LAMPIRAN A
a. VSWR patch elemen tunggal
c. Pola radiasi patch elemen tunggal
LAMPIRAN B
a. VSWR patch 4 elemen
c. Pola radiasi patch 4 elemen
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ardiyanto, Rian. 2011. Perancangan dan Pembuatan Antena Mikrostrip Frekuensi 2,4 Ghz. Jakarta: Universitas Mercu Buana.
[2] Hermansyah, M Rudy. 2010. Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi Wireless. Medan: Universitas Sumatera Utara. [3] Rambe, Ali hanafiah. 2008. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch
Segiempat Plannar Array 4 Elemen Dengan Pencatuan Aperture -Coupled Untuk Aplikasi CPE Pada WIMAX. Jakarta: Universitas Indonesia.
[4] Constantine A. Balanis, Antena Theory : Analysis and Design, (USA: John Willey and Sons,1997).
[5] Surjati, Indra. Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya, Jakarta. Universitas Trisakti, 2010.
[6] Garg, Ramesh, Microstrip Design Handbook, Norwood: Artech House. Inc,2001. Hal 17-24
[7] Yong, Daniel, 2008, UHF Microstrip Antenna Design and Simulation, first edition, Sim University Press.
[8] Sibarani, Parulian. 2012. Analisis VSWR Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Model Saluran Transmisi Sederhana. Medan: Universitas Sumatera Utara.
BAB III
PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT PLANAR ARRAY
3.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan serta pembuatan antena
mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array 4 elemen dengan
penggunakan teknik pencatuan proximity couple, teknik ini merupakan bagian dari
teknik pencatuan tak langsung atau lebih dikenal dengan pencatuan Electro
Magnetic Coupled (EMC), antena ini digunakan sebagai penguat pada sistem
wireless LAN. Adapun perancangan antena ini menggunakan software ansoft
HFSS v10.
Adapun tahapan awal dari perancangan antena dimulai dengan pemilihan
jenis substrate yang digunakan untuk jenis antena yang akan dibuat, selanjutnya
menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatu. Hasil dari
perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator
ansoft HFSS v10.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan dimensi saluran pencatu dan perubahan dimensi patch. Dengan melakukan beberapa iterasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v10.0, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR dan gain.
Perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat dengan teknik planar array dapat digambarkan sesuai diagram alur pada Gambar 3.1.
Mulai
Masukan jenis substrate Yang digunakan dan
frekuensi kerja
Perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen
tunggal
Perancangan antena mikrostrip patch segi
empat 4 elemen
Rancang bangun antena mikrostrip patch segi empat 4
elemen
Menguji antena apakah berfungsi dengan baik?
Selesai Ya
Tidak
3.2 Jenis Substrate Yang Digunakan
Dalam pemilihan jenis substrate sangat dibutuhkan pengetahuan
tentang spesfikasi umum dari susbtrate tersebut, kualitasnya, ketersediannya,
dan yang tidak kalah penting adalah harga atau biaya yang harus
dikeluarkan untuk mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual
ketika akan difabrikasi secara massal untuk dipasarkan.
Pemilihan substrate untuk antena yang akan dirancang ini yaitu memilih
bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan (h) dan
rugi-rugi garis singgung. Pada dasarnya semakin tebal substrate, maka secara fisik akan terlihat lebih kuat dan kokoh, sehingga dapat meningkatkan daya
radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan dapat memperbaiki impedansi bandwith. Bagaimanapun hal ini akan dapat meningkatkan berat, rugi-rugi dielektrik , serta rugi-rugi gelombang permukaan. Begitu juga dengan fungsi konstanta dielektrik (� ), nilai konstanta dielektrik � ) yang rendah akan
meningkatkan kerja daerah pinggir dari keliling patch, sehingga akan dapat
meradiasikan daya. Oleh karena itu nilai konstanta dielektrik � ≤ . lebih
baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil. Meningkatkan
ketebalan substrate akan memiliki dampak yang sama ketika menurunya nilai
konstanta dielektrik � ) dari karakteristik antena yang akan dibuat.
Adapun jenis substrate pada perancangan antena ini adalah dua buah
substrate jenis fiber dengan ketebalan yang sama (h1 = h2). Adapun parameter
substrate dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1Spesifikasi substrate yang digunakan
Jenis Substrate FR-4 epoxy
Konstanta Dielektrik Relatif ( r) 4,4 Dielektrik Loss Tangent (tan ) 0,02
Ketebalan substrate (h) 1,6 mm
3.3 Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal
Pada tahapan perancangan patch segiempat elemen tunggal ini terdapat
beberapa tahapan, yang pertama dimulai dengan menentukan frekuensi kerja dari
antena yang akan dirancang serta parameter yang akan dicapai. Selanjutnya
tahapan kedua menentukan jenis substrate yang akan digunakan. Dalam
pemilihan jenis substrate haruslah mempertimbangkan kesesuaian antara
karakteristik substrate dengan spesifikasi antena yang akan dirancang, hal ini
bertujuan untuk mendukung di dalam mendapatkan hasil yang diinginkan.
Sebelum proses simulasi dilakukan, terlebih dahulu menentukan parameter -parameter dari antena dengan menggunakan peralatan bantu ataupun persamaan
yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Dan pada proses simulasi,
dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan
untuk mendapatkan hasil yang dibutuhkan, diantaranya adalah dengan mengatur
lebar patch, umumnya dengan mengatur lebar patch akan mempengaruhi
frekuensi resonansi menjadi lebih tinggi atau lebih rendah. Sedangkan pengaturan
lebar atau panjang saluran pencatu, umumnya dilakukan untuk mendapatkan nilai
VSWR sesuai yang diinginkan.
Tujuan dari perancangan ini adalah untuk mendapatkan sebuah antena
optimal yaitu mampu memberikan nilai VSWR ≤ 2, gain ≥ 2dBi pada rentang
frekuensi 2,4-2,5 GHz. D iagram alir perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.
Mulai
Masukan frekuensi kerja, nilai VSWR, gain serta jenis substrate yang digunakan
Menghitung dimensi patch elemen tunggal
Menghitung lebar dan panjang pencatu
Memodelkan rancangan fisik antena pada ansoft HFSS
v10
Simulasi dengan ansoft HFSS v10
Apakah VSWR ≤ 2, gain ≥ 2 d B i Saat frekuensi 2,4-2,5?
