LAMPIRAN A. HASIL ITERASI SIMULASI AWR
1. Panjang inset 1 mm
(a) (b) Gambar 1. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 2. Panjang inset 2 mm
(a) (b)
Gambar 2. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 3. Panjang inset 3 mm
(a) (b)
4. Panjang inset 4 mm
(a) (b) Gambar 4. Grafik (a)Return loss (b) VSWR
5. Panjang inset 5 mm
(a) (b) Gambar 5. Grafik (a)Return loss (b) VSWR
6. Panjang inset 6 mm
7. Panjang inset 7 mm
(a) (b) Gambar 7. Grafik (a)Return loss (b) VSWR
8. Panjang inset 8 mm
(b)
Gambar 8. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 9. Panjang inset 9 mm
10.Panjang inset 10 mm
(a) (b) Gambar 10. Grafik (a)Return loss (b) VSWR
11.Panjang inset 11 mm
(a) (b)
Gambar 11. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 12.Panjang inset 12 mm
13.Panjang inset 13 mm
(a) (b) Gambar 13. Grafik (a)Return loss (b) VSWR
14.Panjang inset 14 mm
(a) (b)
Gambar 14. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 15.Panjang inset 15 mm
16.Panjang inset 16 mm
DAFTAR PUSTAKA
[1] Balanis, C.A.,2005, Antenna Theory Analysis and Design, third edition, Wiley inc:
New Jersey.Hal 28,813,814,817,818,819
[2] Surjati, I, 2010, Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya,
ISBN:978-979-26-8952-0,Universitas Trisakti: Jakarta. 15-24
[3] Garg,R,.dkk.2001,”Microstrip Antena Design Handbook”,ISBN:0-89006-513-6,
Artech House.Inc:London.Hal 1-2
[4] Misra,D.K,2004. Radio Frequency And Microwave Communication Circuit: Analysis
and Design,Second edition,Wiley-Interscience:New Jersey.Hal 236
[5] Liao,Y.S, Microwave Devices and Circuit , Third edition.,Prentice Hall:New Jersey.
Hal 477-484
[6] Ramesh, M., YIP KB, “Design Formula for Inset Fed Microstrip Patch Antena,”
Journal of Microwave and Optoelectronics, Desember 2003 : hal 5-10
[7] Kumar,G & Ray,K.P.,2003.”Broadband Microstrip Antennas”,ISBN:1-58053-244-6,
Artech House.Inc:London.Hal 4
[8] James,R,H & Hall,J,S., 1989,Handbook of Microstrip Antennas , Peter Peregrinus
Ltd:London(UK)
[9] Stallings, William, Komunikasi & Jaringan Nirkabel, Edisi Kedua, Jilid 1, terj.
Sasongko, Arya Dimas(Jakarta:Erlangga,2007). Hal 102
[10] M, Syamsuddin, 2010,Cara Cepat Belajar Infrastruktur Wireless, Yogyakarta:Gava
Media. Hal 21-25
[11]
Diakses Pada : 12 Nopember 2013, Pukul 22.07 WIB
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Umum
Pada bab ini akan dirancang dan disimulasikan antena mikrostrip patch
segiempat yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan menggunakan metode
pencatuan inset, teknik ini merupakan turunan pencatuan secara langsung microstrip
line.
