RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH ARRAY SEGIEMPAT TRIPLE-BAND (2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8GHz)
Disusun Oleh :
NIM : 110422007 RAMLI QADAR
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja
secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah
antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan
gangguan network busy. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi
frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan
dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena
frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau.
Tugas Akhir ini merancang antena mikrostrip patch segiempat yang
bekerja pada tiga frekuensi yaitu 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz yang digunakan
untuk aplikasi antena dengan bandwidth yang besar. Antena Mikrostrip ini terdiri
dari tiga buah patch segiempat yang disusun secara array dan dihubungkan oleh
junction pada saluran pencatunya
Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja
pada frekuensi 2,3 GHz – 2,4GHz dengan gain pada simulasi 5,72 dB dan VSWR
minimum 1,21 dan pola radiasi cenderung unidirectional. Frekuensi kedua bekerja
dari 3,3 GHz – 3,4 GHz dengan gain pada simulasi 7,63 dB dan VSWR minimum
1,63 dan pola radiasi cenderung omniderctional. Frekuensi ketiga bekerja dari 5,7
GHz-5,8 GHz dengan gain pada simulasi 5,8 dB dan VSWR minimum pada
simulasi 1,404.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan Kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat, pertolongan dan kasih-Nya penulis diberi pengetahuan, kekuatan dan
kesehatan hingga mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan
tepat pada waktunya.
Tugas Akhir ini berjudul “ RANCANG BANGUN ANTENA
MIKROSTRIP PATCH ARRAY SEGIEMPAT TRIPLE-BAND ( 2,3 GHz, 3,3
GHz dan 5,8 GHz )”. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas teknik
Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak menemukan
berbagai kesulitan dan hambatan. Namun berkat bantuan, bimbingan dan arahan
dari Dosen Pembimbing dan juga teman-teman. Oleh karena itu pada kesempatan
ini dengan penuh rasa hormat dan hati yang tulus, penulis menyampaikan ucapan
terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas
Akhir atas bimbingan, dukungan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Ir.Arman Sani, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik selama
mengikuti perkuliahan, dan Dosen Pembanding yang membantu dalam
penyempurnaan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan sebagai dosen pembanding
untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini
5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah mengajar dan mendidik penulis.
6. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro
Universitas Sumatera Utara.
7. Teman – teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011 Ibrahim
Sinaga, Kak Eva, Ariswoyo, Chandra dan semua teman buat kebersamaan
dalam mengikuti pendidikan. Serta untuk semua senior dan junior Ekstensi
Teknik Telekomunikasi USU.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis, yang
selalu membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Teristimewa penulis ucapkan banyak terima kasih kepada kedua Orangtua
tercinta Mariani Nasution yang telah membesarkan, membimbing dan
memberi dukungan sehingga dapat menyelesaikan gelar kesarjanaan pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara.
10. Terima kasih buat Abang dan Kakak yang selalu memberi Motivasi dalam
pembuatan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam pembuatan
Laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis
menerima kritik dan saran untuk membangun demi kesempurnaan Laporan Tugas
Akhirnya penulis kembali mengucapkan terima kasih kepada semua pihak
yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa saja
yang membacanya.
Medan, Januari 2015
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
ABSTRAK ... ... ii
KATA PENGANTAR ... ... iii
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena Mikrostrip ... 5
2.2 Parameter – Parameter Antena Mikrostrip ... 9
2.2.1 VSWR ………... 9
2.2.2 Frekuensi... 11
2.2.3 Bandwidth………... 12
2.2.4 Gain Antena………... 13
2.2.6 Return Loss ... 17
2.2.7 Impedansi Masukan... 17
2.3 Lokasi Titik Pencatu... 18
2.4 Teknik Array………... 19
2.5 Antena Triple-band……….…... 20
2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat …………..………….. 20
2.5.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat array……… 21
2.6 T-Junction... 22
2.7 Perangkat Lunak AWR Microwave Office 2004 ... 22
BAB III PERANCANGAN ANTENA 3.1 Perancangan Antena... 26
3.2 Perangkat yang Digunakan ... 27
3.3 Diagram Alir Perancangan Antena ... 28
3.4 Perancangan Elemen Antena ... 29
3.5 Jenis Substrat yang Digunakan ... 31
3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu ... 32
3.7 Perancangan T-Junction ... 33
3.8 VNA Master Anritsu MS2034B 9KHz-4GHz……….. 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 35
4.2.1 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk
Frekuensi 2,3 GHz………...………… 35
4.2.2 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 3.3 GHz………...……… 36
4.2.3 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 5.8 GHz………...……… 37
4.3 Hasil Simulasi Triple-band…… ... 38
4.3.1 Analisis Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi…... 44
4.4 Pengukuran antenna ... 45
4.5 Hasil dan Analisa antena setelah Fabrikasi………... 46
4.5.1 Pengukuran VSWR………. 46
4.5.2 Pengukuran Return Loss……….………. 48
4.5.3 PengukuranPola Radiasi……….……… 50
4.6 Analisis Pencpaian antena………....……….... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 55
5.2 Saran ... 56
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima... 5
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ... 8
Gambar 2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 9
Gambar 2.4 Pola radiasi antena mikrostrip ... 16
Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip………... 22
Gambar 2.6 T-junction ... 23
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Triple Band ... 28
Gambar 3.2 Tampilan TXLine 2003 untuk Dimensi Saluran Pencatu ... 32
Gambar 4.1 Nilai VSWR hasil iterasi elemen tunggal frekuensi 2.3 GHz... 35
Gambar 4.2 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 2,3 GHz... 36
Gambar 4.3 Nilai VSWR rancangan awal elemen tunggal frekuensi 3.3 GHz ………... 36
Gambar 4.4 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 3,3 GHz... 37
Gambar 4.5 Nilai VSWR rancangan awal elemen tunggal frekuensi 5,8 GHz………... 37
Gambar 4.7 Model Antena Mikrostrip PatchArray
Segiempat Triple-Band ………... 38
Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Triple - Band Patch Segiempat Array ………... 39
Gambar 4.9 Nilai VSWR yang optimal untuk bandwidth yang diinginkan………... 43
Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 2,3 GHz………... 44
Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 3,3 GHz……….... .. 44
Gambar 4.12 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 5,8 GHz………... 45
Gambar 4.13 Antena yang sudah di fabrikasi…………... 45
Gambar 4.14 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter………... 46
Gambar 4.15 Grafik VSWR…………... 48
Gambar 4.16 Pengukuran Return Loss dengan Menggunakan VNA meter………... 48
Gambar 4.17 Grafik Return Loss………. 50
Gambar 4.18 Pola Radiasi Frekuensi 2,3 GHz……… 51
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Antena... 27
Tabel 3.2 Spesifikasi Substrat... 32
Tabel 4.1 Data Pergeseran patch dengan mengurangi jarak patch…... 40
Tabel 4.2 Data Pergeseran patch dengan Menambahi jarak patch... 40
Tabel 4.3 Data Perubahan ukuran patch………... 41
Tabel 4.4 Data Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Elemen………... 43
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran VSWR………... 46
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Return Loss………... 49
Tabel 4.7 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz……… 52
Tabel 4.8 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz……… 52
Tabel 4.9 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz……… 53
Tabel 4.10 Analisis Capaian Antena untuk Frekuensi 2,3 GHz... 53
ABSTRAK
Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja
secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah
antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan
gangguan network busy. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi
frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan
dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena
frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau.