Selesai
Mengatur dimensi patch atau lebar saluran pencatu Tidak
Ya
Gambar 3.2 Diagram alir perancangan antena mikrostrip patch elemen tunggal
3.3.1 Menentukan Frekuensi Antena
Pada perancangan antena mikrostrip ini, frekuensi kerja berada pada
frekuensi 2,4-2,5 GHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya adalah 2,4-2,5 GHz dengan frekuensi tengah 2,45 GHz. Frekuensi tengah resonansi ini,
selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan
parameter-parameter lainnya seperti dimensi patch, lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi kerja tersebut (2,4-2,5 GHz), diharapkan antena memiliki parameter VSWR ≤ 2 serta gain ≥ 2 dBi.
3.3.3 Perancangan Ukuran Patch
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena
mikrostrip patch segiempat dengan frekuensi kerja 2,4-2,5. Untuk perancangan dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch
segiempat dengan menggunakan persamaan (2.14) sampai (2.18),maka didapat:
a. Menentukan Lebar patch
Adapun hasil perhitungan lebar patch didapat menggunakan Persamaan 2.14. Sehingga didapatlah lebar patchnya adalah
W= c
2fo√ r2+1
= 3×108 2×2,45×109√4.4+12
=0,0372 m
=3,726 cm
= 37,26 mm
b. Menentukan panjang patch
reff= r2+1+ r2-1
( 1 √1+12 hW)
= 4,4+12 +4,4-12 (
1
√1+12 0,163,726)
=4,0810202
∆L =0,412h reff+0,3 Wh +0,264
reff-0,258 Wh +0,8
= 0,412×0,16 4,0810202+0,3 3,7260,16 +0,264 4,0810202-0,258 3,7260,16 +0,8
= 0,06592×1,12045
= 0,07386 cm
Leff=2fo√creff= 3 × 10 8
2×2,45×109√4,0810202= 0,033=3,3 cm
= ,
= , �
Dari nilai yang telah diketahui diatas, maka didapatlah panjang patch sebagai
berikut:
L=Leff-2∆L=3,3-2 0,07386 =3,15 cm=31,5mm
Dari nilai diatas didapatkanlah nilai lebar dan panjang adalah 37,26 mm dan
31,5 mm untuk memudahkan proses simulasi maka nilai lebar dan panjang
dibulatkan menjadi 37,3 mm dan 32 mm.
3.3.3 Perancangan Lebar Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip ini
diharapkan mempunyai impedansi masukan sebesar 50 ohm. Untuk mendapatkan
nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu
dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003. Dari program TXLine
2003 ini didapatkan saluran pencatu yang mendekati impedansi 50 Ohm memiliki
dimensi panjang dan lebar masing-masing 23.1 mm dan 3 mm. Tampilan dari program TXLine 2003 untuk mencari lebar pecatu agar mempunyai impedansi 50
dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.3 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari dimensi saluran pencatu
Pada Gambar 3.3, dengan memasukkan karakteristik impedansi yang
diinginkan dan parameter substrate yang digunakan, maka program ini akan
secara otomatis menampilkan lebar dari saluran pencatu agar menghasilkan nilai
impedansi yang diinginkan. Melalui perangkat lunak TXLine 2003 ini diperoleh
bahwa untuk menghasilkan impedansi 50 dengan substrate yang akan
0=cf= 3×10 8
2,45×109=123 mm
G= 120W
0 [
1-1 24(
2πh
0 ) 2
] Ω1
= 120×12337,26 [1-241 (2×3,14×1.6123 )2] Ω1
= 2,52×10-3 [1-241 (6,67×10-3)] Ω1
=2,52×10-3[0.9997]1
Ω
=2,52m℧
B=120W
0[1-0,636ln(
2πh
0 ) 2
]Ω1
=120×12337,26 [1-0,636 ln(2×3,14×1,6123 )2]Ω1
=2,52×10-3 [1-0,636 ln(6,67×10-3)]Ω1
=2,52×10-3 [1
-(-3,186) =10,55m℧
Dari nilai diatas dapatlah besar admintansi lebar patch yaitu
Ys=G+jB=2,52+j10,55 m℧
Selanjutnya dengan nilai admintansi lebar patch diatas didapatlah besarnya
admintansi beban � untuk mencari besarnya admintansi beban � digunakan
Persamaan 2.20. Adapun hasil sebagai berikut:
Yin=2× Ys=2 2,52+j10,55 m℧=5+j21,1 m℧
Dari nilai admintansi beban diatas didapatlah besar impedansi beban �). Untuk
didapatlah hasil sebagai berikut:
ZL=Zin=Y1 in=
1 5+j21,1 m℧
= 1000∠00
21,68∠76,670=46,13∠-76,67
0=10,64-j44,89
Dan dari nilai impedansi beban diatas maka dicari besar koefisien refleksi(Γ )
dengan menggunakan Persamaan 2.8. Adapun hasilnya sebagai berikut:
Γ =ZZL- Z0
L+ Z0=
10,64-j44,89-50 10,64-j44,89+50
=-39,36-j44,8960,64-j44,89 = 59,7∠48,760 75,45∠-36,510
=0,8∠85,270=0,8ej85,570
Selanjutnya dari nilai koefisien refleksi diatas maka dicari besar VSWR didapat
secara teori. Untuk menghitungan nilai VSWR dapat dicari menggunakan
Persamaan 2.9. Dan hasil sebagai berikut:
VSWR=1+ 1-|Γ| |Γ| =
1+|0,8ej85,570|
1-|0,8ej85,570| =
1,8 0,2=9
Dari nilai diatas diketahui nilai VSWR secara teori didapat adalah 9. Dan dari
hasil simulasi, didapatkan nilai VSWR seperti yang terlihat pada Gambar 3.5.
mempengaruhi nilai VSWR dan gain tersebut antara lain besaran dimensi patch
baik itu panjang patch maupun lebar patch, lebar pencatu, serta panjang pencatu.
