Rancang Bangun Antena Mikrostrip Spiral Archimedean Untuk Aplikasi Ultra Wideband (UWB) Pada Daerah Pita Frekuensi UltraTinggi (UHF)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Joseph A, Mosko. 1984. “An Introduction to Wideband Two Channel Direction Finding Systems I,II”. Microwave Journal.

[2] Tenacious, Arul. UWB (Ultra Wideband).

Arultenacious.blogspot.com/2012/10/uwb-ultra-wide-band.html. Diakses pada tanggal 15 April 2016.

[3] Anonim. Antena Mikrostrip. http://www.scribd.com/doc/45977142/Antena-Mikrostrip. Diakses pada tanggal 10 Maret 2016.

[4] Constantine A, Balanis. “Antenna Theory: Analysis and Design”. USA. John Willey and Sons.

[5] Ramesh, Garg, et al. “Mikrostrip Design Handbook”. Norwood. Artech House. Inc.

[6] Andre, Hanalde dan Khayam Umar. 2013. “Antena Kupu-Kupu sebagai Sensor Ultra High Frequency (UHF) untuk Mendeteksi Partial Discharge pada Gas Insulation Substation”. Jurnal Nasional Teknik Elektro. Vol. 2. No. 2. Hal. 8-17.

[7] Amin, Y, et al. 2012. Design and Fabrication of Wideband Archimedean

Spiral Antenna Based Ultra Low Cost “Green” Modules for RFID Sensing

and Wireless Aplications. Progress in Electromagnetics Research. Vol. 130.

[8] Zhang, Xiaoxing, et al. 2014. Rectangular Planar Spiral Antenna for GIS

Partial Discharge Detection. International Journal of Antennas and

Propagation.Vol. Hal. 1-7.

[9] Anonim. Analysis of Archimedean Spiral Antenna.

Superkuh.com/spiralantenna.html. Diakses pada 14 Februari 2016.

[10] Mantapps. Frekuensi Emas? 700 MHz adalah Frekuensi Coverage Band yang

Luas.

www.mantapps.co.id/news/others/frekuensi_emas_700_mhz_adalah_frekuens i_coverage _band_yang_luas/. Diakses pada tanggal 20 April 2016.

[11] Imatsu, Ongga, et al. 2012. “Rancang Bangun Antena Mikrostrip pada Frekuensi GPS L1 Berbasis Sistem Transfer Daya Nirkabel”. Jurnal Teknik POMITS. Vol. 1. No. 1. Hal. 1-6.

[12] Anaonim. Global System for Mobile Communications.

https://id.wikipedia.org/wiki/Global_System_for_Mobile_Communications. Diakses pada tanggal 22 April 2016.

[13] Anonim. CDMA. https://id.wikipedia.org/wiki/CDMA. Diakses pada tanggal 22 April 2016.

[14] Izzuddin, Iqbal. 2011. “Analisis Implementasi WiMAX dalam Perkembangan Telekomunikasi di Indonesia”. Jurnal Gunadarma.

20 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum

Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean untuk aplikasi UWB pada dearah pita frekuensi ultra tinggi (300 MHz – 3 GHz). Perancangan dilakukan dengan menghitung terlebih dahulu dimensi fisik antenanya kemudian difabrikasi. Proses fabrikasi dilakukan oleh Perusahaan Multi Karya yang terletak di Jl. Ters. Jakarta No. 49 Bandung. Pengukuran antena dilakukan dengan menggunakan alat ukur VNA Anritsu MS2034B dengan parameter yang akan dianalisis adalah VSWR < 2 dan RL ≤ _{- 10 dB dengan impedansi 50 ohm.} Hasil pengukuran parameter antena dan analisa hasil pengukuran parameternya akan dijabarkan pada bab pembahasan.

3.2 Diagram Alir Penelitian

21 dan RL serta impedansi yang didapatkan dari hasil fabrikasinya. Diagram alir penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.3 Variabel yang Diamati

22 ≤ _{-10 dB. Nilai optimal dari parameter-parameter antena ini akan digunakan sebagai} rujukan dalam menganalisis nilai dari parameter yang didapatkan.

3.3. Perancangan Antena Mikrostrip Spiral Archimedean

Rancangan akan dicetak pada printed circuit board (PCB) dengan bahan FR-4 Epoxy single layer yaitu pencetakan dilakukan hanya pada satu sisi PCB saja. Untuk itu sebelumnya akan dihitung terlebih dahulu dimensi fisik antenna yang akan dibuat. Adapun hal-hal yang harus dilakukan pada proses perancangan adalah menentukan jari-jari spiral sebelah dalam (r1) dan luar (r2), menentukan banyaknya jumlah putaran pada spiral (N), menentukan lebar bidang dari antena yang dibuat (w) dan jarak antara masing-masing lengan spiral pada antena (s).

