LAMAPIRAN A
Tabel Lampiran A. Data VSWR yang Diperoleh Dari Hasil Optimalisasi Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Frekuensi (GHz)
Panjang Total Lengan (mm)
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
2,00 6,90 5,93 5,13 4,34 3,74 3,20 2,72 2,35 1,99 1,69 1,47 1,31 1,20 1,22 1,33 1,47 1,66
2,05 5,75 4,94 4,22 3,56 3,05 2,60 2,21 1,91 1,62 1,39 1,26 1,21 1,26 1,40 1,56 1,73 1,96
2,10 4,76 4,09 3,47 2,91 2,49 2,12 1,80 1,58 1,35 1,21 1,23 1,32 1,46 1,64 1,83 2,02 2,27
2,15 3,92 3,38 2,84 2,38 2,05 1,74 1,50 1,34 1,21 1,23 1,37 1,52 1,70 1,91 2,11 2,32 2,59
2,20 3,22 2,80 2,33 1,97 1,70 1,46 1,28 1,23 1,26 1,39 1,57 1,76 1,96 2,19 2,41 2,63 2,91
2,25 2,64 2,32 1,93 1,64 1,43 1,27 1,21 1,29 1,43 1,61 1,81 2,01 2,23 2,48 2,70 2,93 3,23
2,30 2,17 1,94 1,61 1,39 1,26 1,21 1,30 1,45 1,64 1,84 2,05 2,27 2,50 2,76 3,00 3,24 3,54
2,35 1,79 1,63 1,36 1,24 1,21 1,31 1,47 1,64 1,86 2,08 2,31 2,54 2,78 3,05 3,29 3,53 3,85
2,40 1,49 1,40 1,20 1,22 1,31 1,47 1,67 1,85 2,10 2,33 2,56 2,80 3,05 3,33 3,57 3,82 4,14
2,45 1,25 1,25 1,18 1,32 1,47 1,66 1,88 2,07 2,34 2,59 2,82 3,06 3,32 3,60 3,85 4,10 4,42
2,50 1,08 1,20 1,30 1,48 1,65 1,87 2,10 2,30 2,58 2,84 3,07 3,31 3,58 3,87 4,11 4,36 4,69
2,55 1,14 1,28 1,46 1,66 1,85 2,08 2,32 2,53 2,82 3,09 3,32 3,56 3,84 4,13 4,37 4,62 4,95
2,60 1,30 1,42 1,64 1,85 2,05 2,29 2,55 2,75 3,06 3,33 3,56 3,81 4,09 4,37 4,61 4,87 5,20
2,65 1,48 1,58 1,83 2,05 2,26 2,51 2,77 2,98 3,29 3,58 3,79 4,04 4,32 4,61 4,85 5,10 5,44
2,70 1,68 1,75 2,03 2,25 2,47 2,72 2,99 3,20 3,53 3,81 4,02 4,27 4,55 4,84 5,08 5,33 5,67
2,75 1,88 1,93 2,23 2,46 2,68 2,94 3,21 3,42 3,75 4,04 4,25 4,49 4,78 5,06 5,29 5,55 5,89
2,80 2,08 2,11 2,43 2,66 2,89 3,15 3,43 3,64 3,97 4,27 4,46 4,71 4,99 5,27 5,51 5,76 6,10
2,85 2,29 2,30 2,64 2,86 3,10 3,36 3,64 3,85 4,19 4,49 4,68 4,92 5,20 5,48 5,71 5,97 6,30
2,90 2,50 2,48 2,84 3,06 3,30 3,57 3,85 4,06 4,40 4,71 4,89 5,13 5,41 5,69 5,91 6,17 6,50
2,95 2,70 2,67 3,05 3,26 3,51 3,78 4,06 4,27 4,61 4,92 5,09 5,33 5,61 5,89 6,11 6,37 6,69
3,00 2,91 2,86 3,25 3,46 3,71 3,98 4,26 4,47 4,81 5,13 5,29 5,53 5,81 6,08 6,30 6,57 6,88
LAMAPIRAN B
Tabel Lampiran B. Data VSWR yang Diperoleh Dari Hasil Optimalisasi Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35GHz
Frekuensi (GHz)
Panjang Total Lengan (mm)
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
3,00 4,13 3,37 2,72 2,24 1,81 1,47 1,28 1,14 1,24 1,41 1,62 1,84 2,04 2,26 2,51 2,66 2,93
3,05 3,70 3,01 2,42 2,00 1,61 1,32 1,17 1,17 1,35 1,54 1,76 1,99 2,21 2,44 2,70 2,86 3,13
3,10 3,31 2,69 2,16 1,78 1,44 1,20 1,12 1,26 1,48 1,67 1,91 2,15 2,38 2,64 2,89 3,05 3,33
3,15 2,97 2,41 1,93 1,60 1,30 1,11 1,16 1,37 1,61 1,82 2,07 2,32 2,56 2,83 3,08 3,25 3,53
3,20 2,66 2,15 1,73 1,44 1,17 1,10 1,25 1,49 1,76 1,97 2,23 2,50 2,74 3,03 3,28 3,45 3,74
3,25 2,39 1,93 1,55 1,29 1,08 1,19 1,36 1,62 1,91 2,12 2,40 2,67 2,93 3,23 3,48 3,66 3,95
3,30 2,14 1,73 1,39 1,17 1,08 1,29 1,48 1,76 2,06 2,29 2,57 2,85 3,12 3,44 3,68 3,86 4,16
3,35 1,93 1,56 1,25 1,06 1,18 1,41 1,61 1,91 2,22 2,45 2,75 3,04 3,31 3,65 3,88 4,07 4,38
3,40 1,74 1,41 1,13 1,06 1,28 1,54 1,75 2,06 2,39 2,62 2,93 3,23 3,51 3,86 4,08 4,28 4,59
3,45 1,57 1,27 1,03 1,16 1,40 1,67 1,89 2,22 2,56 2,80 3,12 3,43 3,71 4,07 4,28 4,49 4,81
3,50 1,42 1,15 1,08 1,27 1,53 1,81 2,05 2,38 2,73 2,98 3,31 3,62 3,91 4,28 4,49 4,70 5,03
3,55 1,29 1,06 1,18 1,38 1,66 1,96 2,20 2,55 2,91 3,17 3,51 3,83 4,11 4,49 4,69 4,92 5,25
3,60 1,18 1,07 1,30 1,51 1,80 2,12 2,37 2,73 3,09 3,36 3,71 4,03 4,32 4,71 4,90 5,13 5,47
3,65 1,10 1,16 1,42 1,64 1,95 2,28 2,53 2,91 3,28 3,55 3,91 4,24 4,52 4,93 5,11 5,35 5,70
3,70 1,11 1,27 1,54 1,78 2,10 2,44 2,71 3,09 3,47 3,75 4,12 4,45 4,73 5,15 5,32 5,57 5,93
3,75 1,18 1,39 1,68 1,92 2,26 2,61 2,89 3,28 3,67 3,95 4,33 4,67 4,94 5,37 5,53 5,79 6,15
3,80 1,28 1,51 1,82 2,07 2,43 2,79 3,08 3,47 3,87 4,15 4,54 4,89 5,16 5,59 5,74 6,01 6,39
3,85 1,39 1,63 1,96 2,22 2,60 2,97 3,27 3,67 4,07 4,36 4,76 5,11 5,37 5,81 5,95 6,23 6,62
3,90 1,51 1,77 2,12 2,39 2,77 3,15 3,46 3,87 4,27 4,57 4,98 5,33 5,59 6,03 6,17 6,46 6,85
3,95 1,64 1,91 2,28 2,55 2,95 3,34 3,66 4,08 4,48 4,79 5,20 5,56 5,80 6,25 6,38 6,68 7,09
4,00 1,77 2,06 2,44 2,73 3,14 3,54 3,86 4,28 4,69 5,00 5,43 5,79 6,02 6,48 6,60 6,91 7,33
LAMPIRAN C
Frekuensi (GHz)
Jarak Antar Lengan
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip & Aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[2] Sinaga, Apli Nardo. 2014. Studi Perancangan Antena Susun Mikrostrip
Patch Segiempat Dual-band (2,4 GHz dan 3,3 GHz). Laporan Tugas Akhir
Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.
