Analisis Pengaruh Ukuran Ground Plane Terhadap Kinerja Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pada Frekuensi 2.45 Ghz

ANALISIS

TERHAD

PATCH SEGI

Diajukan pendidikan

DEP

UNI

TUGAS AKHIR

SIS PENGARUH UKURAN GROUND P

HADAP KINERJA ANTENA MIKROSTR

SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.4

an untuk memenuhi persyaratanmenyelesaik

an sarjana(S-1) padaDepartemen Teknik El

Oleh

HADITIA PRAMUDA HRP

090402014

EPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

ANALISIS PENGARUH UKURAN GROUND PLANE

TERHADAP KINERJA ANTENA MIKROSTRIP

PATCH SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.45 GHz

Oleh :

HADITIA PRAMUDA HRP

090402014

Disetujui oleh:

Pembimbing,

Ali Hanafiah Rambe, ST.MT

NIP : 19780826 200312 121 001

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si

NIP. 19540531 198601 1002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

ANALISIS PENGARUH UKURAN GROUND PLANE

TERHADAP KINERJA ANTENA MIKROSTRIP

PATCH SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.45 GHz

OLEH :

NAMA :HADITIA PRAMUDA HRP

NIM : 090402014

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 02 bulan April tahun 2014 di depan Penguji :

1. Rahmad Fauzi, ST. MT. : Ketua Penguji : ……….

2. Maksum Pinem, ST. MT. : Anggota Penguji : ……….

Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,

(Ali Hanafiah Rambe, ST.MT)

NIP : 19780826 200312 121 001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro,

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si)

ANALISIS PENGARUH UKURAN GROUND PLANE

TERHADAP KINERJA ANTENA MIKROSTRIP

PATCH SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.45 GHz

OLEH :

NAMA :HADITIA PRAMUDA HRP

NIM : 090402014

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Sidang pada tanggal 02 bulan April tahun 2014 di depan Penguji :

1. Rahmad Fauzi, ST. MT. : Ketua Penguji

2. Maksum Pinem, ST. MT. : Anggota Penguji

Diketahui oleh : Disetujui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro, Pembimbing Tugas Akhir,

ABSTRAK

Semakin populernya komunikasi nirkabel membuat kebutuhan akan antena meningkat. Seiring dengan semakin majunya teknologi semikonduktor, menyebabkan ukuran dari perangkat komunikasi yang digunakan semakin mengecil. Oleh karena itu dibutuhkan suatu antena dengan bentuk fisik yang kompak, mudah dipabrikasi serta memiliki performa tinggi untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada. Antena mikrostrip adalah jawaban dari permasalahan diatas.

Dalam Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2.45 GHz. Selanjutnya dilakukan analisis untuk mengetahui pengaruh ukuran ground planeyang bervariasi terhadap kinerja antena mikrostrip patch segiempat. Variasi ukuran yang digunakan adalah dari 0 mm sampai 20 mm.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas Berkah dan Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

“ANALISIS PENGARUH UKURAN GROUND PLANE TERHADAP KINERJA ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT

PADA FREKUENSI 2.45 GHz”

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Hairuman Harahap, S.Pd dan Ibunda Duma Sari Pasaribu, S.Pd, yang telah membesarkan, mendidik, dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya rasa sayang kepada saudara-saudaripenulis,Hilda Pradiba Hrp, Haris Ilham Azis Hrp, Handanar Fattah Hrp, dan Habib Fahmi Hrp yang selalu memberi dukungan dan selalu bersama penulis dalam menjalani lika-liku kehidupan.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:

2. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, MT, selaku Dosen Wali penulis yang membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

3. Bapak Maksum Pinem, ST, MT, selaku kepala Laboratorium Dasar Telekomuniasi, Departemen Teknik Elektro FT-USU, yang telah banyak membimbing penulis selama menjalani masa perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7. Seluruh sahabat penulis,Afit Darwanda, Chairunnisa, Arfan Saputra, Rizky Hardiansyah, Yuliana, Agung Khairi, Syahrizal Lubis, Tondy Zulfadly, Dimas Harind, Faya Efdika, Mahdi Masykur, Adly Lidya, Al Magrizi Fahni, Leo Syahputra, Candra Tagor, Iswandi, Hawira Anwar, Riki Ardoni, Teguh, Budi, Arif, Reza, Denny Pasaribudan teman-teman stambuk 2009 lainnya, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan selama penulis bergelut di kampus.