Sebelum melakukan perancangan antena mikrostrip dengan pencatuan inset,
dilakukan studi literatur mengenai antena itu sendiri termasuk parameter antena seperti
VSWR, return loss, bandwidth, gain, dan pola radiasi. Ada beberapa tahap dalam
perancangan antena ini, diantaranya ialah penentuan spesifikasi substrat yang akan
digunakan , penentuan dimensi antena, penentuan dimensi saluran pencatu. Hasil dari
perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator AWR
Microwave Office 2537R v.6.51 sebagai alat bantu untuk memperoleh nilai
parameter-paremeter antena yang dihasilkan seperti nilai VSWR, return loss, bandwidth, pola
radiasi, dan gain. Penggunaan simulator dalam pengerjaan antena sebelum fabrikasi
dimaksudkan agar diperoleh nilai parameter antena yang sesuai dengan hasil antena
yang diharapkan.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal, pada skripsi ini dilakukan
beberapa iterasi berupa perubahan lebar saluran pencatu. Setelah diperoleh hasil yang
optimal, dilakukan fabrikasi antena dan melakukan pengukuran paremeter antena
3.2 Flowchart Perancangan Antena
Gambar 3.1 menggambarkan diagram alir dalam perancangan antena hingga
pengukuran parameter antena. Perancangan dimulai dengan menentukan jenis substrat
yang digunakan serta frekuensi kerja yang ingin dicapai seperti return loss ≤ -9,54 dB,
VSWR ≤ 2, bandwidth berkisar di 1-5%, pola radiasi unidireksional, serta gain ˃ 4
dBi. Kemudian melakukan simulasi hingga memperoleh hasil parameter yang baik
sesuai standar, lalu melakukan fabrikasi antena agar dapat melakukan pengukuran dan
membandingkan dengan hasil simulasi. Antena hasil fabrikasi harus sudah mampu
bekerja sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan.
Mulai
Spesifikasi antena
yang diinginkan
Penentuan substrat
Perancangan dimensi antena
Simulasi
Realisasi
Pengukuran
Analisis
Selesai Sesuai dengan
spesifikasi
tidak
3.3 Alat Yang Digunakan
Untuk melakukan perancangan antena pada Tugas Akhir ini digunakan
perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat lunak
digunakan dalam perancangan antena untuk membantu mensimulasikan antena
sebelum difabrikasi dan juga membantu perhitungan pada analisis data. Dalam
perhitungan dimensi antenanya pun digunakan software sebagai alat hitung agar
perhitungan yang diperoleh lebih akurat. Perangkat keras digunakan dalam fabrikasi
dan pengukuran parameter antena sehingga diperoleh hasil parameter-parameter
antena secara realisasi. Namun dalam perhitungan gain juga digunakan software
sebagai alat bantu dalam perhitungan gain dengan metode gain transfer method.
Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan antena antara lain:
1. AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51
2. Microsoft Visio 2007
3. Matlab R2010b
4. Microsoft Excel 2007
5. Netsurveyor
Perangkat keras digunakan untuk fabrikasi dan pengukuran antena setelah
difabrikasi, diantaranya :
1. Substrat FR4-Epoxy
2. Connector SMA 50 ohm
3. Kabel coaxial 50 ohm
4. Network Analyzer Anritsu MS2034B
5. Adapter (female) 50 0hm dari n-connector ke konekstor SMA
7. Timah
8. Kabel pigtail 50 ohm
9. Tiang penyangga antena (2 buah)
10.Busur
3.4 Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan
Substrat merupakan bahan utama pembuatan antena mikrostrip. Dalam
penentuan jenis substrat perlu dilakukan pengkajian karena akan berpengaruh pada
kualitas spesifikasi antena tersebut. Substrat memiliki nilai konstanta dielektrik (εr),
dielectric loss tangent (tanδ) dan ketebalan (h) tertentu. Ketiga nilai tersebut
mempengaruhi nilai efisiensi antena yang akan dibuat. Ukuran dimensi patch dan
feeder berbanding terbalik dengan konstanta dielektrik. Semakin kecil konstanta
dielektrik, maka dimensi patch dan feeder yang dibutuhkan akan semakin luas.
Ketebalan substrat berpengaruh pada besarnya bandwidth. Semakin tebal substrat
maka bandwidth bandwidth yang dihasilkan akan semakin lebar, namun akan timbul
gelombang permukaan (surface wave) [1].
Pada Tugas Akhir ini digunakan dielektrik substrat FR4 evoksi dengan
spesifikasi seperti Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi substrat
Jenis substrat FR4 evoksi
Konstanta dielektrik relatif (εr) 4,4
Dielectric loss tangent (tanδ) 0,02
Perancangan antena pada Tugas Akhir ini bartujuan memperoleh antena yang
mampu bekerja pada frekuensi 2,4 GHz – 2,5 GHz, artinya antena tersebut memiliki
frekuensi resonansi 2,45 GHz. Frekuensi resonansi inilah yang akan digunakan
sebagai acuan untuk menentukan dimensi patch dan saluran pencatu. Pada rentang
frekuensi tersebut diharapkan antena memiliki VSWR ≤ 2 untuk memperoleh nilai
bandwidth
3.5 Perancangan Ukuran Antena
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini ialah antena mikrostrip
patch segiempat dengan motede pencatuan inset pada frekuensi kerja 2,4 Ghz. Pada
perancangan ini digunakan substrat Epoxy-FR4 dengan konstanta dielektrik 4,4 dan
ketebalan substrat 1,6 mm serta impedansi masukan (Z0) nya bernilai 50Ω.
Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.10) hingga (2.14)
untuk memperoleh nilai panjang dan lebar antena.
3.5.1 Menentukan Lebar Patch
Perhitungan lebar patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.10),
� = � 2 ���
2 (�� + 1)
�= 3 × 10
8
2 (2,45 × 109)�
2 (4,4 + 1)
3.5.2 Menentukan Panjang Patch
Perhitungan panjang patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan
(2.11) sampai Persamaan(2.14).
�
����=
�
�+ 1
2
+
�
�−
1
2
[1 + 12
ℎ
�
]
− 1 2 � ����� =4,4 + 1 2 +
4,4−1
2 [1 + 12 1,6
37]
−1 2 �
����� = 4,0794
∆�= 0,412ℎ ������ + 0,3�(
�
ℎ + 0,264) ������ −0,258�(�ℎ + 0,8)
∆� = 0,412(1,6)
(4,0794 + 0,3)(1,638 + 0,264)
(4,0794−0,258)(1,638 + 0,8)
∆� = 0,7442 mm
���� = �
2 ��������
���� = 3 × 10 8
2 × 2,45√4,0794
���� = 30,3 ��
Sehingga diperoleh nilai panjang patch menggunakan Persamaan (2.14),
�= ���� − 2∆�
�= 30,3− 2 × 0,7442
3.5.3 Menentukan Lebar Saluran Pencatu
Antena mikrostrip ini menggunakan saluran pencatu secara langsung
sehingga perhitungan lebar saluran pencatunya dapat ditentukan dengan
Persamaan (2.16).
�0
ℎ = 2
��� −1−ln(2� −1) + ��−1
2�� ���(� −1) + 0,39− 0,61
�� ��
dimana nilai B ditentukan dengan Persamaan (2.18)
� = 377� 2�0√��
�= 377 × 3,14
2 × 50√4,4 = 5,6434
sehingga,
�0
1,6 = 2
� �5,6435−1−ln(2 × 5,6435−1)
+4,4−1
2 × 4,4���(5,6435−1) + 0,39− 0,61
4,4��
�0 = 3,0603 ��
= 3 ��
3.5.4 Menentukan Panjang Inset
Perhitungan panjang inset dilakukan dengan menggunakan Persamaan(2.19),
dimana persamaan ini valid untuk nilai 2≤εr≤10,
�0 = 10−4(0,001699��7+ 0,13761��6−6,1783��5+ 93,187��4−682,69��3
+ 2561,9��2−4043��+ 6697)�
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
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
(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 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
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
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
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
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
2,597 -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
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
yaitu 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.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pada 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,
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
[image:32.595.198.456.471.640.2]ditunjukkan pada Gambar 2.1.
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
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
[image:34.595.234.453.262.396.2]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
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
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
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].
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)
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
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
yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena dibandingkan
dengan karakteristik pengarahan antena isotropis.
2.2.1.7 Impedansi Masukan
Impedansi masukan adalah perbandingan antara tegangan dan arus. Impedansi
masukan disebut juga sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya.
Impedansi masukan (Zin) terdiri dari bagian real (Rin) dan imajiner (Xin) dan dapat
ditulis sesuai Persamaan 2.11.
��� = ( ��� +����) ٠(2.11)
Daya real (Rin) merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya
daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner Xin (reaktansi
input) mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan dekat antena [2]
2.2.2 Dimensi Antena
Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip.
Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih dahulu harus
diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik (h),
dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena
apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila
terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya
menjadi kecil. Antena mikrostrip sendiri memiliki kekurangan seperti gain yang
rendah serta bandwidth yang rendah sekitar 1-5 % [7].