Tugas Akhir ini merancang antena mikrostrip patch segiempat yang
bekerja pada tiga frekuensi yaitu 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz yang digunakan
untuk aplikasi antena dengan bandwidth yang besar. Antena Mikrostrip ini terdiri
dari tiga buah patch segiempat yang disusun secara array dan dihubungkan oleh
junction pada saluran pencatunya
Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja
pada frekuensi 2,3 GHz – 2,4GHz dengan gain pada simulasi 5,72 dB dan VSWR
minimum 1,21 dan pola radiasi cenderung unidirectional. Frekuensi kedua bekerja
dari 3,3 GHz – 3,4 GHz dengan gain pada simulasi 7,63 dB dan VSWR minimum
1,63 dan pola radiasi cenderung omniderctional. Frekuensi ketiga bekerja dari 5,7
GHz-5,8 GHz dengan gain pada simulasi 5,8 dB dan VSWR minimum pada
simulasi 1,404.
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan aktifitas manusia yang semakin mobile,
maka dituntut pula pola komunikasi yang dapat dilakukan dimana saja, sehingga
muncul sistem teknologi komunikasi wireless, di masa sekarang ini sangat
dibutuhkan. Hal ini dikarenakan manusia ingin berkomunikasi dengan lainnya
tanpa dibatasi oleh jarak dan tempat. Oleh karena itu, banyak muncul standar
teknologi yang baru dan semakin canggih [1].
Kebutuhan manusia untuk dapat melakukan komunikasi dimana saja
menyebabkan teknologi komunikasi wireless berkembang semakin pesat. Untuk
mendukung mobilitas yang tinggi pada suatu perangkat wireless dibutuhkan suatu
antena yang mempunyai ukuran kecil, dan ringan. Dari kebutuhan ini antena
microstrip merupakan salah satu kandidat yang sangat cocok. Ukuran dari antena
microstrip yang ringan dan kecil ini mendukung terjadinya mobilitas yang tinggi.
Kelebihan dari antena ini adalah sederhana sehingga mudah dalam perakitannya
dan proses pembuatannya tidak membutuhkan biaya yang sangat besar.
Sesuai Peraturan Menteri No.2 tahun 2005 tentang Penggunaan Pita
frekuensi. Pita frekuensi 2,3 GHz dengan range frekuensi 2300–2390 MHz
ditetapkan untuk alokasi frekuensi penyelenggaraan layanan BWA. Pita
frekuensi 3,3 GHz sebelumnya telah dialokasikan untuk layanan BWA yaitu
pada range frekuensi 3300 – 3400 MHz (100 MHz) dengan pembagian tiap
pita frekuensi 5,8 GHz dengan range frekuensi 5725–5825 MHz untuk
beberapa penyelenggara di sejumlah kota, dimana penggunaannya adalah
secara bersama (sharing) antar pengguna BWA sesuai yang tertuang dalam
Kepdirjen No. 74A/Dirjen/2000 tentang alokasi pita frekuensi 5725–5825
MHz untuk keperluan Broadband Wireless Access (BWA) [2].
Pada Tugas Akhir ini dirancang antena mikrostrip Triple-band dengan
menggunakan patch segiempat, dimana tiga buah patch segiempat disusun dan
dihubungkan dengan saluran mikrostrip. Software yang digunakan dalam
mendesain antena ini adalah AWR 2004, software ini diperlukan untuk
mengoptimasi antena agar didapatkan nilai VSWR yang diinginkan.
Adapun parameter-parameter yang akan diamati dari studi perancangan
antena ini adalah nilai VSWR ≤ 2, pola radiasi, dan gain antena.
1.2Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip triple-band.
2. Bagaimana merancang antenna susun mikrostrip triple-band dengan patch
segiempat.
3. Bagaimana nilai VSWR, gain, dan bentuk pola radiasi dari antenna susun
mikrostrip triple-band dengan patch segiempat.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk merancang bangun
1.4 Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi oleh sebagai
berikut:
1. Membahas masalah tentang antena mikrostrip arraypatch segiempat
2. Simulator yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip array patch
segiempat Triple-band dengan frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz dan 5,8 GHz.
3. Parameter yang dibahas adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena,
bandwidth, gain antena, dan pola radiasi.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat,
maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang
masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi
penulisan, san sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II TEORI DASAR
Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan penjelasan
mengenai antena Mikrostrip, dan Triple-band, secara khusus.
BABIII Perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segiempat Triple-Band untuk frekuensi (2,3 GHz), (3,3 GHz) dan (5,8 GHz) Bab ini membahas mengenai perhitungan studi perancangan antena
GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz dengan menggunakan software AWR
Microwave Office 2004.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas mengenai pengujian dari perancangan antena
mikrostrip array Patch segiempat Triple-band, dan analisa dari
parameter antena.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas
BAB II
DASAR TEORI
2.1Antena Mikrostrip
Antena merupakan suatu alat yang digunakan untuk melepaskan
gelombang elektromagnetik ke ruang bebas, dan sebaliknya menerima gelombang
elektromagnetik dari ruang bebas[3]. Fungsi antena adalah untuk mengubah sinyal
listrik menjadi sinyal elektromagnetik, lalu meradiasikannya (Pelepasan energi
elektromagnetik ke udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena juga dapat
berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik (Penerima energi
elektromagnetik dari ruang bebas ) dan mengubahnya menjadi sinyal listrik.
Gambar 2.1 memperlihatkan Antena transceiver [4].
Antena Antena
Tx Gelombang elektromagnetik Rx
Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima
Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena yang mempunyai
kelebihan dalam hal bentuk yang sederhana, ringan dan dapat dibuat sesuai
kebutuhan. Konsep antena mikrostrip di usulkan pertama kali oleh Deschamps
Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan
sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern [1].
Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam
antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Untuk
membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap
elemen array berinterferensi secara membangun pada arah yang diinginkan dan
berinterferensi secara merusak pada arah yang lain.
Antena mikrostrip array merupakan sebuah antena yang tersusun atas tiga
elemen, yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrate dan elemen
pentanahan (ground). Elemen peradiasi atau sering juga disebut sebagai patch
berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan
logam yang memiliki ketebalan tertentu. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki
jenis yang bermacam-macam yaitu: bujur sangkar (square), persegi panjang
(rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips dan segiempat[5].