[3] Balanis, Constantine A. 2005. Antenna Theory. 1st ed. Hoboken, NJ: Wiley Interscience.
[4] Garg, Ramesh. 2001. Microstrip Antenna Design Handbook. 1st ed. Boston, MA: Artech House.
[5] James, J. R, and P. S Hall. 1989. Handbook Of Microstrip Antennas. 1st ed. London, U.K.: P. Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers.
[6] Yadava, R. L. 2011. Antenna And Wave Propagation. New Delhi: PHI Learning Private Limited.
[7] Kraus, John Daniel. 1988. Antennas. 2nd ed. New York: McGraw-Hill.
[8] Jamaluddin, M.H.; Rahim, M.K. A.; Aziz, M. Z. A. Abd.; Asrokin, A.
“Microstrip dipole antenna for WLAN application”. IEEE conference publications, Publication Year: 2005, Page(s): 30 – 33.
[9] Irhas, Muhammad. 2013. Perancangan dan Realisasi Antena Cognitive
Radio Pada Alokasi Spektrum 2,35 GHz dan 2,6 GHz. Laporan Tugas
Akhir Teknik Elektro dan Komunikasi IT Telkom.
[10] Surjati, Indra. 2010. Antena Mikrostrip: Prinsip Dan Aplikasinya. Jakarta: Universitas Trisakti.
[11] Setiawan, Denny. 2014. Alokasi Frekuensi Kebijakan Dan Perencanaan
Spektrum Indonesia. Jakarta: Departemen Komunikasi dan Informatika.
22
BAB III
PERANCANGAN ANTENA
3.1 Umum
Kebutuhan akan antena saat ini semakin pesat seiring perkembangan teknologi komunikasi wireless, sehingga menyebabkan teknologi dalam perancangan antena juga semakin meningkat. Antena yang dibutuhkan juga semakin lama dituntut untuk semakin kompak dan harus memiliki performa yang tinggi. Antena mikrostrip dipole merupakan antena yang dapat memenuhi kebutuhan ini.
Rancangan pada Tugas Akhir ini menggunakan dua lengan berbentuk
dipole. Lengan dipole pertama dirancang untuk menghasilkan frekuensi 2,35
GHz, sedangkan lengan dipole kedua dirancang untuk menghasilkan frekuensi 3,35 GHz. Teknik yang digunakan pada perancangan ini adalah dengan menerapkan teknik multi-patch, yaitu dengan melakukan penyusunan terhadap kedua lengan dipole yang dipisahkan pada jarak tertentu. Perancangan dilakukan pada printed circuit board (PCB) double-layer dimana setengah dari panjang total lengan dipole berada di layer atas, dan sisanya berada di layer bawah, dengan posisi pencatuan yang sejajar.
Hal yang dilakukan dalam proses perancangan adalah: 1. Menentukan frekuensi kerja yang diinginkan. 2. Menentukan jenis substrate yang digunakan. 3. Menentukan lebar saluran pencatu.
4. Merancang lengan dipole antena sesuai frekuensi yang diinginkan.
23
5. Melakukan simulasi dan optimalisasi dimensi antena agar diperoleh hasil yang maksimal.
6. Menganalisa hasil simulasi yang diperoleh.
3.2 Perangkat yang Digunakan
Perancangan antena menggunakan software simulator struktur frekuensi tinggi dalam melakukan simulasi untuk mengetahui karakteristik atau kinerja dari antena. Software ini digunakan untuk merancang, mensimulasikan, serta mengoptimalisasi antena yang akan dibuat.
3.3 Jenis Substrate yang Digunakan
Dalam pemilihan jenis substrate sangat dibutuhkan informasi tentang spesifikasi umum dari substrate tersebut. Pemilihan substrate dilakukan dengan memilih bahan dan ketebalan dielektrik yang sesuai. Semakin tebal substrate akan terlihat lebih kuat dan kokoh, dapat meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan memperbaiki bandwidth. Namun demikian hal ini juga akan meningkatkan berat, rugi-rugi delektrik, dan rugi-rugi gelombang permukaan.
Adapun spesifikasi substrate yang digunakan dalam perancangan ini dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Substrate yang Digunakan
Jenis Substrate FR4 Epoxy
Konstanta Dielektrik Relatif r 4,4
Loss Tangent (tan ) 0,02
Ketebalan Substrate (h) 1,6 mm
24
MULAI
Menentukan Frekuensi Kerja Yang Diinginkan
Jenis Substrate : FR-4
r = 4,4
tan = 0,02
h = 1,6 mm
Menentukan Lebar Saluran Pencatu
Merancang Patch Dipole Untuk Frekuensi 2,35 dan 3,35 GHz
Menyatukan Kedua Patch
Simulasi Dengan
Software Simulator
Nilai VSWR ≤ 2
Pada Kedua Frekuensi
Optimalisasi Perancangan
Hasil Simulasi
SELESAI Ya
Tidak
3.4 Diagram Alir Perancangan Antena
Dalam merancang antena diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu dalam proses perancangan. Gambar 3.1 merupakan diagram alir dari perancangan antena mikrostrip dipole dual-band.
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena
25
3.5 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Perancangan dimensi antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 2,35 GHz dibagi atas perhitungan panjang dari lengan dipole dan lebar dari saluran pencatu. Pada perancangan antena ini, lebar dari antena dipole ditetapkan sebesar 2 mm.
3.5.1 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 2,35 GHz
Dalam perancangan dimensi antena untuk frekuensi 2,35 GHz, dicari panjang total lengan dipole (L) dengan lebar dipole (W) sebesar 2 mm. Berdasarkan Persamaan (2.10), (2.11), dan (2.12) diperoleh panjang total lengan
dipole sebesar 54,5 mm.
Saluran pencatu yang digunakan dalam perancangan diharapkan memiliki
impedansi sebesar 50 Ω. Dengan menggunakan Persamaan (2.13) dan Persamaan
26
3.5.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Setelah diperoleh panjang dari lengan dipole dan lebar dari saluran pencatu, maka dimensi dari antena mikrostrip dipole tunggal untuk frekuensi 2,35 GHz adalah seperti terlihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Dari bentuk dimensi antena yang diperoleh terdapat beberapa karakteristik yang menyusun dimensi dari antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 2,35 GHz, yaitu seperti terlihat pada Tabel 3.2.
27
Tabel 3.2 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Karakteristik Simbol Nilai
Panjang total lengan dipole a 54,5 mm
Lebar lengan dipole b 2 mm
Panjang saluran pencatu - 12 mm
Panjang substrate - 76 mm
Lebar substrate - 22 mm
3.5.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Setelah diperoleh karakteristik dimensi dari antena, maka proses selanjutnya adalah melakukan simulasi. Hasil simulasi dari perancangan awal antena diperlihatkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 2,35 GHz
28 3.5.4 Optimalisasi
Dari hasil simulasi antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 2,35 GHz, diketahui bahwa antena belum bekerja dengan baik pada frekuensi yang diinginkan, sehingga proses optimalisasi dimensi antena perlu dilakukan. Optimalisasi dilakukan dengan mengubah-ubah panjang dari lengan dipole hingga diperoleh hasil yang diinginkan. Setlah proses optimalisasi dilakukan, diperoleh nilai VSWR terbaik untuk frekuensi 2,35 GHz sebesar 1,22 dengan panjang lengan dipole 44 mm. Data lengkap mengenai proses optimalisasi dapat dilihat pada Lampiran A.