Pendekatan yang digunakan untuk mancari panjang dan lebar antena
mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.12 [1].
� = �
2 ���
2
(��+1)
(2.12)
dimana :
W = lebar patch (m)
εr = konstanta dielektrik
c = kecepatan cahaya diruang bebas (3×108 m/s2)
fr = frekuensi kerja antena (Hz)
Untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL yang
merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek pada
elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya.
Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan
2.13[1].
∆� = 0.412ℎ ������+ 0.3�(
�
ℎ+0.264)
������−0.258�(�
ℎ+0.8)
(2.13)
dimana h merupakan tebal substrat dan εr eff merupakan konstanta dielektrik relatif
����� = ��+ 1
2 +
��−1
2 [1 + 12 ℎ �]− 1 2 � (2.14)
panjang patch (L) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.15[1]
�= ���� − 2∆�
(2.15)
dimana Leff merupakan lebar patch efektif yang dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan 2.16[1]
���� = �
2 ��������
(2.16)
Untuk perhitungan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung
lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset (W0)dihitung dengan Persamaan
(2.17):
�0 ℎ =
8��
�2�−2 (2.17)
Persamaan (2.15) berlaku untuk nilai �0
ℎ < 2, sedangkan untuk �0
ℎ > 2 nilai W0 ditunjukkan oleh Persamaan (2.18)[8] :
�0 ℎ =
2
��� −1−ln(2� −1) + ��−1
2�� ���(� −1) + 0.39−
0.61
�� �� (2.18)
dengan A dan B bernilai seperti Persamaan (2.19) dan (2.20):
� = �0
60�
��+1
2 +
��−1
2�� �0.23 +
0.11
�� � (2.19)
�= 377�
2�0√�� (2.20) Untuk menghitung panjang saluran pencatu (pada posisi inset) digunakan Persamaan
�0 = 10−4(0.001699��7+ 0.13761��6−6.1783��5+ 93.187��4−682.69��3+
2561.9��2−4043��+ 6697)ℎ� (2.21)
Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch segiempat
perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi rendahnya gain
yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal
dengan istilah infinite ground plane namun dalam prakteknya tidak mungkin
terealisasi hanya bisa disiasati sesuai kebutuhan.
Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi feeder
sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor SMA 50 Ω
dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh ukuran panjang dan
lebar feeder dengan cara mengubah ukuran secara iterasi sampai mendapatkan hasil
yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.
2.2.3 Metode Pencatuan
Pada umumnya, metode pencatuan yang digunakan pada antena mikrostrip
diklasifikasikan menjadi dua yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan
secara tidak langsung (elctromagnetic coupling). Pada metode pencatuan langsung
(direct coupling), power RF langsung dicatu ke patch menggunakan elemen
penghubung pada jalur mikrostrip tersebut. Sedangkan metode pencatuan secara tidak
langsung (elctromagnetic coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi
dengan elemen peradiasinya [2]
Ada 4 macam teknik pencatuan yang paling populer digunakan, yakni
microstrip line, coaxial probe, aperture coupling, dan proximity coupling [1]. Teknik
mudah untuk match hanya dengan mengatur posisi feed tersebut. Teknik ini
menggunakan strip kecil sebagai line tambahan yang langsung dihubungkan ke patch
antena seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4[1].
Ground plane Substrate Patch
[image:45.595.247.420.192.303.2]Microstrip feed
Gambar 2.4 Antena mirostrip dengan pencatuan microstrip line
Pada teknik pencatuan coaxial probe seperti yang ditunjukkan pada Gambar
2.5[1], bagian dalam konduktor dari coax ditambahkan kedalam patch radiasi
sementara bagian luar konduktornya dihubungkan dengan ground plane. Teknik
pencatuan ini juga sering digunakan karena mudah difabrikasi dan memiliki radiasi
palsu yang kecil.
patch
substrate Ground
plane Coaxial
connector
[image:45.595.267.404.535.680.2]Dari keempat jenis teknik pencatuan, teknik aperture coupling merupakan
yang paling sulit untuk difabrikasi dan memiliki bandwidth yang sempit. Untuk
mengoptimalkan desain, aperture coupling terdiri atas dua buah substrat yang
terpisahkan oleh sebuah ground plane seperti Gambar 2.6. Pada dasar substrat yang
bawah terdapat sebuah mikrostrip line feed yang memiliki energi terkopel dengan
patch melalui suatu slot pada ground plane yang memisahkan kedua substrat tersebut
[1].
