PERANCANGAN DAN REALISASI
ANTENA MIKROSTRIP PATCH RECTANGULAR
UNTUK WLAN
Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh Pendidikan Program Sarjana di Jurusan Teknik Elektro
Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah untuk merancang, membuat dan mengaplikasikan antena mikrostrip dengan patch rectangular untuk dapat bekerja pada frekuensi 2.4 GHz.
Antena adalah suatu bagian yang tidak dapat dipisahkan dari suatu sistem komunikasi wireless, semakin populernya komunikasi nirkabel membuat kebutuhan akan antena meningkat. Oleh karena itu dibutuhkan suatu antena denganbentuk fisik yang kompak, udah dipabrikasi serta memiliki performa tinggi untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada
Antena ini dibuat dengan bahan substrat FR4 dengan konstanta dielektrik atau εr = 4.4 , loss tangent tan δ = 0.02 dan ketebalan h = 1.6 mm dengan
The purpose of making the final task is to design, create and apply the microstrip antenna with rectangular patch to be working at a frequency of 2.4 GHz.
The antenna is an inseparable part of a wireless communication system the growing popularity of wireless communication makes the need for the antenna increase, therefore it takes an antenna with a compact physical form, already to fabricated and has hig performance to be appiled to existing wireless telecommunication devices.
Dengan mengucap Alhamdulillah segala Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, atas berkat, rahmat dan ridho-Nya yang telah memberikan kemampuan dalam menghadapai segala proses dalam penyelesaian tugas akhir ini. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, adapun judul dari tugas akhir ini adalah :
PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH
RECTANGULAR UNTUK WLAN
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan serta dukungan dari banyak pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan kali ini ingin mengucapkan Program Studi Teknik Elektro UNIKOM Bandung.
7. Kedua Orang Tua, Adik serta seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan selama mengikuti perkuliahan.
8. Nurdevi Wulan Suci yang selama ini selalu memberikan dukungan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
9. Teman seperjuangan Jafar Jufrie, Iryaman Badrun, Rudi Bob, Dede De Darrel, Zakir Ali, Nimas Rayung, Dedi Sitompul, dan kawan lain yang tidak mungkin saya sebut satu persatu disini
10.LOCAL PARTNER Bandung
Serta semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam penyelesaian tugas akhir ini.
Akhir kata dengan segala kerendahan hati, penulis memanjatkan do’a kehadirat Allah SWT semoga semua amal dan budi baik yang telah mereka berikan dapat dibalas dengan setimpal. Amin.
Bandung, Agustus 2011
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Telekomunikasi adalah salah satu bidang yang memegang peranan penting
di abad ini. Dengan telekomunikasi orang bisa saling bertukar informasi satu
dengan yang lainnya. Seiring dengan perkembangan aktifitas manusia yang
semakin mobile maka dituntut pula suatu pola komunikasi yang mudah dilakukan
dimana saja. Oleh karena itu, kemudian muncul konsep teknologi komunikasi
yang tidak lagi menggunakan media kabel dan pengguna bisa bebas bergerak
kemanapun. Sistem komunikasi ini disebut sistem komunikasi mobile wireless,
yang merupakan bagian dari sistem komunikasi radio.
Antena merupakan sebuah bagian yang menjadi ciri khas dari sistem
komunikasi radio. Berbagai jenis antena telah banyak diciptakan dan
dikembangkan untuk beragam aplikasi seperti radar, telemetri, biomedik, radio
bergerak, penginderaan jauh, dan komunikasi satelit. Untuk dapat mendukung
teknologi WLAN, antena ini harus compatible, kecil, dan mampu bekerja pada
pita frekuensi lebar (broadband). Antena mikrostrip adalah sebuah kandidat yang
mampu memberikan kebutuhan tersebut.
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang
pengembangannya dimulai sejak tahun 1970an dan hingga kini masih menjadi
jenis antena yang terus dikembangkan. Berbagai aplikasi komunikasi radio tidak
luput dari penggunaan antena ini. Hal yang menjadi alasan dalam pemilihan
murah tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik.
Mikrostrip merupakan saluran transmisi yang bentuk fisiknya tidak berupa
kabel yang berupa lentur akan tetapi bersifat kaku. Jenis saluran transmisi ini
umumnya dipergunakan untuk bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro
(GHz) dan digunakan untuk menghubungkan piranti-piranti elektronika yang
berjarak cukup dekat. Pada Tugas Akhir ini, akan dibahas tentang perancangan
antena mikrostrip patch rectangular untuk aplikasi Wireless LAN.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa
permasalahan, yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch rectangular?
2.Bagaimanakah spesifikasi antena yang diperlukan pada sistem WLAN?
3. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch rectangular untuk
aplikasi WLAN ?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang antena mikrostrip patch
rectangular dan merealisasikannya untuk aplikasi wireless LAN yang bekerja
pada frekuensi 2,4 GHz.
1.4 Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut:
2. VSWR ≤ 2
3. Pola radiasi yang digunakan adalah directional
4. Gain yag diinginkan ≥ 4 dBi
5. Perancangan menggunakan Ansoft Designer HFSS
1.5 Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian 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. Simulasi antena mikrostrip patch rectangular.
Merupakan proses mensimulasikan antena mikrostrip patch rectangular dengan
menggunakan software.
3. Realisasi Alat
4. Pengukuran dan Analisis
Berupa analisis terhadap antena yang dirancang menggunakan software.
1.6 Sistematika Penulisan
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 DASAR TEORI
antena mikrostrip.
BAB III PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH RECTANGULAR
Bab ini berisi teori tentang proses pembuatan simulasi dan perancangan antenna
microstrip .
BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISA
Bab ini berisi tentang realisasi pembuatan dari antenna microstrip dan pengukuran
antena mikrostrip patch rectangular untuk aplikasi wireless LAN dan hasil yang
dicapai dari perancangan tersebut.
