TUGAS AKHIR
ANALISIS VSWR ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI
EMPAT DENGAN MODEL SALURAN TRANSMISI
SEDERHANA
Oleh :
080402081
PARULIAN SIBARANI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS VSWR ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI
EMPAT DENGAN MODEL SALURAN TRANSMISI
SEDERHANA
Oleh :080402081
PARULIAN SIBARANI
Disetujui oleh:
Pembimbing,
197808262003121001
Ali Hanafiah Rambe, ST., MT.
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si
NIP. 19540531 198601 1002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Antena Mikrostrip Patch Segi Empat adalah jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah / lembaran segi empat yang sangat tipis. Antena
mikrostrip patch segi empat terdiri atas tiga bagian yaitu patch, substrat dan ground.
Tugas Akhir ini menganalisis VSWR antena mikrostrip patch segi empat.
Parameter-parameter yang akan dihitung terlebih dahulu adalah lebar saluran pencatu, dimensi (ukuran) patch, impedansi antena dan koefisien refleksi
tegangan antena mikrostrip patch segi empat. Sedangkan parameter pendukungnya adalah nilai permitivitas relatif (εr
Dari hasil analisis diperoleh nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
sebuah antena mikrostrip patch segi empat. Dengan bertambahnya frekuensi dalam range frekuensi kerja Wi-Fi dapat meningkatkan nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
), jenis substrat, tinggi substrat, frekuensi kerja Wi-Fi (2,4GHz – 2,5GHz). Metode analisis yang digunakan
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, atas berkat dan rahmatNya sehingga penulis diberikan kemampuan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini berjudul: “ANALISIS VSWR ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA “. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyampaikan rasa hormat, bangga dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orangtua saya, Ayahanda M. Sibarani dan Ibunda
Dra.M. br Sihombing (Alm) / E. br Sihombing yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan saya serta rasa sayang kepada saudara-saudara saya Faber Zufrianton Sibarani, Westhyma br Sibarani, Lionel Teguh Sibarani,
Keluarga Abang Sari Simanungkalit, Keluarga Opung Sibarani Perumnas Lingkar Timur Bengkulu, Keluarga Besar Sibarani Sipultak, Keluarga Besar Opung Sotarduga Sihombing, Keluarga Besar Opung Sihombing Pasar Lama
Lintong Ni Huta, Keluarga Tulang Johannes Sihombing Lingkar Barat Bengkulu, Keluarga Bapatua Rolando Aritonang Bengkulu dan Keluarga Abang Deta
Siringo-ringo Bengkulu.
1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas
Akhir yang dengan ikhlas dan sabar memberikan masukan, dukungan,
bimbingan dan motivasi dalam penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir.Eddy Warman, selaku Dosen Pembimbing Akademik selama
saya mengikuti perkuliahan.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Dosen Pembanding yang membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir
ini.
6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada saya selama mengikuti perkuliahan.
7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro
Universitas Sumatera Utara.
8. Keluarga Abang dr. Josua Partogi Saing, Sp.BB / Kakak dr. Margaret
Nelly Olynca Sibarani, M.Ked, Sp.KK atas perhatian, resep obat dan
sharingnya selama saya di Medan serta Keluarga Ir.Jamso Haryono Pangaribuan, MM / br.Silitonga.
9. Rekan rekan Laboratorium Elektronika Dasar, Bang Marthin Luther
Tarigan, Teman teman, Basten Hutajulu, Esosia Benjamin Sibuea, Christian D. Simanjuntak, Elischa F. br Hutasoit, Darminton Y.
Eykel Boy S.Ginting, Bayu Perdana P. Karo-Karo, Army F. Tampubolon, William Sijabat, Wilvian, Jhonson Tanadi, Antonius Siswanto dan
Seluruh Elektro USU Angkatan 2008.
10. Kawan-kawan lama, Iren V.Sipayung, Nazrul Munir, Hamid Silitonga
dan Chrislisias Purba
11. Seluruh Junior Elektro USU Angkatan 2009 - 2011
12. Keluarga The Blessed Family dan HKBP Sudirman Medan.
13. Keluarga Besar Sibarani – Sipartano Naiborngin Se-Dunia. 14. Rekan-Rekan Kosan Pembangunan 122 USU
15. Teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang tidak dapat saya
sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari
sempurna, baik dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan penulis.
Medan, Juli 2012 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ……… i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah ... 1
I.2 Rumusan Masalah ……….... 2
I.3 Tujuan Penulisan ………...2
I.4 Batasan Masalah ………...3
I.5 Metode Penulisan ………...3
I.6 Sistematika Penulisan ...4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum ……….6
2.2 Pengertian Antena ...6
2.3 Parameter Antena ...7
2.3.1 Impedansi Masukan ………. ……… 8
2.3.2 Koefisien Refleksi Tegangan...8
2.3.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)...9
2.4.1 Pengertian Antena Mikrostrip...9
2.4.2 Kelebihan dan kekurangan Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 11
2.4.3 Teknik Pencatuan... 12
2.4.4 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip... 13
2.5 Karateristik Saluran Transmisi...14
2.5.1 Lumped Constant...15
2.5.2 Distributed Constant...15
2.6 Impedansi Saluran Transmisi...18
2.7 Persamaan Umum Saluran Transmisi...21
BAB III ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA 3.1 Umum ...24
3.2 Model Saluran Transmisi Sederhana Antena Mikrostrip Patch Segi Empat...25
3.2.1 Lebar Saluran Pencatu...26
3.2.2 Dimensi Patch Antena Mikrostrip...27
3.3 Admitansi Karakteristik Saluran (Y0 Impedansi Karakteristik Saluran (Z ) Dan 0 3.4 Admitansi Panjang Patch (Yp)...29
)...27
3.5 Admitansi Lebar Patch (Ys) Dan Impedansi Beban (ZL 3.6 Penggunaan Antena Mikrostrip Patch Segi Empat...30
BAB IV ANALISIS ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA
4.1 Umum ...31
4.2 Parameter Asumsi ...31
4.3 Perhitungan Lebar Saluran Pencatu dan Ukuran Patch Antena Mikrostrip Patch Segi Empat dengan Model Saluran Transmisi Sederhana...32
4.3.1 Perhitungan Lebar Saluran Pencatu...32
4.3.2 Perhitungan Dimensi Patch ...32
4.4 Perhitungan Impedansi Antena Mikrostrip Segi Empat ...33
4.5 Perhitungan Koefisien Refleksi Tegangan...35
4.6 Analisis VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)...36