patch
[image:46.595.238.433.275.447.2]Saluran pencatu Ground plane
Gambar 2.6 Antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupling [2]
Proximity coupling seperti yang terlihat pada Gambar 2.7[2]merupakan teknik
pencatuan yang memiliki keunggulan pada bandwidth yang dihasilkan paling besar
dan radiasi tambahan (spurious radiation) yang kecil. Teknik ini sangat sulit
difabrikasi. Dengan mengatur parameter panjang dari feeding stub dan rasio
Ground plane Patch
Sustrate bawah Saluran pencatu
[image:47.595.236.428.84.203.2]Substrate atas
Gambar 2.7 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupling
Pencatuan inset merupakan turunan dari pencatuan microstrip line. Bentuk
pencatuannya hampir mirip dengan pencatuan microstrip line, bedanya terlihat dari
hubungan antara patch antena dan catuannya terlihat sedikit menjorok kearah patch
antena mikrostrip tersebut. Tujuan dari pemotongan patch membentuk pencatuan inset
agar menyamakan impedansi feed line dengan patch tanpa perlu penambahan elemen
lain. Dan untuk ini juga diperlukan pengaturan posisi dari inset tersebut.
Karena pencatuan ini merupakan pencatuan yang sederhana, hal ini
menjadikannya mudah untuk difabrikasi dan dimodelkan dengan baik pada matching
impedansinya. Begitu juga dengan ketebalan dari dielektrik substrat yang digunakan
dapat meningkatkan gelombang permukaan dan radiasi palsu dari catuannya yang
akan menghambat bandwidth dari antena. Radiasi catuannya juga akan berakibat
bentuk polarisasi circular. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.8[1]
L
W h
yo
wf
Radiating slot #1 Radiating slot #2
[image:48.595.243.424.84.214.2]Substrate Ground plane Patch
Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatuan microstrip inset line
2.2.4 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip
Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrat dan elemen peradiasi
antena yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α). Faktor pelemahan yang paling
domain pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari
substrat dan konduktor, serta frekuensi yang digunakan . Ada 3 jenis rugi-rugi yang
utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi [5].
2.2.4.1 Rugi-rugi dielektrik
Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan
dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (αd). Besarnya rugi-rugi dielektrik
pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.22.
�� = 4,34 ��
������
����−1 ��−1 � �
��
�0��� ��� � (2.22)
Dimana:
αd = rugi-rugi dielektrik (dB/cm)
σd = konduktivitas dielektrik (mho/m)
εeff = permitivitas dilektrik relatif efektif (F/m)
εo = permitivitas ruang hampa (8,854×10-12 F/m)
µo = permeabilitas ruang hampa (4π×10-7 H/m)
2.2.4.2 Rugi-rugi Konduktor
Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka
sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan
besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.23 dan 2.24
�� = 8,686
�.�� ����� ��� � (2.23)
�� = ��.�.�
�� (Ω) (2.24)
Dimana:
αc = rugi konduktor (dB/cm)
Rs = resistansi permukaan (Ω)
Zo = impedansi karakteristik saluran (Ω)
w = lebar saluran mikrostrip (mm)
µ = permeabilitas bahan
σc = konduktivitas konduktor (mho/cm)
Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan (α)
merupakan penjumlahan antara rugi-rugi dielektrik (αd) dan rugi-rugi konduktor (αc)
yang dinyatakan dengan Persamaan 2.25
Dengan:
α = koefisien pelemahan (dB/cm)
αd = rugi-rugi dielektrik (dB/cm)
αc = rugi-rugi konduktor (dB/cm)
2.2.4.3 Rugi-rugi Radiasi
Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik
substrat. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap
daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran
microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.26 dan 2.27 :
����
��
=
240.�2
��
�
ℎ ��
�
2
�
����+1����
−
����−1
2���������
�� �
�����+1
�����−1
��
(2.26)����
��
=
��
�� (2.27)
dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.28:
�� = 240.�2�ℎ
���
2
�����+1 ���� −
����−1
2��������� �� �
�����+1
�����−1�� (2.28)
dimana :
Rr = rugi-rugi radiasi (dB/cm)
Pt = daya total yang diberikan saluran (dB)
Prad = daya yang diradiasikan (dB)
�o = panjang gelombang di udara (m)
h = tebal substrat (mm)
2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi)
Wireless fidelity atau yang biasa disingkat wifi merupakan teknologi nirkabel
yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk bertukar data melalui sebuah jaringan
komputer yang didasari pada standar IEEE 802.11.
