DAFTAR PUSTAKA
[1] P.F.M. Smulders. 2003. 60 GHz Radio: Prospect and Future Direction. Eindhoven University of Technology, Department of Electrical Engineering. [2] Setiawan, Deni. 2010. Alokasi Frekuensi Kebijakan dan Perencanaan
Spektrum Indonesia. Departemen Komunikasi dan Informatika, Direktorat Jenderal dan Telekomunikasi. Jakarta.
[3] Peraturan Menteri Komunikasi dan Departemen Informatika. 2009. Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Indonesia. Departemen Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia. Jakarta.
[4] Zhang, Bing dan Yue Ping Zhang. 2010. A Circularly-Polarized Microstrip Grid Array Antena for 60 GHz Radios. Integrated Systems Research Laboratory, School of E.E.E., Nanyan Technological University 50 Nanyang Avenue.
[5] Fakharzadeh, Mohammad. 2012. A Compact 4 by 1 Patch Array Antena-in-Package for 60 GHz Applications. RF/Antenna & Packaging Peraso Technologies Toronto, ON, Canada.
[6] Alam, M. S. Dkk. 2013. A Wideband Microstrip Patch Antena for 60 GHz Wireless Aplications. Institute of Space Science, Universiti Kebangsaan Malaysia. Vol. 19, No. 9.
[8] Kärnfel, Camilla. 2006. High Gain Active Microstrip Antena for 60-GHz WLAN/WPAN Applications. Vol. 54, No. 6.
[9] Djamel, Abbou. Dkk. 2014. High gain microstrip antena based on double superstrate layer for 600Hz communication. IEEE.
[10] Wijaya, Yudi. 2014. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat 2 Elemen dengan Pencatuan Aperture Coupled untuk Aplikasi EVDO. Universitas Sumatera Utara. Medan.
[11] James JR dan Hall PS, 1989, Handbook Of Microstrip Antennas, First edition, Peter Peregrinus Ltd, hal 1-17.
[12] Ramesh, Garg. 2001. Microstrip Design Handbook. Norwood, Artech House, Hal 263-268.
[13] Andre, Hanalde dan Khayam Umar. 2013. Antena Kupu-Kupu sebagai Sensor Ultra High Frequency (UHF) untuk Mendeteksi Partial Discharge pada Gas Insulation Substation. Jurnal Nasional Teknik Elektro.Vol. 2. No. 2. [14] http://www.kathrei-scala.com/tech_bulletins/Engref.pdf. Diakses tanggal 24
Juni 2016
[15] Zareen Aijaz dan S.C.Shivastava. Doubled Slot Coupled Microstrip Antenna, Internasional Journal of Engineering Research and Aplication (IJERA), ISSN : 2248-9622, Vol. 1
[16] https://www.rogerscorp.com/.../RT-duroid-5870-5880-Data-Sheet. Diakses tanggal 26 April 2016
BAB III
PERANCANGAN ANTENA
3.1 Umum
Pada bagian ini akan dirancang antena mikrostrip patch segiempat linear array 8x1 yang beroperasi pada sistem komunikasi 60 GHz. Secara umum, perancangan antena ini dapat dikeompokkan menjadi dua tahapan. Tahapan pertama adalah perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Tahapan yang kedua adalah perancangan antena mikrostrip patch segiempat array 8x1.
Perancangan antena mikrostrip patch elemen tunggal diperlukan untuk menentukan frekuensi resonansi yang dibutuhkan, penentuan spesifikasi Substrat yang akan digunakan dan penentuan dimensi antena yang akan digunakan. Hasil yang diperoleh dari tahapan pertama selanjutnya akan digunakan pada tahapan kedua. Pada tahapan ini, 8 buah patch elemen tunggal akan disusun secara linear array sehingga menghasilkan antena mikrostrip array 8x1. Apabila perancangan belum menghasilkan parameter antena yang diharapkan, maka dilakukan thapan optimasi antena. Metode Optimasi yang digunakan adalah dengan mengubah-ubah ukuran jarak antar patch antena.
Tabel 3.1 Karakteristik Antena yang Dibutuhkan
Karakteristik Antena Nilai Karakteristik yang Diharapkan
Frekuensi kerja 60 GHz
VSWR <2
Return Loss <-10
Gain >10 dB
3.2 Diagram Alir Perancangan Antena
Tahapan perancangan antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 3.1
mulai
Frekuensi resonansi = 60 GHz, jenis substrat Rogers RT 5880,
A
Perancangan Antena mikrostrip array 8x1
Rancangan optimal? Simulasikan
rancangan
optimasi tidak
Rancangan antena optimal Analisi hasil
rancangan
selesai ya
Gambar 3.1 Tahapan Perancangan Antena Mikrostrip
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan
Dalam menentukan jenis Substrat yang dibutuhkan, terlebih dahulu kita mengetahui spesifikasi umum dari bahan Substrat tersebut. Beberapa faktor bisa menjadi acuan dalam menentukan jenis Substrat, yaitu dari kualitas, ketersediaan jenis Substrat dipasaran, dan tentunya harga yang sesuai agar dapat menghasilkan antena mikrotrip yang dapat diproduksi secara massal.