3.6 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz
Perancangan dimensi antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 3,35 GHz dibagi atas perhitungan panjang dari lengan dipole dan lebar dari saluran pencatu. Pada perancangan antena ini, lebar dari antena dipole ditetapkan sebesar 2 mm.
3.6.1 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 3,35 GHz
Dalam perancangan dimensi antena untuk frekuensi 2,35 GHz, dicari panjang total lengan dipole (L) dengan lebar dipole (W) sebesar 2 mm. Berdasarkan Persamaan (2.10), (2.11), dan (2.12) diperoleh panjang total lengan
dipole sebesar 54,5 mm.
29
Saluran pencatu yang digunakan dalam perancangan diharapkan memiliki
impedansi sebesar 50 Ω. Dengan menggunakan Persamaan (2.13) dan Persamaan
(2.14) diperoleh lebar saluran pencatu sebesar 3 mm.
3.6.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz
Setelah diperoleh panjang dari lengan dipole dan lebar dari saluran pencatu, maka dimensi dari antena mikrostrip dipole tunggal untuk frekuensi 3,35 GHz adalah seperti terlihat pada Gambar 3.4.
30
Gambar 3.4 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 3,35 GHz
Dari bentuk dimensi antena yang diperoleh terdapat beberapa karakteristik yang menyusun dimensi dari antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 3,35 GHz, yaitu seperti terlihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz
Karakteristik Simbol Nilai
Panjang total lengan dipole a 38,5 mm
Lebar lengan dipole b 2 mm
Panjang saluran pencatu - 12 mm
Panjang substrate - 60 mm
Lebar substrate - 22 mm
3.6.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz
Setelah diperoleh karakteristik dimensi dari antena, maka proses selanjutnya adalah melakukan simulasi. Hasil simulasi dari perancangan awal antena diperlihatkan pada Gambar 3.5.
31
Gambar 3.5 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 3,35 GHz
3.6.4 Optimalisasi
Dari hasil simulasi antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi 3,35 GHz, diketahui bahwa antena belum bekerja dengan baik pada frekuensi yang diinginkan, sehingga proses optimalisasi dimensi antena perlu dilakukan. Optimalisasi dilakukan dengan mengubah-ubah panjang dari lengan dipole hingga diperoleh hasil yang diinginkan. Setelah proses optimalisasi dilakukan, diperoleh nilai VSWR terbaik untuk frekuensi 3,35 GHz sebesar 1,06 dengan panjang lengan dipole 27 mm. Data lengkap mengenai proses optimalisasi dapat dilihat pada Lampiran B.
3.7 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Pada Tugas Akhir ini perancangan antena mikrostrip dipole dual-band menggunakan teknik multi-patch, dimana dua buah antena disusun dengan jarak tertentu untuk memperoleh dua frekuensi resonansi yang berbeda pada antena.
32
Setelah diperoleh karakteristik dimensi antena untuk masing-masing frekuensi, maka langkah selanjutnya adalah menyusun dua lengan dipole tersebut yang dipisahkan pada jarak tertentu. Jarak yang memisahkan antar lengan dipole ditetapkan terlebih dahulu sebesar 2 mm yang selanjutnya akan dilakukan optimalisasi untuk memperoleh hasil yang terbaik.
3.7.1 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Setelah kedua lengan dipole disusun, maka dimensi dari antena mikrostrip
dipole dual-band dapat terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Antena Mikrostrip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi
Dari dimensi antena yang diperoleh terdapat beberapa karakteristik yang menyusun dimensi dari antena mikrostrip dipole dual-band, yaitu seperti terlihat pada Tabel 3.4.
33
Tabel 3.4 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi
Karakteristik Simbol Nilai
Panjang total lengan (3,35 GHz) a 27 mm Panjang total lengan (2,35 GHz) b 44 mm
Lebar lengan (3,35 GHz) c 2 mm
Lebar lengan (2,35 GHz) d 2 mm
Jarak antar lengan dipole e 2 mm
Panjang saluran pencatu - 12 mm
Panjang substrate - 76 mm
Lebar substrate - 22 mm
3.7.2 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Setelah diperoleh karakteristik dimensi dari antena mikrostrip dipole
dual-band, maka proses selanjutnya adalah melakukan simulasi. Hasil simulasi dari
perancangan antena mikrostrip dipole dual-band diperlihatkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Simulasi Antena Mikrsotrip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi
34
Berdasarkan Gambar 3.6, VSWR terendah yang diperoleh adalah sebesar 1,74 pada frekuensi 2,35 GHz dan 1,22 pada frekuensi 3,35 GHz. Hal ini menunjukkan bahwa antena sudah dapat beresonansi pada frekuensi yang diinginkan, namun pada frekuensi 2,35 GHz nilai VSWR dirasa masih kurang baik. Untuk mendapatkan nilai VSWR yang lebih baik maka akan dilakukan proses optimalisasi.
3.7.3 Optimalisasi
Optimalisasi pada perancangan antena mikrsotrip dipole dual-band dilakukan dengan mengubah-ubah jarak antar lengan dipole mulai dari 1 mm sampai 3 mm. Setelah proses optimalisasi dilakukan, diperoleh VSWR terbaik sebesar 1,41 pada frekuensi 2,35 GHz dan 1,24 pada frekuensi 3,35 GHz dengan jarak antar lengan dipole sebesar 1 mm. Data lengkap mengenai proses optimalisasi dapat dilihat pada Lampiran C.
Berdasarkan dari hasil optimalisasi, maka dimensi antena mikrostrip
dipole dual-band yang diperoleh adalah seperti pada Gambar 3.8 dengan
karakteristik dimensinya pada Tabel 3.5
Gambar 3.8 Antena Mikrostrip Dipole Dual-band Setelah Optimalisasi
35
Tabel 3.5 Karakteristik Dimensi Antena Mikrosrip Dipole Dual-band Setelah Optimalisasi
Karakteristik Simbol Nilai
Panjang total lengan (3,35 GHz) a 27 mm Panjang total lengan (2,35 GHz) b 44 mm
Lebar lengan (3,35 GHz) c 2 mm
Lebar lengan (2,35 GHz) d 2 mm
Jarak antar lengan dipole e 1 mm
Panjang saluran pencatu - 12 mm
Panjang substrate - 76 mm
Lebar substrate - 22 mm
36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip dipole yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz yang kemudian akan disimulasikan dan dilakukan optimalisasi dari karakteristik dimensi antena menggunakan software simulator struktur frekuensi tinggi. Adapun parameter yang akan dibahas adalah VSWR, bandwidth, pola radiasi, dan gain.
4.2 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,3 GHz
Setelah dilakukan perancangan dan optimalisasi dari karakteristik antena mikrostrip dipole tunggal untuk frekuensi 2,35 GHz, maka diperoleh nilai VSWR sebesar 1,22 dengan bandwidth sebesar 410 MHz (2160 MHz – 2570 MHz) seperti diperlihatkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Grafik VSWR Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekueni 2,35 GHz
37
Dari hasil simulasi diketahui pula bahwa pola radiasi dari antena adalah
Omni-directional dimana pola radiasinya berbentuk donat (doughnut shape)
seperti diperlihatkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Pola Radiasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz
Gain yang diperoleh dari antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi
2,35 GHz adalah sebesar 2,09 dB seperti diperlihatkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Gain Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frkuensi 2,35 GHz
4.3 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,3 GHz
Setelah dilakukan perancangan dan optimalisasi dari karakteristik antena mikrostrip dipole tunggal untuk frekuensi 3,35 GHz, maka diperoleh nilai VSWR sebesar 1,06 dengan bandwidth sebesar 730 MHz (3040 MHz – 3770 MHz) seperti diperlihatkan pada Gambar 4.4.