Maka untuk tahap awal yang perlu diiterasi adalah panjang patch. Hasil iterasi
panjang patch dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Hasil iterasi panjang patch elemen tunggal
No Dimensi patch
VSWR
Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40
Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz
1 37 32 9,30 10 11,08 0,80
2 37 31 7,36 8,35 9,46 1,12
3 37 30 5,10 6,12 7,37 1.41
4 37 29 4,60 5.08 6.10 1.54
5 37 28 3.80 4.41 4.90 1.70
6 37 27 2.90 3.05 4.30 1.90
7 37 26 2.04 1.86 2.30 2.20
8 37 25 2.50 2.02 1,65 2,43
9 37 25.8 2.18 1.45 1.67 2.51
10 37 26.2 1.89 1.40 1.55 2.53
11 37 26.4 2.07 1.75 1.65 2.49
Dari Tabel 3.2, didapatlah hasil iterasi panjang patch dengan nilai VSWR
yang telah memenuhi standar, saat panjang patch diubah menjadi lebih kecil dari
32 mm maka nilai VSWR pun semakin menurun, dan nilai VSWR≤2 pada
frekuensi antara 2.40 Ghz- 2.50 Ghz saat panjang patch diubah menjadi 26,2 mm. Namun dalam hal ini perlu ada perbaikan nilai sehingga diperlukan kembali
iterasi. Pada tahap kedua ini, bagaian yang perlu diiterasi adalah lebar patch
sehingga dengan mengubah nilai lebar patch akan membuat nilai VSWR semakin
menurun. Dan hasil iterasi lebar patch dapat dilihat pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Hasil iterasi lebar patch elemen tunggal
No Dimensi patch
VSWR
Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40
Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz
1 37 26,2 1,89 1,40 1,55 2,53
2 37,1 26,2 2,09 1,15 1,97 2,55
3 37,3 26,2 2,10 1,17 1,97 2,38
4 37,5 26,2 1,97 1,27 1,85 2,57
5 37,8 26,2 2.20 1.27 1.97 2.46
6 38 26,2 2.20 1.39 2.09 2.59
7 36.9 26,2 2.20 1.67 2.02 2.55
Dari Tabel 3.3, didapatlah nilai VSWR yang optimum, hal ini dilakukan
dengan cara mengubah lebar patch. Dari tabel 3.3, dapat dilihat bawah nilai
VSWR ≤ 2 pada frekuensi 2.40 Ghz-2.50 Ghz saat lebar patch diubah menjadi 37,5 mm dan 37 mm, Karena ada dua nilai yang sama dibawah 2 maka
selanjutnya dilihat berapa besar gain yang dihasil saat lebar patch diubah pada
kedua nilai tersebut, maka didapatlah bawah saat lebar patch diubah menjadi 37,5
mm nilai gain lebih besar dibandingkan saat lebar patch diubah menjadi 37 mm.
Adapun besar gain yang dihasilkan saat lebar patch diubah menjadi 37,5 mm
adalah 2,57 dBi saat berada pada frekuensi 2.45 Ghz, dimana frekuensi ini
merupakan frekuensi resonansinya.
Selanjutnya hal perlu diiterasi adalah lebar pencatu. Hasil iterasi lebar
Tabel 3.4 Hasil iterasi lebar pencatu elemen tunggal
No Dimensi pencatu
VSWR
Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40
Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz
1 3 23.1 1,97 1,27 1,85 2,57
2 2.9 23.1 1.90 1.28 1.77 2.55
3 2.8 23.1 1.76 1.25 1.68 2.59
4 2.7 23.1 1,64 1,24 1,62 2.62
5 2.6 23.1 1.54 1.24 1.71 2.60
6 2.5 23.1 1.72 1.26 1.73 2.53
Dari Tabel 3.4, dapat ketahuai bahwa nilai VSWR yang dihasilkan sudah
optimal hal ini didapat dengan cara mengubah lebar pencatu dari 3 mm menurun
hingga menjadi 2,5 mm sehingga dihasilkan nilai VSWR yang optimum pada
frekuensi antara 2.40 Ghz-2.50 Ghz. Dari 3 mm diditurunkan menjadi 2.9 mm, 2.8 mm , 2,7 mm, 2,6 mm, dan 2,5 mm dimana dari kesemua nilai tersebut
menunjukan bahwa VSWR yang dihasilkan dari proses iterasi lebar pencatu
berada dibawah 2, karena itu paremeter yang dilihat selanjutnya adalah besar gain
yang dihasilkan dari hasil proses iterasi lebar pencatu tersebut. Sehingga
didapatlah gain terbesar saat lebar pencatu diturunkan menjadi 2,7 mm yaitu gain
yang didapat sebesar 2,62 dBi. Adapun grafik VSWR yang didapatkan dari proses
iterasi ditunjukan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Nilai VSWR setelah proses iterasi antena elemen tunggal
Dari Gambar 3.6, diketahui bahwa nilai VSWR yang dihasilkan setelah
dilakukannya proses iterasi yaitu 1,24 pada frekuensi 2,45 Ghz, 1,64 pada
frekuensi 2,40 Ghz, dan 1,62 pada frekeunsi 2,50 Ghz. VSWR yang dihasilkan
sudah memenuhi standar yang diinginkan untuk antena dengan patch elemen
tunggal. Selanjutnya parameter lain yang harus diketahui adalah berapa besar gain
yang didapat saat lebar pencatu berubah, dari Tabel 3.4 saat lebar pencatu
diturunkan menjadi 2,7 mm besar gain yang didapatkan adalah 2,62 dBi. Adapun
gain yang dihasilkan setelah proses iterasi dilakukan seperti ditunjukan oleh
dibuat ke dalam diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Masukan data
rancangan elemen
tunggal
Mulai
Menentukan jarak antar elemen
Merancang T-junction yang digunakan
sebagai power divider
Merancang antena mikrostrip 4 elemen
plannar array
Simulasi menggunakan ansoft HFSS v.10
Apakah VSWR
≤
2,
Gain ≥
6 dBi
Pada Frekuensi 2,4-2,5 Ghz
Selesai
Iterasi jarak antar
elemen
Tidak
Ya
3.4.1 Pengaturan Jarak Antar Elemen
Adapun jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada skripsi ini
sekitar seperempat panjang gelombang (d = /4). Jarak antar elemen ini dapat
diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan
magnitude hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar dari yang dihasilkan pada
rancangan elemen tunggal (2,62 dBi). Pada rancangan antena mikrostrip patch
segiempat dengan teknik planar array 4 elemen ini diharapkan magnitude yang
diperoleh mencapai lebih dari 6 dBi. Peningkatan magnitude tersebut
mengindikasikan adanya peningkatan gain dari antena. Adapun jarak antar elemen
didapat dari penggunaan persamaan sebagai berikut:
= λ= � = × , ×× = , ��
Dari persamaan diatas didapatlah jarak awal antar elemen adalah 31,25
mm, Setelah diketahui jarak antar elemen hal ini akan memudahkan untuk
meletakan posisi tiap elemen yang akan dirancang, bisa nanti diperlukan
karakterisasi jarak tersebut. 3.4.2 Perancangan T-Junction
Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu
yang digunakan adalah 50 ohm. Untuk merancang antena 4 elemennya,
dibutuhkan T-junction 50 ohmyang berfungsi sebagai power divider. Terdapat 2 jenis T-junction 50 ohm yang telah dibahas pada sub-bab 2-10. Pada Tugas Akhir ini T-junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70,711 ohm karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena.