Elemen substrat berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip
yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini
memiliki jenis bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta
dielektrik dan ketebalannya. Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja,
bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang akan di buat. Semakin tebal
substrat maka bandwidth akan semakin meningkat, tetapi berpengaruh terhadap
timbulnya gelombang permukaan. Gelombang permukaan pada antenna
mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian
elektromagnetik ke arah yang di inginkan. Elemen pentanahan berfungsi sebagai
pembumian bagian antena mikrostrip .
Antena mikrostrip mempunyai beberapa keuntungan, di bandingkan
dengan antena lain, yaitu [1] :
1. Low profile ( mempunyai ukuran yang kecil dan ringan)
2. Mudah difabrikasi dan tidak memakan biaya yang besar
3. Dapat berdiri dengan kuat ketika diletakkan pada benda yang rigid
4. Polarisasi linier dan sirkular mudah didapat hanya dengan feeding yang
sederhana
5. Dapat digunakan untuk aplikasi dual polarisasi, dual-frekuensi maupun
tripel-frekuensi band
6. Feed line dan matching dapat difabrikasi langsung dengan struktur antena
Selain dari segala kelebihan yang dimiliki antenna mikrostrip, terdapat
juga beberapa keterbatasan yaitu :
1. Gain yang lebih rendah (-6dB)
2. Bandwidth yang sempit, namun dapat diperbaiki dengan berbagai cara, salah
satunya yaitu dengan menambah ketebalan dari substrat.
3. Mempunyai kemurnian polarisasi yang rendah
4. Mempunyai efisiensi yang rendah
5. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed line-nya
6. Timbulnya surface wave (gelombang permukaan)
Perkembangan antena mikrosrtip didasarkan pada pemikiran untuk
mendapatkan teknologi printed circuit yang tidak dapat diterapkan pada
suatu sistem elektronik. Bentuk antena mikrostrip secara umum dapat dilihat pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip
Adapun keterangan dari struktur gambar antena mikrostrip diatas yang
terdiri dari lapisan dielektrik atau substrat dengan nilai permivitas tertentu yang
berada diantara dua lapisan konduktor pada lapisan bawah dan lapisan atas.
Lapisan konduktor atas dinamakan patch yang berfungsi sebagai elemen peradiasi
sedangkan lapisan konduktor bawah berfungsi sebagai ground.
Bentuk patch dapat bermacam-macam. Patch antena terhubung dengan
feed line yang berfungsi sebagai saluran pancatu antena. Berdasarkan bentuknya,
patch antena mikrostrip memiliki bentuk yang bermacam-macam antara lain:
bujur sangkar (square), persegi panjang (rectangular), lingkaran (Circular),
Circular ring, elips (elliptical) dan segitiga (triangular). Gambar 2.3
Circular ring circular elliptical
triangular Rectangular square
Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip
2. 2 Parameter-parameter Antena
Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur
performa antena yang digunakan, yaitu VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain
antena, dan polaradiasi [3].
2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka
perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dilihat sebagai impedansi
karakteristik saluran. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah sebagai
perbandingan antara tegangan rms maksimum (|V|max) dan minimum (|V|min)
yang terjadi pada saluran yang tidak match. Apabila saluran transmisi dengan
impedansi beban dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara berkelanjutan,
maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang
V
0+ juga terjaditegangan pantul
V
0-Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara
V
0+dan
V
0- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave)Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang
kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul datau koefisien refleksi yang
dinyatakan dengan simbol Г.
Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 samapi 1.jika bernilai 0,
artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban
seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Dapat dinyatakan dengan
persamaan sebagai berikut :
Γ
=
��−��+ (2.1)
Hubungan antara koefisien refleksi, imedansi karakteristik dan impedansi beban
dapat dinyatakan seperti persamaan berikut :
Γ
=
��−��+
=
��−�0��−�0 (2.2)
Dimana :
• ZL : impedansi beban (load)
• Zo : impedansi saluran lossess
Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajinerdari Г adalah nol, maka:
Г = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
Г = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka
Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam
saluran yng besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Secara
sederhana rumus untuk menentukan VSWR adalah :
τ
Besar nilai VSWR yang ideal adalah bernilai 1, yang artinya tidak ada
refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Nilai dari VSWR
menjadi salah satu acuan untuk melihat, apakah antena sudah dapat bekerja pada
frekuensi yang diharapkan. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang
dipantulkan semakin besar.
Pengukuran VSWR dapat di lakukan dengan menggunakan SWR meter
yang di hubungkan dengan antena menggunakan kabel koaxial. Pada transmisi
daya RF apabila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dangan impedansi
saluran beban, maka akn timbul daya pantulan, pada saluran transmisi.
2.2.2 Frekuensi
Frekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki
impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangatlah
sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi
antenna mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan
nilai resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan
memiliki nilai yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Pada
umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan frekuensi kerja antena. Frekuensi
resonansi antenna mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan:
r
fr = frekuensi resonansi
Vo = kecepatan cahaya di ruang bebas
L = panjang antena
r
ε = konstanta dielektrik
2.2.3 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi yang
berhubungan dengan beberapa karakteristik antena lain nya, seperti, impedansi
masukan, bandwidth, polarisasi, gain. Besarnya bandwidth dapat dinyatakan
Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti pada rumus di atas
biasanyadigunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band
sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya
digunakan defenisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
2.2.4 Gain Antena
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 [3]. Gain antena mikrostrip
patchrectangular diperoleh dengan menggunakan persamaan [7]:
�
=
4���2
(
���
) (2.6)
Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus
ditentukan frekuensi kerja (fr) yang digunakan, agar dapat mencari panjang
gelombang di ruang bebas (λ0) pada Persamaan 2.6 [8]:
�
0=
��
(2.7)
Setelah nilai (λ0) diperoleh, maka (λg) dapat dihitung. Dimana λg merupakan
panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan
Persamaan 2.7 [8]:
�
�=
�0�
�
����(2.8)
dimana : G = gain antena
λ
0Ada dua jenis parameter penguatan (gain), yaitu absolute gain dan relative
gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan
antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika
daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang
berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya
yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan
persamaan [7]:
���� = 4��(�,∅)
��� (2.9)
Sedangkan relative gain didefenisikan sebagai perbandingan antara
perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi
pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua
antena. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless
(Pin(lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada persamaan [4]:
���� = 4� �(�,�)
���(��������) (2.10)
Pengukuran dapat di lakukan dengan dua cara yaitu dengan pengukuran
absolut dan pengukuran banding relatif. Pengukuran absolut menggunakan
pembanding dengan antena isotropis yaitu dengan dua antena, tiga antena,
ekstrapolasi medan dekat dan menggunakan medan refleksi tanah. Sedangkan
pengukuran banding relatif menggunakan antena pembanding yang sudah
2.2.5 Pola Radiasi
Pola radiasi adalah fungsi matematika dari sifat radiasi antena sebagai fungsi
ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan.