8. Bg Divo, Bg Ridho, Bg, Fajar, Bg Rasyid, M. Fahri, Royansyah Ginting, dan Keluarga Besar Laboratorium Dasar Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro FT-USU.

10. Sahabat-Sahabat Aliansi ’09, teman seperjuangan yang mengajarkan penulis arti hidup dan arti sebuah persahabatan. Semoga kita bertemu di satu nama, yaitu Kesuksesan.

11. Keluarga Besar MME-GS FT USU, Keluarga Besar Imakopasid Usu-Polmed, Keluarga Besar Kost 2Ag dan Kawan-kawan Dubidu, Teruslah berkarya.

12. Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Tanpa mereka, pengalaman penulis tidaklah lengkap.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.Terimakasih.

Medan, 02 April 2014 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

I. PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang Masalah... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan... 3

1.4 Batasan Masalah... 3

1.5 Metode Penulisan ... 4

1.6 Sistematika Penulisan... 4

II. ANTENA MIKROSTRIP ... 6

2.1 Umum... 6

2.2 Pengertian Antena ... 6

2.3 Antena Mikrostrip ... 8

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 9

2.5 Parameter Antena Mikrostrip ... 10

2.5.1 Bandwidth ... 11

2.5.3 VSWR ... 13

2.5.4 Return Loss ... 14

2.5.5 Pola Radiasi ... 15

2.5.6 Impedansi Masukan ... 15

2.5.7 Keterarahan (Directivity) ... 16

2.6 Dimensi Antena... 17

2.7 Rugi-Rugi Saluran Mikrostrip ... 20

2.7.1 Rugi-Rugi Dielektrik ... 20

2.7.2 Rugi-Rugi Konduktor ... 21

2.7.3 Rugi-Rugi Radiasi ... 22

2.8 AWR Microwave Office 2004... 22

III. PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCHSEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.45 GHz ... 24

3.1 Umum... 24

3.2 Peralatan yang Digunakan ... 24

3.3 Flowchart Perancangan Antena ... 25

3.4 Asumsi Parameter yang Digunakan ... 26

3.5 Perhitungan Dimensi Patch Antena ... 27

3.6 Menentukan Lebar Saluran Pencatu ... 29

3.7 Menentukan Panjang Saluran Pencatu ... 29

3.8 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat... 29

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 38

5.1 Kesimpulan ... 38

5.2 Saran... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 40

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Macam-Macam Antena ... 7

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ... 9

Gambar 2.3 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena ... 15

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena... 25

Gambar 3.2 Hasil Rancangan Antena Mikrostrip ... 31

Gambar 4.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 32

Gambar 4.2 Grafik Nilai Return Loss Hasil Simulasi... 34

Gambar 4.3 Grafik Nilai VSWR Hasil Simulasi... 35

Gambar 4.4 Grafik Nilai Gain Hasil Simulasi ... 36

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Parameter Yang Digunakan ... 26

Tabel 3.2 Pengaturan Software untuk Simulasi AWR.... ... 30

Tabel 4.1 Nilai Parameter Antena Hasil Simulasi... 33

Tabel 4.2 Perbandingan Rancangan Antena Mikrostrip dengan

ABSTRAK

Semakin populernya komunikasi nirkabel membuat kebutuhan akan antena meningkat. Seiring dengan semakin majunya teknologi semikonduktor, menyebabkan ukuran dari perangkat komunikasi yang digunakan semakin mengecil. Oleh karena itu dibutuhkan suatu antena dengan bentuk fisik yang kompak, mudah dipabrikasi serta memiliki performa tinggi untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada. Antena mikrostrip adalah jawaban dari permasalahan diatas.