Gain = 2,09 dB
38
Gambar 4.4 Grafik VSWR Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekueni 3,35 GHz
Dari hasil simulasi diketahui pula bahwa pola radiasi dari antena adalah
Omni-directional dimana pola radiasinya berbentuk donat (doughnut shape)
seperti diperlihatkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Pola Radiasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz
Gain yang diperoleh dari antena mikrostrip dipole tunggal frekuensi
3,35 GHz adalah sebesar 2,04 dB seperti diperlihatkan pada Gambar 4.6.
39
Gambar 4.6 Gain Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frkuensi 2,35 GHz
4.4 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Setelah dilakukan perancangan dan optimalisasi dari karakteristik antena
dipole dual-band, maka diperoleh model rancangan antena seperti terlihat pada
Gambar 3.8. Dari hasil simulasi diperoleh nilai VSWR sebesar 1,41 untuk frekuensi 2,35 GHz dan VSWR 1,24 untuk frekuensi 3,35 GHz seperti diperlihatkan pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Grafik VSWR Antena Gain = 2,04 dB
40
Dari hasil simulasi diketahui pula bahwa pola radiasi dari antena adalah
Omni-directional dimana pola radiasinya berbentuk donat (doughnut shape)
seperti diperlihatkan pada Gambar 4.8.
(a) (b)
Gambar 4.8 Pola Radiasi Antena (a) 2,35 GHz (b) 3,35 GHz
Gain yang diperoleh dari antena mikrostrip dipole dual-band adalah
sebesar 1,77 dB untuk frekuensi 2,35 GHz dan 2,50 dB untuk frekuensi 3,35 GHz seperti diperlihatkan pada Gambar 4.9.
(a) (b)
Gambar 4.9 Gain Antena (a) frekuensi 2,35 GHz (b) 3,35 GHz Gain = 2,50 dB Gain = 1,77 dB
41 4.5 Analisa Hasil Simulasi
Adapun hasil simulasi yang akan dilakukan analisis pada bagian ini adalah
gain, VSWR, dan bandwidth.
a. Gain
Untuk memperoleh nilai VSWR dari perhitungan, dicari terlebih dahulu impedansi antena ZA dengan menggunakan smith chart seperti pada Gambar 4.10.
42
2,35 GHz = 35,5 – j1,9 Ω 3,35 GHz = 40,5 + j3,1 Ω
Gambar 4.10 Impedansi Input Antena
43
Nilai impedansi antena untuk frekuensi 3,35 GHz yang diperoleh dari Gambar 4.10 adalah sebesar 40,5 + j3,1 Ω. Berdasarkan Persamaan (2.3) diperoleh nilai VSWR sebesar 1,22.
c. Bandwidth
Adapun nilai bandwidth yang diperoleh dari hasil simulasi pada frekuensi 2,35 GHz adalah sebesar 242 Mhz (2232 – 2474 MHz) sedangkan pada frekuensi 3,35 GHz sebesar 359 MHz (3166 – 3525 MHz). Bandwidth dari antena dapat terlihat pada Gambar 4.11.
44
Gambar 4.11 Bandwidth Antena
Sehingga berdasarkan Persamaan 2.1 diperoleh bandwidth sebesar 10,3% untuk frekuensi 2,35 GHz dan 10,7% untuk frekuensi 3,35 GHz.
Untuk frekuensi 2,35 GHz :
Untuk frekuensi 3,35 GHz :
% 3 , 10
% 100 2350
2232 2474
BW
% 7 , 10
% 100 3350
3166 3522
BW
45
d. Perbandingan Antena Mikrostrip Dipole Tunggal dengan Antena Mikostrip
Dipole Dual-band.
Hasil analisa perbandingan antara antena mikrostrip dipole tunggal dengan mikrostrip dipole dual-band dapat dilihat pada Tabel 4.1
Tabel 4.1. Analisa Perbandingan Antara Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Dengan Mikrostrip Dipole Dual-band
No Parameter Frekuensi 2,3 GHz Frekuensi 3,3 GHz Tunggal Dual-band Tunggal Dual-band
1 VSWR 1,22 1,41 1,06 1,24
2 Bandwidth (VSWR ≤
2) 410 MHz 242 MHz 730 MHz 359 Mhz
3 Gain 2,09 dB 1,77 dB 2,04 dB 2,50 dB
4 Pola Radiasi
Omni-directional
Omni-directional
Omni-directional
Omni-directional
5 Size 76×22 mm 76×22 mm 60×22 mm 76×22 mm
Seperti diperlihatkan pada Tabel 4.1, nilai VSWR yang diperoleh pada antena mikrsotrip dipole tunggal adalah 1,22 untuk frekuensi 2,35 GHz dan 1,06 untuk frekuensi 3,35 GHz. Sedangkan pada antena mikrostrip dipole dual-band VSWR yang diperoleh adalah 1,41 untuk frekuensi 2,35 GHz dan 1,24 untuk frekuensi 3,35 GHz.
Bandwidth yang diperoleh pada antena mikrsotrip dipole tunggal adalah
410 MHz untuk frekuensi 2,35 GHz dan 730 MHz untuk frekuensi 3,35 GHz. Sedangkan pada antena mikrostrip dipole dual-band bandwidth yang diperoleh
46
adalah 242 MHz untuk frekuensi 2,35 GHz dan 359 MHz untuk frekuensi 3,35 GHz.
Gain yang diperoleh pada antena mikrsotrip dipole tunggal adalah 2,09 dB
untuk frekuensi 2,35 GHz dan 2,04 dB untuk frekuensi 3,35 GHz. Sedangkan pada antena mikrostrip dipole dual-band gain yang diperoleh adalah 1,77 dB untuk frekuensi 2,35 GHz dan 2,50 dB untuk frekuensi 3,35 GHz.
Pola radiasi yang diperoleh adalah omnidirectional pada kedua frekuensinya baik untuk antena mikrostrip dipole tunggal maupun antena mikrostrip dipole dual-band.
Ukuran (size) untuk antena mikrostrip dipole tunggal adalah 76×22 mm untuk frekuensi 2,35 GHz dan 60×22 mm untuk frekuensi 3,35 Ghz. Sedangkan untuk antena mikrostrip dipole dual-band berukuran 76×22 mm.
Dalam aplikasi sesungguhnya pada sistem telekomunikasi, menggunakan antena mikrostrip dipole dual-band lebih menguntungkan dibandingkan dengan dengan menggunakan dua buah antena mikrostrip dipole tunggal terutama dari sisi
size dan kompleksitas perangkat pemancar. Antena mikrostrip dipole dual-band
tidak memerlukan space yang besar dan hanya menggunakan satu bauh pencatu sehingga perangkat pemancar yang digunakan lebih sederhana.
47
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip dipole dual-band yang dapat diaplikasikan pada teknologi Broadband Wireless Access. Berdasarkan simulasi yang dilakukan pada antena diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu:
1. Antena mikrostrip dipole dual-band telah berhasil dirancang dan dapat bekerja pada dua frekuensi, yaitu 2,3 GHz dan 3,3 GHz.
2. Nilai VSWR yang diperoleh dari perancangan antena adalah sebesar 1,41 pada frekuensi 2,35 GHz dan 1,24 pada frekuensi 3,35 GHz.