BAB V PENUTUP
DASAR TEORI
2.1 Pengertian Antena
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
Antena merupakan sebuah perangkat yang digunakan memancar dan atau
menerima gelombang elektromagnetik secara efisien. Sebagai contoh penggunaan
antena yaitu;
a. Komunikasi Tanpa Kabel
(Wireless Communication) berupa sistem komunikasi personal (PCS),
sistem Global Positioning Satellite (GPS), Wireless Local Area Netrworks
(WLAN), Direct Broadcast Satellite (DBS) Television, Mobile Communications,
Telephone Microwave/Satellite Links, Broadcast Television dan Radio, dan
b. Penginderaan jauh (Remote Sensing)
Berupa Radar (Penginderaan Jauh aktif yang bekerja meradiasi dan
menerima gelombang), Pemakaian untuk militer sebagai pencari target dan
tracking, radar cuaca, pengaturan lalu lintas udara, deteksi kecepatan mobil,
pengatur lalu lintas (magnetometer), ground penetrating radar (GPR), pemakaian
untuk pertanian. Radiometry adalah Penginderaan jauh pasif yang bekerja dengan
cara menerima emisi gelombang. Penggunaan militer dalam bentuk perlakuan
gelombang dan penggabungan sinyal.
Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan
dengan sebuah saluran transmisi ke antena. Jika saluran transmisi disesuaikan
dengan impedansi antena, maka hanya akan ada gelombang berjalan ke arah
antena saja. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah
ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas.
2.2 Daerah Medan 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 darah
antena tersebut. Gambar 2.2 menjelaskan tentang daerah-daerah di sekitar antena .
Daerah – daerah medan antena :
A. Daerah medan dekat reaktif yang merupakan daerah yang berada
disekitar antena dimana medan reaktif sangat dominan (energi tersimpan –
gelombang berdiri).
B. Daerah medan dekat Fresnel yang merupakan daerah antara medan
dekat reaktif dan medan jauh dimana radiasi medan sangat dominan dan
distribusi medan tergantung jarak dari antena.
C. Daerah medan jauh Fraunhofer merupakan daerah paling terjauh dari
antena dimana distribusime dan secara esensial berdiri sendiri dari jarak
antena sumber (propagasi gelombang).
2.3 Parameter Antena
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai
parameter-parameter antena tersebut . Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling berhubungan
satu sama lain.
2.3.1 Daya Radiasi
Untuk menentukan daya radiasi rata – rata oleh sebuah antena, kita mulai
dengan vektor pointing sesaat (vektor densitas daya) yang didefinisikan sebagai
persamaan,
(2.1)
diasumsikan bahwa antena dibatasi oleh permukaan S,
Gambar 2.3 Daerah Radiasi dengan permukaan S
2.3.2 Intensitas Radiasi
Intensitas radiasi merupakan daya radiasi per sudut soliditas (normalisasi
daya radiasi terhadap sebuah satuan spheris).
2.3.3 Keterarahan
Keterarahan ini dimaksudkan sebagai perbandingan intensitas radiasi pada
arah tertentu dari sebuah antena terhadap intensitas radiasi rata-rata keseluruh
arah. Persamaan keterarahan ini dapat dituliskan persamaan yaitu,
(2.3)
2.3.4 Efisiensi Antena
Ketika antena dikendalikan oleh sumber tegangan (generator), maka daya
radiasi antena tidak akan seluruhnya untuk dipancarkan ke antena dari sumber
tegangan. Faktor rugi-rugi sangat berpengaruh terhadap efisiensi antena serta
dapat diidentifikasi dengan contoh umum sebuah generator dihubungkan terhadap
sebuah antena pemancar melalui saluran transmisi seperti yang ditunjukkan pada
gambar dibawah ini.
Gambar 2.4 Transmisi saluran dari generator menuju antenna.
2.3.5 Penguatan Antena (Gain)
Definisi daripada keterarahan antena dan penguatan antena secara
esensialnya mempunyai kesamaan kecuali pada bagian daya yang digunakan.
Keterarahan merupakan perbandingan antara densitas daya radiasi antena pada
jarak titiktertentu terhadap daya radiasi total antena secara isotropis. Penguatan
daya input total antena yang diradiasikan secara isotropis. Maka, penguatan
antena akan tergantung pada daya total yang melayani terminal masukan antena,
serta perhitungan untuk rugi-rugi ohmic pada antena dilakukan ketika keterarahan
tergantung pada daya total radiasi dan tidak termasuk efek rugi-rugi ohmic.
(2.4)
2.3.6 Impedansi Antena
Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya.
Impedansi input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang
dekat dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena
terisolasi.
Impedansi antena terdiri dari bagain riil dan imajiner, yang dapat
dinyatakan dengan :
(2.5)
Resistansi input ( ) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi
melalui dua cara, yaitu karena panas pada srtuktur antena yang berkaitan dengan
perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali
(teradiasi). Reaktansi input ( ) menyatakan daya yang tersimpan pada medan
dekat dari antena.
2.3.7 Bandwidth
Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemacar atau penerima selalu
dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut
antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau
memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat
pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan
yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang
dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan. Daerah frekuensi
kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth
antenna. Suatu misal sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (di bawah fC) sampai dengan f2 ( di atas fC), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam prosen, maka bandwidth antena tersebut adalah :
(2.6)
Bandwidth yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan
untuk menyatakan bandwidth antena-antena yang memliki band sempit (narrow
band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan
definsi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
(2.7)
Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan pola
radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1 > 1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2 dan f1 adalah ditentukan oleh harga VSWR = 1.
Bandwidth antena sangat dipengaruhi oleh luas penampang konduktor
yang digunakan serta susunan fisiknya (bentuk geometrinya). Misalnya pada
antena dipole, ia akan mempunyai bandwidth yang semakin lebar apabila
antena yang mempunyai susunan fisik yang berubah secara smoth, biasanya iapun
akan menghasilkan pola radiasi dan impedansi input yang berubah secara smoth
terhadap perubahan frekuensi (misalnya pada antena biconical, log periodic, dan
sebagainya). Selain daripada itu, pada jenis antena gelombang berjalan (tavelling
wave) ternyata ditemukan lebih lebar range frekuensi kerjanya daripada antena
resonan.
2.3.8 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR adalah kemampuan suatu antenna untuk bekerja pada frekuensi
yang diinginkan. Pengukuran VSWR behubungan dengan pengukuran koefisien
refleksi dari antenna tersebut. Perbandingan level tegangan yang kembali ke
pemancar ( ) dan yang dating menuju beban ( ) ke sumbernya lazim disebut
koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan symbol “Γ”.