Dalam Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2.45 GHz. Selanjutnya dilakukan analisis untuk mengetahui pengaruh ukuran ground planeyang bervariasi terhadap kinerja antena mikrostrip patch segiempat. Variasi ukuran yang digunakan adalah dari 0 mm sampai 20 mm.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel di atas

ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip

tersusun atas 3 komponen yaitu: ground plane, substrate dan patch peradiasi. Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini. Hal ini disebabkan karena ukuran antena mikrostrip yang kecil dan beratnya yang ringan membuat jenis antena ini sederhana untuk dibuat dan mudah untuk diintegrasikan.

Antena adalah suatu bagian yang tidak dapat dipisahkan dari suatu sistem komunikasi wireless / nirkabel (tanpa kabel). Semakin populernya komunikasi

nirkabel membuat kebutuhan akan antena meningkat. Seiring dengan semakin

majunya teknologi semikonduktor, menyebabkan ukuran dari perangkat komunikasi yang digunakan semakin mengecil. Oleh karena itu dibutuhkan suatu antena dengan bentuk fisik yang mudah difabrikasi serta memiliki performa tinggi untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada. Antena mikrostrip adalah jawaban dari permasalahan diatas[1].

(RF), jaringan mentransmisikan dan menerima data melalui udara sehingga meminimalisasi penggunaan koneksi menggunakan kabel. Informasi yang ditransmisikan melalui udara mempunyai fenomena seperti cahaya, artinya bila sinyal tersebut terhalang maka sinyal informasi tidak dapat diterima oleh penerima yang ada di balik penghalang itu, meskipun daya yang ditransmisikan sangat kuat. Oleh karena itu, dibutuhkan kehandalan teknologi yang dipakai untuk menunjang keberhasilan proses transmisi.

Teknologi antena patch (mikrostrip) menjadi salah satu alternatif utama karena sudah terbukti sangat handal dalam penggunaannya pada frekuensi orde gigahertz. Antena mikrostrip adalah antena yang dibentuk dari suatu saluran transmisi, dan mikrostrip-nya mempunyai pengertian suatu lapisan tipis konduktor (strip) yang berfungsi untuk merambatkan gelombang. Lapisan ini terdapat pada salah satu sisi permukaan substrate sedangkan pada permukaan sisi lainnya dilapisi konduktor sebagai bidang pentanahan (ground plane).

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan pada Tugas Akhir ini yaitu:

1. Apa pengaruh ukuran ground plane terhadap kinerja antena mikrostrip? 2. Berapa ukuran ground plane yang optimal untuk antena mikrostrip patch

segiempat pada frekuensi 2.45 GHz.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis pengaruh ukuran ground plane terhadap kinerja antena mikrostrip patch segiempat pada frekuensi 2.45 GHz.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segiempat pada frekuensi 2.45

GHz.

2. Bahan substrate yang digunakan dalam analisis ini adalah Epoxy

Fiberglass-FR 4.

3. Parameter yang dibahas hanya: return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukan.

4. Bentuk patch yang digunakan adalah bentuk segiempat.

5. Analisis digunakan dengan cara simulasi dengan bantuan software

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang dilakukan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah:

a. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

b. Metode Simulasi, yaitu menganalisis kinerja antena yang dirancang dengan menggunakan perangkat lunak komputer.

c. Metode Analisis, yaitu dengan menganalisa perbandingan hasil simulasi, hasil perhitungan dan hasil pengukuran.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II : ANTENA MIKROSTRIP

BAB III : PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT FREKUENSI 2.45 GHz

Bab ini berisi penjelasan tentang perancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan ukuran ground plane yang berbeda.

BAB IV : ANALISIS HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang hasil simulasi secara teori maupun iterasi

dengan menggunakan perangkat lunakAWR Microwave Office 2004.

BAB V : PENUTUP

BAB II

ANTENA MIKROSTRIP

2.1 Umum

Antena adalah komponen pada sistem telekomunikasi nirkabel yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang elektromagnetik. Antena menjadi suatu bagian yang tidak terpisahkan dari sistem telekomunikasi nikabel tersebut, karena antena berperan sebagai alat untuk mengubah energi listrik menjadi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya[1].

2.2 Pengertian Antena

Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara (ruang bebas), atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain.

