BAB III PERANCANGAN
3.6 Hasil Perancangan Antena
Setelah dilakukan perhitungan dimensi antena mikrostrip sesuai persamaan dasar teori, dilakukan perancangan pada simulator yang akan digunakan untuk memperoleh hasil simulasi.
Sesuai dengan hasil perhitungan, perancangan antena pada simulator Awr 2004 diperoleh seperti pada Gambar 3.3 dan pengaturan software yang digunakan untuk simulasi dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Berdasarkan teori dan persamaan yang digunakan, diperoleh ukuran dimensi antena seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Ukuran dimensi antena
Dimensi Hasil (mm)
Lebar (patch) 37
Panjang (patch) 29
Lebar saluran pencatu 3
Panjang inset 11
Lebar ground plane 61
Panjang ground plane 51
Sehingga diperoleh hasil rancangan sesuai dimensi antena mikostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.2.
3 mm 37 mm 29 mm 61 mm 52 mm 1 mm 11 mm 3 mm
Gambar 3.2 Desain antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan inset
Pada simulator AWR 2004 perlu juga dilakukan pengaturan awal software sebelum dijalankan untuk memperoleh hasil sesuai spesifikasi bahan yang ada. Tabel 3.2 menunjukkan pengaturan awal software simulator yang digunakan untuk menjalankan simulasi.
Tabel 3.3 Pengaturan software untuk simulasi AWR
No Design list Type Description
1 Enclosure Cell size X=1mm, Y=1mm
2 Dielectric layer parameter Thickness εr Loss Tangent View Scale 1,6mm 4,4 0,02 1 3
Boundaries Enclosure Top Aproximate open
(377Ohm)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1Hasil simulasi
Kinerja suatu antena dapat dilihat berdasarkan spesifikasi atau nilai-nilai dari parameter antena tersebut. Parameter yang dapat diuji pada dasarnya cukup banyak seperti yang di jelaskan pada Bab 2 sebelumnya. Pada Tugas Akhir ini, dilakukan pengujian untuk memperoleh VSWR, return loss, bandwidth, pola radiasi, dan gain.
Pada tahap selanjutnya, hasil rancangan disimulasikan menggunakan perangkat lunak / simulator AWR microwave office 2004. Simulasi digunakan sebagai alat bantu agar perancangan antena sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan. Setelah tahap simulasi selesai maka dilakukan fabrikasi antena sesuai rancangan yang telah dibuat secara simulasi dan memenuhi standar umum untuk fabrikasi antena sesuai parameter-parameter antena yang ada. Setelah antena mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset telah difabrikasi, langkah selanjutnya yang akan dilakukan ialah mengukur antena tersebut. Proses pengukuran dilakukan di Aula Departemen Teknik Elektro FTUSU dengan menggunakan alat ukur Network Analyzer Anritsu MS2034B
Pada hasil simulasi diperoleh nilai return loss yang beresonansi pada frekuensi 2,43GHz dengan nilai S-parameter -5,832 dB, VSWR 3,094, dan gain 5,858 dB seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.1 Grafik hasil simulasi (a) return loss (b) VSWR (c) Gain
Hasil yang diperoleh belum sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan yaitu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz. Untuk itu perlu dilakukan iterasi pada dimensi antena agar diperoleh hasil yang maksimal. Iterasi dilakukan dengan mengubah panjang inset pada antena ini. Berdasarkan hasil perhitungan secara teori panjang inset 11 mm, dengan melakukan iterasi panjang inset menjadi 16 mm, 15 mm, 14 mm, 13 mm, 12 mm,10 mm, 9 mm, dan 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, dan 1
mm seperti ditunjukkan oleh Tabel 4.1 dan gambar grafik dapat dilihat pada Lampiran A.1.
Tabel 4.1 Hasil iterasi ukuran inset antena mikrostrip pada AWR Ukuran inset (mm) Frekuensi Resonansi Return Loss (dB) VSWR
16 2,4 -0,5577 31,16 15 2,4 -0,4349 39,946 14 2,4 -0,9240 18,82 13 2,415 -1,982 8,805 12 2,43 -3,647 4,834 11 2,43 -5,832 3,094 10 2,44 -8,747 2,151 9 2,45 -12,68 1,605 8 2,45 -18,38 1,274 7 2,45 -21,49 1,184 6 2,45 -17,8 1,296 5 2,45 -15,43 1,408 4 2,45 -14,1 1,492 3 2,45 -12,96 1,581 2 2,45 -11,95 1,681 1 2,45 -11,07 1,776
Dari Tabel 4.1 diperoleh bahwa semakin panjang ukuran inset, frekuensi resonansinya semakin rendah. Setelah proses iterasi, maka diperoleh yang paling baik ialah pada panjang inset 7 mm dengan frekuensi resonansi 2,45 GHz, return loss -21,49 dan VSWR 1,184.
