Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)

STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

PATCH SEGITIGA DUAL-BAND UNTUK APLIKASI

WLAN (2,45 GHZ) DAN WiMAX(3,35 GHZ)

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan

Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

NIM : 110422045 NEVIA SIHOMBING

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

WiMAX dan WLAN merupakan teknologi wireless yang sangat sering

digunakan saat sekarang. Pada aplikasi WiMAX dan WLAN, untuk

menghubungkan antara sisi penyedia layanan dengan pelanggan, maka aplikasi

antena sangat penting. Antena mikrostrip sebagai salah satu perangkat komunikasi

yang memiliki bentuk yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima

sinyal secara baik, dengan demikian sangat mendukung.

Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR

Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip

segitiga yang disusun secara array berupa VSWR pada frekuensi 2,45 GHz

dengan nilai 1,74 dan gain dengan nilai 7,925 dB, pada frekuensi 3,35 GHz

diperoleh VSWR sebesar 1,73 dan gain dengan nilai 7,45 dB.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat dan rahmatNya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan

kesempatan kepada penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

“Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk

Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)” ini dengan baik.

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan

pendidikan Strata 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik

Elektro Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini membahas tentang studi perancangan antena mikrostrip

array patch segitiga dual band yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan

WiMAX.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua

pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain :

1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT, selaku Dosen pembimbing penulis yang

telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam penyusunan

laporan Tugas Akhir ini.

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

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Seluruh staf dan pengajar Universitas Sumatera Utara, khususnya staf dan

5. Teristimewa kepada orang tua tercinta (J. Sihombing dan R. Tumanggor) yang

selalu mendoakan dan member motivasi dalam menyelesaikan penulisan

Tugas Akhir ini.

6. Saudara-saudara (K’Lastri, K’Juni. K’Eka, Santa, dan Eli Lolo) yang selalu

mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. Sahabat dan juga sebagai saudara (B’Apli, K’Jojor, K’Beti, Hottery, Ema,

Meli, Deni, Indri, Resi, Amel, Mentari, Melisa, Nadia, Feby dan Yulantika)

yang selalu menolong, mendukung, dan memotivasi penulis menyelesaikan

Tugas Akhir ini.

8. Teman-teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011, buat

kebersamaannya selama mengikuti pendidikan di Teknik Telekomunikasi

USU.

9. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang selalu

membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas

Akhir ini. Oleh karena itu, kritik dan saran penulis harapkan demi kesempurnaan

Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Maret 2014

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

1.6 Hasil Simulasi ... 4

1.7 Kesimpulan dan Saran... 4

II. Dasar Teori ... 2.1 Antena Mikrostrip ... 5

2.2 Parameter antena ... 10

2.2.1 Volt Standing Wave Ratio (VSWR) ... 10

.2.2 Frekuensi ... 12

2.2.3 Bandwidth ... 12

2.2.4 Gain Antena ... 14

2.2.5 Pola Radiasi ... 16

2.2.6 Return Loss ... 17

2.3 Lokasi Titik Pencatu ... 18

2.4 Tekhnik Array ... 18

2.5 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ... 19

2.5.1 Antena Mikrostrip patch segitiga Array ... 19

2.5.2 Lokasi pencatuan Antena mikrostrip Patch segitiga ... 20

2.6 T-Junction ... 21

2.7 Power Divider ... 21

2.8 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ... 22

2.8.1 Proses Pencarian Solusi AWR Microwave Office ... 23

2.8.2 Spesifikasi Setting Parameter Untuk Pengambilan Data... 24

2.9 WLAN ... 27

2.10 WiMAX ... 28

2.10.1 Kelebihan WiMAX ... 30

2.10.2 Kekurangan WiMAX ... 30

2.11 Dual Band ... 31

III. PERANCANGAN ANTENA ... 32

3.1 Umum ... 32

3.2 Perangkat yang digunakan ... 32

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena ... 33

3.4 Perancangan Elemen Antena ... 34

3.5 Jenis Substrat yang digunakan ... 36

3.6 Perancangan Lebar Salura Pencatu ... 36

3.7 Pengaturan Jarak antar Elemen ... 37

IV. ANALISIS HASIL SIMULASI ... 39

4.1 Umum ... 39

4.2 Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz ... 39

4.3 Hasil Simulasi 3.35 GHz ... 42

4.4 Hasil Simulasi Dual Band ... 44

4.5 Analisi Hasil Simulasi ... 47

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 54

5.1 Kesimpulan ... 54

5.2 Saran ... 55

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 5

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ... 8

Gambar2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 9

Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena Mikrostrip ... 16

Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip ... 20

Gambar 2.6 T-Junction 50Ω ... 21

Gambar 2.7 N-way Wilkinson Combiner ... 21

Gambar 2.8 Tampilan Awal AWR Microwave 2004 ... 22

Gambar 2.9 Diagram Alir Perancangan Antena Menggunakan AWR ... 24

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Dual Band ... 30

Gambar 3.2 Ukuran Patch Antena Mikrostrip Patch Segitiga Array ... 32

Gambar 3.3 Tampila TXLine 2003 Mencari Dimensi Saluran Pencatu ... 33

Gambar 3.4 Tampila TXLine 2003 Mencari Perancangan T-Junction ... 35

Gambar 4.1 Nial VSWR Rancangan Awal WLAN ... 36

Gambar 4.2 Nilai VSWR Elemen Tunggal WLAN ... 38

Gambar 4.3 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal WLAN ... 38

Gambar 4.4 Niali VSWR Rancangan Awal WiMAX ... 39

Gambar 4.5 Nilai VSWR Optimal Elemen Tunggal WiMAX ... 40

Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX ... 41

Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band ... 41

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array ... 42

Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain WLAN ... 44

Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX ... 45

Gambar 4.12 Nilai Z pada Smith Chart ... 49 _in

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ... 32

Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga ... 36

Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga ... 39

Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu ... 41

ABSTRAK

WiMAX dan WLAN merupakan teknologi wireless yang sangat sering

digunakan saat sekarang. Pada aplikasi WiMAX dan WLAN, untuk

menghubungkan antara sisi penyedia layanan dengan pelanggan, maka aplikasi

antena sangat penting. Antena mikrostrip sebagai salah satu perangkat komunikasi

yang memiliki bentuk yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima

sinyal secara baik, dengan demikian sangat mendukung.

Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR

Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip

segitiga yang disusun secara array berupa VSWR pada frekuensi 2,45 GHz

dengan nilai 1,74 dan gain dengan nilai 7,925 dB, pada frekuensi 3,35 GHz

diperoleh VSWR sebesar 1,73 dan gain dengan nilai 7,45 dB.

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Pada saat ini perkembangan teknologi wireless semakin meningkat,

contohnya adalah jasa pelayanan internet yang berbasis frekuensi WLAN dan

WiMAX. Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area

lokal nirkabel yang menggunakan gelombang radio sebagai media tranmisinya,

mobilitas dan produktivitas tinggi, dan bekerja pada frekuensi 2,45 GHz. WLAN

memungkinkan client untuk mengakses informasi secara realtime sepanjang

masih dalam jangkauan WLAN, sehingga meningkatkan kualitas layanan dan

produktivitas. Adapun kelebihan dari jaringan WLAN adalah kemudahan dan

kecepatan instalasi, fleksibel, menurunkan biaya kepemilikan.

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), merupakan

teknologi akses nirkabel pita lebar broadband wireless access (BWA) yang

memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMax

merupakan teknologi yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth

yang lebar dan bit rate yang besar. Teknologi ini juga mampu menyediakan

berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi.

Seiring perkembangan teknologi wireless, salah satu bagian yang banyak

dikembangkan dalam dunia telekomunikasi adalah antena. Antena berfungsi

sebagai pengubah gelombang terbimbing menjadi gelombang bebas, maupun

sebaliknya. Pada dasarnya antena memiliki banyak jenis, dari bentuk yang

sederhana sampai bentuk yang sangat kompleks, yang setiap jenisnya memiliki

jenis ini dapat difungsikan untuk menangkap sinyal

termasuk yang berasal dari

dua frekuensi dan dapat dipakai sekaligus, yaitu pada frekuensi 2,45 GHz

(WLAN) dan 3,35 GHz (WiMAX).

Pada penelitian Tugas Akhir ini, akan dirancang antena susun mikrostrip

segitiga dual-band. Adapun parameter antena mikrostrip yang akan dibahas pada

Tugas Akhir ini adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain

antena, dan polaradiasi. Perancangan yang dilakukan dengan menggunakan

simulator AWR Microwave office 2004, karena simulasi menggunakan AWR

Microwave 2004 lebih mudah merancanga patch antena segitiga daripada

menggunakan simulator lain.

2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip array segitiga

dual-band?

2. Bagaimana merancang antena mikrostrip array segitiga Dual-Band

untuk aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX (3,35 GHZ) dengan

simulator AWR Microwave office 2004?

3. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melakukan studi

perancangan antena mikrostrip array segitiga dual-band untuk aplikasi WLAN

4. Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi oleh sebagai berikut:

1. Membahas masalah tentang antena mikrostrip array patch segitiga

2. Simulator yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip array

patch segitiga dual-band dengan frekuensi 2,45 GHz dan 3,35 GHz

3. Parameter yang dibahas adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena,

bandwidth, gain antena, dan polaradiasi.

5. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat,

maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan

masalah, metodologi penulisan, san sistematika penulisan dari

Tugas Akhir ini.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan

penjelasan mengenai antena Mikrostrip, WiMAX, WLAN dan

dual-band secara khusus.

BAB III Perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segitiga

Dual-Band untuk aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35

Bab ini membahas mengenai perhitungan dan perancangan antena

Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual Band untuk aplikasi WLAN

dan WiMAX dengan menggunakan software AWR Microwave

Office 2004

BAB IV HASIL SIMULASI

Bab ini membahas mengenai hasil dari perancangan antena

mikrostrip array patch segitiga dual-band.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena Mikrostrip

Antena merupakan komponen yang paling penting dalam antena

komunikasi nirkabel dan strukturnya di rancang untuk meradiasikan dan

menerima gelombang elektromagnetik. Antena adalah perangkat media transmisi

wireless yang memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar

antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing

menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas, seperti diilustrasikan pada

Gambar 2.1.

Gelombang elektromagnetik

Tx Rx

Antena Antena

Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima

Antena mikrostrip merupakan salah satu dari beberapa jenis antena yang

ada saat ini. Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena yang mempunyai

kelebihan, bentuk yang sederhana, ringan dan dapat dibuat sesuai kebutuhan.

Konsep antena mikrostrip diusulkan pertama kali oleh Deschamps pada awal

tahun 1950 dan dibuat sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell. Antena

mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan

Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam

antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Untuk

membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap

elemen array berinterferensi secara membangun pada arah yang diinginkan dan

berinterferensi secara merusak pada arah yang lain.

Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang tersusun atas tiga

elemen, yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrate dan elemen

pentanahan (ground). Elemen peradiasi atau sering juga disebut sebagai patch

berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan

logam yang memiliki ketebalan tertentu. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki

jenis yang bermacam-macam yaitu: bujur sangkar (square), persegi panjang

(rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips dan segitiga.

Hal yang harus dipertimbanga dalam merancang patch segitiga yaitu

pertimbangan memilih substrat, yang dimulai dengan memilih bahan dielektrik

yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi-rugi garis

singgung. Di dalam merancang antena mikrostrip elemen substrat berfungsi

sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi

dengan elemen pentanahan. Elemen ini memiliki jenis bervariasi yang dapat

digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik dan ketebalannya. Kedua nilai

tersebut mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth, dan juga efisiensi dari antena

yang akan di buat. Semakin tebal substrat maka bandwidth akan semakin

meningkat, tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan, akan

lebih kuat, mengurangi rugi-rugi konduktor dan memperbaiki impedansi

ketebalan substrat. Nilai εr yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari

keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya, nilai substrat sebesar εr ≥2.5

adalah niali yang lebih baik digunakan. Meningkatnya ketebalan substrat akan

memiliki dampak yang sama ketika menurunnya nial εr dari karakteristik antena.