4.7 Analisis Perbandingan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)...37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...40
5.2 Saran ...41
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Antena Sebagai Peralatan Transmisi……….... 7
Gambar 2.2. Struktur Antena Mikrostrip ………... 10
Gambar 2.3. Jenis-Jenis Patch Antena Mikrostrip... 13
Gambar 2.4. Distributed Inductance... 16
Gambar 2.5 Distributed Capacitance...16
Gambar 2.6 Distributed Resistance ………...17
Gambar 2.7 Distributed Conductance ……….17
Gambar 2.8 Pengukuran Impedansi Saluran………...18
Gambar 2.9 Potongan Elemen Saluran Transmisi Sepanjang Δx ………21
Gambar 3.1 Struktur Antena Mikrostrip Patch Segi Empat………...24
Gambar 3.2 Sketsa Antena Mikrostrip Dengan Model Saluran Transmisi Sederhana...25
Gambar 4.1 Desain Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Dengan Simulator Ansoft HFSS v.10…...36
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai Konstanta Dielektrik Beberapa Bahan Dielektrik... 11
Tabel 2.2 Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi... 20
Tabel 4.1 Impedansi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 33
Tabel 4.2 Koefisien Refleksi Tegangan... 34
Tabel 4.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)...35
Tabel 4.4 Spesifikasi Desain Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Dengan Simulator Ansoft HFSS v.10...37
ABSTRAK
Antena Mikrostrip Patch Segi Empat adalah jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah / lembaran segi empat yang sangat tipis. Antena
mikrostrip patch segi empat terdiri atas tiga bagian yaitu patch, substrat dan ground.
Tugas Akhir ini menganalisis VSWR antena mikrostrip patch segi empat.
Parameter-parameter yang akan dihitung terlebih dahulu adalah lebar saluran pencatu, dimensi (ukuran) patch, impedansi antena dan koefisien refleksi
tegangan antena mikrostrip patch segi empat. Sedangkan parameter pendukungnya adalah nilai permitivitas relatif (εr
Dari hasil analisis diperoleh nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
sebuah antena mikrostrip patch segi empat. Dengan bertambahnya frekuensi dalam range frekuensi kerja Wi-Fi dapat meningkatkan nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
), jenis substrat, tinggi substrat, frekuensi kerja Wi-Fi (2,4GHz – 2,5GHz). Metode analisis yang digunakan
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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 antena mikrostrip pada berbagai aplikasi adalah bahannya yang sederhana dan
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
Ada berbagai jenis pendekatan dan model dalam menganalisis antena mikrostrip patch segi empat antara lain model saluran transmisi, model saluran
transmisi sederhana, model saluran transmisi dengan coupling bersama, model umum saluran transmisi, model aperture admittance, model rugi rugi saluran transmisi dan lain sebagainya.
Pada Tugas Akhir ini akan dianalisis VSWR antena mikrostrip patch segi empat dengan model saluran transmisi sederhana dengan parameter dimensi patch segi empat antena mikrostrip dan impedansi antena mikrostrip segi empat
sebagai impedansi beban. 1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu:
1. Bagaimana model saluran transmisi sederhana antena mikrostrip patch
segi empat ?
2. Bagaimana memperoleh nilai lebar saluran pencatu antena mikrostrip
patch segi empat, dimensi patch (ukuran) antena mikrostrip dan impedansi antena mikrostrip patch segi empat menggunakan model
saluran transmisi sederhana dengan impedansi saluran eksitasi, jenis substrat, ketebalan substrat, konstanta dielektrik substrat dan frekuensi yang telah diketahui ?
3. Bagaimana memperoleh nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) dari
nilai patch dan koefisien refleksi tegangan pada antena mikrostrip segi
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah memperoleh nilai VSWR antena mikrostrip pacth segi empat dengan model saluran transmisi
sederhana.
1.4 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam
Tugas Akhir ini adalah :
1. Membahas antena mikrostrip patch segi empat.
2. Membahas model saluran transmisi sederhana antena mikrostrip patch
segi empat.
3. Parameter yang digunakan adalah lebar saluran pencatu antena mikrostrip
patch segi empat, dimensi patch (ukuran) antena mikrostrip dan impedansi antena mikrostrip patch segi empat.
4. Tidak membahas perubahan posisi saluran pencatu antena mikrostrip
patch segi empat. Posisi saluran pencatu ditengah-tengah patch antena mikrostrip.
5. Membahas koefisien refleksi tegangan dan VSWR (Voltage Standing
Wave Ratio).
6. Frekuensi yang digunakan ialah frekuensi pada penggunaan teknologi
7. εr = konstanta relatif bahan dielektrik antena mikrostrip segi empat yang
dianalisis yaitu FR4_epoxy (εr
1.5 Metodologi Penulisan
= 4,4)
Metode penulisan yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku buku dan tulisan tulisan lain yang terkait serta dari layanan internet berupa jurnal jurnal.
2. Studi pengumpulan data
Berupa studi mengumpulkan data dari hasil pendekatan menggunakan model, rumus dan perhitungan.
3. Studi analisis
Berupa studi analisis dari kumpulan data hasil pendekatan menggunakan
model, rumus dan perhitungan.
1.6 Sistematika Penulisan
Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan,
serta sistematika penulisan.
Bab ini berisi konsep antena, parameter antena ((impedansi
masukan, koefisien refleksi tegangan, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)) antena mikrostrip patch segi empat, karateristik
saluran transmisi, dan persamaan umum saluran transmisi
BAB III MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT
Bab ini berisi tentang Model saluran transmisi sederhana, lebar saluran pencatu, dimensi antena dan impedansi antena mikrostrip patch segi empat
BAB IV ANALISIS VSWR ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT DENGAN MODEL SALURAN TRANSMISI
SEDERHANA
Bab ini menampilkan perhitungan lebar saluran pencatu, dimensi
patch, impedansi antena, koefisien refleksi tegangan, analisis VSWR sebagai hasil perhitungan model saluran transmisi sederhana dan hasil VSWR menggunakan Ansoft HFSS v.10 .