4.2Hasil Pengukuran Antena Fabrikasi
Berdasarkan hasil simulasi menggunakan software AWR 2004 diperoleh antena yang paling baik untuk difabrikasi pada panjang inset 7 mm.
Pengukuran antena dilakukan di Aula Departemen Teknik Elektro menggunakan alat ukur Network Analyzer Anritsu MS2034B. Fabrikasi antena dilakukan oleh PT. Multikarya yang berlokasi di Bandung. Setelah antena difabrikasi
dengan panjang inset 7 mm seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.2, dilakukan pengukuran parameter-parameter antena.
(a) (b)
Gambar 4.2 Hasil fabrikasi antena inset 7 mm (a)depan (b)belakang
Setelah dilakukan pengukuran, diperoleh hasil seperti grafik pada Gambar 4.3 dimana antena dengan panjang inset 7 mm tersebut sudah dapat beresonansi pada frekuensi kerja 2,45 GHz dengan nilai return loss -14,77 dB dan nilai VSWR nya 1,45.
(b)
Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran (a)return loss (b) VSWR
Unjuk kerja antena hasil rancangan juga dilihat dari nilai bandwidth. Untuk perhitungan bandwidth digunakan acuan data pada VSWR ≤ 2. Pada Gambar 4.3
sebelummnya, dapat dilihat bahwa pada MK1 (f2) nilai VSWRnya 2,00 pada
frekuemsi 2,388 GHz dan pada MK2 (f1) nilai VSWRnya 2,00 pada frekuensi 2,5 GHz. Maka besar bandwidth dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.3.
��������ℎ = │�1 – f2│ ��������ℎ=│2,5−2,388│���= 112 MHz % ��������ℎ= �1− �1 �� × 100% % ��������ℎ = (2,5−2,388)GHz 2,45 GHz × 100% = 4,57 %
Untuk mendapatkan nilai pola radiasi pada antena, dilakukan pengukuran nilai parameter S21 pada alat ukur Anritsu MS2034B dengan menggunakan 2 buah antena
identik yang diletakkan saling berhadapan dengan jarak 50 cm. S21 artinya daya ditransfer dari port 1 ke port 2. Dengan memutar antena uji pada peningkatan sudut setiap 10o dimulai dari 0o hingga 350o di frekuensi 2,4 GHz diperoleh hasil pengukuran S21 seperti diperlihatkan pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Hasil pengukuran S21
Sudut (o) S21 0 -34,76 10 -34,84 20 -35,1 30 -35,81 40 -36,5 50 -37,93 60 -39,56 70 -40,84 80 -42,2 90 -47,44 100 -52,06 110 -55,7 120 -56,6 130 -51,99 140 -48,87 150 -48,2 160 -46,23 170 -45,49 Sudut (o) S21 180 -44,25 190 -44,77 200 -46,24 210 -48,69 220 -50,46 230 -53,4 240 -56,88 250 -59,99 260 -56,81 270 -53,85 280 -48,8 300 -41,49 310 -39,96 320 -38,47 330 -36,66 340 -35,99 350 -42,76
Berdasarkan data yang diperoleh pada pengukuran S21, dapat digambar pola radiasi antena fabrikasi seperti ditunjukkan pada Gambar 4.4. Pola radiasi yang diperoleh berupa pola radiasi unidirectional yaitu intensitas daya pancar nya mengarah pada satu arah saja.
Gambar 4.4 Pola radiasi antena fabrikasi pada inset 7 mm
Pengujian gain dilakukan dengan menggunakan bantuan software Netsurveyor untuk melihat kuat sinyal yang mampu diperoleh antena. Pada software Netsurveyor ini dapat dilihat besar level penerimaan kuat sinyal antena yang digunakan. Pengujian gain dilakukan dengan metode gain transfer dan menggunakan bantuan antena dipol (4 dBi) sebagai antena referensi serta access point yang digunakan berasal dari wifi AndroidAP5950.
