PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR
UNTUK APLIKASI WLAN MENGGUNAKAN SIMULATOR
ANSOFT HFSS v10
OLEH :
NAMA : BALEMURLI NIM : 060402072
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR
UNTUK APLIKASI WLAN MENGGUNAKAN SIMULATOR
ANSOFT HFSS v10
OLEH :
NAMA : BALEMURLI NIM : 060402072
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 14 bulan Agustus tahun 2010 di depan Penguji : 1. Rahmad Fauzi, ST, MT. : Ketua Penguji :
2. Ir. Arman Sani, MT. : Anggota Penguji : 3. Maksum Pinem, ST, MT. : Anggota Penguji :
Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,
(Ali Hanafiah Rambe, ST., MT.) NIP. 197808262003121001
Diketahui oleh : Pelaksana Harian
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR
UNTUK APLIKASI WLAN MENGGUNAKAN SIMULATOR
ANSOFT HFSS v10
OLEH :
NAMA : BALEMURLI NIM : 060402072
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 14 bulan Agustus tahun 2010 di depan Penguji :
1. Rahmad Fauzi, ST, MT. : Ketua Penguji
2. Ir. Arman Sani, MT. : Anggota Penguji 3. Maksum Pinem, ST, MT. : Anggota Penguji
Diketahui oleh : Disetujui oleh :
Pelaksana Harian Pembimbing Tugas Akhir
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
ABSTRAK
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Luas cakupan WLAN meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya. Salah satu perangkat yang dibutuhkan pada sistem WLAN adalah antena. Ada berbagai jenis antena yang dapat digunakan pada WLAN diantaranya adalah antena mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki 3 komponen yaitu patch (trace) yang merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik, dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah. Bentuk dari patch dapat berupa segiempat, segitiga, lingkaran, elips, dan lain sebagainya.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, serta adinda - adinda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR UNTUK APLIKASI WLAN MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v10
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST.MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Hendra Zulkarnain, selaku Penasehat Akademis penulis, atas
3. Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
5. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Pengaturan dan Komputer FT USU: B’Muhfi, B’Hans, B’Haris, Rozi dan Salman.
6. Agung Permana Putra, Helmi Salim, dan Teguh Putra Utama yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
7. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Firmanto, Bembenk, Denos, Jonathan “Martua” Abigael, Supenson, Boja, Mudhin, Randi, Andi, Taufik, Azhary “partner”, D’lhiant, Rey XP, Khalid, Alfi, Fahmi, Zaimi, Angga, Budi, Ina, Liza, Pingkan, Muti, Kecy, Sanita, Dota community dan seluruh mahasiswa stambuk 2006, semoga silaturahmi kita terus terjaga.
8. Senior dan junior yang telah membantu : B’Rudy, B’Mikha, Recky, Yuyanto, Indra, serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Tuhan Yang Maha Esa, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Juni 2010 Penulis
Balemurli
2.3.6 Gain……….. 14
2.3.7 Pola Radiasi………. 14
2.3.8 Frekuensi Resonansi……… 15
2.4 Antena mikrostrip... 15
2.4.1 Pengertian Antena Mikrostrip ... 15
2.4.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 17
2.4.3 Teknik Pencatuan ... 18
2.4.4 Jenis – jenis Antena Mikrostrip ... 18
2.5 Antena Mikrostrip Patch Sirkular ... 19
2.6 Pertimbangan – pertimbangan dalam merancang antena mikrostrip patch sirkular ... 20 ukuran subtract dan groundplane yang terbatas……… 23
2.6.3 Efisiensi Radiasi... 24
2.6.4 Lokasi Titik pencatu………. 24
2.7 Simulator Ansoft HFSS v 10.0... 24
2.8 Proses Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS v 10.0……… 26
3.8 Wireless Channel... 48
IV. PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR UNTUK APLIKASI WIRELESS LAN... 50
4.1 Umum... 50
4.2 Jenis Subtrat yang Digunakan... 50
4.3 Perancangan Dimensi Patch Antena... 51
4.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu……… 52
4.5 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Sirkular………… 52
4.6 Mensimulasikan Rancangan………. 60
4.7 Karakterisasi Antena………. 62
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1 Kesimpulan ... 68
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Ilustrasi antena mikrostrip untuk aplikasi WLAN………. 2
Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi ... 7
Gambar 2.2 Daerah Antena... 8
Gambar 3.3 Jaringan WLAN 802.11 dan arsitekturnya ... 36
Gambar 3.4 Topologi bus ... 38
Gambar 3.5 Topologi ring... 39
Gambar 3.6 Topologi star ... 40
Gambar 3.7 Topologi pohon ... 41
Gambar 4.1 Model antena mikrostrip patch sirkular ... 55
Gambar 4.2 Flowchart perancangan antena mikrostrip patch sirkular………... 59
Gambar 4.3 Grafik VSWR hasil simulasi awal... 60
Gambar 4.4 Gain hasil simulasi awal ... 61
Gambar 4.6 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang pencatu 12,5 mm dan
jari-jari 16 mm……….... 62
Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang pencatu 15,5 mm dan jari-jari 15 mm……….... 64
Gambar 4.8 Grafik VSWR hasil simulasi yang optimum……..…………... 65
Gambar 4.9 Gain hasil simulasi yang optimum………. 66
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik beberapa bahan dielektrik ... 16
Tabel 3.1 Standar – standar WLAN 802.11 ... 43
Tabel 3.2 Wifi Channel.…... 46
Tabel 4.1 Spesifikasi substrat yang digunakan... 50
Tabel 4.2 Karakteristik perubahan panjang saluran pencatu…………... 63
Tabel 4.3 Karakteristik perubahan jari – jari patch………. 64
ABSTRAK
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Luas cakupan WLAN meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya. Salah satu perangkat yang dibutuhkan pada sistem WLAN adalah antena. Ada berbagai jenis antena yang dapat digunakan pada WLAN diantaranya adalah antena mikrostrip
Antena mikrostrip memiliki 3 komponen yaitu patch (trace) yang merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik, dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah. Bentuk dari patch dapat berupa segiempat, segitiga, lingkaran, elips, dan lain sebagainya.