BAB V PENUTUP
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
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. Pada Bab ini akan dibahas antena
mikrostrip secara umum, karakteristik saluran transmisi, dan persamaan umum saluran transmisi.
2.2 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
Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena [1]. Jika saluran transmisi disesuaikan
dengan impedansi antena, maka hanya ada gelombang berjalan ke arah B saja. Pada 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].
Gambar 2.1 Antena Sebagai Peralatan Transmisi
2.3 Parameter Antena
sumber sal. transmisi antena Gel. ruang bebas teradiasi
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut [2]. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling
berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, koefisien refleksi tegangan, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth,
keterarahan dan penguatan. Namun, parameter yang akan dibahas pada bab ini ialah impedansi masukan, koefisien refleksi tegangan, dan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
2.3.1 Impedansi Masukan
Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu [2] seperti yang
dirumuskan pada Persamaan 2.1
���(�) =���̃((��))= �0
+[�−���+Γ����]
�0+[�−���−Γ����]�0 = �0�
1+��2��
1−Γ��2��� (2.1)
di mana Zin merupakan perbandingan antara jumlah tegangan (tegangan masuk
dan tegangan refleksi (V)) terhadap jumlah arus (I) pada setiap titik z pada saluran, berbeda dengan karakteristik impedansi saluran (Z0) yang berhubungan dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang. Pada saluran transmisi, nilai z
2.3.2 Koefisien Refleksi Tegangan
Koefisien refleksi tegangan yaitu perbandingan gelombang pantul
terhadap gelombang datang. Pada impedansi, koefisien refleksi tegangan merupakan perbandingan hasil pengurangan impedansi beban dan impedansi saluran terhadap hasil penjumlahan impedansi beban dan impedansi saluran.
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. Γ=−1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
b. Γ= 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched
sempurna.
c. Γ= +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian
terbuka.
Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan
disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ) seperti yang dirumuskan pada
Persamaan 2.3 [3]:
Γ=�0− �0+=
��−�0
��+�0 (2.3)
di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless.
2.3.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri
transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0
-Rumus untuk mencari nilai VSWR seperti yang dirumuskan pada Persamaan 2.4 [3] :
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 2.2
menunjukkan sruktur antena mikrostrip [2]
Gambar 2.2 Struktur Antena Mikrostrip
Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan ground plane. Patch terletak di atas substrat, sementara ground plane terletak pada bagian paling bawah.
Pada umumnya, patch terbuat dari logam konduktor seperti tembaga atau emas dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Bentuk patch antena
mikrostrip yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, lingkaran, dan lain-lain. Patch berfungsi sebagai pemancar (radiator). Patch dan saluran
pencatu biasanya terletak di atas substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis (� ≪ �0;
t=ketebalan patch). Substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,003 λ0 – 0,05λ0
Tabel 2.1 Nilai Konstanta Dielektrik Beberapa Bahan Dielektrik
[1]. Tabel 2.1
menunjukkan nilai permeativitas relatif bahan dielektrik yang sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip.
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
FR4_epoxy 4,4
Tampak bahwa semikonduktor (silikon) memiliki nilai εr yang lebih
Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling kuat terutama pada daerah pinggiran di antara tepi patch. Untuk performa antena yang baik,
biasanya substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri. Oleh sebab itu,
kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran dan performa akan menghasilkan antena mikrostrip yang mempunyai ukuran yang kompak dengan performa yang
masih dalam batas toleransi.
2.4.2 Kelebihan dan kekurangan Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena
mikrostrip juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti pada handphone, missile dan peralatan lainnya. Pada zaman sekarang, pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir
semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah fisik antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MIC (microwave
integrated circuits)-nya. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah [3] :
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
4. Mendukung polarisasi linear dan sirkular.
5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits
(MICs)
6. Kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency. 7. Tidak memerlukan catuan tambahan.
Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu : 1. Bandwidth yang sempit
2. Efisiensi yang rendah 3. Penguatan yang rendah
4. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array
5. Memiliki daya (power) yang rendah
6. Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)
2.4.3 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
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 2.3 menunjukkan jenis-jenis patch antena mikrostrip
2.5 Karakteristik Saluran Transmisi
Karakteristik listrik pada saluran transmisi berbeda dengan karakteristik dari
rangkaian listrik biasa. Karakteristik listrik suatu saluran transmisi sangat bergantung pada konstruksi dan dimensi fisiknya[4].
Ketika hubungan antara sumber sinyal dengan beban sedang berlangsung,
maka sinyal akan merambat pada pasangan kawat penghantar saluran transmisi menuju ke ujung yang lain dengan kecepatan tertentu. Semakin panjang saluran
transmisi, maka waktu tempuh dari rambatan sinyal itu akan semakin lama. Arus yang mengalir di sepanjang saluran akan membangkitkan suatu medan magnet yang menyelimuti kawat penghantar dan ada kalanya saling berimpit dengan
medan magnet lain yang berasal dari kawat penghantar lain di sekitarnya. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kawat penghantar berarus listrik, merupakan
suatu timbunan energi yang tersimpan dalam kawat penghantar tersebut sehingga dapat dianggap bahwa kawat penghantar bersifat induktif atau memiliki induktansi[4].
Tegangan yang ada di antara dua kawat penghantar akan membangkitkan medan listrik. Medan listrik ini juga merupakan timbunan energi yang mungkin juga saling berimpit dengan medan listrik lain di sekitarnya, sehingga akan
timbul kapasitansi di antara dua kawat penghantar. Untuk saluran yang panjang, induktansi dan kapasitansi itu akan menyebar secara merata pada sepanjang
saluran dan besarnya tergantung pada frekuensi sinyal atau gelombang yang merambat di dalamnya[4,6].
Setiap jenis saluran transmisi dua kawat juga mempunyai suatu nilai
elektron yang mengalir (arus) melewati atau menembus bahan dielektrik saluran. Jika saluran dianggap seragam (uniform), di mana semua nilai besaran-besaran
tersebut sama di sepanjang saluran, maka potongan kecil saluran dapat dianggap merepresentasikan panjang keseluruhan[4,6].
