TUGAS AKHIR
SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI
EMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED
UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
090422022
GIAT FRANSISCO BATUBARA
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless
yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate
yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video
dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas
serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun
Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX
adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah
antena mikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki
keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan
sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3
komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang
menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling
bawah.
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna
mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat
digunakan untuk aplikasi WiMAX . Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja
KATA PENGANTAR
Segala puji serta syukur penulis haturkan kehadiran Tuhan Yang Maha
Esa yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala
cobaan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Akhir ini adalah:
SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED
UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz
Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan
ibunda tercinta yang telah mengorban segalanya buat anaknya yang tercinta.
Semoga dengan segala pengorbannyan Tuhan Yang Maha Esa membalasnya
dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak.
Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini 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 yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis hingga Tugas
Akhir terselesaikan.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro dan selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis selama
3. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Dosen Pembanding Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT dan Ibu Naemah
Mubarakah, ST.MT yang telah membantu dalam penyempurnaan Tugas
Akhir ini .
5. Bapak Ir. Syahrawardi , Selaku Penasehat Akademis Penulis.
6. Kepada Bapak dan Ibu tercinta D.Batubara dan R.Sitorus Pane yang telah
menghatarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.
7. Keluarga penulis Bellina Irawati Batubara, Deri Erianto Batubara, Tante
Jonny, opung, dan Tulang Prima Terima kasih atas perhatian dan doanya.
8. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bekal ilmu kepada
penulis selama menjalani perkuliahan.
9. Seluruh Karyawan di Dapartemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Martin dan Bang Divo
terima kasih atas semua bantuannya.
10.Adinda tersayang Ivana Ronauli Christina Hutagalung terima kasih atas
semua bantuan dan doanya.
11.Sahabat penulis Ornal Putra Purba yang telah membantu saya dalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
12.Sahabat-sahabat The Bagor : Hermanto Wadanku, Ornal Boss, Alex
Aparaku, Anris bobiku, Mangasi, Monic, Janri king, Charles, Willy,
masukan dan semangat kepada penulis dan semua pihak yang tidak
tersebutkan satu persatu.
13.Teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro: Emil, Lola, Haris,
Daniel, James.
14.Buat Bang dedy Terimakasih atas saran, nasihat dan wejangannya.
15.Buat Teman-teman Batalyon A Resimen Mahasiswa USU/Kader Perintis :
hermanto, Ornal, Julianto, Hendra Kesuma, Niko, Idris, Saut, Zulvia,
Roni, Andi, Thomas, Mastopan dan Alumni terima kasih untuk
semangatnya.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik
dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan
tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat
penulis harapkan.
Akhir kata penulis mohon perlindungan pada Tuhan Yang Maha Esa,
semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis
sendiri.
Medan, Februari 2014 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR. ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI... 6
2.1 Antena ... 6
2.2 Antena Mikrostrip ... 7
2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 8
2.4 Model Cavity ... 9
2.5 Parameter Umum Antena Mikrostrip ... 12
2.5.2 Return Loss ... 14
2.5.3 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) ... 14
2.5.4 Polarisasi ... 15
2.5.5 Keterarahan(Directivity) ... 18
2.5.6 Penguatan (Gain) ... 19
2.5.7 Frekuensi Resonansi ... 20
2.5.8 Pola Radiasi ... 21
2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 21
2.7 Aplikasi Mikrostrip ... 24
2.8 Aperture Couple ... 26
2.9 WiMAX ... 28
2.10 Tipe WiMAX ... 30
2.11 Cara Kerja WiMAX ... 30
2.12 Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 ... 31
2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 ... 33
2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0 ... 34
2.12.3 Perancangan Dasar Model Pada Ansoft HFSS v10.0 ... 34
2.12.4 Proses Pencarian Simulasi Simulator Ansoft HFSS v10.0 ... 35
BAB III PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PENCATUAN APERTURE UNTUK APLIKASI WIMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS V10.0 ... 37
3.2 Inisialisasi Model ... 38
3.3 Menjalankan Hasil Rancangan ... 40
3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0 ... 41
3.5 Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 41
3.5.1 Karakteristik Antena ... 42
3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 43
3.6.1 Parameter Pemodelan ... 45
3.6.2 Pembuatan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 45
3.6.2.1 Memulai HFSS v10.0 ... 45
3.6.2.2 Memodelkan Substrat ... 47
3.6.2.3 Memodelkan Patch ... 48
3.6.3 Memodelkan Saluran Pencatu ... 50
3.6.4 Memodelkan Slot Aperture ... 52
3.6.5 Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries) ... 53
3.7 Hasil Perancangan ... 54
3.8 Proses Validation Check ... 55
3.9 Menampilkan Hasil Simulasi ... 58
3.9.1 Gain ... 58
3.9.2 VSWR ... 59
4.1 Hasil Simulasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 61
4.2 VSWR Untuk Boundaries Yang Berubah-ubah ... 62
4.3 Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Secara Teori. 64 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori ... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
5.1 Kesimpulan ... 69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena ... 7
Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip ... 8
Gambar 2.3 Jenis – jenis antena mikrostrip ... 8
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch . ... 11
Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth ... 13
