TUGAS AKHIR
” PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA SAMA SISI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK (WLAN)
MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v10”
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
O L E H
MIK HA RAYMO ND LUMBA N TOB ING 05 0402 034
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
ABSTRAK
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Luas
cakupan WLAN meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan
sebagainya. Salah satu perangkat yang dibutuhkan pada sistem WLAN adalah
antena. Ada berbagai jenis antena yang dapat digunakan pada WLAN diantaranya
adalah antena mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki 3 komponen yaitu patch (trace) yang
merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik, dan
groundplane yang merupakan bagian paling bawah. Bentuk dari patch dapat
berupa segiempat, segitiga, lingkaran, elips, dan lain sebagainya.
Tugas akhir ini membahas perancangan dan simulasi model antena
mikrostrip patch segitiga sama sisi yang dapat diaplikasikan pada sistem WLAN.
Perancangan antena ini menggunakan software simulator Ansoft Designer HFSS
v10.0. Hasil dari perancangan antena mikrostrip patch segitiga sama sisi ini
diperoleh nilai VSWR sebesar 1,98 untuk frekuensi 2,4 GHz dan 1,99 untuk
ii KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
yang telah memberikan kemampuan dan kekuatan dalam menghadapi segala
hambatan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda dan ibunda, serta kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup
penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir
hingga sekarang.
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:
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA SAMA SISI UNTUK APLIKASI WLAN MENGGUNAKAN SIMULATOR
ANSOFT HFSS v10
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 Ali Hanafiah Rambe, ST.MT, selaku dosen Pembimbing Tugas
Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
2. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku Penasehat Akademis penulis, atas
bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.
3. Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
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. Herman Salim, Alexander Siregar, B’Rudolf Sibarani, Orlando
Simangunsong, Rudi dan Balemurli yang berperan banyak atas kerjasama,
masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
6. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Lamuel Lumban Tobing, Benni
Aritonang, Ferry Hutagalung, Sadak Nainggolan, Richard Sianipar,
Antoni Siburian, Anastasya Citra, Ricky Bimbo Sihombing, Roni
Pasaribu, Fritz Hasugian dan seluruh mahasiswa stambuk 2005, semoga
silaturahmi kita terus terjaga.
7. Senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas
Akhir ini.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik
iv Akhir kata penulis berserah diri pada Tuhan Yang Maha Esa, semoga
Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Oktober 2010
Penulis
(Mikha Raymond Lumban Tobing)
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
II. ANTENA MIKROSTRIP ... 5
2.1 Pengertian Antena ... 5
2.2 Daerah Antena ... 6
2.3 Parameter Antena ... 8
2.3.1 Impedansi Masukan………. 8
vi
2.4.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 16
2.4.3 Teknik Pencatuan ... 17
2.4.4 Jenis – jenis Antena Mikrostrip ... 17
2.5 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ... 18
2.6 Pertimbangan – pertimbangan dalam Merancang Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ... 19
2.6.1 Pemilihan Substrat dan jari – jari patch... 19
2.6.2 Pola radiasi ... 21
2.6.3 Efisiensi Radiasi ... 22
2.6.4 Lokasi Titik Pencatu ... 22
2.7 Simulator Ansoft HFSS v 10.0 ... 23
2.8 Proses Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS v 10.0 ... 24
3.4.1 Standar Awal 802.11………... 31
3.4.2 Standar 802.11a………... 32
3.4.3 Standar 802.11b……….. 33
3.4.4 Standar 802.11g……….. 34
3.5 Wireless Channel ... 34
IV. PERANCANGAN DAN SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA SAMA SISI UNTUK APLIKASI WIRELESS LAN ... 36
4.1 Umum ... 36
4.2 Jenis Subtrat yang Digunakan ... 36
4.3 Perancangan Dimensi Patch Antena ... 37
4.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu ... 38
4.5 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi 38 4.6 Simulasi Model Antena………. 41
4.7 Karakterisasi Antena………. 47
4.8 Hasil Simulasi dari Karakterisasi Antena………. 49
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 56
5.1 Kesimpulan ... 56
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Ilustrasi antena mikrostrip untuk aplikasi WLAN………. 2
Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi ... 6
Gambar 2.2 Daerah Antena ... 7
Gambar 4.1 Model antena mikrostrip patch segitiga sama sisi ... 41
Gambar 4.2 Grafik VSWR hasil simulasi awal ... 44
Gambar 4.3 Gain hasil simulasi awal ... 46
Gambar 4.4 Pola radiasi hasil simulasi awal………. 46
Gambar 4.5 Flowchart perancangan antena mikrostrip patch segitiga sama sisi………... 48
Gambar 4.6 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang saluran pencatu 25 mm dan panjang sisi patch segitiga 38,9 mm…... 49
Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang saluran pencatu 27 mm dan pnanjang sisi segitiga 37 mm………... 51
Gambar 4.8 Grafik VSWR hasil simulasi yang memenuhi (VSWR≤2)... 53
Gambar 4.9 Gain hasil simulasi yang memenuhi (VSWR≤2)………. 54
Gambar 4.10 Pola radiasi hasil simulasi yang memenuhi (VSWR≤2)……. 55
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik beberapa bahan dielektrik ... 15
Tabel 3.1 Standar – standar WLAN 802.11 ... 31
Tabel 3.2 Wifi Channel.…... 35
Tabel 4.1 Spesifikasi substrat yang digunakan... 37
Tabel 4.2 Tabel data gain yang diperoleh hasil simulasi awal………. 45
Tabel 4.3 Karakteristik perubahan panjang saluran pencatu…………. 50
Tabel 4.4 Karakteristik perubahan panjang sisi patch segitiga...……… 52
i ABSTRAK
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Luas
cakupan WLAN meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan
sebagainya. Salah satu perangkat yang dibutuhkan pada sistem WLAN adalah
antena. Ada berbagai jenis antena yang dapat digunakan pada WLAN diantaranya
adalah antena mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki 3 komponen yaitu patch (trace) yang
merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik, dan
groundplane yang merupakan bagian paling bawah. Bentuk dari patch dapat
berupa segiempat, segitiga, lingkaran, elips, dan lain sebagainya.