(2.8)
hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran ( ) dan
impedansi beban/antena ( ) dapat ditulis :
(2.9)
harga koefisien refleksi ini dapat bervariasi antara 0 (tanpa pantulan/match)
sampai 1, yang berarti sinyal yang dating ke beban seluruhnya dipantulkan
kembali ke sumbernya semula. Maka untuk pengukuran Voltage Standing Wave
Ratio (VSWR), dinyatakan sebagai berikut :
besarnya VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang diradiasikan
antenna pemancar diterima oleh antenna penerima (match). Semakin besar nilai
VSWR menunjukan bahwa daya yang dipantulkan juga semakin besar dan tidak
match. Dalam prakteknya VSWR harus bernilai lebih kecil dari 2 (dua).
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.
Antena microstrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas
ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada
Gambar 2.5 Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan,
mudah untuk dipabrikasi, 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
mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di-integrasikan
dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi antena
gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.
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 Gambar2.6.
Gambar 2.6 Jenis patch antena mikrostrip
Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena wireless yang paling
popular digunakan saat ini. Ada beberapa alasan kenapa antena microstrip sangat
terkenal :
a. Sangat mudah dipabrikasi.
b. Selaras dengan permukaan non-planar
c. Sangat murah karena hanya dengan menggunakan papan cetak sirkuit
d. Fleksibel sehingga menghasilkan berbagai macam pola dan polarisasi yang berbeda
e. strukturnya sangat kuat
2.4.1 Model Cavity
Untuk menganalisi sebuah antena microstrip, maka diperlukan sebuah
pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah kondisin
mikrostrip tersebut telah banyak dikemangkan dan satu diantaranya yang populer
adalah model cavity.
Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara patch dan ground
plane 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
2.7. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrat tipis
(h<<λ0).
a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (∂/∂z ≡ 0) karena substrat sangat tipis (h<<λ0).
b. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis
hanya ada komponen transvers-nya saja (Hx, dan Hy) di daerah yang
dibatasi oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan
dinding elektris atas bawah.
c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,
yang termasuk komponen tangensial dari sepanjang sisi diabaikan,
Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell. Adapun persamaan
Maxwell untuk daerah dibawah patch adalah sebagai berikut:
(2.11)
(2.12)
(2.13)
Gambar 2.7 distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch microstrip.
Ketika suatu patch diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan
seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permuakaan elemen
peradiasi dan pada bagian ground plane (Gambar 2.7). Distribusi muatan ini
diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme aktraktif dan mekanisme repulsif.
Mekanisme aktraktif terjadi antara dua muatan yang berlawanan yaitu pada bagian
bawah patch dan bagian ground plane yang cenderung untuk mempertahankan
kosentrasi muatan pada bagian bawah patch. Mekanisme repulsif terjadi antara
muatan yang terdapat pada bagian bawah patch. Hal tersebut akan menyebabkan
beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch.
Pergerakan muatan ini akan menyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan
atas dari patch. Kedua jenis mekanisme ini dperlihatkan pada Gambar 2.7 beserta
dengan kerapatan arusnya (J). Dapat diasumsikan bahwa besarnya arus yang
mengalir ke atas permukaan patch adalah nol, sehingga tidak menyebabkan
adanya medan magnet tangensial ke ujung patch. Hal ini menyebabkan keempat
dinding samping menyerupai permukaan magnet konduksi yang sempurna
sehingga tidak mengganggu medan magnetik menyebabkan distribusi medan
2.4.2 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Untuk dapat melihat kerja dari antena microstrip, maka perlu diamati
parameter – parameter pada microstrip. Beberapa parameter umum dijelaskan
sebagai berikut.
2.4.2.1 Dimensi Antena
Untuk mencari dimensi antena microstrip (W dan L), harus diketahui
terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik (h),
konstanta dielektrik ( ), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang
antena microstrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka
bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan
menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur
lebar dari antena microstrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan
yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena microstrip dapat
menggunakan persamaan :
(2.15)
dimana :
W = lebar konduktor
= konstanta dielektrik
c = kecepatan cahaya di ruang hampa
= frekuensi kerja antenna
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL
yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
(2.16)
Dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan adalah konstanta
dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai :
(2.17)
Dengan panjang patch (L) dirumuskan oleh :
(2.18)
dimana merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan :
(2.19)
2.4.2.2 Teknik Pencatuan
Antena microstrip dapat dicatu dengan beberapa metode. Metode-metode
ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan
tidak terhubung (non-contacting). 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 microstrip dengan patch. Beberapa
teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial
probe, aperture coupling dan proximity coupling. Dalam hal ini perancangan
2.4.2.3 Lebar Pencatu (Feed Point)
Setelah menghitung panjang dan lebar dari patch untuk substrate yang telah
diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan lebar pencatu, panjang pencatu
dimana dalam perancangan ini besarnya panjang pencatu sangat mempengaruhi nilai
VSWR dan besarnya lebar (W) sangat mempengaruhi nilai panjang pencatu dapat
dituliskan dalam persamaan :
(2.20)
dan untuk lebar pencatu sangat dipengaruhi dengan tinggi bahan substrate dan
jenis bahan substrate yang digunakan. Dapat dituliskan dalam persamaan :
(2.21)
dimana,
(2.22)
untuk mencari dimana letak posisi pencatu dapat dicari dengan rumus :
(2.23)
dimana,
2.5 WLAN (Wireless Local Area Network)
Pada akhir 1970-an IBM mengeluarkan hasil percobaan mereka dalam
merancang WLAN dengan teknologi IR, perusahaan lain seperti Hewlett-Packard
(HP) menguji WLAN dengan RF. Kedua perusahaan tersebut hanya mencapai
data rate 100 Kbps. Karena tidak memenuhi standar IEEE 802 untuk LAN yaitu
1 Mbps maka produknya tidak dipasarkan. Baru pada tahun 1985, (FCC)
menetapkan pita Industrial, Scientific and Medical (ISM band) yaitu 902-928
MHz, 2400-2483.5 MHz dan 5725-5850 MHz yang bersifat tidak terlisensi,
sehingga pengembangan WLAN secara komersial memasuki tahapan serius.