Gambar 2.6 Polarisasi linier ... 16
Gambar 2.7 Polarisasi menglingkar ... 17
Gambar 2.8 Polarisasi elips ... 18
Gambar 2.9 Pola radiasi antena ... 21
Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat ... 22
Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX ... 25
Gambar 2.12 Mikrostrip pada WLAN ... 25
Gambar 2.13 Mikrostrip pada bandpass filter ... 26
Gambar 2.14 Mikrostrip pada mobile satellite ... 26
Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed ... 27
Gambar 2.16 Pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara ... 29
Gambar 2.17 Jaringan wimax……….31
Gambar 2.18 Contoh tampilan 3D Ansoft HFSS V 10.0 ... 32
Gambar 2.19 Proses pencarian solusi Ansoft HFSS V 10.0 ... 35
Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 38
Gambar 3.3 Property window yang tampil setelah model dibuat ... 38
Gambar 3.4 Property window dengan tab attribute ... 39
Gambar 3.5 Project manager windows pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 40
Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostrip patch circular ... 41
Gambar 3.7 Antena mikrostrip patch segiempat ... 42
Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena mikrostrip patch segiempat ... 44
Gambar 3.9 Tampilan awal HFSS V 10.0 ... 46
Gambar 3.10 Menu Save As ... 46
Gambar 3.11 Tab attribute pada Substrate ... 47
Gambar 3.12 Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate ... 48
Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab attribute ... 49
Gambar 3.14 Pengisian koordinat untuk letak dan besar patch ... 49
Gambar 3.15 Memodelkan saluran pencatu ... 51
Gambar 3.16 Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu ... 51
Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture slot ... 52
Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab command ... 53
Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab attribute………...54
Gambar 3.20 Koordinat ruang batasan pada tab command………..54
Gambar 3.21 Hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat………..55
Gambar 4.1 Nilai solusi frekuensi yang diinginkan……….56
Gambar 4.3 Validation check tidak terdapat kesalahan……….…58
Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 42
Tabel 3.2 Parameter antena mikrostrip patch segiempat ... 45
Tabel 3.3 Data substrate ... 48
Tabel 3.4 Data Patch ... 50
Tabel 3.5 Data saluran pencatu ... 51
Tabel 4.1 Gain Hasil Simulasi ... 62
Tabel 4.2 Hasil simulasi dimensi Z size Boundaries diubah dengan radius 10 mm ... 63
Tabel 4.3 Hasil simulasi dimensi Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm dan Ysize atau panjang terhadap koordinat sumbu Y tetap………..….. 63
ABSTRAK
Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless
yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate
yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video
dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas
serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun
Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX
adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah
antena mikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki
keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan
sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3
komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang
menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling
bawah.
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna
mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat
digunakan untuk aplikasi WiMAX . Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi telekomunikasi saat ini berkembang dengan sangat
cepat. Industri telekomunikasi menuntut suatu sistem informasi harus tertata
dengan baik. Begitu juga dengan dunia informasi yang tersedia menuntut adanya
layanan komunikasi yang handal. Demikian juga teknologi wireless. Dengan wireless proses komunikasi bisa dilakukan dimana saja dan kapan saja. Berbagai teknologi sempat ditawarkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan
layanan komunikasi bergerak. Sebuah teknologi wireless yang saat ini dianggap mampu menyediakan kebutuhan tersebut adalah WiMAX.
Untuk dapat mendukung teknologi WiMAX, dibutuhkan sebuah antena
yang memiliki karakteristik bukan hanya harus compatible tetapi juga harus kecil, ringan dan bersifat portable, sehingga dapat dirakit pada peralatan Mobile subscriber (MS) dengan mudah tanpa harus memperbesar dimensi dan
membebaninya. Antena diperlukan untuk meningkatkan jarak jangkauan
komunikasi wireless. Salah satu jenis wireless yang banyak digunakan pada saat
sekarang ini adalah WiMAXmikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang sangat pesat
perkembangannya di dalam industri pertelekomunikasian. Hal ini disebabkan
karena mikrostrip memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena
salah satu alternatife bagi para pengguna WiMAX. Akan tetapi antena mikrostrip
memiliki karakteristik dengan bandwidth yang sempit. Beberapa teknik untuk
memperlebar bandwidth adalah dengan menggunakan teknik aperture couple
yaitu dengan mengatur jarak antar substrat (adjustable air gap).
Dalam Tugas akhir ini, akan dibahas tentang simulasi model antena
mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat
diaplikasikan pada teknologi WiMAX dengan frekuensi kerja 2,35 GHz.
1.2 Rumusan Masalah
Yang menjadi rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segiempat dengan
pencatuan aperture coupled?
2. Bagaimana memodelkan antena mikrostrip patch segi empat untuk aplikasi WiMAX yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz menggunakan
simulator Ansoft HFSS designer Versi 10.0?
3. Bagaimana spesifikasi antena yang diperoleh berdasarkan simulasi
dibanding dengan spesifikasi pabrik?
4. Apa saja kinerja antena mikrostrip?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk
1.4 Batasan Masalah
Untuk memudahkan pembahasan pada Tugas Akhir ini, maka dibuat
pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled.
2. Parameter yang dibahas : meliputi frekuensi kerja, gain, dan VSWR .
3. Pemodelan dan simulasi antena dilakukan dengan menggunakan perangkat
lunak Ansoft HFSS designer versi 10.0.
4. Hanya membandingkan data yang diperoleh dari hasil simulasi dengan
data pabrikan.
1.5 Metode Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini
adalah :
1. Studi Literatur, yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan
topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki
oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal,
internet, dan lain-lain.
2. Studi diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai
masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini.