Jenis Substrat yang digunakan pada perancangan antena ini adalah Substrat jenis Rogers RT 5880 dengan ketebalan 0,127 mm dan konstanta dielektrik sebesar 2,2.
RT/duroid 5880 dirancang untuk aplikasi mikrostrip stripline dan sirkuit. Substrat jenis ini menghasilkan bandwith yang lebar karena memiliki permitivitas relatifnya yang rendah. Faktor disipasi yang rendah dari material jenis ini memberikan manfaat penggunaan hingga frekuensi ku-band. RT/ duroid 5880 mudah dipotong, diukur dan dibentuk dengan mesin, sehingga memudahkan dalam fabrikasi antena mikrostrip. Selain itu kelebihan dari material ini adalah tahan terhadapa semua pelarut, reagen, panas dan dingin[16].
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch Segiempat Elemen Tunggal
dimensi antena. Untuk perancangan awal dimensi antena digunakan perhitungan seperti yang dijelaskan pada Persamaan (2.1) hingga (2.5)[12].
Panjang patch antena dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1[12].
√
Lebar patch antena dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5[12].
antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4[12].
√
antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.3[12].
Setelah nilai dan didapat, maka digunakan persamaan 2.5[12] untuk menghitung lebar patch antena mikrostrip.
Dari hasil perhitungan tersebut, didapat panjang dan lebar dimensi antena mikrostrip yaitu L =1,62 mm dan W= 1,97 mm.
Setelah spesifikasi dan bahan substrat yang digunakan diketahui, maka dilanjutkan pada tahapan perancangan pada simulator ADS. Adapun langkah-langkah perancangan antena pada simulator ADS adalah:
1. Menyediakan workspace dan library
Gambar 3.2 Pembuatan Workspace
Gambar 3.3 Penyimpanan Workspace pada Library.
2. Merancang skema antena pada layout
Gambar 3.4 Rancangan Antena Mikrostrip Elemen Tunggal
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1
Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat array 8x1terdiri dari beberapa bagian yaitu pengaturan jarak antar antena, perancangan skematik antena mikrostrip patch segiempat array 8x1 pada simulator, simulasi rancangan dan hasil simulasi perancangan antena mikrostrip patch segiempat array 8x1.
3.4.1 Perancangan Skematik Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 pada Simulator
Langkah-langkah yang dilakukan untuk merancang skematik antena mikrostrip patch segiempat array 8x1 pada simulator sebagai berikut.
Rancangan antena yang akan dibuat adalah antena array mikrostrip dengan susunan 8x1, maka pilihlah elemen antena mikrostrip pada library yang tersedia dalam simulator ADS. Elemen yang dipilih adalah elemen Tlines-Multilayer. Gambar 3.5 menunjukkan rancangan awal antena pada simulator.
Gambar 3.5 Rancangan Awal Antena pada Simulator
2. Memasukkan nilai karakteristik antena
Karakteristik antena yang telah ditetapkan kemudian dimasukkan pada elemen antena yang telah dipilih. Gambar 3.6 menunjukkan cara pengisisan karakteristik antena mikrostrip yang diinginkan.
3. Perancangan Saluran Pencatu Antena
Perancangan saluran pencatu yang dilakukan pada penelitian ini merujuk pada penelitian yang telah dilakukan oleh Muhammad Fahrazal pada penelitian
yang berjudul “ RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP
TRIPLE-BAND LINEAR ARRAY 4 ELEMEN UNTUK APLIKASI WIMAX” di Universitas Indonesia pada tahun 2008[17].
Teknik pencatuan yang digunakan pada perancangan yaitu menggunakan electromagnetically coupled. Pada umumnya antena mikrostrip dihubungkan dengan konektor yang memilik impedansi 50 Ω.. Dengan demikian dalam perancangan pencatu antena mikrostrip memerlukan impedansi masukan (Zin) 50
Ω.