Dengan defenisi antena di atas, diketahui suatu kepastian bahwa di setiap sistem komunikasi nirkabel terdapat komponen yang bisa mengubah gelombang tertuntun menjadi gelombang ruang bebas dan kebalikannya, komponen ini adalah antena. Pada sistem komunikasi nirkabel yang modern, sebuah antena harus berfungsi sebagai antena yang bisa memancarkan dan menerima gelombang dengan baik untuk suatu arah tertentu[2].

Beberapa antena dikenal luas dengan berbagai bentuk dan kegunaan pada frekuensi kerja yang beragam, diantaranya kawat (wires), loop, aperture,reflektor,

microstrip dan juga bentuk susunan dari antena-antena tersebut seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Macam-Macam Antena (a)Thin dipole (b)loop (c)horn

(d)helix (e)microstrip

2.3 Antena Mikrostrip

Ide atau konsep antena mikrostrip diusulkan pertama kalinya oleh Deschamps pada awal tahun 1950 dan baru dibuat pada sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell, dan merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini seperti : Personal Communication System (PCS), Mobile Satellite Communications, Direct Broadcast Television (DBS), Radio Detection And

Ranging (Ra-dar) dan Global Positioning System (GPS) [2].

Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis yang mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrate yang mempunyai tiga buah lapisan struktur dari substrate tersebut. Struktur tersebut terdiri dari patch antena yang sangat tipis (t<< 0, 0adalah panjang gelombang di ruang hampa) dan bidang

pentanahan atau ground plane yang dapat dicetak pada satu atau lebih dielektrik

substrate (h<< 0 , biasanya 0.0003 0 ≤ h ≤0.05 0 )[2]. Bagian-bagian tersebut

dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan memiliki fungsi seperti dijelaskan sebagai berikut [4] :

1. Pacth, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi sebagai elemen peradiasi gelombang elektromagnetik ke ruang bebas yang terletak dibagian paling atas antena. Bentuk patch antena mikrostrip bermacam-macam, diantaranya segiempat, lingkaran, segitiga, circular ring dan lain sebagainya.

bidang akademis, industri, maupun penelitian. Berikut ini Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip yaitu [6] :

1. Mempunyai bobot yang ringan dan volume yang kecil.

2. Konfigurasi yang low profile sehingga bentuknya dapat disesuaikan dengan perangkat utamanya.

3. Biaya fabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang besar.

4. Mendukung polarisasi linear dan sirkular.

5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs)

6. Kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency. 7. Tidak memerlukan catuan tambahan.

Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu : 1. Bandwidth yang sempit

2. Efisiensi yang rendah 3. Penguatan yang rendah

4. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array 5. Memiliki daya (power) yang rendah

2.5 Parameter Antena Mirostrip

parameter penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh (far field) [2].

2.5.1 Bandwidth

Bandwidth adalah daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana

pada rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan.

Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui[7]. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fc, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada

frekuensi f1(dibawah fc) sampai dengan f2 (diatas fc), maka lebar bandwidth dari

antena tersebut adalah (f1 – f₂). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.1 [8]

=

× 100 %

(2.1)

Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu [7] :

nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.

b. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe,

atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu.

Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai

bandwidth dapat dicari.

c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB.

2.5.2 Gain

Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama dan dinyatakan dengan Persamaan 2.2 [7]

= .

(2.2)

dengan D adalah directivity dan η adalah efisiensi antena. Ketika antena

digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain ( atau gain saja) didefenisikan sebagai

4π kali ratio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena,

dinyatakan dengan persamaan 2.3 [3].

2.5.3 VSWR

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing

wave) maksimum (│ V│ max) dengan minimum (│ V│ min). Pada saluran

transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai

koefisien refleksi tegangan (г) [8].

Persamaan 2.4 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S.

=

│ │

│ │

=

│ г│

│ г│

(2.4)

Koefisien refleksi tegangan (г) memiliki nilai kompleks, yang

merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi. Dimana besar г

ditentukan dengan Persamaan 2.5.

г

=

=

(2.5)

dimana Z0 adalah impedansi saluran lossless dan ZL adalah impedansi beban.