3. Studi Analisis, yaitu perhitungan analitik dengan menggunakan perumusan
ilmiah kemudian dilakukan perancangan yaantena dengan menggunakan
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 merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar
belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode
penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II : TEORI DASAR
Bab ini menjelaskan tentang Defenisi dari Antena Mikrostrip,
Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip,
Parameter-Parameter Umum Antena Mikrostrip, Aplikasi-Aplikasi Antena
Mikrostrip, WiMAX, serta simulator Ansoft HFSS v10.0. BAB III : SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE
COUPLED UNTUK APLIKASI WiMAX 2,35 GHz
Bab ini membahas tentang Perancangan antena mikrostrip
patch segiempat dengan pencatuan aperture coupled yang
meliputi desain, pembuatan, dan pemodelan dengan
menggunakan Simulator Ansoft HFSS v10.0 dan uji data hasil
simulasi secara teori.
BAB IV : HASIL ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DENGAN
PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK
Bab ini akan membahas mengenai hasil analisis pemodelan
antena mikrostrip patch segiempat dan membandingkan hasil
parameter yang dicapai dengan parameter-parameter pabrikan
menggunakan software Ansoft HFSS v10.0, serta mengetahui
cara kerja dari antena tersebut dan perbandingan uji data hasil
simulasi secara teori.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Antena
Suatu antena dapat diartikan sebagai suatu tranduser antara saluran
transmisi atau pandu gelombang dalam suatu saluran transmisi dan suatu medium
yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik
berpropagasi (biasanya udara), ataupun sebaliknya. Dalam aplikasinya, suatu
antena dapat berfungsi selain sebagai media pemancar gelombang
elektromagnetik, juga sebagai penerima gelombang elektromagnetik secara efisien
dan berpolarisasi sesuai dengan struktur yang dimilikinya. Selain itu, untuk
meminimalkan refleksi gelombang pada titik antara saluran transmisi dan titik
catu antena, maka suatu antena harus mempunyai kesesuaian (matched) dengan saluran transmisi yang digunakan. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi
sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu
sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga
panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu.
Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang
disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang
dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang
dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi
energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke
energi magnet total dua kali setiap periode gelombang itu.
Beberapa contoh antena dalam berbagai bentuk dilihat pada Gambar 2.1.
sistem komunikasi satelit, telepon selular, sistem radar dan sensor otomatis
mobil anti tabrakan, dan masih banyak fungsi-fungsi yang lain[1].
Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena
2.2 Antena Mikrostrip
Antena microstrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada Gambar 2.2. Antena microstrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat
ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil
dibandingkan dengan antena jenis lain. Karena sifat yang dimilikinya, antena
microstrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan
tetapi antenna microstrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth
Gambar 2.2 Struktur Antena Microstrip
Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan
berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah
dianalisis. Adapun jenis-jenis antena microstrip terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Jenis – jenis Antena Microstrip
2.3 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
antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena
mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya. Beberapa
keuntungan dari antena mikrostrip adalah :
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 dan triple 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 Model Cavity
Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan
kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk
antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang
populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara
patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang
dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding
elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip
diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan
observasi dari substrate tipis ( h<< λ0)[ 2] :
1. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (∂/∂z≡0)karena
substrate sangat tipis (h<< λ0).
2. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis
hanya ada komponen transversnya saja (Hx dan Hy ) di daerah yang dibatasi
oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding elektris atas bawah.
3. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,
yang termasuk komponen tangensial dari Η, Ηsepanjang sisi diabaikan.
Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell. Adapun persamaan
Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:
0 H (2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ0 adalah permeabilitas ruang hampa,
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada
patch mikrostrip[6]
Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi
distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan
elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi
muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan
mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik-menarik terjadi antara dua muatan
yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari
elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal
tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian
bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang
terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan
beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch.
Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan
atas dari elemen peradiasi .
Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan
akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan
bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin
menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan
mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan
magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan
sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal tersebut meyebabkan
distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi
tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari
medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat
kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang
sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat)
lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impendansi masukannya akan
murni reaktif[3] .
2.5 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan
dijelaskan sebagai berikut:
2.5.1 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana
kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti
impedansi masukan, pola, bandwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Pada Gambar 2.5 terlihat rentang
Return loss
ba ndw it h
-10dB
Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith Bandwith dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :
(2.5)
Dimana f1 = frekuensi terendah
f2 = frekuensi tertinggi
fc = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya[3] :
1. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena
berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari
nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap
baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dBi dan 2.
2. 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
3. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di
manapolarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk
polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dBi.
2.5.2 Return Loss
Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan[4] . Return Loss
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan
(V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0 +). Return Loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi[4] .
(2.6)
(2.7)
2.5.3 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada
dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan
tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang
direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi
(2.8)
Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi
saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :
: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
: tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched
sempurna
: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian
terbuka
Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :
(2.9)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1)
yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.
Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai
VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.
2.5.4 Polarisasi
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan
oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada
arah gain maksimum. Pada praktiknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu
keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude
vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga
dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena
pada suatu arah tertentu[3] .
Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linier), circular
(melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.6) terjadi jika suatu
gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor
medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis
lurus yang sama pada setiap waktu. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik
maupun magnet) memenuhi[3] :
1. Hanya ada satu komponen, atau
2. Dua komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada
perbedaan fasa waktu atau 180 0 atau kelipatannya
Gambar 2.6 Polarisasi linier
Polarisasi melingkar (Gambar 2.7) terjadi jika suatu gelombang yang
berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau
Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :
1. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier
2. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama
3. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada
kelipatan ganjil 900.
Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi ketika δ = +π / 2 , sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = −π / 2
Gambar 2.7 Polarisasi melingkar
Polarisasi elips (Gambar 2.8) terjadi ketika gelombang yang berubah
menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur
kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah :
1. Medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal
2. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau
berbeda
3. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama,
perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak
bernilai 00 atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua
antara kedua komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil
dari 90 (karena akan menjadi lingkaran
Gambar 2.8 Polarisasi elips
2.5.5 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio)
intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi
rata-rata pada semua arah . Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya yang
diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas
radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung
dengan menggunakan Persamaan 2.10.
(2.10)
Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum
yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.11.
(2.11)
Dimana :
D = keterarahan
D0 = keterarahan maksimum
Umax = intensitas radiasi maksimum
U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan 2.12.
Dimana nilai dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.13.
Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat
dicari dengan menggunakan Persamaan 2.14.
Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk
menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.15.
Keterangan:
= banyak elemen yang akan dirancang
2.5.6 Penguatan (Gain)
yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang
berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya
yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan. Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaaan 2.16.
(2.16)
Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan
daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan
harus sama di antara kedua antena itu.
Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan
menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan
berdasarkan pembacaan level penerimaan sinyal. Persamaan yang digunakan
untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.17.
Selanjutnya gain dapat juga dihitungan dengan menggunakan oleh
Persamaan 2.18.
Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya
berkisar 60% sampai 70%.
2.5.7 Frekuensi Resonansi
Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja
maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi
kerja antena.
2.5.8 Pola radiasi
Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi
grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang. Sifat
radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau
polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting adalah persebaran
secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena.
Gambaran dari pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Pola radiasi antena
2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat
berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran
merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis,
Patch segiempat sejauh ini merupakan konfigurasi mikrostrip yang paling
banyak digunakan. Patch segiempat lebih mudah dibuat karena bentuknya yang
lebih sederhana. Hanya dengan menyisakan metal yang berbentuk segiempat pada
proses etching dapat membuat antena ini. Bentuk dari antena mikrostrip patch
segiempat dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat
Untuk merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat, terlebih
dahulu harus kita ketahui parameter bahan yang digunakan yaitu ketebalan
dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), dan dielektrik loss tangent (tan δ)
sehingga dari nilai tersebut didapatlah dimensi antena mikrostrip (W dan L).
Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka
bandwidth akan menjadi kecil sedangkan apabila panjang antena terlalu panjang
maka bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan semakin kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip impedansi juga akan
berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena
Dimana :
W : lebar konduktor
εr : konstanta dielektrik
c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x )
fo : frekuensi kerja antena
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
Pertambahan panjang dari L (∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan
Persamaan 2.20[6]:
Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan adalah konstanta dielektrik relatif yang dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.21.
Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.22.
(2.22)
Dimana merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung menggunakan Persamaan 2.23.
Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan
maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip
secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2.24[6][8].
Admintansi beban( didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25.
Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari
dengan menggunakan Persamaan 2.26 sampai Persamaan 2.29.
Dimana:
2.7 Aplikasi Microstrip
Antena microstrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini.
Umumnya aplikasi yg telah digunakan antara lain adalah WiMAX, WLAN,
bandpass filter, mobile satellite.
Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX
(World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang
menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan
data dengan kecepatan yang tinggi.
Dalam penggunaan mikrostrip untuk WiMAX yang bekerja pada frekuensi
2,35 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX
2) WLAN
Contoh mikrostrip dalam penggunaan WLAN dilihat dari Gambar 2.12.
Dalam Gambar 2.12 dapat dilihat, mikrostrip yang digunakan adalah antena
mikrostrip array yang berfungsi untuk menambah penguatan pada WLAN.
Gambar 2.12 Microstrip pada WLAN
Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada di tengah,
sinyal rendah dan tinggi ditolak. Microstrip adalah teknologi yang paling fleksible untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz ditunjukkan pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Microstrip pada bandpass filter
4) Mobile Satellite
Pada gambar 2.14 terlihat antena microstrip array digunakan dalam system komunikasi mobile satellite pada rentang frekuensi 2,5-2,6 GHZ
Gambar 2.14 Microstrip pada Mobile Satellite 2.8 Aperture Coupled
Pada antena mikrostrip terdapat metode penyambungan yang dimana
terdapat tempat teknik penyambungan yang populer digunakan yaitu secara
(coaxial feed), penyambungan celah bergabung (aperture coupled feed),
Penyambungan proksimasi bergabung (proximity coupled feed).
Analisis Bidang Aperture Coupled Feed Pada bidang mikrostrip aperture coupled feed terdapat parameter nilai ukur yang sederhana dalam menentukan
nilai C (kapasitansi lapisan bahan) W (width of patch), åreff (konstanta dielektrik), Leff (Frekuensi resonansi), ÄL, L (Length of patch), Lg dan Wg adalah Lebar
saluran pencatu, B dan W adalah feed line. Gambar 2.15 Menunjukkan Bidang
antena mikrostrip aperture coupled feed.
Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed
Teknik Pencatuan pada antena mikrostrip merupakan teknik untuk
mentransmisikan energi elektromagnetik ke antena mikrostrip. Terdapat berbagai
konfigurasi teknik yang telah di kembangkan yang masing-masing tentu memiliki
kelebihan dan kekurangan. Salah satu teknik yang populer sederhana dan mudah
di pabrikasi adalah teknik line feed, tetapi teknik ini menghasilkan lebar pita yang
tidak lebar (biasanya 2-5%). Untuk kebutuhan mendapatkan lebar pita yang lebar,
salah satu teknik yang dapat digunakan adalah dengan teknik aperture coupled
Pada konfigurasi teknik pencatuan aperture coupled , pengkopelan dari
digunakan, dapat bervariasi dengan susunan yang berlapis-lapis (multilayer)
umumnya slot aperture tersebut ditempatkan dibawah patch.
Teknik Pencatuan jenis ini pertama sekali dibuat pada tahun 1985 yang
bertujuan untuk meningkatkan bandwidth dari antenna mikrostrip. Dengan
pengoptimalan beberapa parameter termasuk dimensi slot aperture, maka dapat dicapai bandwidth mendekati 70%[3] . Untuk menentukan dimensi slot aperture
dari teknik pencatuan ini dapat digunakan persamaan (2.30) dan (2.31).
Panjang slot aperture (La) :
La = (0,1-0,2) λ0 (2-30)
Lebar Slot aperture (Wa) :
Wa = 0,1 La (2.31)
2.9 WiMAX
Seiring dengan meningkatnya perekonomian, taraf hidup dan kemajuan
teknologi , khususnya komunikasi tanpa kabel (radio), meningkat pula kebutuhan
masyarakat akan jasa telekomunikasi yang cepat, mudah diakses kapan saja dan
dimana saja serta mampu mendukung mobilitas yang tinggi. Sebuah teknologi
wireless yang saat ini dianggap mampu menyediakan kebutuhan tersebut adalah WiMAX.
Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX (World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang
menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang
besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan
yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight
(LOS) maupun Non-Line Of Sight (NLOS), teknologi WiMAX mampu menghemat
investasi perangkat untuk membangun suatu jaringan komunikasi yang handal.
Standar-standar teknologi ini tentunya memiliki frekuensi pengoperasian
yang berbeda-beda sesuai dengan lisensi yang mereka dapatkan dari pengelola
atau pengatur ijin frekuensi dari pemerintah setempat. Untuk pengelolaan di
Indonesia, pembagian ijin frekuensi ini sudah mulai diatur dalam white paper
“Penataan Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel” keluaran november 2006. Menurut white paper tersebut, DCS berlaku pada pita
frekuensi (1710-1885 MHz), PCS pada pita frekuensi (1907.5–1912.5 MHz),
UMTS pada pita frekuensi (1920-2170MHz), WLAN 2.4 GHz pada pita frekuensi
(2400-2483.5 MHz), BWA 5,2 pada pita frekuensi (5150-5350MHz), dan BWA
5,8 pada pita frekuensi (5725-5825MHz). Untuk Alokasi frekuensi WiMAX
sendiri sudah diterapkan di beberapa negara adalah pada frekuensi 2,3 GHz, 2,5
GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz, bahkan sekarang ini sedang ingin
ditambahkan alokasi frekuensi untuk WiMAXpada frekuensi 700 MHz.
Gambar 2.16 menunjukkan Gambaran pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa
negara[3].
2.10 Tipe WiMAX
Keluarga Standar WiMAX berkaitan dengan dua tipe model penggunaan,
yaitu model penggunaan tetap (IEEE 802.16-2004) dan portable (802.16 REV E)
yang dijadwalkan untuk ratifikasi pada tahun selanjutnya. Tabel 2.1 menunjukkan
Tipe model dalam penggunaan WiMAX.
Tabel 2.1 Tipe WiMAX
Tipe
WiMAX
Aplikasi dan kegunaan dari tipe WiMAX
Mobile 802.16e membawa WiMAX ke portable dan mobile Smart antena dapat meningkatkan kemampuan ini Teknologi Navini yang digunakan oleh unwired dapat memberi peningkatan ini. Direncanakan tahun 2005
Portable 802.16a/c dan 802.16d (WiMAX) memberikan kemampuan non-line-of-sight
Fixed
802.16a dan implementasi sebelumnya Teknologi wireless local loop dan fixed wireless acces. Berakhir tahun 2001
Sistem akses Nirkabel diatas dibedakan berdasarkan kecepatan darat
(ground speed) dalam tiga tipe yaitu fixed (tetap), mobile (bergerak) dan nomadic.
2.11 Cara Kerja WiMAX
Stasiun WiMAX dihubungkan ke jaringan publik dengan menggunakan
serat optik, kabel, link gelombang mikro, atau konektivitas PP (Point to Point)
laju tinggi yang disebut back haul. Dalam beberapa kasus seperti jaringan mesh
Gambar 2.17 Jaringan WiMAX
Stasiun basis melayani stasiun pelanggan yang juga disebut CPE
(Customer Premise Equipment) menggunakan konektivitas PMP yang NLOS (Non Line Of Sight). Hubungan ini disebut . Idealnya WiMAX menggunakan antena PMP yang NLOS untuk menghubungkan pelanggan residensial atau bisnis
ke stasiun basis (Gambar 2.17). Stasiun pelanggan biasanya melayani gedung
(bisnis atau residens) dengan menggunakan LAN berkabel atau nirkabel.