Jaringan nirkabel dibuat untuk membangun jaringan yang mudah di
integrasikan dengan perangkat elektronik agar dapat digunakan dengan cepat dan
portable sehingga menjadikannya sebagai alternatif teknologi yang paling ekonomis
daripada membangun jaringan kabel. Penggunaan wifi juga dapat digunakan untuk
menghubungkan jaringan antar bangunan yang jaraknya sampai beberapa kilometer.
2.3.1 Protokol Wireless
Ada tiga protokol utama yang paling banyak digunakan, seperti Protokol
802.11a, Protokol 802.11b, serta Protokol 802.11g [10]
2.3.1.1 Protokol 802.11a
Dalam dunia wireless Protokol 802.11a bekerja pada frekuensi 5 GHz dan
biasa disebut High Band Frekuensi. Tahun 1999, Protokol 802.11a pertama kali dirilis
dengan menggunakan 52-subscriber OFDM (Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing) dengan maksimum transfer rate mencapai 54 Mbps [10], walaupun
dalam sisi implementasi di lapangan realistisnya akan mencapai throughput dikisaran
20-an Mbps saja. Penggunaan frekuensi kerja pada 5 GHz merupakan sebuah
keuntungan besar karena pada frekuensi ini belum banyak digunakan sehingga dapat
2.3.1.2 Protokol 802.11b
Pada bulan Juli 1999, IEEE meratifikasi Protokol 802.11b yang dijadikan
standar umum untuk dipakai pada masa perkembangan wireless. Perangkat dengan
standar 802.11b digunakan untuk perangkat WLAN pada frekuensi 2.4 GHz atau yang
lazim disebut frekuensi ISM (Industrial, Scientific, and Medical). Dengan
menggunakan metode akses CSMA/CA yang sama seperti standar 802.11a, data rate
yang bisa dicapai maksimum sebesar 11 Mbps. Namun dalam kenyataannya secara
praktis data rate yang dapat dicapai hanya 5.9 Mbps jika paketnya TCP dan 7.1 Mbps
jika UDP. Hal ini dapat dimaklumi karena protokol TCP adalah connection oriented
dan UDP adalah connectionless[10]
2.3.1.3 Protokol 802.11g
Pada tahun Juni 2003 protokol generasi ketiga untuk standarisasi wireless
diratifikasi. Protokol ini bekerja sama seperti Protokol 802.11b yaitu pada frekuensi
2.4 GHz, namum bedanya terdapat pada penggunaan modulasi gelombang radio.
Protokol ini menggunakan OFDM oleh karenanya data rate yang dicapai sanggup
mencapai 54 Mbps dengan jarak maksimum yang dapat dijangkau mencapai ±30
meter.
