Rancang Bangun Antena Mikrostrip Slot Rectangular Dual-Band (2,3 GHz Dan 3,3 GHz) Dengan Pencatuan Proximity Coupled

(1)

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP

DUAL-BAND ( 2,3 GHz DAN 3,3 GHz) DENGAN PENCATUAN

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan S

CHANDRA ELIA AGUSTIN TARIGAN

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

TUGAS AKHIR

.

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SLOT RECTANGULAR

( 2,3 GHz DAN 3,3 GHz) DENGAN PENCATUAN

PROXIMITY COUPLED

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

CHANDRA ELIA AGUSTIN TARIGAN NIM : 100402069

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

SLOT RECTANGULAR

( 2,3 GHz DAN 3,3 GHz) DENGAN PENCATUAN

(2)

ABSTRAK

Antena mikrostrip adalah antena yang memiliki bentuk yang kompak dan

dapat beroperasi dalam banyak pita atau multiband. Salah satu penerapan antena

mikrostrip adalah dalam akses komunikasi nirkabel pita lebar (BWA). Itu

sebabnya banyak yang mengembangkan antena mikrostrip baik dalam bentuknya

maupun pencatuannya. Namun satu masalah yang dimiliki antena mikrostrip

adalah mempunyai bandwidth yang kecil.

Dalam Tugas Akhir ini dirancang antena mikrostrip berbentuk persegi

panjang yang bekerja pada dua frekuensi yang mampu bekerja pada frekuensi

BWA 2,3 GHz dan 3,3 GHz. Dalam teknik pencatuannya digunakan pencatuan

proximity coupled yang bertujuan untuk meningkatkan bandwidth dan untuk

memperoleh dua frekuensi diberikan slot pada antena.

Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja

pada frekuensi 2,328 GHz – 3,491 GHz dengan return loss minimum -12,2 dB

dan VSWR minimum 1,65. Frekuensi kedua bekerja dari 3,12 GHz – 3,395 GHz

dengan return loss minimum -30,4 dB dan VSWR minimum 1,08.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan

kasih-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan segala usaha dan

kemampuan yang dimiliki.

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan satu kurikulum dalam rangka

memperoleh gelar sarjana dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Judul Tugas Akhir ini adalah :

“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SLOT RECTANGULAR

DUAL-BAND ( 2,3 GHz DAN 3,3 GHz) DENGAN PENCATUAN

PROXIMITY COUPLE”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada kedua orang tua yang sangat

mencintai penulis. Tak ada kata lain yang terucap, hanya terima kasih untuk

segala kasih sayang yang telah kalian berikan selama penulis hidup.

Selama menempuh masa pendidikan di Universitas Sumatera Utara hingga

terselesaikannya Tugas Akhir ini banyak pihak yang memberikan motivasi dan

dukungan kepada penulis, untuk itu perkenankanlah penulis dengan segala

kerendahan hati mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir, atas segala bimbingan dan pengarahan serta motivasi dalam

menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S., selaku dosen wali penulis yang telah

(4)

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU dan Bapak Rahmat Fauzi, M.T. selaku Sekretaris

Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bapak Ir. Arman Sani, M.T. dan Ibu Naemah Mubarakah S.T., M.T., selaku

dosen pembanding dalam Tugas Akhir ini.

5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh

Karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

6. Ayah A. Tarigan dan Ibu W. Sitorus serta kakak Amelia dan abang Berry .

Terima kasih untuk segala perhatian dan kasih sayang yang telah kalian

berikan.

7. Teman-teman 2010 Teknik Elektro USU, Yahya, Kharisma, Eden, Hendra,

Angel, Dwi, Dila, Milan, Afron, Sylvester, Benny, Willy, Fransisco, Molen,

Andika, Rimbo, Mayang, Tari, Fadl-lan, Fatih, Yola, Dewi, Agil, Mursyid,

dan anak 2010 lainnya yang telah memberikan motivasi secara langsung

maupun tidak langsung.

8. Teman-teman terbaik, Mezbah, Remon, Dara, Haykal, Rara, Arif, Vina, Raga,

Tiara, Tari, Dicky, Tita, Jojo.

9. Teman-teman Alumni SMA Negeri 1 Tebing Tinggi terkhusus kelas IPA 3

yang telah memberikan kebahagiaan dan semangatnya kepada penulis.

10. Semua senior dan junior di Departemen Teknik Elektro.

11. Mereka, yang tidak disebutkan, yang pernah menghabiskan detik hidupnya

bagi penulis.

Usaha yang terbaik telah diberikan dalam penulisan Tugas Akhir ini,

(5)

Penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca guna

menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas

Akhir ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca.

Medan, November 2014

Penulis,

Chandra Elia Agustin Tarigan

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 2

1.3 Perumusan Masalah ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2 DASAR TEORI ... 5

2.1 Antena ... 5

2.2 Antena Mikrostrip... 6

2.3 Parameter Umum Antena Mikrostrip ... 8

2.3.1 Impedansi Masukan ... 8

2.3.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ... 9

2.3.3 Return Loss ... 9

2.3.4 Lebar Pita (Bandwidth) ... 10

2.3.5 Keterarahan (Directivity) ... 11

(7)

2.3.7 Pola Radiasi ... 12

2.3.8 Polarisasi ... 13

2.3.9 Frekuensi Resonansi ... 16

2.4 Antena Mikrostrip Patch Persegi Panjang... 16

2.5 Teknik Pencatuan Proximity Coupled ... 18

2.6 Teknik Menghasilkan Dual Frekuensi ... 19

BAB 3 PERANCANGAN ANTENA DAN SIMULASI ... 22

3.1 Umum ... 22

3.2 Perangkat Yang Digunakan ... 23

3.3 Jenis Substrat Yang Digunakan ... 23

3.4 Diagram Alir Perancangan Antena ... 24

3.5 Menetukan Lebar Saluran Pencatu 50 Ω ... 25

3.6 Penentuan Dimensi Antena ... 25

3.6.1 Perancangan Dimensi Antena Untuk Frekuensi 2,3 GHz ... 26

3.6.2 Perancangan Dimensi Antena Untuk Frekuensi 3.3 GHz ... 27

3.6.3 Penambahan Slot untuk Menghasilkan Dua Frekuensi ... 28

3.6.4 Hasil Simulasi Optimal ... 34

(8)

4.1 Pengukuran Antena... 39

4.2 Pengukuran Return Loss dan VSWR ... 40

4.3 Pengukuran Pola Radiasi ... 43

4.4 Analisis Hasil Pengukuran... 45

4.4.1 Analisis Hasil Pengukuran Return Loss dan VSWR ... 45

4.4.2 Analisis Hasil Pengukuran Pola Radiasi ... 48

4.4.3 Analisis Pencapaian Antena ... 50

4.4.4 Analisis Kesalahan Umum ... 52

BAB 5 PENUTUP ... 53

5.1 Kesimpulan ... 53

5.2 Saran ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... xi

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Peran antena di sistem komunikasi nirkabel ... 5

Gambar 2.2 Struktur dari Antena Mikrostrip ... 6

Gambar 2.3 Pola Radiasi Antena ... 13

Gambar 2.4 Polarisasi Linear ... 14

Gambar 2.5 Polarisasi Melingkar ... 14

Gambar 2.6 Polarisasi Elips ... 15

Gambar 2.7 Pencatuan Proximity Coupled ... 18

Gambar 2.8 Orthogonal mode dual frequency patch antennas ... 20

Gambar 2.9 Multi-patch dual-frequency antennas ... 20

Gambar 2.10 reactively loaded dual frequency patch antenna... 21

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena ... 24

Gambar 3.2 Bentuk feed ... 25

Gambar 3.3 Patch untuk menghasilkan frekuensi 2,3 GHz ... 26

Gambar 3.4 Hasil simulasi elemen tunggal pada frekuensi 2,3 GHz... 27

Gambar 3.5 Patch untuk menghasilkan frekuensi 3,3 GHz ... 27

Gambar 3.6 Hasil simulasi elemen tunggal pada frekuensi 3,3 GHz... 28

Gambar 3.7 Bentuk penambahan 1 slot pada patch antena ... 29

Gambar 3.8 Hasil karakterisasi posisi penambahan 1 slot ... 29

Gambar 3.9 Hasil karakterisasi ukuran penambahan 1 slot ... 30

(10)