BAB I 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.
A n t e n a m ik r o s t r ip
A c c e s s p o in t
Gambar 1.1 Ilustrasi antena mikrostrip untuk aplikasi WLAN
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 antena mikrostrip pada berbagai aplikasi adalah bahannya yang sederhana dan murah tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch sirkular?
2. Bagaimanakah spesifikasi antena yang diperlukan pada sistem WLAN?
3. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch sirkular untuk aplikasi WLAN yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz (2,4 – 2,5 GHz)?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang antena mikrostrip patch
sirkular untuk aplikasi wireless LAN yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz (2,4 – 2,5 GHz).
1.4 Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Parameter yang dibahas hanya : dimensi antena, VSWR, pola radiasi dan gain. 2. Perancangan dilakukan dengan menggunakan simulator ansoft designer HFSS
versi 10.0.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang dilakukan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain yang terkait serta dari layanan internet berupa jurnal-jurnal penelitian.
2. Merancang antena mikrostrip patch sirkular
Merupakan proses merancang antena mikrostrip patch sirkular dengan menggunakan software.
3. 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 ANTENA MIKROSTRIP
BAB III WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
Bab ini berisi teori tentang Wireless Local Area Network (WLAN) . BAB IV PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR
UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
Bab ini berisi tentang perancangan antena mikrostrip patch sirkular untuk aplikasi wireless LAN dan hasil yang dicapai dari perancangan tersebut.
BAB V PENUTUP
BAB II
ANTENA MIKROSTRIP
2.1 Pengertian Antena
Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain.
Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi maknit total dua kali setiap periode gelombang itu.
A ada saluran transmisi yang dihubungkan singkat dan merupakan resonator. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[1].
E
Gel. ruang bebas teradiasi antena
sal. transmisi sumber
Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi
2.2 Daerah Antena
Medan Jauh (Fraunhofer (Freshnel)
Medan Medan
Gambar 2.2 Daerah Antena
Ruang-ruang di sekitar antena dibagi ke dalam 3 daerah, yaitu : 1. Daerah medan dekat reaktif
Daerah ini didefenisikan sebagai bagian dari daerah medan dekat di sekitar antena, di mana daerah reaktif lebih dominan. Apabila λ adalah panjang gelombang dan D adalah dimensi terluar antena, untuk kebanyakan antena batas terluar daerah ini adalah [1] :
(2.1)
2. Daerah medan dekat radiasi
Daerah ini didefenisikan sebagai daerah medan antena antara medan dekat reaktif dan daerah medan jauh di mana medan radiasi dominan dan distribusi medan bergantung pada jarak dari antena. Daerah ini sering juga disebut daerah Freshnel
dimana [1] :
(2.2) R
3. Daerah medan jauh
Daerah medan jauh merupakan daerah antena di mana distribusi medan tidak lagi bergantung kepada jarak dari antena. Di daerah ini, komponen medan transversal dan distribusi angular tidak bergantung pada jarak radial di mana pengukuran dibuat. Semua spesifikasi diperoleh dari pengukuran yang dilakukan di daerah ini, dengan syarat [1] :
(2.3)
2.3 Parameter Antena
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut [1]. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Wave Standing Ratio
(VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan penguatan.
2.3.1 Impedansi masukan
Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu.[1]
(2.4)
Pada saluran transmisi, nilai z diganti dengan nilai , sehingga persamaan di atas menjadi [1] :
(2.5 )
2.3.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ), yaitu :
(2.6)
di mana 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 :
a. : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat b. : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna. c. : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [1] :
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR≤2.
2.3.3 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh [1] :
2.3.4 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana
kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwith dapat dicari dengan rumus berikut ini [1] :
(2.9)
Keterangan :
= frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :
a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada
keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching
ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dB.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau
gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana
2.3.5 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini [1] :
(2.10)
Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan rumus [1] :
(2.11)
Keterangan :
D = keterarahan
D0 = keterarahan maksimum
U = intensitas radiasi maksimum
Umax = intensitas radiasi maksimum
U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
2.3.6 Penguatan (gain)
Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut
antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan rumus [1] :
(2.12)
Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber
isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut [1] :
(2.13)
2.3.7 Pola radiasi
Pola radiasi pada sebuah antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematis atau sebuah gambaran grafis dari komponen-komponen radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional.
2.3.8 Frekuensi Resonansi
2.4 Antena Mikrostrip
Salah satu antena yang paling populer saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini disebabkan karena antena mikrostrip sangat cocok digunakan untuk perangkat telekomunikasi yang sekarang ini sangat memperhatikan bentuk dan ukuran.
2.4.1 Pengertian Antena Mikrostrip
Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu micro (sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip dapat didefenisikan sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil.
Gambar 2.3 Struktur Antena Mikrostrip
Gambar 2.3 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip [2]. Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan ground
plane. Patch terletak di atas substrat, sementara ground plane terletak pada bagian
paling bawah.
mikrostrip yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, lingkaran, dan lain-lain. Patch berfungsi sebagai pemancar (radiator). Patch dan saluran pencatu biasanya terletak di atas substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis ( ;
t=ketebalan patch). Substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,003 λ0 – 0,05λ0 [1].
Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik beberapa bahan dielektrik Bahan dielektrik Nilai konstanta dielektrik (εr)
Alumina 9,8
Material sintetik – Teflon 2,08
Material komposit – Duroid 2,2 – 10,8
Ferimagnetik – Ferrite 9 – 16
Semikonduktor – Silikon 11,9
Fiberglass 4,882
Tabel 2.1 menunjukkan nilai permeativitas relatif bahan dielektrik yang sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip. Tampak bahwa semikonduktor (silikon) memiliki nilai εr yang lebih tinggi dan teflon memiliki nilai
εr yang lebih rendah.
2.4.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena mikrostrip juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti pada handphone, missile, dan peralatan lainnya. Pada zaman sekarang, pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah fisik antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya.. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah [4] :
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
2.4.3 Teknik pencatuan
Antena mikrostrip dapat dicatu dengan beberapa metode. Metode-metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting) [3]. Pada metode terhubung, daya RF dicatukan secara langsung ke patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung. Pada metode tidak terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untuk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperture coupling dan
proximity coupling.
2.4.4 Jenis-jenis antena mikrostrip
Berdasarkan bentuk patch-nya antena mikrostrip terbagi menjadi : a. Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular)
b. Antena mikrostrip patch persegi (square) c. Antena mikrostrip patch lingkaran (circular) d. Antena mikrostrip patch elips (elliptical) e. Antena mikrostrip patch segitiga (triangular) f. Antena mikrostrip patchcircular ring
Gambar 2.4 Jenis-jenis patch antena mikrostrip
2.5 Antena mikrostrip pacth sirkular
Antena mikrostrip dengan patch sirkular akan memilki performa yang sama dengan antena mikrostrip patch segi empat. Pada aplikasi tertentu, seperti array,
patch sirkular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan dengan patch yang
lainnya. Antena mikrostrip dengan patch sirkular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola radiasi, dan frekuensi kerja. Untuk menganalisis antena mikrostrip patch sirkular ini banyak metode yang telah digunakan, termasuk diantaranya dengan menggunakan model rongga (cavity
model), mode matching dengan admitansi tepi, model saluran transmisi umum,
Gambar 2.5 Antena mikrostrip patch sirkular tampak atas
2.6 Pertimbangan-pertimbangan dalam merancang antenna mikrostrip patch sirkular
Di dalam merancang antena mikrostrip patch sirkular ada beberapa pertimbangan yang harus di perhatikan, yaitu :
2.6.1 Pemilihan substrat dan jari-jari patch
dari keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu substrat dengan nilai lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil. Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang sama ketika menurunya nilai dari karakteristik antena. Rugi-rugi garis singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi-rugi dielektrik dan oleh karena itu hal ini akan menurunkan efisiensi antena. Bahan yang biasa digunakan sebagai substrat diantaranya adalah
honeycomb ( , duroid ( , quartz ( , dan alumina
( . Jadi substrat yang digunakan haruslah memiliki konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini bertujuan agar diperoleh efisiensi radiasi yang lebih tinggi. Selain itu substrat yang semakin tebal akan meningkatkan impedansi bandwidth.
Metalisasi patch dengan jari-jari ditentukan oleh kondisi resonansi, yaitu . Untuk orde yang paling rendah (n = 1) berlaku [2] :
(2.14)
atau
(2.15)
Karena karena faktor area pinggir pada tepi patch konduktor , patch yang secara fisik memiliki jari-jari a akan memiliki jari-jari efektif sebesar aedimana ae >
a. Oleh karena itu persamaan 1.1 di atas dapat ditulis menjadi [2]:
Hubungan antara a dan ae ditunjukkan oleh persamaan [2] :
(2.17) Didalam perancangan antena, nilai dari aeyang diinginkan pada frekuensi kerja frdidapatkan dengan menggunakan persamaan [2] :
(2.18)
2.6.2 Pola radiasi
Berbagai macam model matematika telah dianjurkan untuk memprediksikan karakteristik radiasi dari radiator antena mikrostrip patch sirkular. Ungkapan mengenai daerah jauh diperoleh dengan menggunakan model rongga yang sederhana dan memenuhi syarat untuk tujuan praktis. Pola radiasinya dapat digambarkan dengan menggunakan persamaan [2] :
(2.19)
(2.20)
Untuk mode dominan TM11 maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi [2] :
(2.21)
a. Beamwidth
Beamwidth untuk komponen bidang yang teradiasi dapat diukur dari pola
radiasinya. Beamwidth untuk Eθ akan semakin berkurang nilainya untuk , sedangkan nilainya akan bertambah untuk = 1 sebagaimana dengan bertambahnya nilai h/a. Kejadian ini merupakan hasil dari peranan yang dimainkan oleh permukaan gelombang untuk nilai
b. Efek dari ukuran substrat dan ground plane yang terbatas
Karakteristik antena digambarkan sangat jauh untuk mengasumsikan ukuran yang tidak terbatas dari substrat dan ground plane. Dalam prakteknya ukuran dari keduanya terbatas dan akan mempengaruhi karakteristik yang telah dianjurkan untuk tingkat ketebalan dari substrat. Kishk dan Shafai telah mempelajari efek dari ukuran yang terbatas ini terhadap daerah radiasi dan amplitudo eksitasi untuk berbagai macam mode. Bhattacharyya telah menentukan efek dari ukuran yang tetap ini terhadap impedansi input, pola radiasi, efisiensi dan gain.
Radiasi didekat arah broadside yang utama ditentukan oleh patch. Ukuran dari substrat dan ground plane yang terbatas akan mempengaruhi radiasi didekat arah
radiasi dari berbagai macam mode tersebut secara sederhananya dapat dikendalikan oleh ukuran ground plane.