2.12 A
nsoft High Frequency Structure Simulator v10
Ansoft HFSS versi 10.0 adalah software untuk program perancangan dan
pemodelan yang merupakan struktur simulator frekuensi tinggi. Ansoft HFSS
v10.0 merupakan suatu tampilan full-wave electromagnetik (EM) yang dirancang
juga dapat mengkalkulasi atau menghitung parameter-parameter seperti frekuensi
resonansi dan lainnya.
Ansoft HFSS versi 10.0 disini dipakai sebagai perancangan dan pemodelan untuk menggambar antena ceiling indoor dan memasukkan spesifikasinya, setelah
dapat hasilnya lalu dibandingkan dengan hasil spesifikasi antena dari pabrik,
apakah perbandingan dari ke duanya sama atau hampir sama ataupun berbeda.
Selanjutnya pada Gambar 2.18 ditunjukkan suatu contoh tampilan pemodelan 3D
dari software Ansoft HFSS v10.0[8].
Gambar 2.18 Contoh Tampilan 3D Ansoft HFSS v10.0
Ansoft HFSS v10.0 dapat digunakan untuk menghitung
parameter-parameter dari antena dan frekuensi resonansi. Software ini juga secara khusus
digunakan dalam bidang, yaitu:
1. Package Modeling-BGA, QFP, Flip-chip
2. PCB Board Modeling-Power/Ground Plane, Mesh Grid Ground,
Backplane
3. Silicon/GaAs-Induktor Spiral dan transformator
4. EMC/EMI-Shield Enclousures, Coupling, Radiasi medan jauh atau radiasi
5. Komunikasi Antena-antena Dipole, antena Yagi, antena Mikrostrip,
antena Grid, Frequensi Selective Surface (FSS), dan sebagainya.
6. Konektor –Koaksial, SFP/XFP, dan sebagainya.
Ansoft HFSS v10.0 merupakan simulator yang interaktif, dimana elemen
dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Tetrahedron membuat penyelesaian persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri tiga dimensi yang dapat disesuaikan
bentuknya dengan keinginan pengguna, terutama bentuk yang memliki
kelengkungan dan bentuk yang kompleks.
2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0
Ansoft HFSS v10.0 memiliki syarat minimum untuk instalasi ke dalam
komputer. Adapun syarat untuk instalasi ke dalam komputer adalah sebagai
berikut[8].
1.Sistem Operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows
server 2003.
2.Komputer ber-pentium (diusahakan Pentium 4 keatas).
3.RAM minimum 128 Mb.
4.Memiliki minimum 8 Mb Video card.
5.Mouse.
6.CD/DVD-ROM.
Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut.
1. Dibuka folder Ansoft, jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan
HFSS Instalation Shell, lalu akan muncul beberapa opsi, maka yang pertama
langkah-langkah seterusnya dengan menekan tombol next dan dipilih direktori, dimana akan dipasang libraries tersebut.
2. Setelah dilakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan menekan install software. Lalu diikuti
perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut, kemudian pilih lokasi
pemasangan Ansoft HFSS dan diikuti langkahnya dan proses instalasi dimulai
dan siap digunakan.
2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0
Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan
model peralatan frekuensi radio secara tiga dimensi yang dibuat. Beberapa
tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah:
1. Membuat parameter dari suatu model – perancangan bidang, boundaries,
dan excitation pada model yang dibuat.
2. Menganalisis model – pada tahapan ini model yang telah dibuat akan
dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan
frekuensi yang diinginkan.
3. Hasil – menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi ( gambar,
tabel, grafik ) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi.
4. Penyelesaian loop – proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.
2.12.3 Perancangan dasar model pada Ansoft HFSS v10.0
Perancangan model pada Ansoft dapat menggunakan bidang dua dimensi
model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang
digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan
maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS.
Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang
dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model
yang ingin dibuat. Misalkan membuat model kubus atau balok. Maka diarahkan
kursor ke bentuk balok, lalu ditekan. Pada bidang koordinat Ansoft HFSS v10.0
yang akan digambarkan bentuk bidang balok tersebut.
2.12.4 Proses pencarian solusi Simulator Ansoft HFSS v10.0
Untuk mendapatkan grafik SWR suatu antena, bisa dicari dari nilai
koefisien pantul ( Г ) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan parameter
S. Sebelum mengkomputasi nilai SWR 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 Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Proses pencarian solusi HFSS 10.0
Dari Gambar 2.19 dapat dijelaskan bahwa:
1. Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS v10.0 ada 3,
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 generator.
2. Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan
material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk
pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasan
lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak
pencatuan model (Excitation).
3. Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus
diiinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup).
Parameter ini meliputi:
a. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai
frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.
b. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria
nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive.
c. 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
BAB III
PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT
PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK APLIKASI
WiMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR
ANSOFT HFSS V 10.0
3.1 Pemodelan Dasar pada Ansoft HFSS v10.0
Ansoft HFSS v10.0 disini dapat dimodelkan menggunakan dua dimensi
atau tiga dimensi tergantung dari model yang kita rancang. Semakin kompleks
model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang
akan digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang kita
inginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft
HFSS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Satu dimensi dua dimensi tiga dimensi
Gambar 3.1 Geometri pada Ansoft HFSS v10.0
Apabila model yang dibuat telah sesuai dengan bidang yang dibuat, maka
yang dilakukan selanjutnya adalah memasukkan beberapa nilai yang sesuai
dengan model yang ingin dibuat.
