metode Sebelumnya Not Truely Safety

Invansive

Tingkat keamanan dan efek samping

Mudah menyebar ke bagian tubuh lain

2

1

12 34 3 Low Accuration Tingkat akurasi belum terlalu akurat

Pendahul

4 High Cost Biaya yang cukup tinggi

Keunggulan Microwave Imaging System

Low Cost Safe

Non-Invansive Rapid Cepat Highly Accurate System Solution Akurasi Tinggi

Pendahul

Struktur Lapisan Otak Manusia/Phantom Brain Lapisan 1

Fat Lapisan 5

Cerebrospinal Fluid (CSF)

Lapisan 2

Dura Lapisan 3

Pendahul

Bone Lapisan 4

Skin Lapisan 6

SAR

Specific Absorption Rate (SAR) merupakan parameter jumlah energi Radio Frequency (RF) yang diserap oleh tubuh manusia. SAR menunjukkan tingkat rata-rata dimana energi diserap untuk setiap kilogram (Watt/Kilogram). Federal Communication Commission (FCC) United Stated (US) sudah membatasi paparan radiasi dari perangkat mobile diatur pada SAR sebesar 1,6 Watt/Kilogram (1,6 W/Kg) Pendahul

Bahaya SAR & Batas Maksimal Tubuh Specific Absorption Rate (SAR) yang diperbolehkan dan aman untuk tubuh berdasarkan Standar FCC, maksimal 1,6 W/KG (untuk 1 g) dan 2 W/KG (untuk 10 g)

Jika kadar SAR terlalu tinggi, maka akan sangat berbahaya bagi tubuh.

Pendahul

Alokasi Frekuensi

Federal Communications Commission (FCC) telah menetapkan pita frekuensi antara 3.1 sampai 10.6 GHz (Ultra WideBand) untuk aplikasi komersial, biomedis baik komunitas akademis maupun industry. Pendahul

RUMUSAN MASALAH

TUJUAN PENELITIAN Melakukan perancangan antena mikrostrip yang beroperasi pada frekuensi Ultra WideBand dengan menggunakan CST Microwave Studio

Perancangan dan simulasi antena mikrostrip Ultra Wideband yang bekerja pada rentang frekuensi 3.1 – 10.6 GHz untuk aplikasi pendeteksian tumor.

1

2017

Karakterisasi antena mikrostrip sehingga mendapatkan VSWR, return loss, bandwidth, gain, SAR dan pola radiasi yang baik

2

4

Membandingkan hasil simulasi dengan software CST Microwave Studio dan hasil pengujian fabrikasi

2016

3 Pendahul

Memahami dan menganalisa parameter antena mikrostrip yang meliputi VSWR, return loss, bandwidth, gain dan pola radiasi, SAR yang baik bagi tubuh

5

Batasan Masalah Antena ini disimulasikan

1

dan hanya bekerja pada

3

frekuensi Ultra WideBand (3.1 – 10.6 GHZ)

Tidak membahas proses komunikasi dan penerimaan data metode lain, selain Monostatic Radar Based Imaging System

Antena Mikrostrip ini disimulasikan menggunakan Software CST Microwave Studio

Pendahul

2

Dibuat menggunakan substrat Rogers R03003

4

5

Parameter antena meliputi Frekuensi, return loss, bandwidth, gain, SAR, dan electric field

Hasil Keluaran & Kegunaan Penelitian Penelitian ini diharapkan menghasilkan

keluaran berupa desain antena yang memiliki performansi yang baik sesuai standar, sehingga nantinya dapat digunakan untuk aplikasi pendeteksian tumor pada otak

LUARAN YANG DIHARAPKAN

KEGUNAAN PENELITIAN Adapun kegunaan penelitian ini adalah menjadikan karakteristik dari desain antena ini sebagai acuan apabila nanti akan difabrikasi guna keperluan di bidang medical dan teknologi.

Pendahul

Penelitian Terkait 1. EBG Based Microstrip Patch Antenna For Brain Tumor Detection Via Scattering Paremeters In Microwave Imaging System (Reefat Inum, 2018)

Tinjauan

Frekuensi Kerja

7.3 GHz

Return Loss

-49.29 dB

Bandwidth

291.6 MHz

Gain

6.77 dB

Pola Radiasi

Directional

SAR

0.922 W/KG

Penelitian Terkait 2. A Wearable Microstrip Patch Antenna For Detecting Brain Cancer (Rafat Raihan, 2017)

Tinjauan

Frekuensi Kerja

2.442 GHz

Return Loss

- 30.99 dB

VSWR

1.058

Gain

5.28 dB

SAR

0.388

Penelitian Terkait 3. UWB Antenna For Brain Stroke and Brain Tumour Detection (Eng. M. A. Shokry, Prof. Dr. A. M. M. A. Allam, 2016)