3.4.1 Menentukan Jari-Jari Spiral Sebelah Dalam (r1) dan Luar (r2).

Jari-jari spiral sebelah dalam terletak pada daerah kerja frekuensi tingginya yaitu pada frekuensi 3 GHz, dimana hubungannya terlihat pada Persamaan 2.14. Merujuk pada persamaan tersebut maka didapatkan:

23 Sementara itu, jari-jari spiral sebelah luar terdapat pada daerah kerja frekuensi rendahnya yaitu pada frekuensi 300 MHz, dimana hubungannya ditunjukkan pada Persamaan 2.13. Merujuk pada persamaan tersebut didapatkan perhitungan sebagai berikut.

3.4.2 Menentukan Banyaknya Jumlah Putaran pada Spiral.

Jumlah putaran yang terdapat pada antena spiral merupakan bagian dari percobaan-percobaan yang akan dilakukan. Beberapa eksperimen yang dilakukan oleh peneliti-peneliti mengenai antena spiral archimedean ini didapatkan bahwa jumlah putaran spiral sekurang-kurangya adalah 0,5 hingga 3 putaran sehingga antena dapat bekerja dengan baik. Disini saya memilih jumlah putaran spiralnya sebanyak 3 putaran (N=3).

24

Parameter yang akan diukur pada tugas akhir ini adalah VSWR < 2 dan return

loss (RL) ≤ _{-10 dB. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat ukur VNA} (Vector Network Analyzer) Anritsu MS2034B dengan metode pengukuran port tunggal. Pengukuran port tunggal merupakan pengukuran parameter sebuah antena tanpa melibatkan antena lain sebagai pemancar atau penerima. Konfigurasi pengukuran port tunggal terlihat pada Gambar 3.2 berikut ini.

Gambar 3.2 Konfigurasi pengukuran port tunggal

25 nilai VSWR yang lebih dari dua, sementara pada pengukuran RL nya, diambil sampel sebanyak 28 sampel yaitu dari rentang frekuensi 300 MHz hingga 3 GHz dengan kenaikan sebesar 100 MHz untuk diukur RL nya yang kemudian dari masing-masing nilai RL tersebut akan dicari perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya yang datang (Pi).

Harapan penulis pada hasil rancang bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean adalah:

1. Pada pengukuran impedansi antenna, penulis mengharapkan nilai impedansinya adalah sebesar 50 Ohm.

2. Pada pengukuran VSWR antena, penulis berharap mendapatkan nilai VSWR < 2 pada keseluruhan bandwidth antena yaitu sebesar 2700 MHz.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Pada tugas akhir ini telah dirancang bangun antena mikrostrip Spiral

Archimedean yang beroperasi pada daerah pita frekuensi ultra tinggi yaitu 300

MHz – 3 GHz . Dengan menggunakan alat ukur VNA ( Vector Network Analyzer)

Anritsu MS 2034B telah diukur parameter antenanya dan telah dianalisis. Adapun

hasilnya akan dijabarkan pada bab ini dimulai dari pengukuran hingga analisis

parameter antena mikrostrip yang telah di fabrikasi.

4.2 Pengukuran Antena

Pengukuran antena dilakukan dengan menggunakan alat VNA (Vector

Network Analyzer) Anritsu MS 2034B. Parameter antena yang diukur sesuai

dengan tujuan penelitian adalah VSWR < 2 dan RL ≤ -10 dB. Pada antena yang

telah difabrikasi tersebut, ditambahkan sebuah konektor N sebagai penghubung

ke arah alat ukur VNA-nya dan kabel koaksial sepanjang 30 cm dilekatkan pada

antena dengan cara disolder pada kedua sisi lengan spiral antena tersebut. Adapun

proses pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.1 dimana antena tepat diletakkan

Gambar 4.1 Pengukuran antena menggunakan VNA Anritsu MS 2034B

Secara umum, berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan, tampilan

hasil pengukuran VSWR dan RL antena, masing-masing dapat dilihat pada

Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Hasil pengukuran RL antena

4.3 Analisis Hasil Pengukuran

Dari hasil pengukuran VSWR dan RL didapatkan hasil yang bervariasi dari

nilai VSWR dan RL pada rentang frekuensi 300 MHz – 3000 MHz. Dengan

keberagaman nilai dari hasil pengukuran yang didapatkan, diakibatkan oleh

rentang frekuensi yang cukup leber tersebut, maka analisis hasil pengukuran

dibagi menjadi 3 bagian yaitu analisis impedansi, analisis VSWR dan analisis

return loss (RL).

4.3.1 Analisis Impedansi

Pada pengukuran Impedansi, didapatkan nilai impedansi terbaik sebesar

(48,44 – j0,43) ohm atau (48,44∠0,51o ) ohm yang berada di frekuensi 1823,61

.

Gambar 4.4 Impedansi pada frekuensi 1823, 61 MHz

Dengan menggunakan VNA didapatkan impedansi terbaik dimana MK1

pada Gambar 4.4 tersebut merupakan sebuah penanda (marker) yang diletakkan

pada frekuensi 1823,63 MHz.