Barulah pada tahun 1990 WLAN dapat dipasarkan dengan produk yang
menggunakan teknik spread spectrum (SS) pada pita ISM, frekuensi terlisensi
18-19 GHz dan teknologi IR dengan data rate >1 Mbps. Pada tahun 18-1997, sebuah
lembaga independence bernama IEEE membuat spesifikasi/standar WLAN
pertama yang diberi kode 802.11. Peralatan yang sesuai standar 802.11 dapat
bekerja pada frekuensi 2,4GHz, dan kecepatan transfer data (throughput) teoritis
maksimal 2 Mbps.
Pada bulan Juli 1999, IEEE kembali mengeluarkan spesifikasi baru
bernama 802.11b. Kecepatan transfer data teoritis maksimal yang dapat dicapai
adalah 11 Mbps. Kecepatan tranfer data sebesar ini sebanding dengan Ethernet
tradisional (IEEE 802.3 10Mbps atau 10Base-T). Peralatan yang menggunakan
standar 802.11b juga bekerja pada frekuensi 2,4Ghz. Salah satu kekurangan
peralatan wireless yang bekerja pada frekuensi ini adalah kemungkinan terjadinya
interferensi dengan cordless phone, microwave oven, atau peralatan lain yang
Pada saat hampir bersamaan, IEEE membuat spesifikasi 802.11a yang
menggunakan teknik berbeda. Frekuensi yang digunakan 5Ghz, dan mendukung
kecepatan transfer data teoritis maksimal sampai 54Mbps. Gelombang radio yang
dipancarkan oleh peralatan 802.11a relatif sukar menembus dinding atau
penghalang lainnya. Jarak jangkau gelombang radio relatif lebih pendek
dibandingkan 802.11b. Secara teknis, 802.11b tidak kompatibel dengan 802.11a.
Namun saat ini cukup banyak pabrik hardware yang membuat peralatan yang
mendukung kedua standar tersebut. Pada tahun 2002, IEEE membuat spesifikasi
baru yang dapat menggabungkan kelebihan 802.11b dan 802.11a. Spesifikasi
yang diberi kode 802.11g ini bekerja pada frekuensi 2,4Ghz dengan kecepatan
transfer data teoritis maksimal 54Mbps. Peralatan 802.11g kompatibel dengan
802.11b, sehingga dapat saling dipertukarkan. Misalkan saja sebuah komputer
yang menggunakan kartu jaringan 802.11g dapat memanfaatkan access point
802.11b, dan sebaliknya.
Pada tahun 2006, 802.11n dikembangkan dengan menggabungkan
teknologi 802.11b, 802.11g. Teknologi yang diusung dikenal dengan istilah
MIMO (Multiple Input Multiple Output) merupakan teknologi Wi-Fi terbaru.
MIMO dibuat berdasarkan spesifikasi Pre-802.11n. Kata ”Pre-” menyatakan
“Prestandard versions of 802.11n”. MIMO menawarkan peningkatan throughput,
keunggulan reabilitas, dan peningkatan jumlah klien yg terkoneksi. Daya tembus
MIMO terhadap penghalang lebih baik, selain itu jangkauannya lebih luas
sehingga Anda dapat menempatkan laptop atau klien Wi-Fi sesuka hati. Access
Point MIMO dapat menjangkau berbagai perlatan Wi-Fi yg ada disetiap sudut
802.11a/b/g. Access Point MIMO dapat mengenali gelombang radio yang
dipancarkan oleh adapter Wi-Fi 802.11a/b/g. MIMO mendukung kompatibilitas
mundur dengan 802.11 a/b/g. Peralatan Wi-Fi MIMO dapat menghasilkan
kecepatan transfer data sebesar 108Mbps.Wireless Local Area Network (WLAN)
adalah suatu jaringan area lokal nirkabel yang digunakan gelombang radio sebagai
media transmisinya dan untuk memberi sebuah koneksi jaringan ke seluruh
pengguna dalam area sekitar. Area dapat berjarak dari ruangan tunggal ke seluruh
kampus.
WLAN adalah suatu jaringan nirkabel yang menggunakan frekuensi radio
untuk komunikasi antara perangkat komputer dan akhirnya titik akses yang
merupakan dasar dari transceiver radio dua arah yang tipikalnya bekerja di
bandwidth 2,4 GHz ( 802.11b, 802.11g). Kebanyakan peralatan mempuanyai
kualifikasi Wi-Fi(wireless fidelity) dan menawarkan beberapa level keamanan
seperti WEP dan WPA.
2.5.1 Topologi Jaringan WLAN
Topologi adalah istilah yang digunakan untuk menguraikan cara
bagaimana komputer terhubung dalam suatu jaringan. Topologi ini biasanya
dibedakan dari dua sisi, yaitu topologi fisik dan topologi logika. Topologi fisik
menguraikan layout perangkat keras jaringan sedangkan topologi logika
menguraikan perilaku komputer jaringan dari sudut pandang operator. Ada tiga
jenis topologi yang biasa digunakan pada WLAN yaitu bus, cincin (ring), bintang
2.5.2 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.
2.5.3 Standar Awal 802.11
Standar ini merupakan standar awal untuk WLAN yang diperkenalkan
pada tahun 1997 oleh IEEE. Standar ini beroperasi pada layer fisik yang
menggunakan teknologi penyebaran spektrum Frequency Hopping Spread
Spectrum (FHSS) dan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang beroperasi
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
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.
2.5.4 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. Seperti terlihat dari tabel dibawah
Tabel 2.1 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 dimasukan untuk menyediakan
kecepatan hingga 54 Mbps
802.11h Mendefinisikan pengeturan spectrum 5 Ghz band yang digunakan di eropa dan asia fasifik 802.11i Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan
alamat dimana terdapat kelemahan pada protocol authentifikasi dan enkripsi
80211j PEnambahan pengalamatan pada kanal 4,9 Ghz hingga 5 Ghz untuk standar 802.11a di jepang.
2.5.5 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
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
interferensi RF dengan peralatan radio yang lain yang dapat mengurangi performa
dari standar.