Untuk langkah awal dilakukan pengukuran level penerimaan kuat sinyal dengan menggunakan antena dipol. Pengamatan dilakukan hingga beberapa menit agar diperoleh level pengiriman kuat sinyal yang stabil. Dari Gambar 4.5a dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal yang diperoleh antena dipol sebesar -56 dBm. Level ini menunjukkan bahwa penerimaan sinyal dengan menggunakan antena dipol sudah berjalan dengan baik. Langkah selanjutnya ialah mengganti antena dipol dengan antena mikrostrip inset 7 mm untuk
-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320330 340350
Radiation Pattern
memperoleh nilai level penerimaan kuat sinyalnya. Dari Gambar 4.5b dilihat level penerimaan kuat sinyal yang diperoleh sebesar -52 dBm.
(a)
(b)
Gambar 4.5 Level penerimaan kuat sinyal (a)Antena dipol (b)Antena mikrostrip
Setelah diperoleh nilai level penerimaan sinyal dari kedua antena diatas maka gain antena dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.7.
��(��) = ��(��)− ��(��) + ��(��)
Dari perhitungan diatas diperoleh nilai gain sebesar 6 dBi. 4.3Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran
Hasil pengukuran antena yang baik diperoleh pada panjang inset 7 mm, pada Tabel 4.3 terlihat perbedaan nilai return loss dan Tabel 4.4 untuk nilai VSWR pada tiap frekuensi dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz. Dimana pada frekeunsi resonansi 2,45 GHz diperoleh hasil pengukuran -14,77 dB dan hasil simulasi -21,41,37 dB.
Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz.
Frekuensi Hasil simulasi AWR 2004
(dB) Hasil Pengukuran (dB) 2,200 -0,886 -7,55 2,230 -1,059 -7,49 2,250 -1,174 -7,5 2,267 -1,358 -7,49 2,276 -1,460 -7,51 2,300 -1,733 -7,6 2,321 -1,956 -7,74 2,338 -2,618 -7,95 2,355 -3,249 -8,31 2,368 -4,143 -8,72 2,401 -6,264 -10,3 2,414 -8,201 -11,36 2,429 -11,480 -12,83 2,437 -14,010 -13,74 2,446 -17,010 -14,55 2,450 -21,41 -14,77 2,453 -18,000 14,92 2,463 -16,000 -14,86 2,470 -13,330 -14,14 2,485 -9,322 -11,96 2,498 -6,974 -10,13 2,500 -6,237 -9,08 2,519 -5,189 -7,98 2,531 -4,285 -7,14 2,542 -3,433 -6,65 2,553 -2,473 -6,32 2,564 -2,457 -6,07 2,574 -2,220 -5,97
2,597 -1,629 -6,01
Pada frekuensi resonansi 2,45 GHz terlihat secara pengukuran return loss yang diperoleh sebesar -14,8. Hasil ini tidak berbeda jauh dengan nilai return loss yang dihasilkan simulator yaitu -21,41dB.
Dari Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 diperoleh bahwa frekuensi kerja antena saat simulasi dan pengukuran tidak sama, namun memiliki karakteriktik yang mirip. Hal ini dapat dikarenakan pada saat simulasi, antena yang diukur memiliki kondisi yang ideal tanpa ada pengaruh ruang sekitar. Sedangkan pada saat pengukuran, terdapat banyak losses yang disebabkan oleh ruang sekitar saat pengukuran, ataupun nilai substrat yang sedikit berbeda.
Gambar 4.6 memperlihatkan bahwa hasil return loss yang terbaik diperoleh dari hasil simulasi AWR. Secara simulasi antena mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz dengan nilai return loss sebesar -21,41 dB pada simulator AWR. Hasil ini cukup berbeda dengan hasil
return loss pada saat pengukuran yaitu sebesar -14,8 dB.
Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran
Tabel 4.4 juga menunjukkan perbedaan nilai VSWR dari hasil pengukuran dan simulasi menggunakan simulator AWR. Dimana pada frekuensi resonansi antena 2,45 GHz
-20.000 -15.000 -10.000 -5.000 0.000 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 R e tu rn L o ss ( d B ) Frekuensi (GHz)
RETURN LOSS
Tabel 4.4 Perbedaan nilai VSWR dari 2.20 GHz sampai 2.60 GHz.