2.6.3 Efisiensi radiasi
Efisiensi radiasi diartikan sebagai perbandingan daya yang teradiasi terhadap daya input, yang dinyatakan dengan [2] :
(2.23)
Pada antena mikrostrip patch sirkular efisiensi akan meningkatkan ketebalan substrat dan akan menurunkan konstanta dielektrik.
2.6.4 Lokasi titik pencatu (feed point)
Setelah memilih jari-jari dari patch untuk substrat yang telah diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan feed point/titik pencatu ( ) dimana dalam hal ini harus ada kecocokan antara impedansi input dari patch dan impedansi generator. Karena disini tidak ada nilai lebih dari axis patch antena mikrostrip, maka axis yang melewati titik pencatu (feed point) ditandai dengan . Selanjutnya nilai dari dapat dipilih untuk mengubah-ubah input antena.
Dalam tugas akhir ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS 10.0. Pada HFSS, model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar
tetrahedron. HFSS adalah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan
performa yang baik untuk pemodelan benda 3 dimensi yang memiliki volume yang berubah-ubah. HFSS ini menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan 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
BGA, QFP, Flip-Chip PCB Board Modeling
Power/Ground planes, Mesh GridGrounds,Backplanes
Silicon/GaAs
Spiral Inductors, Transformers EMC/EMI
Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation Antennas/Mobile Communications
Patches, Dipoles, Horns,ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption
Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency Selective
Surfaces(FSS)
Connectors – Coax, SFP/XFP, Backplane, Transitions
HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator. Ansoft merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method(FEM) untuk simulasi elektromagnetik dengan mengembangkan serta menerapkan teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing, dan Adaptive
Lanczos-Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan dari HFSS dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Tampilan awal Ansoft HFSS v10.0
2.8 Proses pencarian solusi simulator HFSS 10.0
Gambar 2.7 Proses pencarian solusi HFSS 10.0
Dari Gambar 2.7 dapat dijelaskan bahwa :
Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS 10.0 ada 3 yaitu
driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan tentang
mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator.
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 pembatasaan lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak pencatuan model (Excitation).
Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus
diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi:
1. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.
2. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi
adaptive.
3. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan
BAB III
WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
3.1 Wireless
Teknologi komunikasi wireless adalah suatu operasi komunikasi tanpa menggunakan suatu media yang terlindung atau terbungkus seperti menggunakan media udara sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan sinyal pada setiap tujuannya. Sistem wireless menggunakan suatu gelombang radio atau gelombang elektromagnetik sebagai jalur komunikasinya.
Pada awalnya teknologi wireless ini berasal dari penemuan telegraf yang diciptakan pada tahun 1895, dan terus berkembang sehingga akhirnya saat ini telah banyak terjadi kemajuan di bidang telekomunikasi, contohnya radio, televisi, telepon selular, komunikasi satelit, dan lain – lain. Selain itu masih terdapat beberapa model
device yang menggunakan teknologi wireless, yaitu peralatan komputer tanpa kabel
seperti keyboard dan mouse wireless, remote control, global positioning system
(GPS), dan wireless LAN.
Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, mudah dan memuaskan serta mengejar efisiensi di segala aspek. Perkembangan karakteristik masyarakat yang seperti ini membuat rekan industri menawarkan jaringan Local Area Network (LAN).
Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling
dihubungkan bersama di dalam satu area tertentu yang tidak begitu luas, seperti di dalam satu kantor atau gedung.
Jaringan komputer adalah sekelompok komputer otonom yang saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya menggunakan protokol komunikasi melalui media komunikasi sehingga dapat berbagi informasi, program - program, penggunaan bersama perangkat keras seperti printer, hard disk, dan sebagainya. Selain itu jaringan komputer bisa diartikan sebagai kumpulan sejumlah terminal komunikasi yang berbeda di berbagai lokasi yang terdiri dari lebih satu komputer yang saling berhubungan.
Jaringan komputer local digunakan untuk menghubungkan simpul yang berada di daerah yang tidak terlalu jauh dengan radius 100m - 200m, tergantung jenis kabel penghubung yang digunakan. Kecepatan transfer data pada jaringan local ini sedah relatif tinggi yaitu antara 1 - 100 Mbps atau sekitar 125.000 - 125.500.000 karakter per detik sehingga sudah dapat mendukung distribusi data grafis.
Jaringan komputer berkecepatan rendah
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih kecil dari 1 Mbps, biasanya diterapkan untuk percobaan di laboratorium. Contoh jaringan ini adalah
Apple talk yang dikembangkan oleh Apple Co.
Jaringan komputer berkecepatan sedang
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini berkisar antara 1 - 20 Mbps dan biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala kecil sampai menengah. Adapun contoh teknologi jaringan ini adalah Ethernet berkecepatan 10 Mbps yang dikembangkan oleh Xeras.
Jaringan komputer berkecepatan tinggi
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih dari 20 Mbps. Biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala besar yang menempati gedung bertingkat atau kawasan. Di samping itu data yang ditransmisikan tidak hanya berupa teks melainkan juga data grafis. Adapun teknologi jaringan komputer local untuk kategori ini adalah ATM dan Fast Ethernet.
Jaringan komputer berkecepatan sangat tinggi
3.3 Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya, yang tidak menggunakan kabel.
Sistem koneksi WLAN adalah dengan menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirim dan menerima data lewat media udara. Dengan komunikasi jaringan yang menggunakan media tanpa kabel, maka diharapkan WLAN dapat meminimalisasikan kebutuhan untuk komunikasi menggunakan kabel, walaupun penggunaan kabel masih tetap ada dalam mendukung aplikasi WLAN.