Rugi-rugi garis singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi-rugi

dielektrik dan oleh karena itu akan menurunkan efisiensi antena. Gelombang

permukaan pada antena mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan

mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk meradiasikan

gelombang elektromagnetik kearah yang diinginkan. Elemen pentanahan

berfungsi sebagai pembumian bagian antena mikrostrip.

Antena mikrostrip mempunyai beberapa keuntungan, dibandingkan

dengan antena lain, yaitu :

1. Low profile ( mempunyai ukuran yang kecil dan ringan)

2. Mudah difabrikasi dan tidak memakan biaya yang besar

3. Dapat berdiri dengan kuat ketika diletakkan pada benda yang rigid

4. Polarisasi linier dan sirkular mudah didapat hanya dengan feeding

yang sederhana

5. Dapat digunakan untuk aplikasi dual polarisasi, dual-frekuensi maupun tripel-frekuensi band

6. Feed line dan matching dapat difabrikasi langsung dengan struktur

antena

Selain dari segala kelebihan yang dimiliki antena mikrostrip, terdapat juga

beberapa keterbatasan yaitu :

2. Bandwidth yang sempit, namun dapat diperbaiki dengan berbagai

cara, salah satunya yaitu dengan menambah ketebalan dari

substrat.

3. Mempunyai kemurnian polarisasi yang rendah

4. Mempunyai efisiensi yang rendah

5. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed line-nya

6. Timbulnya surface wave (gelombang permukaan)

Perkembangan antena mikrosrtip didasarkan pada pemikiran untuk

mendapatkan teknologi printed circuit yang tidak dapat diterapkan pada

komponen rangkaian dan saluran transmisi, tetapi juga untuk elemen peradiasi

suatu sistem elektronik. Bentuk antena mikrostrip secara umum dapat dilihat pada

Gambar 2.2.

Adapun keterangan dari struktur gambar antena mikrostrip diatas yang

terdiri dari lapisan dielektrik atau substrat dengan nilai permivitas tertentu yang

berada diantara dua lapisan konduktor pada lapisan bawah dan lapisan atas.

Lapisan konduktor atas dinamakan patch yang berfungsi sebagai elemen peradiasi

sedangkan lapisan konduktor bawah berfungsi sebagai ground.

Bentuk patch dapat bermacam-macam, patch antena terhubung dengan

feed line yang berfungsi sebagai saluran pancatu antena dapat dilihat seperti

Gambar 2.3.

Circular ring circular elliptical

triangular Rectangular square

2. 2 Parameter-parameter Antena

Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur

performa antena yang digunakan, yaitu VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain

antena, dan polaradiasi.

2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka

perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dilihat sebagai impedansi

karakteristik saluran. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah sebagai

perbandingan antara tegangan rms maksimum (|V|max) dan minimum (|V|min)

yang terjadi pada saluran yang tidak match. Apabila saluran transmisi dengan

beban tidak sesuai (missmatch), dimana impedansi saluran tidak sama dengan

impedansi beban dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara berkelanjutan,

maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang V0+ juga terjadi

tegangan pantul V0-. Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara V0+

dan V0- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave)

Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang

kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang

dinyatakan dengan simbol Г.

Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 sampai 1. Jika bernilai 0,

artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban

seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Dapat dinyatakan dengan

persamaan sebagai berikut[1].

Γ= �0−

�0+

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban

dapat dinyatakan seperti persamaan berikut[1].

Γ= �0−

Z : impedansi beban (load)

0

Z : impedansi saluran lossess

Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, untuk beberapa

kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Г adalah nol, maka:

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

Г = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna

Г = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam

saluran yng besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Secara

sederhana rumus untuk menentukan VSWR[1].

τ

Besar nilai VSWR yang ideal adalah bernilai 1, yang artinya tidak ada

refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Nilai dari VSWR

menjadi salah satu acuan untuk melihat, apakah antena sudah dapat bekerja pada

frekuensi yang diharapkan. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang

dipantulkan semakin besar. Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR

bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching

2.2.2 Frekuensi

Frekuensi resonansi adalah frekuensi dimana antena mikrostrip memiliki

impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangat sulit

untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi antena

mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan nilai

resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan frekuensi

kerja yang diinginkan sehingga pada frekuensi kerja nilai reaktansi memiliki nilai

yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Pada umumnya

frekuensi resonansi menjadi acuan frekuensi kerja antena. Frekuensi resonansi

antena mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan berikut[1].

r Leff

Vo fr

ε

2

=

(2.4)

Dimana :

fr = frekuensi resonansi

0

V = kecepatan cahaya di ruang bebas

L = panjang antena

r

ε = konstanta dielektrik

2.2.3 Bandwidth

Bandwidth suatu antena di defenisikan sebagai rentang frekuensi yang

berhubungan dengan beberapa karakteristik antena lain nya, seperti, impedansi

masukan, bandwidth, polarisasi, gain. Bandwidth suatu antena ditentukan oleh

parameter yang digunakan. Beberapa defenisi dari bandwidth yang berhubungan

a. Impedance bandwidth, adalah rentang frekuesni tertentu dimana patch

antena mattching dengan saluran catunya. Hal ini terjadi karena impedansi

dari elemen antena bervariasi nilainya menurut frekuensi.

b. Pattern bandwidth, adalah rentang frekuensi dengan beamwidth, sidelobe,

atau gain memenuhi nilai tertentu.

c. Axial Ratio Bandwidth (ARBW), adalah rentang frekuensi dimana polarisi

(linier atau melingkar) masih terjadi.

Besarnya bandwidth dapat dinyatakan dalam persamaan berikut[1].

BW = 2 1 100%

x f

f f

c

−

2.5)

Dimana :

BW = bandwidth (%)

2

f = frekuensi tertinggi (Hz)

1

f = frekuensi terendah (Hz)

c

f = frekuensi tengah (Hz)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti pada rumus di atas

biasanyadigunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band

sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya

2.2.4 Gain Antena

Gain adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena

mengarahkan radiasi sinyal nya atau penerima sinyal dari arah tertentu. Satuan

yang digunakan untuk gain, adalah besar suatu gain antena merupakan besaran

relatif terhadap acuan gain antena yang mudah di hitung.