Pada bidang koordinat Ansoft HFSS akan digambarkan bentuk bidang
Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS v10.0
3.2 Inisialisasi Model
Inisialisasi model adalah pemberian nilai awal dalam angka maupun
koordinat dari model yang akan dimodelkan. Satuan model yang dibuat dapat
diatur dengan cara menekan 3D Modeler kemudian Units lalu pilih mm. Setelah model dibuat maka akan muncul Property window yang memiliki dua jenis tab,
yaitu tab Command dan tab Attribute pada Gambar 3.3.
Pada tab Command, akan ada beberapa opsi, yaitu Coordinate System Center Position, Xsize, Ysize, dan Zsize. Prinsip dari pengaturan koordinat ini
sama dengan yang dipelajari pada pembuatan grafik pada aplikasi sehari-hari.
Position berfungsi untuk meletakkan model pada koordinat yang dinginkan pada
sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Xsize berfungsi untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu X dalam artian ini berarti menentukan panjang
dari kotak (Box),dan Ysize untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada
sumbu Y dalam artian menentukan lebar dari kotak (Box), sedangkan Zsize untuk memasukkan tinggi/tebal garis yang bekerja pada sumbu Z. Property window
pada Gambar 3.3 hanya muncul ketika akan dibuat suatu model dalam bentuk
balok (Box). Jika model lainnya seperti kerucut atau tabung yang akan dibuat,
maka akan muncul parameter yang lain.
Pada tab Attribute terdapat beberapa pilihan. Pada kolom Name berfungsi untuk menamai model, pada kolom material berisi jenis bahan yang digunakan
oleh model. Color berfungsi untuk mengubah warna model, sedangkan
Transparent berfungsi membuat model menjadi transparan. Transparent dapat
diatur sesuai dengan kebutuhan, seperti pada Gambar 3.4
Setelah proses inisialisasi selesai, maka langkah selanjutnya adalah
memasukkan beberapa pengaturan yang mendukung model. Pada Project Manager seperti Gambar 3.5 berisi pengaturan-pengaturan model yang sesuai dengan yang diinginkan.
Gambar 3.5
Project Manager Windows pada Ansoft HFSS v10.0
3.3 Menjalankan Hasil Rancangan
Setelah hasil rancangan model yang dibuat telah selesai, maka rancangan
harus dijalankan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan
baik maka harus menekan HFSS lalu Validation Check. Jika terjadi kesalahan / error, dilakukan pengecekan pada Project Manager. Setelah rancangan dapat
berjalan dengan lancar, maka selanjutnya yang dilakukan adalah menganalisa
rancangan tersebut dengan cara menekan HFSS kemudian Analyze All. Lalu
program ini akan melakukan perhitungan terhadap model yang dibuat dengan
3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0
Pemodelan pada Ansoft dapat digunakan untuk berbagai antena seperti
antena Mikrostrip, Ceiling Indoor, antena Yagi, antena Horn, dan lain sebagainya. Pada Gambar 3.6 memperlihatkan salah satu dari aplikasi Ansoft HFSS untuk
antena mikrostrip patch circular.
Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostri
patch circular
3.5 Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX
Pada Gambar 3.7 menunjukkan bentuk antena dan pada Tabel 3.1
menunjukkan spesifikasi dari antena mikrostrip patch segiempat untuk aplikasi
WiMAX. Antena ini tersusun atas 3 elemen yaitu : elemen peradiasi (radiator) yang terbuat dari lapisan logam (metal), elemen (substrate), dan elemen
Gambar 3.7 Antena Mikrostrip patch segiempat
Tabel 3.1 Spesifikasi antena Mikrostrip Patch Segiempat untuk aplikasi WiMAX Antena Specifications :
Freq.Range (MHz) 2,3 – 2,4 GHz
Polarization Vertikal
Ukuran patch (LxW) (52x41 mm)
Ukuran Saluran pencatu (3x1,9 mm)
Substrat (74x69,5 mm)
Slot aperture (46x3 mm)
Gain 6,428 dBi
VSWR 1,058
Impedance(Ω) 50
Connector Type N-Female
Substrat yang digunakan :
Jenis Substrate FR-4 epoxy
Konstanta Dielektrik Relatif(εr) 4,4 Dielektrik Loss Tangent (tanδ) 0,02
Ketebalan Substrate(h) 1,6 mm
3.5.1 Karakteristik Antena
Pada rancangan model antena ini, diinginkan mampu bekerja pada
GHz - 2,4 GHz (2,3 GHz - 2,4 GHz) dengan frekuensi tengahnya 2,35 GHz.
Frekuensi tengah resonansi inilah yang selanjutnya akan menentukan
parameter-parameter lainnya, seperti dimensi patch, dan aperture slot, serta lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi tersebut diharapkan antena memiliki parameter
VSWR ≤2 dan gain ≥2 dBi.