3. Bandwidth yang diperoleh dari perancangan antena adalah sebesar
242 MHz untuk frekuensi 2,3 GHz dan 359 MHz untuk frekuensi 3,3 GHz.
4. Pola radiasi yang diperoleh dari perancangan antena adalah
omni-directional
5. Gain dari antena mikrostrip dipole relatif kecil, yaitu 1,77 dB pada
frekuensi 2,35 GHz dan 2,50 dB pada frekuensi 3,35 GHz. Gain yang kecil merupakan kelemahan dari antena dipole, dimana gain dari suatu antena
dipole secara teori adalah sebesar 2,15 dB.
48 5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat penulis berikan terkait Tugas Akhir ini adalah: 1. Diusahakan perancangan antena tidak hanya pada perancangan dan
simulasi, tetapi dapat dilakukan proses pabrikasi agar segala teori dapat diaplikasikan secara langsung dan dapat mengetahui performansi dari antena yang sesungguhnya.
2. Dapat menambahkan teknik-teknik untuk meningkatkan gain pada perancangan antena agar antena yang dirancang memiliki gain yang lebih besar.
3. Perancangan antena mikrostrip dual-band dapat dilakukan dengan teknik yang lain agar dapat dibandingkan dan dilihat hasil yang lebih baik.
5
BAB II
ANTENA MIKROSTRIP
2.1 Pengertian 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.
Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk dapat 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 diilustrasikan pada Gambar 2.1 [1].
Gambar 2.1 Peran Antena Dalam Sistem Komunikasi Wireless gelombang
ruang bebas
gelombang ruang bebas
gelombang tertuntun
gelombang tertuntun
6 2.2 Antena Mikrostrip
Salah satu jenis antena yang banyak digunakan saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini dikarenakan bentuk dan ukuran yang kecil serta massa yang ringan sehingga cocok dengan perangkat telekomunikasi khususnya pada perangkat mobile yang mempertimbangkan massa dan ukuran.
2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip
Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri dari dua kata, yaitu micro (sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip dapat didefenisikan sebagai antena yang berbentuk potongan atau bilah dengan ukuran yang sangat kecil [2].
` Seperti terlihat pada Gambar 2.2 [3], secara umum antena mikrostrip terdiri dari tiga bagian dasar, yaitu :
a. Patch
Patch merupakan lapisan konduktor yang berfungsi untuk meradiasikan
gelombang elektromagnetik.
b. Substrate
Sebagai bahan dielektrik yang membatasi elemen peradiasi (patch) dengan elemen pentanahan (ground plane).
c. Ground Plane
Ground plane berfungsi sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip.
7
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip
2.2.2 Jenis-jenis Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip dikenal dalam beberapa bentuk sesuai dengan bentuk
patch-nya. Seperti terlihat pada Gambar 2.3 [3], bentuk-bentuk patch antena
mikrostrip antara lain:
a. Antena mikrostrip patch persegi (square)
b. Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular) c. Antena mikrostrip patch dipole
d. Antena mikrostrip patch lingkaran (circular) e. Antena mikrostrip patch elips (eliptical) f. Antena mikrostrip patch segitiga (triangular) g. Antena mikrostrip patch circular ring
Gambar 2.3 Bentuk-bentuk Patch Antena Mikrostrip [3]
8
2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip mengalami kenaikan popularitas dikarenakan memiliki beberapa keuntungan, diantaranya [4]:
a. Dimensi antena yang kecil. b. Massa yang ringan
c. Mudah dan murah dalam pembuatannya. d. Dapat bekerja dalam multi-frequency.
e. Dapat langsung diintegrasikan pada Microwave Integrated Circuit (MIC) . Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti [4]:
a. Gain yang rendah.
b. Bandwidth yang sempit.
c. Kemampuan dalam menangani daya (power) yang rendah.
d. Terdapat efek radiasi tambahan dari pencatu yang dapat mengganggu.
2.2.4 Teknik Pencatuan
Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi dua, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Teknik pencatuan langsung sering digunakan karena sangat sederhana dalam pencatuan. Tetapi disamping itu ada beberapa kekurangan yang terdapat pada teknik pencatuan ini, yaitu bandwidth yang sempit dan rumit untuk diaplikasikan pada array mikrostrip [2].
Oleh karena kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya dikenal pencatuan tidak langsung (electromagnetic coupling). Keuntungannya adalah dapat memperlebar bandwidth dan dapat mengurangi efek buruk akibat penyolderan [2].
9
Beberapa teknik pencatuan pada antena mikrostrip yaitu: coaxial probe,
microstip line, aperture coupled, dan proximity coupled seperti diperlihatkan pada
Gambar 2.4 [3].
Gambar 2.4 Jenis-jenis Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip
2.3 Antena Mikrostrip Dipole
Antena mikrostrip dipole adalah elemen planar yang terdiri dari sepasang bilah konduktor tipis yang terdapat pada permukaan dielektrik [5]. Mikrostrip
dipole memiliki bentuk yang menyerupai mikrostrip patch, hanya saja ada sedikit
perbedaan pada rasio panjang dan lebarnya, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.5 [4].
Antena mikrostrip persegi panjang dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama yang bergantung pada rasio panjang dan lebar masing-masing.
(a) Microstrip line feed (b) Probe feed
(c) Aperture-coupled feed (d) Proximity-coupled
feed
10
Sebuah antenna persegi panjang dengan bidang yang sempit (lebar bidang biasanya kurang dari 0,05 λ0) dinamakan mikrostrip dipole, sedangkan antenna
persegi panjang yang bidangnya lebih luas dinamakan mikrostrip patch [4].
Gambar 2.5 Antena Mikrostrip Dipole
Dibandingkan dengan mikrostrip patch, mikrostrip dipole memiliki beberapa kelebihan, yaitu ukurannya yang lebih kecil dan bandwidth yang lebih lebar [4].
2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Performansi dari suatu antena sangat ditntukan oleh parameter-parameternya. Terdapat banyak jenis parameter dari suatu antena. Berikut akan dijelaskan beberapa parameter tersebut.
2.4.1 Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai besar rentang frekuensi
kerja dari suatu antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik diantaranya impedansi input, pola radiasi, dan polarisasi yang memenuhi standar [2].
Nilai bandwidth dapat diketahui dari nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena telah diketahui sebelumnya. Frekuensi bawah adalah nilai frekuensi terendah dari frekuensi kerja antena, sedangkan frekuensi atas
11
merupakan nilai frekuensi tertinggi dari frekuensi kerja antena. Untuk mencari
bandwidth dari suatu antena dapat menggunakan persamaan (2.1) dan (2.2)
Bandwidth dalam persen disebut juga dengan Fractional Bandwidth
(FBW) yang mengukur seberapa lebar band yang dapat dicapai oleh antena. Nilai dari fractional bandwidth bervariasi antara 0 sampai 2 atau dalam persen antara 0% sampai 200%. Antena yang memiliki FBW sebesar 20% atau lebih disebut dengan antena wideband, sedangkan antena yang memiliki FBW lebih dari 50% disebut dengan antena ultra-wideband [6].
2.4.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
12
yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) pada persamaan (2.3) [3]:
(2.3)
Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah inpedansi saluran.
Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah persamaan (2.4) [3]:
(2.4)
Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan satu, yang berarti tidak ada refleksi atau saluran dalam keadaan matching sempurna, tetapi pada prakteknya sangat sulit untuk diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diizinkan dalam perancangan antena adalah maksimal 2.