4.3.2 Analisis VSWR

Untuk mendapatkan nilai serta tampilan yang baik maka analisis VSWR

antena dilakukan dengan membagi-bagi rentang frekuensinya sehingga

didapatkan persentase hasil pengukuran yang baik dari total bandwidth pada

rentang frekuensi 300 MHz – 3000 MHz. Proses pembagiannya dikelompokkan

2GHz sampai 3GHz. Proses pembagian pada pengukuran serta analisis VSWR ini

dilakukan agar memudahkan peneliti dalam proses perhitungannya.

Pada analisis VSWR, akan dihitung total bandwidth nilai VSWR < 2 dan

tidak menghitung nilai yang di atas dua karena tidak sesuai dengan tujuan yang

diharapkan. Kemudian dari total bandwidth VSWR < 2 tersebut akan dicari

persentase pencapaian yang didapat dari total bandwidth keseluruhan yaitu

sebesar 2700 MHz. Gambar 4.5 menunjukkan hasil pengukuran VSWR antena

pada rentang frekuensi 300 MHz - 1000 MHz.

Gambar 4.5 Hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 300 MHz – 1 GHz

Pada Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa nilai VSWR pada rentang frekuensi

300 MHz – 1 GHz mempunyai nilai yang bervariasi. Untuk memudahkan proses

delapan penanda (marker) pada alat ukur VNA. Berikut adalah nilai frekuensi dari

kedelapan penanda tersebut.

• MK1 : 333,057 MHz

• MK2 : 355,371 MHz

• MK3 : 461,983 MHz

• MK4 : 640,495 MHz

• MK5 : 745,454 MHz

• MK6 : 908,264 MHz

• MK7 : 933,057 MHz

• MK8 : 995,867 MHz

Dari delapan penanda tersebut serta merujuk pada Gambar 4.5 didapatkan

total bandwidth hasil pengukuran VSWR < 2 pada rentang frekuensi 300 MHz –

1 GHz sebagai berikut.

BW = (MK2 – MK1) + (MK4 – MK3) + (MK6 – MK5) + (MK8 – MK7)

BW = (355,37 – 333,05) MHz + (640,49 - 461,98) MHz + (908,26 – 745,45) MHz

+ (995,86 – 933,05) MHz

BW = 426,75 MHz

Gambar 4.6 (a) dan (b) menunjukkan hasil pengukuran VSWR antena pada

rentang frekuensi 1000 MHz- 2000 MHz, dimana pada rentang frekuensi ini

terjadi keberagaman nilai yang didapat sehingga tidak memungkinkan

menggunakan delapan penanda saja. Oleh karena itu, gambar dipisah menjadi dua

(a)

(b)

Gambar 4.6 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 1 GHz – 2 GHz

Pada rentang frekuensi 1 GHz – 2 GHz yang ditunjukkan oleh Gambar 4.6

(a) dan (b) terlihat bahwa keberagaman nilai VSWR, sehingga harus

hanya berjumlah delapan, maka pada rentang frekuensi 1GHz – 2GHz gambar

dibagi menjadi dua kelompok.

Nilai frekuensi VSWR < 2 pada penanda yang terdapat pada Gambar 4.6 (a)

adalah sebagai berikut.

Total bandwidth pengukuran VSWR < 2 dari Gambar 4.6 (a) adalah:

BW = (MK2 – MK1) + (MK4 – MK3) + (MK6 – MK5) + (MK8 – MK7)

BW = (1166,47 – 1011,81) MHz + (1327,04 – 1272,73) MHz + (1455,73 –

1382,27) MHz + (1567,89 – 1487,60) MHz

BW = 362,72 MHz

Nilai frekuensi VSWR < 2 pada penanda yang terdapat pada Gambar 4.6 (b)

adalah sebagai berikut.

Total bandwidth pengukuran VSWR < 2 dari Gambar 4.6 (b) adalah:

BW = (MK1 – MK8) + (MK3 – MK2) + (MK5 – MK4) + (MK7 – MK6)

18062,38) MHz + (1965,76 – 1924,44) MHz

BW = 136,94 MHz

Dari Gambar 4.6 didapatkan total bandwidth hasil pengukuran VSWR < 2

pada rentang frekuensi 1 GHz – 2 GHz yaitu:

BW = 362,72 MHz + 136,94 MHz

BW = 499,66 MHz

Gambar 4.7 menunjukkan hasil pengukuran VSWR antena pada rentang

frekuensi 2000 MHz- 3000 MHz.

Gambar 4.7 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 2 GHz – 3 GHz

Pada rentang frekuensi 2 GHz – 3 GHz didapatkan nilai VSWR yang

hampir seluruhnya berada di bawah dua. Oleh karena itu, hanya dibutuhkan

sedikit penanda untuk menghitung total bandwidth VSWR < 2 pada rentang

Nilai frekuensi VSWR < 2 pada penanda yang terdapat pada Gambar 4.7

pada rentang frekuensi 2 GHz – 3 GHz sebagai berikut.