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus

ditentukan frekuensi kerja (fr) yang digunakan, agar dapat mencari panjang

gelombang diruang bebas (

0

panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan

Persamaan 2.7 [3].

eff

Gain didapat dengan menggunakan Persamaan 2.8 [3].



λ = panjang gelombang bahan dielektrik

Ada dua jenis parameter penguatan (gain) yaitu absolute gain dan relative

gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan

antara intesitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika

daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang

berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya

diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan

rumus [1].

( )

Pin U Gain=4π θφ

(2.9)

Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefenisikan

sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan

daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan

harus sama diantara kedua antena. Akan tetapi, antena refensi merupakan sumber

isotroppic yang lossless (Pin (lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada

persamaan[1].

( )

s Pinlossles

U d

Gain= 4π θφ

(2.10)

Besar suatu gain antena merupakan besaran relatif terhadap acuan gain

2.2.5 Pola Radiasi

Pola radiasi adalah fungsi matematika dari sifat radiasi antena sebagai

fungsi ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat

medan. Sifat dari radiasi yang paling diutamakan adalah penyebaran secara tiga

dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola radiasi antena

seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4, biasanya terdiri dari [1]:

a. Lobe utama(mainlobe), yang memiliki arah radiasi maksimum. Mainlobe

merupakan gambaran kualitas antena yang menunjukkan energi yang

tersalurkan sesuai dengan yang diharapkan.

b. Side lobe(cuping)

c. Back lobe, merupakan minor lobe yang keberadaannya tidak diharapkan

Beberapa macam pola radasi, diantaranya [1]:

1. Pola Isotropik

Antena isotropik adalah sebagai sebuah antena tanpa rugi-rugi secara

hipotesis yang mempunyai radiasi sama besar ke setiap arah.

2. Pola Directiol

Pola antena yang menerima gelombang elektromagnetik yang lebih efektif

pada arah-arah tertentu.

3. Pola radiasi lobe (cuping)

Bagian-bagian dari polaradiasi ditujukkan sebagai cuping-cuping yang

dapat diklasifikasikan menjadi main, side dan back.

2.2.6 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitude dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirim. Return loss

digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direfleksikan

(Vo-) sebanding dengan gelombang yang dikirim (Vo+). Return loss dapat terjadi

akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi

masukan beban. Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas

(mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan

menggunakan Persamaan [1].

2.2.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan dari suatu antena dapat dilihat sebagai impedansi dari

antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan, (Z

in) terdiri dari bagian

real (R

in) dan imajiner (Xin) dengan Persaamaan 2.12 [1].

(

+

)

Ω

= in in

in R jX

Z (2.12)

2.3 Lokasi Titik Pencatu

Teknik pencatuan pada antena mikrostrip dapat dilakukan dengan

beberapa metode. Metode-metode yang dapat digunakan di bagi dalam dua

kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting).

Untuk metode terhubung, daya frekuensi radio dicatukan secara langsung ke

patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung. Untuk metode tidak

terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untukk menyalurkan

daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatu yang

sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperature coupling

dan proximity coupling.

2.4 Teknik Array

Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, namun juga memiliki

kelemahan yang sangat mendasar, yaitu bandwidth yang sempit keterbatasan gain

dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.

Antena array merupakan gabungan dari beberap eleman peradiasi yang

atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara

array adalah bagian patch.

2.5 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi

Dalam Tugas Akhir ini, akan dibahas mengenai perancangan antena

mikrostrip segitiga sama sisi, yang merupakan salah satu bentuk antena

mikrostrip. Bentuk ini berdasarkan besar ketiga sudut nya yaitu, 450,-450,

-900, 300, -600, -900 dan 600, -600. Bentuk segitiga memiliki kelebihan

dibandingkan dengan bentuk segi empat, yaitu untuk menghasilkan karakteristik

radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil

dibandingkan luas yang dibutuhkan pada mikrostrip berbentuk segiempat.

Panjang sisi bidang segitiga sama sisi dapat ditentukan dengan rumus

sebagai berikut [1].

r fr

c a

ε

3 2

= (2.13)

2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Array

Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam

antena mikrostrip yang di susun secara array adalah bagian patch. Medan total

dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang

diradiasikan oleh elemen tunggal. Proses perancangan antena yang dilakukan

untuk mendapatkan antena array pada dasarnya sama dengan pendesainan antena

elemen tunggal. Hal yang membedakan pada sistem array adalah peletakan

masing-masing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan panjang gelombang

menggunakan frekuensi 2,45 GHz dan 3,35 GHz. Bentuk patch antena segitiga

elemen tunggal dan segitiga array dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6.

(a) (b)

Gambar 2.6 Struktur Antena Mikrostrip (a) patch segitiga elemen tunggal,

(b) patch segitiga dua elemen

2.5.2 Lokasi Pencatuan Antena mikrostrip Patch Segitiga

Setelah diperoleh panjang sisi segitiga dari patch untuk substrat yang telah

diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan feed point (feed line) atau titik

pencatu dimana dalam hal ini harus ada kesesuaian antara impedansi input dari

patch dan impedansi generator.

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan

mempunyai atau paling tiak mendekati impedansi masukan sebesar 50. Untuk

mendapatkan nilai impedasni sebesar 50 dilakukan pengaturan lebar dari saluran

pencatu dengan menggunakan persamaan berikut :

r Z B

ε π 0

2

60

= (2.15)

2.6 T-Junction

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan

pada konfigurasi antena array. Berikut ini adalah jenis T-junction 50 Ω yang

dapat digunakan sebagai power divider.

Gambar 2.7 T-junction 50Ω

2.7 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada

saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array adalah power divider

(combiner). Dalam hal ini metoda Wilkinson merupakan teknik yang umum

digunakan. Gambar 2.8 merupakan power divider metoda Wilkinson [2].