2.4.3 Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas (mismatched) di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena) [3]. Return loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5) [3]:
13
Frekuensi kerja dari antena yang baik adalah ketika return loss bernilai ≤ 10 dB sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan
tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang ditransmisikan, atau dengan kata lain saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan dalam melihat apakah suatu antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.
2.4.4 Pola Radiasi
Pola radiasi adalah fungsi matematika atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi koordinat ruang [3]. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan fluks, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radius yang sangat dipentingkan adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Berikut merupakan contoh dari pola radiasi:
a. Pola Isotropic, merupakan antena yang memiliki radiasi sama besar ke segala arah.
b. Pola Directional, merupakan antena yang memiliki pola radiasi yang lebih efektif pada arah-arah tertentu saja.
c. Pola Omnidirectional, merupakan antena yang memiliki pola radiasi yang sama hanya pada bidang tertentu.
14
Gambar 2.6 Pola Radiasi Antena
Gambar 2.6 [3] merupakan presentasi bagian-bagian dari pola radiasi yang ditunjukkan sebagai lobe-lobe. Lobe-lobe tersebut dapat diklasifikasikan menjadi
main (utama), side (samping), dan back (belakang).
a. Main lobe, adalah lobe yang merupakan arah radiasi maksium.
b. Side lobe, adalah lobe-lobe selain main lobe.
c. Back lobe, adalah lobe yang arahnya berlawanan 180o dengan main lobe.
Side lobe dan back lobe merupakan minor lobe yang keberadaannya tidak
diharapkan.
2.4.5 Direktivitas
Direktivitas antena merupakan parameter yang menunjukkan kemampuan antena untuk memfokuskan energi pada arah tertentu dibandingkan ke arah yang lain. Direktivitas sebuah antena merupakan perbandingan intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata senilai dengan total daya yang diradiasikan oleh antena
Main lobe
Side lobe
15
dibagi dengan 4π. Secara metematis untuk mendapatkan nilai direktivitas sebuah
antena dapat ditentukan dengan persamaan (2.6) [3]:
(2.6)
2.4.6. Gain
Gain adalah rasio antara intensitas radiasi suatu antena pada arah tertentu
dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang senilai dengan daya masukan yang sama dibagi 4π. Secara matematis, gain dapat dituliskan dengan
Persamaan (2.7) [3]:
(2.7)
Gain dari suatu antena terkait dengan direktivitas dan efisiensinya.
Hubungan antara gain dengan direktivitas adalah seperti pada persamaan (2.8) [7]:
(2.8)
dimana k adalah efisiensi dan D adalah direktivitas. Terdapat dua jenis gain, yaitu:
a. Absolute gain
Didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi yang diterima antara suatu antena terhadap antena pembanding dengan input daya yang sama. Antena pembanding pada absolute gain berupa antena isotropik.
16
b. Relative gain
Didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi yang diterima antara suatu antena terhadap antena pembanding dengan input daya yang sama. Antena pembanding pada relative gain biasanya berupa antena dipole ½ λ.
2.4.7 Impedansi Masukan
Impedansi masukan adalah inpedansi yang direpresentasikan oleh antena pada terminalnya. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang ada di sekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah terisolasi. Impedansi masukan antena terdiri dari bagian riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan dengan persamaan (2.9) [3]:
(2.9)
Resistansi input (RA) menyatakan tahanan disipasi. Reaktansi input (XA)
menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat antena. Dari persamaan ZA,
daya real (RA) yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui radiasi
ataupun panas. Sedangkan komponen imajiner (XA) mewakili reaktansi dari
antena dan daya yang tersimpan pada antena.
2.5 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole
Dalam perancangan antena mikrostrip dipole, terlebih dahulu harus dihitung dimensi antena yang akan dibuat, khususnya panjang dari lengan dipole tersebut. Untuk memperoleh dimensi antena mikrostrip dipole, harus diketahui
A A
A R jX
Z
17
parameter-parameter dari bahan yang akan digunakan, yaitu tebal dielektrik (h), dan konstanta dielektrik ( r).
Untuk menghitung panjang dari lengan mikrostrip dipole, terlebih dahulu harus dihitung konstanta dielektrik efektif ( eff) dari mikrostrip menggunakan persamaan (2.10) berikut [8]:
(2.10)
dimana:
r = konstanta dielektrik
d = tebal dielektrik (mm)
W = lebar lengan dipole (mm)
Sehingga diperoleh panjang total dari lengan mikrostrip dipole menggunakan persamaan (2.11) dan (2.12) berikut [8]:
(2.11)
(2.12) dimana:
λ = panjang gelombang (m)
c = kecepatan cahaya
f = frekuensi resonansi (Hz)
L = panjang total lengan dipole (m)
18
Selain panjang lengan mikrostrip dipole, hal lain yang perlu dilakukan perhitungan adalah lebar saluran pencatu (Wf). Saluran pencatu yang digunakan dalam perancangan memiliki impedansi 50 Ω. Lebar saluran pencatu dapat
diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.13) dan (2.14)[9].
(2.13)
dimana :
(2.14)
2.6 Antena Mikrostrip Dual-band
Frekuensi ganda atau disebut juga dengan dual-band antena mikrostrip merupakan suatu jenis anrena 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 [10]:
a. Orthogonal mode dual-frequency patch antennas
b. Multi-patch dual-frequency antennas
c. Reactively-loaded dual-frequency patch antennas
Orthogonal mode dual frequency patch antennas adalah satu jenis antena
mikrostrip yang dicatu oleh dua mode dominan yang orthogonal satu dengan lainnya. Sedangkan multi patch dual frequency antennas adalah satu jenis antena mikrostrip yang mempergunakan lebih dari satu elemen antena dimana masing-masing elemen mempunyai frekuensi resonansi yang berbeda. Adapun jenis yang
19
ketiga adalah reactively loaded dual frequency patch antenna, yaitu satu jenis antena mikrostrip yang diberi beban reaktif (reactive load) tambahan sehingga secara keseluruhan antena tersebut akan beresonansi pada dua frekuensi yang berbeda. Gambar 2.7 menunjukkan metode-metode untuk memperoleh antena mikrostrip dual-band.
Gambar 2.7 Teknik Mendapatkan Antena Mikrostrip Dual-band
2.7 Regulasi Mengenai Broadband Wireless Access (BWA)
Secara umum, Broadband Wireless Access (BWA) / Wireless Broadband dideskripsikan sebagai komunikasi data yang memiliki kecepatan tinggi, kapasitas tinggi dengan media wireless. Definisi rentang kecepatan layanan broadband bervariasi dari 200 Kbps s/d 100 Mbps. Mengacu pada Peraturan Menkominfo Nomor: 07/PER/M.KOMINFO/01/2009 tentang Penataan Pita Frekuensi Radio Untuk Keperluan Layanan Pita Lebar Nirkabel (Wireless Broadband), layanan pita lebar nirkabel (wireless broadband) adalah layanan telekomunikasi nirkabel yang kecepatan transmisi datanya sekurangkurangnya 256 kbps [11].
Mengingat frekuensi wireless broadband merupakan frekuensi yang strategis dan fundamental, maka diperlukan penataan dalam hal penggunaannya
20
yang diatur dalam Peraturan Menkominfo Nomor:
07/PER/M.KOMINFO/01/2009 tentang Penataan Pita Frekuensi Radio Untuk Keperluan Layanan Pita Lebar Nirkabel (Wireless Broadband). Dalam Peraturan Menteri tersebut, penataan Pita Frekuensi Radio Untuk Keperluan Layanan Pita Lebar Nirkabel (Wireless Broadband) telah ditetapkan pita frekuensi 300 MHz, 1.5 GHz, 2 GHz, 2.3 GHz, 3.3 GHz dan 10.5 GHz. Izin penggunaan frekuensi tersebut berdasarkan izin pita frekuensi radio. Sedangkan untuk pita frekuensi 2.4 GHz dan 5.8 GHz, izin penggunaan frekuensinya berdasarkan izin kelas [11].