Tiga hal inilah yang menjadi alasan bahwa saluran transmisi berbeda dari
rangkaian-rangkaian listrik pada umumnya, sehingga karakteristik salurasn transmisi dapat dibedakan atas Lumped Constant dan Distributed Constant[4,6].
2.5.1 Lumped Constant
Saluran transmisi juga memiliki besaran atau konstanta seperti induktansi, kapasitansi dan resistansi sebagaimana seperti pada rangkaian listrik pada
umumnya, akan tetapi pada rangkaian listrik konstanta-konstanta yang ada dalam rangkaian bertumpuk di dalam piranti rangkaian itu sendiri, maka besaran atau
konstanta yang demikian disebut dengan lumped constant[4,6]. 2.5.2 Distributed Constant
Idealnya saluran transmisi juga memiliki nilai induktansi, kapasitansi dan
resistansi yang bersifat bertumpuk (lumped), namun tidak demikian halnya, karena saluran transmisi memiliki besaran atau konstanta dengan nilai yang terdistribusi di sepanjang saluran dan masing-masing tidak dapat dipisahkan satu
dengan lainnya, maka besaran yang demikian disebut distributed constant, yang artinya nilainya terdistribusi di sepanjang saluran, diameter penghantar, jarak
1. Induktansi Saluran
Sewaktu arus mengalir pada kawat penghantar saluran transmisi, maka di
sekeliling penghantar akan timbul garis gaya magnet dalam arah tertentu seperti Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Distributed Inductance
Garis gaya ini mempunyai intentitas dan arah yang bervariasi sesuai dengan variasi dari perubahan besar dan arah arus dalam penghantar. Energi yang
dihasilkan oleh garis gaya magnet yang tersimpan dalam kawat penghantar dapat dipandang merepresentasikan sekumpulan induktansi di sepanjang saluran
(dengan satuan µH/satuan panjang).
2. Kapasitansi Saluran
Sewaktu saluran transmisi dihubungkan ke sumber sinyal, maka tegangan di antara kedua penghantar menimbulkan medan listrik, yang tersimpan di antara
Gambar 2.5. Distributed Capacitance
Adapun besar kapasitansi ini dinyatakan dengan satuan pikofarad per satuan panjang (pF/satuan panjang).
3. Resistansi Saluran
Lawat penghantar saluran transmisi dengan panjang tertentu memiliki besar
tahanan tertentu juga. Hal ini direpresentasikan oleh besar arus yang semakin lama semakin kecil di ujung saluran, bila saluran ini dihubungkan dengan sumber
sinyal. Resistansi ini juga terdistribusi di sepanjang saluran (dapat dilihat pada Gambar 2.6) dengan satuan Ohm persatuan panjang (Ω/satuan panjang).
Gambar 2.6. Distributed Resistance
Distributed Capacitance
Electric field +
-+
4. Arus Bocor dan Konduktansi Saluran
Akibat tidak sempurnanya sifat bahan dielektrik yang memisahkan kedua
kawat penghantar saluran transmisi, maka timbul arus bocor yang mengalir di antara kedua penghantar (arus yang mengalir kecil sekali), arus ini merepresentasikan sifat konduktivitas dari bahan dielektrik yang seakan-akan
seperti suatu resistansi yang terhubung di antara kedua kawat penghantar (dapat dilihat pada Gambar 2.7) . Hal ini dikenal sebagai konduktansi saluran (dengan
satuan picomho persatuan panjang (p /satuan panjang) atau siemens (S)).
Gambar 2.7. Distributed Conductance
2.6 Impedansi Saluran Transmisi
Besaran-besaran terdistribusi seperti induktansi, kapasitansi, resistansi dan konduktansi merupakan parameter primer suatu saluran transmisi yang terdapat
dalam semua jenis saluran, terlepas apakah pada saat itu saluran tersebut dihubungkan atau tidak dengan sumber sinyal. Tetapi ada juga parameter yang
penting dari saluran transmisi yang disebut “impedansi saluran”
Gelombang yangn merambat pada saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga, tidak akan mempengaruhi apa yang ada di ujung saluran.
Perbandingan antara tegangan dan arus di ujung masukan saluran sesungguhnya dapat dianggap sama dengan perbandingan antara tegangan dan arus setelah
[4,6]. Distributed Conductance
Leakage Current in Transmission
mencapai ujung lainnya. Dapat diartikan bahwa arus dan tegangan di antara kedua kawat penghantar saluran itu memandang saluran transmisi sebagai suatu
impedansi. Impedansi inilah yang disebut “impedansi saluran (Zo)”
forward
Jadi dapat dikatakan bahwa impedansi saluran adalah impedansi yang diukur
di ujung saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga. Bila daya dirambatkan pada saluran transmisi dengan panjang tak berhingga, maka daya itu akan diserap seluruhnya di sepanjang saluran. Tegangan dan arus akan menurun di sepanjang
saluran sebagai akibat bocornya arus pada kapasitansi antar penghantar dan hilangnya tegangan pada induktansi saluran[1].