Gambar 3.19 Substrat 1 tampak muka ... 35

Gambar 3.20 Substrat 2 tampak muka ... 35

Gambar 3.21 Antena tampak samping ... 36

Gambar 3.22 Hasil akhir return loss perancangan antena ... 36

Gambar 3.23 Hasil akhir VSWR perancangan antena ... 36

Gambar 3.24 Pola Radiasi antena pada 2,35 GHz ... 37

Gambar 3.25 Pola radiasi antena pada 3,35 GHz... 38

Gambar 4.1 Hasil fabrikasi antena (a) feedline antena ... 39

Gambar 4.1 Hasil fabrikasi antena (b) keseluruhan antena ... 40

Gambar 4.2 Grafik Return Loss hasil Pengukuran ... 41

Gambar 4.3 Grafik VSWR hasil pengukuran ... 42

Gambar 4.4 Pola Radiasi pada saat frekuensi 2,35 GHz... 44

Gambar 4.5 Pola Radiasi pada saat frekuensi 3,35 GHz... 44

Gambar 4.6 Hasil pengukuran return loss untuk frekuensi 2,3 GHz ... 45

Gambar 4.7 Hasil pengukuran return loss untuk frekuensi 3,3 GHz ... 46

Gambar 4.8 Hasil pengukuran VSWR untuk frekuensi 2,3 GHz ... 47

Gambar 4.9 Hasil pengukuran VSWR untuk frekuensi 3,3 GHz ... 47

Gambar 4.10 Pola radiasi antena pada frekuensi 2,35 GHz ... 49

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi antena yang diinginkan ... 22

Tabel 3.2 Spesifikasi bahan substrat yang digunakan ... 24

Tabel 4.1 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz ... 48

Tabel 4.2 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz ... 48

Tabel 4.3 Analisis Capaian Antena untuk frekuensi 2,3 GHz ... 51

(12)

ABSTRAK

Antena mikrostrip adalah antena yang memiliki bentuk yang kompak dan

dapat beroperasi dalam banyak pita atau multiband. Salah satu penerapan antena

mikrostrip adalah dalam akses komunikasi nirkabel pita lebar (BWA). Itu

sebabnya banyak yang mengembangkan antena mikrostrip baik dalam bentuknya

maupun pencatuannya. Namun satu masalah yang dimiliki antena mikrostrip

adalah mempunyai bandwidth yang kecil.

Dalam Tugas Akhir ini dirancang antena mikrostrip berbentuk persegi

panjang yang bekerja pada dua frekuensi yang mampu bekerja pada frekuensi

BWA 2,3 GHz dan 3,3 GHz. Dalam teknik pencatuannya digunakan pencatuan

proximity coupled yang bertujuan untuk meningkatkan bandwidth dan untuk

memperoleh dua frekuensi diberikan slot pada antena.

Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja

pada frekuensi 2,328 GHz – 3,491 GHz dengan return loss minimum -12,2 dB

dan VSWR minimum 1,65. Frekuensi kedua bekerja dari 3,12 GHz – 3,395 GHz

dengan return loss minimum -30,4 dB dan VSWR minimum 1,08.

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Komunikasi nirkabel (wireless communication) sudah sangat berkembang

pada saat ini. Perkembangan dari komunikasi bergerak ini juga terus didukung

oleh perangkat yang memadai. Antena merupakan suatu alat yang sangat melekat

dengan sistem komunikasi nirkabel. Antena yang memiliki desain kompak dan

dapat beroperasi pada banyak pita untuk sistem komunikasi nirkabel telah diteliti

secara mendalam dan dikembangkan secara luas. Antena itu memiliki beberapa

keunggulan seperti ukuran yang kecil, harga yang murah dalam fabrikasinya dan

sederhana. Antena ini dicetak pada sebuah papan yang dapat beroperasi pada dua

atau banyak frekuensi yaitu antena mikrostrip. Namun, bandwidth yang sempit

menjadi salah satu permasalahan antena mikrostrip.

Dengan tujuan menyediakan bandwidth besar untuk aplikasi-aplikasi sistem

komunikasi nirkabel, maka desain broadband antena menjadi salah satu hal yang

penting. Desain antena yang bisa menghasilkan pita dengan frekuensi lebar dapat

diperoleh dari antena mikrostrip, antena helix, antena planar maupun antena log

periodic. Broadband Wireless Access merupakan teknologi yang banyak

dikembangkan saat ini. Kelebihan BWA yaitu dapat menawarkan akses data

berkecepatan tinggi yang mampu menyediakan layanan kapanpun dan dimanapun.

Salah satu teknologi yang mengusung broadband wireless access adalah WiMAX

(14)

teknologi akses nirkabel pita lebar dengan bandwidth yang lebar dan bitrate yang

besar. Antena broadband sudah banyak dikembangkan di berbagai Negara.

Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas perancangan antena mikrostrip dengan

patch berbentuk persegi panjang yang bekerja pada dua frekuensi. Untuk

merealisasikannya antena mikrostrip yang dibuat akan diberikan slot berbentuk

‘L’ terbalik. Antena mikrostrip diharapkan mampu bekerja dengan frekuensi yang

cukup lebar karena pencatuan yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah

proximity coupled. Adapun parameter yang diamati adalah return loss, VSWR,

bandwidth, dan pola radiasi.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah melakukan analisa rancang bangun

antena mikrostrip dengan patch berbentuk persegi panjang yang diberikan slot

dengan pencatuan proximity coupled yang dapat bekerja pada frekuensi BWA

2,3 GHz dan 3,3 GHz.

1.3 Perumusan Masalah

Masalah yang dirumuskan dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Apa yang dimaksud antena mikrostrip rectangular?

2. Bagaimana cara pencatuan proximity coupled?

3. Bagaimana merancang antena mikrostrip yang dapat bekerja di dua frekuensi?

4. Bagaimana mengukur hasil rancangan antena mikrostrip slot rectangular dual

(15)

1.4 Batasan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini dibatasi pada:

1. Perancangan hanya pada mikrostrip dengan patch persegi panjang.

2. Pencatuan yang digunakan adalah proximity coupled.

3. Frekuensi yang digunakan pada saat perancangan adalah 2,35 GHz dan

3,35 GHz.

4. Parameter yang dibahas adalah Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), return

loss, bandwidth, dan pola radiasi.

5. Bahan substrat yang digunakan adalah Epoxy FR4 (Ɛr=4,4) dengan ketebalan

1,6 mm.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini adalah:

Bab I : Pendahuluan

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,

tujuan penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

Bab II : Dasar Teori

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan uraian mengenai

antena mikrostrip, antena mikrostrip slot rectangular serta teknik pencatuan.

Bab III : Perancangan dan Simulasi Antena

Bab ini berisi mengenai perancangan antena mikrostrip slot rectangular

(16)

Bab IV : Hasil Pengukuran dan Analisa Hasil Pengukuran

Bab ini berisi mengenai hasil dan pembahasan antena mikrostrip

slot-rectangular untuk frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz.

Bab V : Penutup

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan

(17)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena

Antena merupakan elemen penting yang terdapat dalam sistem

telekomunikasi tanpa kabel (wireless). Pemilihan antena yang tepat, perancangan

yang baik dan pemasangan yang benar menjamin kinerja (performansi) sistem

tersebut [1].

Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan

dan atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena sebagai alat pemancar

(transmitting antenna) adalah sebuah transduser (pengubah) elektromagnetis,

yang digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun di dalam saluran transmisi

menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas, dan sebagai alat penerima

(receiving antenna) mengubah gelombang ruang bebas menjadi gelombang

tertuntun, seperti terlihat pada Gambar 2.1 [1].