2.8 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004

Dalam tugas akhir ini, simulator yang digunakan adalah AWR Microwave

2004. Microwave Office memungkinkan untuk merancang sirkuit terdiri dari

skema dan elektromagnetik ( EM ) struktur dari database model listrik yang luas ,

kemudian menghasilkan tata letak representasi dari perancangan ini. Simulasi

dapat digunakan menggunakan salah satu mesin simulasi Microwave Office,

simulator linear, keseimbangan harmonik simulator canggih, 3D-planar EM

simulator yang menampilkan output dalam berbagai grafis bentuk berdasarkan

analisis kebutuhan, dapat menyesuaikan atau mengoptimalkan perancangan dan

perubahan secara otomatis dan langsung tercermin dalam tata letak. Adapun

tampilan dari AWR Microwave 2004 adaalh seperti terlihat pada Gambar 2.9

Gambar 2.9 Tampilan Awal AWR Microwave 2004

Elektromagnetik (EM) simulator menggunakan persamaan Maxwell untuk

menghitung respon struktur geometri dari fisiknya. Simulasi EM ideal karena

dapat mensimulasikan struktur yang sangat sewenang-wenang dan masih

terhadap banyak kendala model sirkuit karena menggunakan persamaan dasar

untuk menghitung respon. Salah satu keterbatasan EM simulator adalah simulasi

waktu berjalan secara eksponensial dengan ukuran masalah, sehingga penting

untuk meminimalkan kompleksitas masalah untuk mencapai hasil yang tepat

waktu. Mekanisme dari AWR Microwave ini, adalah mensimulasikan rancangan

dan data yang masukkan kedalam simulator dengan memberikan hasil yang sesuai

dengan parameter yang kita inginkan. Adapun langkah-langkah yang dilakukan

untuk mendapatkan hasil perancangan antena mikrostrip patch segitiga array

menggunakan simulator AWR Microwave 2004, adalah:

1. Menyediakan layout baru untuk meracang antena, seperti terlihat pada Gambar 2.9

2. Membuat struktur EM.

Dalam perancangan struktur EM tersebut, hal yang perlu diperlu

diperhatikan adalah melengkapi enclouser pada EM structure, untuk

mendapatkan ukuran substrat, patch , bounderies dari antena yang akan

dirancang. Setelah setiap elemen dilengkapi, perancangan antena

mikrostrip segitiga dapat dirancang pada lembar kerja EM sturktur yang

tersedia.

3. Setelah perancanga selesai dilakukan, simulator AWR akan memperoleh hasil simulasi parameter yang ingin dihasilkan, yaitu frekuensi, VSWR,

Pola radiasi dari menu graph.

Untuk menghasilkan parameter yang diinginkan simulator AWR melakukan

proses simulasi samapi beberapa waktu, dimana dalam proses simulasi tersebut,

bentuk, susunan dan data yang sama, namun apabila dilakukan perubahan bentuk,

susunan, dan data hasil simulasi akan berubah sesuai dengan perubahan yang

dilakukan.

2.9 WLAN

Jaringan lokal tanpa kabel atau WLAN adalah suatu jaringan area lokal

tanpa kabel dimana media transmisi nya menggunakan frekuensi radio (RF) dan

infrared (IR), untuk memberi sebuah koneksi jaringan keseluruh pengguna dalam

area disekitarnya. Pada tahun 1997, sebuah lembaga independen bernama IEEE

membuat spesifikasi/standar WLAN pertama yang diberikode 802.11. Peralatan

yang sesuai standar 802.11 dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, dan kecepatan

transfer data (throughput) teoritis maksimal 2Mbps [4].

Standar 802.11b saat ini yang paling banyak digunakan satu. Menawarkan

thoroughput maksimum dari 11 Mbps (6 Mbps dalam praktek) dan jangkauan

hingga 300 meter di lingkungan terbuka. Standar ini menggunakan rentang

frekuensi 2,4 GHz, dengan 3 saluran radio yang tersedia.

Spesifikasi yang digunakan dalam WLAN adalah 802.11 dari IEEE dimana

ini juga sering disebut dengan WiFi (wireless fidelity) standar yang berhubungan

dengan kecepatan akses data.

WiMAX merupakan singkatan dari Worldwide Interoperability for

Microwave Access (WiMAX) adalah teknologi telekomunikasi dengan transmisi

data nirkabel yang juga dapat digunakan untuk akses internet.

Teknologi yang dikembangkan sesuai dengan standart spesifikasi IEEE

802.16 ini juga dikenal dengan sebutan Broadband Wireless Access (BWA).

Sebutan WiMAX sendiri diperkenalkan oleh WiMAX forum yang berdiri pada

tahun 2001 untuk menentukan standarisasi teknologi dan perangkat yang

digunakan. Standar WiMax pada awalnya dirancang untuk rentang frekuensi 10

s.d. 66 GHz. 802.16a, diperbaharui pada 2004 menjadi 802.16-2004 (dikenal juga

dengan 802.16d) menambahkan rentang frekuensi 2 sampai dengan 11 GHz

dalam spesifikasi. 802.16d dikenal juga dengan fixed WiMax, diperbaharui lagi

menjadi 802.16e pada tahun 2005 (yang dikenal dengan mobile WiMax) dan

menggunakan orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) yang lebih

memiliki skalabilitas dibandingkan dengan standar 802.16d yang menggunakan

OFDM 256 sub-carriers.

Spesifikasi WiMax membawa perbaikan atas keterbatasan-keterbatasan

standar WiFi dengan memberikan lebar pita yang lebih besar dan enkripsi yang

lebih bagus. Standar WiMax memberikan koneksi tanpa memerlukan Line of

Sight (LOS) dalam situasi tertentu. Alokasi frekuensi WiMAX secara global di

implementasikan pada pita 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, 5,8 GHz dan

10,5 GHz. Alokasi frekuensi tersebut dibagi atas regional-regional negara[5].

WiMAX forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication

mobile WiMAX ditetapkan 4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz dan 3,5 GHz.

Secara umum terdapat beberapa alternative frekuensi untuk teknologi

WiMAX sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternative tersebut band

frekuensi 3,5 GHz menjadi frekuensi mayoritas fixed WiMAX di beberapa negara,

terutama untuk negara-negara di Eropa, Kanada, Timur-Tengah, Australia dan

sebagian Asia. Sementara frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile

WiMAX adalah 2,5 GHz. Frekuensi fixed WiMAX di band 3,3 GHz hanya

muncul di negara-negara Asia. Hal ini terkait dengan penggunaan band 3,5 GHz

untuk komunikasi satelit, demikian juga dengan di Indonesia. Band 3,5 GHz di

Indonesia digunakan oleh satelit Telkom. Dengan demikian penggunaan secara

bersamaan antara satelit dan wireless terrestrial di frekuensi 3,5 GHz akan

menimbulkan potensi interferensi terutama di sisi satelit.