Frekuensi Hasil simulasi AWR 2004 Hasil Pengukuran
2,202 19,420 2,44 2,223 17,380 2,45 2,237 16,080 2,46 2,265 13,440 2,45 2,281 11,940 2,46 2,298 10,340 2,45 2,316 8,870 2,41 2,338 7,038 2,34 2,355 5,728 2,25 2,367 4,970 2,17 2,376 4,410 2,10 2,381 4,095 2,06 2,390 3,549 1,98 2,405 2,694 1,84 2,420 2,034 1,66 2,427 1,808 1,61 2,437 1,510 1,52 2,445 1,354 1,47 2,450 1,19 1,45 2,465 1,439 1,45 2,477 1,679 1,56 2,488 2,217 1,71 2,498 2,661 1,89 2,500 2,747 1,94 2,517 3,911 2,26 2,525 4,467 2,45 2,535 5,160 2,64 2,545 5,854 2,80 2,554 6,595 2,88 2,566 7,789 2,98 2,579 9,053 3,03 2,590 10,190 3,03 2,600 11,090 3,01
Gambar 4.5 menunjukkan perbandingan grafik VSWR hasil simulasi AWR dan pengukuran. Pada hasil simulasi AWR diperoleh nilai VSWR 1,19. Hasil ini masih berbeda dengan hasil pengukuran untuk frekuensi resonansi 2,45 GHz nilai VSWRnya 1,45.
Gambar 4.5 Perbandingan Grafik VSWR Hasil Simulasi dan Pengukuran
4.4. Analisis Capaian Spesifikasi Antena
Berdasarkan hasil simulasi dan pengukuran yang telah dicapai dari rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan panjang inset 7 mm diperoleh sebuah tabel hasil capaian spesifikasi antena seperti diperlihatkan pada Tabel 4.5 dimana pada tabel ini ditunjukkan bahwa antena hasil fabrikasi sudah mampu bekerja sesuai spesifikasi yang diinginkan.
Tabel 4.5 Capaian spesifikasi Antena
Parameter Antena Spesifikasi yang diinginkan
Spesifikasi yang
diperoleh Keterangan
Return loss ≤ -9,54 dB -14,77 dB Terpenuhi
VSWR ≤ 2 1,45 Terpenuhi
Bandwidth 1-5 % 4,57 % Terpenuhi
Pola radiasi unidirectional unidirectional Terpenuhi
Gain ˃ 5 dBi 6 dBi Terpenuhi
4.5 Persen Error
Berdasarkan hasil pengukuran, terlihat masih banyak terjadi ketidaksesuaian antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Hal ini dapat disebabkan oleh faktor ruang pada saat pengukuran, proses pembuatan antena, maupun pada saat menyolder antena dengan konektor. Perhitungan persen error yang dilakukan hanya pada nilai return loss di frekuensi resonansi
0.000 5.000 10.000 15.000 20.000 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 V S W R Frekuensi (GHz)
VSWR
Simulasi AWRyaitu 2,45 GHz. Dengan nilai return loss pada saat pengukuran 14,8 dB dan secara simulasi -18,37 dB.
% ����� (Menggunakan ���) = │pengukuran−simulasi│
simulasi × 100% % ����� (Menggunakan ���) = │ −14.8−(−18.37)│
−18.37 × 100% % ����� = 19,434%
4.6. Analisis Kesalahan Umum
Berdasarkan hasil pengukuran dengan hasil simulasi menggunakan software simulator, diperoleh hasil pengukuran yang kurang akurat. Hal ini dapat disebabkan oleh:
1. Pada simulasi menggunakan software AWR tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran dilakukan temperatur dan tingkat kelembaban berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara.
2. Terdapat rugi-rugi pada kabel penghubung, tembaga/konduktor pada substrat, port SMA, Adapter dari n-connector ke konektor SMA, dan konektor pada Network Analyzer.
3. Substrat yang digunakan memiliki nilai toleransi konstanta dielektrik sekitar εr=4,4±0,02 4. Adanya interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena yang disebabkan
oleh frekuensi-frekuensi atau benda-benda yang ada disekitar antena saat pengukuran. 5. Penyolderan saluran pencatu antena dan konektor SMA yang kurang baik.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KesimpulanPada Tugas Akhir ini telah dirancang dan realisasi antena mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset (7 mm) yang dapat beresonansi pada frekuensi 2,45 GHz untuk aplikasi wifi. Dari hasil pengukuran diperoleh kesimpulan, yaitu:
1. Antena memiliki nilai return loss sebesar -14,77dB di frekuensi resonansi 2,45 GHz. 2. Antena memiliki nilai VSWR sebesar 1,45 di frekuensi resonansi 2,45 GHz.