Penggunaan WLAN tidak akan mengurangi keuntungan yang telah diperoleh dari aplikasi yang lebih tradisional yaitu LAN dengan menggunakan kabel. Hanya saja pada WLAN ini, cara melihat suatu jaringan LAN harus didefinisikan kembali. Konektivitas antar para pengguna tidak lagi mempengaruhi pada saat penginstalasian.
Local Area tidak lagi terbatas diukur dengan menggunakan satuan kaki atau
WLAN sama seperti sebuah kartu Ethernet yang tidak menggunakan kabel sebagai media penyambungnya, dimana pengguna berhubungan dengan server melalui modem radio. Salah satu bentuk modem radio yaitu PC card yang digunakan untuk laptop.
Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih rendah dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran.
3.4 Arsitektur WLAN 802.11
Arsitektur adalah salah satu faktor pendukung suksesnya sebuah jaringan WLAN. Dengan menggunakan arsitektur yang tepat, maka akan diperoleh stabilitas dan kinerja yang terbaik dari jaringan tersebut. Arsitektur jaringan WLAN 802.11 terdiri dari beberapa komponen yang dibutuhkan dalam menjalankan sebuah aplikasi yaitu Network Interface Card (NIC), Wireless Access Point (AP), Independent Basic
Service Set (IBSS), Basic Service Set (BSS), Extended Service Set (ESS), dan
Distribution System (DS).
3.4.1 Network Interface Card (NIC)
NIC merupakan kartu jaringan wireless yang berfungsi sebagai interface
Personal Digital Assistant (PDA). Sebagai interface kartu ini dapat berkomunikasi dengan peralatan komputer lain.
3.4.2 Wireless Access Point (AP)
Pada WLAN, device transceiver disebut dengan Access Point (AP) dan terhubung dengan jaringan LAN melalui kabel, biasanya berupa kabel UTP. Fungsi dari AP adalah mengirim dan menerima data, sebagai buffer data antara WLAN dengan wired LAN, serta berfungsi mengkonversi sinyal frekuensi radio menjadi sinyal digital yang akan disalurkan melalui kabel atau disalurkan ke perangkat WLAN lain dengan dikonversi ulang menjadi sinyal frekuensi radio. Gambar 3.1 menunjukkan salah satu contoh AP.
Gambar 3.1 Access Point (AP)
3.4.3 Independent Basic Service Set (IBSS)
Jaringan paling sederhana dari WLAN 802.11 adalah jaringan Ad Hoc
apabila terminal (notebook, desktop, atau PDA) yang telah dilengkapi WLAN card
saling terhubung tanpa melalui AP. Jaringan ini merujuk pada topologi Independent
Basic Service Set (IBSS) dimana salah satu node atau station akan ditunjuk sebagai
proksi untuk melakukan koordinasi antar mode dalam sebuah grup. Komunikasi Ad Hoc menggunakan media gelombang radio satu dengan yang lain, dan peralatan ini akan mengenal peralatan RF lain dalam cakupan sinyal yang saling berdekatan, sehingga komunikasi dapat dilakukan. Gambar 3.2 menunjukkan jaringan Ad Hoc
sederhana pada jaringan WLAN.
Contoh dari jaringan Ad Hoc adalah jaringan sebuah kantor yang tidak terlalu besar yang hanya terdiri dari satu lantai dan memiliki konfigurasi peer to peer. Peer
to peer WLAN hanya mensyaratkan NIC card di dalam setiap device yang terhubung
ke jaringan dan komunikasi antar client dapat dilakukan.
Gambar 3.2 Jaringan Ad Hoc
3.4.4 Basic Service Set (BSS)
satu AP yang bertindak sebagai Base Station seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Jaringan WLAN 802.11 dan Arsitekturnya
3.4.5 Extended Sevice Set (ESS)
Pada jaringan ESS, beberapa AP dapat digunakan untuk melayani wilayah area yang lebih luas. Jaringan ESS terdiri dari dua atau lebih jaringan BSS yang terhubung pada satu jaringan kabel. Metode ini akan membentuk sel – sel seperti pada jaringan seluler sehingga user dapat melakukan roaming ke sel lain dengan cukup mudah tanpa kehilangan sinyal.
3.4.6 Distribution System (DS)
Jaringan Extended Service Set memperkenankan kemungkinan melakukan
forwarding dari sebuah sel radio ke sel lain melalui jaringan kabel. Kombinasi dari
luar lain seperti Ethernet atau jaringan lainnya. Gambar 3.3 menunjukkan suatu jaringan WLAN lengkap dengan arsitekturnya.
3.5 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 (star), dan pohon (tree).
3.5.1 Topologi Bus
Topologi bus termasuk konfigurasi multi titik. Seluruh stasiun terhubung melalui suatu interface perangkat keras yang disebut tap yang langsung terhubung ke suatu jalur transmisi linier, seperti yang terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Topologi Bus
Topologi ini mudah dipasang dan murah. Namun bila terjadi sesuatu terhadap salah satu komputer, maka komputer lainnya kemungkinan akan terganggu. Kecepatan yang bisa dicapai pun sangat terbatas yaitu hanya 10 Mbps. Topologi ini sangat cocok untuk pembangunan jaringan skala kecil. Jumlah terminal dapat dikurang dan ditambah secara fleksibel. Namun demikian, jumlah stasiun hendaknya perlu dibatasi, karena jika stasiun yang terhubung sangat banyak maka kinerja jaringan akan turun drastis.