Tugas akhir ini membahas perancangan dan simulasi model antena
mikrostrip patch segitiga sama sisi yang dapat diaplikasikan pada sistem WLAN.
Perancangan antena ini menggunakan software simulator Ansoft Designer HFSS
v10.0. Hasil dari perancangan antena mikrostrip patch segitiga sama sisi ini
diperoleh nilai VSWR sebesar 1,98 untuk frekuensi 2,4 GHz dan 1,99 untuk
frekuensi 2,5 GHz, pola radiasi unidirectional, dan gain sebesar -2,07 dB.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Telekomunikasi adalah salah satu bidang yang memiliki peranan penting
pada abad ini. Dengan telekomunikasi orang saling bertukar informasi satu
dengan yang lainnya. Salah satu bagian utama dalam sistem telekomunikasi radio
adalah antena. Teknologi telekomunikasi saat ini terus mengalami
perkembangan. Hal ini juga didukung dengan perkembangan antena yang dapat
memenuhi kebutuhan teknologi tersebut. Berbagai antena yang telah banyak
dikembangkan dalam beragam aplikasi seperti penginderaan jauh, radar,
telemetri, biomedik, radio bergerak, dan komunikasi satelit.
Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang mengikuti
perkembangan teknologi telekomunikasi. Antena ini mengalami perkembangan
sejak 1970an dan masih terus dikembangkan hingga kini. Berbagai aplikasi
komunikasi radio telah dipenuhi oleh antena mikrostrip.
Untuk mendukung teknologi WLAN, antena mikrostrip memiliki bentuk
yang kecil dan compatible serta mampu bekerja pada frekuensi WLAN. Berikut
2 Gambar 1.1 Ilustrasi antenna mikrostrip pada laptop
Pada tugas akhir ini, akan dibahas tentang perancangan antena mikrostrip
patch segitiga sama sisi untuk aplikasi WLAN. Bentuk segitiga memiliki
keunggulan dibandingkan dengan bentuk rectangular (segiempat), yaitu untuk
menghasilkan karakterisasi radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan untuk antena
segitiga lebih kecil dibandingkan luas antena bentuk segiempat.
Parameter-parameter utama yang akan dianalisis adalah VSWR (Voltage Standing Wave
Ratio), pola radiasi, dan gain.
1.2Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan,
yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segitiga sama sisi?
2. Bagaimanakah spesifikasi antena yang diperlukan pada sistem WLAN?
3. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segitiga sama sisi untuk
aplikasi WLAN yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz (2,4 – 2,5 GHz)?
A n t e n a m i k r o s t r i p
A c c e s s p o i n t
1.3Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah merancang antena mikrostrip patch
segitiga sama sisi untuk aplikasi wireless LAN yang bekerja pada frekuensi 2,4
GHz (2,4 – 2,5 GHz).
1.4Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut:
1. Parameter yang dibahas hanya : dimensi antena, VSWR, bandwidth, pola
radiasi dan gain.
2. Perancangan dilakukan dengan menggunakan simulator ansoft designer
HFSS versi 10.0.
3. Perancangan hanya diatas kertas, tidak sampai pada tahap fabrikasi.
1.5Metodologi Penulisan
Metode penulisan yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain
yang terkait serta dari layanan internet berupa jurnal-jurnal penelitian.
2. Merancang antena mikrostrip patch segitiga sama sisi
Merupakan proses merancang antena mikrostrip patch segitiga sama sisi
4 Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan
masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan,
serta sistematika penulisan.
BAB II ANTENA MIKROSTRIP
Bab ini berisi penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum
dan penjelasan tentang antena mikrostrip patch segitiga sama sisi.
BAB III WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
Bab ini berisi teori tentang Wireless Local Area Network (WLAN) .
BAB IV PERANCANGAN DAN SIMULASI MODEL ANTENA
MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA SAMA SISI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
Bab ini berisi tentang perancangan dan simulasi model antena
mikrostrip patch segitiga sama sisi untuk aplikasi Wireless Local
Area Network (WLAN)dan hasil yang dicapai dari perancangan
tersebut.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan
sebelumnya.
BAB II
ANTENA MIKROSTRIP
2.1 Pengertian Antena
Pada sistem komunikasi radio diperlukan antena sebagai pelepas energi
elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima
energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting dalam sistem
komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon
genggam, radio, dan lain-lain.
Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari
saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. 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.
Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan
6 resonator. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini
merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[1].
Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi
2.2 Daerah Antena
Daerah antena merupakan pembatas dari karakteristik gelombang
elektromagnetika yang dipancarkan oleh antena. Pembagian daerah di sekitar
antena dibuat untuk mempermudah pengamatan struktur medan di
masing-masing daerah antena tersebut. Gambar 2.2 menjelaskan tentang daerah-daerah di
sekitar antena [1]. E
sumber sal. transmisi antena Gel. ruang bebas teradiasi
Gambar 2.2 Daerah Antena
Ruang-ruang di sekitar antena dibagi ke dalam 3 daerah, yaitu :
1. Daerah medan dekat reaktif
Daerah ini didefenisikan sebagai bagian dari daerah medan dekat di
sekitar antena, di mana daerah reaktif lebih dominan. Apabila λ adalah panjang
gelombang dan D adalah dimensi terluar antena, untuk kebanyakan antena batas
terluar daerah ini adalah [1] :
< 0,62 (2.1)
2. Daerah medan dekat radiasi
Daerah ini didefenisikan sebagai daerah medan antena antara medan
dekat reaktif dan daerah medan jauh di mana medan radiasi dominan dan
distribusi medan bergantung pada jarak dari antena. Daerah ini sering juga
disebut daerah Freshnel dimana [1] :
8 3. Daerah medan jauh
Daerah medan jauh merupakan daerah antena di mana distribusi medan
tidak lagi bergantung kepada jarak dari antena. Di daerah ini, komponen medan
transversal dan distribusi angular tidak bergantung pada jarak radial di mana
pengukuran dibuat. Semua spesifikasi diperoleh dari pengukuran yang dilakukan
di daerah ini, dengan syarat [1] :
> 2 (2.3)
2.3 Parameter Antena
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai
parameter-parameter antena tersebut [1]. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling
berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya
digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage
Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan
penguatan.