3. Bandwidth antena fabrikasi yang diperoleh sebesar 112 MHz atau sekitar 4,57% 4. Pola radiasi antena yang didapat pola radiasi unidirectional
5. Gain antena yang diperoleh sebesar 6 dBi.
5.2 Saran
Saran yang dapat Penulis sampaikan setelah mengerjakan Tugas Akhir ini antara lain : 1. Untuk mendapatkan bandwidth yang lebih lebar dapat merancang antena dengan teknik
array.
2. Dapat memengganti bentuk patch menjadi segitiga, trapesium ataupun lingkaran
3. Dapat menganalisis parameter-parameter antena yang lainnya seperti impedansi masukan, directivity, dan lainnnya.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Antena
Antena ialah komponen pada sistem telekomunikasi nirkabel yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang elektromagnetik. Antena menjadi suatu bagian yang tidak terpisahkan dari sistem telekomunikasi nikabel tersebut, karena antena berperan sebagai alat untuk mengubah energi arus listrik menjadi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya.
Beberapa antena dikenal luas dengan berbagai bentuk dan kegunaan pada frekuensi kerja yang beragam, diantaranya kawat (wires), loop, aperture,reflektor, microstrip dan juga bentuk susunan array dari antena-antena tersebut seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Macam-macam antena (a)Thin dipole (b)loop (c)horn (d)helix (e)microstrip
Untuk komunikasi 2 arah, dapat digunakan antena yang sama untuk transmisi dan penerimaan. Hal ini dapat dilakukan karena antena apa pun ketika memindahkan energi dari lingkungan sekeliling ke terminal penerima masukan memiliki efisiensi yang sama saat antena memindahkan energi dari terminal pemancar keluar ke lingkungan sekeliling, dengan anggapan frekuensi yang sama digunakan pada kedua arah[9].
2.2 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis yang mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrat yang mempunyai tiga buah lapisan struktur dari substrat tersebut. Struktur tersebut terdiri dari patch antena yang sangat tipis (t<< �0, �0 adalah panjang gelombang di ruang hampa) dan bidang pentanahan atau ground plane yang dapat dicetak pada satu atau lebih dielektrik substrat (h<< �0 , biasanya 0,0003�0≤ h ≤0,05�0 )[2]. Bagian-bagian tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan memiliki fungsi seperti dijelaskan sebagai berikut :
1. Pacth, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi sebagai elemen peradiasi gelombang elektromagnetik ke ruang bebas yang terletak dibagian paling atas antena. Bentuk patch antena mikrostrip bermacam-macam, diantaranya segiempat, lingkaran, segitiga, circular ring dan lain sebagainya. 2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi
untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch. Dalam perancangan antena mikrostrip, karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Ketebalan dielektrik substrat memiliki
pengaruh besar terhadap bandwidth antena mikrostrip, dengan menambah ketebalan substrate dapat memperbesar bandwidth [3] namun dengan penambahan ini akan menimbulkan surface wave (gelombang permukaan).
3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk memisahkan antena substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat menggangu radiasi sinyal.
Gambar 2.2 Antena mikrostrip [1]
Dielektrik substrat yang biasa digunakan untuk perancangan antena mikrostrip berkisar 2,2 ≤ εr ≤12. Jenis substrat yang paling baik digunakan untuk antena ialah
yang memiliki konstanta dielektrik yang paling rendah dari rentang tersebut karena akan menghasilkan efisiensi yang lebih baik, bandwidth yang lebar serta radiasi yang lebih bebas. Namun, dengan penggunaan bahan dielektrik substrat yang paling rendah tersebut menjadikan ukuran antena yang lebih besar.
2.2.1 Parameter-Parameter Antena Mikrostrip
Kualitas antena dapat dilihat dari unjuk kerja parameter antena tersebut. Dengan mengetahui nilai parameter antena, dapat ditentukan apakah suatu antena cocok digunakan pada aplikasi yang diinginkan. Ada beberapa parameter-parameter
penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh (far field) [12].