(18)

2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan antena yang berbentuk papan (board) tipis

dan mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Secara fisik antena ini

terlihat sederhana karena hanya berupa lempengan semacam PCB yang cukup

dikenal dalam dunia elektronika. Dalam bentuknya yang paling dasar, sebuah

antena mikrostrip terdiri dari sebuah bidang (patch) memancar disalah satu sisi

lapisan (substrate) dielektrik yang memiliki bidang dasar (ground plane) di sisi

lain.

Gambar 2.2 Struktur dari Antena Mikrostrip

Gambar 2.2 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip [2].

Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrate, dan

ground plane. Patch terletak di atas substrat, sementara ground plane terletak

pada bagian paling bawah. Pada umumnya, patch terbuat dari logam konduktor

seperti tembaga atau emas dan mempunyai bentuk yang bermacam macam. Patch

berfungsi sebagai pemancar (radiator). Bentuk patch antena mikrostrip yang

sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, lingkaran, dan lain-lain. Patch dan

saluran pencatu biasanya terletak di atas substrate. Substrat merupakan bagian

(19)

ini memiliki nilai konstanta dielektrik (Ɛr), faktor disipasi, dan ketebalan (h)

tertentu. Ketiga hal tersebut mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth, dan juga

efisiensi antena yang akan dibuat. Semakin tebal substrat maka bandwidth akan

semakin meningkat tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan

[3].

Antena Mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan

antena konvensional gelombang mikro, diantaranya [4]:

1. Ringan, kecil, dan tipis;

2. Biaya fabrikasi yang murah;

3. Dengan pencatuan yang sederhana dapat menghasilkan polarisasi sirkular dan

linear;

4. Mampu bekerja di dua frekuensi dan dapat menghasilkan dua polarisasi

antena;

5. Dapat diintegrasikan dengan MIC (Microwave Integrated Circuit);

6. Feedline dan matching network dapat difabrikasi secara serempak dengan

struktur antena.

Ada kelebihan, tentu juga ada kekurangan. Kekurangan dari antena

mikrostrip dibandingkan dengan antena konvensional gelombang mikro adalah

[4]:

1. Bandwidth yang sempit;

2. Gain yang rendah;

3. Rugi-rugi ohm yang besar pada struktur pencatuan;

4. Kemurnian polarisasi sulit untuk dicapai;

(20)

6. Antena mikrostrip yang difabrikasi pada substrat dengan konstanta dielektrik

yang tinggi sangat mudah diintegrasikan dengan MIC. Akan tetapi,

penggunaan substrat dengan konstanta dielektrik tinggi menghasilkan efisiensi

yang rendah dan bandwidth yang sempit.

2.3 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Kinerja suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena

tersebut. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk

menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Wave Standing

Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, penguatan, dan pola radiasi.

Sebagian parameter ini saling berhubungan satu dengan yang lainnya.

2.3.1 Impedansi Masukan

Impedansi masukan didefenisikan sebagai impedansi yang diberikan oleh

antena kepada rangkaian di luar, pada suatu titik acuan tertentu . Saluran transmisi

penghubung yang dipasangkan ke antena akan melihat antena tersebut sebagai

beban dengan impedansi beban sebesar Zin. Secara matematis, Persamaan

impedansi antena dapat dirumuskan pada Persamaan (2.1) [2] :

Zin = Rin + jXin (2.1)

Dengan:

Zin = impedansi antena (Ω)

Rin = resistansi antena (Ω)

(21)

2.3.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing

wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Ada dua komponen

gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang

direfleksikan (V0-). Perbandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang

dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) dirumuskan dalam

Persamaan (2.2)[2] :

Rumus untuk mencari VSWR diperlihatkan pada Persamaan (2.3) [2] :

VSWR =

perancangan suatu antena yang mengartikan bahwa tidak ada refleksi ketika

saluran berada dalam keadaan matching sempurna. Tetapi dalam prakteknya,

kondisi ini sulit diterapkan sehingga nilai standar VSWR yang diijinkan boleh

bernilai ≤ 2.

2.3.3 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

(22)

terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi

masukan beban (antena). Perhitungan return loss dapat dilihat pada Persamaan

(2.4) [5]:

return loss = 20 log10 |Γ| (dB) (2.4)

Antena yang baik akan mempunyai nilai return loss dibawah -9,54 dB

sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar

dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau saluran transmisi sudah

berada dalam keadaan missmatched.

2.3.4 Lebar Pita (Bandwidth)

Bandwidth antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi kerja dari suatu

antena dengan menunjukkan beberapa karakteristik yang sesuai pada standar yang

ditentukan. Bandwidth dapat dipertimbangkan sebagai rentang frekuensi pada

salah satu sisi dari frekuensi tengah dimana karekteristik antena dalam keadaan

yang dapat diterima pada frekuensi tengah [4].

Untuk persamaan bandwidth dinyatakan sebagai [2]:

(23)

fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)

2.3.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari suatu antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan

dari intensitas radiasi suatu antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata

rata pada segala arah. Dengan kata lain, keterarahan dari sebuah sumber non

isotropis sama dengan perbandingan dari intensitas radiasinya pada arah tertentu

dengan sumber isotropisnya [2]. Keterarahan pada antena secara umum

dinyatakan pada Persamaan (2.8) [6]:

rad

o _PU

D _₁₀__log4 max (2.8)

dengan :

Do = directivity (dB)

Umax = intensitas radiasi maksimum (watt)

Prad = daya radiasi total (watt)

2.3.6 Penguatan (Gain)

Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut

(absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada

sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah

tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh

antena teradiasi secara isotropic [5]. Penguatan absolut dapat dihitung dengan

(24)

U

G4 (,) (2.9)

dengan: U(,) = intensitas radiasi

Pin = total daya masukan (daya yang diterima)

Penguatan relatif didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya

pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang

juga didefenisikan. Daya masukan harus sama untuk kedua antena itu. Antena

referensi yang digunakan biasanya berupa antena dipole, horn, atau antena lainnya

yang nilai gain-nya dapat dihitung maupun diketahui. Akan tetapi, dalam banyak

keadaan antena referensi merupakan sumber isotropic yang loseless [5].

Penguatan relatif dapat dihitung dengan Persamaan (2.10) [6]:

( )

suatu antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak keadaan, pola radiasi

ditentukan pada pola daerah medan jauh dan digambarkan sebagai fungsi

koordinat – koordinat arah sepanjang radius konstan, dan digambarkan pada

koordinat ruang. Sifat – sifat radiasi ini mencakup intensitas radiasi, kekuatan

medan (field strenght) dan polarisasi. Sedangkan untuk pola radiasi antena

microstrip mempunyai fenomena yang sama dengan pola radiasi antena

konvensional [4]. Medan radiasi antena terbagi menjadi medan jauh (far field) dan

medan dekar (near field). Jarak minimum antara antena pemancar dengan antena

(25)

 2 min 2D r 

(2.11) dengan: rmin = jarak minimum pemancar dengan penerima (cm)

D = dimensi terbesar dari antena (cm)

λ = panjang gelombang (cm)

Pola radiasi dapat dilihat pada Gambar 2.3 [6].

Gambar 2.3 Pola Radiasi Antena

2.3.8 Polarisasi

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan

oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada

arah gain maksimum [4]. Polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan

arah dari tengah antena sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai

polarisasi yang berbeda [3].

Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linear (linier), circular

(26)

Gambar 2.4 Polarisasi Linear

Polarisasi linier pada Gambar 2.4 terjadi jika suatu gelombang yang

berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik

(atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama

pada setiap waktu [3]. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik maupun magnet)

memenuhi:

a. Hanya ada satu komponen

b. Dua komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada

perbedaan fasa waktu 1800_{atau kelipatannya.}

Gambar 2.5 Polarisasi Melingkar

Polarisasi melingkar pada Gambar 2.5 terjadi jika suatu gelombang yang

(27)

magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu [2].

Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai polarisasi ini:

a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus liner.

b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama.

c. Kedua komponen tersebut harus mempunyai perbedaan fasa waktu pada

kelipatan ganjil 900.

Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular

Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP

terjadi ketika δ=+π/2, sedangkan RHCP terjadi ketika δ=-π/2.

Gambar 2.6 Polarisasi Elips

Polarisasi elips pada Gambar 2.6 terjadi ketika gelombang yang berubah

menurut waktu memiliki vector medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur

kedudukan elips pada ruang [3]. Kondisi yang harus dipenuhi untuk menciptakan

polarisasi ini adalah:

a. Medan harus mempunyai dua komponen linier orthogonal.

b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau

(28)

c. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama,

perbedaan fasa waktu diantara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai

00 atau kelipatan 1800 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen

berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa diantara kedua

komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil dari 900 _(karena

akan menjadi lingkaran).

2.3.9 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi merupakan frekuensi kerja dari sebuah antena. Rentang

frekuensi kerja dari suatu antena dapat dilihat dari grafik Voltage standing Wave

Ratio (VSWR) dan grafik return loss.

2.4 Antena Mikrostrip Patch Persegi Panjang

Patch berbentuk persegi panjang merupakan bentuk yang paling umum

digunakan dan paling mudah untuk dianalisa. Perhitungan untuk menentukan

ukuran patch persegi panjang adalah:

Menentukan lebar patch (W) [4]:

frekuensi kerja dari antena, dan Ɛr adalah konstanta dielektrik dari bahan substrat.

(29)

akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L (ΔL) dirumuskan

dengan Persamaan (2.13) [4].



Dimana h merupakan tinggi substrat dan Ɛreff adalah konstanta dielektrik relative

yang dirumuskan pada Persamaan (2.14) [4].



Sehingga panjang patch (L) dapat dihitung dengan Persamaan (2.15) [4].

L Leff 2L (2.15)

Dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dirumuskan dengan [4]:

reff

memiliki impedansi 50 ohm. Lebar saluran pencatu dapat diperoleh dengan

menggunakan Persamaan (2.17) dan (2.18) [7].

(30)

2.5 Teknik Pencatuan Proximity Coupled

Beberapa teknik pencatuan yang populer pada antena mikrostrip antara

lain microstrip line, coaxial probe, aperture coupling, dan proximity coupling.

Karena antena meradiasi dari satu sisi substrat, maka akan lebih gampang untuk

memberikan pencatuan di sisi lainnya (ground plane) atau dari sisi elemen.

Proximity coupling menggunakan dua substrat Ɛr1 dan Ɛr2. Patch berada

diatas, ground plane berada dibawah dan saluran transmisi menghubungkan

sumber daya dan berada diantara dua substrat seperti ditunjukkan pada Gambar

2.7 [8]. Tipe ini dikenal juga sebagai “electromagnetically coupled microstrip

feed”.

Gambar 2.7 Pencatuan Proximity Coupled

Keuntungan utama dari teknik pencatuan ini adalah menghilangkan radiasi

feeding dan memberikan bandwidth yang lebar (bisa mencapai 13%), berkaitan

dengan bertambah tebalnya antena mikrostrip. Pencatuan ini juga memberikan

pilihan untuk memakai substrat yang berbeda antara substrat untuk patch dan

substrat untuk feedline untuk mengoptimalkan performansinya. Matching dapat

(31)

Kerugiannya adalah antena dengan pencatuan proximity coupled sulit difabrikasi

karena dua substrat harus memiliki pensejajaran yang tepat. Perbedaan

karakteristik antara masing-masing pencatuan terlihat pada Tabel 2.1 [2].

Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik teknik pencatuan

Karakteristik Pencatuan Mikrostrip Line

Radiasi feed Lebih Banyak Lebih Banyak Sedikit Minimum

Keandalan Lebih Baik Buruk karena pengaruh

penyolderan Baik Baik

Fabrikasi Mudah

Dibutuhkan penyolderan

dan pengeboran

Cukup Rumit Cukup Rumit

Matching

Impedance Mudah Mudah Mudah Mudah

Bandwidth 2-5% 2-5% 2-5% 13%

2.6 Teknik Menghasilkan Dual Frekuensi

Frekuensi ganda atau dual frequency atau disebut juga dengan dualband

antena mikrostrip merupakan suatu jenis antena mikrostrip yang dapat bekerja

pada dua buah frekuensi yang berbeda satu dengan lainnya tanpa memerlukan dua

buah antena yang berbeda secara fisik.

Terdapat tiga jenis teknik untuk mendapatkan antena dengan dua frekuensi

resonansi yang berbeda, yaitu [5]:

1. Orthogonal mode dual-frequency patch antennas

2. Multi-patch dual-frequency antennas

(32)

Orthogonal mode dual frequency patch antennas

jenis antena mikrostrip yang dicatu oleh dua mode dominan yang

dengan lainnya [9].

sehingga menghasilkan dua buah frekuensi. Atau bisa juga dengan menggunakan

pencatuan ganda.

Gambar 2.8

Sedangkan multi patch dual frequency antennas

jenis antena mikrostrip yang mempergunakan lebih dari satu elemen antena

dimana masing-masing elemen mempunyai frekuensi

Cara lain yang bisa dilakukan adalah dengan menyusun

lapisan substrat.

Gambar

Adapun jenis yang ketiga adalah

antenna (Gambar 2.10)

Orthogonal mode dual frequency patch antennas (Gambar 2.8)

jenis antena mikrostrip yang dicatu oleh dua mode dominan yang

Pencatu diletakkan sedemikian rupa pada satu buah

Gambar 2.8 Orthogonal mode dual frequency patch antennas

multi patch dual frequency antennas (Gambar 2.9)

masing elemen mempunyai frekuensi resonansi yang berbeda

Cara lain yang bisa dilakukan adalah dengan menyusun patch antena pada satu

Gambar 2.9 Multi-patch dual-frequency antennas

Adapun jenis yang ketiga adalah reactively loaded dual frequency patch

(Gambar 2.10), yaitu satu jenis antena mikrostrip yang diberi beban (Gambar 2.8) adalah satu

jenis antena mikrostrip yang dicatu oleh dua mode dominan yang orthogonal satu

Pencatu diletakkan sedemikian rupa pada satu buah patch

Orthogonal mode dual frequency patch antennas

(Gambar 2.9) adalah satu

resonansi yang berbeda [9].

antena pada satu

frequency antennas

reactively loaded dual frequency patch

(33)

reaktif (reactive load) tambahan sehingga secara keseluruhan antena tersebut akan

beresonansi pada dua frekuensi yang berbeda. Beban yang dimaksud bisa berupa

slot, pin, stub, slot dan pin, ataupun kapasitor. Beban reaktif tersebut diletakkan

pada tepi peradiasi untuk menghasilkan panjang resonansi yang lebih jauh,

dimana panjang resonansi ini berkaitan dengan pembangkitan frekuensi lainnya

[9].

(34)

BAB III

PERANCANGAN ANTENA DAN SIMULASI

3.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini akan dirancang antena mikrostrip rectangular untuk

mendapatkan karakteristik antena yang telah ditentukan. Jenis antena mikrostrip

yang dirancang adalah antena berbentuk segi empat dengan penambahan beban

slot berbentuk ‘L’ sebanyak 2 buah. Pencatuan yang digunakan adalah pencatuan

proximity coupled. Keuntungan rancangan ini adalah bentuk patch peradiasi yang

sederhana dan mudah dalam fabrikasinya serta pencatuan yang digunakan dapat

memperlebar bandwidth dari antena.