Penggunaan jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz yang digunakan
berdasarkan standar 802.11g dibagi menjadi kanal-kanal seperti pembagian pada
frekuensi stasiun radio. Terdapat 14 channel yang terdapat pada standar ini
berdasarkan keputusan organisasi internasional ITU (International Telecommunication
penetapan channel ini di negara mereka. Amerika mengijinkan penggunaan channel
1-11, Eropa menggunakan 1-13, sedangkan Jepang menggunakan semua channel yang
[image:53.595.126.516.250.474.2]tersedia. Pembagian frekuensi kanal tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.1 Pembagian kanal frekuensi jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz berdasarkan standar IEEE 802.11g [11]
Channel Frekuensi (GHz) Range Channel Range
1 2,412 2,401 – 2,423 1-3
2 2,417 2,406 – 2,428 1-4
3 2,422 2,411 – 2,433 1-5
4 2,427 2,416 – 2,438 2-6
5 2,432 2,421 – 2,443 3-7
6 2,437 2,426 – 2,448 4-8
7 2,442 2,431 – 2,453 5-9
8 2,447 2,436 – 2,458 6-10
9 2,452 2,441 – 2,463 7-11
10 2,457 2,446 – 2,468 8-11
11 2,462 2,451 – 2,473 9-11
12 2,467 2,456 – 2,478 Not US
13 2,472 2,461 – 2,483 Not US
14 2,484 2,473 – 2,495 Not US
2.4 AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51
Awr Design Environtment merupakan software yang digunakan untuk
mendesain dan menganalisis kinerja pada radio frequency (rf), microwave,
millimeterwave, analog, dan desain RFIC yang memungkinkan untuk menggambar
langsung kedalam sistem AWR.
Microwave Office (MWO) dan Analog Office (AO) memungkinkan untuk
merancang desain sirkuit yang rumit secara linear, non-linear, serta struktur
elektromagnet, dan menampilkan layout dari desain tersebut. Software ini juga bekerja
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Dalam komunikasi radio, pengiriman dan penerimaan data dilakukan melalui
transmisi ruang udara bebas. Sistem ini disebut juga sebagai teknologi komunikasi
wireless dimana transmisi sinyal tanpa menggunakan perantara konduktor / wire.
Teknologi komunikasi wireless berkembang sangat pesat. Hal ini disebabkan
tingkat kepraktisan dalam penggunaan dan sangat cocok untuk seseorang yang
memiliki mobilitas yang tinggi. Antena menjadi bagian penting dalam teknologi
komunkasi wireless karena antena digunakan sebagai konverter arus listrik menjadi
gelombang elektromagnetik terbimbing ke udara dan sebaliknya.
Dalam perancangan antena, teknik pencatuan menjadi sangat penting karena
salah satu syarat antena yang baik ialah apabila impedansi input sesuai (matched)
dengan impedansi karakteristik kabel pencatunya serta dapat memancarkan dan
menerima energi gelombang radio dengan arah polarisasi yang sesuai dengan aplikasi
yang dibutuhkan.
Penggunaan antena mikrostrip memiliki kelebihan diantaranya mempunyai
luas penampang yang tipis, mudah dalam fabrikasi, ukuran yang kecil dan ringan,
serta dapat diintegrasikan dengan perangkat komunikasi nirkabel yang ada. Selain
memiliki kelebihan, penggunaan antena mikrostrip juga memiliki beberapa kelemahan
diantaranya, gain yang rendah, bandwidth yang sempit, efisiensi yang rendah, serta
ukurannya yang kecil mengakibatkan perlunya ketelitian yang tinggi dalam
Ada banyak hal yang dapat dilakukan dalam perancangan antena mikrostrip
guna meningkatkan performansi antena. Salah satunya ialah memilih bentuk serta
ukuran saluran pencatunya sesuai keperluan. Bentuk dan ukuran saluran pencatu
antena dapat berpengaruh pada performansi paremeter yang akan dihasilkan antena
mikrostrip, seperti misalnya bandwidth, VSWR, return loss dan lainnya. Teknik
pencatuan antena mikrostrip yang sering digunakan ada empat macam, yaitu dengan
feed line, probe coaxial, aperture coupling, dan proximity coupling [1]. Pencatuan
secara inset feed line ialah salah satu contoh dari teknik pencatuan microstrip feed line.
Pada saluran ini terdapat celah disebelah kiri dan kanan saluran pencatu, dimana patch
antena dan konektor dihubungkan secara langsung dengan melakukan penyolderan
pada bidang pentanahannya (ground).
Perancangan antena dilakukan agar diperoleh karakteristik antena seefisien
mungkin. Penggunaan antena sebagai pemancar dan penerima gelombang radio untuk
aplikasi wifi pada frekuensi 2,4 GHz telah banyak diciptakan. Untuk itu, antena
mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset dirancang berdasarkan
teori pendukung yang telah ada untuk diaplikasikan dalam bentuk fisik dengan
karakteristik antenanya memiliki pancaran gelombang elektromagnetik pada satu arah
tertentu saja. Hal ini ditujukan untuk mengoptimalkan pancaran gelombang
elektromagnetik antena.