Tinjauan

Frekuensi Kerja

6.489 GHz

Return Loss

-22 dB

VSWR

-

Bandwidth

213 MHz

Pola Radiasi

Directional

Penelitian Terkait 4. Optimization Of UWB Vivaldi Antenna For Tumour Detection (Alzabidi, 2013)

Tinjauan

Frekuensi Kerja

1.4 GHz

Return Loss

- 23 dB

VSWR

1.2

Pola Radiasi

Directional

SAR

309 W/KG

Penelitian Terkait 5. Microwave Imaging For Brain Tumor Detection Using An UWB Vivaldi Antenna Array (Haoyu Zhang, 2012)

Tinjauan

Frekuensi Kerja

5 GHz

Return Loss

- 30 dB

VSWR

1.058

Pola Radiasi

Directional

SAR

-

Perhitungan SAR

Keterangan: E = Kuat Medan Listrik (N/C) 𝜌 = Massa Jenis (Kg/m3) 𝜎 = Konduktivitas Elektrik (S/m) J = Energi (kwh)

Tinjauan

Antena Mikrostrip MIKROSTRIP Geometri Antena Mikrostrip

Tinjauan

Bentuk Antena Mikrostrip

Kelebihan & Kekurangan Antena Mikrostrip Kelebihan & Kekurangan Antena Mikrostrip

KELEBIHAN 1. Low profile

1. Efisiensi rendah

2. Mudah difabrikasi

2. Gain rendah

3. Aplikasi dual frekuensi dan triple frekuensi band

3. Bandwidth yang sempit

4. Feed line dan matching network dapat difabrikasi langsung dengan struktur antena

Tinjauan

KEKURANGAN

4. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed linenya. 5. Timbulnya surface wave (gelombang permukaan)

1 Return Loss 2 Gain

Parameter Antena Mikrostrip

Tinjauan

3 Bandwith 4 Frekuensi 5 Gain

6 Pola Radiasi

Karakteristik Antena Biomedik Perancangan Antena ini diharapkan memiliki karakteristik sebagai berikut: 1. Frekuensi Kerja 3.1 – 10.6 GHZ

2. Return Loss < -10 dB

3. Bandwidth : > 200 MHz

FUTURE WORK

4. VSWR : ≤ 2

Tinjauan

5. Gain : > 10 dBi

6. Pola Radiasi : Omnidireksional

Teknik Pencatuan Mikrostrip Perancangan Antena Mikrostrip engan Teknik Pencatuan Microstrip Line

Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah mudah dalam proses fabrikasi. Karena feedline dan elemen peradiasi (patch) dicetak pada substrat yang sama.

Tinjauan

STEP 5

STEP 6 STEP 1

STEP 2 STEP 7

FlowChart Perancangan Antena Metode

STEP 3

STEP 4

STEP 1

STEP 2

STEP 3

FlowChart SAR Metode

Mulai

STEP 1

Model Desain Antena

STEP 2

Proses Fabrikasi

STEP 3

Pengukuran dan evaluasi

1. 2. 3. 4.

FlowChart Fabrikasi

Return Loss VSWR Phase Pola Radiasi

Tidak Sesuai Ya STEP 4

Analisis

Selesai

Metode

Desain antena dengan CST

Dimensi Antena Mikrostrip Dimensi Antena Lebar Patch 𝑐

𝑊= 2𝑓𝑟

(Ɛ𝑟 + 1 2

𝐿 = 𝐿𝑒𝑓𝑓 − 2∆L 𝐿𝑒𝑓𝑓 =

Ɛ𝑟𝑒𝑓𝑓 =

𝐿𝑔 = 6ℎ + 𝐿

𝑐

𝑊𝑔 = 6ℎ + 𝑊

2𝑓0 Ɛ𝑟𝑒𝑓𝑓

Ɛ𝑟 + 1 Ɛ𝑟 − 1 + 2 2

∆L = 0.412ℎ

1 1 + 12

ℎ 𝑊

𝑊 + 0,264 ℎ 𝑊 − 0,258) + 0,8 ℎ

(Ɛ𝑟𝑒𝑓𝑓 + 0,3) (Ɛ𝑟𝑒𝑓𝑓

Metode

Ground

Panjang Patch

Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Berdasarkan rumus yang digunakan untuk menghitung dimensi antena mikrostrip, maka didapatkan hasil seperti ini :

Dimensi

Tampilan Awal

Metode

Ukuran

Panjang pacth

10.09 mm

Lebar pacth

20.5 mm

Tebal substrat

0.75 mm

Panjang ground plane

14.59 mm

Lebar ground plane

25 mm

Ukuran

Substrat Yang Digunakan Substrat yang digunakan Tabel Spesifikasi Substrat Yang Digunakan

Jenis Substrat

ROGERS R03003

Konstanta Dielektrik Relatif (εr)

3

Keuntungan ROGERS 3003

Mudah menghantarkan panas

Penyerapan embun rendah

ROGERS 3003

Metode

Dielectric Loss Tangent (tan δ)

0.0005

Ketebalan Substrat (h)

0.25 mm

Mudah dipotong, dibentuk sesuai desain yang diinginkan

Tahan terhadap segala jenis pelarut kimia

Simulasi Software CST Microwave Studio

Metode

Simulasi Software CST Microwave Studio

Metode

Karakterisasi Antena

Pada awal simulasi dengan hasil nilai perhitungan awal dimensi antena tanpa dioptimasi, dapat diketahui bahwa apabila hasil dari simulasi tersebut belum mencapai parameter yang diinginkan, maka perlu dilakukan karakterisasi antena.