Berdasarkan White Paper “Penataan Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel” yang dikeluarkan oleh Ditjen Postel pada tahun 2006,
rentang pita frekuensi radio untuk keperluan layanan BWA adalah sebagai berikut:
a. Pita frekuensi radio 300 MHz memiliki rentang frekuensi 287 - 294 MHz dan 310 - 324 MHz.
b. Pita frekuensi radio 1.5 GHz memiliki rentang frekuensi 1428 - 1452 MHz dan 1498 - 1522 MHz.
c. Pita frekuensi radio 2 GHz memiliki rentang frekuensi 2053 - 2083 MHz. d. Pita frekuensi radio 2.3 GHz memiliki rentang frekuensi 2300 – 2390 MHz. e. Pita frekuensi radio 3.3 GHz memiliki rentang frekuensi 3300 - 3400 MHz. f. Pita frekuensi radio 5.8 GHz memiliki rentang frekuensi 5725 - 5825 MHz. g. Pita frekuensi radio 10.5 GHz memiliki rentang frekuensi 10150 -
10300 MHz berpasangan dengan 10500 - 10650 MHz.
21
2.8 Software Simulator Strutur Frekuensi Tinggi
Simulator Strutur Frekuensi Tinggi adalah suatu simulator medan elektromagnetika untuk pemodelan tiga dimensi perangkat pasif berstruktur frekuensi tinggi yang memiliki kelebihan sangat mudah dan interaktif digunakan pada sistem operasi microsoft windows grafical user interface. Dalam simulatornya terintegrasi visualisasi, pemodelan volumetrik dan kemudahan dalam interaktif dimana solusi permasalahan pemodelan tiga dimensi diperoleh dengan cepat dan akurat. Simulator Strutur Frekuensi Tinggi dapat digunakan untuk mengkalkulasi beberapa parameter diantaranya parameter S, frekuensi resonan dan medan elektromagnetika.
Simulator Strutur Frekuensi Tinggi menggunakan Finite Element Methode (FEM) untuk simulator gelombang elektromagnetik. Untuk aplikasi antena secara umum, FEM bisa memodelkan problem yang memiliki dielektrika yang beraneka-ragam. FEM mendiskritisasikan volume yang dimilikinya ke dalam volume yang kecil-kecil, biasanya digunakan tetrahedral. Setiap tetrahedral yang kecil ini dapat terdiri dari material yang berbeda-beda, tanpa memperkompleks problema yang harus disolusikan. Matriks yang terbentuk dengan FEM biasanya juga hanya terisi sedikit (disebut juga sparse matrix), yang relatif lebih efisien untuk diinversikan.
FEM adalah metode yang bekerja pada problem tertutup. Sehingga untuk aplikasi antena, haruslah digunakan batasan fiktif, yang berfungsi untuk menutup ruangan yang akan diamati dan didiskritisasi. Permukaan penutup wilayah ini adalah bidang yang berbentuk lapisan-lapisan yang mampu menyerap gelombang.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Antena mikrostrip merupakan jenis antena yang banyak digunakan dalam teknologi komunikasi wireless, khususnya pada perangkat mobile. Hal ini dikarenakan antena mikrostrip memiliki beberapa keunggulan diantaranya bentuk fisik yang relatif kecil, ringan, serta mudah dalam perancangan dan pabrikasinya. Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan, yaitu gain yang rendah, dan bandwidth yang sempit.
Saat ini antena mikrostrip banyak dikembangkan untuk mendukung teknologi Broadband Wireless Acces (BWA). BWA merupakan teknologi akses yang dapat menawarkan akses data/internet berkecepatan tinggi dan berkemampuan menyediakan layanan kapan dan di manapun dengan menggunakan media nirkabel. Di Indonesia, penataan pita frekuensi radio untuk keperluan BWA telah ditetapkan dalam Peraturan Menkominfo Nomor: 07/PER/M.KOMINFO/01/2009 yaitu menggunakan pita frekuensi 300 MHz, 1,5 GHz, 2 GHz, 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 10,5 GHz. Izin penggunaan frekuensi tersebut berdasarkan izin pita frekuensi radio. Sedangkan untuk pita frekuensi 2,4 GHz dan 5,8 GHz, izin penggunaan frekuensinya berdasarkan izin kelas.
Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang antena mikrostrip dipole dualband untuk frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz, dimana kedua frekuensi tersebut termasuk dalam frekuensi yang digunakan pada teknologi BWA. Antena mikrsotrip dipole dipilih karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan antena mikrostrip konvensional, yaitu bandwidth yang lebih lebar, serta bentuk yang lebih kompak.
2
Adapun parameter-parameter yang akan diamati adalah VSWR, bandwidth, pola radiasi, dan gain. Perancangan dan simulasi dilakukan menggunakan software simulator struktur frekuensi tinggi.
1.2. Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip dipole ?
2. Apa yang dimaksud dengan antena dual-band ?
3. Bagaimana merancang antena mikrostrip dipole yang dapat bekerja pada dua frekuensi (2,3 GHz dan 3,3 GHz) ?
1.3. Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Hanya membahas antena mikrostrip dipole.
2. Frekuensi yang digunakan pada perancangan adalah 2,3 GHz dan 3,3 GHz.
3. Parameter yang dibahas adalah Voltage Standing Wave Ratio (VSWR),
bandwidth, pola radiasi, dan gain.
4. Bahan substrat yang digunakan adalah FR4 ( Ɛr = 4,4 ) dengan
ketebalan 1,6 mm.
5. Perancangan hanya dalam bentuk simulasi dengan menggunakan bantuan software simulator struktur frekuensi tinggi.
3 1.4. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang antena mikrostrip dipole yang dapat bekerja pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz
(dual-band) menggunakan bantuan software simulator struktur frekuensi tinggi.
1.5. Metodologi Penulisan
Metodologi yang digunakan dalam penulisan adalah sebagai berikut: 1. Studi Literatur
Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimilki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.
2. Perancangan dan Simulasi
Merupakan proses merancang antena mikrostrip dipole dual-band mulai dari pemilihan bahan, perancangan geometri antena dan mensimulasikan dengan menggunakan software simulator struktur frekuensi tinggi..
3. Studi Analisis
Yaitu serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang dirancang telah bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan.
4 1.6. Sistematika Penulisan
Adapun yang menjadi sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.
BAB II : ANTENA MIKROSTRIP
Bab ini berisi penjelasan tentang Antena mikrostrip secara umum, serta antena mikrostrip dipole.
BAB III: PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP
DIPOLE DUAL-BAND
Bab ini berisi mengenai perancangan antena mikrostrip dipole untuk frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz serta simulasi dengan menggunakan
software simulator struktur frekuensi tinggi.
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil simulasi antena mikrostrip dipole
dual-band dan analisa parameter-parameter hasil simulasi
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.
ii
ABSTRAK
Tugas Akhir ini membahas tentang perancangan antena mikrostrip dipole yang memiliki dua frekuensi kerja yaitu pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz yang dapat diaplikasikan untuk teknologi Broadband Wireless Access (BWA). Antena mikrostrip yang dirancang menggunakan sebuah Printed Circuit Board (PCB) double layer dengan substrate berbahan FR-4. Perancangan dan simulasi antena menggunakan bantuan software simulator struktur frekuensi tinggi.