Ada beberapa tahapan yang dilakukan dalam perancangan antena ini, yaitu

penentuan spesifikasi substrat yang akan digunakan, penentuan dimensi antena,

penentuan lebar saluran pencatu antena, serta penentuan panjang dan posisi slot

pada antena. Tujuan dilakukan perancangan ini adalah untuk melihat bagaimana

karakteristik antena agar nantinya setelah difabrikasi akan didapatkan hasil sesuai

yang diinginkan. Adapun spesifikasi antena yang diinginkan seperti terlihat pada

Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena yang Diinginkan

Parameter Antena pada frekuensi

Pertama Antena pada frekuensi Kedua

(35)

3.2 Perangkat Yang Digunakan

Perancangan antena ini menggunakan perangkat keras (hardware) dan

perangkat lunak (software). Perangkat keras digunakan untuk fabrikasi dan

pengukuran antena, sedangkan perangkat lunak digunakan untuk melakukan

simulasi dan merancang antena untuk keperluan fabrikasi.

Perangkat keras 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). Alat

ini digunakan untuk pengukuran port tunggal (VSWR, return loss, dan

bandwidth) dan mengukur port ganda (pola radiasi).

5. Konektor SMA 50 ohm.

6. Kabel Coaxial 50 ohm.

7. Selotip Kertas untuk menutup celah antara dua substrat sehingga

meminimalisir udara di antaranya.

Adapun perangkat lunak yang digunakan adalah:

1. Simulator Struktur Frekuensi Tinggi untuk melakukan simulasi antena

2. Microsoft Excel 2007 untuk melakukan pengolahan data

3. Microsoft Visio 2003 untuk melakukan perancangan antena 2 dimensi.

3.3 Jenis Substrat Yang Digunakan

Bahan dasar untuk perancangan antena ini adalah substrat. Substrat

(36)

Mulai frekuensi dengan bandwidth =

100 MHz

Karakterisasi antena Melakukan simulasi dengan program simulator

termasuk melakukan pengaturan slot untuk menciptakan frekuensi ganda pada antena

Menghitung panjang dan lebar antena untuk frekuensi 2.3 Ghz Menentukan lebar saluran

pencatu

Menentukan frekuensi kerja yang diinginkan

dijabarkan karakteristik substrat yang digunakan adalah:

Tabel 3.2 Spesifikasi substrat yang digunakan

Parameter Ukuran

Jenis Substrat FR4-Epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif 4,4

Rugi Tangensial 0,02

Ketebalan Substrat 1,6 mm

3.4 Diagram Alir Perancangan Antena

Salah satu proses yang harus dilakukan adalah merencanakan bagaimana

antena ini akan dapat bekerja dengan menentukan tahapan-tahapan seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.1.

(37)

3.5 Menetukan Lebar Saluran Pencatu 50 Ω

Pencatuan yang digunakan pada antena ini adalah pencatuan proximity

coupled atau dikenal juga dengan electromagnetically coupled. Saluran pencatu

pada teknik pencatuan ini terletak di tengah kedua substrat. Untuk antena elemen

tunggal, impedansi saluran pencatu yang digunakan yaitu saluran 50 ohm. Untuk

mendapatkan nilai impedansi saluran pencatu sebesar 50 ohm dapat dilakukan

pengaturan lebar terhadap saluran pencatu. Untuk mendapatkan lebar saluran

pencatu yang menghasilkan impedansi 50 ohm dapat dihitung dengan Persamaan

(2.17) dan (2.18), sehingga didapat lebar saluran pencatu sebesar 3,06 mm. Pada

Gambar 3.2 tampak bentuk feed yang merupakan hasil perhitungan untuk

menghasilkan impedansi sebesar 50 Ω.

Gambar 3.2 Bentuk feed

3.6 Penentuan Dimensi Antena

Antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini diinginkan mampu bekerja

pada dua frekuensi yaitu 2,3 GHz dan 3,3 GHz. Hal ini berarti frekuensi resonansi

antena yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz adalah 2,35 GHz dan untuk antena

yang bekerja pada frekuensi 3,5 GHz adalah 3,35 GHz. Frekuensi tengah ini yang

(38)

yang ingin dicari seperti dimensi patch dan lebar saluran pencatu. Pada rentang

frekuensi kerja antena diharapkan memiliki parameter VSWR ≤ 2 dan return loss

≤ -10 dB.

3.6.1 Perancangan Dimensi Antena Untuk Frekuensi 2,3 GHz

Pada awalnya dilakukan perhitungan dimensi patch antena untuk frekuensi

2,3 GHz. Sesuai dengan yang telah dijabarkan, untuk perhitungan pada antena ini

dilakukan dengan mengambil nilai tengah frekuensi yaitu pada 2,35 GHz. Rumus

untuk perhitungan patch antena telah dipaparkan pada Bab II. Dari perhitungan

tersebut didapatkan lebar patch antena sebesar 38,85 mm dan panjang patch

sebesar 30,06 mm. Hasil perhitungan tersebut tidak tepat bekerja pada frekuensi

resonansi 2,35 GHz sehingga dilakukan karakterisasi yang menghasilkan antena

berukuran lebar 38 mm dan panjang 27,8 mm yang terlihat seperti pada Gambar

3.3.

Gambar 3.3 Patch untuk menghasilkan frekuensi 2,3 GHz

Desain awal dari antena mikrostrip untuk frekuensi yang bekerja di

2,35 GHz seperti yang terlihat pada Gambar 3.3. Hasil yang diperoleh dapat

(39)

Gambar 3.4 Hasil simulasi elemen tunggal pada frekuensi 2,3 GHz

Gambar 3.4 merupakan hasil yang didapat dan menghasilkan frekuensi

resonansi pada 2,35 GHz dengan bandwidth yang berkisar 2,29 GHz – 2,39 GHz

pada nilai return loss -19,58 dB.

3.6.2 Perancangan Dimensi Antena Untuk Frekuensi 3,3 GHz

Pada antena frekuensi 3,3 GHz dilakukan perhitungan pada frekuensi

resonansi 3,35 GHz sebagai frekuensi tengahnya. Dengan menggunakan

persamaan yang telah dijabarkan pada Bab II, didapatkan dimensi untuk antena ini

pada ukuran lebar 43,0858 mm dan panjang patch 20,5669 mm. Namun pada

ukuran ini tidak menghasilkan antena yang bekerja pada frekuensi 3,35 GHz.

Sehingga dilakukan karakterisasi ukuran patch antena yang mendapatkan lebar

35 mm dan panjang 18,5 mm pada Gambar 3.5. Hasil dari desain antena tersebut

dapat dilihat pada Gambar 3.6.

(40)

Gambar 3.6 Hasil simulasi elemen tunggal pada frekuensi 3,3 GHz

Gambar 3.6 merupakan hasil yang didapat dan bekerja pada frekuensi kerja

3,31 GHz – 3,41 GHz dengan return loss sebesar -13,23 dB pada frekuensi

3,37 GHz.

3.6.3 Penambahan Slot untuk Menghasilkan Dua Frekuensi

Untuk menghasilkan antena yang bekerja didua frekuensi pada satu

elemen antena, maka pada elemen antena diberikan penambahan slot. Teori ini

telah dijelaskan pada Bab II. Teknik mendapatkan antena yang bekerja didua

frekuensi dengan penambahan slot termasuk ke dalam teknik reactively loaded

dual frequency patch antenna. Pada Tugas Akhir ini slot yang ditambahkan

berbentuk L terbalik. Untuk antena yang digunakan adalah antena yang bekerja

pada frekuensi 2,3 GHz.

a. Karakterisasi posisi slot pertama

Penambahan slot awal pada patch 2,3 GHz yaitu berupa slot rectangular dan

melakukan karakterisasi posisi sepanjang sumbu x terhadap slot yang dimulai dari

(41)

adalah bentuk penambahan slot dan Gambar 3.8 adalah hasil yang didapatkan dari

karakterisasinya.

Gambar 3.7 Bentuk penambahan 1 slot pada patch antena

Gambar 3.8 Hasil karakterisasi posisi penambahan 1 slot

Gambar 3.8 merupakan hasil karakterisasi slot rectangular pada sumbu x.