Untuk beberapa kasus sederhana, ketika bagian imaginer dari г sama dengan nol,

maka :

1. Г =-1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijikankan untuk simulasi dan fabrikasi antena mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [7].

2.5.4 Return Loss

Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena), sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss menunjukkan adanya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [7].

Nilai return loss dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan

[Г ] ke dalam Persamaan 2.6:

Daya real (Rin) merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya

daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner Xin(reaktansi

input) mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan di sekitar antena [7].

2.5.7 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya yang

diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π . Dengan demikian, keterarahan dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.8 [3].

=

=

(2.8)

Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.9 [3].

=

=

=

(2.9)

dimana :

D : Keterarahan

D0 : Keterarahan maksimum

U : Intensitas radiasi

Umax : Intensitas radiasi maksimum

U0 : Intensitas radiasi pada sumber isotropik

Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D0dB. Dimana Do

merupakan maximum directivity dari sebuah antena. Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of

merit relatif yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena

dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis [3].

2.6 Dimensi Antena

Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik (h), konstanta dielektrik (ε _r), frekuensi kerja yang diharapkan (f _Hz).

Pengaturan panjang dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil.

Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.10 [4].

=

_{( )} (2.10)

dimana :

W : lebar patch (m)

ε r : konstanta dielektrik

c : kecepatan cahaya diruang bebas (3×108m/s2)

Untuk menentukan lebar patch (L) diperlukan parameter Δ L yang

merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek pada elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya.

Pertambahan panjang dari L (Δ L) tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.11 [4].

= 0.412

_.. ( ₍ . _{. )}) (2.11)

dimana h merupakan tebal substrate dan ε r eff merupakan konstanta dielektrik

relatif yang ditentukan dengan Persamaan 2.12 [4].

=

+

[1 + 12 ]

(2.12)

lebar patch (L) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.13 [4].

= 2 (2.13)

dimana Leff merupakan lebar patch efektif yang dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.14 [4].

= (2.14)

Untuk perhitungan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset (W0) dihitung

dengan Persamaan (2.15) [3].

Persamaan (2.15) berlaku untuk nilai < 2, sedangkan untuk > 2 nilai W0ditunjukkan oleh Persamaan (2.16) [6].

= 1 ln(2 1) + ( 1) + 0.39 . (2.16)

dengan A dan B bernilai seperti Persamaan (2.17) dan (2.18).

= + 0.23 + . (2.17)

= (2.18)

Untuk menghitung panjang saluran pencatu (y0) digunakan Persamaan

(2.19), dimana persamaan ini valid untuk nilai 2≤ε _r≤ 10 [9].

= 10 (0.001699 + 0.13761 6.1783 + 93.187 682.69 +

2561.9 4043 + 6697) (2.19)

Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch segiempat perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal dengan istilah infinite ground plane, namun dalam prakteknya tidak mungkin terealisasi sehingga hanya bisa disiasati sesuai kebutuhan.

Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi

feeder sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor

SMA 50 Ω dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh

2.7 Rugi-Rugi Saluran Mikrostrip

Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrate dan elemen

peradiasi antena yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α ). Faktor pelemahan yang paling domian pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari substrate dan konduktor, serta frekuensi yang digunakan . Ada 3 jenis rugi-rugi yang utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi [10].

2.7.1 Rugi-Rugi Dielektrik

Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan

dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (α d). Besarnya rugi-rugi

dielektrik pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.20 [3].

= 4.34 (2.20)

dimana:

α d : rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

σ d : konduktivitas dielektrik (mho/m)

ε eff : permitivitas dilektrik relatif efektif (F/m)

ε r : permitivitas dielektrik relatif substrat (F/m)

ε o : permitivitas ruang hampa (8.854×10-12F/m)

2.7.2 Rugi-Rugi Konduktor

Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.21 dan 2.22 [3].

=

._. (2.21)

=

. .