BW = (MK2 –MK1) + (MK4 – MK3)

BW = (2068,47 – 2028,34) MHz + (3000 – 2107,44) MHz

BW = 932,69 MHz

Dengan demikian total keseluruhan bandwidth pengukuran VSWR < 2 dari

rentang frekuensi 300 MHz – 3GHz adalah:

BW = 426,75 MHz + 499,66 MHz + 932,69 MHz

BW = 1859,1 MHz

dengan persentase pencapaian bandwidth hasil pengukuran VSWR < 2 adalah:

%

4.3.3 Analisis Return Loss (RL)

Analisis RL dilakukan dengan mencari perbandingan antara daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya yang datang (Pi). Nilai RL pada rentang frekuensi 300 MHz sampai 3 GHz digunakan sebagai sampel untuk mencari perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya yang diterimanya (Pi), dimana penulis menggunakan 28 titik sampel pada rentang tersebut dengan kenaikan frekuensi sebesar 100 MHz. Nilai (Pr/Pi) antena yang didapatkan harus lebih kecil atau sama dengan 0,1 agar daya yang ditransferkan antena semaksimal mungkin. Dengan menggunakan Persamaan 2.1 maka dapat dicari nilai (Pr/Pi) pada rentang frekuensi 300 MHz – 3 GHz. Dari hasil pengukuran didapatkan data nilai RL dari frekuensi 300 MHz – 3 GHz yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Nilai RL pada frekuensi 300 MHz – 3 GHz

Dari nilai RL pada Tabel 4.1 dapat dicari perbandingan daya yang dipantulkan dengan daya yang datang (Pr/Pi). Dengan menggunakan Persamaan 2.1 maka didapatkan perhitungan sebagai berikut.

1 _{Frekuensi 300 MHz}

dengan persentase daya yang hilang pada antena adalah: Daya hilang = 0,0789 x 100 % = 7,89 %

Dari pengukuran yang telah dilakukan pada rentang frekuensi 300 MHz sampai 3 GHz, VSWR yang bernilai di bawah 2 mempunyai total bandwidth 1859,1 MHz dengan persentase pencapaian sebesar 68,86% dari total keseluruhan

bandwidth. Sementara pada pengukuran return loss dari antena didapatkan

rata-rata perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya yang datang (Pi) sebesar 0,0789 dengan persentase daya yang hilang pada antena sebesar 7,89%. Pada pengukuran Impedansi, nilai impedansi terbaiknya sebesar (48,44 – j0,43) ohm atau (48,44 ∠0,51o) ohm yang berada di frekuensi 1823,61 MHz.

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang penulis dapatkan dari penelitian yang telah dilakukan adalah:

1. Hasil pengukuran nilai VSWR dan RL antena mikrostrip Spiral Archimedean pada rentang frekuensi 300 MHz – 3 GHz bervariasi diberbagai frekuensi.

2. Total bandwidth pengukuran VSWR < 2 adalah 1859,1 MHz dengan persentase pencapaian sebesar 68,86 % dari total keseluruhan.

3. Rata-rata perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya yang datang (Pi) pada pengukuran RL dari rentang frekuensi 300 MHz – 3 GHz adalah sebesar 0,0789 dengan persentase daya yang hilang pada antena sebesar 7,89% dari daya total.

4. Pengukuran Impedansi terbaik berada pada frekuensi 1823,61 MHz dengan impedansi antena sebesar (48,44 – j0,43) ohm atau (48,442∠0,51o ) ohm.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang diharapkan pada peneliti selanjutnya adalah:

2. Dapat menggunakan metode lain saat melakukan proses penghubungan antena dengan alat ukurnya.

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Ultra Wideband

Ultra Wideband (UWB) adalah sistem komunikasi jarak pendek yang

mempunyai bandwidth yang sangat lebar, agar dapat dikategorikan sebagai komunikasi UWB syarat lebar bandwidth fraksionalnya 20% dari frekuensi tengahnya. UWB merupakan sebuah palform frekuensi radio yang dapat digunakan oleh personal area network untuk berkomunikasi secara wireless dalam jarak pendek namun dengan kecepatan tinggi. UWB memancarkan semburan begitu banyak RF (radio frequency) dimana radiasinya terpancar secara wideband mentransmisikan melalui begitu banyak frekuensi secara simultan. Hal inilah yang memungkin kan kecepatan transfer data yang sangat tinggi [2].

UWB merupakan sistem berspektrum tersebar yang artinya data di encode menjadi gelombang yang diksiarkan pada frekuensi berjangkauan luas. Keuntungan dari UWB adalah kecilnya interferensi karena transmisi disebarkan melalui spektrum radio dan tersebarnya sinyal membuat transmisi lebih sulit dihambat [2].

2.2 Antena Mikrostrip

7 salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil [3].

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel di atas

ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Konsep antena mikrostrip

diperkenalkan pada awal tahun 1950an di USA oleh Deschamps dan Perancis oleh Gutton dan Baissinot, dan baru dibuat pada sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell, dan merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini [3].