2.10.1 Kelebihan WiMAX

Adapun beberapa kelebihan WiMAX, antara lain [3] :

1. WiMAX merupakan teknologi broadband wireless acess yang menawarkan standar open, dengan aplikasi fixed dan mobile (portable).

2. Lisensi WiMAX berbasis regional, bukan nasional seperti 3G sehingga

biaya lisensi lebih murah dan akhirnya mudah di terima pasar.

3. Terminal WiMAX akan banyak digunakan seperti komputer notebook,

smart phone, karena didukung oleh banyak pihak yang setingkat

2.10.2 Kekurangan WiMAX

Ada beberapa kekurangan WiMAX, antara lain [3]:

1. Karena menggunakan pita spektrum frekuensi tinggi, maka cakupan layanan WiMAX lebih kecil dibanding 3G sehingga jumlah base station

yang dibutuhkan untuk mencakup luas yang sama dibutuhkan lebih

banyak jumlah base station.

2. Alokasi spektrum frekuensi WiMAX memerlukan penyesuaian terhadap

alokasi frekuensi eksisting di setiap negara. Ketidak seragamana lokasi

frekuensi menyebabkan harga perangkat menjadi mahal.

3. Kemampuan WiMAX untuk mobilitas tidak sebagus sistem seluler dan

konsumsi baterai akan lebih boros.

2.11 Dual Band

Dual band memiliki dua frekuensi gelombang radio. Kelebihan dual band

dibandingkan dengan single band adalah dapat mengurangi drop call dan

gangguan network busy. Karena jangkauannnya yang lebih luas dibanding single

band, dengan dual band hubungan international meningkat sebab frekuensi

semakin mudah dijangkau. Kelebihan dual band dibandingkan dengan single

band adalah dapat mengurangi

dibandingkan single band, dan mengurangi ganggua

jangkauannnya yang lebih luas dibanding single band, dengan dual band

BAB III

PERANCANGAN ANTENA

3.1 Umum

Pada skripsi ini, akan dirancang antena mikrostrip untuk mendapatkan

karakteristik antena yang ditentukan. Jenis antena mikrostrip yang dirancang

adalah antena mikrostrip array patch segitiga yang bekerja pada frekuensi

2,45 GHz dan 3,35 GHz, yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan WiMAX.

Tahapa pertama adalah perancangan antena mikrostrip patch segitiga elemen

tunggal. Pada tahap ini dilakukan penentuan frekuensi kerja yang diinginkan,

penentuan spesifikasi substrate yang akan digunakan, penentuan dimensi patch

antena dan penentuan dimensi saluran pencatunya. Setelah proses pada tahap

pertama selesai dilakukan, dilanjut dengan tahap kedua yaitu perancangan pada

dua buah patch antena elemen tunggal yang disusun, sehingga menghasilkan

antena mikrostrip patch array.

3.2 Perangkat yang Digunakan

Perancangan antena ini menggunakan perangkat lunak untuk melakukan

simulasi untuk mengetahui karakteristik atau kinerja antena yang dirancang.

Adapun perangkat lunak yang digunakan adalah AWR Microwave office 2004,

perangkat ini digunakan untuk merancang dan mensimulasikan antena yang akan

dibuat. TXLine 2003, digunakan untuk menentukan impedansi karakteristik dan

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena

Dalam merancang antena diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu

dalam proses perancangan. Gambar 3.1 merupakan gambar diagram alir dari

perancangan antena dual band.

3.4 Perancangan Elemen Antena

Pada perancangan antena segitiga array dilakukan terlebih dahulu

merancang antena elemen tunggal. Pada perancangan patch segitiga elemen

tunggal, ada beberapa tahapan yang diawali dengan menetukan frekuensi kerja

yang diinginkan beserta spesifikasi yang telah ditentukan. Setelah disimulasi akan

diperoleh beberapa karakteristik antena yang diinginkan, selanjutnya menentukan

jenis substrat yang digunakan. Dalam pemilihan jenis substrat, harus

mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrat dengan spesifikasi

antena yang dirancang, untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Sebelum

simulasi dilakukan, terlebih dahulu menentukan parameter dari antena, yaitu

dimensi patch dan lebar saluran pencatu.

Setelah perancangan san simulasi pada elemen tunggal dilakukan,

selanjutnya dilakukan proses perancangan antena mikrostrip dengan

penggabungan dua elemen. Pada proses simulasi, dimungkinkan untuk

memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil

yang diinginkan, diantaranya adalah dengan mengatur lebar patch, yang dapat

mengatur frekuensi resonansi, sedangkan pengaturan atau panjang saluran

pencatu, untuk mendapatkan VSWR yang diinginkan. Tujuan dari simulasi ini

adalah untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan dimensi patch dan lebar

pencatu yang optimal, yaitu VSWR ≤ 2.

Antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip

patch segitiga array dengan frekuensi kerja 2,45 GHz dan 3,35 GHz. Untuk

perancangan awal dari dimensi digunakan perhitungan antena mikrostrip patch

Untuk frekuensi 2,45 GHz, panjang patch adalah :

Untuk frekuensi 3,35 GHz, panjang patch adalah :

r

Dari perhitungan di atas di peroleh ukuran sisi patch segitiga untuk frekuensi 2,45

GHz sebesar 39 mm, dan untuk frekuensi 3,35 GHz ukuran sisi patch segitiga

adalah 27 mm.

Gambar 3.2 Ukuran Patch dan Lebar Pencatu Antena Mikrostrip Patch Segitiga

Array

3.5 Jenis Substrat yang Digunakan

Dalam pemlihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengenalan tentang

spesifikasi umum dari substrat tersebut yaitu kualitasnya. Berikut adalah

spesifikasi substrat yang digunakan adalah:

Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat

Jenis substrat FR-4 epoxy

Konstanta Dielektrik relative (εr) 4,4

Dielektrik Loss Tangent ( tanδ) 0,02

Ketebalan substrat (h) 1,6

3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip

patch segitiga diharapakna mendekati nilai impedansi masukan sebesar 50Ω.

Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari

saluran pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003 untuk

mencari lebar pencatu agar mempunyai impedansi 50Ω.

Pada gambar diatas, setelah dimasukkan semua parameter yang digunakan,

maka program ini akan menampilkan nilai lebar dari saluran pencatu agar

menghasilkan nilai impedansi 50Ω. Melalui perangkat lunak TXLine 2003 ini,

diperoleh bahwa untuk menghasilkan impedansi 50Ω dibutuhkan lebar saluran

pencatu sebesar 3 mm. Setelah proses penghitungan besar patch, lebar pencatu

maka dilakukan proses simulasi dengan menggunakan simulator AWR Microwave

office 2004.

Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar

saluran pencatu dengan menggunakan Persamaan 2.14 dan 2.15, untuk nilai

Zo= 50, r=4,4 dan h= 1,6 mm, maka:

3.7 Pengaturan Jarak Antar Elemen

Adapun jarak antar elemen pada antun meningkatkan tuena yang

dirancang adalah sekitar seperempat panjang gelombang (d= 4

λ ). Jarak antar

elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal. Adapun

jarak antar elemen diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dari persamaan diatas diperoleh jarak antar elemen adalah 31mm, setelah

diketahui jarak anatar elemen hal ini akan memudahkan untuk meletakkan posisi

tiap elemen yang akan dirancang.

3.8 Perancangan T-Junction

Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu

yang digunakan adalah 50Ω. Untuk merancang antena segitiga array, dibutuhkan

T-Junction 50Ω yang berfungsi sebagai power divider. Pada pengerjaan Tugas

Akhir ini, T-Junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70Ω,

karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena.

Impedansi 70 Ω tersebut, berfungsi sebagai transformator

4

λ . Untuk

mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70 Ω

digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine 2003 untuk mencari

panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70 Ω dapat dilihat

pada Gambar 3.4. berikut:

BAB IV

ANALISIS HASIL SIMULASI

4.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini, akan dirancang dua buah antena mikrostrip patch

segitiga, yang masing-masing dapat digunakan untuk aplikasi WLAN dan

Wi-MAX. Proses perancangan ini menggunakan simulator AWR Microwave office

2004. Adapun parameter yang akan dibahas adalah frekuensi, bandwidth, VSWR,

dan pola radiasi.

4.2 Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz

Berdasarkan perancangan antena mikrostrip patch segitiga elemen tunggal

untuk frekuensi 2,45 GHz pada bab sebelumnya, dilakukan simulasi

menggunakan simulator AWR Microwave 2004, berikut adalah hasil simulasi

VSWR antena mikrostrip patch array segitiga elemen tunggal, seperti pada

Gambar 4.1.

Hasil simulasi yang diperoleh tidak memenuhi nilai VSWR yang

diinginkan. Untuk mendapatkan hasil yang optimal maka dilakukan cara

mengubah-ubah panjang sisi patch segitiga. Simulasi yang dilakukan adalah

mengubah panjang sisi patch segitiga agar nilai VSWR mendekati 2, Adapun

hasil iterasi mengubah panjang sisi patch dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga

Panjang sisi segitiga (mm) Nilai VSWR

41 38,09

40 34,42

39 30,74

38 22,30

37 17,72

36 12,10

35 6,060

34 2,640

33 2.302

32 4.800

31 9.250

30 17.83

29 19.07

Dari hasil iterasi diperoleh bahwa panjang sisi segitiga yang optimal yaitu

Oleh karena itu, ukuran patch inilah yang digunakan pada perancangan antena

Gambar 4.2 Nilai VSWR Awal Frekuensi 2,45 GHz

Adapun hasil gain untuk elemen tunggal 2,45 GHz adalah 6,016 dB dapat

dilihat pada Gambar 4.3.

4.3 Hasil Simulasi Elemen 3,35 GHz

Setelah dilakukan simulasi elemen tunggal untuk frekuensi 2,45 GHz,

selanjutnya dilakukan simulasi untuk elemen tunggal dengan frekuensi 3,35 GHz.

Hasil simulasi VSWR antena mikrostrip patch segitiga array untuk elemen

tunggal pada frekuensi 3,35 GHz, dengan panjang patch sebesar 28 mm (sesuai

dengan perhitungan) dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Nilai VSWR Rancangan Awal Elemen Tunggal

pada Frekuensi 3,35 GHz

Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada gambar diatas, belum sesuai

dengan yang diinginkan, oleh karena itu dilakukan beberapa kali iterasi sama hal

nya dengan iterasi pada frekuensi 2,45 GHz yaitu dengan mengubah panjang sisi

patch segitiga. Simulasi yang pertama dilakukan adalah mengubah panjang sisi patch segitiga dari 27 mm menjadi 26 mm, dan seterusnya dengan memperkecil

ukuran patch sebesar 1 mm sampai VSWR mendekati 2, hasil iterasi dapat dilihat

Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga

Panjang sisi segitiga

(mm)

Nilai VSWR

29 34,24

28 23,69

27 14,22

26 9,17

25 3,93

24 2,93

23 6,05

22 11,31

Dari hasil iterasi nilai VSWR yang optimal adalah 2,90 dengan ukuran

patch 24 mm terlihat pada Gambar 4.5. Oleh karena itu, ukuran patch inilah yang

digunakan pada antena array patch segitiga mikrostrip dual-band.

Adapun hasil gain yang diperoleh dari rancangan ini adalah 6,389 dB

terlihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX

4.4 Hasil Simulasi Dual Band

Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada masing-masing elemen

tunggal maka diperolehlah model antena array patch segitiga mikrostrip

Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band

Adapun nilai VSWR yang diperoleh setelah disimulasikan adalah 1,223

untuk frekuensi 2,45 GHz dan VSWR bernilai 13,66 untuk frekuensi 3,35 GHz.