Terlihat bahwa penambahan itu menghasilkan dua frekuensi namun masih belum

seperti yang diharapkan.

b. Karakterisasi ukuran slot pertama

Penambahan slot pertama pada patch 2,3 GHz yaitu berupa rectangular dan

melakukan karakterisasi terhadap panjang slot rectangular dimulai dari posisi

y = 15 mm hingga posisi y = 17 mm dengan interval 0,2 mm. Gambar 3.9 adalah

(42)

Gambar 3.9 Hasil karakterisasi ukuran penambahan 1 slot

c. Karakterisasi posisi slot kedua

Penambahan slot kedua pada patch 2,3 GHz yaitu berupa slot rectangular

sehingga membentuk slot ‘L’ terbalik dan melakukan karakterisasi posisi

sepanjang sumbu y terhadap slot yang dimulai dari posisi y = 15 mm hingga

posisi y = 17 mm dengan interval 0,2 mm. Gambar 3.10 adalah bentuk

penambahan slot dan Gambar 3.11 adalah hasil yang didapatkan dari

karakterisasinya.

(43)

d. Karakterisasi ukuran slot kedua

Penambahan slot kedua pada patch 2,3 GHz yaitu berupa rectangular

sehingga membentuk slot ‘L’ terbalik dan melakukan karakterisasi terhadap

panjang slot rectangular dimulai dari posisi x = -11 mm hingga posisi x = -9 mm

dengan interval 0,1 mm. Gambar 3.12 adalah hasil yang didapatkan dari

karakterisasinya.

e. Karakterisasi posisi slot ketiga

Penambahan slot ketiga pada patch 2,3 GHz yaitu berupa slot rectangular

(44)

Gambar 3.13 adalah bentuk

didapatkan dari karakteris

Gambar 3.13 Bentuk penambahan 3

Gambar 3.14 Hasil karakterisasi posisi penambahan 3

f. Karakterisasi ukuran

Penambahan slot

melakukan karakterisasi terhadap panjang

x = 14 mm hingga posisi

hasil yang didapatkan dari karakteris

adalah bentuk penambahan slot dan Gambar 3.14 adalah hasil yang

didapatkan dari karakterisasinya.

Gambar 3.13 Bentuk penambahan 3 slot pada patch antena

Gambar 3.14 Hasil karakterisasi posisi penambahan 3

Karakterisasi ukuran slot ketiga

slot ketiga pada patch 2,3 GHz yaitu berupa

melakukan karakterisasi terhadap panjang slot rectangular dimulai dari posisi

hingga posisi x = 19 mm dengan interval 0.2 mm. Gambar

hasil yang didapatkan dari karakterisasinya.

adalah hasil yang

pada patch antena

2,3 GHz yaitu berupa rectangular dan

dimulai dari posisi

(45)

g. Karakterisasi posisi slot keempat

Penambahan slot keempat pada patch 2,3 GHz yaitu berupa slot rectangular

sehingga membentuk slot ‘L’ terbalik yang kedua dan melakukan karakterisasi

posisi sepanjang sumbu x terhadap slot yang dimulai dari posisi x = 13 mm

hingga posisi x = 29 mm. Gambar 3.16 adalah bentuk penambahan slot dan

Gambar 3.17 adalah hasil yang didapatkan dari karakterisasinya.

(46)

h. Karakterisasi ukuran slot keempat

Penambahan slot keempat pada patch 2,3 GHz yaitu berupa rectangular

sehingga membentuk slot ‘L’ terbalik yang kedua dan melakukan karakterisasi

terhadap panjang slot rectangular dimulai dari posisi y = 6,5 mm hingga posisi

y = 8,7 mm dengan interval 0,1 mm. Gambar 3.18 adalah hasil yang didapatkan

dari karakterisasinya.

3.6.4 Hasil Simulasi Optimal

Setelah dilakukan penambahan slot pada antena, dan berbagai karakteristik

lainnya, didapatkan hasil akhir antena dengan penjabaran seperti terlihat pada

Gambar 3.19 untuk substrat 1, Gambar 3.20 untuk substrat 2, dan Gambar 3.21

(47)

Gambar 3.19 Substrat 1 tampak muka

(48)

Gambar 3.21 Antena tampak samping

Adapun hasil grafik return loss dan VSWR dari rancangan optimal tersebut

masing-masing dapat dilihat pada Gambar 3.22 dan Gambar 3.23.

Gambar 3.22 Hasil akhir return loss perancangan antena

Gambar 3.23 Hasil akhir VSWR perancangan antena

Perancangan ini menghasilkan dua frekuensi kerja yang dapat dilihat dari

return loss yang berada ≤ - 10 dB . Pada frekuensi pertama didapatkan frekuensi

dari 2,29 GHz hingga 2,39 GHz dengan nilai puncak return loss -20,718 dB pada

(49)

3,39 GHz dengan puncak return loss dicapai pada -28,8309 pada 2,35 GHz.

VSWR untuk frekuensi 2,35 GHz didapat pada 1,2028 sedangkan pada 3,35 GHz

didapat pada 1,075.

Pola radiasi dari antena berdasarkan hasil simulasi dapat dilihat pada

Gambar 3.24 dan Gambar 3.25.

Gambar 3.24 Pola Radiasi antena pada 2,35 GHz

(50)

Dari Gambar 3.24 terlihat bahwa pola radiasi mengarah pada satu arah

tertentu yang menghasilkan magnitude sebesar 4,579 dB pada sudut 0o_{. Dari}

Gambar 3.25 terlihat bahwa pola radiasi antena lebih menyebar ke samping yang

(51)

BAB IV

HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA HASIL PENGUKURAN

4.1 Pengukuran Antena

Setelah dilakukan perancangan dan simulasi terhadap antena mikrostrip,

maka selanjutnya dilakukan fabrikasi dan pengukuran pada antena tersebut.

Proses pengukuran dilakukan di salah satu ruangan di Departemen Teknik Elektro

FT USU. Pengukuran yang dilakukan untuk mengetahui parameter-parameter dari

antena yang telah dirancang dan difabrikasi pada Tugas Akhir ini adalah

pengukuran port tunggal yaitu return loss, VSWR, bandwidth dan pola radiasi.

Hasil fabrikasi antena dapat dilihat pada Gambar 4.1.

(52)

(b)

Gambar 4.1 Hasil fabrikasi antena : (a) feedline antena; (b) keseluruhan

antena

Karena antena menggunakan pencatuan proximity coupled yang

menggunakan dua buah substrat, maka pada gambar terlihat ada selotip kertas

pada tepi-tepi antena. Selotip kertas tersebut berfungsi untuk menggabungkan

kedua substrat.

4.2 Pengukuran Return Loss dan VSWR

Pengukuran port tunggal merupakan pengukuran antena tanpa melibatkan

antena lain. Pada proses pengukuran port tunggal, parameter-parameter dari

antena yang dapat diukur adalah return loss dari antena. Pengukuran dilakukan

dengan menggunakan network analyzer dengan format S11. Format S11

(53)

apabila antena dipasang pada port 2. Pengukuran return loss antena adalah

pengukuran yang pertama kali. Hasil dari pengukuran return loss tampak pada

Gambar 4.2. Data hasil pengukuran dapat dilihat pada Lampiran A1 dan

Lampiran A2.

Gambar 4.2 Grafik Return Loss hasil Pengukuran

Pada gambar tampak bahwa perancangan antena ini menghasilkan antena

yang bekerja didua frekuensi ditandai dengan adanya frekuensi dengan return loss

≤ -10 dB. Frekuensi pertama yaitu untuk frekuensi 2,35 GHz bekerja pada

rentang 2,328 GHz – 2,491 GHz atau sebesar 163 MHz dengan return loss

bernilai -12,20 dB. Frekuensi ini bergeser sekitar 28 MHz pada frekuensi

bawahnya dari frekuensi saat dilakukan simulasi. Hal ini menyebabkan frekuensi

yang diperoleh ini mencakup 72 % frekuensi kerja BWA 2,3 GHz. Frekuensi

(54)

sebesar 260 MHz dengan return loss bernilai -31,62 dB. Frekuensi ini sudah 90 %

memenuhi frekuensi kerja untuk akses nirkabel pita lebar pada 3,3 GHz. Hasil ini

merupakan hasil terbaik dari antena yang difabrikasi. Selain dari hasil return loss

yang diukur menggunakan network analyzer, ada pula hasil dari VSWR untuk

kedua frekuensi yang dapat dilihat pada Gambar 4.3. Data hasil pengukuran dapat

dilihat pada Lampiran A3 dan Lampiran A4.