Pola radiasi antena mikrostrip memiliki fenomena yang sama dengan antena
konvensional [6]. Sifat dari radiasi yang paling diutamakan adalah persebaran
secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola
radiasi antena seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4 terdiri dari:
3.1 Main lobe
Major lobe disebut juga main lobe didefinisikan sebagai radiation lobe yang berisi
arah radiasi maksimum. Major lobe merupakan daerah pancaran terbesar
sehingga dapat menentukan arah radiasi dan mempunyai daya yang besar.
3.2 Side lobe
Side lobe terdiri dari :
1. first side lobe yaitu minor lobe yang posisinya paling dekat dengan main
lobe.
2. second side lobe yaitu minor lobe yang posisinya setelah first side lobe.
3. Back lobe yaitu minor lobe yang posisinya berlawanan dengan main lobe
dimana keberadaannya tidak diharapkan.
3.3 Half Power Beamwidth ( HPBW)
Half Power Beamwidth adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½
Gambar 2.4: Pola radiasi antena mikrostrip
Terdapat dua jenis pengukuran pola radiasi yang pertama adalah
pengukuran representasi secara rectangular yang kedua adalah polar plot. Polar
plot adalah pengukuran yang paling sering di pakai karena plot ini menyediakan
visualisasi baik pada distribusi visualisasi pada ruang bebas. Biasanya rekaman
dirancang untuk grafik pola relatif. Pola pada antena dalam berbagai ruangan,
peralatan rekaman yang biasanya ditempatkan anechoic. Untuk menyediakan
ruangan bebas interferensi biasanya ruangn di tutup selama pengukuran. Alat
rekaman yang di sebut test posisioner merupakan suatu penyangga yang dapat di
putar (azimuth dan elevasi), di kontrol dengan indikator posisi. Pola radiasi
ditentukan dalam daerah medan jauh untuk jarak radial dan frekuensi yang
konstan
2.2.6 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan
(V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0+). Return loss dapat terjadi
akibat adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada
frekuensi. Persamaan return loss dapat didefinisikan sebagai berikut [1]:
���������� = 20 ��� |�| (2.11)
Nilai return loss yang baik adalah di bawah – 9,54 dB, sehingga dapat
dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan
dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah
matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan apakah antena sudah bekerja
pada frekuensi yang diharapkan atau tidak [3].
2.2.7 Impedansi Masukan
Impedansi masukan merupakan impedansi yang direpresentasikan oleh
antena pada terminalnya. Terminal yang sesuai sangat dibutuhkan untuk sebuah
antena. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang
ada di sekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah
terisolasi. Secara matematis impedansi masukan dirumuskan sebagai berikut [3]:
dimana:
Zin = impedansi masukan
Rin = tahanan terminal antena
Xin = reaktansi masukan
Dari persamaan Zin di atas, komponen yang diharapkan adalah daya real
(Rin) yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui panas atau radiasi.
Komponen imajiner (Xin) mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan
pada medan dekat antena. Adapun Zin untuk antena mikrostrip patch rectangular
untuk nilai VSWR ≤ 2 dapat dirumuskan sebagai [1]:
��� = 90 �� 2
��−1�
� ��
2
(Ohm) (2.13)
2.3 Lokasi Titik Pencatu
Teknik pencatuan pada antena mikrostrip dapat dilakukan dengan
beberapa metode. Metode-metode yang dapat digunakan di bagi dalam dua
kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting).
Untuk metode terhubung, daya RF dicatukan secara langsung ke patch radiator
dengan menggunakan elemen penghubung[5]. Untuk metode tidak terhubung,
dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untukk menyalurkan daya di
antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatu yang sering
dugunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperature coupling dan
2.4 Teknik Array
Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, namun juga memiliki
kelemahan yang sangat mendasar, yaitu bandwidth yang sempit keterbatasan gain
dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.
Antena array merupakan gabungan dari beberap eleman peradiasi yang
membentuk suatu jaringn. Antenamikrostrip array dapat berbentuk seri, pararel
atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara
array adalah bagian patch[5].
Pada antenna array terdapat array factor yang merupakan factor pengali
medan elektrik dari elemen tunggal. Array factor inilah yang menentukan
bagaimana bagaimana pola radiasi dan seberapa besar daya yang di radiasikan
oleh antena tersebut. Antena array yang terdiri dari elemen dan magnitude yang
identik serta setiap elemen memiliki fasa progresif yang disebut uniform array.
Untuk menghasilkan pola radiasi yang mengarah pada sudut tertentu pada
berkas aksimumnya dan nilai null pada berkas minimumnya diperlukan
pengaturan jarak dan beda fasa eksitasi pada masing-masing element antena
array. Pengaturan jarak antar elemen dilakukan dengan cara mengeser
elemen-elemen pada antena array dengan jarak pisah tertentu, sedangkan untuk
memberikan perbedaan fasa eksitasi antar elemen antena array dapat dilakukan
dengan beberapa cara salah satunya dengan memberikan perbadaan ukuran dan
2.5 Antena Triple – Band
Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja
secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah
antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan
gangguan network busy[5]. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi
frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan
dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena
frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau. Antena tiple-band merupakan
solusi untuk mencakup daerah yang berbeda frekuensi jaringannya[5].
2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (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
mikrostrip 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[5]. Dengan mengatur lebar dari antena
mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan
untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan
persamaan [5]:
� = �
2�0� (��+1)
2
(2.14)
dimana :
W : lebar konduktor
c : kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108)
fo : frekuensi kerja antenna
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL yang
merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dirumuskan dengan [8]:
∆� = 0,412ℎ������+0,3��
�
ℎ+0,264�
������−0,258���ℎ+0,8� (2.15)
dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan ����� adalah konstanta
dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai berikut [8]:
����� =��+1
dengan panjang patch (L) dirumuskan oleh [8]:
� =���� −2∆� (2.17)
dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan [6]:
���� = �
2�0������
(2.18)
2.5.2 Antena Mikrostrip patch segiempat Array
Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam
antena mikrostrip yang di susun secara array adalah bagian patch. Medan total
dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang
diradiasikan oleh elemen tunggal[5]. Proses perancangan antena yang dilakukan
elemen tunggal. Hal yang membedakan pada sistem array adalah peletakan
masing-masing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan panjang gelombang
yang merambat pada bidang dielektrik[8]. Proses pendesainan ini dilakukan
dengan menggunakan frekuensi 2.35 GHz, 3.35 GHz dan 5.8 GHz. Bentuk patch
antena segiempat elemen tunggal dan segiempat array dapat dilihat seperti pada
Gambar 2.5 :
(a) (b)
Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip (a) patch segiempat elemen tunggal,
(b) patch segiempat tiga elemen
2.6 T-Junction
T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum
digunakan pada konfigurasi antena array. Gambar 2.5 Menunjukkan bentuk
T-junction pada AWR 2004.