3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip patch Segiempat
Mulai
Memodelkan Frekuensi(Kerja) Tengah 2,35 GHz
Memodelkan jenis substrat yang digunakan yaitu: FR4 (��=4,4; Tanδ=0,02)
Apakah Parameter Antena Sudah Sesuai dengan yang Dimodelkan
3.6.1 Parameter Pemodelan
Model Antena Mikrostrip patch segiempat yang akan dimodelkan
memiliki panjang, lebar dan tinggi/tebal antar elemen yang ditunjukkan pada
Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Parameter AntenaMikrostrip Patch Segiempat
Nama Elemen Panjang(mm)
3.6.2 Pembuatan model Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Sebelum melakukan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat ini, terlebih dahulu dilakukan pemilihan solusi penyelesaian, dengan cara dipilih
HFSS kemudian Solution type lalu dipilih Driven Modal. Kemudian dilakukan pengaturan satuan dengan cara pilih Unit lalu pilih mm. Selanjutnya dilakukan
pengisian parameter untuk memudahkan proses pemodelan. Untuk mengisi
parameter tersebut pilih HFSS kemudian Design Properties.
3.6.2.1 Memulai HFSS V 10.0
Pertama double-click di HFSS V 10.0 di desktop window sehingga
Gambar 3.9 Tampilan awal HFSS
Lalu klik kanan pada Project manager kemudian dipilih Save As pada sub menu tersebut sehingga tampilan akan menjadi seperti Gambar 3.10
Gambar 3.10Menu save as
3.6.2.2 Memodelkan Substrat
Untuk membuat substrate, pada item Draw pilih box atau dengan
langsung memilih draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada Gambar 3.11 dengan memilih bahan FR4- epoxy kemudian mengganti nama box
tersebut dengan Substrate.
Gambar 3.11Tab attribute pada Substrat
Setelah itu pada tab Command pada bagian Position diberi nilai 0mm, 0mm,
4.7mm. Pada bagian Xsize diberi nilai 69, 5mm, Ysize 74 dan pada Zsize ditulis
Gambar 3.12Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate
Dengan nilai kordinat seperti pada Tabel 3.3
Tabel 3.3Data Substrate
Starting Point (mm) Full Lenght (mm)
x=0 dx = 69,5
y= 0 dy = 74
z= 0 dz = 1.5
3.6.2.3 Memodelkan Patch
Tahapan setelah setelah perancangan Substrate adalah patch. Adapun
langkah-langkah memodelkan elemen tersebut adalah:
1. Pilih Draw lalu pilih Box
pada bagian Material diganti bahan vaccum menjadi Cooper seperti
Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab Attribute
3. Pada tab Command, bagian Position diisi nilai 11,11,62 (mm), Xsize diisi
nilai 41, Ysize 52 (mm), dan Zsize 0.2 (mm) seperti pada Gambar 3.14.
Dengan nilai koordinat seperti pada table 3.4
Tabel 3.4 Data Patch
Starting Point (mm) Full Lenght (mm)
x = 11 dx = 41
y = 11 dy = 52
z = 62 dz = 0.2
3.6.3 Memodelkan Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan
mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω.
Adapun Langkah-langkah untuk merancang saluran pencatu adalah sebagai
berikut.
1. Pilih menu 3D modeler kemudian Grid Plane lalu pilih YZ. 2. Selanjutnya pilih menu Draw kemudian Rectangle.
3. Kemudian akan muncul Property Window yang terdiri dari 2 buah tab.
Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama saluran pencatu. Kemudian pada tab Command, dimasukkan pada bagian Position, diisi nilai
Gambar 3.15 Memodelkan Saluran Pencatu
Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.16
Gambar 3.16Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu
Dengan nilai koordinat seperti pada table 3.5
Tabel 3.5 Data Saluran Pencatu
Starting Point (mm) Full Length (mm)
Axix X
Xsize dx = 3
3.6.4 Memodelkan Slot aperture
Pada konfigurasi teknik pencatuan aperture coupled, pengkopelan dari
saluran pencatu (feed-line) ke patch melalui sebuah aperture kecil yang berupa
slot pada bidang pertanahan. Bentuk, ukuran, dan lokasi penempatan slot aperture
dapat mempengaruhi pengkopelan dari saluran pencatu ke patch, dan umumnya slot aperture ditempatkan di tengah bawah dari patch. Langkah-langkah
perancangan slot aperture adalah:
1. Dipilih menu Draw lalu dipilih Box.
2. Kemudian akan muncul kotak Property Window. Terdiri dari 2 buah tab.
Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama elemen. Bagian material
diganti dari vaccum menjadi copper. seperti pada Gambar 3.18.
Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture
3. Pada tab Command, diberi nilai pada Position yaitu 23.5,35.5,0. (mm) dan
Xsizenya 46mm,Ysizenya 3 mm dan Zsizenya 0.2 mm seperti pada
Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab Command
3.6.5 Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries)
Ruang batasan disini dimaksud berupa hampa udara dan pada pemodelan
ini menggunakan ruang udara. Langkah-langkah perancangan ruang batasan ini
adalah :
1. Dipilih menu Draw, selanjutnya dipilih Createbox.
2. Kemudian akan muncul kotak Property Window. Terdiri dari 2 buah tab.
Pada tab Attribute, bagian name diberi nama udara. Bagian material diganti dari vaccum menjadi air. Diatur besarnya Transparent dengan nilai
Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab attribute.
3. Pada tab Command, diberi nilai pada position yaitu -2,-2,-1.8 (mm) dan X
sizenya 74 mm, Y sizenya 80 mm, dan Z sizenya 12 mm seperti pada
Gambar 3.20
Gambar 3.20 Koordinat ruang batasan pada tab Command
3.7 Hasil perancangan
Hasil akhir dari perancangan simulasi diatas akan menghasilkan sebuah
bangunan antena mikrostrip patch segiempat yang telah kompleks, ditunjukkan