Pada skripsi ini dirancang dan dibangun antena mikrostrip patch segiempat
dengan menggunakan teknik pencatuan inset yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka penulis merumuskan beberapa
rumusan permasalahan pada Tugas Akhir ini, yaitu :
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segiempat dengan metode
microstrip inset feed line ?
2. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segiempat dengan metode
microstrip inset feed line pada frekuensi 2,45 GHz?
1.3Tujuan Penulisan Tugas Akhir
Tujuan dari Tugas Akhir ini ialah merancang bangun antena mikrostrip patch
segiempat yang dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan metode microstrip inset
feed line.
1.4Batasan Masalah
Agar pembahasan Tugas Akhir ini lebih terarah, Penulis membatasi bahasan
masalah sebagai berikut :
1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segiempat dengan metode
microstrip inset feed line.
2. Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan software simulator AWR
Microwave Office 2004 2537R v.651
3. Parameter antena yang akan dibahas VSWR, return loss, dan bandwidth, pola
radiasi, gain
4. Menggunakan substrat epoxy FR-4 dengan konstanta dielektrik 4,4
1.5Metodologi Penelitian 1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain
yang tekait dan jurnal-jurnal penelitian serta layanan internet.
2. Studi Rancang dan Simulasi
Berupa proses perancangan antena mulai dari pemilihan bahan dan peralatan
yang digunakan serta proses simulasi pada simulator AWR microwave office
2004.
3. Studi Fabrikasi dan Analisa
Berupa serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui hasil rancangan
dan simulasi dalam bentuk nyata serta melakukan pengukuran parameter
antena lalu dianalisa agar dapat disimpulkan data yang telah didapat setelah
pengukuran dilakukan.
1.6Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis
menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan
penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini berisikan penjelasan tentang antena mikrostrip secara
segiempat secara khusus, teknik pencatuan yang digunakan,
parameter antena, rugi-rugi pada antena mikrostrip
BAB III : PERANCANGAN DAN SIMULASI
Bab ini berisikan tentang perancangan antena mikrostrip patch
segiempat dengan menggunakan software simulator yang
diterapkan pada frekuensi resonansi 2,45 GHz.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisikan tentang hasil simulasi menggunakan
simulator dan hasil pengukuran setelah antena difabrikasi. Dan
membahas hasil yang diperoleh untuk pengambilan
kesimpulan.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari hasil
ABSTRAK
Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel.
Seiiring dengan kemajuan teknologi dan berkembangnya teknologi semikonduktor
memicu akan kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi
serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena
mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.
Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat
yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz (2,4 GHz – 2,5GHz) untuk aplikasi
wifi. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan inset. Dimana pencatuan ini
merupakan turunan dari pencatuan microstrip feed line.
Berdasarkan hasil pengukuran, bandwidth antena yang diperoleh sebesar 112
MHz (2,388 – 2,5 GHz) pada VSWR ≤ 2. Pada frekuensi tengah antena (2,45 GHz)
diperoleh return loss sebesar -14,77 dB, VSWR sebesar 1,45, pola radiasi
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2,4 GHZ DENGAN METODE
PENCARUAN INSET
OLEH :
NIM : 090402049
DENNY PASARIBU
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN METODE
PENCATUAN INSET
Oleh :
NIM : 090402049 DENNY PASARIBU
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 8 bulan Januari tahun 2014 di depan penguji
1) Naemah Mubarakah, ST. MT : Ketua Penguji 2) Ir. Arman Sani, MT : Anggota Penguji
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
NIP : 197808262003121001 (Ali Hanafiah Rambe, ST.MT)
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 19540531 198601 1 002
ABSTRAK
Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel.
Seiiring dengan kemajuan teknologi dan berkembangnya teknologi semikonduktor
memicu akan kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi
serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena
mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.
Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat
yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz (2,4 GHz – 2,5GHz) untuk aplikasi
wifi. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan inset. Dimana pencatuan ini
merupakan turunan dari pencatuan microstrip feed line.
Berdasarkan hasil pengukur