Hasil perancangan memberikan nilai VSWR sebesar 1,41 untuk frekuensi 2,35 GHz dengan bandwidth sebesar 242 MHz (2232 – 2474 MHz) dan VSWR
1,24 untuk frekuensi 3,35 GHz dengan bandwidth sebesar 359 MHz (3166 - 3525 MHz). Antena yang dirancang memiliki gain sebesar 1,77 dB untuk
frekuensi 2,35 GHz dan 2,50 dB untuk frekuensi 3,35 GHz dengan pola radiasi
omni-directional.
Kata Kunci : antena, mikrostrip, dipole, dual-band
TUGAS AKHIR
STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP DIPOLE
DUAL-BAND FREKUENSI 2,3 GHz DAN 3,3 GHz UNTUK
APLIKASI BROADBAND WIRELESS ACCESS
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh
YAHYA AHMADI BRATA
NIM : 100402051
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
ii
ABSTRAK
Tugas Akhir ini membahas tentang perancangan antena mikrostrip dipole yang memiliki dua frekuensi kerja yaitu pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz yang dapat diaplikasikan untuk teknologi Broadband Wireless Access (BWA). Antena mikrostrip yang dirancang menggunakan sebuah Printed Circuit Board (PCB) double layer dengan substrate berbahan FR-4. Perancangan dan simulasi antena menggunakan bantuan software simulator struktur frekuensi tinggi.
Hasil perancangan memberikan nilai VSWR sebesar 1,41 untuk frekuensi 2,35 GHz dengan bandwidth sebesar 242 MHz (2232 – 2474 MHz) dan VSWR
1,24 untuk frekuensi 3,35 GHz dengan bandwidth sebesar 359 MHz (3166 - 3525 MHz). Antena yang dirancang memiliki gain sebesar 1,77 dB untuk
frekuensi 2,35 GHz dan 2,50 dB untuk frekuensi 3,35 GHz dengan pola radiasi
omni-directional.
Kata Kunci : antena, mikrostrip, dipole, dual-band
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya sampaikan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas
segala Karunia dan Rahmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Penulisan Tugas Akhir ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Saya menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, sangat sulit bagi saya untuk menyusun Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T, M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Arman Sani, M.T selaku di Dosen Pembanding 1, atas kritik dan sarannya.
5. Bapak Suherman, S.T, M.Comp, Ph.D selaku Dosen Pembanding 2, atas saran dan motivasinya.
6. Seluruh Bapak / Ibu Dosen beserta Staf Pegawai yang bekerja di lingkungan Teknik Elektro USU.
7. Kedua Orang Tua yang telah memberikan dukungan moril dan materil. 8. Seluruh teman-teman Teknik Elektro USU stambuk 2010.
iv
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna baik dari segi materi, pengolahan, maupun penyajian. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga
Allah Subhanahu Wa Ta’ala membalas segala kebaikan semua pihak yang
telah membantu penyusunan Tugas Akhir ini dengan balasan yang lebih baik.
Medan, Oktober 2014 Hormat saya,
Yahya Ahmadi Brata NIM 100402051
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ...i
ABSTRAK ...ii
KATA PENGANTAR ...iii
DAFTAR ISI ...v
DAFTAR GAMBAR ...ix
DAFTAR TABEL...xi
BAB 1 PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Perumusan Masalah ...2
1.3 Batasan Masalah ...2
1.4 Tujuan Penulisan ...3
1.5 Metodologi Penelitian ...3
1.6 Sistematika Penulisan ...4
BAB II ANTENA MIKROSTRIP ...5
2.1 Pengertian Antena ...5
2.2 Antena Mikrostrip ...6
2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip ...6
2.2.2 Jenis-jenis Antena Mikrostrip ...7
2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ...8
2.2.4 Teknik Pencatuan ...8
2.3 Antena Mikrostrip Dipole ...9
2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip ...10
vi
2.4.1 Bandwidth ...10
2.4.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ...11
2.4.3 Return Loss...12
2.4.4 Pola radiasi ...13
2.4.5 Direktivitas ...14
2.4.6 Gain ...15
2.4.7 Impedansi Masukan ...16
2.5 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole ...16
2.6 Antena Mikrostrip Dual-band ...18
2.7 Regulasi Mengenai Broadband Wireless Access (BWA) ...19
2.8 Software Simulator Struktur Frekuensi Tinggi ...21
BAB III PERANCANGAN ANTENA ...22
3.1 Umum ...22
3.2 Perangkat yang Digunakan ...23
3.3 Jenis Substrate yang Digunakan ...23
3.4 Diagram Alir Perancangan Antena...24
3.5 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz ...25
3.5.1 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 2,35 GHz ...25
3.5.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz ...26
3.5.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz ...27
vii
3.5.4 Optimalisasi...28
3.6 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz ...28
3.6.1 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 3,35 GHz ...28
3.6.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz ...29
3.6.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz ...30
3.6.4 Optimalisasi...31
3.7 Perancangan Antena Mikrostrip Dipole Dual-band ...31
3.7.1 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band ...32
3.7.2 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band ...33
3.7.3 Optimalisasi...34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...36
4.1 Umum ...36
4.2 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,3 Ghz ...36
4.3 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,3 Ghz ...37
4.4 Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band ...39
4.5 Analisa Hasil Simulasi ...41
viii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...47
5.1 Kesimpulan ...47
5.2 Saran ...48
DAFTAR PUSTAKA ...xii
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Peran Antena Dalam Sistem Komunikasi Wireless ...5
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ...7
Gambar 2.3 Bentuk-bentuk Patch Antena Mikrostrip ...7
Gambar 2.4 Jenis-jenis Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ...9
Gambar 2.5 Antena Mikrostrip Dipole ...10
Gambar 2.6 Pola Radiasi Antena ...14
Gambar 2.7 Teknik Mendapatkan Antena Mikrostrip Dual-band ...19
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena ...24
Gambar 3.2 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 GHz ...26
Gambar 3.3 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 2,35 GHz ...27
Gambar 3.4 Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 GHz ...30
Gambar 3.5 Simulasi Antena Mikrostrip Dipole Frekuensi 3,35 Ghz ...31
Gambar 3.6 Antena Mikrostrip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi...32
Gambar 3.7 Simulasi Antena Mikrsotrip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi...33
Gambar 3.8 Antena Mikrostrip Dipole Dual-band Setelah Optimalisasi ...34
Gambar 4.1 Grafik VSWR Antena Mikrsotrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 Ghz ...36
x
Gambar 4.2 Pola Radiasi Hasil Antena Mikrostrip Dipole Tunggal
Frekuensi 2,35 Ghz ...37
Gambar 4.3 Gain Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 2,35 Ghz ...37
Gambar 4.4 Grafik VSWR Antena Mikrsotrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 Ghz ...38
Gambar 4.5 Pola Radiasi Hasil Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 Ghz ...38
Gambar 4.6 Gain Antena Mikrostrip Dipole Tunggal Frekuensi 3,35 Ghz ...39
Gambar 4.7 Grafik VSWR Antena ...39
Gambar 4.8 Pola Radasi Antena ...40
Gambar 4.9 Gain Antena ...40
Gambar 4.10 Impedansi Input Antena ...42
Gambar 4.11 Bandwidth Antena ...44
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Substrate yang Digunakan ... 23 Tabel 3.2 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal
Frekuensi 2,35 Ghz ... 27 Tabel 3.3 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Tunggal
Frekuensi 3,35 Ghz ... 30 Tabel 3.4 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Sebelum Optimalisasi ... 33 Tabel 3.5 Karakteristik Dimensi Antena Mikrostrip Dipole Dual-band
Setelah Optimalisasi ... 35 Tabel 4.1 Analisa Perbandingan Antara Antena Mikrostrip Dipole
Tunggal Dengan Mikrostrip Dipole Dual-band ... 45