8 Antena mikrostrip mempunyai struktur yang terdiri dari 3 lapisan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.1 yaitu elemen peradiasi (radiator), elemen substrat (substrate), dan elemen pentanahan (ground) [4].

Gambar 2.1 Struktur dasar antena mikrostrip

Elemen peradiasi (radiator) atau biasa disebut sebagai patch, berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam (metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan adalah tembaga (copper) dengan konduktifitas 5,8 x 107 Siemens/meter. Berdasarkan bentuknya,

patch memiliki jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur sangkar (square),

persegi panjang (rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips, segitiga, dll. Gambar 2.2 memperlihatkan beberapa jenis patch dari antena mikrostrip [5].

9 Bentuk patch bujur sangkar, persegi panjang, garis tipis, dan lingkaran adalah yang paling umum digunakan karena mudah untuk dibuat dan dianalisa, dan memiliki karakteristik radiasi yang menarik, serta memiliki tingkat radiasi polarisasi silang yang kecil [5].

Elemen substrat (substrate) berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini memiliki jenis yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik (ε_{r) dan ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi} kerja, bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang akan dibuat. Terdapat berbagai jenis substrat yang dapat digunakan dalam perancangan antena mikrostrip dan biasanya yang memiliki rentang konstanta dielektrik 2,2 ≤ є_r ≤ _{12 . Substrat yang} paling baik digunakan untuk menghasilkan performa antena yang baik adalah substrat yang tebal dan memiliki konstanta dielektrik yang kecil, karena akan menghasilkan efisiensi yang baik dan bandwidth yang besar [5].

Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga [5].

2.3 Parameter Antena

10

1. Return Loss

Return loss (RL) adalah kehilangan sejumlah daya yang dipantulkan kembali

ke sumber diakibatkan karena gangguan transmisi atau rangkian yang tidak matching. Parameter ini memilki hubungan dengan daya sinyal yang dipantulkan pada sambungan sistem transmisi. Sambungan dapat menyebabkan ketidaksesuaian antara sistem dengan perangkat yang dihubungkan. Parameter ini umumnya dinyatakan sebagai perbandingan dalam satuan desibel (dB) dalam tanda negatif. Nilai RL harus sekecil mungkin, jika dalam dB berarti harus bernilai negatif sebesar mungkin. Hubungan return loss (RL) dengan daya yang dipantulkan (Pr) dan daya yang datang (Pi) dapat dilihat pada Persamaan 2.1 [6].

i refleksi. Peningkatan RL menyebabkan menurunnya nilai SWR. Dalam aplikasi modern, RL digunakan sebagai acuan untuk SWR karena mempunyai resolusi yang lebih baik untuk nilai kecil dari sinyal yang dipantulkan. RL dapat dinyatakan sebagai negatif dari magnitud koefisien refleksi (Γ). Daya yang dinyatakan dalam RL dapat dinyatakan sebagai kuadrat dari tegangan yang dinyatakan koefisien refleksi. Hubungan koefisien refleksi dengan RL dapat dilihat pada Persamaan 2.1 dan 2.3 [6].

11

2. Standing Wave Ratio (SWR)

SWR dapat dinyatakan dalam Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) atau

Power Standing Wave Ratio (PSWR). Tegangan memilki hubungan dengan daya

dimana daya merupakan kuadrat tegangan. Umumnya yang banyak digunakan dalam aplikasi adalah VSWR [6].

Tegangan yang timbul akibat adanya ketidaksesuaian impedansi disebabkan pengaruh dari tegangan yang datang dan tegangan yang dipantulkan. Dibeberapa bagian kedua gelombang tersebut saling mengganggu. VSWR merupakan perbandingan dari nilai maksimum (Vmax) dengan nilai minimum (Vmin) yang terbentuk dari kedua gelombang tersebut. Dalam persamaan matematisnya dapat dilihat pada Persamaan 2.4 [6].

12 3. Impedansi Input

Impedansi input didefenisikan sebagai impedansi yang dihasilkan pada antena pada terminal atau perbandingan antara tegangan dan arus pada pasangan terminal atau rasio yang sesuai dari komponen medan listrik dan komponen medan magnetic pada suatu titik. Impedansi antena (ZA) terdiri dari komponen real (RA) dan komponen imajiner (XA) seperti terlihat pada Persamaan 2.5 [6].

ZA = RA + XA (2.5)

Komponen real terdiri dari impedansi antena merupakan komponen resistif sedangkan komponen imajiner merupakan komponen reaktif. Impedansi antena merupakan fungsi dari komponen frekuensi. Nilainya bergantung pada frekuensi kerja antena. Frekuensi resonansi terjadi ketika komponen reaktif saling meniadakan. Nilai impedansi mempengaruhi kesesuaian impedeansi antara antena dengan saluran yang digunakan. Komponen reaktif terdiri dari komponen induktansi yang bernilai positif dan komponen kapasitansi yang bernilai negatif [6].

4. Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai selisih batas frekuensi dalam

kinerja suatu perangkat, berhubungan dengan karakteristiknya dalam batas tertentu. Umumnya yang digunakan adalah karakteristik nilai RL dari antena. Perhitungan

bandwidth dapat dilihat pada Persamaan 2.6 [6].