Dalam perancangan antena mikrostrip ini menggunakan tiga buah impedansi saluran pencatu yaitu : 50 Ω., 70,7 Ω., 100 Ω. Transformator λ/4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi Zt diantara dua saluran transmisi yang tidak match. Dalam hal ini saluran pencatu 70,7 Ω. merupakan transformator lamda λ/4 antara saluran pencatu 50 Ω. dan 100 Ω.. Nilai impedansi transformator lamda λ /4 ini diperoleh dari Persamaan 2.13[12].
√
Panjang dan lebar dimensi antena dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11 – persamaan 2.13. Dimensi (W) saluran pencatu dengan nilai impedansi 50 Ω dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11-2.13[11].
W(saluran pencatu 50 Ω) dihitung dengan cara yang sama yaitu dengan menggunakan persamaan 2.11-persamaan 2.13[11]. Hasil yang diperoleh pada perhitungan dimensi saluran
pencatu 70,7Ω adalah sebesar 0,22 mm, sedangkan Hasil yang diperoleh pada
perhitungan dimensi saluran pencatu 100Ω adalah sebesar 0,11 mm.
Panjang (L) saluran pencatu dengan nilai impedansi 50 Ω dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14[11].
Dimana perhitungan dihitung dengan menggunakan persamaan 2.15[11].
√
L(saluran pencatu) =
L(saluran pencatu) =
Dari karakteristik-karakteristik saluran pencatu yang didapat, selanjutnya dilakukan perancangan saluran pencatu pada simulator ADS seperti yang terlihat pada Gambar 3.7 - 3.9[17].
Gambar 3.7 Perancangan Saluran Pencatu 2 Antena Array[17]
Gambar 3.9 Perancangan Saluran Pencatu 8 Antena Array 4. Pengisian Elektro Magnetik (EM) Simulation Setup
Pada pengisian EM Simulation setup kita dapat menentukan beberapa parameter penting. Dintaranya adalah pengisian Substrat antena, perencanaan frekuensi yang diinginkan, penentuan port dan lain-lain.
5. Hasil akhir rancangan antena
Rangkaian hasil akhir antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 3.10.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Di dalam bab ini akan dilakukan analisis dari hasil perancangan antena mikrostrip patch segiempat Array 8x1. Adapun dimensi dan karakteristik antena telah dibahas pada Bab III. Antena mikrostrip ini bekerja pada frekuensi 60 GHz. Hasil simulasi ini ditentukan oleh beberapa parameter yang akan dibahas antara lain return loss, Gain, bandwith dan VSWR. Dari hasil simulasi antena mikrostrip yang dilakukan akan terlihat perbedaan antara antena mikrostrip patch tunggal dan antena mikrostrip dengan menggunakan patch segiempat Array 8x1.
4.2 Analisis Antena Patch Tunggal
Hasil perancangan antena mikrostrip patch segiempat tunggal seperti pada Gambar 3.3 dengan simulasi menggunakan simulator ADS 2007. Adapun hasil grafik keluaran simulasi ditunjukkan pada Gambar 4.1
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa nilai return loss yang didapat sebesar 15,7 dB. Niali return loss antena sebesar 15,85 dB merupakan nilai return loss yang baik dan optimal.
Selain nilai return loss, dapat ditentukan Bandwith dan VSWR antena yang dihasilkan melalui gambar 4.1. Dari grafik yang dihasilkan pada Gambar 4.1, kita dapat menentukan titik fu, fi, dan fc seperti yang sudah dijelaskan pada Bab 2 dengan mengukur nilai VSWR pada titik-titik yang diinginkan. Hal ini dapat dijelaskan melauli Gambar 4.2
Gambar 4.2 Menentukan Bandwith Antena
yang bernilai mendekati -9,54 db sebagai titik fu dan fi. Dengan demikian bandwith antena dapat diukur dengan menggunakan persamaan 2.10. Lebar bandwith yang didapat dari hasil simulasi adalah 1,22 GHz.
Pada Gambar 4.2 terlihat bahwa titik m3 terletak pada -15,85 dB, dengan dengan menggunakan persamaan 2.8 nilai Γ yang didapat adalah sebesar 0,3.
Kemudian nilai Γ yang didapatkan dimasukkan kedalam persamaan 2.8 untuk mendapatkan nilai VSWR. Hasil perhitungan VSWR yang didapat adalah 1,38. Grafik nilai simulasi VSWR antena dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Nilai Simulasi VSWR Antena
Gambar 4.4 Parameter Antena
Gambar 4.5 Pola Radiasi Antena
4.3 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1.