(

Ω

)

(2.22)

dimana:

α c : rugi-rugi konduktor (dB/cm)

Rs : resistansi permukaan (Ω )

Zo : impedansi karakteristik saluran (Ω )

w : lebar saluran mikrostrip (mm) µ : permeabilitas bahan

σ c : konduktivitas konduktor (mho/cm)

Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan (α )

merupakan penjumlahan antara rugi-rugi dielektrik (α d) dan rugi-rugi konduktor

(α c) yang dinyatakan dengan Persamaan 2.23 [3].

= + (2.23)

dengan:

α : koefisien pelemahan (dB/cm)

α d : rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

2.7.3 Rugi-Rugi Radiasi

Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik

substrate. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan

terhadap daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.24 dan 2.25 [3].

=

. (2.24)

=

(2.25)

dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.26.

= 240.

(2.26)

dimana :

Rr : rugi-rugi radiasi (dB/cm)

Pt : daya total yang diberikan saluran (dB)

Prad : daya yang diradiasikan (dB) o : panjang gelombang di udara (m)

h : tebal substrat (mm)

ε _eff : permitivitas dielektrik relatif efektif (F/m)

2.8 AWR Microwave Office 2004

Awr Microwave Office 2004 merupakan software yang digunakan untuk

menggambar langsung kedalam sistem AWR. Microwave Office (MWO) dan

Analog Office (AO) memungkinkan untuk merancang desain sirkuit yang rumit

secara linear, non-linear, serta struktur elektromagnet, dan menampilkan layout dari desain tersebut. Software ini juga bekerja dengan cepat dan menganalisis secara akurat.

Microwave Office merupakan solusi perangkat lunak yang paling komprehensif dalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan RF.

Microwave office terkenal karena memiliki user interface yang intuitif. Keunikan

dari arsitekturnya membuat perangkat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yang lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwave Office adalah sebagai berikut :

Kemampuan :

a. Perancangan schematic/layout.

b. Simulasi rangkaian linier dan non linier. c. Analisa EM

d. Sintesis, optimasi, dan analisis hasil e. DRC/L vs skematik

f. Process designs kits (PDKs) dari berbagai perancangan

Aplikasi :

BAB III

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT

FREKUENSI 2,45 GHz

3.1 Umum

Pada bab ini akan disimulasikan antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2.45 GHz dengan menggunakan bantuan software simulator AWR Microwave Office 2004. Sebelum melakukan perancangan antena mikrostrip dengan ukuran ground plane yang berbeda, dilakukan studi literatur mengenai antena itu sendiri termasuk parameter antena seperti return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukanya. Ada beberapa tahap dalam perancangan antena ini, diantaranya adalah penentuan spesifikasi substrate yang akan digunakan dan penentuan dimensi antena. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator AWR Microwave Office 2004 untuk memperoleh parameter-paremeter antena yang dihasilkan seperti nilai return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukan.

3.2 Peralatan yang Digunakan

Untuk melakukan perancangan antena pada Tugas Akhir ini digunakan bantuan perangkat lunak (software).

Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan antena antara lain: 1. AWR Microwave Office 2004

3.3 Flowchart Perancangan Antena

Gambar 3.1 menggambarkan diagram alir dalam perancangan antena hingga pengukuran parameter antena. Perancangan dimulai dengan menentukan jenis

substrate yang digunakan serta frekuensi kerja yang ingin dicapai. Kemudian

[image:39.595.140.488.223.666.2]

melakukan simulasi hingga memperoleh hasil parameter yang baik sesuai standar.

3.4 Asumsi Parameter yang Digunakan

Setiap substrate memiliki parameter yang berbeda-beda. Oleh karena itu perlu ditentukan terlebih dahulu jenis substrate yang digunakan sebagai antena mikrostrip. Jenis substrate yang digunakan dalam perancangan ini adalah FR-4

(epoxy). Jenis substrate ini dipilih selain harganya yang terjangkau, substrate

[image:40.595.115.517.325.503.2]

jenis ini juga banyak diproduksi dan memiliki kualitas yang cukup baik. Adapun parameter substrate ini dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Parameter yang Digunakan

Frekuensi Kerja 2,45 GHz

Jenis Substrate FR4 (epoxy)