1 1
Gambar 2.6 T-junction
T-junction berfungsi untuk menggabungkan pencatu pada patch tiap-tiap
frekuensi, baik dua frekuensi maupun tiga frekuensi menjadi satu pencatu yang
akan dihubungkan ke konektor[5]. Power divider adalah salah satu teknik yang
dapat mendukung impedansi matching pada saluran transmisi khususnya untuk
antena mikrostrip array[5]. Untuk mendukung impedansi matching pada saluran
transmisi khususnya untuk antena mikrostrip diperlukan tekhnik power devider.
2.7 Perangkat Lunak AWR
AWR Microwave 2004 adalah penggabungan dari microwave office dan
office analog yang merupakan perangkat lunak untuk mendesain dan menganalisis
alat integrasi yang kuat untuk RF, microwave, millimeterwave, analog dan desain
RFIC [9]. Microwave office dan office analog digunakan untuk merancang desain
sirkuit yang linear dan non-linear dan struktur EM serta menghasilkan tata letak
representasi dari hasil desain tersebut.
Metode yang digunakan dalam menganalisis antena antena adalah method
of moment (MoM). Metode MoM pertama kali diperkenalkan pada metode
1 1
50Ω 50Ω
50Ω
matematika dimana ide dasarnya adalah untuk mengubah satu persamaan integral
kedalam suatu persamaan matriks yang kemudian dapat diselesaikan dengan
persamaan numerik [3]. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwaeve Office
adalah sebagai berikut :
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 designskits (PDKs) dari berbagai perancangan
g. Microwave Integrated Circuits (MIC).
h. Papan cetak perancangan RF (PCB).
i. Rakitan microwave terpadu.
Dalam menggunakan simulator AWR Microwave Office 2004 diperlukan
beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang
mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun setting simulator yang
digunakan dalam menjalankan simulasi adalah sebagai berikut :
1. Melakukan setting rentang frekuensi simulasi dengan menentukan frekuensi
awal dan batas frekuensi serta step frekuensi. Ini dilakukan dengan cara
memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih
langsung dari Project Option.
2. Menggunakan fitur Harmonic Balance yang merupakan salah satu fitur pada
diinginkan. Untuk mendapatkan settingan Harmonic Balance dilakukan
dengan memilih Option > Default Circuit Option.
3. Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 terdapat 3 spesifikasi mesh
yang ditawarkan dalam perancangan yaitu; low, normal dan high. Spesifikasi
BAB III
PERANCANGAN ANTENA
3.1 Perancangan Antena
Pada tugas akhir ini, akan dirancang antena mikrostrip untuk mendapatkan
karakteristik antena yang ditentukan. Jenis antena mikrostrip yang dirancang
adalah antena mikrostrip array patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2,3
GHz 3,3 GHz dan 5.8 GHz. Tahapan pertama adalah perancangan antena
mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Yang dilakukan pada tahap ini adalah
penentuan frekuensi resonansi yang diinginkan, penentuan spesifikasi substrate
yang akan digunakan, penentuan dimensi patch antena dan penentuan dimensi
saluran pencatunya.
Setelah proses pada tahap pertama selesai dilakukan, dilanjut dengan tahap
kedua yaitu perancangan untuk tiga buah patch antena elemen tunggal yang
disusun, sehingga menghasilkan antena mikrostrip patch array. Pada perancangan
tiga buah patch yang disusun akan ditentukan jarak masing-masing patch dan
menentukan ukuran junction yang menghubungkan saluran pencatu
masing-masing patch[11]. Hal ini dilakukan agar antenna dapat memenuhi spesifikasi
yang diinginkan
Sesuai dengan peraturan Direktur Jendral Pos dan Telekomunikasi No. 96
tahun 2008 tentang persyaratan teknis alat dan perangkat telekomunikasi harus
memiliki spesifikasi yaitu rentang frekuensi 100 MHz gain maksimum 15 dBi
impedansi sebesar 50 ohm dan nilai VSWR lebihkecil atau sama dengan dua.
Tabel 3.1 Spesifikasi Antena
Parameter
Frekuensi
2,3-2,4 GHz 3,3-3,4 GHz 5,7-5,8 GHz
VSWR ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2
Bandwidth 100 MHz 100 MHz 100 MHz
Gain Maksimum 15 dBi - -
Impedansi 50 Ω 50 Ω 50 Ω
Pola radiasi Unidirectional/
omnidirectional
- -
3.2 Perangkat yang Digunakan
Perancangan antena menggunakan perangkat lunak dalam melakukan
simulasi. Adapun perangkat lunak yang digunakan adalah AWR Microwave office
2004, perangkat ini digunakan merancang dan mensimulasikan antena yang
dibuat. TXLine 2003 digunakan untuk menentukan impedansi karakteristik dan
lebar saluran dari saluran mikrostrip, Microsoft Visio digunakan untuk membantu
memvisualisasikan diagram alir dan beberapa visualisasi yang digunakan dalam
tugas akhir ini serta Microsoft excel untuk mengolah data hasil simulasi.
Perangkat lainnya yang digunakan antara lain
1. Laptop untuk melakukan simulasi antena
2. FR4-Epoxy untuk substrat antena
3. Solder dan timah
4. VNA master & Spectrum Analyzer Anritsu MS2034B (9kHz – 4Ghz). Untuk
pengukuran VSWR, Return Loss, dan pola radiasi.
3.3 Diagram Alir Perancangan Antena
Dalam merancang antena diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu
dalam proses perancangan. Gambar 3.1 merupakan diagram alir dari perancangan
antena. frekuensi dengan bandwidth ≥
100 MHz
Fabrikasi Antena
Karakterisasi antena Melakukan simulasi dengan program simulator
termasuk melakukan pengaturan besar dan jarak untuk menciptakan frekuensi ganda pada antena
Menghitung panjang dan lebar antena untuk frekuensi 2.3 Ghz 3,3 GHz dan
5,8 GHz Menentukan lebar saluran
pencatu
Menentukan frekuensi kerja yang diinginkan
3.4 Perancangan Elemen Antena
Pada perancangan antena segiempat array dilakukan terlebih dahulu
merancang antena elemen tunggal. Pada perancangan patch segiempat elemen
tunggal, tahapan yang diawali dengan pemilihan jenis substrat, harus
mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrat dengan spesifikasi
antena yang dirancang untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Selanjutnya
menentukan dimensi patch dan lebar saluran pencatu, menetukan frekuensi kerja
yang diinginkan beserta spesifikasi yang telah ditentukan. Setelah perancangan
dan simulasi pada elemen tunggal untuk ketiga frekuensi dilakukan, selanjutnya
dilakukan proses perancangan antena mikrostrip dengan penggabungan tiga
elemen. Pada proses simulasi, dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa
parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan,
diantaranya adalah menggeser saluran pencatu, mengatur lebar patch. Tujuan dari
simulasi ini adalah untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan dimensi patch
dan lebar pencatu yang optimal, yaitu VSWR ≤ 2, untuk mengetahui pola
radiasi,gain dan bandwidth antena.
Antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip
patch segiempat array dengan frekuensi kerja 2,35 GHz, 3,35 GHz dan 5,85 GHz.
Untuk perancangan awal dari dimensi digunakan perhitungan antena mikrostrip
patch segiempat, dengan menggunakan Persamaan (2.10).
Berdasarkan Persamaan (2.14) dengan frekuensi kerja pertama 2,35 GHz
diperoleh lebar patch sebesar 37,26 mm.
� = 3�10
8
2 × (2,45�109)�(4,4 + 1)
2
Kemudian, untuk memperoleh ukuran panjang patch L digunakan Persamaan
(2.14) sampai dengan persamaan (2.18). Sehingga diperoleh panjang patch
sebesar 28.83 mm.
Untuk jarak antar elemen antena yang dirancang adalah sekitar seperempat
panjang gelombang (d=λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk
mendapatkan hasil yang lebih optimal. Adapun jarak antar elemen diperoleh
dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Jarak antara elemen pada frekuensi 2,35 GHz ke elemen pada frekuensi 5,85 GHz
mm
mm
Dari perhitungan di atas di peroleh ukuran sisi patch segiempat untuk
frekuensi 2,35 GHz sebesar 40 mm, untuk frekuensi 3,35 GHz ukuran sisi patch
segempat adalah 31 mm dan untuk frekuensi 5,85 GHz ukuran sisi patch
segiempat adalah 15 mm. Jarak antara elemen pada frekuensi 2,35 GHz ke
elemen pada frekuensi 5,85 GHz adalah 33mm dan jarak antara elemen pada
frekuensi 3,35 GHz ke elemen pada frekuensi 5,85 GHz adalah 23 mm, seperti
diperlihatkan pada Gambar 3.2.
3.5Jenis Substrat yang Digunakan
Dalam pemilihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengenalan tentang
spesifikasi umum dari substrat tersebut. Pemilihan substrat yaitu memilih bahan
dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi – rugi
garis singgung. Semakin tebal substrat disamping secara fisik terlihat lebih kuat
dan kokoh, akan meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi – rugi konduktor
dan memperbaiki impedansi bandwidth. Namun hal ini akan meningkatkan berat,
rugi – rugi dielektrik dan rugi – rugi gelombang permukaan.
Konstanta dielektrik substrat
ε
r memiliki fungsi yang sama sepertiketebalan substrat. Nilai
ε
r yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir darisekeliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Adapun spesifikasi substrat
Tabel 3.2 Spesifikasi Substrat.
Jenis substrat FR-4 epoxy
Konstanta Dielektrik relative (εr) 4,4
Dielektrik Loss Tangent ( tanδ) 0,02
Ketebalan substrat (h) 1,6
3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip
patch segiempat diharapkan mendekati nilai impedansi masukan sebesar 50Ω.
Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari
saluran pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003 untuk
mencari lebar pencatu agar mempunyai impedansi 50Ω. Dengan bantuan txline ini
panjang dan lebar saluran pencatu sebesar 17,3607 mm dan lebar sebesar 3,0509
mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.
3.7 Perancangan T-Junction
Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu
yang digunakan adalah 50Ω. Untuk merancang antena segiempat array,
dibutuhkan T-Junction yang berfungsi sebagai power divider. Pada pengerjaan
Tugas Akhir ini, T-Junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi
86.6Ω, karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran
antena. Impedansi 86,6Ω tersebut, berfungsi sebagai transformator λ/4.
Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai
impedansi 86,6Ω digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine
2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai
impedansi 86,6Ω.
3.8 VNA Master Anritsu MS2034B 9KHz-4GHz
Sitem radio frekuensi dan gelombang mikro mendorong adanya alat yang
bekerja dengan spesifikasi yang akurat dan lebih tinggi. Anritsu memperkenalkan
solusi yang terjangkau dan efisien namun komperhensif pada industri. Anritsu
dapat menganalisa vector jaringan, spectrum, daya dan tegangan hanya dengan
satu perangkat yang praktis yang bias dibawa ke lapangan pengujian. VNA master
pabrikan Anritsu ini juga dapat bekerja dengan akurasi yang tinggi untuk
menentukan parameter S dan sensor listrik sehingga dapat membantu dalam
pemilihan perangkat penghubung yang tepat dalam sauatu sistem telekomunikasi.
Dalam pengujian sistem memiliki pemancar dan penerima yang canggih
dan membutuhkan karakteristik yang kompleks untuk kinerja yang tepat. Kinerja
mengolah data frekuensi dalan cakupan yang luas dengan fase kinerja noise dari 9
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum
Pada Tugas Akhir ini, perancangan antena mikrostri patch segiempat, yang
untuk aplikasi Wi-MAX. Pada saat simulasi, dilakukan pergeseran pencatu,
perubahan jarak antara elemen dan juga perubahan dimensi substrat agar
mendapatkan hasil yang diinginkan. Proses perancangan ini menggunakan
simulator AWR Microwave office 2004. Adapun parameter yang akan dibahas
adalah gain, frekuensi, bandwidth, VSWR, dan pola radiasi.
4.2 Hasil Simulasi Pada Masing-Masing Patch Tunggal
Pada bagian ini akan dibahas hasil simulasi patch tunggal untuk frekuensi
2,3 GHz, 3,3 GHz, dan 5,8 GHz.
4.2.1 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 2.3 GHz
Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen
tunggal untuk frekuensi 2,3 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004.
Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen
tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.1
Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi
2,3 GHz adalah 6,08 dB dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.2 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 2.3 GHz
4.2.2 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 3.3 GHz
Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen
tunggal untuk frekuensi 3,3 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004.
Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen
tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.3
Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi
3.3 GHz adalah 1,906 dB dapat dilihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Pola Radiasi dan Gain Patch Tunggal Frekuensi 3,3 GHz
4.2.3 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 5.8 GHz
Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen
tunggal untuk frekuensi 5,8 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004.
Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen
tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.5.
Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi
5,8 GHz adalah 6,81 dB dapat dilihat pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6 Pola Radiasi dan Gain Patch Tunggal
Frekuensi 5,8 GHz
4.3 Hasil Simulasi Triple Band
Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada masing-masing elemen
tunggal maka iperolehlah model antena array patch segiempat mikrostrip
triple-band, terlihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Model Antena Mikrostrip PatchArray
Setelah penggabungan tiap-tiap elemen menjadi satu substrat dimana
disatukan menggunakan T-junction telah di sumulasikan, Adapun nilai VSWR
yang diperoleh setelah disimulasikan adalah 1,084 untuk frekuensi 2,3 GHz,
VSWR bernilai 1,484 untuk frekuensi 3.3 GHz dan VSWR bernilai 2,009 untuk
frekuensi 5,8 GHz seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.8
Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena
Triple - Band Patch Segiempat Array
Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada Gambar 4.11, belum sesuai
dengan yang diinginkan, oleh karena itu dilakukan iterasi dengan menggeser jarak
antar patch. Untuk selanjutnya pergeseran ke kanan atau kekiri akan dilakukan
dengan menambah atau mengurangi jarak antar patch. Pergeseran dilakukan
secara bertahap, disini telah di hitung jarak antar patch yaitu 32mm dan 22mm
dimana patch untuk frekuensi 5,8 GHz sebagai patokan, maka perubahan jarak
patch akan di lakukan dengan hanya menggeser ke kanan atau ke kiri yang artinya
menambah atau mengurang jarak patch masin-masing patch tunggal 2,3 GHz dan
3,3 GHz terhadap patch 5,8 GHz. Data hasil pergerseran dengan mengeser patch
mendekati patch untuk frekuensi 5.8 GHz dapat di lihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data Pergeseran Patch dengan Mengurangi Jarak Patch.
Jarak patch (mm) VSWR
2,3GHz(mm) 3,3GHz(mm) 2,3GHz 3,3GHz 5,8GHz
32 22 3,75 7,083 4,029
31 21 4,451 8,219 3,471
30 20 5.243 8,995 4,139
29 19 6,069 9,958 4,183
28 18 6,941 10,581 4,42
Setelah melakukan iterasi dengan mengurangi jarak patch 2,3 GHz dan
3,3 GHz terhadap patch tengah atau 5,8 GHz, didapatkan hasil vswr yang semakin
besar. Hasil yang di dapatkan setelah melakukan lima kali iterasi ternyata hasil
VSWR yang didapat semakin besar dari hasil yang diinginkan, dengan demikian
maka dilakukan kembali pergeseran dengan menambah kan ajrak patch, data
penambahan patch dapat dilihat pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Data Pergeseran Patch dengan Menambah Jarak Patch.
Jarak patch(mm) VSWR
2,3GHz 3,3GHz 2,3GHz 3,3GHz 5,8GHz
Tabel 4.2 Lanjutan
Jarak patch (mm) VSWR
34 24 2,54 4,688 1,499
35 25 2.157 3.875 1,21
36 26 2,034 2,031 1,277
37 27 2,124 2,341 1,312
Hasil yang didapat setelah melakukan pergeseran dengan menambahkan
jarak patch, yaitu jarak patch 2,3 GHz adalah 37 mm dengan patch 5,8 GHz
dengan VSWR 2,124. Jarak patch 3,3 GHz adalah 27mm dengan patch 5,8 GHz
dengan VSWR 2,341. Patch 5.8 GHz didapat VSWR 1,312. Hasil yang didapat
belom optimal, sehingga dilakukan kembali iterasi dengan merubah besar
masing-masing pacth. Data perubahan besar masing-masing patch dapat dilihat pada
Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Data Perubahan Ukuran Patch
Patch 2,3GHz Patch 3,3GHz Patch 5,8GHz
x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR
43 30 2,124 28 21 2,341 20 12 1,312
43 30 2,127 28 21 2,336 21 12 1,336
43 30 2,075 28 21 1,964 22 12 1,653
43 30 2,086 28 21 2,166 23 12 1,475
43 30 2,086 28 21 2,424 24 12 1,14
Tabel 4.3 Lanjutan
Patch 2,3GHz Patch 3,3GHz Patch 5,8GHz
x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR
43 30 1,568 29 21 2,361 25 12 1,962
43 30 1,753 30 21 2,278 25 12 2,029
43 30 3,58 31 21 2,159 25 12 2,059
43 30 3,569 32 21 2,081 25 12 2,068
43 30 2,581 32 20 2,461 25 12 2,06
43 30 2,585 32 19 4,389 25 12 2,132
43 30 2,585 32 28 5,688 25 12 2,135
Setelah melakukan iterasi dengan merubah ukuran patch didapat hasil
untuk frekuensi 2,3 GHz dengan VSWR 2,581 dengan ukuran patch 43 x 30 mm,
untuk frekuensi 3,3 GHz dengan VSWR 2,461 dengan ukuran patch 32 x 20 mm
dan untuk frekuensi 5,8 GHz didapat VSWR 2,135 dengan ukuran 25 x 12 mm.
urutan data yang diambil berdasarkan kesamaan hasil data yang didapat dan jarak
patch yang sudah kembali ke jarak awal setelah penambahan panjang patch untuk
frekuensi 5,8 GHz dan 3,3 GHz.
Dengan hasil ini maka harus dilakukan kembali iterasi dengan merubah
letak titik pencatu pada masing masing patch, data perubahan letak pencatu dapat
Tabel 4.4 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Patch
X
Stelah dilakukan pergeseran maka didapat vswr yang dibutuhkan untuk
mempabrikasi antena mikrostrip patch segiempat tripleband. Dengan VSWR yang
maksimal didapat untuk frekuensi 2,3-2,4 GHz adalah 1,598 dan, untuk frekuensi
3,3-3,4 GHz adalah 1,893 dan untuk frekuensi 5,7-5,8 GHz adalah 1,404 dapat
dilihat pada Gambar 4.9
Gambar 4.9 Nilai VSWR yang Optimal untuk
bandwidth yang Diinginkan
4.3.1 Analisis Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi
Setelah dilakukan simulasi pada antena array patch segiempat mikrostrip
triple-band diperoleh bahwa pola radiasinya adalah unidirectional dengan nilai
gain 5,32 dB untuk frekuensi 2,3 GHz, nilai gain 8,03 dB untuk frekuensi 3.3
GHz dan nilai gain 3,12 dB untuk frekuensi 5.8 GHz. Hasil simulasi diperlihatkan
pada Gambar 4.10,4.11 dan 4.12.
Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain Frekuensi 2,3 GHz
Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain Frekuensi 3,3 GHz
Gambar 4.12 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 5,8GHz
4.4 Pengukuran Antena
Setelah hasil dari simulasi antena menggunakan perangkat lunak AWR
telah selesai dan mendapatkan hasil yang diinginkan, maka antena dapat
difabrikasi. Adapun antena yang di fabrikasi sesuai dengan antena yang sudah
disimulasikan. Bentuk antena yang sudah di fabrikasi dapat dilihat pada Gambar
4.13.