Gambar 4.6 Grafik S11 Antena Array 8x1
Dari Gambar 4.6 terlihat bahwa nilai return loss dari hasil simulasi adalah – 23,279dB, nilai return loss –23,279dB merupakan nilai return loss yang baik. Untuk mencari lebar bandwith dan nilai VSWR dilakukan dengan cara yang sama seperti pada simulasi patch tunggal. Pengujian lebar bandwith dan VSWR dapat dilihat pada Gambar 4.7
Nilai VSWR yang didapatkan dari hasil simulasi adalah 1,13. Sedangkan lebar Bandwith yag didapat adalah sebesar 4,1 GHz. Gain dan pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9
Gambar 4.8 Parameter Antena Array 8x1
4.4 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 Optimal. Dilakukan beberapa kali simulasi perancangan untuk mendapatkan hasil yang optimal. Dalam hal ini nilai frekuensi kerja berdasarkan grafik S11 menjadi
acuan dalam menentukan antena yang optimal. Metode optimasi yang digunakan adalah dengan mengubah-ubah ukuran jarak antar patch yang digunakan. Hasil dari beberapa rancangan optimasi yang dilakukan dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Optimasi Dengan Perubahan pada Jarak Antara Patch
Jarak Antar Patch Frekuensi Kerja
1,75 mm 64,3 GHz
1,5 mm 64 GHz
1,2 mm 58,66 GHz
0,85 mm 60 GHz
0,75 mm 59,15 GHz
Dari beberapa optimasi rancangan, dipilih satu rancangan yang paling optimal menurut nilai frekuensi kerja antena. Gambar 4.10 menunjukkan perbandingan grafik S11 beberapa antena mikrotrip dengan optimasi
mengubah-ubah ukuran jarak antar patch antena yang digunakan.
Rancangan antena yang dipilih berdasarkan Tabel 4.1 dan Gambar 4.10 adalah antena dengan nilai jarak antar patch 0,6 mm. Dari Gambar 4.8 terlihat bahwa grafik dengan garis merah memiliki frekuensi kerja tepat pada 60 GHz dengan nilai return loss -18.11 dB. Hasil simulasi dari rancangan antena optimal ditunjukkan pada Gambar 4.11-Gambar 4.15.
Gambar 4.11 Grafik S11 Rancangan Antena Array 8x1 Optimal
Gambar 4.12 Mencari VSWR dan Bandwith Rancangan Antena Optimal
Nilai VSWR dari hasil simulasi antena adalah 1,28 dan merupakan nilai VSWR yang baik dan optimal. Sedangkan lebar bandwith antena yang didapat dari hasil simulasi antena optimal adalah 4,51 GHz. Grafik nilai VSWR antena mikrostrip Array 8x1 Optimal dapat dilihat pada Gambar 4.13.
Gain antena dan pola radiasi antena yang dihasilkan dari hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4.14 dan Gambar 4.15.
Gambar 4.14 Parameter Antena Array 8x1 Optimal
4.5 Analisis Perbandingan Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan Antena
Array 8x1.
Perbandingan parameter antena mikrostrip patch tunggal dan antena Array 8x1 optimal dari hasil simulasi dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2Parameter Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan Antena Array 8x1
Parameter
Frekuensi Tengah 60,34 GHz 60,00 GHz
Dari Tabel 4.2 terlihat bahwa semua parameter yang dihasilkan pada simulasi antena mikrostrip antena array mengalami perbaikan dibandingkan dengan hasil simulasi pada antena mikrostrip patch tunggal. Pada nilai return loss, antena mikrostrip array memberikan perbaikan nilai sebesar 2,31 dB, nilai VSWR yang sebelumnya 1,38 pada antena mikrostrip patch tunggal menjadi 1,28 pada antena mikrostrip array 8x1.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari pembahasan pada Tugas akhir ini adalah sebagai berikut.
1. Rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan susunan array 8x1 elemen untuk frekuensi 60 GHz telah diperoleh dengan ukuran 22,5 x 6 mm. 2. Nilai return loss yang dihasilkan dari simulasi rancangan antena mikrostrip
patch 8x1 array adalah -18,11 dB. Hal ini menunjukkan bahwa rancangan antena mikrostrip patch 8x1 array memiliki nilai return loss yangoptimal. 3. Nilai VSWR yang dihasilkan dari simulasi pada perancangan antena
mikrostrip patch 8x1 array adalah 1,28. Hal ini menunjukkan bahwa rancangan antena mikrostrip patch 8x1 array memiliki nilai VSWRyangbaik.
4. Lebar bandwith diperoleh pada antena mikrpstrip patch 8x1 array adalah 4,51 GHz.
5. Nilai Gain yang dihasilkan dari simulasi pada perancangan antena mikrostrip patch 8x1 array adalah 11,14 dBi. Hal ini menunjukkan bahwa rancangan antena mikrostrip patch 8x1 array memiliki nilai gain yangoptimal.