2.3.1 Impedansi Masukan
Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus.
Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu.[1]
( ) = ( )
saluran, berbeda dengan karakteristik impedansi saluran (Z0) yang berhubungan
dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang.
Pada saluran transmisi, nilai z diganti dengan nilai – ( = −), sehingga
2.3.2 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 yang dikirimkan disebut sebagai koefisien
refleksi tegangan (Γ), yaitu :
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka :
a. Γ= −1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
b. Γ= 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.
10 Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [1] :
= = 1 + |Γ|
1−|Γ| (2.7)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang
berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.
Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai
standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR≤2.
2.3.3 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat
terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada
frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh [1] :
= 20 |Γ| (2.8)
Nilai dari return loss yang baik adalah di bawah -9,54 dB, nilai ini
diperoleh untuk nilai VSWR ≤ 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang
direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang
dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai
parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat
bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.
2.3.4 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana
kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti
impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, pola radiasi, gain, efisiensi, VSWR,
return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwitdh dapat dicari dengan rumus
berikut [1] :
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :
a. 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. Nilai
return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54
dB.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau
gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai
tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth
12 c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana
polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk
polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.
2.3.5 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan
(rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas
radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah
daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan,
arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan
ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini [1] :
= = 4 (2.10)
Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi
maksimum yang didapat dengan rumus [1] :
= = = 4 (2.11)
Keterangan :
D = keterarahan
D0 = keterarahan maksimum
U = intensitas radiasi maksimum
Umax = intensitas radiasi maksimum
U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
2.3.6 Penguatan (Gain)
Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut
(absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada
sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah
tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh
antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan
daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh
antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan rumus
[1] :
= 4 ( , ) (2.12)
Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif
didefenisikan 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. Akan tetapi, antena
referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat
dihubungkan sebagai berikut [1] :
= 4 ( , ) (2.13)
2.3.7 Pola Radiasi
Pola radiasi pada sebuah antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi
14 2.3.8 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
kerja antena.
2.4 Antena Mikrostrip
Salah satu antena yang paling populer saat ini adalah antena mikrostrip.
Hal ini disebabkan karena antena mikrostrip sangat cocok digunakan untuk
perangkat telekomunikasi yang sekarang ini sangat memperhatikan bentuk dan
ukuran.
2.4.1 Pengertian Antena Mikrostrip
Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu micro
(sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip dapat
didefenisikan sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti
bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil.
Gambar 2.3 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip [2].
Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan
ground plane. Patch terletak di atas substrat, sementara ground plane terletak
pada bagian paling bawah.
Pada umumnya, patch terbuat dari logam konduktor seperti tembaga
atau emas dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Bentuk patch antena
mikrostrip yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, lingkaran, dan
lain-lain. Patch berfungsi sebagai pemancar (radiator). Patch dan saluran
pencatu biasanya terletak di atas substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis ( ≪ ;
t=ketebalan patch). Substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat
biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,003 λ0 – 0,05λ0 [1].
Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik beberapa bahan dielektrik
Bahan dielektrik Nilai konstanta dielektrik (εr)
Alumina 9,8
Material sintetik – Teflon 2,08
Material komposit – Duroid 2,2 – 10,8
Ferimagnetik – Ferrite 9 – 16
Semikonduktor – Silikon 11,9
Fiberglass 4,882
Tabel 2.1 menunjukkan nilai permeativitas relatif bahan dielektrik yang
sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip. Tampak bahwa
semikonduktor (silikon) memiliki nilai εr yang lebih tinggi dan teflon memiliki
16 akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang
lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri. Oleh sebab itu,
kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran, dan performa akan menghasilkan
antena mikrostrip yang mempunyai ukuran yang kompak dengan performa yang
masih dalam batas toleransi.
2.4.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam
aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena
mikrostrip juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit
utamanya, seperti pada handphone, missile, dan peralatan lainnya. Pada zaman
sekarang, pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir
semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah
fisik antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan
antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya..
Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah [2] :
1. Mempunyai bobot yang ringan dan volume yang kecil.
2. Konfigurasi yang low profile sehingga bentuknya dapat disesuaikan
dengan perangkat utamanya.
3. Biaya fabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang
besar.
4. Mendukung polarisasi linear dan sirkular.
5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits
(MICs)
6. Kemampuan dalam dual frequency.
7. Tidak memerlukan catuan tambahan.
Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu :
1. Bandwidth yang sempit
2. Efisiensi yang rendah
3. Penguatan yang rendah
4. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array
5. Memiliki daya (power) yang rendah
6. Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)
2.4.3 Teknik Pencatuan
Antena mikrostrip dapat dicatu dengan beberapa metode. Metode-metode
ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan
tidak terhubung (non-contacting) [3]. Pada metode terhubung, daya RF dicatukan
secara langsung ke patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung.
Pada metode tidak terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik
untuk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa
teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial
probe, aperture coupling dan proximity coupling.