Gambar 2.8. Pengukuran Impedansi Saluran
Pada Gambar 2.8, diperlihatkan bahwa impedansi yang dipandang pada titik 1’-2’ (jarak titik 1’-2’ ke 1-2 berhingga) ke arah kanan adalah sebesar Zo juga,
tetapi dengan tingkat tegangan dan arus yang lebih kecil dibandingkan dengan tegangan pada titik 1-2. Sehingga bila impedansi pada titik 1’-2’ digantikan dengan impedansi beban sebesar Zo, maka impedansi di titik 1-2 akan sebesar Zo
Impedansi karakteristik saluran tanpa rugi-rugi (loseless-line) dapat dituliskan
L = induktansi total kedua kawat penghantar sepanjang saluran l (Henry) C = kapasitansi antar kedua kawat penghantar dalutan sepanjang l (Farad) Besar impedansi karakteristik suatu saluran transmisi maupun bumbung
gelombang berbeda-beda dan nilainya ditentukan oleh ukuran fisik penampang dan bahan dielektrik yang digunakan sebagai isolator. Adapun impedansi
karakteristik saluran transmisi dapat dilihat pada Tabel 2.2 [4] :
Tabel 2.2. Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi
di mana:
D = jarak antar konduktor (pada twist pair) atau diameter konduktor outer (pada
coaxial dan balanced shielded) (meter) d = diameter konduktor inner (meter)
h = jarak antar konduktor (pada balanced shielded) (meter)
k = konstanta dielektrik bahan isolator ε = permitivitas
µ = permeabilitas et
T = ketebalan dari PCB
= konstanta dielektrik relatif pada PCB (printed cabling board)
W = lebar dari konduktor stripline atau microstrip
2.7 Persamaan Umum Saluran Transmisi
Agar dapat menentukan atau mencari distribusi tegangan dan arus di sepanjang saluran transmisi, maka terlebih dahulu kita harus dapat
i(x,t) R.Δx
Gambar 2.9 Potongan Elemen Saluran Transmisi Sepanjang Δx
Dengan menggunakan aturan Hukum Kirchoff Voltage (KVL) dan Hukum Kirchoff Current, kita dapat menuliskan [6] :
v(x, t)−R.∆x. i(x, t)−L.∆x∂i(x,t)
∂i −v(x +∆x, t) = 0 (2.7)
i(x, t)−G.∆x. v(x +∆x, t)−C.∆x∂v(x+∆x∂t ,t)−i(x +∆x, t) = 0 (2.8)
Dengan membagi Persamaan (2.7) dan Persamaan (2.8) terhadap Δx dan membuat limit Δx →0 maka kita dapat menuliskan kembali kedua persamaan
Kedua persamaan ini merupakan persamaan saluran transmisi dalam kawasan waktu (time domain). Untuk kondisi steady state sinusoidal, kedua persamaan ini dapat dituliskan menjadi [6] :
��(�)
�� =−�(�). (�+���) (2.11) ��(�)
Bila R+jωL = Z dan G+jωC = Y maka Persamaan (2.11) dan Persamaan (2.12) dapat ditulis menjadi :
��(�)
�� =−�.�(�) (2.13) ��(�)
�� = −�.�(�) (2.14)
Untuk memperoleh bentuk bentuk tegangan dan arus sepanjang saluran, kita harus menyelesaikan Persamaan Differensial Persamaan (2.13) dan Persamaan (2.14). Hal ini dilakukan dengan cara mengeliminasi I(x) dari
Persamaan (2.13) yaitu dengan mendifferensialkan Persamaan (2.13) kemudian mensubstitusikan Persamaan (2.14) kedalamnya sehingga diperoleh :
�2�(�)
�2� =−��.�(�) (2.15)
Penyelesaian dari Persamaan (2.15) memiliki penyelesaian dalam bentuk
fungsi eksponensial seperti berikut ini :
�(�) =�.�−�√�� + �.��√�� (2.16)
Persamaan (2.16) di atas merupakan persamaan bentuk tegangan
sepanjang saluran transmisi di mana A dan B merupakan suatu konstanta yang merepresentasikan amplitudo tegangan. Untuk memperoleh persamaan arus sepanjang saluran, dilakukan dengan mensubstitusikan Persamaan (2.16) ke
dalam Persamaan (2.13) sehingga [6] :
�(�) =−��(�)
��� (2.17)
Differensiasi Persamaan (2.16) adalah :
��(�)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (2.18) ke dalam Persamaan (2.17) diperoleh Persamaan arus sepanjang saluran sebagai berikut :
�(�) =−��(�)
��� = √����.�−�√�� − �.��√���
�(�) = 1
�� �� ��.�
−�√�� − �.��√��� (2.19)
Persamaan (2.19) merupakan persamaan umum dari arus suatu gelombang
yang merambat di sepanjang saluran transmisi, di mana A dan B merupakan konstanta yang merepresentasikan amplitudo tegangan dari gelombang. Besaran √�� pada Persamaan (2.16) dan Persamaan (2.19) di atas dinamakan “konstanta propagasi” yang disimbolkan dengan “γ” (dibaca : gamma). Konstanta propagasi ini menunjukkan adanya perubahan phasa tegangan dan arus terhadap perubahan posisi x pada saluran. Bentuk γ biasanya berupa bilangan kompleks yaitu [6] :
BAB III
ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT DENGAN MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA
3.1 Umum
Antena Mikrostrip Patch Segi Empat merupakan salah satu dari jenis-jenis antena mikrostrip dengan berbagai macam bentuk dan ukuran patch. Karena
bentuk patch segi empat, maka diharapkan parameter-parameter antena mikrostrip yang digunakan menghasilkan nilai maksimum[8]. Hal inilah yang menjadi dasar penggunaan model saluran transmisi sederhana sebagai sebuah
model yang dapat memperkirakan kinerja antena mikrostrip patch segi empat yang diharapkan akan menghasilkan nilai maksimum dari parameter-parameter
yang di analisis. Gambar 3.1 menunjukkan Struktur Lengkap Antena Mikrostrip Patch Segi Empat
tg = Ketebalan Konduktansi Groundplane
εr = Permitivitas Relatif Substrat
Saluran transmisi antena mikrostrip patch mempunyai karakteristik sendiri yang mempengaruhinya, seperti lebar patch, impedansi saluran pencatu,
impedansi patch, koefisien refleksi tegangan, dan VSWR yang dibahas pada bab ini.
3.2 Model Saluran Transmisi Sederhana Antena Mikrostrip Patch Segi Empat
Untuk menggunakan Model Saluran Transmisi Sederhana Antena Mikrostrip Patch Segi Empat, terlebih dahulu akan ditunjukkan Gambar 3.2 antena mikrostrip patch segi empat dengan rangkaian pengganti yaitu saluran
transmisi sederhana[8].
W L
Lp
Wp Ys
Ys
Y0 γ0
Yin
Yp
Pada Gambar 3.2 tampak bahwa sketsa antena mikrostrip menggunakan model saluran transmisi sederhana diganti dengan besaran-besaran admitansi dan
konstanta karakteristik saluran transmisi. Besaran-besaran admitansi dan konstanta karakteristik saluran transmisi dijelaskan terlebih dahulu.
3.2.1 Lebar Saluran Pencatu (W) Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Pada dasarnya, saluran transmisi antena mikrostrip patch segi empat
memiliki impedansi pencatu. Impedansi pencatu [8] dapat dihitung dengan menganggap bahwa medan EM pada saluran merupakan quasi transverse-EM (TEM), konduktivitas yang sempurna, bahan dielektrik tipis dan lebar trace yang
relatif kecil.