5.2 Saran
1. Sebaiknya digunakan model perancangan yang lain agar memberikan nilai parameter-parameter antena yang lebih baik.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Spektrum frekuensi radio merupakan sumber daya alam terbatas yang tersedia di setiap Negara di dunia. Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan akan spektrum frekuensi semakin bertambah namun ketersediaan spektrum tidak bertambah. Pemanfaatan spektrum frekuensi memberikan dampak yang signifikan terhadap pertumbuhan ekonomi bangsa, oleh karena itu diperlukan pengelolaan spektrum frekuensi yang efektif dan efisien untuk memberikan dampak yang lebih besar dalam pembangunan setiap Negara, termasuk juga Indonesia[2].
2.2 Penggolongan Pita Frekuensi
ITU menggolongkan spektrum frekuensi radio secara berkesinambungan dari frekuensi 3 KHz sampai denga 3000 GHz dan membaginya menjadi 9 rentang pita frekuensi. Tabel 2.1 menunjukkan bagaimana penggolongan pita frekuensi berdasarkan ITU[3].
Tabel 2.1 Frekuensi dan Panjang Gelombang.
8 VHF 30 s/d 300 MHz Gelombang Metrik B.m 9 UHF 300 s/d 3000 MHz Gelombang Desimetrik B.dm 10 SHF 3 s/d 30 GHz Gelombang Sentimetrik B.cm 11 EHF 30 s/d 300 MHz Gelombang Milimetrik B.mm 12 300 s/d 3000 GHz Gelombang Desilimetrik
2.3 Prospek Penggunaan Pita Frekuensi 60 GHz
Seiring meningkatnya kebutuhan pelayanan telekomunikasi memberikan dampak
pada ketersediaan pita frekuenssi yang akan digunakan. Oleh karena itu, diperlukan band
frekuensi yang tepat untuk menunjang kebutuhan yang meningkat tersebut. Solusi yang
ada saat ini adalah melakukan research pada band 60 GHz. Secara khusus, untuk dense
local communica-tions, band 60 GHz memiliki ketertarikan khusus karena
karakteristik redaman spesifik pada atmosfer dari 10 sampai 15 dB / km. Daerah 10-15
dB / km membuat band 60 GHz tidak cocok untuk komunikasi jarak jauh (> 2 km)
sehingga dapat didedikasikan sepenuhnya untuk komunikasi jarak pendek (<1 km).
Pada lingkungan indoor (<50 m) 10 sampai 15 dB / km redaman tidak memiliki
dampak yang signifikan. Redaman spesifik lebih dari 10 dB / km terjadi di sebuah
band-lebar sekitar 8 GHz berpusat di sekitar 60 GHz. Dengan demikian, dari sudut pandang
fisik, ada sekitar 8 GHz bandwidth yang tersedia untuk dense wireless local
communica-tions. Hal ini membuat band 60 GHz dinilai cocok untuk band yang akan digunakan pada
masa yang akan datang [1].
Tabel 2.2 Berbagai Jurnal Penelitian Antena Mikrostrip yang Bekerja pada Frekuensi 60 Ghz.
2.4 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip adalah jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil. Secara umum, antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan groud plane. Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip.
Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip
Elemen peradiasi (patch), berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam (metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan adalah tembaga (copper) dengan konduktifitas 5,8 x 107 Siemens/meter. Elemen substrat (substrate) berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang memlhihbatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga[10].
integrated ciccuits (MICs), dan kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency. Adapun beberapa kelemahan antena mikrostrip antara lain, penguatan yang rendah, memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array, memiliki daya (power) yang rendah dan timbulnya gelombang permukaan (surface wave).
Berdasarkan bentuk patchnya, antena memiliki jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur sangkar (square), lingkaran (circular), persegi panjang (rectangular), segitiga (triangular), elips (elliptical) dan lain lain[11].
2.5 Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Patch segiempat merupakan bentuk patch yang sederhana dan mudah untuk difabrikasi. Patch ini merupakan salah satu bentuk patch yang banyak digunakan karena kemudahan dalam hal analisis dan memiliki konfigurasi yang sederhana. Contoh bentuk antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Ada beberapa parameter antena yang perlu diketahui untuk merancang antena mikrostrip patch segi empat. Antara lain, ketebalan substrat dielektrik (h), konstanta dielektrik ( r), dan loss tangent (tan ). Dengan mengetahui parameter tersebut maka akan diketahui dimensi antena mikrostrip (W dan L). untuk menentukan lebar antena mikrostrip dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.1[12].