Konstanta Dielektrik Relatif (ε r) 4,4

Dielektrik LossTangen (tan δ ) 0,02 Ketebalan Substrate (h) 1,6 mm

Dari parameter yang terdapat pada Tabel 3.1 dapat ditentukan dimensi

3.5 Perhitungan Dimensi Patch Antena

Dalam merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat, ada beberapa parameter yang harus dihitung terlebih dahulu, yaitu :

1. Menentukan panjang gelombang dari antena yang dapat dibuat dengan menggunakan Persamaan berikut:

3 10 /

2,45 10

= 122 mm

2. Menentukan lebar patch dengan menggunakan Persamaan 2.10 berikut:

=

=

/

, . ,

= 37 mm

3. Menentukan panjang patch dengan menggunakan Persamaan 2.11 sampai 2.14 berikut:

L = Leff– 2 Δ L

dimana:

= 2

= 4,4 + 1₂ +4,4 1₂ 1

1 + 12(1,6)/37

/

= 4,0794

= 2

= 3 10

2 2,45. 10 4,0794

= 30,4 mm

= 0,412 + 0,3 ( + 0,264)

0,258 ( + 0,8)

= 0,412 1,6(4,0794 + 0,3)(371,6 + 0,264) (4,0794 0,258)(37_{1,6 + 0,8)}

= 0,6921 mm

L = Leff– 2Δ L

= 30,4 –(2 x 0,6921) = 30,4–1,3842

3.6 Menentukan Lebar Saluran Pencatu

Antena mikrostrip ini menggunakan saluran pencatu secara langsung sehingga perhitungan lebar saluran pencatunya dapat ditentukan dengan Persamaan (2.16).

= 1 ln(2 1) + ( 1) + 0.39 .

dimana nilai B ditentukan dengan Persamaan (2.18) = ₂377

= 377 × 3.14

2 × 50 4.4 = 5.6434

sehingga,

1.6 = 2 5.6435 1 ln(2 × 5.6435 1)

+4.4 1_{2 × 4.4} (5.6435 1) + 0.39 0.61_4.4

= 3.0603 = 3

3.7 Menentukan Panjang Saluran Pencatu

Perhitungan panjang inset dilakukan dengan menggunakan Persamaan(2.19), dimana persamaan ini valid untuk nilai 2≤ε _r≤10,

= 10 (0.001699 + 0.13761 6.1783 + 93.187 682.69

+ 2561.9 4043 + 6697)

= 10.87

3.8 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat

[image:44.595.108.530.253.516.2]

Pada simulator AWR 2004 perlu juga dilakukan pengaturan awal software sebelum dijalankan untuk memperoleh hasil yang sesuai dengan spesifikasi bahan yang ada. Tabel 3.2 menunjukkan pengaturan awal software simulator.

Tabel 3.2 Pengaturan Software untuk Simulasi AWR

No Design list Type Description

1 Enclosure Cell size X=1mm, Y=1mm

2 Dielectric layer parameter

Thickness ε r Loss Tangent View Scale 1.6mm 4.4 0.02 1 3 Boundaries Enclosure Top Aproximate open (377Ohm)

Enclosure Bottom Perfect Conductor

[image:45.595.178.426.157.429.2]

Gambar 3.2 merupakan rancangan antena mikrostrip patch segiempat berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan.

Gambar 3.2 Hasil Rancangan Antena Mikrostrip

29 mm

33 mm

11 mm

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Kinerja suatu antena dapat dilihat berdasarkan spesifikasi atau nilai-nilai dari parameter antena tersebut. Pada Tugas Akhir ini, dilakukan pengujian secara simulasi untuk memperoleh nilai return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukan. Hasil rancangan akan disimulasikan dengan perangkat lunak AWR

Microwave Office 2004. Antena yang dianalisis adalah antena yang telah

[image:46.595.211.413.447.671.2]

dirancang pada Bab sebelumnya dengan ukuran ground plane yang bervariasi. Adapun variasi ukuran ground plane yang digunakan sebagai parameter analisis ini adalah dari 0 mm sampai dengan 20 mm yang dimulai dari tepi patch seperti diperlihatkan dengan notasi x pada Gambar 4.1.