Untuk mengetahui impedansi antena mikrostrip patch segi empat, terlebih
dahulu dihitung lebar saluran pencatu yang dirumuskan pada Persamaan 3.1
��,��� =��2+1+��2−1�1 +10�� −0,54
(3.3)
di mana:
h = Ketebalan bahan dielektrik (mm),
w = Lebar strip konduktor (mm), εr
ε
= Konstanta bahan dielektrik,
eff = Konstanta efektif bahan dielektrik
3.2.2 Dimensi Patch Segi Empat Antena Mikrostrip
` Antena mikrostrip segi empat akan diumpan (feed) dengan mikrostrip penghubung ini. Dimensi dari antena mikrostrip segi empat ini adalah Lp x Wp
�� =2������ 2 ,���+1
(3.4)
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2, lebar dari patch bisa dihitung pada
Persamaan 3.4 dan panjang efektif patch pada Persamaan 3.5 [8] :
����,�=2� �
����,��� (3.5)
Di ujng awal dan ujung patch diasumsikan saluran transmisi yang dalam kondisi terbuka (open) yaitu pada posisi x = 0 dan x = Lp
Di sini pengaruh kapasitansi diganti dengan perpanjangan patch secara
fiktif sebesar ΔL
medan listrik akan melebar keluar (fringe) yang secara elektromagnetis bisa dimodelkan dengan
kapasitansi (Gambar 3.2). Dengan digunakannya panjang efektif ini, medan listrik di kedua ujung saluran transmisi yang terbuka (open) bisa dianggap lurus
(tidak melengkung) dari patch ke ground atau kebalikannya.
∆��= 0,412ℎ . ��,���+0,3
��,���−0,258 .
�′ +0,262
�′+0,813 (3.6)
Sehingga total panjang efektif patch yang dirumuskan dari Persamaan 3.6
pada Persamaan 3.7 menjadi :
��=����,�−2∆�� (3.7)
3.3 Admitansi Karakteristik Saluran (Y0) Dan Impedansi Karakteristik
Saluran (Z0
Konstanta karakteristik saluran � dan impedansi gelombang Z )
0
� = �(�+���)(� +���) atau �= α+jβ (3.8) bisa
dihitung dengan Persamaan 3.8[9]
Untuk memisahkan komponen riil dan imaginernya, Persamaan 3.8 dikuadratkan �2− �2+�2��= �� − �2��+��(��+��) (3.9)
komponen riil pada Persamaan 3.9 adalah
�2− �2+�2��= �� − �2�� (3.10)
dan nilai mutlak dari konstanta karakteristik saluran pada Persamaan 3.8 adalah
�2+�2 = �(�2 +�2�2)(�2+�2�2) (3.11)
Jika Persamaan 3.10 dan Persamaan 3.11 dijumlahkan maka diperoleh
� =�1
2��� − �2��+�(�2+�2�2)(�2+�2�2) � (3.12)
dan hasil pengurangan Persamaan 3.10 dan Persamaan 3.11 maka diperoleh
persamaan untuk menghitung konstanta phasa
�= �1
2�−��+�2��+�(�2+�2�2)(�2 +�2�2) �
tanϑ= �
Konstanta karakteristik saluran menjadi
�0 =√cos�√��ϑcos ���(�−ϑ−�)/2 (3.15)
konstanta atenuasi dan konstanta phasa menjadi
� = �√��
Admitansi karakteristik saluran (Y0) dan impedansi karakteristik saluran
(Z0
Untuk standar saluran transmisi pada antena mikrostrip maka impedansi
karakteristik saluran dapat dirumuskan pada Persamaan 3.19[9]
�0=377√����ℎ� (3.19)
dengan w >> h.
Setelah mengetahi dimensi patch antena mikrostrip dengan model saluran transmisi sederhana maka diperoleh admitansi panjang patch antena mikrostrip patch secara keseluruhan. Sisi dari antena mikrostrip segi empat dimodelkan oleh
admitansi �� (Gambar 3.2) yang dapat dirumuskan pada Persamaan 3.20 [8] :
Yp = G + jB
3.5 Admitansi Lebar Patch (Ys) Dan Impedansi Beban (ZL
Setelah mengetahi dimensi patch antena mikrostrip dengan model saluran
transmisi sederhana maka diperoleh impedansi antena mikrostrip patch secara keseluruhan.
)
Sisi terbuka (open) dari antena mikrostrip segi empat dimodelkan oleh admitansi �� (Gambar 3.2) yang dapat dirumuskan pada Persamaan 3.21 :
�=120���
maka kedua Ys tidak berubah
dan diparalelkan untuk mendapatkan nilai total
in
Dengan demikian impedansi beban dapat diketahui pada Persamaan 3.26:
= 2 x Ys (3.25)
Z
L= Z
in=
1Yin (3.26)
3.6 Penggunaan Antena Mikrostrip Patch Segi Empat
Adapun penggunaan mikrostrip yang ada di lapangan, digunakan pada
satelit, komunikasi penerbangan, sistem EW (perangkat perang elektronik) yang membutuhkan ukuran yang kecil, berat yang ringan, komponen pasif gelombang
mikro yang sedikit, komunikasi tanpa kabel (selular, jaringan lokal tanpa kabel (WLAN)) [8] . Saluran mikrostrip sebagai dasar dari penyaring, pengubah impedansi, pembagi atau penggabung daya, saluran tundaan, dan antena yang
digunakan secara luas dalam sistem gelombang mikro. Untuk dapat mendukung teknologi WLAN, antena ini harus compatible, kecil dan mampu bekerja pada pita frekuensi lebar (broadband). Antena mikrostrip adalah sebuah kandidat yang
BAB IV
ANALISIS ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT DENGAN MODEL SALURAN TRANSMISI SEDERHANA
4.1 Umum
Dalam mentransmisikan sinyal pada antena mikrostrip segi empat memerlukan saluran transmisi. Masing masing jenis saluran transmisi memiliki
model dalam perhitungan antena mikrostrip segi empat. Dengan menggunakan model saluran transmisi sederhana diperhitungkan ukuran antena mikrostrip segi empat. Ada beberapa parameter yang dihitung dengan menggunakan model
saluran transmisi sederhana yaitu impedansi beban, koefisien refleksi tegangan, dan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio). Diperlukannya analisis perhitungan
dengan model saluran transmisi sederhana agar diketahui bagaimana hasil impedansi beban, koefisien refleksi tegangan, dan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) untuk mengetahui kinerja model saluran transmisi sederhana.