2.5.6 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
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.
2.5.7 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
Tabel 2.2 Wi-Fi Channel
2.6 ANSOFT High Frequency Structure Simulator v11.
Banyak perangkat lunak (software) simulasi yang digunakan dalam
menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah. Dalam Tugas
Akhir ini menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v11 untuk
menganalisis karakteristik antena microstrip patch segi empat. Ansoft High
Frequency Structure Simulator v11 adalah software yang mempunyai skematik
terintegrasi dan manajemen disain front-end dalam teknologi simulasi.
Ansoft High Frequency Structure Simulator v11 juga merupakan dasar dari
mensimulasikannya secara analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan
sirkuit, dan memperformasikan sinyal tersebut. Software simulasi ini sangat
fleksibel dan mudah untuk digunakan. Dalam software ini terdapat bentuk-bentuk
skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam bentuk
visualisasi dan analisis data.
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 kedalam 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:
• Package Modeling à BGA, QFP, Flip-Chip
• PCB Board Modeling à Power/Ground planes, Mesh Grid Grounds,Backplanes
• Silicon/GaAs à Spiral Inductors, Transformers
• EMC/EMI à Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation s
• Antennas/Mobile Communications à Patches, Dipoles, Horns, ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption
Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency
Selective Surfaces(FSS)
HFSS adalah simulator interaktif yang elemen dasar mesh-nya adalah
tetrahedron. Hal ini membuat kita dapat menyelesaikan persoalan yang
berhubungan dengan bentuk geometri 3 dimensi yang berubah-ubah khususnya
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
terminal (laptop, PC dan PDA). Dengan penggunaan antena microstrip dengan harga yang relatif murah dan USB wireless adapter sebagai penangkap sinyal, maka antena ini merupakan pilihan yang tepat untuk solusi internet yang murah dan cepat. Perancangan antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator antena Ansoft HFSS v11.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 v11.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa karakterisasi berupa perubahan panjang saluran pencatu dan perubahan dimensi
patch. Dengan melakukan beberapa perubahan selanjutnya diperoleh hasil rancangan
yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v11. dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR, Gain antena dan pola radiasinya.
digambarkan dengan diagram alur pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Flowchart perancangan antena mikrostrip rectangular patch
3.2 Jenis Substrat Yang Digunakan
Didalam pemilihan jenis substrate dibutuhkan pengetahuan secara umum mengenai jenis substrate yang akan digunakan mulai dari kualitas, ketersediaan di pasaran dan harga dari bahan tersebut yang akan sangat mempengaruhi nilai jual apabila dipabrikasi secara massal untuk dipasarkan.
adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1 Spesifikasi substrate yang digunakan
Jenis substrate FR4 – Epoxy
Konstanta Dielektrik Relatif (ε
r) 4.4
Dielektri Loss Tangent (tanδ) 0.02
Ketebalan Substrate (h1 –h2) 1.6 mm
3.3 Perancangan Dimensi Patch Antena
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena microstrip dengan frekuensi kerja 2.4 GHz. Untuk perancangan awal dari dimensi antena digunakan perhitungan pada antena microstrip dengan patch berbentuk segi empat dengan menggunakan persamaan (2.15), (2.16), (2.17), (2.18) dan (2.19), maka persamaan sebagai berikut:
(2.16)
dimana h = 1,6 mm , W = 37,7 mm
ΔL = 0.877 mm
(2.19) dimana :
f0 = 2,4 GHz
εreff = 1,8017
maka :
Leff = 46,5 mm
L – Leff = ΔL (2.18)
dengan besar
Leff = 46,5 mm
ΔL = 0.877 mm
maka:
Pada perancangan ini, perlunya sebuah program simulator untuk membantu proses rancang bangun antena microstrip patch segi empat. simulasi dilakukan untuk melihat apakah perhitungan yang dilakukan telah cocok dengan VSWR yang diinginkan atau tidak dengan frekuensi 2,4 GHz. Simulasi dilakukan dengan perangkat lunak simulator Ansoft High Frequency Structure Simulator v11.
3.4.1 Memulai HFSS
Pertama double-click di HFSS icon di desktop Windows sehingga muncul tampilan seperti Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Tampilan awal HFSS
Gambar 3.3 Menu save as
Lalu klik save setelah folder penyimpan data dipilih.
3.4.2 Perancangan Substrate
Untuk membuat substrate, pada itemDraw pilih box atau dengan langsung memilih Draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada gambar 3.4 dengan memilih bahan FR4 – epoxy kemudian mengganti nama box tersebut dengan Substrate.
Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate
Dengan nilai kordinat seperti pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Data substrate
Starting Point (mm) Full Length (mm) x = -10 dx = 80 y = -10 dy = 80 z =0 dz = -1.6
3.4.3 Perancangan Patch
Gambar 3.6 Perancangan patch Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.7
Gambar 3.7 Pengisian koordinat untuk letak dan besar patch Dengan nilai koordinat seperti pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Data Patch
3.4.4 Perancangan Feed line
Pada perancangan ini langkah yang harus dilakukan adalah memilih pada item Draw kemudian pilih box atau dengan langsung memilih Draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada gambar 3.8 dengan memilih bahan Cooper kemudian mengganti nama box tersebut dengan Feed line.
Gambar 3.8 Perancangan feed line
Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.9
Dengan nilai koordinat seperti pada tabel 3.4.
Tabel 3.4 Data Feed line
Starting Point (mm) Full Length (mm) x = 31 dx = 1.5 y = -10 dy = 25.75
z =0 dz = 0.035
Setelah feed line tebentuk maka kita harus menyatukan antara feed line dengan patch-nya dengan cara klik CTRL kemudian pilih feed line dengan patch lalu pada salah satu kalik kanan pilih Edit kemudian Boelan lalu Unite pilih ok, maka kemudian kedua benda tersebut sudah menjadi satu bagian seperti pada gambar 3.10.
3.4.5 Perancangan Ground
Untuk membuat ground, pada item Draw pilih box atau dengan langsung memilih Draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada gambar 3.11 dengan memilih bahan Cooper kemudian mengganti nama box tersebut dengan Ground.