4.2 Analisis Capaian Antena

[image:47.595.110.524.221.756.2]

Berdasarkan hasil simulasi, maka diperoleh nilai dari parameter antena seperti pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Nilai Parameter Antena Hasil Simulasi Nilai x (mm) Return Loss (dB) VSWR Gain (dB)

Impedansi Masukan (Zin) (Ohm)

-12,000 -10,000 -8,000 -6,000 -4,000 -2,000 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

R et u rn L os s ( d B )

6,000 7,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

V

S

WR

4,600 4,800 5,000 5,200 5,400 5,600 5,800 6,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

G ai n ( d B )

[image:51.595.206.420.83.314.2]

Gambar 4.5 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Metode Feed Line Dari hasil simulasi rancangan antena yang optimal, diperoleh nilai VSWR sebesar 1.7187, pola radiasi unidirectional dengan besar gain 6.041 dB. Jarak x pada antena tersebut adalah 5 mm = . Untuk melihat perbedaan antara antena rancangan penulis dengan antena yang telah ada dibuat terlebih dahulu, dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Perbandingan Rancangan Antena Mikrostrip dengan yang Ada Sebelumnya

Parameter Rancangan Antena Antena Fabrikasi

Ukuran x (mm) 5 = 5 =

Frekuensi (GHz) 2.45 2.4

VSWR 2.066 1.7187

Poa Radiasi Unidirectional Unidirectional

Gain (dB) 5.416 6.041

[image:51.595.107.519.567.699.2]

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari analisis yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Antena mikrostrip yang sesuai dengan standar parameter antena adalah antena mikrostrip patch segiempat dengan nilai x = 8 mm ( ) , x = 9 mm

, x = 10 mm , x = 11 mm = , dan x = 12 mm .

2. Antena yang paling optimal untuk digunakan adalah antena dengan nilai x = 12 mm karena memiliki nilai gain yang lebih besar.

3. Semakin besar ukuran ground plane antena mikrostrip, semakin besar pula nilai gain yang dihasilkan.

4. Bentuk pola radiasi yang dihasilkan pada simulasi antena mikrostrip pacth segiempat pada frekuensi 2.45 Ghz adalah unidirectional.

5. Semakin besar ukuran ground plane antena mikrostrip, maka semakin kecil impedansi masukannya.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan :

2. Simulasi dapat dicoba dengan mengganti patch menjadi segitiga ataupun lingkaran.

3. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dapat dicoba melakukan analisis dengan menggunakan perangkat lunak yang lain seperti Ansoft maupun

DAFTAR PUSTAKA

[1] Stallings, William.2007 “Komunikasi & Jaringan Nirkabel, Edisi Kedua, Jilid

1, terj. Sasongko”, Arya Dimas. Jakarta : Erlangga.

[2] Alaydrus, Mudrik. 2011. “Antena Prinsip dan Aplikasi”. Jakarta : Graha Ilmu

[3] Pasaribu, Denny. 2013.“Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Pada Frekuensi 2.4 GHz dengan Metode Pencatuan Inset”. Universitas Sumatera Utara. Medan.

[4] Balanis, C.A. 2005. “Antenna Theory Analysis and Design, third edition”.

Wiley inc: New Jersey.

[5] Garg,R,.dkk.2001,”Microstrip Antena Design Handbook”,ISBN:0-89006-513 6, Artech House.Inc:London

[6] James JR dan Hall Ps. 1989. “Handbook of Microstrip Antenna”. First edition,

Peter Peregrius Ltd.

[7] Surjati, I, 2010, Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya, ISBN:978-979 26-8952-0,Universitas Trisakti: Jakarta

[8] Misra,D.K, 2004, Radio Frequency And Microwave Communication Circuit: Analysis and Design,Second edition,Wiley-Interscience:New Jersey

[9] Ramesh, M., YIP KB, “Design Formulafor Inset Fed Microstrip Patch

[10] Liao,Y.S, Microwave Devices and Circuit , Third edition.,Prentice Hall:New Jersey.

[11] Rambe, Ali Hanafiah, 2013, “Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segi

Empat dengan Pencatuan Langsung untuk Frekuensi 2.45 GHz”, STTH