3.5.2 Topologi Cincin (Ring)
Hubungan yang terdapat pada topologi cincin adalah topologi point to point
Gambar 3.5 Topologi Cincin (Ring)
Suatu WLAN bertopologi cincin menggunakan port fisik dan kabel terpisah untuk mentransmisikan dan menerima data. Setiap informasi yang diperoleh akan diperiksa alamat oleh stasiun yang dilewatinya, jika bukan untuknya informasi dilewatkan sampai menemukan alamat yang benar. Setiap stasiun dalam jaringan lokal yang terhubung dengan topologi cincin saling tergantung satu sama lain sehingga jika terjadi kerusakan pada suatu stasiun maka seluruh jaringan akan terganggu. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan cincin ganda dengan salah satu cincin back-up seperti yang dipakai pada jaringan ring berteknologi FDDI.
3.5.3 Topologi Bintang (Star)
Dalam topologi bintang, sebuah elemen pusat (misalnya hub, bridge, atau
switch) bertindak sebagai pengatur dan pengendali semua komunikasi data yang
Gambar 3.6 Topologi Bintang (Star)
Pengiriman data dari satu stasiun ke stasiun lainnya harus melalui elemen pusat tersebut. Terminal pusat akan menyediakan jalur komunikasi khusus antara dua stasiun yang akan berkomunikasi. Topologi ini mudah untuk dikembangkan, baik untuk penambahan maupun untuk pengurangan terminal. Banyaknya terminal yang dapat terhubung tergantung pada jumlah port yang tersedia pada hub atau switch
yang digunakan.
3.5.4 Topologi Pohon (Tree)
Gambar 3.7 Topologi Pohon (Tree)
Pada topologi pohon terdapat dua atau lebih hub yang digunakan untuk menghubungkan setiap perangkat ke dalam jaringan. Keseluruhan hub tersebut berdasarkan fungsinya terbagi menjadi dua bagian yaitu activehub dan passivehub.
Active hub berfungsi tidak hanya sekedar sebagai penerus sinyal data dari
satu komputer ke komputer lainnya, tetapi juga memiliki fungsi sebagai repeater. Sinyal data yang dikirimkan dari satu komputer ke komputer lainnya memiliki keterbatasan dalam hal jarak. Setelah berjalan sekian meter maka sinyal tersebut akan melemah. Dengan adanya fungsi repeater ini maka sinyal data tersebut akan
di-generate kembali sebelum kemudian diteruskan ke komputer yang dituju, sehingga
jarak tempuh sinyal data pun bisa menjadi lebih jauh dari yang biasanya. Sedangkan
passive hub hanya berfungsi sebagai penerus sinyal data dari satu komputer ke
Pada topologi pohon, seperti pada Gambar 3.7, central hub adalah selalu sebagai active hub sedangkan secondary hub adalah passive hub. Tetapi pada pelaksanaannya, secondary hub bisa juga sebagai active hub apabila digunakan untuk menguatkan kembali sinyal data melalui secondary hub lainnya yang terhubung.
Karena pada dasarnya topologi ini merupakan bentuk yang lebih luas dari topologi bintang, maka kelebihan dan kekurangannya pada topologi bintang juga dimiliki oleh topologi pohon. Perbedaannya adalah hub dan kabel yang digunakan menjadi lebih banyak sehingga diperlukan perencanaan yang matang dalam pengaturannya dengan mempertimbangkan segala hal yang terkait, termasuk di dalamnya adalah tata letak ruangan. Meskipun demikian, topologi ini memiliki keunggulan lebih mampu menjangkau jarak yang lebih jauh dengan mengaktifkan fungsi repeater yang dimiliki oleh hub.
3.6 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
dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b, dan 802.11g. Tabel 3.1 menunjukkan standar – standar WLAN 802.11.
Tabel 3.1 Standar – Standar WLAN 802.11
802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps
802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps
802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi
802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN
802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk
memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN 802.11g Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band,
yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps
802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik
802.11i
Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat
dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol Autentifikasi dan Enkripsi
3.6.1 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.
3.6.2 Standar 802.11a
Pada tahun 1999, IEEE mengeluarkan standar 802.11a yang beroperasi pada pita 5 GHz. Standar ini menggunakan skema modulasi yang disebut Orthogonal
Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan kecepatan transmisi data
mencapai 54 Mbps. Keuntungan utama dari standar ini adalah kapasitasnya yang cukup tinggi yang menjadikan standar ini sebagai pilihan yang tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat mencakup area tidak lebih dari 50 meter pada berbagai fasilitas. Akibatnya standar ini memerlukan AP yang lebih banyak.
3.6.3 Standar 802.11b
Pada tahun yang sama ketika IEEE mengeluarkan standar 802.11a, IEEE juga mengeluarkan standar 802.11b, tepatnya pada bulan Juli 1999. Standar ini beroperasi pada frekuensi radio dengan bandwidth 97 MHz (frekuensi 2,4 GHz - 2,497 GHz). Standar ini menggunakan metode modulasi DSSS dengan kecepatan transmisi datanya mencapai 11 Mbps. Keuntungan utama dari standar 802.11b adalah range
yang relatif panjang hingga 100 meter pada fasilitas di dalam gedung. Range ini sangat efektif dipergunakan untuk mengembangkan LAN secara wireless
dibandingkan dengan standar sebelumnya.
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.
3.6.4 Standar 802.11g
Standar 802.11g dikeluarkan oleh IEEE pada bulan Juni 2003. Standar ini beroperasi pada frekuensi yang sama seperti pada standar 802.11b yaitu pada pita 2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Tetapi standar ini menggunakan teknik modulasi OFDM yang digunakan pada standar 802.11a. Kombinasi dari fitur ini menghasilkan infrastruktur yang lebih cepat, lebih murah, serta koneksi yang lebih luas.
WLAN umumnya dikategorikan menurut teknik – teknik transmisi yang digunakan. Produk LAN yang ada pada saat ini memiliki teknik transmisi yang termasuk ke dalam salah satu kategori berikut ini.