Selain impedansi 70,711Ω, perancangan juga dilakukan untuk impedansi 86,6 Ω
yaitu impedansi untuk 3 titik pencabangan yang dihitung dengan menggunakan
Persamaan (2-21). Gambar 3.12 menunjukkan konfigurasi T-junction yang akan digunakan.
50
Ω
50
Ω
50
Ω
(a)
50
Ω
50
Ω
50
Ω
50
Ω
(b)
Gambar 3.9 Perancangan T-junction: (a) impedansi 70,711Ω (b) impedansi 86,6Ω
Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai
impedansi 70,711 digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine
2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai
Gambar 3.10 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,711
Dari Gambar 3.13 diperoleh bahawa untuk menghasilkan impedansi
70,711 dengan substrate yang digunakan dalam perancangan dan frekuensi kerja
yang diinginkan adalah 2,45 Ghz, maka dibutuhkan panjang dan lebar pencatu
masing-masing sebesar 19,2062 mm dan 1,54124 mm , untuk menyesuaikan dengan ukuran grid yang digunakan pada perangkat lunak ansoft sebagai simulasi
maka panjang dan lebar ini dibulatkan menjadi 19 mm dan 1,5 mm. Dengan cara
yang sama, dimensi saluran pencatu untuk impedansi 86,6Ω diperoleh panjang
saluran 18 mm dan lebar 0,9 mm.
3.4.3 Simulasi
Perancangan antena mikrostrip segiempat 4 elemen dengan teknik planar
array dilakukan seperti perancangan pada antena mikrostrip patch segiempat
elemen tunggal, ada beberapa proses atau tahapan, yaitu diawali dengan
perancangan groundplane, substrate1, substrate2, perancangan patch,
perancangan saluran pencatu(feed line), dan perancangan port saluran pencatu.
Namun dalam perancang antena 4 elemen ini adapun patch yang akan dirancang
sebanyak 4 buat patch. Untuk menghasilkan hasil simulasi sesuai dengan yang
diinginkan maka yang perlu diperhatikan letak setiap patch hal ini ada kaitannya
dengan jarak antar patch. Selanjutnya adapun banyak saluran pencatu(feed line)
yang akan dirancang sebanyak 13 buah saluran pencatu(feed line) terdiri atas 10
buah saluran pencatu 50 ohm, 2 buah saluran pencatu 86,6 ohm, dan 1 buah
saluran pencatu 70 ohm. Setelah semua langkah tersebut dilakukan maka
dihasilkan model fisik antena mikrostrip seperti yang terlihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11 Model antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array
Simulasi dapat dijalankan setelah semua langkah yang dilakukan pada
perancangan patch 4 elemen diikuti tanpa error hal ini dapat dilihat pada
simulator ansoft pada bagian validation check, selanjutnya setelah dijalankan
antena 4 elemen ini. Adapun VSWR hasil dari simulasi antena mikrostrip patch
segiempat 4 elemen dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 VSWR hasil simulasi antena mikrostrip patch 4 elemen
Dari Gambar 3.12 dapat dilihat bahwa nilai VSWR yang dihasilkan dari
simulasi antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen adalah 1,40 saat frekuensi
2,45 Ghz. Nilai VSWR tersebut lebih besar dibandingkan dengan antena
mikrostrip patch segiempat elemen tunggal, seharusnya nilai VSWR yang
dihasilkan dari antena mirkostrip patch segiempat 4 elemen harus lebih kecil
dibandingkan dengan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Oleh
karena maka diperlukan proses sehingga nilai VWSR yang seperti dikatakan
diatas terpenuhi. Dalam hal ini yang perlu iterasi adalah jarak antar elemen.
Dari hasil simulasi yang telah dijalankan didapatlah bahwa antena
mikrostrip patch segiempat 4 elemen belum memenuhi karakteristik yang
diinginkan yaitu VSWR ≤ 2, hal ini mungkin saja dipengaruhi oleh jarak antar
elemen, oleh karena itu yang hal yang perlu diiterasi adalah jarak antar elemen
dari antena mikrostrip tersebut, sehingga nantinya didapat VSWR yang sesuai
dengan yang diinginkan. Tabel 3.5 merupakan hasil dari iterasi jarak antar elemen
antena mikrostrip 4 elemen.
Tabel 3.5 Hasil iterasi jarak antar elemen
No Elemen(mm)Jarak Antar
VSWR
Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) 2,40
Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz
1 30 2.02 1.43 1.79 6.89
2 30.5 1.96 1.43 1.89 7.07
3 31 1.96 1.40 1.78 7.14
4 31.5 1.89 1.31 1.58 7.20
5 32 1.74 1.22 1.54 7.27
6 33 1.63 1.20 1.59 7.31
7 34 1.81 1.21 1.49 7.33
8 35 1.64 1.12 1.63 7.38
9 36 1.73 1.22 1.59 7.29
10 37 1.76 1.20 1.51 7.34
Dari Tabel 3.5 diketahui bahwa nilai VSWR yang terkecil pada frekuensi
2,45 Ghz terletak pada posisi saat jarak antar elemen adalah 35 mm. sehingga dari
hasil dari proses iterasi tersebut didapatlah VSWR antena mikrostrip patch
segiempat 4 elemen lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip patch
segiempat elemen tunggal. Untuk lebih jelasnya VSWR yang dihasilkan dari
Gambar 3.13 VSWR hasil dari proses iterasi jarak antar elemen
Dari gambar 3.13, VSWR yang dihasilkan setelah dilakukannya iterasi
yaitu sebesar 1,12 pada frekuensi 2.45 Ghz, nilai ini menunjukan bahwa antena
mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini telah sesuai dengan yang diinginkan.
Adapun frekuensi dari 2,40 Ghz sampai 2,50 Ghz nilai VSWR yang dihasilkan
dari semulasi antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini adalah dibawah dari
2, tepatnya ketika berada pada frekuensi 2,40 Ghz, nilai VSWR adalah 1,64 dan
ketika berada pad frekuensi 2,50 Ghz, nilai VSWR adalah 1,63. Sehingga dapat
dikatakan bahwa nilai VSWR yang didapat ketika berada pada fekuensi dari 2,40
Ghz sampai 2,50 Ghz telah optimal.
Adapun besar gain yang didapat dari antena mikrostrip patch segiempat 4
elemen planar array secara perhitungan dapat dicari menggunakan Persamaan
2.18 namun terlebih dahulu harus dicari pengarahan (directivity) dari antena ini.