13 Dimana fu merupakan frekuensi tertinggi, fi adalah frekuensi terendah dan fc merupakan frekuensi tengah. Standar bandwidth yang banyak digunakan adalah nilai RL di bawah -10 dB. Hal tersebut menunjukkan daya sinyal yang diterima atau dipancarkan antena mencapai 90% dari daya yang datang [6].

2.4 Antena Spiral Archimedean

Struktur antena spiral archimedean bertujuan untuk mendapatkan broadband yang stabil. Pada penelitian lebih lanjut membuktikan bahwa spiral archimedean bukan merupakan suatu struktur antena yang bebas frekuensi karena jarak diantara kedua lengannya adalah konstan dan bukan merupakan suatu sudut [7].

Secara umum spiral archimedean menggunakan feed yang seimbang pada pusat permukaan spiral dan daerah radiasi utama difokuskan pada rata-rata lingkar dari suatu rentang panjang gelombang dan juga diketahui sebagai zona radiasi efektif. Ketika frekuensi berubah maka zona radiasinya juga berubah tetapi pola dasarnya tidak berubah. Bahkan ketika zona radiasi efektif berada pada daerah terluar sementara frekuensinya berada pada frekuensi pengeoperasian terkecil [8].

Pada setiap lengan dari antena Spiral Archimedean secara linear sepadan dengan sudut φ dan dijelaskan hubungannya pada Persamaan 2.7 [9].

r = roφ+ r1 dan r = ro (φ-π) + r1 (2.7) dimana r1

14 Gambar 2.3 Geometri antena spiral archimedean

Persamaan lengan spiralnya terdapat pada Persamaan 2.8 [9].

π

Lebar bidang setiap lengan dapat dicari dari Persamaan 2.9 [9].

w

15

dimana r2 adalah radius terluar spiral dan N adalah jumlah putaran. Persamaan di atas digunakan untuk menghitung dua lengan spiral archimedean, tetapi dalam beberapa permasalahan empat lengan spiral lebar lengannya menjadi [9]:

N

Titik operasi frekuensi rendah spiral ditentukan secara teori oleh radius terluar dan itu ditentukan oleh Persamaan 2.13 [9].

2 tinggi didasarkan pada radius terdalam yang diberikan oleh Persamaan 2.14 [9].

16 dengan menggunakan hambatan pada akhir setiap lengan atau denagn cara penambahan rugi konduktifitas pada beberapa bagian luar putaran setiap lengan. Batas frekuensi tinggi memungkinkan lebih kecil dari hasil yang didapat dari Persamaan 2.14 karena dampak dari daerah feed spiral [9].

2.5 Aplikasi-aplikasi Telekomunikasi pada Level UHF

Terdapat beberapa aplikasi pada level UHF yaitu pendeteksian partial

discharge, televisi, GPS, CDMA, GSM, WiMAX, WiFi dan high frequency detector

(HFD).

Partial discharge (PD) merupakan local breakdown yang terjadi pada isolasi

tegangan tinggi. Isolasi sulfur hexafluoride (SF6) pada gas insulation substation (GIS) memiliki karakteristik pulsa dengan waktu naik (rise time) dalam orde nano hingga piko detik. Hal ini meyebabkan gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dalam rentang UHF yaitu 300MHz – 3GHz. PD menghasilkan pulsa arus dalam orde nanodetik. Terbentuknya pulsa diikuti dengan perubahan medan listrik. Jika perubahan ini terjadi secara kontinu maka akan terbentuk gelombang elektromagnetik yang merambat ke segala arah. Perambatan gelombang elektromagnetik sangat dipengaruhi oleh media rambat dan bentuk geometri lingkungan sekitar [6].

17 rambat dan bentuk geometri lingkungan sekitar. Pada GIS propagasi gelombang elektromagnetik dapat dimodelkan seperti kabel koaksial. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat skema gelombang elektromagnetik pada GIS [6].

Gambar 2.4 Gelombang Elektromagnetik pada GIS

Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan PD pada GIS normalnya terjadi pada pecahan kecil dari jarak antara dua konduktor. Pada eksperimen yang telah banyak dilakukan menggunakan jarum yang diletakan pada konduktor GIS. Pulsa PD yang dihasilkan dapat menyebabkan timbulnya gelombang elektromagnetik. Bentuk pulsa arus i(t) pada sumber PD sangat penting untuk menentukan karakteristik dari sinyal UHF. Cacat yang terjadi pada isolasi atau konduktor pada GIS mempengaruhi bentuk dari pulsa arus tersebut. Energi yang diradiasikan dalam rentang UHF sangat bergantung pada laju dari perubahan arus PD. dapat disimpulkan untuk bentuk pulsa yang didapatkan amplitudo sinyal UHF memiliki hubungan linear terhadap arus yang mengalir pada sumber PD [6].