3.7.1 LAN Infrared (IR)
LAN infrared menggunakan sinyal infrared untuk mengirimkan data. Teknologi ini sama seperti yang digunakan pada produk remote control untuk televisi dan VCR. LAN infrared dapat diatur menggunakan konfigurasi
point-to-point. Keuntungan LAN infrared adalah mampu membawa bandwidth yang tinggi.
Akan tetapi kelemahannya ialah tidak dapat melewati benda padat.
3.7.2 LAN Spread Spectrum
Spread spectrum adalah teknik transmisi yang paling sering digunakan untuk
teknologi WLAN. Perkembangan spread spectrum diawali dari tipe pertama yaitu
frequency hopping spread spectrum (FHSS), dimana lewat teknik ini paket data akan
dipecah – pecah dan dikirimkan menggunakan frekuensi yang berbeda – beda. Satu pecahan bersisian dengan lainnya, sehingga seluruh data dikirimkan dan diterima oleh komputer yang dituju. Kecepatan sinyal frekuensi ini sangat tinggi. Dengan pemecahan paket data, sistem ini memberikan keamanan yang dibutuhkan dalam satu jaringan.
Tipe selanjutnya dari spread spectrum disebut direct sequence spread
bagian yang sama dan menyebarkan seluruh paket melalui salah satu bagian frekuensi ini. Metode ini paling banyak digunakan.
Frequency hopping spread spectrum (FHSS) menggunakan daya yang lebih
rendah daripada direct sequence spread spectrum (DSSS) dan biayanya pun lebih murah.
3.8 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
BAB IV
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SIRKULAR UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
4.1 Umum
Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah antena mikrostrip patch sirkular yang dapat digunakan pada sistem wireless LAN baik sebagai penguat antena pada
Access Point (AP) ataupun pada sisi terminal (laptop, PC dan PDA). Perancangan
antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator antena Ansoft HFSS v10.0. Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan jenis substrat dan selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatunya. Hasil dari perhtiungan tersebut kemudian disimulasikan dengan simulator Ansoft HFSS v10.0.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa karakterisasi berupa perubahan panjang saluran pencatu dan perubahan dimensi
patch. Dengan melakukan beberapa iterasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan
yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v10.0, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR, Gain antena dan pola radiasinya.
4.2 Jenis Substrat yang digunakan
mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan dipabrikasisecara massal untuk dipasarkan.
Jenis substrat yang dugunakan pada perancangan antena ini adalah dua buah substrat jenis fiber dengan ketebalan yang sama (h1 = h2). Adapun parameter substrat dapat dilihat pada tabel sebagai berikut.
Tabel 4.1 Spesifikasi substrat yang digunakan
Jenis Substrat Fiber
Konstanta Dielektrik Relatif (İr) 4,882
Dielektrik Loss Tangent (tan į) 0001 Ketebalan substrat (h1 = h2) 1.6 mm
4.3 Perancangan dimensi patch antena
4.4 Perancangan lebar saluran pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan persamaan(2.24). Untuk nilai z0 = 50 Ω, εr = 4,882, dan h = 1.6 mm, maka :
Dengan menggunakan persamaan 2.24 maka didapatkan lebar saluran pencatu sebesar 5,5 mm.
4.5 Perancangan model antena mikrostrip patch sirkular
Dalam tugas akhir ini, perancangan antena mikrostrip patch sirkular dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu dimulai dengan perancangan patch, perancangan saluran pencatu(feeder), perancangan groundplane, perancangan substrat atas dan bawah, dan perancangan port saluran pencatu. Adapun langkah-langkah untuk membuat model antena ini adalah :
a. Perancangan patch
Masukkan nilai koordinatnya (arah dan besarnya), dalam hal ini kita
harus benar-benar teliti dalam memasukkan nilai koordinat ini Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan patch
Klik material, kemudian ganti materialnya. Untuk tugas akhir ini
material patch-nya adalah cooper.
Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya. b. Perancangan saluran pencatu
Pilih item Draw lalu pilih box
Masukkan nilai koordinatnya(arah dan besarnya)
Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan feeder
Klik material kemudian ganti materialnya menjadi cooper
Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya c. Perancangan Groundplane
Pilih item Draw lalu pilih box
Masukkan nilai koordinatnya(arah dan besarnya)
Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan ground Klik material kemudian ganti materialnya menjadi cooper
Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya d. Perancangan substrat atas
Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)
Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan substrat atas Klik material dan kemudian ganti materialnya menjadi FR4 epoxy
Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya e. Perancangan substrat bawah
Pilih item Draw lalu pilih box
Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)
Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan substrat bawah Klik material dan kemudian ganti materialnya menjadi FR4 epoxy
Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya f. Perancangan port saluran pencatu
Pilih item Draw lalu pilih rectangle
Tetapkan porosnya, yang menjadi poros adalah sumbu z Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)
Klik attribute tab dan kemudian ganti buat orientasinya menjadi global Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur
transparansi warnanya
Gambar 4.1 Model Antena mikrostrip patch sirkular
Setelah model antena selesai dibuat langkah selanjutnya adalah menjalankan simulasinya. Untuk menjalankan simulasi ini langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup, lalu pilih add solution setup, maka akan muncul solution setup window. Lalu isi nama setup-nya, ikuti saja yang ada di dalam tab (misalnya setup1, setup2, dan seterusnya), kemudian isi nilai dari solution
frequency menjadi 2,45 GHz. Nilai solution frequency ini sama untuk tiap setup.
Lalu isi nilai maximum number of phases menjadi 20. Kemudian isi nilai maximum
delta S sebesar 0,02 lalu pilih OK.