Untuk mencari directivity dari antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar
array dapat digunakan persamaan 2.12 sampai 2.13.
� = √ � �
� = √
, ,
= ,
Dari nilai � maka didapat dihitung besarnya nilai directivity single slot
dari antena mikrostrip ini. Adapun besar nilai directivity dapat dihitung dengan
menggunakan Persamaan 2.12.
� = � � � � =
, ,
, = ,
Setelah nilai directivity didapat maka dapat dicari nilai directivity susun
dengan menggunakan persamaan 2.14.
� = � = × , = ,
Dari nilai directivity diatas diketahui berapa besar directivity total dengan
menggunakan Persamaan 2.15.
� � = � × � = , × = ,
Selanjutnya dengan didapatnya nilai directivity total didapatlah besar gain
secara teori. Untuk mencari besar gain dapat dihitung menggunakan Persamaan
2.18.
� = � × � � = % × , = .
� � = log � = log , = ��
Adapun gain yang didapat setelah dilakukannya proses iterasi jarak antar
Gambar 3.14 Gain hasil dari proses iterasi jarak antar elemen
Dari gambar 3.14 didapatlah gain yang dihasilkan setelah dijalankan
simulasi antena mikrostrip 4 elemen ini sebesar 7,38 dBi untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada tabel 3.5, dengan gain sebesar itu maka rancangan antena
mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini dapat dikatakan optimal karena gain
yang dihasilkan tersebut telah sesuai dengan yang diharapakan yaitu diatas 6 dBi.
Setelah karakterisasi jarak antar elemen dilakukan maka dapat
dibandingkan parameter antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal
dengan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen dengan teknik planar array,
perbandingan ini ditunjukan oleh Tabel 3.6. Untuk lebih jelasnya data
perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen dapat dilihat pada
lampiran A dan lampiran B.
Tabel 3.6 Perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen
Parameter Elemen Tunggal 4 Elemen Planar Array
Rentang Frekuensi Kerja 2,40 – 2,50 GHz 2,40 – 2,50 GHz
VSWR yang dihasilkan 1,24 1,12
Gain yang dihasilkan(dBi) 2,62 7,38
[image:32.595.109.513.667.752.2]Adapun pola radiasi antena mikrostrip patch segiempat adalah
unidirectional,untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada lampiran A dan B. Geometri
dari hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini setelah
diiterasi jarak antar elemennya maka didapatlah seperti yang terlihat pada Gambar
3.15.
(a). Tampak atas subtrate1
(b). Tampak bawah substrate2
23,1 mm
25,4 mm
19 mm
46,25 mm
21 mm
14 mm 14 mm
5.5 mm
T-juction 70,711 ?
T-juction 86,6 ?
Panjang Lebar
12,5 mm 37,5 mm 35 mm 37,5 mm 12,5 mm
10 mm
26,2 mm
35 mm
26,2 mm
14.6 mm
Jarak antar elemen Jarak antar elemen
Panjang
Lebar
Patch Patch
(C) Tampak atas substrate2
Gambar 3.15 Geometri hasil perancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array
Lebar
135 mm
112 mm
Panjang
Groundplane
BAB IV
PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT 4 ELEMEN
PLANAR ARRAY
4.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas bagaimana proses pengujian antena mikrostrip
patch segiempat 4 elemen yang telah dicetak atau difabrikasi. Pengujian ini
dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang telah dirancang sesuai dengan
yang diinginkan. Adapun parameter yang diujikan pada dasarnya cukup banyak
namun dalam pada tugas akhir ini parameter yang diuji hanya gain yang
dihasilkan dari hasil fabrikasi antena mikrostrip 4 elemen ini, Hal ini juga
disebabkan keterbatasan peralatan untuk pengujian antena ini.
4.2 Fabrikasi Antena Mikrostrip
Setelah rancangan antena yang telah diiterasi sesuai dengan yang
diinginkan maka proses selanjutnya mefabrikasi hasil rancangan antena tersebut.
Pada dasarnya antena mikrostrip ini dapat difabrikasi sendiri namun hasil
fabrikasi sendiri tersebut kurang bagus oleh karena itu fabrikasi antena mikrostrip
ini dilakukan ditempat cetak antena mikrostrip tersebut. Dan proses pembuatan
antena ini menghabis waktu seminggu. Pembuatan antena ini dilakukan
diBandung oleh sebab itu dibutuhkan waktu seminggu untuk proses fabrikasi
antena mikropstrip ini. setelah antena tersebut dicetak maka proses selanjut adalah
pengujian antena. Adapun antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar
(a). Tampak atas subtrate1(patch)
(b). Tampak bawah substrate2 (Saluran pencatu)
[image:36.595.159.476.86.598.2](c). Tampak atas Substrate2 (Groundplane)
Gambar 4.1 Antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen yang telah difabrikasi
4.3 Pengujian Antena Mikrostrip
Proses pengujian antena mikrostrip bertujuan untuk membandingkan parameter yang didapat pada proses simulasi dengan pengujian dilapangan, telah
diketahui sebelumnya bahwa parameter yang akan diujikan adalah gain yang
diterima oleh antena mikrostrip 4 elemen ini. Sementara itu besar gain yang
didapat pada saat proses simulasi dengan ansoft HFSS v10 yaitu sebesar 7,38 dBi.
Dalam pengujian ini dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat
lunak Network Stumbler, perangkat ini digunakan untuk membaca level
penerimaan sinyal baik itu menggunakan antena dipole maupun antena mikrostrip
patch segiempat 4 elemen. Dari perangkat tersebut dapat dibandingkan
penerimaan sinyal dari kedua antena tersebut. Sehingga diketahuai dari kedua
antena tesebut mana yang paling baik level penerimanaan sinyalnya. Pengujian
ini dilakukan digedung T3 lantai 4 Dapertemen Teknik Elektro Universitas
Sumatera Utara.