Gambar 3.11 Perancangan ground Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.12
Dengan nilai kordinat seperti pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5 Data ground
Starting Point (mm) Full Length (mm) x = -10 dx = 80 y = -10 dy = 80 z = -1.6 dz = -0.035
3.4.6 Perancangan Boundary
Untuk membuat boundary, pada item Draw pilih box atau dengan langsung memilih Draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada gambar 3.13 dengan memilih bahan air kemudian mengganti nama box tersebut dengan Boundary.
Gambar 3.14 Pengisian kooordinat untuk letak dan besar boundary Dengan nilai kordinat seperti pada Tabel 3.6.
Tabel 3.6 Data boundary
Starting Point (mm) Full Length (mm) x = -12 dx = 84 y = -12 dy = 84 z = -3 dz = 100
3.4.7 Assign Excitation
Untuk membuat sebuah port eksitasi langkah pertama adalah pada item Draw pilih rectangular kemudian data koordinat diisi seperti pada tabel 3.7
Tabel 3.7 Data wave port
Starting Point (mm) Full Length (mm) x = 31 dx = 1.5 y = -10 Axis
Dengan nilai koordinat seperti pada Tabel 3.7 maka akan terbentuk seperti gambar 3.15, kemudian klik kanan pada rectangle tersebut pilih Assign Excitation kemudian pilih Wave Port lalu enter.
Gambar 3.15 Perancangan wave port
Setelah itu akan muncul pop-up pilihan seperti pada gambar 3.16 kemudian klik next lalu akan muncul pop-up kemudian pilih New Line lalu next dan klik finish.
Gambar 3.17 Pop-up 2 wave port
Gambar 3.18 Wave port 3.4.8 Analysis Setup
tiap setup. Lalu isi nilai maximum number of phases menjadi 10. Kemudian isi nilai maximum delta S sebesar 0,01 lalu pilih OK.
Gambar 3.19 Pengisian data Analysis setup
3.4.9 ADD Frequency Sweep
Gambar 3.20 Setup1
Gambar 3.21 Pengisian data frequency sweep
3.4.10 Model Validation
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.
Gambar 3.22 Gambar model antena yang dihasilkan
3.4.11 Analyze
Setelah melewati validation check, langkah selanjutnya adalah menganalisis model. Untuk menganalisis model ini dengan klik menu HFSS lalu pilih analyze all. Pada langkah ini program akan menjalankan perhitungan secara otomatis agar bias didapatkan hasil dari perancangan.
3.4.12 Create Report
Setelah proses analisis selesai maka hasil dapat ditampilkan dalam grafik 2D, grafik 3D, plot-plot dan tabel. Untuk dapat melihat hasil-hasil tersebut pada menu bar pilih HFSS kemudian pilih report kemudian kita dapat memilih report yang kita inginkan.
3.5 Hasil Simulasi
Setelah menganalisis model rancangan microstrip patch segi empat, maka didapatkan hasil pola radiasi, gain, VSWR
3.5.1 Return Loss dan Frekuensi
Dari hasil perancangan kemudian disimulasikan didapatkan return loss dan frekuensi sebesar 2,402 GHz.
Gambar 3.25 Return Loss danFrekuensi yang didapat dari hasil perancangan
3.5.2 Pola Radiasi
Dari simulasi hasil perancangan maka didapatkan pola radiasi seperti terdapat pada gambar 3.26.
3.5.3 Gain
Dari hasil perancangan besar gain yang didapat sebesar 2,13 dB pada frekuensi 2,402 GHz seperti yang terdapat pada gambar 3.27 dibawah ini.
Gambar 3.267Gain yang didapat dari hasil perancangan
3.5.4 VSWR
Dari hasil perancangan kemudian disimulasikan nilai VSWR yang didapat adalah 1.15 pada frekuensi 2,402 GHz seperti terdapat pada gambar 3.28 dibawah ini.
PENGUKURAN DAN ANALISA
4.1 Umum
Dalam bab ini membahas tentang pengukuran antena mikrostrip patch
rectangular yang dirancang, pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui kinerja
apakah antena yang dirancang sesuai dengan harapan dan dapat diimplementasikan
pada jaringan Wireless.
Hasil pengukuran parameter-parameter antena mikrostrip patch rectangular
meliputi nilai dari return loss, impedansi, pola radiasi, VSWR dan gain yang
optimum pada frekuensi kerja 2,4 GHz.
4.2 Pengukuran Antena Mikrostrip Patch Rectangular.
Setelah proses perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch
rectangular proses selanjutnya adalah berupa pengukuran atau pengujian dari antena
yang dirancang tersebut.
Ada beberapa parameter antena yang diukur untuk menunjukan karakteristik
serta kemampuan kerja dari antena antara lain SWR, Impedansi, Pola Radiasi dan
Gain.
Pengukuran antena mikrostrip patch rectangular ini dilakukan di
Labolatorium Telekomunikasi, Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi –
4.2.1 Pengukuran VSWR dan Impedansi
Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan impedansi input merupakan
parameter yang mengindikasikan kesesuaian dari antenna terhadap saluran transmisi
dan frekuensi kerjanya, sehingga mempengaruhi daya yang diterima. Pengukuran ini
menggunakan Vector Network Analyzer Advantest R3770 unutuk mendapatkan nilai
VSWR dan impedansinya.
Gambar 4.1 Vector Network Analyzer Advantest R3770
Peralatan yang digunakan pada pengukuran VSWR dan impedansi input adalah :
1. Vector Network Analyzer Advantest R3770.
2. Antena mikrostrip patch rectangular 2,4 GHz.
Gambar 4.2 Rangkaian untuk pengukuran parameter-parameter antena menggunakan Vector Network Analyzer Advantest R3770
Langkah-langkah pengukuran VSWR adalah sebagai berikut :
1. Merangkai antena dan alat ukur seperti pada Gambar 4.2
2. Menghidupkan Vector Network Analyzer Advantest R3770
3. Menghubungkan antenna mikrostrip patch rectangular yang sudah
dihubungkan dengan SMA-Connector dengan kabel Coaxial dengan Vector
Network Analyzer Advantest R3770
4. Mengambil data untuk nilai VSWR berupa gambar yang tampil di Vector
Network Analyzer Advantest R3770 kemudian file disimpan
5. Mengambil data untuk nilai Impedansi input dengan model gambar Smith
4.2.2 Pengukuran Return Loss
Pengukuran return loss dilakukan dengan cara yang hampir sama dengan
pengukuran VSWR dan Impedansi. Return Loss sendiri adalah parameter yang
menginidikasikan seberapa matching antenna yang didesain.
Peralatan yang digunakan pada pengukuran VSWR dan impedansi input adalah :
1. Vector Network Analyzer Advantest R3770.
2. Antena mikrostrip patch rectangular 2,4 GHz.
3. Kabel coaxial.
Langkah-langkah pengukuran Return Loss adalah sebagai berikut :
1. Merangkai antena dan alat ukur seperti pada Gambar 4.2
2. Menghidupkan Vector Network Analyzer Advantest R3770
3. Menghubungkan antenna mikrostrip patch rectangular yang sudah
dihubungkan dengan SMA-Connector dengan kabel Coaxial dengan Vector
Network Analyzer Advantest R3770
4. Mengambil data untuk nilai Return Loss berupa gambar yang tampil di Vector
Network Analyzer Advantest R3770 kemudian file disimpan
4.2.3 Pengukuran Gain
Untuk menyatakan gain maksimum dari antenna mikrostrip patch rectangular
dengan cara membandingkan dengan gain dari sebuah antena isotropis sebagai
4.2.4 Pengukuran Pola Radiasi
Pengukuran pola radiasi dilakukan untuk mengetahui bagaimanakah bentuk
pola radiasi antenna mikrostrip patch rectangular yang telah dibuat. Selain hal
tersebut yang terpenting adalah seberapa tepatkah perancangan antena dan sejauh
mana antena yang telah direalisasikan dibuat sesuai harapan.
Pengukuran pola radiasi ini menggunakan prinsip reprositas dimana bahwa
secara ideal satu antena dapat dipergunakan sebagai antena pemancar dan dapat pula
dipergunakan sebagai antena penerima. Untuk pengukuran ini dipergunakan prinsip
reprositas dimana antena mikrostrip patch rectangular dijadikan sebagai antena
penerima.
Pada pengukuran ini dipergunakan dua antena dimana antena pertama adalah
antena horn yang dihubungkan dengan sebuah signal generator sebagai antena
pengirim dan antena mikrostip patch rectangular sebagai antena penerima yang
dihubungkan dengan sebuah spectrum analyzer . Penempatan kedua antenna ini
diletakan dalam posisi sejajar dengan ketinggian 140 cm dari lantai dan jarak 2.5
meter antara kedua antena.
Gambar 4.4 Wiltron Signal Generator
Gambar 4.5 HP Spectrum Analyzer
Pola radiasi suatu antena merupakan suatu karakteristik yang menggambarkan
sifat radiasi antena pada medan jauh sebagai fungsi dari arah. Arah pada sisi antena
penerima adalah memutar sebanyak 360o baik pada bidang H.
Gambar 4.7 Posisi antena untuk pengukuran pola radiasi.
Langkah-langkah pengukuran pola radiasi adalah sebagai berikut :
1. menyiapkan peralatan kemudian dirangkai seperti pada Gambar 4.6,
kemudian memastikan bahwa posisi antara antena pengirim dan penerima
sejajar.
2. Signal generator dihubungkan dengan antena horn sebagai antena pengirim
kemudin diset pada frekuensi 2,4 GHz.
3. Spectrum Analyzer dihubungkan dengan antena mikrostrip patch rectangular
pada sisi penerima.
4. Mengecek setelah terangkai kemudian memastikan bahwa semua alat
berfungsi sebagaimana mestinya.
5. Mencatat nilai level sinyal yang tertera pada spectrum analyzer pada posisi 0o.
6. Memutar posisi antena mikrostrip patch rectangular dengan perubahan
masing–masing sebesar 10o sampai dengan 360o , kemudian mencatat nilai
level yang didapat pada masing-masing sudut untuk mendapatkan hasil pola
4.3 Hasil Pengukuran
Hasil pengukuran parameter-parameter antena mikrostrip patch rectangular
meliputi nilai dari return loss, impedansi, pola radiasi, VSWR dan gain yang
optimum pada frekuensi kerja 2,4 GHz.
4.3.1 Hasil Pengukuran VSWR
Dari pengukuran VSWR yang dilakukan pada antena mikrostrip patch
rectangular dengan range frekuensi 2,3 GHz – 2,5 GHz, maka didapatkan hasil
seperti pada tabel berikut ini.
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran VSWR Antena Mikrostrip Patch Rectangular
NO Frekuensi (GHz) Nilai VSWR
1 2,30 4.986
2 2.35 2.686
3 2.39 1.447
4 2.40 1.266
5 2,41 1.198
6 2,45 1.703
Gambar 4.8 Grafik Hasil Pengukuran VSWR
Gambar 4.9 Hasil pengukuran VSWR pada Vector Network Analyzer Advantest
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa nilai VSWR yang terbaik pada frekuensi
2,41 GHz dengan nilai 1.198, namun antena mikrostrip patch rectangular ini
dirancang untuk frekuensi 2,40 GHz dengan nilai VSWR pada frekuensi tersebut
sebesar 1.266, nilai tersebut masih berada pada nilai yang diizinkan untuk simulasi
dan pabrikasi yaitu ≤ 2.
4.3.2 Hasil Pengukuran Return Loss
Dari hasil pengukuran return loss didapatkan hasil seperti pada tabel di
bawah ini.
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Return Loss Antena Mikrostrip Patch Rectangular
NO Frekuensi (GHz) Return Loss (dB)
1 2,30 -3.546
2 2.35 -6.812
3 2.39 -14.682
4 2.40 -18.802
5 2,41 -20.712
6 2,45 -11.641
Gambar 4.10 Grafik Hasil Pengukuran Return Loss
Gambar 4.11 Hasil pengukuran Return Loss pada Vector Network Analyzer
Dari tabel hasil pengukuran return loss diatas didapatkan bahwa nilai terendah
berada pada frekuensi 2,41 GHz sebesar -20.217 dB.