Selanjutnya klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup lalu pilih add sweep. Pilih solution setup-nya setup1 dan klik tombol OK. Kemudian edit window
linear count. Kemudian atur frekuensi start sebesar 2,3 GHz, frekuensi stop 2.6 GHz dan buat nilai count menjadi 30. Lalu klik tombol OK.
Setelah itu langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS lalu pilih validation
check. Tujuan dari validation check ini adalah untuk memeriksa apakah model yang
kita buat sudah layak dan benar untuk dijalankan. Jika model yang kita buat telah layak dan benar untuk dijalankan maka akan muncul tanda check list berwarna hijau. Tetapi jika belum maka akan muncul tanda silang berwarna merah. Hal ini menandakan bahwa ada error pada model yang kita buat. Untuk melihat pesan error
gunakan message manager yang ada di sudut kanan bawah. Ada beberapa hal yang diperiksa pada validation check ini, yaitu :
3D model
Jika ada salah satu dari keenam hal ini yang tidak terpenuhi (dalam hal ini ada error) maka proses simulasi tidak dapat dilanjutkan.
proses analisis selesai maka dapat ditampilkan grafik VSWR, pola radiasi, dan gainnya.
Untuk menampilkan grafik VSWR, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi
modal S parameter dan atur display set menjadi rectangular plot, lalu tekan OK.
Maka akan muncul window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi
setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi VSWR, atur juga
quantity menjadi VSWR(lumport1), kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik VSWR.
Untuk menampilkan pola radiasi, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi far
field dan atur display set menjadi 3D polar plot, lalu tekan OK. Maka akan muncul
window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1.
Kemudian pada tab Y atur category menjadi directivity, atur juga quantity menjadi
DhirTotal, kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik pola
radiasi.
Untuk menampilkan gain, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi far field dan atur display set menjadi data table, lalu tekan OK. Maka akan muncul window
traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada
Hasil yang didapat dari simulasi yang pertama ini bukanlah merupakan hasil yang optimum. Untuk mendapatkan hasil yang optimum dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :
1. Megubah-ubah nilai panjang pencatu
Simulasi yang pertama dilakukan untuk nilai panjang pencatu sebesar 12 mm. Jika hasil dari simulasi untuk panjang pencatu sebesar 12 mm ini telah didapatkan, maka lakukan lagi simulasi untuk panjang pencatu 12.5 mm sampai 16,5 mm dengan kelipatan 0,5 mm. Kemudian catat hasil yang paling mendekati optimum dan jadikan sebagai panjang pencatu yang tetap.
2. Mengubah-ubah nilai jari-jari patch
Jika telah didapatkan hasil yang mendekati optimum dengan cara megubah-ubah nilai dari panjang pencatu, maka langkah selanjutnya adalah mengmegubah-ubah-megubah-ubah nilai jari-jari patch. Dengan menggunakan nilai dari panjang pencatu yang mendekati optimum pada langkah pertama tadi, maka selanjutnya simulasi dilakukan dengan mengubah ubah nilai jari-jari patch dari 15 mm – 17 mm dengan selang 0,1 mm. Catat hasil simulasi yang mendekati hasil yang optimum. Adapun flowchart dari simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 4.2
M u l a i
4.6 Mensimulasikan Rancangan
Pada tahap ini, hasil rancangan akan disimulasikan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v 10.0. Dari nilai lebar saluran pencatu dan jari – jari patch
yang diperoleh melalui perhitungan sebelumnya, maka akan didapatkan hasil sebagai berikut :
VSWR
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,50 untuk frekuensi 2,4 GHz, 1.44 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 2,29 untuk frekuensi 2,5 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik VSWR hasil simulasi awal
Gain
Gambar 4.4 Gain hasil simulasi awal
Dari gambar di atas dapat kita hitung gain rata – rata, yaitu :
Pola radiasi
Dari simulasi yang dilakukan maka diperoleh pola radiasi seperti yang tampak pada Gambar 4.5.
4.7 Karakterisasi Antena
Hasil simulasi yang didapatkan dari perhitungan teori di atas bukanlah merupakan hasil yang optimum. Untuk mendapatkan hasil yang optimum maka digunakanlah 2 cara, yaitu :
a. Mengubah-ubah panjang saluran pencatu
Dalam hal ini nilai dari panjang pencatu berubah-ubah dari 12 mm sampai 16,5 mm dengan kelipatan 0,5 mm, sedangkan nilai jari-jari patch dibuat tetap yaitu sebesar 16 mm (yang didapat dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan 2.15).
Untuk panjang pencatu sebesar 12,5 mm didapatkan VSWR sebesar 1,55 untuk frekuensi 2,4 GHz, 1,64 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 2,33 untuk frekuensi 2,5 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.
Untuk perubahan panjang pencatu yang telah disimulasikan dapat dilihat pada Tabel 4.2 dengan perolehan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz, 2,45 GHz, dan 2,5 GHz.
Tabel 4.2 Karakteristik perubahan panjang saluran pencatu VSWR
Dari simulasi yang dilakukan untuk panjang pencatu yang diubah-ubah didapatkan hasil bahwa untuk panjang pencatu sebesar 15,5 mm hasilnya akan mendekati hasil yang optimum. Maka untuk simulasi yang kedua ini panjang pencatu akan dibuat tetap yaitu sebesar 15,5 mm. Sedangkan nilai jari-jari patch akan diubah-ubah dari 15 mm sampai 17 mm dengan selang 0,1 mm.
Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi untuk panjang pencatu 15,5 mm dan jari-jari 15 mm
Untuk perubahan jari – jari patch yang telah disimulasikan dapat dilihat pada Tabel 4.3 dengan perolehan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz, 2,45 GHz, dan 2,5 GHz.
Tabel 4.3 Karakteristik perubahan jari – jari patch