2.2.1.1 VSWR
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (│V│max) dengan minimum (│V│min). Pada saluran transmisi
ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (г) [4].
Persamaan 2.1 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S.
� = ││⊽⊽││���
��� = 1+ │г│
1−│г│ (2.1)
Koefisien refleksi tegangan (г) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi. Dimana besar г
ditentukan dengan Persamaan 2.2.
г= ��0−
0+
= ���−�0
�+ �0 (2.2) dimana Z0 adalah impedansi saluran lossless dan ZL adalah impedansi beban. Untuk
beberapa kasus sederhana, ketika bagian imaginer dari г sama dengan nol, maka :
1. Г = -1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
2. Г = 0 : Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka
Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijinkankan untuk simulasi dan pabrikasi antena mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [2]
2.2.1.2 Bandwidth
Bandwidth ialah daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana pada
rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang
berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan.
Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui.[2]. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fc, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (dibawah fc) sampai dengan f2 (diatas fc), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.3 [4]:
��= �2−��1
� × 100 % (2.3) Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu [2]:
1. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.
2. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe, atau
gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut
harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.
3. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB.
2.2.1.3 Gain
Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama dan dinyatakan dengan Persamaan 2.4[2].
� = D.� (2.4) Dengan D adalah directivity dan η adalah efisiensi antena. Ketika antena
digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain ( atau gain saja) didefenisikan sebagai 4π
kali ratio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan persamaan 2.5 [2].
� (�,∅) = 4� � (�,∅)
Metode yang paling banyak digunakan untuk mengukur gain antena adalah metode perbandingan atau gain transfer method. Cara ini mempergunakan penguatan standar untuk menentukan penguatan absolut. Mula-mula dilakukan pengukuran gain relatif tehadap antena standar yang penguatannya sudah ditera atau diketahui. Metode ini dapat dipergunakan dengan medan ukur ruang bebas maupun medan ukur refleksi atau pengukuran antena yang terpasang pada tempat operasinya.
Prosedur ini memerlukan dua kali pengukuran. Pertama antena yang diukur ditempatkan sebagai penerima dan daya yang diterima antena diteruskan ke beban yang sesuai sambil direkam. Kemudian antena pembanding atau referensi menggantikan antena yang diukur dan daya yang diterima diteruskan ke beban yang sesuai yang sama sambil direkam juga. Untuk kedua keadaan, antena diarahkan pada polarisasi yang sesuai dan penerimaan maksimumnya. Dalam kedua pengukuran daya pemancar tetap sama dan kondisi di daerah penerimaan juga sama, hanya terjadi penggantian antena saja. Sehingga gain dapat dihitung seperti Persamaan 2.6 [13].
(GT)dB = (GS)dB + 10 logWT
WS (2.6)
atau dalam satuan dB dinyatakan pada Persamaan 2.7.
Gt (dB) = Pt(dB)− Ps(dB) + Gs(dB) (2.7) dimana:
Gt = gain antena yang akan diukur
Ps = pengukuran daya output yang diterima oleh antena standard (dB)
Pt = pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang mau diukur(dB) Gs = gain antena standard (sudah diketahui)
WT = daya yang diterima oleh antena yang diukur (watt) WS = daya yang diterima oleh antena standard (watt)
2.2.1.4 Return Loss
Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran
transmisi dengan impedansi masukan beban (antena), sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss menunjukkan adaya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [2].
Nilai return loss dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan [Г]
ke dalam Persamaan 2.8:
����������= 20 Log10│г│ (2.8) Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dalam keadaan matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.
2.2.1.5 Pola Radiasi
Pola radiasi didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau representasi grafik dalam fungsi koordinat ruang dari sifat radiasi antena. Sifat radiasi dapat dilihat pada Gambar 2.3[1] yang meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting ialah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena.
Gambar 2.3 Bentuk grafis pola radiasi antena [1]
2.2.1.6 Directivity
Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan
oleh antena dibagi dengan 4π. Dengan demikian, keterarahan dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan 2.9.
� = �
�0= 4 ��
���� (2.9) Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.10.
� = �0 = ���� �0 = 4����� ���� (2.10) dimana : D = keterarahan D0 = keterarahan maksimum U = intensitas radiasi
U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropik Prad = daya total radiasi
Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D0 dB. Dimana Do
merupakan maximum directivity dari sebuah antena. Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif