RANCANG BANGUN PATCH RECTANGULAR ANTENNA
2.4 GHz DENGAN METODE PENCATUAN EMC
(ELECTROMAGNETICALLY COUPLED)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Telekomunikasi
Oleh:
WINNY FRISKA ULI NIM : 100422043
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN PATCH RECTANGULAR ANTENNA
2.4 GHz DENGAN METODE PENCATUAN EMC (ELECTROMAGNETICALLY COUPLED)
Oleh :
WINNY FRISKA ULI 100422043
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada Tanggal 27 Bulan Juli Tahun 2013 di depan penguji :
1. Ketua Penguji : Ir. Zulfin, MT ………..
2. Anggota Penguji : MaksumPinem, ST.MT ………..
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
Ali Hanafiah Rambe, ST.MT NIP.197808262003121001
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
ABSTRAK
Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi. Antena mikrostrip telah banyak digunakan karena memiliki banyak keuntungan seperti bentuknya yang ringkas, praktis dan mudah untuk mengatur polarisasinya. Sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
“RANCANG BANGUN PATCH RECTANGULAR ANTENNA 2.4 GHz
DENGAN METODE PENCATUAN EMC (ELECTROMAGNETICALLY
COUPLED)”
Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahanda dan ibunda tercinta yang telah mengorban segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbannyan Tuhan membalasnya dengan memudahkan segala urusannya.
Selama Penulis menjalani masa pendidikan di Universitas Sumatera Utara 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 :
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elekto dan selaku Dosen Pembimbing Akademik selama penulis selama perkuliahan.
3. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Dosen Pembanding yang membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis selama menjalani perkuliahan.
6. Seluruh Karyawan di Dapartemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Martin dan Bang Divo terima kasih atas semua bantuannya.
7. Pak Aldrin dan Pak Herlon, terima kasih telah membantu dalam penyelesaian Antena Patch Rectangular ini.
8. Saudara-saudaraku yang tersayang, yang selalu memberikan dukungan dan doa dalam meyelesaikan studi Penulis.
9. Sahabat sekaligus teman terbaik Agita (agitt) dan Nova (cunov) terima kasih atas semua bantuannya dan biarlah Tuhan membalas semua kebaikan kalian, serta paling penting sukses buat kita semua.
teman yang tak disebut namanya terima kasih atas kebaikan yang telah kalian berikan kepada penulis selama kuliah.
11.Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu, yang telah banyak membantu penulis dalam menyelsaikan laporan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri.
Medan, Juli 2013 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... v
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR TABEL... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...………..………... 1
1.2 Rumusan Masalah... 2
1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir... 2
1.4 Batasan Masalah………...……….... 3
1.5 Metodologi Penulisan... 3
1.6 Sistematika Penulisan………...………. 4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Sitem Komunikasi Radio...……...……...…………... 6
2.2 Antena Mikrostrip...……….... 7
2.3 Model Cavity……….. 9
2.4 Antena Mikrostrip Patch Rectangular... 12
2.4.1 Dimensi Antena... 12
2.4.2 Dimensi Groundplane... 15
2.4.3 Dimensi Feeder... 15
2.6.1 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)... 18
2.6.2 Impedansi Antena... 19
2.6.3 Bandwidth Antena... 20
2.6.4 Keterarahan (Directivity)... 22
2.6.5 Gain Antena... 23
2.6.6 Pola Radiasi... 26
2.6.7 Polarisasi Antena... 27
2.7 Wireless Fidelity (Wi-Fi)... 30
2.7.1 Standard Teknologi Wi-Fi... 32
2.7.2 Wireless Channel... 33
2.7.3 Perangkat Wi-Fi... 34
2.8 Ansoft High Frequency Structur Simulator v.9... 36
BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI 3.1 Umum...……....…………...…... 37
3.2 Penentuan Bahan Antena………...…….. 37
3.3 Perancangan Antena Patch Rectangular....... 38
3.3.1 Flowchart Realisasi Antena... 39
3.3.2 Menentukan Frekuensi Antena... 40
3.3.3 Perancangan Ukuran Patch Antena... 40
3.3.4 Penentuan Panjang Saluran Pencatu... 42
3.3.5 Penentuan Dimensi Groundplane... 43
3.4 Simulasi... 43
3.4.1 Parameter Antena... 44
BAB IV REALISASI DAN PENGUJIAN
4.1 Umum... 52
4.2 Pembuatan Prototipe Antena... 52
4.2.1 Alat dan bahan dalam proses Pembuatan prototipe antena... 53
4.2.2 Proses pembuatan prototipe antena... 54
4.2.3 Hasil pembuatan prototipe antena... 55
4.3 Perlengkapan Yang Digunakan... 56
4.4 Pengujian Parameter Antena... 57
4.4.1 Pengujian Gain Antena Mikrostrip Patch Rectangular... 57
4.4.2 Mengamati Pengujian... 58
4.4.3 Hasil Pengujian... 59
4.5 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena... 64
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 66
5.2 Saran... 66
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1Sistem Komunikasi Radio ... 6
Gambar 2.2Struktur antena mikrostrip...8
Gambar 2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip... 8
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang Terbentuk pada patch mikrostrip... 10
Gambar 2.5 Metoda Pencatuan feeding...……. 17
Gambar 2.6 Metoda pencatuan EMC………. 17
Gambar 2.7a Pengukuran Daya Output yang diterima antena standar (Ps)……… 25
Gambar 2.7b Pengukuran Daya Output yang diterima oleh antena yang dites (Pt)……….………. 25
Gambar 2.8 Pola Radiasi Antena... 26
Gambar 2.9 Polarisasi linier... 27
Gambar 2.10 Polarisasi Melingkar... 29
Gambar 2.11 Polarisasi elips... 30
Gambar 2.12 Access Point tampak depan....………..… 35
Gambar 2.13 PCMCIA WLAN Card………..……….. 35
Gambar 2.14 USB WiFi…………..………... 35
Gambar 2.15 USB Wi-Fi Linksys…..……… 36
Gambar 2.16 Compact Flash…………..……… 36
Gambar 3.1 Konstruksi Antena Mikrostrip Patch Rectangular (a)tampak depan... 38
Gambar 3.3Konstruksi AntenaPatch Rectangular... 42 Gambar 3.4Hasil Pemodel Antena mikrostrip patch rectangular... 44 Gambar 3.5 Hasil Simulasi VSWR dari Nilai Perhitungan
Tiap Elemen Antena... 44 Gambar 3.6Hasil Simulasi untuk Parameter Gain... 47 Gambar 4.1 Prototipe Konektor Antena Patch Retangular
(a)Prototipe konektor antena Patch Rectangular... 55
(b)Prototipe Antena Patch Retangular tampak atas... 55
Gambar 4.2Rangkaian Pengujian antena mikrostrip
Patch rectangular... 56 Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole... 57 Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip
Patch Rectangular... 59 Gambar 4.5Access point didapat menggunakan antena dipole... 60 Gambar 4.6Access point didapat menggunakan
Antena mikrostrip patch rectangular ...60 Gambar 4.7Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena dipole
(a) Pergerakan kuat sinyal yang diterima... 61 (b) Data – data access point yang diterima... 62 Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena mikrostrip
patch rectangular
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standar Teknologi Wi-Fi……… 33
Tabel 2.2 WiFi Channel ... 34
Tabel 3.1 Spesifikasi Bahan Antena...38
Tabel 3.2 Saluran Pencatu L-Strip... 42
Tabel 3.3 Dimensi Pada Tiap Elemen Antena Hasil Perhitungan ... 43
Tabel 3.4 Hasil Simulasi Untuk Nilai VSWR... 45
Tabel 3.5 Hasil Simulasi perbandingan dimensi Groundplane terhadap VSWR... 49
Tabel 3.6 Hasil Simulasi dimensi lebar patch diubah dengan radius 10 mm dan panjang patch tetap dan groundplane 120x120 mm ... 51
Tabel 3.7 Hasil Simulasi dimensi panjang patch diubah dengan radius 10 mm dan lebar patch tetap dan groundplane 120x120 mm... 50
Tabel 3.8 Ukuran Dimensi Tiap Elemen Antena Setelah Iterasi... 51
ABSTRAK
Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi. Antena mikrostrip telah banyak digunakan karena memiliki banyak keuntungan seperti bentuknya yang ringkas, praktis dan mudah untuk mengatur polarisasinya. Sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Antena merupakan perangkat telekomunikasi yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektomagnetik dalam komunikasi radio. Adapun syarat-syarat antena yang baik adalah impedansi input yang sesuai (matched) dengan impedansi karakteristik kabel pencatunya, dapat memancarkan dan menerima energi gelombang radio dengan arah dan polarisasi yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan.
Antena sebagai perangkat penyesuai (matching device) antara sistem pemancar dengan udara, bila antena tersebut berfungsi sebagai media radiasi gelombang radio. Sebaliknya, sebagai perangkat penyesuai dari udara ke sistem penerima, bila antena tersebut berfungsi sebagai media penerima gelombang radio. Atau bahkan kedua-keduanya, berfungsi sebagai media radiasi dan sekaligus penerima gelombang radio.
Makin padatnya pemakaian frekuensi yang berorde GHz untuk berbagai aplikasi pada saat ini. Akibatnya, dibutuhkan antena yang mempunyai gain tinggi untuk mengatasi redaman ruang bebas yang semakin besar juga.
metode pencatuan EMC (Electromagnetic Coupled).
Pencatuan EMC berbeda dengan metode pencatuan mikrostrip biasa dan pencatuan probe/feeding, yaitu tidak terjadi radiasi spurious dan mempunyai keuntungan dengan memberikan karakteristik wideband tanpa beberapa rangkaian matching. Metode EMC dirancang untuk menghasilkan wideband.
1.2Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan pada Tugas Akhir ini yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch rectangular dengan metode pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled) ?
2. Apa manfaat antena mikrostrip patch rectangular dengan metode pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled) ?
3. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch rectangular dengan metode pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled) ?
4. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch rectangular dengan metode pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled) pada frekuensi 2,4 GHz ?
1.3Tujuan Penulisan Tugas Akhir
jaringan Wifi (Wireless Fidelity) sesuai dengan frekuensi kerja yaitu 2.400 MHz – 2.500 MHz.
1.4Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Hanya membahas antena mikrostrip patch rectangular dengan metode
pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled). 2. Parameter yang dibahas hanya : VSWR dan gain
3. Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan software simulator Ansoft HFSS v.9.
1.5Metodologi 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. Studi Bimbingan
Yaitu melakukan diskusi tentang topik Tugas Akhir ini dengan dosen pembimbing.
3. Merencanakan dan Merancang
Yaitu proses perancangan antena mulai dari pemilihan bahan dan peralatan apa
saja yang dibutuhkan untuk membuat antena mikrostrip antena patch segiempat
4. Pengukuran dan Analisa
Yaitu serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang telah dirancang telah bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan. Serta mengumpulkan dan menyimpulkan hasil data yang telah didapat setelah pengukuran dilakukan.
1.6Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini berisi penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip patch rectangular secara khusus, teknik pencatuan yang digunakan, WiFi (Wireless Fidelity), pola radiasi antena, gain, VSWR dan impedansi antena.
BAB III :PERANCANGAN DAN SIMULASI
BAB IV :REALISASI DAN PENGUJIAN
Bab ini berisi tentang proses pembuatan prototipe dan pengujian antena mikrostrip patch rectangular. Prosedur pengujian serta peralatan yang digunakan dalam pengujian, hasil pengujian serta analisa hasil pengujian.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
DASAR TEORI
2.1Sitem Komunikasi Radio
Fungsi dasar sistem komunikasi adalah transmisi atau pengiriman informasi dan tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri. Komunikasi merupakan proses pemindahan atau penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai. Tujuan komunikasi adalah menyediakan replika message (pesan) yang merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi. Elemen-elemen dari sistem komunikasi radio ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Sistem Komunikasi Radio Berikut ini adalah fungsi dari elemen sistem komunikasi radio:
1. Transducer berfungsi mengubah pesan menjadi sinyal listrik atau sebaliknya.
2. Pemancar (Tx) menghasilkan daya RF lalu sinyal ditransmisikan ke antena kemudian dipancarkan ke segala arah.
3. Kanal transmisi berfungsi sebagai penyambung listrik antara Tx – Rx sekaligus menjembatani sumber dan tempat tujuan.
4. Penerima (Rx) mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar melalui antena lalu diproses dan diteruskan ke transducer output.
2.2 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang saat ini banyak digunakan karena antena mikrostrip berukuran kecil dan ringan. Hal tersebut merupakan salah satu pertimbangan dalam merancang antena saat ini [1].
Antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian, yaitu [1]:
1. Patch, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas. Patch ini memiliki ketebalan yang bervariasi dan biasanya terbuat dari bahan tembaga.
2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch. Bahan substrate dielektrik beragam, diantaranya plastik, keramik, kristal tunggal, dan silikon.
Gambaran umum bentuk antena mikrostrip ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip [1]
Antena mikrostrip adalah antena yang terbuat dari suatu konduktor metal yang menempel di atas groundplane. Peralatan telekomunikasi khususnya antena, saat ini mengacu pada antena yang murah dalam pembuatan, memiliki massa yang ringan, mudah dalam proses integrasi dengan peralatan telekomunikasi lainnya. Namun disamping kelebihan yang dimiliki, antena mikrostrip juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya memiliki bandwidth yang kecil, efisiensi yang rendah, gain yang kecil dan daya yang kecil. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip ditunjukkan seperti Gambar 2.3.
Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, yaitu memiliki penampang yang tipis, masa yang ringan, mudah dalam pembuatan, dapat diintegrasikan secara langsung, dapat diproduksi secara massal, dapat dibuat untuk dual atau triple frekuensi. Sedangkan kelemahan dari antena mikrostrip adalah memiliki bandwidth yang sempit (Narrowband), dan kecilnya alat mengakibatkan perlu ketelitian yang tinggi di dalam perancangannya [2].
2.3 Model Cavity
Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrate tipis ( h<< λ0)[ 1][2]]:
a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (∂/∂z ≡0)karena substrate sangat tipis (h<< λ0).
c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal, yang termasuk komponen tangensial dari Η, Ηsepanjang sisi diabaikan.
Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell [1][2]. Adapun persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:
0 H (2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ0 adalah permeabilitas ruang hampa, dan J adalah rapat arus.
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch mikrostrip [2]
bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi [1].
Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan meyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna.
2.4 Antena Mikrostrip Patch Rectangular
Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis, proses fabrikasi yang sederhana dan karakteristik radiasi yang atraktif .
Patch rectangular antena merupakan konfigurasi yang paling banyak digunakan karena bentuknya memungkinkan dibaca secara analisa teoritik. Antena rectangular patch juga sering dimodelkan seperti saluran transmisi mikrostrip dengan panjang (L), lebar (W), dan ketebalan subtrat (h). Bagian – bagian dari antena mikrostrip patch rectangular dapat dijelaskan sebagai berikut. 2.4.1 Dimensi Antena
Dimensi antena meliputi panjang (L) dan lebar (W) patch pada suatu antena mikrostrip. Untuk mencari dimensi antena microstrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang antena microstrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antena microstrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena microstrip dapat menggunakan Persamaan 2-5 [3][4]:
Dimana :
W = lebar patch
εr = permitifitas relative / konstanta dielektrik c = kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108) fo = frekuensi kerja antena
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L (∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2-6 [3][4]:
h permitivitas efektif dari substrat dan h adalah ketebalan substrat.
Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2-9 [3][4].
(2-9)
Dimana :
W = lebar patch L = panjang patch
= panjang patch efektif h = ketebalan substrat εr = permitivitas relatif εe = permitivitas efektif
Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2-11 [5].
Dimana :
ZL = Zin = Impedansi beban (Ω) Yin = Admintansi beban (1/Ω)
Admintansi beban ( didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-12 [5].
Dimana:
2.4.2 Dimensi Groundplane
Groundplane pada desain antena mikrostrip patch rectangular ini berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Secara ideal, groundplane yang digunakan memiliki luas dan tebal yang tak terhingga atau biasa disebut dengan infinite groundplane namun kondisi ini tidak mungkin terealisasi tetapi hanya bisa disiasati.
Pendekatan dimensi minimum groundplane adalah melalui persamaan berikut [6] :
Ag = 6t + a (2-17) Dimana :
Ag = nilai dimensi minimum groundplane t = ketebalan tembaga
a = lebar patch
2.4.3 Dimensi Feeder
lebar ataupun tinggi feeder disesuaikan dalam simulasi, dengan cara mengubah ukuran secara variatif sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.
2.5 Metode Pencatuan Electromagnetically Coupled (EMC)
Secara umum, metoda pencatuan pada antenna mikrostrip dapat diklasifikasikan menjadi pencatuan mikrostrip, pencatuan probe, dan pencatuan EMC. Pencatuan antena mikrostrip dapat dengan mudah dipabrikasikan yaitu dengan cara menghubungkan mikrostrip ke tepi patch secara langsung, tetapi matching impedansi tidak sesuai atau tidak terjadi matching impedansi seperti yang diharapkan dan akan muncul radiasi yang tidak diinginkan dari line pencatuan.
Gambar 2.5 Metoda pencatuan feeding [6]
Pencatuan EMC berbeda dengan metode pencatuan yang lain. Tidak terjadi radiasi spurious dan mempunyai keuntungan dengan memberikan karakteristik wideband, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Metode pencatuan EMC [5]
Matching dapat diperoleh dengan mengatur panjang saluran pencatu dan perbandingan lebar saluran pencatu terhadap lebar elemen peradiasi. Adapun kekurangan yang paling mendasar dari metode ini adalah kesulitan dalam hal fabrikasinya, dikarenakan penggunaan dua lapisan dielektrik yang betul-betul memerlukan ketelitian dalam penyusunannya.
Untuk antena patch probe fed, probe hanya menghasilkan induktansi dimana menurunkan unjuk kerja bandwidth dari antena patch. Disini mekanisme kopling yang lebih menonjol adalah kapasitif. Patch itu sendiri direpresentasikan oleh rangkaian resonansi R-L-C paralel. Cc adalah kopling antara feeder stripline dan patch. Kopling dikontrol oleh 3 faktor, panjang feeder stripline, lebar patch dan tinggi (h) dari feeder striline [4].
2.6 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan dijelaskan sebagai berikut.
2.6.1 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
(2-18)
Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :
: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched
sempurna
: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka
Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [2]:
(2-19)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.
2.6.2 Impedansi Antena
Impedansi antena terdiri dari bagian riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan dengan :
Zin = Rin + j Xin (2-20)
Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua cara, yaitu karena panas pada struktur antena yang berkaitan dengan perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali (teradiasi). Reaktansi input (Xin) menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat dari antena [6].
Untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, maka impedansi antena haruslah conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi sama tetapi berlawanan tanda). Jika hal ini tidak terpenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima, sesuai dengan persamaan sebagai berikut :
ΓL =
pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti [6]. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antenna. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (di bawah fC) sampai dengan f2 ( di atas fC), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut adalah [2] :
BW =
Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan perbandingan antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
BW =
Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan pola radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1 > 1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2dan f1 adalah ditentukan oleh harga
VSWR.
2.6.4 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah [6]. Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2-24 [2].
(2-24)
Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2-25 [2].
(2-25) Dimana : D = keterarahan
D0 = keterarahan maksimum
U = intensitas radiasi maksimum Umax = intensitas radiasi maksimum
U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-26 [7].
2.6.5 GainAntena
Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain (atau gain saja) didefinisikan sebagai 4 kali rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan [6]:
G(ɵ,ɸ) = 4π
( )
m
P U θ.φ
(2-29)
Definisi ini tidak termasuk losses yang disebabkan oleh ketidaksesuaian impedansi (impedance missmatch) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain adalah harga maksimum dari intensitas radiasi atau harga maksimum dari Persamaan (2-30), sehingga dapat dinyatakan kembali :
G = 4 π dapat dinyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari
ɵ dan ɸ, diasumsikan sebagai gain maksimum. Direktivitas dapat ditulis sebagai :
D = 4 π Um
Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input menjadi daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses pada daya input. Bagian daya input (Pin) yang tidak muncul sebagai daya radiasi diserap oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan suatu definisi baru, yaitu yang disebut dengan efisiensi radiasi, dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
k =
Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut [3]:
G = ŋ . D (2-33)
Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya berkisar 60% sampai 70% [4].
dengan antena standard dan selanjutnya diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh daya output Pt yang maksimum. Apabila pada antena standard sudah diketahui gain maksimumnya, maka dari pengukuran di atas gain maksimum antena yang dicari dapat dihitung dengan :
Gt =
s
P P1
. Gs (2-34)
Atau jika dinyatakan dalam desibel adalah :
Gt(dB) = Pt(dB)
-
Ps (dB)+
Gs (dB) (2-35) Dimana :Gt : Gain antena yang akan diukur.
Ps : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena standard. Pt : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang di test. Gs : Gain antena standard ( sudah diketahui ).
Gambar 2.7 (a) Pengukuran daya output yang diterima antena standar (Ps)
2.6.6 Pola Radiasi
Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang yang menggambarkan sifat radiasi dari antena (pada medan jauh) sebagai fungsi dari arah dan penggambarannya dapat dilihat pada diagram pola radiasi yang sudah diplot sesuai dengan hasil pengukuran sinyal radiasi dari suatu antena [7].
Sifat radiasi tersebut meliputi sebagai berikut :
a. kerapatan flux yaitu jumlah garis medan magnet per satuan luas bagian yang tegak lurus terhadap arah flux.
b. intensitas radiasi yaitu suatu nilai yang menunjukkan jumlah pancaran radiasi per detik pada suatu posisi,
c. kekuatan medan (field strength) yaitu besarnya medan elektromagnetik yang diterima yang akan membangkitkan sebuah antena.
d. Polarisasi yaitu polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah kuat medannya dan disebut pola daya (power pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah vector poynting-nya.
Gambar 2.8 Pola Radiasi Antena
2.6.7 Polarisasi Antena
Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi yang berbeda [2].
Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu [2].
maupun magnet) memenuhi [2] : a. hanya ada satu komponen, atau
b. 2 komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada perbedaan fasa waktu atau 1800 atau kelipatannya
Gambar 2.9 Polarisasi linier
Polarisasi melingkar (Gambar 2.10) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.
Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah : a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama
c. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada kelipatan ganjil 900.
Gambar 2.10 Polarisasi melingkar
Polarisasi elips (Gambar 2.11) terjadi ketika gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah [2] :
a. medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal
b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau berbeda
Gambar 2.11 Polarisasi elips
2.7 Wireless Fidelity (Wi-Fi)
Wireless Fidelity, biasa disingkat dengan istilah Wi-Fi, merupakan sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal Nirkabel ( Wireless Local Area Networks – Wi-LAN ) yang didasari pada spesifikasi IEEE 802.11.
Awalnya Wi-Fi digunakan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan Jaringan Lokal (LAN), namun saat ini lebih banyak digunakan untuk mengakases internet. Hal ini memungkinkan komputer dengan kartu nirkabel (Wireless Card) atau Personal Digital Assistant (PDA) dapat terhubung dengan internet melalui access point (AP) atau lebih dikenal dengan istilah hotspot.
akan diperlukan antena external untuk memperkuat tangkapan sinyal dari AP. Penggunaan Wi-Fi hanya terbatas dalam cakupan jaringan lokal, bukan diperuntukan bagi jaringan yang lebih besar (seperti MAN dan WAN) sehingga sistem jaringan ini sangat cocok untuk ditempatkan di area-area public seperti kampus, kafe, dan gedung perkantoran.
Beberapa komponen dasar yang biasanya membentuk suatu LAN adalah sebagai berikut:
a. Workstation
Workstation merupakan node atau host yang berupa suatu sistem komputer. Sistem komputer ini dapat berupa PC atau dapat pula berupa suatu komputer yang besar seperti sistem minicomputer, bahkan suatu mainframe. Workstation dapat bekerja sendiri (stand-alone) dapat pula menggunakan jaringan untuk bertukar data dengan workstation atau user yang lain.
b. Server
Perangkat keras (hardware) yang berfungsi untuk melayani jaringan dan workstation yang terhubung pada jaringan tersebut.pada umumnya sumber daya (resources) seperti printer, disk, dan sebagainya yang hendak digunakan secara bersama oleh para pemakai di workstation berada dan bekerja pada server. Berdasarkan jenis pelayanannya dikenal disk server, file server, print server, dan suatu server juga dapat mempunyai beberapa fungsi pelayanan sekaligus.
c. Link (Hubungan)
media transmisi yang umumnya berupa kabel. Adapun beberapa contoh dari kabel yang digunakan sebagai link, antara lain kabel twisted pair, kabel coaxial, dan kabel fiber optic.
Suatu workstation tidak dihubungkan secara langsung dengan kabel jaringan ataupun tranceiver cable, tetapi melalui suatu rangkaian elektronika yang dirancang khusus untuk menangani network protocol yang dikenal dengan Network Interface Card (NIC).
d. Network Software
Tanpa adanya software jaringan maka jaringan tersebut tidak akan bekerja sebagaimana yang dikehendaki. Software ini juga yang memungkinkan sistem komputer yang satu berkomunikasi dengan sistem komputer yang lain.
2.7.1 Teknologi Wi-Fi
Tabel 2.1. Standar Teknologi Wi-Fi
Standard Kecepatan Frekuensi Jangkauan
Jaringan Keterangan
802.11a 54 Mbps 5.1-5.7GHz 300 m Cepat dan jangkauan lebih jauh, tapi lebih mahal (perangkat dan frekuensi mahal) dibandingkan dengan frekuensi 2.4GHz.
802.11b 11/22 Mbps 2.4GHz 100 m Sistem pertama yang hadir di pasaran yang cocok untuk kebutuhan internal (wireless home networking) dan penggunaan antar bangunan. 802.11g 54 Mbps 2.4GHz 54 m Standar 2.4GHz terbaru
banyak memberikan fungsi yang sama dengan standar 802.11b tetapi dengan transfer data yang lebih tinggi.
2.7.2 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.
Tabel 2.2 WiFi Channel
Channel Frequency (GHz) Range Channel Range
1 2,412 2,401 – 2,423 1 – 3
2 2,417 2,406 – 2,428 1 – 4
3 2,422 2,411 – 2,433 1 – 5
4 2,427 2,416 – 2,438 2 – 6
5 2,432 2,421 – 2,443 3 – 7
6 2,437 2,426 – 2,448 4 – 8
7 2,442 2,431 – 2,453 5 – 9
8 2,447 2,436 – 2,458 6 – 10
9 2,452 2,441 – 2,463 7 – 11
10 2,457 2,446 – 2,468 8 – 11
11 2,462 2,451 – 2,473 9 – 11
12 2,467 2,456 – 2,478 Not US
13 2,472 2,461 – 2,483 Not US
14 2,484 2,473 – 2,495 Not US
2.7.3 Perangkat Wi-Fi
Untuk mendukung jaringan wireless diperlukan juga perangkat – perangkat Wi-Fi untuk menunjang kehandalan suatu jaringan wireless tersebut. a. Penerus Sinyal (Access Point)
Access Point (AP) merupakan perangkat yang menjadi sentral koneksi dari pengguna (user) ke server. AP berfungsi mengonversi sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan diteruskan melalui kabel atau melalui perangkat yang lain dengan mengonversi kembali sinyal digital menjadi sinyal frekuensi radio hingga sampai ke jaringan terakhir.
berhubungan dengan special access point management software. Gambar 2.12 diperlihatkan access point tampak depan.
Gambar 2.12 Access Point tampak depan b. Penerima sinyal
Berikut ini merupakan perangkat yang dapat digunakan untuk menerima sinyal Wi-Fi yang disebarluaskan oleh AP, yaitu :
1. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), yang biasa digunakan untuk laptop dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 PCMCIA WLAN Card
2. PCI WLAN Card, digunakan untuk PC (personal computer) atau computer jangkrik yang tidak bisa diangkat-angkat, dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.14.
3. USB Wi-Fi, bisa digunakan untuk laptop atau PC yang ada port USB-nya. Biasanya harganya lebih murah dan mudah dibawa, dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 USB Wi-Fi Linksys
4. CF (Compact Flash) digunakan untuk PDA (Personal Digital Assistant). Seperti pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Compact Flash 2.8 Ansoft High Frequency Structure Simulator v.9
Banyak perangkat lunak (Software) simulasi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah Ansoft High
Frequency Structure Simulator v.9 (HFSS). Dalam Tugas Akhir penulis
menggunakan Ansoft HFSS v.9 untuk menganalisis karakteristik antena mikrostrip yang penulis buat dalam tugas akhir ini [7].
BAB III
PERANCANGAN DAN SIMULASI
3.1Umum
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan simulasi antena mikrostrip patch rectangular 2,45 GHz dengan menggunakan metode pencatuan Electro Magnetic coupled (EMC), teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung, dan antena ini digunakan sebagai penguat pada sistem wireless LAN.
Adapun tahapan awal dari perancangan antena dimulai dengan penentuan bahan antena yang digunakan untuk patch, groundplane dan substrate pada antena yang akan dibuat selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator ansoft HFSS v.9.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan panjang saluran pencatu dan perubahan dimensi patch. Dengan simulator Ansoft HFSS v.9, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR dan Gain antena.
3.2Penentuan Bahan Antena
groundplane karena tembaga termasuk logam yang baik dalam penghantar listrik. Berikut ini adalah spesifikasi bahan antena yang ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Bahan Antena
Bahan yang digunakan Bahan konduktor (Cu) , udara dan Teflon Permitivitas relative udara (εr) 1
Ketebalan dielektrik (tinggi Teflon) 14 mm Ketebalan tembaga (Cu) 1 mm
Feeder stripline Tembaga dengan lebar 5 mm dan tebal 1 mm Penyangga Teflon dengan diameter 10 mm dan tinggi 14 mm
3.3Perancangan Antena Patch Rectangular
Dalam melakukan proses perancangan antena patch rectangular, yang dilakukan terlebih dahulu adalah membentuk flowchart kerja dalam pelaksanaan realisasi antena. Pada flowchart ini terdapat tahapan-tahapan kerja yang dilakukan dalam proses perancangan antena mikrostrip patch yang bertujuan untuk menghasilkan antena patch rectangular yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Pada Gambar 3.1 diperlihatkan rencana konstruksi antena mikrostrip patch rectangular yang akan dirancang.
3.3.1 Flowchart Realisasi Antena
Pada Tugas akhir ini, antena mikrostrip patch segiempat (rectangular patch) dirancang untuk mendapatkan hasil simulasi dan hasil pengukuran sesuai dengan spesifikasi antena yang direncanakan. Berikut ini adalah flowchart kerja pelaksanaan realisasi antena seperti pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Flowchart Realisasi Antena Mulai
3.3.2 Menentukan Frekuensi Antena
Pada perancangan antena mikrostrip ini, frekuensi kerja berada pada frekuensi 2,4 - 2,5 GHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya adalah 2,4 - 2,5 GHz dengan frekuensi tengah 2,45 GHz. Frekuensi tengah resonansi ini, selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan parameter-parameter lainnya seperti dimensi patch, lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi kerja tersebut (2,4-2,5 GHz), diharapkan antena memiliki parameter VSWR ≤ 2 serta gain≥ 6.
3.3.3 Perancangan Ukuran Patch Antena
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip patch segiempat dengan frekuensi kerja 2,4 - 2,5 GHz. Untuk perancangan dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch segiempat dengan menggunakan Persamaan (2-5) sampai (2-10),maka didapat: a. Menentukan Lebar patch
Adapun hasil perhitungan lebar patch dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2-5, sebagai berikut :
W =
Dari nilai diatas didapatkanlah nilai lebar dan panjang patch adalah 61,5 mm dan 43,38 mm untuk memudahkan proses simulasi maka nilai panjang patch dilakukan pembulatan menjadi 43,5 mm.
3.3.4 Penentuan Panjang Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip ini adalah menggunakan bahan tembaga (Cu) dengan tebalnya 1 mm. Dalam penentuan panjang saluran pencatu dilakukan dengan mengatur panjang saluran pencatu dan perbandingan lebar saluran pencatu terhadap lebar elemen peradiasi serta ketebalan substrat (h). Saluran pencatu yang akan dirancang dibuat dalam bentuk L-strip. Untuk panjang saluran pencatu (L-Strip) ditentukan dengan melihat Gambar 3.3 Konstruksi Antena Patch Rectangular.
Gambar 3.3 Konstruksi Antena Patch Rectangular
Dari Gambar 3.3, dapat ditentukan nilai-nilai dari tiap bagian pencatu L-Strip pada antena patch rectangular yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Saluran Pencatu L-Strip
Dimensi Pencatu L-Strip Nilai
Tebal Subtrat (h) 14 mm
3.3.5 Penentuan Dimensi Groundplane
Dalam penentuan dimensi umum groundplane pada desain antena mikrostrip patch rectangular dilakukan dengan pendekatan dimensi minimum groundplane menggunakan Persamaan 2-17, sehingga dapat diperoleh :
Ag = 6t + a Ag = 6 (1) + 61,5 Ag = 67,5 mm ≈ 70 mm
Berdasarkan prosedur perancangan patch rectangular untuk frekuensi kerja 2,45 GHz dan tinggi dielektrik udara 14 mm maka diperoleh data – data berikut seperti pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Dimensi Pada Tiap Elemen Antena Hasil Perhitungan
Dimensi Antena Hasil yang diperoleh
Ukuran patch antena (W x L) (61,5 x 43,5) mm Permitivitas relatif bahan udara (εr) 1
Ketebalan substrat (h) 14 mm
Tinggi antara L- strip ke Groundplane (h2) 1 mm Tinggi antara L- strip ke Patch (h3) 2 mm Jarak Pangkal L-strip ke pangkal patch (D) 6 mm
Panjang L – strip ( A1 x A2 x A3) 46 x 9 x 11 mm Minimum Dimensi Groundplane Antena 67,5 mm ≈ 70 mm
3.4Simulasi
Gambar 3.4 Hasil pemodel antena mikrostrip patch rectangular
Setelah model antena mikrostrip patch segi empat elemen tunggal ini disimulasikan, maka diperoleh parameter yang diinginkan pada Tugas Akhir ini antara lain besar nilai VSWR dan gain.
3.4.1 Parameter Antena
Setelah model antena mikrostrip patch rectangular didapat, maka parameter hasil simulasi adalah sebagai berikut:
1. VSWR ( Voltage Standing Wave Rasio)
Pada Gambar 3.5 memperlihatkan hasil simulasi VSWR pada frekuensi 2,45 GHz sama dengan 2,07.
Gambar 3.5 Hasil Simulasi VSWR dari Nilai Perhitungan Tiap Elemen Antena VSWR =
Dari hasil simulasi antena patch rectangular, dapat diperoleh nilai VSWR yang ditunjukkan pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Hasil Simulasi Untuk Nilai VSWR Frekuensi (GHz) Nilai VSWR
2,4 2,00
2,45 2,07
2,5 2,08
Dari hasil simulasi seperti pada Tabel 3.4, frekuensi kerja 2,45 GHz berada pada nilai VSWR = 2,07, hasil VSWR yang didapatkan tidak sesuai dengan yang diinginkan, karena itu diperlukan proses iterasi pada antena mikrostrip ini sehingga hasil VSWR yang inginkan terpenuhi.
Namun secara teori VSWR dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2-19, sebelumnya terlebih dahulu harus diperoleh besar impedansi beban dari antena mikrostrip ini. Untuk mencari impedansi beban dapat dicari menggunakan Persamaan 2-11 sampai 2-16.
Dari nilai diatas diperolehlah besar admintansi lebar patch yaitu
Selanjutnya dengan nilai admintansi lebar patch di atas, maka dapat diperoleh besarnya admintansi beban . Untuk mencari besarnya admintansi beban digunakan Persamaan 2-12. Adapun hasil sebagai berikut:
Dari nilai admintansi beban (Yin) diatas diperolehlah besar impedansi beban ). Untuk mencari besar impedansi beban ) digunakan Persamaan 2-11. Sehingga didapatlah hasil sebagai berikut:
Selanjutnya dari nilai koefisien refleksi diatas maka dicari besar VSWR didapat secara teori. Untuk menghitungan nilai VSWR dapat dicari menggunakan Persamaan 2-19. Dan hasil sebagai berikut:
Dari nilai diatas diketahui nilai VSWR secara teori didapat adalah 3,34.
2. Gain = 7,91 dBi
Pada Gambar 3.6 memperlihatkan gain pada simulasi perancangan antena yang dihasilkan oleh software simulator yaitu 7,91 dBi.
Gambar 3.6 Hasil Simulasi Untuk Parameter Gain.
sebesar itu maka rancangan antena mikrostrip patch rectangular ini dapat dikatakan optimal karena gain yang dihasilkan tersebut telah sesuai dengan yang diharapakan yaitu diatas 6 dBi.
Adapun besar gain yang diperoleh dari antena mikrostrip patch rectangular secara perhitungan dengan menggunakan Persamaan 2-26 namun terlebih dahulu harus dihitung pengarahan (directivity) dari antena ini. Untuk mencari directivity dari antena mikrostrip patch rectangular dapat digunakan Persamaan 2-26 dan 2-27.
Dari nilai I maka didapat dihitung besarnya nilai directivity single slot dari antena mikrostrip ini. Adapun besar nilai directivity dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2-26.
Selanjutnya dengan didapatnya nilai directivity didapatlah besar gain secara teori. Untuk mencari besar gain dapat dihitung menggunakan Persamaan 2-33.
3.5Iterasi Ukuran Dimensi Antena
lain tetap. Iterasi - Iterasi tersebut diuraikan sebagai berikut: 1. Iterasi Dimensi Groundplane
Pada modifikasi groundplane dicoba untuk mengubah ukuran groundplane dengan ukuran yang berbeda-beda, yaitu 80 x 80 mm, 90 x 90 mm, 100 x 100 mm, 110 x 110 mm, 120 x 120 mm, dengan variabel tetapnya adalah patch rectangular (Wx L), panjang L – strip, Tinggi air gap (H). Hasil iterasi dimensi Groundplane dapat ditunjukkan pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5 Hasil Simulasi perbandingan dimensi Groundplane terhadap VSWR Groundplane
(mm)
Nilai VSWR pada Frekuensi Gain (dB) 2,4 GHz 2,45 GHz 2,5 GHz
70 x 70mm 2,00 2,07 2,08 7,91
80 x 80mm 2,18 2,20 2,15 8,33
90 x 90mm 1,65 1,69 1,68 8,06
100 x 100mm 1,61 1,58 1,52 8,76
110 x 110mm 1,50 1,51 1,49 8,93
120 x 120mm 1,36 1,37 1,31 9,06
2. Iterasi Dimensi Patch Rectangular
Pada modifikasi patch rectangular dicoba untuk mengubah ukuran patch rctangular yaitu ukuran lebar patch ( W ) dan panjang patch ( L ) dengan ukuran yang berbeda –beda, dengan variabel tetapnya adalah Groundplane ( Px L ), panjang L – strip ( A1 x A2 x A3 ), Tinggi air gap ( H ). Hasil iterasi dimensi patch rectangular dapat ditunjukkan pada Tabel 3.6 dan Tabel 3.7.
Tabel 3.6 Hasil simulasi dimensi lebar patch diubah dengan radius 10 mm dan panjang patch tetap dan groundplane 120 x 120 mm
Panjang Patch (L)
Lebar patch (W)
Nilai VSWR pada Frekuensi Gain (dB) 2,4 GHz 2,45 GHz 2,5 GHz
43,5 mm 51,5 mm 1,47 1,53 1,54 8,87
43,5 mm 61,5 mm 1,36 1,37 1,31 9,06
43,5 mm 71,5 mm 1,21 1,20 1,18 9,05
43,5 mm 81,5 mm 1,36 1,43 1,51 8,66
Tabel 3.7 Hasil simulasi dimensi panjang patch diubah dengan radius 10 mm
Nilai VSWR pada Frekuensi Gain (dB)
Pada Tabel 3.7 menunjukan perubahan ukuran panjang patch (W) dengan radius 10 mm yaitu 33,5 mm, 43,5 mm, 53,5 mm, 63,5 mm, lebar patch (L) tetap yaitu 61,5 mm menghasilkan VSWR yang paling baik pada ukuran panjang patch 43,5 mm.
Dari hasil iterasi dimensi antena patch rectangular pada simulasi Ansoft HFSS v.9 maka dapat diperoleh ukuran – ukuran pada tiap dimensi antena yang ditunjukkan pada Tabel 3.8.
Tabel 3.8 Ukuran Dimensi Tiap Elemen Antena Setelah Iterasi
Dimensi Antena Hasil yang diperoleh
Ukuran patch antena (W x L) (61,5 x 43,5) mm Permitivitas relatif bahan udara (εr) 1
Ketebalan substrat (h) 14 mm
Tinggi antara L- strip ke Groundplane (h2) 1 mm Tinggi antara L- strip ke Patch (h3) 2 mm Jarak Pangkal L-strip ke pangkal patch (D) 6 mm
BAB IV
REALISASI DAN PENGUJIAN
4.1 Umum
Sistem telekomunikasi di tiap negara maju terus mengalami perkembangan. Salah satu bagian yang mendukung perkembangan sistem telekomunikasi radio adalah antena.Peran antenasangatlah penting,yaitu untuk meradiasikan gelombang elektomagnetik dalam komunikasi radio.Untuk mendukung telekomunikasi radio yang semakin berkembang, berbagai antena telah banyak dikembangkan untuk berbagai aplikasi, dan salah satunya adalah antena mikrostip.
Kinerja suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter- parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter antena tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter yang akan diujikan pada dasarnya cukup banyak namun dalam Tugas Akhir ini parameter yang akan diuji hanya gain yang dihasilkan dari hasil fabrikasi antena mikrostrip patch rectangular, hal ini juga disebabkan keterbatasan peralatan dalam pengujian antena.
4.2 Pembuatan Prototipe Antena
4.2.1 Alat dan bahan dalam proses pembuatan prototipe antena
Alat dan bahan untuk proses pembuatan prototipe antena ini adalah :
1. Tembaga dengan ketebalan 1 mm yang digunakan sebagai bahan pembuatan patch, L-strip, dan groundplane.
2. Bahan Teflon yang digunakan sebagai penyangga (supporting post) antara patch dan groundplane.
3. Konektor SMA jenisfemale.
4. Alat pemotong yang digunakan untuk memotong tembaga.
5. Mesin bor digunakan untuk membuat lubang baut pada patch ataupun groundplane dalam pembuatan tuning pada pencatuan.
6. Mesin Tekuk digunakan untuk membuat L-strip.
7. Mesin bubut digunakan untuk membubut penyangga yang terbuat dari Teflonagar sesuai dengan ukuran yang diinginkan.
8. Jangka sorong digunakan untuk mengukur tembaga setelah dilakukan pemotongan.
9. Solder digunakan untuk perekat antara feedline dan konektor. 10.Baut ukuran 3 x 5 mm.
11.Kabel RG-58 digunakan sebagai kabel penghubung antara antenna dengan wifi card.
12.Obeng digunakan untuk mengencangkan baut.
13.Alat kikir digunakan untuk mengikir tembaga yang terpotong kurang sesuai dengan yang diinginkan.
16.Lem Instant Glue, sebagai perekat antara penyangga dengan patch dan penyangga dengan groundplane.
4.2.2 Proses pembuatan prototipe antena
Proses pembuatan prototipe antena dilakukan sesuai dengan hasil simulasi. Tahap – tahap yang dilakukan dalam prosespembuatan prototipe antena adalah sebagai berikut :
1. Tembaga berukuran 1 mm diukur dengan menggunakan penggaris, dan jangka sorong sebelum melakukan pemotongan.
2. Dilakukan pemotongan tembaga untuk patch rectangular, groundplane, dan L-strip sesuai dengan ukuran yang diinginkan.
3. Setelah itu patch dan groundplane dibor dengan menggunakan mesin bor yang digunakan untuk tempat baut dan penyangga pada patch.
4. Menyiapkanbahan isolator yang terbuat dari Teflon, lalu Teflon dibubut dengan menggunakan mesin bubut sesuai dengan ukuran yang diinginkan. 5. Menempelkan penyangga pada patch dan groundplane sesuai tanda yang
sudah ditandai lalu dilem.
6. Menyolder antara feedline dengan konektor.
7. Menggunakan baut untuk meletakan konektor pada sisi ujung groundplane.
4.2.3 Hasil pembuatan prototipe antena
Hasil prototipeyang diperoleh seperti pada Gambar 4.1, terdapat beberapa kendala dalam proses pembuatan prototipe antena:
1. Proses pembubutan penyangga yang kurang tepat dengan lubang hasil pengeboran
sehingga diperlukan pembesaran lubang supaya penyangga dan patch bisa menyatu.
2. Mengukur gap udara dari groundplane ke patch, keempat sisi patch harus mempunyai tinggi yang sama.
3. Menentukan jarak feedline dengan groundplane harus 1 mm.
(a) Prototipe konektor antena Patch Rectangular.
4.3 Perlengkapan Yang Digunakan
Dalam pengujian antenna ini ada beberapa peralatanyangdigunakan, terdiri dari software dan hardware. Serta perangkat utama yang dibutuhkan dalam pengujian ini adalah access point sebagai pemancar WiFi. Berikut ini adalah beberapa peralatan yang akan digunakan dalam perancangan antena mikrostrip patch rectangular:
1. USB Adapter TP-LINK
USB adapter wifi merupakan sebuah perangkat yang memiliki fungsi untuk
menangkap sinyal wifi. Perangkat ini memiliki antena slot external yang nantinya
akan diganti menggunakan antena mikrostrip.