4.3.1 Perlengkapan Yang Digunakan
Dalam pengukuran ini ada beberapa peralatan yang digunakan, terdiri dari
software dan hardware. Berikut ini adalah beberapa peralatan yang akan
digunakan dalam perancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini :
a. USB wireless Adapter TP-LINK
USB wireless adapetr merupakan sebuah perangkat yang memiliki
fungsi untuk menangkap sinyal wifi. Perangkat ini memiliki antena slot external
yang nantinya akan diganti menggunakan antena mikrostrip hasil rancangan yang
telah difabrikasi. Adapun tipe USB wireless adapter ini adalah TL-WN722N. USB jenis ini cukup banyak dijual dipasaran, dengan kecepatan akses data sampai 150
b. Network Stumbler
Network stumbler adalah perangkat lunak yang digunakan untuk pengujian gain antena. perangkat ini berfungsi sebagai pembaca level sinyal yang diterima USB adapter wifi. Penggunaannya sangatlah mudah. Network stumbler merupakan sebuah tools gratis yang dapat didownload melalui situs
www.netstumbler.com.
c. Kabel konektor
Kabel ini yang menghubungkan antara USB wireless adapter dengan antena mikrostrip yang telah difabrikasi. Penggunaan kabel konektor ini disebabkan konektor yang berada pada antena mikrostrip 4 elemen tidak cocok dengan konektor eksternal yang berada pada USB wifi hal ini yang memdasari mengapa digunakan kabel konektor sebagai penghubung antena mikrostrip dengan USB wifi. Adapun rangkaian pengujian ditunjukan pada Gambar 4.2.
laptop
USB wireless adapter Antena mikrostrip
4 elemen
[image:38.595.136.492.435.675.2]Access point
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen
4.3.2 Prosedur Pengujian
Adapun langkah-langkah pengujian gain dari kedua antena adalah sebagai berikut:
1. Siapkan peralatan yang dibutuhkan untuk pengujian. 2. Nyalakan laptop
[image:39.595.173.454.311.498.2]3. Hubungkan USB wireless adapter dengan laptop, sebelumnya pastikan antena dipole telah terhubung dengan USB wireless adapter. Hal ini seperti yang terlihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole
4. Aktifkan Software Network stumbler yang telah terinstall dilaptop. Kemudian tunggu hingga USB wireless adapter terbaca oleh laptop.
5. Amati tampilan dan pilih access point mana yang akan diakses. Pada pengujian ini, adapun access point yang dipilih adalah Polmed.
7. Kemudian catat dan printscreen tampilan kuat sinyal yang diterima oleh antena dipole.
[image:40.595.164.480.218.445.2]8. Selanjutnya tanpa mematikan laptop, ganti antena dipole dengan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen. Hal ini seperti terlihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen
9. Ulangi langkah 4 sampai 7 10. Pengujian selesai.
4.3.3 Hasil pengujian
Dengan Network stumbler, dapat dilihat beberapa access point yang
didapatkan. Berikut ini nama-nama access point yang didapatkan ketika menggunakan antena dipole sebagai penguat WLAN ini, hal ini dapat lihat pada
Gambar 4.5.
banyak dibandingkan dengan menggunakan antena dipole dan ini menandakan
bahwa rancangan antena mikrostrip patch segiempat telah bekerja sesuai dengan
diinginkan. Selanjutnya akan dijelaskan pergerakan sinyal yang diterima
menggunakan kedua antena yaitu antena dipole dan antena mikrostrip patch
segiempat 4 elemen. Adapun access point yang akan diambil datanya ialah access
point yang berasal dari Polmed. Dengan network stumbler dapat dilihat level
sinyal yang diterima baik menggunakan antena dipole maupun antena mikrostrip
patch segiempat 4 elemen. Adapun level sinyal yang diterima ketika
menggunakan antena dipole ditunjukan oleh Gambar 4.7.
(a) (b) (c) (d)
(a). Pergerakan kuat sinyal yang diterima
(e) Data-data access point yang diterima
Gambar 4.7 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena dipole
(a) Pergerakan kuat sinyal yang diterima
[image:44.595.122.499.127.336.2](b) Data-data access point yang diterima
Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena mikrostrip 4 elemen
Dari Gambar 4.8 dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal adalah -55 dBm. Nilai pada level ini memperlihatkan bahwa penerimaan sinyal meningkat
menjadi lebih baik. Setelah mendapat nilai level penerimaan sinyal dari kedua
antena diatas maka gain antena dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.13.
� � = �� − �� + � ��
� � = − �� — − �� + ��
� � = ��
Dari persamaan diatas didapatlah besar gain dari antena mikrostrip patch
segiempat 4 elemen planar array yaitu sebesar 8 dBi. Nilai ini lebih baik
dibandingkan dengan nilai hasil simulasi yaitu sebesar 7,38 dBi, hal ini dapat saja
disebabkan faktor lingkungan, proses pengcetakan atau fabrikasi antena
mikrostrip ini. Namun dari nilai ini menunjukan bahwa antena yang dibuat ini
telah sesuai dengan yang diinginkan.
4.4 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena
Tabel 4.1 menunjukan hasil pencapaian dari antena mikrostrip patch
[image:45.595.114.513.219.565.2]segiempat 4 elemen planar array.
Tabel 4.1 Pencapaian spesifikasi antena
Parameter pada Antena Nilai
Teori Simulasi Pengujian
Panjang patch 31,25 mm 26,2 mm 26,2 mm
Lebar patch 37,26 mm 37,5 mm 37,5 mm
Panjang Grounplane 112 mm 112 mm 112 mm
Lebar Grounplane 135 mm 135 mm 135 mm
Panjang saluran pencatu 23,1 mm 23,1 mm 23,1 mm
Lebar saluran pencatu 3 mm 2,7 mm 2,7 mm
Jarak antar elemen 31,25 mm 35 mm 35 mm
VSWR 9 1,12 -
Daya yang diterima saat pengujian - - -55 dBm
Gain 12 dBi 7,38 dBi 8 dBi
Dari Tabel 4.1 dapat diketahui bahwa antena mikrostrip patch segiempat 4
elemen planar array yang dibuat pada Tugas Akhir telah mampu memenuhi
pencapaian parameter yang diinginkan. Dari pengujian, didapatlah gain sebesar 8
dBi dan nilai VSWR yang didapat dari simulasi sebesar 1,12. Namun pada awal
sebelum dilakukan proses iterasi nilai VSWR yang didapat secara simulasi
nilai tersebut masih dibatas toleransi, karena ketika frekuensi 2,4 Ghz sampai 2,5
Ghz nilai VSWR yang didapat dari proses simulasi tersebut berkisar dari 9,20
sampai 11. Namun diketahui sebelumnya bahwa nilai VSWR paling baik adalah
ketika VSWR bernilai 1(VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran
dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit
untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah
saat nilai VSWR ≤ 2. Dilatarbelakangi hal inilah proses iterasi dilakukan pada
saat simulasi sehingga didapatlah nilai VSWR ≤ 2 seperti yang terlihat pada Tabel
4.1 diatas. Nilai VSWR yang didapatkan dari simulasi disebabkan perubahan
yang terjadi pada besar dimensi patch, besar dimensi saluran pencatu, serta jarak
antar elemen. Karena keterbatas peralatan maka tidak lakukan pengujian VSWR
yang didapatkan dari antena mikrostrip yang telah difabrikasi.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pada Tugas akhir ini telah dirancang antena mikrostrip patch lingkaran 4
elemen planar array yang digunakan sebagai WLAN. Dari hasil perancangan,
simulasi, dan pengujian diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array yang berkerja pada frekuensi 2,4 Ghz- 2,5 Ghz. Teknik pencatuan yang digunakan adalah teknik pencatuan proximity couple, teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung(elektomagnetic couple).