4.2 Parameter Asumsi
Beberapa parameter yang diasumsikan pada analisa antena mikrostrip patch segi empat adalah sebagai berikut :
a. jenis substrat yang digunakan adalah jenis FR4_epoxy dengan :
- tinggi substrat (h) = 1,6 mm
- konstanta relatif bahan dielektrik = 4,4
c. frekuensi tengah (f0
(2,4GHz – 2,5GHz)
) yang digunakan yaitu 2,45 GHz dari frekuensi kerja Wi-Fi
d. kecepatan cahaya yang digunakan (c) yaitu 3 x 108
4.3 Perhitungan Lebar Saluran Pencatu dan Ukuran Patch Antena Mikrostrip Segi Empat dengan Model Saluran Transmisi Sederhana
m/s
Untuk menganalisis antena mikrostrip patch segi empat dengan
menggunakan model saluran transmisi sederhana, terlebih dahulu diketahui perhitungan lebar saluran pencatu antena mikrostrip patch segi empat dan dimensi (ukuran) patch antena mikrostrip segi empat.
4.3.1 Perhitungan Lebar Saluran Pencatu
Pada bagian ini akan dihitung besarnya lebar saluran pencatu antena mikrostrip patch segi empat dengan menggunakan rumus Persamaan 3.1
�0 =��
Dengan demikian, lebar saluran pencatu antena mikrostrip patch segi empat pada frekuensi tengah 2,45GHz sebesar 24,92 mm
4.3.2 Perhitungan Dimensi Patch
Dimensi patch merupakan ukuran lebar dan panjang dari patch antena
dan perbandingan lebar saluran pencatu (w) terhadap tinggi substrat (h). Nilai permitivitas efektif dapat dihitung dengan Persamaan 3.3
�=�
Setelah mengetahui nilai permitivitas efektif, maka lebar dan panjang dimensi antena mikrostrip patch segi empat dapat diperoleh melalui Persamaan
3.4 hingga Persamaan 3.7
Dari hasil perhitungan dimensi patch diperoleh panjang (Wp) dan lebar (Lp) patch segi empat antena mikrostrip dengan frekuensi 2,45GHz adalah 38,72 mm dan 29,118 mm.
Pada bagian ini akan dianalisis impedansi antena mikrostrip patch segi empat dengan menggunakan model saluran transmisi sederhana. Nilai impedansi
yang dihasilkan dari antena tersebut untuk frekuensi kerja 2,4GHz; 2,425GHz; 2,45GHz; 2,475GHz; 2,5GHz dapat diperoleh melalui Persamaan 3.8 hingga Persamaan 3.12
Untuk memperoleh nilai panjang gelombang dengan frekuensi 2,4 GHz, dapat menggunakan Persamaan 3.9
�= 3 � 10 8
2,4 � 109= 125 ��
Untuk memperoleh nilai admitansi dengan frekuensi 2,4 GHz, dapat menggunakan Persamaan 3.8, Persamaan 3.10, dan Persamaan 3.11
�= 38,72
Untuk memperoleh nilai impedansi patch antena mikrostrip patch segi empat
dengan frekuensi 2,4 GHz, dapat menggunakan Persamaan 3.12 dan Persamaan 3.13
���� =
Dari hasil perhitungan menggunakan model saluran transmisi sederhana, maka
impedansi patch antena mikrostrip patch segi empat dengan frekuensi 2,4 GHz diperoleh
Dengan cara yang sama, nilai impedansi antena mikrostrip patch segi empat
dengan model saluran transmisi sederhana dapat ditunjukkan pada Tabel 4.1
Tabel 4.1 Impedansi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat
Dari Tabel 4.1 tersebut dapat diketahui bawah semakin besar frekuensi maka impedansi antena mikrostrip patch segi empat semakin kecil.
4.4 Perhitungan Koefisien Refleksi Tegangan
Koefisien refleksi tegangan merupakan perbandingan hasil pengurangan dan penjumlahan antara impedansi beban (ZL) dengan impedansi saluran (Z0
Frekuensi
).
Nilai Koefisien refleksi tegangan yang terjadi dari antena mikrostrip patch segi ( f )
Impedansi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat (ZL)
2,4 GHz 45,8 ��283,70 Ω
2,425 GHz 44,52 ��282,640Ω
2,45 GHz 44,51 ��281,580 Ω
2,475 GHz 44,50 ��280,700 Ω
empat dapat diperoleh melalui Persamaan 2.3 dengan frekuensi 2,4GHz; 2,425GHz; 2,45GHz; 2,475GHz; 2,5GHz
Untuk frekuensi 2,4 GHz dapat menggunakan Persamaan 2.3 sebagai berikut
Γ=(10,87− �44,6)−50 (10,87− �44,6) + 50=
−39,13− �44,6 60,87− �44,6 =
59,33 ∠ 48,73� 75,64 ∠−36,23�
Γ= 0,78 ∠ 84,96�= 0,78��84,960
Dari hasil perhitungan, maka nilai koefisien refleksi tegangan yang terjadi
pada frekuensi 2,4 GHz adalah 0,78 ∠ 84,96�= 0,78��84,960.
Dengan cara yang sama, nilai koefisien refleksi tegangan yang terjadi untuk
frekuensi 2,4GHz; 2,425GHz; 2,45GHz; 2,475GHz; 2,5GHz ditunjukkan pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Koefisien Refleksi Tegangan
Frekuensi (f)
2,4 GHz 0,78 ��84,960
2,425 GHz 0,8106 ��83,330
2,45 GHz 0,84 ��83,570
2,475 GHz 0,863 ��83,730
2,5 GHz 0,887 ��83,820
Dari Tabel 4.2 dapat diketahui bahwa semakin besar frekuensi maka
koefisien refleksi tegangan semakin besar.