2.4.4 Jenis-jenis Antena Mikrostrip
Berdasarkan bentuk patch-nya antena mikrostrip terbagi menjadi :
a. Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular)
b. Antena mikrostrip patch persegi (square)
c. Antena mikrostrip patch lingkaran (circular)
18 Bentuk patch antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Jenis-jenis patch antena mikrostrip
2.5 Antena Mikrostrip Pacth Segitiga Sama Sisi
Salah satu bentuk patch antena mikrostrip adalah segitiga. Bentuk segitiga
ini terbagi berdasarkan besar ketiga sudutnya yaitu, 450-450-900, 300-600-900, dan
600-600-600. Bentuk segitiga memiliki keunggulan dibandingkan dengan bentuk
segi empat: yaitu untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang sama, luas yang
dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil dibandingkan dengan luas yang
dibutuhkan oleh bentuk segi empat. Hal ini sangat menguntungkan dalam
fabrikasi antena. Bentuk geometri pacth antena segitiga sama sisi dapat
ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Rectangular Square Circular
Elliptical Triangular Circular Ring
Gambar 2.5 Antena mikrostrip patch segitiga sama sisi
2.6 Pertimbangan-pertimbangan dalam Merancang Antenna Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi
Di dalam merancang antena mikrostrip patch segitiga sama sisi ada
beberapa pertimbangan yang harus di perhatikan, yaitu :
2.6.1 Pemilihan Substrat dan Panjang Sisi Patch Segitiga
Pertimbangan memilih substrat untuk antenna mikrostrip patch segitiga
sama sisi sama, yaitu dimulai dengan memilih bahan dielektrik yang cocok
dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi-rugi garis singgung. Semakin
tebal substrat, di samping secara mekanik akan lebih kuat, akan menigkatkan
daya radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan memperbaiki impedansi
20 sama seperti ketebalan substrat. Nilai yang rendah akan meningkatkan daerah
pinggir dari keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu
substrat dengan nilai ≤2.5 lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch
yang lebih kecil. Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang
sama ketika menurunya nilai dari karakteristik antena. Rugi-rugi garis
singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi-rugi dielektrik dan oleh karena itu
hal ini akan menurunkan efisiensi antena. Bahan yang biasa digunakan sebagai
substrat diantaranya adalah honeycomb ( = 1.07), duroid ( = 2.32), quartz
( = 3.8), dan alumina ( = 10). Jadi substrat yang digunakan haruslah
memiliki konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini bertujuan agar diperoleh
efisiensi radiasi yang lebih tinggi. Selain itu substrat yang semakin tebal akan
meningkatkan impedansi bandwidth.
Untuk menentukan panjang sisi segitiga, frekuensi resonansi lebih dahulu
ditentukan dengan rumus berikut [2][4]:
Dimana c merupakan cepat rambat gelombang cahaya. Persamaan (2.14)
berlaku jika elemen peradiasi segitiga dikelilingi oleh dinding magnet yang
sempurna. Jika elemen peradiasi dikelilingi oleh dinding magnet yang tidak
sempurna, maka nilai diganti dengan nilai yang merupakan nilai efektif dari
panjang sisi segitiga.
Untuk mode TM10 frekuensi resonansi (f ) didefinisikan sebagai berikut :
=
Berbagai macam model matematika telah dianjurkan untuk
memprediksikan karakteristik radiasi dari radiator antena mikrostrip patch
segitiga sama sisi. Ungkapan mengenai daerah jauh diperoleh dengan
menggunakan model rongga yang sederhana dan memenuhi syarat untuk tujuan
praktis. Pola radiasinya dapat digambarkan dengan menggunakan persamaan [2] :
22 2.6.3 Efisiensi Radiasi
Efisiensi radiasi diartikan sebagai perbandingan daya yang teradiasi
terhadap daya input, yang dinyatakan dengan [2] :
= = (2.22)
Pada antena mikrostrip patch segitiga sama sisi efisiensi akan
meningkatkan ketebalan substrat dan akan menurunkan konstanta dielektrik.
2.6.4 Lokasi Titik Pencatu (Feed Point)
Setelah diperoleh panjang sisi segitiga dari patch untuk substrat yang
telah diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan feed point/titik pencatu
( , ) dimana dalam hal ini harus ada kecocokan antara impedansi input dari
patch dan impedansi generator. Karena disini tidak ada nilai lebih dari axis patch
2.7 Simulator Ansoft HFSS 10.0
Dalam tugas akhir ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS
10.0. Pada HFSS, model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar
tetrahedron. HFSS adalah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan
performa yang baik untuk pemodelan benda 3 dimensi yang memiliki volume
yang berubah-ubah. HFSS ini menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan
proses pemodelan ke dalam suatu bentuk yang mudah untuk dipelajari. Simulator
ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung parameter seperti S parameter,
frekuensi resonansi, dan medan.
Simulator ini khususnya digunakan pada bidang:
a) Package Modeling BGA, QFP, Flip-Chip
b) PCB Board Modeling Power/Ground planes, Mesh Grid
Grounds,Backplanes
c) Silicon/GaAs Spiral Inductors, Transformers
d) EMC/EMI Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation
e) Antennas/Mobile Communications Patches, Dipoles, Horns,
ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption
Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency
Selective Surfaces(FSS)
24 berhubungan dengan bentuk geometri 3 dimensi yang berubah-ubah khususnya
yang memilki bentuk dan kurva yang kompleks.
HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator.
Ansoft merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method
(FEM) untuk simulasi elektromagnetik dengan mengembangkan serta
menerapkan teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing,
dan Adaptive Lanczos-Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan dari HFSS dapat
dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Tampilan Awal Ansoft HFSS v10.0
2.8 Proses Pencarian Solusi Simulator HFSS 10.0
Untuk mendapatkan grafik VSWR suatu antena, bisa dicari dari nilai
koefisien pantul ( Г ) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan
parameter S. Sebelum mengkomputasi nilai VSWR kedalam grafik, maka HFSS
Menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam
setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema seperti pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Proses pencarian solusi HFSS 10.0
Dari Gambar 2.7 dapat dijelaskan bahwa :
a) Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS 10.0 ada 3 yaitu
driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan tentang
antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe solusi
driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk
mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur
frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber
26 pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasaan
lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak
pencatuan model (Excitation).
c) Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus
diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter
ini meliputi:
1. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai
frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang
menggunakan sistem adaptive mesh.
2. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria nilai
jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi
adaptive.
3. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter
S antara dua lintasan yang saling berhubungan
Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency
sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya.
BAB III
WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
3.1 Wireless
Teknologi komunikasi wireless adalah suatu operasi komunikasi tanpa
menggunakan suatu media yang terlindung atau terbungkus seperti menggunakan
media udara sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan sinyal pada setiap
tujuannya. Sistem wireless menggunakan suatu gelombang radio atau gelombang
elektromagnetik sebagai jalur komunikasinya.
Pada awalnya teknologi wireless ini berasal dari penemuan telegraf yang
diciptakan pada tahun 1895, dan terus berkembang sehingga akhirnya saat ini
telah banyak terjadi kemajuan di bidang telekomunikasi, contohnya radio,
televisi, telepon selular, komunikasi satelit, dan lain – lain. Selain itu masih
terdapat beberapa model device yang menggunakan teknologi wireless, yaitu
peralatan komputer tanpa kabel seperti keyboard dan mouse wireless, remote
control, global positioning system (GPS), dan wireless LAN.
3.2 Local Area Network (LAN)
Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan
selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki
mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, mudah dan memuaskan serta
28 Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling
dihubungkan bersama di dalam satu area tertentu yang tidak begitu luas, seperti
di dalam satu kantor atau gedung.
Jaringan komputer adalah sekelompok komputer otonom yang saling
berhubungan antara satu dengan yang lainnya menggunakan protokol komunikasi
melalui media komunikasi sehingga dapat berbagi informasi, program - program,
penggunaan bersama perangkat keras seperti printer, hard disk, dan sebagainya.
Selain itu jaringan komputer bisa diartikan sebagai kumpulan sejumlah terminal
komunikasi yang berbeda di berbagai lokasi yang terdiri dari lebih satu komputer
yang saling berhubungan.
Jaringan komputer local digunakan untuk menghubungkan simpul yang
berada di daerah yang tidak terlalu jauh dengan radius 100m - 200m, tergantung
jenis kabel penghubung yang digunakan. Kecepatan transfer data pada jaringan
local ini sedah relatif tinggi yaitu antara 1 - 100 Mbps atau sekitar 125.000 -
125.500.000 karakter per detik sehingga sudah dapat mendukung distribusi data
grafis.
3.3 Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai
dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal
yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya,
yang tidak menggunakan kabel.
Gambar 3 Jaringan WLAN dan Arsitekturnya
Gambar 3 menunjukkan bagaimana jaringan WLAN dan arsitekturnya.
Sistem koneksi WLAN adalah dengan menggunakan gelombang elektromagnetik
untuk mengirim dan menerima data lewat media udara. Dengan komunikasi
jaringan yang menggunakan media tanpa kabel, maka diharapkan WLAN dapat
meminimalisasikan kebutuhan untuk komunikasi menggunakan kabel, walaupun
penggunaan kabel masih tetap ada dalam mendukung aplikasi WLAN.
Penggunaan WLAN tidak akan mengurangi keuntungan yang telah
diperoleh dari aplikasi yang lebih tradisional yaitu LAN dengan menggunakan
kabel. Hanya saja pada WLAN ini, cara melihat suatu jaringan LAN harus
didefinisikan kembali. Konektivitas antar para pengguna tidak lagi
mempengaruhi pada saat penginstalasian.
Local Area tidak lagi terbatas diukur dengan menggunakan satuan kaki
30 Selain itu, WLAN sendiri mengkombinasikan hubungan antar data dengan
penggunaan yang aktif bergerak, dan melalui konfigurasi yang sederhana maka
WLAN dapat berpindah – pindah sesuai dengan kebutuhan pengguna.
WLAN sama seperti sebuah kartu Ethernet yang tidak menggunakan
kabel sebagai media penyambungnya, dimana pengguna berhubungan dengan
server melalui modem radio. Salah satu bentuk modem radio yaitu PC card yang
digunakan untuk laptop.
Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan
untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih rendah
dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai
keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran.
3.4 Standar WLAN 802.11
Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF
wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema
encoding, jenis antena, dan protokol jaringan wireless. Banyaknya variasi jenis
tentu saja tidak menguntungkan bagi para pengguna. Untuk itu pada jaringan
wireless ditetapkan standarisasi peralatan wireless yang disebut standarisasi IEEE
802.11.
Dengan berkembangnya waktu, implementasi dari standar ini semakin
populer dan meluas. Penambahan ekstensi di belakang 802.11 dipergunakan
untuk mengenali beberapa perbaikan dan tambahan fitur dari standar yang telah
ditentukan oleh 802.11. Dari sekian banyak standar, ada empat jenis standar yang
sering digunakan dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b,
dan 802.11g. Tabel 3.1 menunjukkan standar – standar WLAN 802.11.
Tabel 3.1 Standar – Standar WLAN 802.11
802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps
802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps
802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi
802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN
802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk
memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN
802.11g Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps
802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik
802.11i
Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat
dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol Autentifikasi
dan Enkripsi
802.11j Penambahan pengalamatan pada kanal 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang
3.4.1 Standar Awal 802.11
Standar ini merupakan standar awal untuk WLAN yang diperkenalkan
32 pada pita 2,4 GHz dan data rate hingga 2 Mbps. Karena versi ini hanya
mempunyai data rate maksimum 2 Mbps, versi ini tidak banyal dipergunakan
pada WLAN indoor.