2. Pada saat pengujian gain yang didapat sebesar 8 dBi, nilai ini lebih baik dibandingkan gain yang dihasilkan pada saat simulasi yaitu sebesar 7,38 dBi. Hal ini dapat disebabkan oleh faktor lingkungan saat pengujian serta pada saat proses fabrikasi antena ini.
5.2 Saran
Saran yang dapat penulis berikan setelah melakukan Tugas Akhir antar lain:
1. Untuk melakukan perancangan antena mikrostrip yang lebih dari 1 elemen, terlebih dahulu harus dilakukan perancangan antena mikrostrip elemen tunggal setelah model antena ini didapat jangan dilakukan perubahan pada ukuran dimensi patch serta ukuran dimensi saluran pencatu jika membuat beberapa elemen berikutnya, dan parameter yang karakterisasi hanya jarak antar elemen saja.
2. Pada Tugas Akhir ini parameter yang dilakukan penelitian hanya gain dan VSWR, sebaiknya dilakukan pengembangan dengan menambah parameter-parameter lain untuk penelitian selanjutnya.
3. Sebagai bahan penelitian selanjutnya ada baiknya dilakukan perbandingan pada teknik pencatuannya.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Antena
Suatu antena dapat diartikan sebagai suatu tranduser antara saluran
transmisi atau pandu gelombang dalam suatu saluran transmisi dan suatu medium
yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik
berpropagasi (biasanya udara), ataupun sebaliknya. Dalam aplikasinya, suatu
antena dapat berfungsi selain sebagai media pemancar gelombang
elektromagnetik, juga sebagai penerima gelombang elektromagnetik secara efisien
dan berpolarisasi sesuai dengan struktur yang dimilikinya. Selain itu, untuk
meminimalkan refleksi gelombang pada titik antara saluran transmisi dan titik
catu antena, maka suatu antena harus mempunyai kesesuaian (matched) dengan
saluran transmisi yang digunakan. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi
sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu
sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga
panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran
itu. Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang
disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang
dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang
dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke
energi magnet total dua kali setiap periode gelombang itu.
Beberapa contoh antena dalam berbagai bentuk dapat dilihat pada Gambar
2.1. Dan aplikasinya, antena banyak digunakan pada penyiaran radio dan televisi,
anti tabrakan, dan masih banyak fungsi-fungsi yang lain.
Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena
2.2 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang saat ini banyak
digunakan karena antena mikrostrip berukuran kecil dan ringan. Hal tersebut
merupakan salah satu pertimbangan dalam merancang antena saat ini [1].
Antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian, yaitu [1]:
1. Patch, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk
meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas. Patch ini
memiliki ketebalan yang bervariasi dan biasanya terbuat dari bahan
tembaga.
2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang
berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal
dari patch. Bahan substrate dielektrik beragam, diantaranya plastik,
keramik, kristal tunggal, dan silikon.
3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi
untuk memisahkan antara substrate dielektrik dengan benda lain yang
dapat mengganggu radiasi sinyal.
[image:51.595.129.496.196.421.2]Gambaran umum bentuk antena mikrostrip ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip
Antena mikrostrip adalah antena yang terbuat dari suatu konduktor metal
yang menempel di atas groundplane. Peralatan telekomunikasi khususnya antena,
saat ini mengacu pada antena yang murah dalam pembuatan, memiliki massa yang
ringan, mudah dalam proses integrasi dengan peralatan telekomunikasi lainnya.
Namun disamping kelebihan yang dimiliki, antena mikrostrip juga memiliki
beberapa kelemahan, diantaranya memiliki bandwidth yang kecil, efisiensi yang
Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip
2.3 Model Cavity
Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan
sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah
kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk
antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang
populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara
patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang
dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding
elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip
diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan
observasi dari substrate tipis ( h<< 0)[ 2][4]]:
a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (/z0)karena
substrate sangat tipis (h<< 0).
b. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis
hanya ada komponen transversnya saja (Hx dan Hy ) di daerah yang dibatasi
oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding
elektris atas bawah.
c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,
yang termasuk komponen tangensial dari , sepanjang sisi diabaikan.
Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell [2][6]. Adapun
persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:
� × � = −���0 H (2.1)
� × � = ���� + � (2.2)
�. � = �/� (2.3)
�. � = � (2.4)
Dimana adalah permitivitas dari substrat, 0 adalah permeabilitas ruang hampa,
[image:53.595.129.495.377.574.2]dan J adalah rapat arus.
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada
patch mikrostrip [6]
Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi
distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan
elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi
yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari
elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal
tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian
bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan
beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch.
Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan
atas dari elemen peradiasi [3].
Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan
dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan
akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan meyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian
bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin
menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan
mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan
magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan
sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal tersebut meyebabkan
distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi
tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari
medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat
kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang
sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat)
lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impendansi masukannya akan
murni reaktif [3].
2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari
parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan
dijelaskan sebagai berikut:
2.4.1 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana
kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti
impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return
loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Pada Gambar 2.5 terlihat rentang
frekeunsi yang menjadi bandwith [3].
Return loss
bandwith
[image:55.595.170.480.346.538.2]-10dB
Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith
Bandwith dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :
BW= f2- f1
fc x100% (2.5)
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [3]:
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. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap
baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dBi dan 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.
Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di manapolarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk
polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dBi.
2.4.2 Return Loss
Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [4]. Return Loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0 +). Return Loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi [4].
(2.6)
Γ=V0 -V0+=
ZL-Z0 ZL+Z0
return loss=20log10|Γ| (2.7)
2.4.3 Voltage Standing Wave Ratio (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 (Γ ) [4]:
Γ= V0
-V0+ =
ZL- Z0
ZL- Z0 (2.8)
Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi
saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka :
: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
: tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched
sempurna
: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian
terbuka
Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [4]:
VSWR= ||Ṽ|Ṽ|maxmin= 1+ 1 |Γ|
-|Γ| (2.9)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1)
Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai
VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.