Gambar 4.3 Grafik VSWR hasil pengukuran

Tampak pada Gambar 4.3, VSWR terendah pada frekuensi pertama

mencapai 1,65 sedangkan pada frekuensi kedua VSWR terendah mencapai 1,06.

VSWR untuk frekuensi 2,35 GHz bernilai 1,76 dan untuk frekuensi 3,35 GHz

(55)

4.3Pengukuran Pola Radiasi

Pengukuran pola radiasi menggunakan port ganda. Pengukuran port ganda

adalah pengukuran antena dengan melibatkan antena lain. Pada pengukuran pola

radiasi ini digunakan antena yang identik satu sama lainnya dari segi bentuk.

Antena 1 sebagai antena pemancar dihubungkan ke network analyzer dengan

menggunakan kabel koaksial 50 Ω. Antena 2 sebagai antena penerima

dihubungkan ke network analyzer dengan menggunakan kabel koaksial 50 Ω.

Antena memiliki frekuensi kerja yang sama satu dengan yang lainnya. Antena

yang satu berperan sebagai pemancar, sedangkan antena yang lainnya berperan

sebagai penerima. Pengukuran pola radiasi berada di dalam sebuah ruangan yang

dindingnya menyerap gelombang elektromagnetik agar tidak terjadi gema yang

bisa menyebabkan interferensi pada antena.

Pengukuran pola radiasi ini dilakukan pada jarak lebih besar dari far field

region. Nilai far field region dapat dihitung dengan Persamaan (2.11). Setelah

menentukan jarak minimum yang diharuskan antar antena dan semua alat sudah

sedia maka dilakukan pengukuran pola radiasi antena dengan memutar sudut

antena penerima dari 0o_{hingga 350}o_{dengan interval 10}o_.

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran adalah perbandingan daya yang

dikirim dan daya yang diterima dalam satuan desibel. Setelah data didapat,

kemudian dilakukan normalisasi data agar hasilnya tidak terlalu kecil (dapat

dilihat pada Lampiran A5 dan Lampiran A6). Gambar 4.4 memperlihatkan

hasil pengukuran pola radiasi pada frekuensi 2,35 GHz dan Gambar 4.5

(56)

Gambar 4.4 Pola radiasi hasil pengukuran untuk frekuensi 2,35 GHz

Gambar 4.5 Pola radiasi hasil pengukuran untuk frekuensi 3,35 GHz

(57)

Pola radiasi yang dihasilkan pada Gambar 4.4 cenderung mengarah ke satu

arah sedangkan pola radiasi pada Gambar 4.5 cenderung mengarah ke segala arah

(omnidirectional).

4.4 Analisis Hasil Pengukuran

Berdasarkan penjabaran yang dilakukan pada subbab sebelumnya, maka

dapat dilakukan analisis terhadap parameter kerja antena. Analisis ini bermaksud

untuk membandingkan apakah ada perbedaan antara hasil simulasi dengan hasil

pengukuran secara nyata.

4.4.1 Analisis Hasil Pengukuran Return Loss dan VSWR

Analisis yang dilakukan terhadap pengukuran pada port tunggal meliputi

analisis terhadap return loss dan VSWR. Perbandingan hasil simulasi dan

pengukuran pada return loss dapat dilihat pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.

Gambar 4.6 Hasil pengukuran return loss untuk frekuensi 2,3 GHz

(58)

Gambar 4.7 Hasil pengukuran return loss untuk frekuensi 3,3 GHz

Pada Gambar 4.6 dan 4.7 terlihat bahwa ada perbedaan antara hasil

simulasi dan pengukuran ditandai dengan terjadi pergeseran frekuensi. Pada

frekuensi yang direncanakan beresonansi pada 2,35 GHz, batas kiri frekuensi

bergeser sekitar 0,033 GHz atau 33 MHz ke kanan dari hasil simulasi yang

menyebabkan pengukuran menjadi 2,328 MHz. Return loss minimum bernilai

-12,2 dB dan VSWR minimum bernilai 1,65 (Gambar 4.8). Sedangkan pada

frekuensi yang direncanakan beresonansi pada 3,35 GHz, batas kiri frekuensi

bergeser 0,1772 GHz atau 177 MHz ke kiri dari hasil simulasi yang menyebabkan

batas kanan hanya mencapai 3,395 GHz. Return loss minimum bernilai -30,4 dB

dan VSWR minimum bernilai 1,08 (Gambar 4.9).

(59)

Gambar 4.8 Hasil pengukuran VSWR untuk frekuensi 2,3 GHz

Gambar 4.9 Hasil pengukuran VSWR untuk frekuensi 3,3 GHz

1.00 2.00 4.00 8.00

2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 2.6

VS

WR

Frekuensi (GHz) _Simulasi

Pengukuran

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45 3.5

VSWR

Frekuensi (GHz)

(60)

Perbandingan hasil antara simulasi dengan pengukuran pada antena dengan

frekuensi 2,3 GHz dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan perbandingan untuk antena

dengan frekuensi 3,3 GHz dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.1 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz

Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

Bandwidth pada

VSWR ≤ 2 2,2948 GHz – 2,3948 GHz (100 MHz atau 4,255 %) 2,328 GHz – 2,491 GHz (163 MHz atau 6,936 %) Return Loss

minimum -20,718 dB pada frekuensi 2,35 GHz -12,2 dB pada frekuensi 2,38 GHz VSWR

minimum 1,2028 pada frekuensi 2,35 GHz 1,65 pada frekuensi 2,38 GHz

Tabel 4.2 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz

Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

Bandwidth pada

VSWR ≤ 2 3,2972 GHz - 3,3986 GHz (101 MHz atau 2,985 %) 3,12 GHz – 3,395 GHz (275 MHz atau 8,208 %) Return Loss

minimum -28,8309 dB pada frekuensi 3,35 GHz -30,4 dB pada frekuensi 3,24 GHz VSWR

minimum 1,0751 pada frekuensi 3,35 GHz 1,08 pada frekuensi 3,24 GHz

4.4.2 Analisis Hasil Pengukuran Pola Radiasi

Perbandingan yang dapat dilihat pada pola radiasi adalah perbandingan

pada arah dan bentuk pola radiasi. Perbandingan pola radiasi antena untuk

frekuensi 2,35 GHz dan 3,35 GHz masing-masing diperlihatkan pada gambar 4.10

(61)

Gambar 4.10 Pola radiasi antena pada frekuensi 2,35 GHz

Pola radiasi yang ditunjukkan untuk frekensi 2,35 GHz pada Gambar 4.10

relatif berbeda antara pola radiasi pengukuran dengan pola radiasi hasil simulasi.

Nilai maksimum pola radiasi hasil simulasi terjadi pada posisi 320° sedangkan

nilai maksimum pola radiasi hasil pengukuran terletak pada posisi 300°. Begitu

pula dengan pola radiasi yang ditunjukkan untuk frekuensi 3,35 GHz pada

Gambar 4.11 meskipun tampak keliatan mirip. Nilai maksimum pola radiasi hasil

simulasi terjadi pada posisi 0° sedangkan nilai maksimum pola radiasi hasil

pengukuran terletak pada posisi 300°.

(62)

Gambar 4.11 Pola radiasi antena pada frekuensi 3,35 GHz

Kondisi ideal sangat sulit dicapai ketika dilakukan pengukuran pola radiasi.

Sangat sulit untuk menjaga agar antena tetap tegak lurus. Kondisi itu yang dapat

menjadi salah satu penyebab pengukuran tidak dapat dilakukan secara akurat.

Juga dengan adanya gaya tarik dari kabel ketika antena berputar menyebabkan

adanya rugi-rugi pada kabel penghubung.