4.5 Analisis VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR merupakan perbandingan hasil penjumlahan harga mutlak koefisien refleksi tegangan terhadap hasil pengurangan harga mutlak koefisien refleksi tegangan. Nilai VSWR dapat diperoleh melalui Persamaan 2.4 dengan
frekuensi 2,4GHz; 2,425GHz; 2,45GHz; 2,475GHz; 2,5GHz
Untuk frekuensi 2,4 GHz, dapat menggunakan Persamaan 2.3
����=1 +�0,78�
�84,960�
1− �0,78��84,960�=
1,78 0,22
���� = 8,09
Dari hasil perhitungan, maka nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
yang terjadi pada frekuensi 2,4 GHz adalah 8,09.
Dengan cara yang sama, nilai VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) untuk
Tabel 4.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
Frekuensi
(f)
Voltage Standing Wave Ratio
(VSWR)
2,4 GHz 8,09
2,425 GHz 9,55
2,45 GHz 11,5
2,475 GHz 13,6
2,5 GHz 16,69
Dari Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa semakin besar frekuensi maka
VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) semakin besar.
4.6 Analisis Perbandingan VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
Untuk mengetahui kesesuaian analisis model saluran transmisi sederhana, penulis menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 sebagai perbandingan nilai
VSWR hasil perhitungan model saluran transmisi sederhana dengan nilai VSWR hasil simulasi menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10. Untuk itu dirancang
patch segi empat dan data spesifikasi antena menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10.
Gambar 4.1 Desain Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Dengan
Simulator Ansoft HFSS v.10
Tabel 4.4 Spesifikasi Desain Antena Mikrostrip Patch Segi Empat dengan Simulator Ansoft HFSS v.10
Nama Posisi (x;y;z) Panjang (x) Lebar (y) Tinggi (z) Material εr
Boundary 0;0;0 58,72 mm 49,118 mm 10 mm Udara 1,0006
Patch 10;10;0 38,72 mm 29,118 mm 0,01 mm Perfect conductor
Tabel 4.5 Perbandingan Hasil VSWR Perhitungan Model Saluran Transmisi Sederhana dan Hasil VSWR Simulator Ansoft HFSS v.10
Frekuensi (GHz) Hasil VSWR Model Saluran Transmisi
Sederhana
Hasil VSWR Simulator Ansoft
HFSS v.10
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Hasil VSWR Perhitungan Model Saluran Transmisi Sederhana dan Hasil VSWR Simulator Ansoft HFSS v.10 0
Hasil VSWR Model Saluran Transmisi Sederhana
Dari Tabel 4.5 dan Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa ada kemiripan kurva VSWR hasil perhitungan model saluran transmisi sederhana dan VSWR hasil
simulator Ansoft HFSS v.10. Kemiripan kurva ini menunjukkan bahwa perhitungan dengan model saluran transmisi sederhana dapat digunakan untuk mengetahui nilai lebar patch antena mikrostrip patch segi empat, impedansi patch
antena mikrostrip patch segi empat, koefisien refleksi tegangan dan VSWR. Perbedaan antara hasil VSWR model saluran transmisi sederhana dan hasil
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisis yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Semakin besar frekuensi yang diberikan pada antena mikrostrip patch segi empat
menggunakan model saluran transmisi sederhana maka impedansi antena
mikrostrip patch segi empat yang dihasilkan semakin kecil. Selain dipengaruhi
oleh frekuensi, impedansi antena mikrostrip patch segi empat dipengaruhi oleh
tinggi substrat dan jenis substrat.
2. Semakin besar frekuensi yang diberikan pada antena mikrostrip patch segi empat
menggunakan model saluran transmisi sederhana maka koefisien refleksi
tegangan yang dihasilkan semakin besar. Selain dipengaruhi oleh frekuensi,
koefisien refleksi tegangan dipengaruhi oleh impedansi antena mikrostrip patch
segi empat.
3. Selisih hasil VSWR perhitungan Model Saluran Transmisi Sederhana dengan hasil VSWR menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 terjadi karena beberapa
faktor yaitu tidak memperhitungkan jenis dan ukuran boundary, tidak
memperhitungkan distribusi arus dan tegangan pada Model Saluran Transmisi
Sederhana. Sedangkan pada simulasi menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10,
faktor-faktor tersebut terlibat.
4. Semakin besar frekuensi yang diberikan pada antena mikrostrip patch segi empat menggunakan model saluran transmisi sederhana maka VSWR (Voltage
5.2 Saran
Saran yang dapat penulis berikan:
1. Untuk mendapatkan hasil analisis VSWR yang lebih baik, dapat
dilakukan dengan mengubah-ubah tinggi substrat dan frekuensi kerja 2. Perhitungan model dapat juga dilakukan untuk jenis material yang
berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Balanis, Constantine A, 2005, Antena Theory Analysis and Design, third
edition, Willey inc, Hal. 1,2
[2] Wadel, Brian C. 1991. Transmission Line Design Handbook, Artech House, Inc., Norwood, Hal 19-25,30,93-99.
[3] Garg Ramesh. 2000. Microstrip Antenna Design Handbook, Artech House, hal. 2-3.
[4] Siregar, Yandi A. 2004. Teknik Transmisi 1: Diktat Kuliah. Pekan Baru. Hal 2-15,22-23.
[5] Hammerstad, Erik O. 1975. Equation for Microstrip Circuit Design.
Proceedings of The European Microwave Conference. Hamburg. Germany. Hal 268-272.
[6] Rambe, Ali Hanafiah. 2010. Diktat Kuliah Teknik Elektro Telekomunikasi Modul Ke- 6 Saluran Transmisi. Medan : USU
[7] Maloratsky, Leo G.2000. Microwave and RF. Reviewing The Basics of
Microstrip Lines. Melbourne. Hal.79,82,84,86.
[8] Alaydrus, Mudrik . 2011. Antena, Prinsip dan Aplikasi. Jakarta : Graha
Ilmu. Hal 187 – 210.
[9] Alaydrus, Mudrik . 2009. Saluran Transmisi Telekomunikasi. Jakarta : Graha Ilmu. Hal 260 – 269.
![Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena [1]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/216163.18755/19.893.244.682.467.946/gambar-memperlihatkan-sumber-pemancar-dihubungkan-dengan-saluran-transmisi.webp)