01 03 Metode

Karakterisasi Panjang Substrat

Karakterisasi Panjang Patch

02 04

Karakterisasi Lebar Substrat

Karakterisasi Lebar Patch

Karakterisasi Panjang & Lebar Substrat

No

Dimensi (P)

VSWR

Return loss (db)

Frekuensi (GHz)

No

1

20

1.222

-20.006

7.62

1

2

21

2.265

-12.50

4.59

2

3

22

1.604

-12.689

4.305

3

4

23

1.582

-12.939

4.185

4

5

24

1.5973

-12.766

3.87

5

Panjang Substrat

Metode

Return loss

Dimensi (L)

VSWR

20

1.653

-12.172

4.77

22

1.68

-11.91

4.725

24

1.691

-11.80

4.725

26

1.698

-11.719

4.71

28

1.48

-14.25

3.878

(db)

Lebar Substrat

Frekuensi (GHz)

Karakterisasi Panjang & Lebar Patch

No

Dimensi (P)

VSWR

Return loss

(db)

Frekuensi (GHz)

No

1 1

5

1.393

-15.69

3 4

10

1.704

-11.681

Metode

4.71

3

15

1.064

-30.138

6.706

4

20

1.469

-14.419

7.168

5

Panjang Patch

VSWR

22.5

1.4631

-14.515

7.504

23.5

1.0858

-27.713

7.294

25

1.1984

-20.889

7.098

27.5

1.4488

-14.737

7.042

30

1.6204

-12.513

7.028

(db)

Frekuensi (GHz)

8.115 2

2

Return loss

Dimensi (L)

Lebar Patch

Parameter Awal Antena

Panjang Substrat

Metode

Lebar Substrat

Parameter Awal Antena

Panjang Patch

Metode

Lebar Patch

Analisa Hasil Sementara

Return loss -26.46 dan frekuensi 7.1 GHz. Bandwidth yang dihasilkan pada perancangan antenna ini 400 MHz Dan SAR tanpa tumor adalah sebesar 0.00249 W/KG.

Kesimpulan  Berdasarkan hasil perancangan dan proses simulasi antena sementara diperoleh kesimpulan sebagai berikut.  Antena yang dirancang dengan nilai perhitungan awal dimensi antena tanpa dioptimasi belum mencapai spesifikasi parameter yang diinginkan.  Dilakukan karakterisasi lebar dan panjang substrat mulai dari panjang 20 mm sampai 24 mm dan lebar dari 20 mm hingga 28 mm. Pada karakterisasi dengan panjang 20 mm hasil yang didapatkan sudah mendekati frekuensi yang diharapkan. Dan pada lebar 28 mm hasil yang di yaitu 3.878 GHz.  Dilakukan karakterisasi pada panjang dan lebar patch mulai dari panjang 5 mm hingga 20 dan lebar 22.5 mm hingga 30. Pada karakterisasi diperoleh hasil nilai return loss terbaik pada panjang patch 15 mm dengan nilai return loss -30.138 di frekuensi 6.706 GHz. Sedangkan pada lebar patch 23.5 mm diperoleh hasil dengan nilai return loss -27.713 dB pada frekuensi 7.294 GHz.  Dilakukan simulasi menggunakan head phantom yang memiliki tumor dan yang tidak memiliki tumor. Hasil yang didapat yaitu nilai SAR dari kedua phantom kepala, didapatkan phantom kepala yang memiliki tumor memiliki nilai SAR yang tinggi dibandingkan nilai SAR phantom kepala yang tidak memiliki tumor.

Waktu

Parameter Yang Tercapai ■

Parameter yang diharapkan sudah tercapai?

BELUM! VSWR



Bandwidth X Return Loss



Frekuensi Kerja 

Gain X

Future Work

a) Tampilan Atas

b) Tampilan Samping

Future Work Teknik DGS (Defected Ground Structure) Teknik DGS dilakukan dengan cara menghilangkan sebagian bidang ground. Dengan kata lain, pada bagian ground dari antena mikrostrip dibuat slot. Ada berbagai bentuk DGS seperti bentuk spiral head, arrowhead-slot, “H”shape slots, dumbbell, interdigital DGS, segitiga, segi empat, dll.

TERIMA KASIH