2. Network Stumbler
Network stumbler adalah perangkat lunak yang digunakan untuk pengujian gain
antena. Perangkat ini berfungsi sebagai pembaca level sinyal yang diterima USB
adapter wifi, penggunaannya sangatlah mudah. Network stumbler merupakan sebuah
tools gratis yang dapat didownload melalui situ
3. Kabel konektor RG 58
Kabel ini yang menghubungkan antara USB wireless adapter dengan antena
mikrostrip yang telah dibuat. Penggunaan kabel konektor ini disebabkan konektor
yang berada pada antena mikrostrip patch rectangular tidak cocok dengan konektor
eksternal yang berada pada USB WiFi, hal ini yang mendasari kenapa digunakan
kabel konektor sebagai penghubung antena mikrostrip dengan USB wifi. Rangkaian
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian antena mikrostrip patchrectangular
4.4 Pengujian Parameter Antena
Proses pengujian antena mikrostrip bertujuan untuk membandingkan parameter
yang didapat pada proses simulasi dengan pengujian di lapangan, telah diketahui
sebelumnya bahwa parameter yang akan diujikan adalah gain yang diterima oleh antena
mikrostrip patch rectangular ini. Sementara itu besar gain yang didapat pada saat proses
simulasi dengan Ansoft HFSS V.9 yaitu sebesar 9,06 dB.
4.4.1 Pengujian Gain Antena Mikrostrip PatchRectangular
4.4.2 Mengamati Pengujian
Adapun beberapa langkah-langkah dalam melakukan pengukuran ini adalah sebagai berikut:
1. Mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan, menyalakan laptop.
2. Menghubungkan USB wireless adapter dengan laptop dan pastikan antena dipole
telah terhubung dengan USB wireless adapter, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole
3. Mengaktifkan Software Network stumbler yang telah di-install di laptop. Kemudian
tunggu hingga USB wireless adapter terbaca oleh laptop.
4. Mengamati tampilan dan pilih access point mana yang akan diakses. Pada pengujian
ini, adapun access point yang dipilih adalah USUNet.
5. Setelah terakses, mengamati pergerakan kuat sinyal yang diterima oleh antena dipole
tersebut dengan menggunakan Network stumbler.Tunggu selama ± 5 menit untuk
memperoleh sinyal yang stabil.
6. Kemudian catat dan printscreen tampilan kuat sinyal yang diterima oleh antena
7. Selanjutnya tanpa mematikan laptop, ganti antena dipole dengan antena mikrostrip
patch rectangular,seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip patch rectangular 8. Ulangi langkah 4 sampai 6, dan selesai.
4.4.3 Hasil pengujian
Gambar 4.5 Access point didapat menggunakan antena dipole
Berikut ini access point yang didapat menggunakan antena mikrostrip patchrectangular sebagai penguat sinyal wi-fi dapat dilihat seperti Gambar 4.6.
Dari Gambar 4.5 dan 4.6 diatas, didapatkan bahwa ketika USB wireless adapter dihubungkan dengan antena mikrostrip patch rectangular, access point yang didapat lebih banyak dibandingkan dengan antena dipole, ini menandakan bahwa rancangan antena mikrostrip patchrectangular telah bekerja sesuai dengan diinginkan. Selanjutnya akan dijelaskan pergerakan sinyal yang diterima menggunakan kedua antena yaitu antena dipole dan antena mikrostrip patchrectangular. Adapun access point yang akan diambil datanya ialah access point yang berasal dari USUNet. Dengan network stumbler dapat dilihat level sinyal yang diterima baik menggunakan antena dipole maupun antena mikrostrip patchrectangular elemen.
Adapun level sinyal yang diterima ketika menggunakan antena dipole ditunjukan oleh Gambar 4.7.
(b) Data-data access point yang diterima
Gambar 4.7 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena dipole
Dari gambar 4.7 dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal untuk access point
yang berasal dari USUNet adalah -37 dBm. Level ini menunjukan bahwa penerimaan
sinyal dengan menggunakan antena dipole sudah cukup baik. Selanjutnya level
penerimaan kuat sinyal dengan menggunakan antena mikrostrip patch rectangular dapat
(a) Pergerakan kuat sinyal yang diterima
(b) Data-data access point yang diterima
Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena mikrostrip patch
rectangular
antena diatas maka gain antena dapat dihitung menggunakan Persamaan 2-35. Gt(dB) = Pt(dB)
-
Ps (dB)+
Gs (dB)Gt(dB) = - 32 (dBm)
–
(-37)(dBm)+
4 (dBi) Gt(dB) = 9 dBiDari persamaan diatas diperoleh besar gain dari antena mikrostrip patchrectangular yaitu sebesar 9 dBi. Nilai ini tidak memiliki perbedaan yang jauh dibandingkan dengan nilai hasil simulasi yaitu sebesar 9,06 dBi, hal ini dapat saja disebabkan faktor lingkungan, proses pembuatan atau fabrikasi antena mikrostrip ini. Namun dari nilai ini menunjukan bahwa antena yang dibuat ini telah sesuai dengan yang diinginkan.
4.5 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena
Tabel 4.1 menunjukan hasil pencapaian dari antena mikrostrip patchrectangular.
Tabel 4.1 Pencapaian spesifikasi antena
Parameter pada Antena Nilai
Teori Simulasi Pengujian
Panjang patch
61.5 mm 61.5 mm 61.5 mm Lebar patch
43,5 mm 43,5 mm 43,5 mm DimensiGroundplane 70 x 70 mm 120 x 120 mm 120 x 120 mm
VSWR ≤ 3,34 ≤ 1,37 -
Gain
5,2 dBi 9,06 dBi 9 dBi Dari Tabel 4.1, dapat diketahui bahwa antena mikrostrip patchrectangular dibuat
pada Tugas Akhir initelah mampu memenuhi pencapaian parameter yang diinginkan.
1,37. Gain pada saat pengujian didapat 9 dBi, perbedaan ini dapat saja terjadi disebabkan
faktor lingkungan, proses pembuatan atau fabrikasi antena mikrostrip ini. Pada saat
simulasi nilai VSWR yang didapatkan sebesar 1,37, namun pada awal sebelum dilakukan
proses iterasi nilai VSWR yang didapat secara simulasi sebesar 2,20 dan nilai VSWR
didapat secara teori sebesar 3,34 pada dasar perbedaan nilai tersebut masih dibatas
toleransi, Diketahui sebelumnya bahwa nilai VSWR paling baik adalah ketika VSWR
bernilai 1(VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan
matching sempurna, namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada
umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah saat nilai VSWR ≤ 2. Dilatarbelakangi hal inilah saat simulasi dilakukan proses iterasi sehingga didapatlah nilai
VSWR ≤ 2 seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 diatas. Nilai VSWR yang didapatkan dari simulasi disebabkan perubahan yang terjadi pada besar dimensi patch, besar saluran
pencatu dan jarak antar elemen. Karena keterbatas peralatan maka tidak lakukan
![Gambar 2.6 Metode pencatuan EMC [5]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/356132.33105/30.595.189.430.79.231/gambar-metode-pencatuan-emc.webp)