Gambar 4.13 Antena yang sudah di Fabrikasi
4.5 Hasil dan Analisa antena setelah Fabrikasi
Pengukuran antena fabrikan ini menggunakan alat ukur VNA meter.
Antena dihubungkan dengan kabel coaxial ke port yang terdapat pada VNA meter
untuk mendapatkan hasil VSWR, return loss dan pola radiasi antena.
4.5.1 Pengukuran VSWR
Dari pengukuran antena dengan menggunakan VNA meter maka di
dapatkan hasil 1,21 untuk frekuensi 2,3 GHz dan 1,14 untuk frekuensi 3,3 GHz.
Hasil dari pengukuran dapat di lihat pada Gambar 4.14
Gambar 4.14 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter
Data dan hasil VSWR yang diperoleh setelah dilakukan pengukuran dapat
dilihat pada Tabel 4.5
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran VSWR
Frekuensi (GHz) VSWR
2 3.62
2.05 3.29
2.1 2.95
2.15 2.37
Tabel 4.5 Lanjutan
Frekuensi (GHz) VSWR
2.25 1.69
Data dan hasil dari pengukuran kemudian dituliskan ke dalam grafik
menggunakan software microsoft excel2007. Grafik dari data yang diperoleh
Gambar 4.15 Grafik VSWR
4.5.2 Pengukuran Return Loss
Dari pengukuran antena dengan menggunakan VNA meter maka didapatkan
hasil -20,08dB untuk frekuensi 2,3 GHz dan -26,77 untuk frekuensi 3,3 GHz.
Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.16.
Gambar 4.16 Pengukuran Return Loss dengan menggunakan VNA meter
Adapun hasil dari pengukuran return loss yang diukur dengan menggunakan
VNA meter dapat dilihat pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Return Loss
Frekuensi (GHz) Return Loss (dB)
Dari data yang di dapat maka bisa di lihat terdapat nilai return loss
-20,08dB untuk frekuensi 2,3GHz, dan -26,77dB untuk frekuensi 3.3GHz. Hasil
pengukuran di atas dapat dilihat pada Gambar 4.17.
Gambar 4.17 Grafik Return Loss
4.5.3 Pengukuran Pola Radiasi
Pengukuran Pola Radiasi untuk frekuensi 2,3GHz dan 3,3GHz dilakukan
dengan cara mengukur dua buah antena yang sudah difabrikasi, yang di letakkan
sejajar dan saling berhadapan. Salah satu antena kemudaian di putar sebesar 360
derajat pada dan diukur gainnya pada interval 10 derajat, data yang dihasilkan
pada frekuensi 2,3GHz dan 3,3GHz dapat dilihat pada Gambar 4.18 dan 4.19.
Gambar 4.18 Pola Radiasi Frekuensi 2,3 GHz
Gambar 4.19 Pola Radiasi Frekuensi 3,3 GHz
Perbandingan hasil antara simulasi dengan pengukuran pada antena dengan
frekuensi 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz dapat dilihat pada Tabel 4.7,4.8 dan 4.9.
Tabel 4.7 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz
Parameter Hasil Simulasi Patch Tunggal Gain Frekuensi 2,3 GHz
6,18 dBi
2,52 pada frekuensi 2,3 GHz
1,59 pada frekuensi 2,3 GHz
1,21 pada frekuensi 3,3 GHz
Pola radiasi unidirectional unidirectional unidirectional
Tabel 4.8 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz
Parameter Hasil Simulasi Patch Tunggal
Minimum 2,81 pada frekuensi 3,3 GHz 1,89 pada frekuensi 3,3 GHz 1,14 pada frekuensi 3,3 GHz Pola radiasi
Tabel 4.9 Perbandingan hasil untuk frekuensi 5,8 GHz
Parameter Hasil Simulasi Patch Tunggal
4.6 Analisis Pencapaian Antena
Berdasarkan hasil yang dicapai pada pengukuran antena hasil
perancangan, maka dapat dilihat perbandingannya dengan antena lain seperti
terlihat pada Tabel 4.10 dan Tabel 4.11.
Tabel 4.10 Analisis Capaian Antena untuk frekuensi 2,3 GHz
Parameter Standar
Pola Radiasi Unidirecitional/
omnidirectional omnidirectional - unidirectional
Gain BS : ≥ 9dBi
Tabel 4.11 Analisis Capaian Antena untuk frekuensi 3,3 GHz
Parameter Standar depkominfo
Antena 1 (Jurnal Internasional)
[12]
Antena 2 (Pabrikan)
Antena Hasil Perancangan Frekuensi
kerja
3,3 GHz– 3,4 GHz
3,23 GHz – 5,76 GHz
3,3 GHz – 3,5 GHz
3,3 GHz – 3,4 GHz
VSWR ≤ 1,9 ≤ 2 ≤ 2 1,14
Bandwidth 100 MHz 2530 MHz 200 MHz 100 MHz
Impedansi 50 ohm - 50 ohm 50 ohm
Pola Radiasi - omnidirectional unidirectional omnidirectional
Gain BS : ≥ 9dBi
SS : ≤ 15 dBi 2,85 dBi 11 dBi -
Keterangan : BS = Base Station
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip array patch
segiempat, dari hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan :
1. Perancangan antena triple band dengan teknik array patch segiempat
dapat diperoleh dengan baik dengan cara mengatur jarak, ukuran, letak
titik pencatu pada masing-masing patch.
2. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa rancangan antenna mampu memenuhi
spesifikasi yang dibutuhkan yaitu pada frekuensi 2,3-2,4 GHz
menghasilkan VSWR ≤ 1,598, pada frekuensi 3,3-3,4 GHz menghasilkan
VSWR ≤ 1,893 dan pada frekuensi 5,7-5,8 GHz menghasilkan VSWR ≤
1,404
3. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh untuk frekuensi 2,3-2,4 GHz
menghasilkan VSWR ≤ 1,21 dan untuk frekuensi 3,3 -3,4 GHz
menghasilkan VSWR ≤ 1,63, sed angkan untuk frekuensi 5,8 GHz tidak
dapat diukur karena keterbatasan alat ukur.
4. Berdasarkan simulasi gain antenna di peroleh pada frekuensi 2,3 GHz
adalah 5,72 dB, pada frekuensi 3,3 GHz adalah 7,63 dB dan untuk
frekuensi 5,8 GHz adalah 5,684 dB.
5. Pola radiasi yang dihasilkan pada pengukuran di frekuensi 2,3 GHz
cenderung unidirectional dan pada frekuensi 3,35 GHz cenderung
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah :
1. Dapat dicoba melakukan analisa dengan menggunakan simulator
lain, seperti ansoft.
2. Hasil simulasi ini merupakan langkah awal untuk tahap proses
produksi. Sehingga dibutuhkan penyempurnaan hasil simulasi antena