4.4.3 Analisis Pencapaian Antena

Berdasarkan hasil yang dicapai pada pengukuran antena perancangan dan

dibandingkan dengan spesifikasi antena yang diinginkan, maka hasil antena

perancangan sudah memenuhi 72 MHz frekuensi yang diinginkan untuk bekerja

pada pita 2,3 GHz dan sudah memenuhi 90 MHz frekuensi yang diinginkan pada

(63)

pita 3,3 GHz. Hasil antena perancangan dapat dilihat perbandingannya dengan

antena lain yaitu antena dengan standar depkominfo (dapat dilihat pada

Lampiran B), antena berdasarkan jurnal yang dipilih, dan antena yang sudah

diproduksi (dapat dilihat pada Lampiran C1 dan Lampiran C2) pada Tabel 4.3

dan Tabel 4.4.

Tabel 4.3 Analisis Perbandingan Antena untuk frekuensi 2,3 GHz

Parameter _DepkominfoStandar Antena 1 _[10] _(Pabrikan)Antena 2 _PerancanganAntena Frekuensi

kerja 2,3 GHz – 2,390 GHz 1,83 GHz – 2,34 GHz 791 MHz – 2690 MHz 2,328 GHz – 2,491 GHz

VSWR ≤ 1,9 ≤ 2 ≤ 2,5 ≤ 2

Bandwidth 90 MHz 510 MHz 1899 MHz 163 GHz

Pola Radiasi - omnidirectional - unidirectional

Gain BS : ≥ 9 dBi _{SS : ≤ 15 dBi 4,4 dBi} 11 dBi -

Keterangan : BS = Base Station

SS = Subscriber Station

Tabel 4.4 Analisis Perbandingan Antena untuk frekuensi 3,3 GHz

Parameter _DepkominfoStandar Antena 1 _[10] _(Pabrikan)Antena 2 _PerancanganAntena Frekuensi

kerja 3,3 GHz – 3,4 GHz 3,23 GHz – 5,76 GHz 3,3 GHz – 3,8 GHz 3,12 GHz – 3,39 GHz

VSWR ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2

Bandwidth 100 MHz 2530 MHz 500 MHz 270 MHz

Pola Radiasi - omnidirectional unidirectional omnidirectional

(64)

4.4.4 Analisis Kesalahan Umum

Beberapa hasil dari pengukuran yang sudah dilakukan tidak sesuai dengan

hasil yang sudah disimulasikan. beberapa hal yang menyebabkan ketidaksesuaian

itu antara lain:

1. Perancangan dengan simulator tidak memperhitungkan tebalnya tembaga

patch dan feedline. Namun tembaga itu memiliki ketebalan walaupun kecil.

2. Masih ada udara diantara substrat yang digabungkan walaupun sudah

diberikan selotip kertas.

3. Temperatur dan kelembapan udara yang ada di sekitar pada saat dilakukan

pengukuran tidak terjadi pada saat simulasi.

4. Penyolderan pada konektor SMA dengan tembaga feedline dan ground plane

yang kurang baik.

5. Adanya pengaruh benda yang ada di sekitar ruangan saat terjadi pengukuran

dapat menyebabkan pantulan gelombang yang dipancarkan antena.

(65)

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip dual band untuk

penggunaan BWA. Berdasarkan data yang diperoleh, didapat beberapa

kesimpulan yaitu:

1. Antena yang dirancang dengan menambahkan slot dapat bekerja pada

frekuensi dual band yaitu 2,328 GHz - 2,491 GHz dan 3,12 GHz

– 3,395 GHz.

2. Hasil Pengukuran menunjukkan Impedance Bandwidth yang diperoleh pada

frekuensi 2,3 GHz adalah 163 MHz dengan nilai return loss minimum

-12,2 dB dan nilai VSWR minimum 1,65 pada 2,38 GHz serta Bandwidth pada

frekuensi 3,3 GHz adalah 275 MHz dengan nilai return loss minimum

-30,4 dB dan nilai VSWR minimum 1,08 pada 3,24 GHz.

3. Bandwidth yang terpenuhi pada frekuensi 2,3 GHz sebesar 72 MHz untuk

frekuensi kerja BWA 2,3 GHz dan pada frekuensi 3,3 GHz sebesar 90 MHz

untuk frekuensi kerja BWA 3,3 GHz.

4. Pola radiasi yang dihasilkan pada pengukuran di frekuensi 2,35 GHz

cenderung unidirectional dan pada frekuensi 3,35 GHz cenderung mengarah

ke segala arah (omnidirectional).

5. Perbedaan hasil antara simulasi dan pengukuran disebabkan beberapa faktor

(66)

5.2 Saran

Untuk penelitian tentang antena mikrostrip selanjutnya, dapat diperhatikan

beberapa saran berikut:

1. Untuk meningkatkan gain antena dapat dilakukan perancangan antena

mikrostrip dengan metode susun (array).

2. Pengukuran antena mikrostrip sebaiknya dilakukan di anechoic chamber

(ruang tanpa gema) untuk mengurangi ketidaksesuaian hasil antara antena

simulasi dengan antena pengukuran.

(67)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip & Aplikasi. Yogyakarta: Graha

Ilmu, hal.1-2.

[2] Nakar, Punit S. 2004. Design or a Compact Microstrip Patch Antenna for

Use in Wireless/Cellular Devices. M.S. Thesis, Dept. of Elect. and Comput.

Eng., The Florida State Univ., Florida, US.

[3] Wijaya, Andika B. 2009. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Rectangular

Array 8 Elemen dengan Pencatuan Electromagnetically Coupled Untuk

Aplikasi WiMAX. Skripsi Sarjana, Dept. Teknik Elektro, Univ. Indonesia,

Depok, Indonesia.

[4] Garg, R., et al. 2001. Microstrip Antenna Design Handbook. London:

Artech House, Inc, hal 2-3, 265-268.

[5] Surjati, Indra. 2010. Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya. Jakarta:

Universitas Trisakti, hal 125.

[6] Balanis, Constantine A. 2005. Antena Theory Analysis and Design, Third

Edition. New York: John Willey and Sons, hal 27-70.

[7] Irhas, Muhammad. 2013. Perancangan dan Realisasi Antena Cognitive

Radio Pada Alokasi Spektrum 2.35 GHz dan 2.6 GHz. Skripsi Sarjana, Dept.

Teknik Elektro, Univ.Telkom, Bandung, Indonesia.

[8] Alsager, Ahmed F. 2011. Design and Analysis of Microstrip Patch Antenna

(68)

[9] Dewi, Mayang. 2009. Rancang Bangun Dual Band Planar Inverted F

Antenna (PIFA) untuk Aplikasi WiMAX 2,3 GHz dan 3,3 GHz. Skripsi

Sarjana, Dept. Teknik Elektro, Univ. Indonesia, Depok, Indonesia.

[10] Augustin, G., et al. 2008. “A Compact Dual-Band Planar Antenna for

DCS-1900/PCS/PHS, WCDMA/IMT-2000, and WLAN Applications.” IEEE

(69)

Lampiran A

Data HasilPengukuran

A1. PengukuranReturn Losspadafrekuensipertama

(70)

(71)

A3. PengukuranVSWRuntukfrekuensipertama

Frekuensi (GHz) VSWR

2.2 2.84

(72)

A4. PengukuranVSWRuntukfrekuensikedua

3 2.55

(73)

(74)

(75)

Lampiran A

Data Hasil Pengukuran

A1. Pengukuran Return Loss pada frekuensi pertama

(76)

(77)

A3. Pengukuran VSWR untuk frekuensi pertama

2.2 2.84

(78)

A4. Pengukuran VSWR untuk frekuensi kedua

3 2.55

(79)

A5. Pengukuran Pola Radiasi antena 2,35 GHz

Nilai Maksimum -46.03

(80)

A6. Pengukuran pola radiasi antena 3,35 GHz

Nilai Maksimum -56.965

(81)

Lampiran C

(82)

(83)

Lampiran C

(84)