802.11 merupakan standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data
1 Mbps hingga 2 Mbps. 802.11a merupakan standar High Speed WLAN untuk 5
GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps. 802.11b merupakan standar
WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut
Wi-Fi. 802.11e merupakan perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua
interface radio IEEE WLAN. 802.11f mendefinisikan komunikasi inter-access
point untuk memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN.
802.11g menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang
dimaksudkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps. 802.11h
mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan
Asia Pasifik. 802.11i menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat
dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol autentifikasi dan enkripsi.
802.11j merupakan penambahan pengalamatan pada channel 4,9 GHz hingga 5
GHz untuk standar 802.11a di Jepang.
3.4.2 Standar 802.11a
Pada tahun 1999, IEEE mengeluarkan standar 802.11a yang beroperasi
pada pita 5 GHz. Standar ini menggunakan skema modulasi yang disebut
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan kecepatan
transmisi data mencapai 54 Mbps. Keuntungan utama dari standar ini adalah
kapasitasnya yang cukup tinggi yang menjadikan standar ini sebagai pilihan yang
tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti
streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area
pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat
mencakup area tidak lebih dari 50 meter pada berbagai fasilitas. Akibatnya
standar ini memerlukan AP yang lebih banyak.
3.4.3 Standar 802.11b
Pada tahun yang sama ketika IEEE mengeluarkan standar 802.11a, IEEE
juga mengeluarkan standar 802.11b, tepatnya pada bulan Juli 1999. Standar ini
beroperasi pada frekuensi radio dengan bandwidth 97 MHz (frekuensi 2,4 GHz -
2,497 GHz). Standar ini menggunakan metode modulasi DSSS dengan kecepatan
transmisi datanya mencapai 11 Mbps. Keuntungan utama dari standar 802.11b
adalah range yang relatif panjang hingga 100 meter pada fasilitas di dalam
gedung. Range ini sangat efektif dipergunakan untuk mengembangkan LAN
secara wireless dibandingkan dengan standar sebelumnya.
Kerugian dari standar ini adalah terbatasnya penggunaan kanal pada pita
frekuensi 2,4 GHz. Standar ini hanya menggunakan tiga buah kanal bila
dibandingkan dengan standar 802.11 yang menggunakan 11 kanal untuk
melakukan konfigurasi AP. Pembatasan ini membuat dukungan standar 802.11b
terhadap performa aplikasi menengah seperti e-mail atau web surfing menjadi
lebih baik. Kerugian lain dari standar ini adalah terdapatnya kemungkinan
34 3.4.4 Standar 802.11g
Standar 802.11g dikeluarkan oleh IEEE pada bulan Juni 2003. Standar ini
beroperasi pada frekuensi yang sama seperti pada standar 802.11b yaitu pada pita
2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Tetapi standar ini menggunakan teknik modulasi
OFDM yang digunakan pada standar 802.11a. Kombinasi dari fitur ini
menghasilkan infrastruktur yang lebih cepat, lebih murah, serta koneksi yang
lebih luas.
Keunggulan dari standar ini adalah memiliki kompatibilitas dengan
standar 802.11b, dimana kita hanya perlu meng-upgrade AP pada jaringan
802.11b ke standar 802.11g. Tetapi peralatan pada standar 802.11b tidak
memahami transmisi pada peralatan 802.11g karena perbedaan teknik modulasi
pada kedua standar. Sehingga saat peralatan jaringan 802.11b digunakan pada
lingkungan standar 802.11g terdapat berbagai keterbatasan. Kerugian lainnya dari
standar ini adalah adanya interferensi RF karena standar ini menggunakan
frekuensi 2,4 GHz yang sarat dengan interferensi stasiun yang dapat
menyebabkan seluruh jaringan terganggu. Hal ini dapat diatasi dengan
menggunakan cincin (ring) ganda dengan salah satu cincin back-up seperti yang
dipakai pada jaringan ring berteknologi FDDI.
3.5 Wireless Channel
Jaringan wireless menggunakan konsep yang sama dengan stasiun radio,
dimana saat ini terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan
5 GHz yang bisa dianalogikan sebagai frekuensi radio AM dan FM. Frekuensi
2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g juga dibagi menjadi channel – channel
seperti pembagian frekuensi untuk stasiun radio.
Organisasi internasional ITU (International Telecomunication Union)
yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap
negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya
mengijinkan penggunakan channel 1-11, Eropa hanya menggunakan 1-13,
sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia
yaitu 1-14. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 3.2.
36 BAB IV
PERANCANGAN DAN SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA SAMA SISI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL
AREA NETWORK
4.1 Umum
Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah antena mikrostrip patch
segitiga sama sisi yang dapat digunakan pada sistem wireless LAN baik sebagai
penguat antena pada Access Point (AP) ataupun pada sisi terminal (laptop, PC
dan PDA). Perancangan antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator
antena Ansoft HFSS v10.0.
Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan jenis substrat dan
selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatunya.
Hasil dari perhtiungan tersebut kemudian disimulasikan dengan simulator Ansoft
HFSS v10.0.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa
karakterisasi berupa perubahan panjang 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,
gain antena dan pola radiasinya.
4.2 Jenis Substrat yang Digunakan
Dalam pemilihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengetahuan tentang
spesfikasi umum dari susbtrat tersebut, kualitasnya, ketersediannya, dan yang
tidak kalah penting adalah harga atau biaya yang harus dikeluarkan untuk
mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan dipabrikasi
secara massal untuk dipasarkan.
Jenis substrat yang dugunakan pada perancangan antena ini adalah sebuah
substrat jenis FR-4 dengan ketebalan h. Adapun parameter substrat dapat dilihat
pada tabel sebagai berikut.