Untuk menetukan panjang antena mikrostrip diperlukan parameter yang merupakan pertambahan panjang akibat dari adanya frigging effect dan parameter
(patch efektif) . dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.2[12].
(2.2)
merupakan konstanta dielektrik efektif yang dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.3[12].
√
Sedangkan patch efektif dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.4[12].
√ (2.4)
Sehingga panjang patch dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.5[12].
(2.5)
2.6Parameter Antena
Antena memiliki beberapa parameter yang mempengaruhi kinerja antena seperti, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), bandwith, impedansi input, return loss, dan lain lain.
a. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan dari nilai maksimum (Vmax) dengan nilai
minimum (Vmin) yang terbentuk dari kedua gelombang tersebut. VSWR juga
dapat dinyatakan sebagai perbandingan dari amplitudo maksimum terhadap amplitudo minimum dari kuat medan elektrik (Emax/Emin). Dalam Persamaan
matematis, VSWR dapat dijelaskan seperti pada Persamaan 2.6[13].
1 | |
Dimana merupakan koefisien refleksi. memiliki nilai kompleks dan dapat mempresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Pada beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka
= 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna,
= +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
b. Return Loss
Return loss memilki hubungan dengan daya sinyal yang dipantulkan pada sambungan sistem transmisi.. return loss umumnya dinyatakan sebagai perbandingan dalam satuan desibel (dB) dalam tanda negatif. Hubungan return loss (RL) dengan daya yang dipantulkan (Pr) dan daya yang datang (Pi). Dalam
Persamaan matematis, return loss dapat dijelaskan seperti pada Persamaan 2.7[13].
Hubungan antara return loss antena dengan koefisien refleksi antena dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.8[14]
(2.8)
c. Impedansi Input
Impedansi input merupakan impedansi yang dihasilkan pada antena pada terminal atau perbandingan antara tegangan dan arus pada pasangan terminal atau rasio yang sesuai dari komponen medan listrik dan komponen medan magnetik pada suatu titik. Dalam Persamaan matematis, impedansi input dapat dijelaskan seperti pada Persamaan 2.9[13].
d. Bandwidth
Bandwidth merupakan selisih batas frekuensi dalam kinerja suatu perangkat, berhubungan dengan karakteristiknya dalam batas tertentu. Dalam Persamaan matematis, bandwidth dapat dijelaskan seperti pada Persamaan 2.10[13].
merupakan frekuensi tengah. Standar bandwidth yang banyak digunakan adalah nilai RL di bawah -10 dB. Hal tersebut menunjukkan daya sinyal yang diterima atau dipancarkan antena mencapai 90% dari daya yang datang[13].
2.7Mikrostrip dalam Array
Antena mikrostrip konvensional memiliki beberapa kelemahan, seperti bandwith yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah. Untuk meningkatkan performa dari antena mikrostrip tersebut atau mengatasi kelemahan antena mikrostrip maka kita dapat menambah pacth secara array.
Pada antena array, yang disusun secara array adalah bagian patch. Penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen tunggal dapat menentukan medan total dari antena array. Medan dari setiap elemen array berinterferensi secara konstruksi pada arah yang diinginkan dan berinterferensi secara destruktrif pada arah yang lain. Hal ini diperlukan untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu. Pada antena mikrostrip array juga terdapat Array Faktor (AF) yang merupakan vector pengali dari medan elektrik dari elemen tunggal. Besar tingkat daya yang diradiasikan oleh suatu antena mikrostrip ditentukan oleh AF.
Antena mikrostrip dalam array memiliki beberapa kelebihan dan juga kekurangan dibandingkan dengan antena mikrostrip konvensional. Kelebihannya yaitu memiliki bandwith dan gain yang lebih besar daripada anten mikrostrip konvensional. Sedangkan kekurangannya yaitu mmbutuhkan suatu jalur transisi/pencatu antara elemen peradiasi dan input connector untuk mengurangi rugi-rugi sehingga mengurangi efisiensi antna[15].
2.8Teknik Pencatuan Antena dan Penyesuaian Impedansi
Terdapat berbagai konfigurasi teknik pencatuan elektromagnetik pada antena mikrostrip. Salah satu teknik pencatuan yang sederhana adalah teknil feed line. Pada teknik pencatuan feed line, Persamaan yang digunakan untuk mencari dimensi saluran transmisi mikrostrip dapat digunakan Persaman 2.11[11].
(2.12)
√ (2.13) Sedangkan panjang saluran transmisi dihitung dengan Persamaan 2.14[11].
L = (2.14)
Dimana dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.15[11].