4.3.3 Hasil Pengukuran Impedansi
Dari hasil pembacaan data pada smith chart hasil pengukuran impedansi pada
range frekuensi antara 2.30 GHz – 2.475 GHz didapatkan nilai impedansi sebagai
berikut.
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Impedansi Antena Mikrostrip Patch Rectangular
NO Frekuensi (GHz) Nilai Real (Ω) Nilai Imajiner (Ω) Induktansi
Impedansi input antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang memiliki
dua bagian yaitu bagian real dan bagian imajiner. Bagian real merupakan resistansi
atau tahanan masukan yang menyatakan daya yang diradiasikan oleh antena pada
medan jauh. Sedangkan pada bagian imajiner adalah merupakan masukan yang
Zin = Rin + j Xin (Ω) (2.5)
dimana :
R = Nilai real
X = Nilai imajiner
Gambar 4.12 Hasil pengukuran Impedansi pada Vector Network Analyzer Advantest R3770.
Maka jika dilihat dari hasil pengukuran mode Smith Chart pada tabel diatas,
antena mikrostrip patch rectangular memiliki impedansi input yang optimal pada
frekuensi 2,41 GHz sebesar 59.963 + j71.433 mΩ. Besar nilai tersebut mempengaruhi
nilai VSWR karena apabila antena tersebut dihubungkan dengan saluran transmisi
gelombang pantul dimana perbandingannya dikenal dengan VSWR atau Voltage
Standing Wave Ratio.
4.3.4 Hasil Pengukuran Gain
Pengukuran gain dilakukan dengan cara membandingkan antara antena
mikrostrip patch rectangular dengan sebuah antena horn sebagai antena referensi
dengan besar gain sebesar 37 dBm pada frekuensi 2,40 GHz. Maka dari hasil
Pengukuran untuk mendapatkan nilai gain yang tepat sulit dilakukan karena
bayak faktor yang mempengaruhi nilai dari gain itu sendiri seperti kondisi ruangan
yang dipenuhi benda dan pengaruhnya terhadap pengukuran, sinyal akan mengalami
attenuasi di ruang bebas dan diserap oleh berbagai benda dalam ruangan pengukuran
dan gelombang pantul akibat benda-benda di sekitar pengukuran.
4.3.5 Hasil Pengukuran Pola Radiasi
Setelah melakukan langkah-langkah untuk pengukuran pola radiasi antena
radiasi yang diperoleh dari pengukuran level sinyal antena dan data tersebut
dinormalisasi.
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Mikrostrip Patch Rectangular Bidang H
NO Posisi (derajat) Level Daya
Gambar 4.13 Pola Radiasi hasil pengukuran
4.4 Aplikasi Antena Mikrostrip Patch Rectangular Pada Jaringan Wireless
Antena mikrostrip patch rectangular hasil perancangan diaplikasikan sebagai
antena penerima atau antena client, namun dalam pengaplikasiannya antena
mikrostrip patch rectangular juga diaplikasikan sebagai antena pemancar. Pada
pengaplikasian antena mikrostrip patch rectangular di sisi pengirim atau pemancar
antena dipasang pada sebuah Wireless router TP-Link TD-W8901G dan pada
penerima antena dipasang pada sebuah USB wireless TP-Link TN-WL722N.
4.4.1 Aplikasi Antena Mikrostrip Patch Rectangular Sebagai Pemancar
Untuk mengaplikasikan antena ini sebagai pemancar antena dipasang pada
Gambar 4.14 Antena Mikrostrip yang terpasang pada Wireless router TP-Link TD-W8901G.
Sebelum antena dipasang sinyal terlebih dahulu dikenali dengan nama SSID
“GEMPOL 6” dan sinyal yang dapat diterima sebesar 28 dB seperti telihat pada
gambar 4.14 dengan penerima berjarak kurang lebih 12 meter non line of sight.
Setelah itu mengganti antena yang terdapat pada Wireless router TP-Link
TD-W8901G dengan antena mikrostrip patch rectangular, setelah antenna diganti
kemudian sinyal yang tertangkap oleh penerima adalah sebesar 48 dB pada jarak
Gambar 4.15 Penerimaan sinyal sebelum antena dipasang sebagai pemancar
Gambar 4.16 Penerimaan sinyal setelah antena dipasang sebagai pemancar
Gambar 4.17 Level penerimaan sinyal dan data rate antenna mikrostrip patch
4.4.2 Aplikasi Antena Mikrostrip Patch Rectangular Sebagai Penerima
Untuk mengaplikasikan antena sebagai penerima antena mikrostrip patch
rectangular dipasang pada sebuah perangkat USB Wireless TP-Link TN WL-722N.
Gambar 4.18 Antena Mikrostrip Patch Rectangular yang terpasang pada USB Wireless TP-Link TL-WN722N
Pengaplikasian ini dilakukan dengan terlebih dahulu mencari sinyal yang
diinginkan dengan SSID “locapartner” sebelum USB wireless dipasang antena
mikrostrip sinyal tertdeteksi sebesar 45 dB seperti terlihat pada gambar 4.18 dengan
penerima berada pada jarak kurang lebih 8 meter non line of sight, setelah itu antena
yang terdapat pada USB Wireless TP-Link TL-WN722N diganti dengan antena
mikrostrip patch rectangular, setelah antena diganti sinyal yang didapat sebesar 65
Gambar 4.19 Penerimaan sinyal sebelum antena dipasang sebagai Penerima
Gambar 4.21 Level penerimaan sinyal dan data rate antenna mikrostrip patch
rectangular sebagai penerima
4.5 Perbandingan Hasil Simulasi Parameter Antena dengan Hasil Pengukuran
Setelah diperoleh hasil dari pengukuran parameter antena selanjutnya adalah
membandingkan hasil tersebut dengan hasil simulasi yang dikerjakan. Berikut ini
adalah tabel perbandingan antara parameter hasil pengukuran dengan hasil simulasi
Tabel 4.5 Tabel Perbandingan Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran
Hasil Pengukuran Hasil Simulasi
Frekuensi 2,410 GHz 2,408 GHz
VSWR 1.198 1.158
Return Loss -20.712 dB -23.110 dB
Impedansi Input 59.963 + j71.433 mΩ 50 Ω