2.4.4 Polarisasi
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan
oleh antenna. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi
pada arah gain maksimum. Pada praktiknya, polarisasi dari energi yang teradiasi
bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi
mempunyai polarisasi yang berbeda [3].
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu
keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude
vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga
dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena
pada suatu arah tertentu [3].
Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linier), circular
(melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.6) terjadi jika suatu
gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor
medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis
lurus yang sama pada setiap waktu. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik
maupun magnet) memenuhi [3] :
a. hanya ada satu komponen, atau
b. 2 komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada
perbedaan fasa waktu atau 180 0 atau kelipatannya
Gambar 2.6 Polarisasi linier
Polarisasi melingkar (Gambar 2.7) terjadi jika suatu gelombang yang
berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau
magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.
Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :
a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier
b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama
c. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada
kelipatan ganjil 900.
Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular
Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi
Gambar 2.7 Polarisasi melingkar
Polarisasi elips (Gambar 2.8) terjadi ketika gelombang yang berubah
menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur
kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan
polarisasi ini adalah [3] :
a. medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal
b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau
berbeda
c. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama,
perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak
bernilai 00 atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua
komponen berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa di
antara kedua komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil
dari 90 (karena akan menjadi lingkaran).
Gambar 2.8 Polarisasi elips
2.4.5 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio)
intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata -rata pada semua arah [6]. Intensitas radiasi -rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah
intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini
dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.10[3].
D=
UU0
=
4πU
Prad (2.10)
Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum
yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.11[4].
D
max=
D
0=
UUmax0=
4πUPradmax (2.11) Dimana :D = keterarahan
D0 = keterarahan maksimum
U = intensitas radiasi maksimum
Umax = intensitas radiasi maksimum
Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan 2.12.
D=4W2π2
02I1 (2.12)
Dimana nilai � dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.13.
I1=√120W 2π2
90 02 (2.13)
Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat
dicari dengan menggunakan Persamaan 2.14.
Dsusun=2D (2.14
Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk
menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan
Persamaan 2.15.
Dtotal=Dsusun× Delemen (2.15)
Keterangan:
� = banyak elemen yang akan dirancang
2.4.6 Penguatan (Gain)
Ada dua jenis parameter penguatan (gain) yaitu absolute gain dan relative
gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara
intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya
yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang
berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya
yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan. Absolute gain ini dapat dihitung
dengan Persamaaan 2.16[3].
gain
=
4π
U( ,P ∅)in (2.16)
Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefinisikan
sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan
daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan
harus sama di antara kedua antena itu.
Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan
menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan
berdasarkan pembacaan level penerimaan sinyal. Persamaan yang digunakan
untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.17.
Ga dB =Pa dBm -Ps dBm +Gs dB ( 2.17)
Selanjutnya gain dapat juga dihitungan dengan menggunakan oleh
Persamaan 2.18.
G= ×Dtotal (2.18
Adapun besar efisiensi (�) antena mikrostrip yang digunakan biasanya
berkisar 60% sampai 70%.
2.4.7 Frekuensi Resonansi
Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja
antena di mana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara
maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi
W= c 2fo√ r2+1
(2.19)
Dimana :
W : lebar konduktor
r : konstanta dielektrik
c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x )
fo : frekuensi kerja antena
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L
yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
Pertambahan panjang dari L (∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan
Persamaan 2.20[6]:
∆L=0,412h reff+0,3 Wh +0,264 reff-0,258 Wh +0,8
(2.20)
Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan
�
adalah konstanta dielektrik relatif yang dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.21.
reff= r2+1+ r2-1 (
1 √1+12 hW)
2.21
Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.22.
L=Leff-2∆L (2.22)
Dimana � merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung menggunakan
Persamaan 2.23.
Leff=2fo√creff (2.2 )
Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan
maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip
secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan
menggunakan Persamaan 2.24[6][8].
ZL=Zin = Y1
in (2.24)
Admintansi beban( � didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25.
Yin=2×YS (2.25)
Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan 2.26 sampai Persamaan 2.29.
YS=G+jB (2.26)
Dimana:
G= 120W 0 [
1-1 24(
2πh 0 )
2
]Ω1 2.27
B=120W
0[1-0,636 ln( 2πh
0 ) 2
]Ω1 (2.28)
2.6 Teknik Array
Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan seperti memiliki bentuk
yang sederhana, efisien, ekonomis, dan mudah pembuatannya. Namun demikian
antena mikrostrip ini juga memiliki kelemahan yang sangat mendasar, yaitu
bandwidth yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah. Hal ini dapat
diatasi dengan menambah patch secara array.
Antena mikrostrip array merupakan gabungan dari beberapa elemen
peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip array dapat
berbentuk seri, paralel, atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch,
yang disusun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array
ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen
tunggal. Untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan
medan dari setiap elemen array berinterferensi secara konstruktif pada arah yang
diinginkan dan berinterferensi secara destruktif pada arah lain.
Ada beberapa macam konfigurasi antena array, diantaranya linear, planar,
dan circular. Masing masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear
array memiliki kelebihan dalam perhitungan yang tidak terlalu rumit, sedangkan
planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola
radiasi.
Antena mikrostrip bentuk array memiliki beberapa kelebihan dibanding
dengan antena mikrostrip konvensional. Kelebihannya yaitu memiliki bandwidth
dan gain yang lebih besar. Disamping memiliki kelebihan, antena jenis ini juga
memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan suatu jalur transmisi / pencatu antara
elemen peradiasi dan input connector untuk mengurangi rugi-rugi sehingga mengurangi efisiensi antena.
Pada antena array terdapat Array Factor (AF) yang merupakan pengali
dari medan elektrik dari elemen tunggal. Array Factor inilah yang menentukan
bagaimana pola radiasi dan seberapa besar tingkat daya yang diradiasikan oleh
antena tersebut. Gambar 2.11 menunjukkan antena mikrostrip dengan teknik
array.
Teknik planar
Teknik linear
[image:69.595.288.501.215.423.2]Teknik circular
Gambar 2.11 Antena mikrostrip dengan teknik array
2.7 Teknik Pencatuan
Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi
menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan
secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara
langsung banyak digunakan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana
dalam pencatuan. Tetapi disamping kelebihan tersebut ada beberapa kekurangan
yang terdapat pada pencatuan ini, seperti sangat sulit jika antena mikrostrip akan
disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau
bandwidth yang sempit sekitar 2%-5% [5][6].
Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya
coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar
bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan[5].
Dengan teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic
coupling) tidak ada kontak lan