√ (2.15)
Penyesuaian impedansi atau matching impedance dilakukan agar dapat menyesuaiakan dua impedansi yang tidak sama, yaitu karakteristik saluran (Zo) dan impedansi beban (Zin). Penyesuaian impedasi merupakan hal yang penting karena kondisi yang sesuai (match) antara impedansi karakteristik saluran dengan beban akan menghasilkan transfer daya yang maksimal, karena redaman yang disebabkan daya pantul akan diminimalkan. Salah satu teknik matching impedance yang sering digunakan adalah transformator λ/4.
Transformator λ/4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi Zt diantara dua saluran transmisi yang tidak match. Nilai impedansi Zt dapat dihitumg dengan menggunakan Persamaan 2.16[12].
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan manusia akan teknologi telekomunikasi juga bertambah. Hal ini haruslah diiringi dengan perkembangan teknologi yang mendukung dalam pemenuhan kebutuhan tersebut. Salah satu teknologi yang sangat berperan penting dalam dunia telekomunikasi adalah teknologi wireless.
Saat ini teknnologi wireless telah berkembang pesat mulai dari generasi pertama (1G) sampai saat ini telah memasuki generasi ke empat (4G) walaupun implementasinya belum optimal di beberapa Negara termasuk Indonesia. Meskipun demikian, persiapan teknologi generasi ke lima (5G) telah mulai diteliti dan dikembangkan. Salah satu trend teknologi pada generasi ke-5 tersebut adalah alokasi frekuensi pada 60 GHz.
Dengan frekuensi yang sangat tinggi, diperlukan antena transmitter dan receiver yang mampu menerima dan mengirimkan frekuensi 60 GHz. Oleh karena itu, penulis tertarik membuat sebuah rancangan antena mikrostrip patch segiempat array 8x1 untuk aplikasi sistem komunikasi 60 GHz. Patch segiempat merupakan bentuk patch yang sederhana tetapi memiliki gain yang baik. Adapun array 8x1 merupakan susunan patch sebanyak 8 elemen yang dianggap mampu memberikan gain sekitar 16 dBi. Rancangan antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator Adavance Design Siystem (ADS).
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang pada penelitian ini, terdapat beberapa masalah yang dapat dirumuskan antara lain yaitu :
1. Bagaimana merancang antena patch segiempat agar dapat bekerja pada frekuensi 60 GHz?
2. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segiempat array 8x1 untuk aplikasi sistem komunikasi 60 GHz?
1.3Tujuan Penelitian
1.4Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah maka penulis membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada Tugas Akahir ini adalah sebagai berikut:
1. Perancangan antena dilakukan dengan bantuan simulator Advance Design System (ADS)
2. Bahan substrat yang digunakan pada perancangan adalah jenis Rogers RT 5880 (r=2,2, h=0.127 mm).
3. Rancangan antena yang dibahas hanya untuk frekuensi resonansi 60
GHz dengan impedansi input 50 Ω.
4. Parameter yang dibahas untuk rancangan adalah return loss, VSWR, bandwith dan gain.
1.5Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini secara singkat, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
beberapa sistem telekomunikasi. Kelebihan-kelebihan frekuensi pada band 60 GHz.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang penjelasan secara umum dari penelitian yang dilakukan, diagram alir penelitian, variabel yang diamati, dan jadwal penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi hasil simulasi perancangan menggunakan bantuan simulator Advance Design System (ADS)
BAB V PENUTUP
ABSTRAK
Spektrum frekuensi radio merupakan sumber daya alam terbatas yang tersedia di setiap Negara di dunia. Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan akan spektrum frekuensi semakin bertambah namun ketersediaan spektrum tidak bertambah. Salah satu solusi yang ditawarkan oleh para peneliti adalah dengan memanfaatkan spektrum frekuensi tinggi yang belum digunakan yaitu pada spektrum frekuensi 60 GHz. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang memiliki frekuensi kerja pada band 60 GHz. Metode perancangan yang digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan antena array sebanyak 8 elemen yang mampu bekerja dengan parameter antena yang dibutuhkan.
Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa antena mikrostrip dengan 8 elemen susun memiliki return loss -14,67 dB, VSWR antena 1,54, lebar bandwith antena 0,8 GHz dan gain antena 16,8 dB.
TUGAS AKHIR
PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY 8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
IKHYAR ABADI SIREGAR NIM : 110402051
P
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Spektrum frekuensi radio merupakan sumber daya alam terbatas yang tersedia di setiap Negara di dunia. Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan akan spektrum frekuensi semakin bertambah namun ketersediaan spektrum tidak bertambah. Salah satu solusi yang ditawarkan oleh para peneliti adalah dengan memanfaatkan spektrum frekuensi tinggi yang belum digunakan yaitu pada spektrum frekuensi 60 GHz. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang memiliki frekuensi kerja pada band 60 GHz. Metode perancangan yang digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan antena array sebanyak 8 elemen yang mampu bekerja dengan parameter antena yang dibutuhkan.
Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa antena mikrostrip dengan 8 elemen susun memiliki return loss -14,67 dB, VSWR antena 1,54, lebar bandwith antena 0,8 GHz dan gain antena 16,8 dB.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad S.A.W.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
“PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY 8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda Syawaluddin Siregar dan ibunda Purnama Harahap yang senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga sekarang, serta saudara-saudara tercinta yang senantiasa mendukung dan memberi semangat.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
2. Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T., selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Emerson P. Sinulingga, S.T., M.Sc., Ph.D dan Bapak Rahmat Fauzi, S.T, M.T selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6. Temen - teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU, Wahyudi, Hasan, Rido, Dhani, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang selama ini membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
8. Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi masukan selama menjalani perkuliahan.
9. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran.
10. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Mei 2016 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ...viii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ... 5
2.2 Penggolongan Pita Frekuensi ... 5
2.3 Prospek Penggunaan Pita Frekuensi 60 GHz ... 6
2.5 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 9
2.6 Parameter Antena... 11
2.7 Mikrostrip dalam Array ... 13
2.8 Teknik Pencatuan Antena dan Penyesuaian Impedansi ... 14
BAB III PERANCANGAN ANTENA 3.1 Umum……….. ... 16
3.2 Diagram Alir Perancangan Antena ... 17
3.3 Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal ... 18
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan ... 19
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch Segiempat Elemen Tunggal ... 19
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 ... 23
3.4.1 Perancangan Skematik Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 pada Simulator ... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 29
4.2 Analisis Antena Patch Antena ... 29
4.4 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 Optimal ... 35
4.5 Analisis Perbandingan Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan
Antena Array 8x1 Optimal ... 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 40
5.2 Saran ... 40
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ... 8
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 9
Gambar 3.1 Tahapan Perancangan Antena Mikrostrip ... 17
Gambar 3.2 Pembuatan Workspace ... 22
Gambar 3.3 Penyimpanan Workspace pada Library ... 22
Gambar 3.4 Skema Rancangan Antena Mikrostrip Elemen Tunggal ... 23
Gambar 3.5 Rancangan Awal Antena pada Simulator ... 24
Gambar 3.6 Pengisisan Karakteristik Antena Mikrostrip ... 24
Gambar 3.7 Perancangan Saluran Pencatu 2 Antena Array ... 27
Gambar 3.8 Perancangan Saluran Pencatu 4 Antena Array ... 27
Gambar 3.9 Perancangan Saluran Pencatu 8 Antena Array ... 28
Gambar 3.10 Rangkaian Antena Mikrostrip Patch Segiempat Linear Array 8x1 ... 28
Gambar 4.1 Grafik S11 Antena Mikrostrip Patch Tunggal ... 29
Gambar 4.2 Menentukan Bandwith Antena ... 30
Gambar 4.3 Nilai Simulasi VSWR Antena ... 31
Gambar 4.5 Pola Radiasi Antena ... 32
Gambar 4.6 Grafik S11 Antena Array 8x1 ... 33
Gambar 4.7 Menentukan Bandwith dan VSWR Antena Array 8x1 ... 33
Gambar 4.8 Parameter Antena Array 8x1 ... 34
Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Array 8x1 ... 34
Gambar 4.10 Perbandingan Grafik S11 Beberapa Optimasi Antena ... 35
Gambar 4.11 Grafik S11 Rancangan Antena Array 8x1 Optimal ... 36
Gambar 4.12 Mencari VSWR dan Bandwith Rancangan Antena Optimal ... 37
Gambar 4.13 Nilai Simulasi VSWR Antena Array 8x1 Optimal ... 37
Gambar 4.14 Parameter Antena Array 8x1 Optimal ... 38
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Frekuensi dan Panjang Gelombang... 5 Tabel 2.2 Berbagai Jurnal Penelitian Antena Mikrostrip yang Bekerja pada Frekuensi 60 GHz ... 6 Tabel 3.1 Karakteristik Antena yang Dibutuhkan... 17
Tabel 4.1 Optimasi Dengan Perubahan pada Jarak Antara Patch ... 35
Tabel 4.2 Parameter Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan Antena Array
![Gambar 3.7 Perancangan Saluran Pencatu 2 Antena Array[17]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/836224.607052/14.595.127.492.549.646/gambar-perancangan-saluran-pencatu-antena-array.webp)