Tabel 4.1 Spesifikasi substrat yang digunakan
Jenis Substrat FR-4
Konstanta Dielektrik Relatif (εr) 4,4
Dielektrik Loss Tangent (tan δ) 0,02 Ketebalan substrat (h) 1,6 mm
4.3 Perancangan Dimensi Patch Antena
Antena yang akan dirancang pada tugas akhir ini adalah antena mikrostrip
patch segitiga sama sisi dengan frekuensi kerja 2,45 GHz (2,4 – 2,5 GHz). Untuk
perancangan awal digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch
berbentuk segitiga seperti yang telah dijelaskan di dalam Bab II yaitu pada
Persamaan(2.18). Dari perhitungan tersebut yang berdasarkan spesifikasi substrat
yang akan digunakan diperoleh panjang sisi patch segitiga adalah 38,9 mm.
=
√ =
×
38 4.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan
mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk
mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran
pencatu dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan
persamaan (2.23a) dan (2.23b). Untuk nilai z0 = 50 Ω, εr = 4,4 dan h = 1,6 mm,
Dengan menggunakan persamaan 2.24 maka didapatkan lebar saluran pencatu
sebesar 3 mm.
4.5 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segitiga
Dalam tugas akhir ini, perancangan antena mikrostrip patch segitiga
dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu dimulai dengan perancangan patch,
perancangan saluran pencatu (feed line), perancangan groundplane, perancangan
substrat dan perancangan port saluran pencatu. Adapun langkah-langkah untuk
membuat model antena ini adalah :
a. Perancangan patch
Adapun langkah-langkah untuk merancang pacth antena adalah :
1) Pilih menu Draw lalu pilih regular polyhedron.
2) Tentukan number of segment, yaitu 3.
3) Masukkan nilai koordinatnya (penentuan koordinat patch sangat
berpengaruh terhadap panjang sisi segitiga, letak dan bentuk
segitiga), dalam hal ini kita harus benar-benar teliti dalam
memasukkan nilai koordinat.
4) Klik attribute tab dan kemudian namanya diisi dengan patch.
5) Atur material, untuk tugas akhir ini material patch yang digunakan
adalah cooper.
6) Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya.
b. Perancangan saluran pencatu (feed line)
1) Pilih item Draw lalu pilih box
2) Masukkan nilai koordinatnya (arah dan besarnya)
3) Klik attribute tab dan kemudian namanya diisi dengan feed line
4) Klik material kemudian ganti materialnya menjadi cooper
5) Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya
c. Perancangan Groundplane
1) Pilih item Draw lalu pilih box
40 5) Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya
d. Perancangan substrat
1) Pilih item Draw lalu pilih box
2) Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)
3) Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan substrat
4) Klik material dan kemudian ganti materialnya menjadi FR4 epoxy
5) Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya.
e. Perancangan port saluran pencatu
1) Pilih item Draw lalu pilih rectangle
2) Tetapkan porosnya, yang menjadi poros adalah sumbu z
3) Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)
4) Klik attribute tab dan kemudian ganti buat orientasinya menjadi
global
5) Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya
Setelah semua langkah tersebut dilakukan maka akan dihasilkan model antena
mikrostrip patch segitiga sama sisi seperti yang tampak pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Model Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi
4.6 Simulasi Model Antena
Setelah model antena selesai dibuat langkah selanjutnya adalah
menjalankan simulasinya. Hasil rancangan model akan disimulasikan dengan
menggunakan simulator Ansoft HFSS v 10.0.
Untuk menjalankan simulasi ini langkah selanjutnya adalah klik menu
HFSS kemudian pilih analysis setup, lalu pilih add solution setup, maka akan muncul solution setup window. Lalu diisi nama setup-nya, diikuti yang ada di
42 tiap setup. Lalu isi nilai maximum number of phases menjadi 15. Kemudian isi
nilai maximum delta S sebesar 0,02 lalu pilih OK.
Selanjutnya klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup lalu pilih add
sweep. Pilih solution setup-nya setup1 dan klik tombol OK. Kemudian edit window sweep-nya, atur sweep type menjadi fast dan diatur juga frequency setup type menjadi linear count. Kemudian atur frekuensi start sebesar 2,3 GHz, frekuensi stop: 2,6 GHz dan buat nilai count menjadi 61. Lalu klik tombol OK.
Setelah itu langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS lalu pilih
validation check. Tujuan dari validation check ini adalah untuk memeriksa apakah model yang kita buat sudah layak dan benar untuk dijalankan. Jika model
yang kita buat telah layak dan benar untuk dijalankan maka akan muncul tanda
check list berwarna hijau. Tetapi jika belum maka akan muncul tanda silang
berwarna merah. Hal ini menandakan bahwa ada error pada model yang kita
buat. Untuk melihat pesan error gunakan message manager yang ada di sudut
kanan bawah. Ada beberapa hal yang diperiksa pada validation check ini, yaitu :
a) 3D model
error) maka proses simulasi tidak dapat dilanjutkan.
Setelah melewati validation check, langkah selanjutnya adalah
menganalisis model. Untuk menganalisis model ini dengan klik menu HFSS lalu
pilih analyze. Proses menganalisis ini berlangsung sekitar 20 menit. Setelah
proses analisis selesai maka dapat ditampilkan grafik VSWR, pola radiasi, dan
gain.
Untuk menampilkan grafik VSWR, caranya adalah dengan menekan
tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type
menjadi modal S parameter dan atur display set menjadi rectangular plot, lalu
tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window traces ini atur
solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi
VSWR, atur juga quantity menjadi VSWR(lumport1), kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik VSWR.
Untuk menampilkan pola radiasi, caranya adalah dengan menekan tombol
HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi far field dan atur display set menjadi 3D polar plot, lalu tekan OK. Maka
akan muncul window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi
setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi directivity, atur juga quantity menjadi DhirTotal, kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik pola radiasi.