18 mengalir ketika bentuk pulsa tetap. Posisi dari sumber PD juga mempengaruhi sinyal UHF yang dihasilkan. Hal ini disebabkan koefisien kopling dari jalur gelombang yang berbeda untuk setiap bagian dari GIS [6].

Televisi adalah alat pengangkap siaran bergambar. Kata televisi berasal dari kata tele dan vision yang mempunyai arti masing-masing jauh dan tampak. Saluran televisi menggunakan frekuensi 700 MHz [10].

GPS atau global positioning system merupakan sistem radio navigasi dan penentuan posisi dengan menggunakan satelit yang dimiliki dan dikelola oleh Departemen Pertahanan dan Keamanan Amerika Serikat. GPS menggunakan frekuensi 1,5 GHz dan terdapat di setiap permukaan bumi. Setiap titik dipermukaan bumi akan dicakup oleh minimal 3 satelit [11].

GSM (global system for mobile) dan CDMA (code division multiple access) merupakan teknologi telekomunikasi di bidang seluler. Frekuensi GSM berada pada pita 900 dan 1800 MHz dan CDMA berada pada pita frekuensi 800 dan 1900 MHz sehingga masih dalam cakupan frekuensi UHF [12,13].

WiMAX oleh WiMAX forum didefenisikan sebagai standar teknologi yang memungkinkan akses broadband wireless last mile sebagai alternatif broadband kabel dan DSL. Berdasarkan panduan penataan frekuensi radio yang dikeluarkan oleh Ditjen Pos dan Telekomunikasi Depkominfo selaku regulator, WiMAX di Indonesia dialokasikan pada frekuensi 2,3 GHz yaitu diantara frekuensi 2300 – 2390 MHz [14].

19 Indonesia standar ini didasari pada spesifikasi IEEE 802.11. Standar IEEE 802.11 sendiri memilki 2 macam frekuensi range yaitu 5 GHz dan 2,4 GHz [15].

Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical) dengan menggunakan sebuah frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas [16].

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Majunya perkembangan teknologi di bidang telekomunikasi khususnya teknologi tanpa kabel (wireless) menyebakan para perancang antena agar merancang suatu antena yang dapat mendukung teknologi tersebut. Salah satu permasalahan teknologi tersebut adalah kebutuhan akan bandwidth yang lebar.

Kebutuhan akan bandwidth yang lebar diakomodasi pada sebuah antena untuk digunakan pada beberapa aplikasi yang terdapat pada sistem telekomunikasi khususnya pada daerah pita ferkuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pendeteksian partial

discharge, televisi, GPS, CDMA, GSM, WiMAX, WiFi, Bluetooth dan high

frequency detector (HFD). Aktifitas partial discharge yang dideteksi adalah

2 Berbagai macam jenis antena yang dapat digunakan pada sistem komunikasi, namun tidak semuanya memiliki karakteristik yang sama. Salah satu contoh antena dengan karakteristik bandwidth lebar adalah antena spiral. Penggunaan bandwidth yang sangat lebar menggunakan antena berbentuk spiral pertama kali dipopulerkan oleh Ed Turner pada tahun 1950an. Keuntungan dari antena spiral adalah mempunyai

bandwidth yang sangat lebar namun memilki gain yang rendah [1]. Spiral

Archimedean adalah jenis antena spiral dengan broadband yang lebar. Oleh karena itu ini secara luas telah digunakan pada komunikasi satelit dan komunikasi mobile.

Pada Tugas Akhir ini akan dirancang bangun antena mikrostrip spiral archimedean untuk aplikasi UWB pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (300 MHz – 3GHz). Adapun parameter yang diamati adalah VSWR < 2 dan return loss ≤ _{-10 dB.}

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang pada penelitian ini, terdapat beberapa masalah yang dapat dirumuskan antara lain yaitu :

1. Apa yang dimaksud dengan Ultra Wideband (UWB). 2. Apa yang dimaksud dengan antena Spiral Archimedean.

3 1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk merancang bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean untuk aplikasi UWB pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pada rentang frekuensi 300 MHz - 3 GHz.

1.4 Manfaat

Dari penulisan tugas akhir ini diharapkan mendapatkan hasil rancang bangun antena yang dapat beroperasi pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pada rentang frekuensi 300 MHz -3 GHz sehingga dapat diaplikasikan pada beberapa aplikasi yang frekuensi kerjanya berada pada pita frekuensi ultra tinggi (UHF). Selain itu juga dapat menmbah ilmu pengetahuan terutama bagi penulis dan pembaca tugas akhir ini.

1.5 Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah maka penulis membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada Tugas Akahir ini adalah sebagai berikut:

1. Parameter yang dianalisis dari antena adalah Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan Return Loss (RL).

2. Jenis bahan substrat yang digunakan pada perancangan antena adalah FR4 Epoxy (є_{r = 4,4 dan tebal h= 1,6 mm).}

4 4. Tidak membahas secara detail tentang aplikasi-aplikasi UWB.