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array

Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada Gambar 4.5, belum sesuai

titik pencatu. Adapun hasil iterasi dari perubahan letak titik pencatu dapat dilihat

pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Elemen

X (mm) Y (mm)

Nilai VSWR

Frekuensi

2,45 GHz

Frekuensi

3,35 GHz

14 9 1,19 13,5

14 10 1,34 13,87

14 11 1,51 13,99

15 9 1.09 13.97

15 10 1.22 13,66

15 11 1,39 13,44

16 9 1,23 8,92

16 10 1,24 8,78

16 11 1,35 8,93

17 9 1,45 4,83

Tabel 4.3 Lanjutan

X (mm) Y (mm)

Nilai VSWR

Frekuensi

2,45 GHz

Frekuensi

3,35 GHz

17 10 1.39 4,60

17 11 1,41 4,74

18 10 1,59 2,71

18 11 1,55 2,63

19 9 2,00 2,47

19 10 1,84 1,99

19 11 1,74 1,73

20 9 2,34 2,28

20 10 2,45 1,90

20 11 1,98 1,46

21 9 2,71 2,29

21 10 2,45 1,90

21 11 2,25 1,58

Dari hasil iterasi diperoleh bahwa nilai VSWR yang optimal adalah ketika

letak titik pencatu berada pada jarak X = 19 mm, dan jarak Y = 11 mm dengan

nilai VSWRnya adalah 1,74 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 1,73 untuk frekuensi

Gambar 4.9 Nilai VSWR yang Optimal Dual-Band

4.5 Analisis Hasil Simulasi

Adapun hasil simulasi yang dibahas adalah gain dan pola radiasi, VSWR

dan bandwith.

a) Gain dan Pola Radiasi

Setelah dilakukan simulasi pada antena array patch segitiga mikrostrip

dual-band diperoleh bahwa pola radiasinya adalah unidirectional dan gain

mengalami peningkatan sebesar 31,7% dari elemen tunggal WLAN dan

peningkatan sebesar 16,6% untuk WiMAX terlihat pada Gambar 4.10 dan

Gambar 4.11.

Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX

Untuk mencari gain dari antena mikrostrip patch segitiga array dapat

digunakan Persamaan 2.6 sampai 2.8. Adapun hasil perhitungan gain pada

frekuensi 2,45 GHz sebagai berikut:

Hasil perhitungan pada frekuensi 3,35 GHz adalah sebagai berikut:

Nilai VSWR yang diperoleh pada perancangan awal untuk antena array

patch segitiga tidak memenuhi syarat yaitu VSWR ≤ 2 sehingga saluran transmisi

tidak dalam kondisi matching. Oleh karena itu dilakukan iterasi dengan mengubah

jarak letak titik pencatu setiap elemen antena. Dari hasil iterasi diperolehlah nilai

VSWR ≤ 2, sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk merancang antena array patch segitiga mikrostrip dual-band posisi letak titik pencatu berpengaruh kepada

nilai VSWR. Untuk mencari nilai VSWR dari antena mikrostrip patch segitiga

array terlebih dahulu ditentukan nilai Zin, dari smith chart seperti terlihat pada

gambar 4.12, dan menggunakan Persamaan 2.1 sampai 2.3 adapun hasil VSWR

Gambar 4.12 Nilai Z_in pada Smith Chart

Dari gambar diatas, di peroleh nilai Zin sebesar 0,74+(-0,4j), pada frekuensi 2,45

GHz. Sehingga nilai VSWR yang diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

j

Dari smith chart diperoleh nilai Z_in sebesar 1,47+0,48j pada frekuensi 3,35 GHz,

sehingga nilai VSWR diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

c) Bandwith

Adapun nilai bandwith yang diperoleh hasil simulasi adalah 3,1% untuk

frekuensi 2,45 GHz dan 1% untuk frekuensi 3,35 GHz seperti terlihat pada

Gambar 4.12.

Gambar 4.12 Nilai VSWR Hasil Simulasi

Adapun hasil dari seluruh simulasi antena dual band yang dilakukan

sebelum dan setelah iterasi dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Simulasi

No Parameter

Antena

Sebelum Iterasi Setelah Iterasi

Frekuensi Frekuensi

2,45 GHz 3,35 GHz 2,45 GHz 3,35 GHz

1 VSWR 1,22 13,66 1,74 1,73

2 Gain Antena 7,925dB 7,45dB

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip array patch segitiga, dari

hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan :

1. Perancangan antena dual band dengan teknik array patch segitiga dapat diperoleh dengan baik dengan cara mengatur letak titik pencatu pada

masing-masing patch.

2. Dari hasil simulasi nilai VSWR elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

adalah 2,30 dan pada frekuensi 3,35 GHz adalah 2,88 Nilai VSWR dari

perancangan antena array patch segitiga pada frekuensi 2,45 GHz

diperoleh menjadi 1,74 dan pada frekuensi 3,35 GHz menjadi 1,73.

Menunjukkan nilai hasil perancangan memiliki nilai mismatch yang tidak

terlalu besar, karena nilainya mendekati 1 yang merupakan nilai VSWR

yang sempurna.

3. Dari hasil simulasi nilai gain elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

adalah 6,016 dB dan pada frekuensi 3,35 GHz adalah 6,389 dB. Nilai gain

dari perancangan antena array patch segitiga pada frekuensi 2,45 GHz

diperoleh menjadi 7,925 dB dan pada frekuensi 3,35 GHz menjadi

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah :

1. Dapat dicoba melakukan analisa dengan menggunakan simulator lain,

seperti ansof.

2. Apabila memungkinkan, setelah melakukan perancangan antena akan

lebih baik bila dilanjutkan pada tahap proses produksi, sehingga antena

DAFTAR PUSTAKA

1) Dwi Cahyo, Rahmat, 2012, Perancangan dan Analisis Antena Mikrostrip

Array dengan Frekuensi 850 MHz untuk Aplikasi Praktikum Antena,

Semarang, Universitas Diponegoro

2) Mahendra Adi , 2008, Modul Antena

3) Zalwwits, Fahmi, 14 September 2010, Modul Dual Tone

4) Woredpress, 07 Februari 2009, Modul Dual band

5) Surjati, Indra/Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya,2010, Universitas

Trisakti, Jakarta, Juni 2010

6) Huang and Boyle - Antennas From Theory To Practice, 2008

7) AWR Microwave Office 2004.