Untuk menampilkan gain, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS
lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi far
44 GainTotal, kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul tabel gain.
Dari model yang telah dibuat dengan nilai lebar saluran pencatu (feed
line) dan panjang sisi patch segitiga yang diperoleh melalui perhitungan yaitu 3
mm dan 38.9 mm, dengan hasil simulasi yang didapatkan, yakni :
a) VSWR
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan nilai
VSWR sebesar 2,40 untuk frekuensi 2,4 GHz, 6,41 untuk frekuensi 2,45
GHz dan 4,45 untuk frekuensi 2,5 GHz seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik VSWR Hasil Simulasi Awal
b) Gain
Dari simulasi yang telah dilakukan maka di dapat data gain seperti
pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Tabel Data Gain yang Diperoleh Hasil Simulasi Awal
Dari tabel data gain diperoleh dari hasil simulasi awal yaitu
dengan nilai sebesar -2,84 dB untuk frekuensi kerja 2,45 GHz.
Dan radiation pattern gain diperoleh yaitu seperti yang terlihat
46 Gambar 4.3 Gain hasil simulasi awal
c) Pola radiasi
Dari simulasi yang dilakukan maka diperoleh pola radiasi seperti
yang tampak pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Pola radiasi hasil simulasi awal
4.7 Karakterisasi Antena
Hasil simulasi yang didapatkan dari perhitungan ternyata tidak memenuhi
nilai VSWR yang diinginkan (VSWR ≤ 2). Untuk mendapatkan hasil yang
memenuhi maka digunakanlah 2 cara, yaitu :
a. Megubah-ubah nilai panjang pencatu
Simulasi yang pertama dilakukan untuk nilai panjang pencatu sebesar 25
mm. Jika hasil dari simulasi untuk panjang pencatu sebesar 25 mm telah
didapatkan, maka lakukan lagi simulasi untuk panjang pencatu 25,5 mm sampai
30 mm dengan kelipatan 0,5 mm. Kemudian didapat hasil yang paling mendekati
acuan yaitu VSWR ≤ 2 dan dijadikan sebagai panjang saluran pencatu yang tetap
untuk karakterisasi antenna dengan perubahan panjang sisi patch segitiga.
b. Mengubah-ubah panjang sisi patch segitiga
Jika telah didapatkan hasil yang mendekati (VSWR ≤ 2) dengan cara
megubah-ubah nilai dari panjang pencatu, maka langkah selanjutnya adalah
mengubah-ubah panjang sisi patch segitiga. Dengan menggunakan nilai dari
panjang pencatu yang mendekati (VSWR ≤ 2) pada langkah pertama, maka
selanjutnya simulasi dilakukan dengan mengubah ubah panjang sisi patch
segitiga dari 37 mm – 39 mm dengan selang 0,1 mm. Catat hasil simulasi yang
mendekati hasil yang diinginkan. Adapun flowchart dari simulasi ini seperti pada
48 Gambar 4.5 Flowchart perancangan antena mikrostrip patch segitiga sama sisi
4.8 Hasil Simulasi dari Karakteristik Antena
Hasil simulasi dengan karakteristik antena, yaitu :
a. Mengubah-ubah panjang saluran pencatu
Dalam hal ini nilai dari panjang pencatu berubah-ubah dari 25 mm sampai
30 mm dengan kelipatan 0,5 mm, sedangkan panjang sisi patch segitiga dibuat
tetap yaitu sebesar 38,9 mm (yang didapat dari hasil perhitungan dengan
menggunakan Persamaan (2.18).
Untuk panjang pencatu sebesar 25 mm didapatkan VSWR sebesar 1,61
untuk frekuensi 2,4 GHz, 2,98 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 4,79 untuk
frekuensi 2,5 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6
50 Untuk data hasil simulasi dengan perubahan panjang saluran pencatu dapat
dilihat pada Tabel 4.3 dengan perolehan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz,
2,45 GHz, dan 2,5 GHz.
Tabel 4.3 Karakteristik perubahan panjang saluran pencatu
b. Mengubah – ubah dimensi patch antena
Dari simulasi yang dilakukan untuk panjang pencatu yang diubah-ubah
didapatkan hasil bahwa untuk panjang pencatu sebesar 27 mm hasilnya akan
mendekati hasil yang diinginkan (VSWR ≤ 2). Maka untuk simulasi karakteristik
yang kedua yaitu dengan panjang saluran pencatu tetap yaitu sebesar 27 mm.
Sedangkan panjang sisi patch segitiga akan diubah dari 37 mm sampai 39 mm
dengan selang 0,1 mm.
Untuk panjang sisi sebesar 37 mm didapatkan VSWR sebesar 3,31 untuk
frekuensi 2,4 GHz, ,1,84 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 1,2 untuk frekuensi 2,5
Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang saluran pencatu 27 mm dan panjang sisi patch segitiga 37 mm
Dari Gambar 4.7 terlihat grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang sisi
patch 37 mm pada frekuensi 2,4 GHz tidak memenuhi kriteria yang diinginkan
yaitu nilai VSWR yang diperoleh lebih besar dari 2 sedangkan nilai VSWR yang
kita butuhkan adalah dengan nilai 2 atau lebih kecil.
Untuk hasil simulasi karakteristik perubahan panjang sisi patch segitiga
(dengan panjang saluran tetap yaitu sebesar 27 mm) yang telah didapat terlihat
pada Tabel 4.4 dengan perolehan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz, 2,45 GHz,
52 Tabel 4.4 Karakteristik perubahan panjang sisi patch segitiga
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan maka dapat dilihat bahwa nilai
yang diinginkan berada pada saat panjang saluran pencatu sebesar 27 mm dan
panjang sisi patch segitiga sebesar 37,7 mm, maka didapatkan hasil simulasi yang
memenuhi nilai VSWR ≤ 2 sebagai berikut :