5. Pengukuran antena dilakukan dengan menggunakan alat ukur VNA (Vector

Network Analyzer) Anritsu MS 2034B.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini secara singkat, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi penjelasan tentang ultra wideband, antena mikrostrip, parameter antena antena, antena spiral Archimedean dan aplikasi-aplikasi sistem telekomunikasi pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF).

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

5

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi pengukuran parameter antena menggunakan alat ukur VNA serta analisa pengukuran parameternya.

BAB V PENUTUP

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL ARCHIMEDEAN

UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA DAERAH PITA

FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan

Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

RIDO ASANDY SIREGAR

NIM : 110402011

P

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ABSTRAK

Pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pada rentang frekuensi

300 MHz – 3 GHz terdapat berbagai aplikasi yang bekerja, diantaranya adalah

pendeteksian partial discharge, televisi, GPS, CDMA, GSM, WiMAX, WiFi dan

High Frequency Detector (HFD). Bandwidth pita frekuensi UHF adalah sebesar

2700 MHz. Dari beragam jenis antena, Spiral Archimedean merupakan antena

yang mempunyai bandwidth yang lebar. Oleh karena itu, maka dilakukan rancang

bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean sehingga dapat beroperasi pada

aplikasi-aplikasi didaerah pita frekuensi UHF. Pengukuran antena dilakukan

dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) Anritsu MS2034B dengan

parameter yang dianalisis adalah VSWR < 2 dan return loss (RL) ≤ -10 dB.

Hasil pengukuran VSWR dan RL beragam diberbagai frekuensi. Diperoleh

total bandwidth sebesar 1859,1 MHz pada pengukuran VSWR< 2 dengan

persentase pencapaian sebesar 68,86% dari total bandwidth keseluruhan. Pada

pengukuran RL didapatkan perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya

yang datang (Pi) dengan rata-rata sebesar 0,0789. Berdasarkan harapan impedansi

sebesar 50 ohm, didapatkan nilai impedansi terbaik sebesar (48,44 - j0,43) ohm

yang berada pada frekuensi 1823,61 MHz.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan

kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat

beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad

S.A.W.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL

ARCHIMEDEAN UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA

DAERAH PITA FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

ayahanda Muhammad Dong Siregar dan ibunda Ernawati Harahap yang

senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga

sekarang, serta adik-adik tercinta Wiwik Ripla Siregar, Ratih Muftadi Siregar dan

Sari Amalia Siregar yang senantiasa mendukung dan memberi semangat.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir,

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT

selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Arman Sani M.T dan Ibu Naemah Mubarakah S.T., M.T selaku

dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam

penyempurnaan Tugas Akhir ini.

4. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan

seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara atas segala bantuannya.

5. Temen-teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU, Wahyudi,

Hasan, Dhani, Ikhyar, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang selama ini

membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas

dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.

7. Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi

masukan selama menjalani perkuliahan.

8. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali

pembelajaran.

9. Sahabat juga teman yang tercinta Ayu Fianita yang selalu hadir membantu

memberikan dukungan dalam proses penyusunan dan penyempurnaan

Tugas Akhir ini.

10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik

tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat

penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini

bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Juni 2016

Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Ultra Wideband ... 6

2.2 Antena Mikrostrip... 6

2.3 Parameter Antena ... 9

2.4 Antena Spiral Archimedean ... ...13

2.5 Aplikasi-aplikasi Telekomunikasi pada Level UHF ... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum ... 20

3.3 Variabel yang diamati ... 21

3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Spiral Archimedean ... 22

3.4.1 Menentukan Jari-Jari Spiral Sebelah Dalam (r1) dan Luar (r2) .... 22

3.4.2 Menentukan Banyaknya Jumlah Putaran pada Spiral ... 23

3.4.3 Menentukan Lebar Bidang dan Jarak antara Lengan - Lengan Spiral ... ... 23

3.5 Metode Pengukuran ... 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 26

4.2 Pengukuran Antena... 26

4.3 Analisis Hasil Pengukuran... 28

4.3.1 Analisis Impedansi ... 28

4.3.2 Analisis VSWR ... 29

4.3.3 Analisis Return Loss ... 36

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 40

5.2 Saran ... 41

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ... 8

Gambar 2.2 Beberapa Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 8

Gambar 2.3 Geometri Antena Spiral Archimedean ... 14

Gambar 2.4 Gelombang Elektromagnetik pada GIS ... 17

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 21

Gambar 3. 2 Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal ... 24

Gambar 4.1 Pengukuran antena menggunakan VNA Anritsu MS 2034B ………...…….. 27

Gambar 4.2 Hasil pengukuran VSWR antena ……….. ... 27

Gambar 4.3 Hasil pengukuran RL antena ………….. ... 28

Gambar 4.4 Impedansi pada frekuensi 1823, 61 MHz ……….. ... 29

Gambar 4.5 Hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 300 MHz – 1 GHz ……….. ... 30

Gambar 4.6 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 1 GHz – 2 GHz ……….. ... 32

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Nilai RL pada frekuensi 300 MHz – 3 GHz ……….. ... 36