TESIS – SF2342
DESAIN FABRIKASI DAN KARAKTERISASI
ANTENA
WIDEBAND
MIKROSTRIP
SLOT BOWTIE
DENGAN CPW UNTUK KOMUNIKASI
WIRELESS
DIDI MUHTADI 1107 201 732
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng.
PROGRAM MAGISTER
BIDANG KEAHLIAN OPTOELEKTRONIKA JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2009
TESIS – SF2342
DESIGN FABRICATION AND CHARACTERIZATION
WIDEBAND MICROSTRIP ANTENNA SLOT BOWTIE
WITH CPW FOR WIRELESS COMMUNICATION
DIDI MUHTADI 1107 201 732
SUPERVISOR
Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng.
MASTER PROGRAM
STUDY OF OPTOELECTRONIC PHYSICS DEPARTEMENT
MATHEMATICS AND NATURAL SCIENCE FACULTY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA
iii
DESAIN FABRIKASI DAN KARAKTERISASI
ANTENA WIDEBAND MIKROSTRIP SLOT BOW-TIE
DENGAN CPW UNTUK KOMUNIKASI WIRELESS
Nama Mahasiswa : Didi Muhtadi NRP : 1107201732
Pembimbing : Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng.
ABSTRAK
Prototipe antena mikrostrip
slot
bowtie
dengan menggunakan
masukan
Co-Planar Waveguide
(CPW) telah berhasil difabrikasi dan
dikarakterisasi parameternya seperti VSWR,
Return
Loss (RL)
, Pola radiasi
dan
Gain
nya.
Hasil pengukuran dua desain antena, yang terdiri dari mikrostrip
slot
bowtie
tunggal
dan
slot bowtie
ganda
telah mendapatkan hasil yang
diharapkan. Pada frekuensi 2,4 GHz desain antena mikrostrip
slot
bowtie
tunggal menunjukan RL sebesar -23,365 dB dan VSWR 1,146. Lebar pita
frekuensi (
bandwith
) 1950 MHz yang terukur pada range 1050 MHz
hingga 3000 MHz. Pada antena
bowtie
ganda
RL sebesar -23,263 dB,
VSWR 1,147 dan
bandwith
1275 MHz pada range 1725 MHz hingga 3000
MHz. Kedua antena menunjukan antena dengan rentang
Wideband
. Pola
radiasi antena
bowtie
tunggal dua arah 180 derajat main lobe dengan
radiasi maksimum pada arah 0
0dan 180
0dengan besarnya penguatan
sebesar 14 dB. Dan besarnya penguatan antena
bowtie
ganda
12 dB.
Diharapkan kedua desain antena yang dibuat dapat diterapkan dalam
komunikasi WLAN dengan keunggulan
bandwith
nya yang sangat lebar dan
pencatuan dengan
fed
CPW membuatnya mudah diintegrasikan dengan
Monolithic
Microwave Integrated Circuits
(MMIC) baik device aktif
maupun pasif lainnya.
v
DESIGN FABRICATION AND CHARACTERIZATION
WIDEBAND MICROSTRIP ANTENNA SLOT BOW-TIE
WITH CPW FOR WIRELESS COMMUNICATION
Name : Didi Muhtadi Student Identity Number : 1107201732
Supervisor : Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng.
ABSTRACT
Slot Bowtie microstrip antenna prototype by using Co-Polanar
Waveguide (CPW) was succesfullly done and characterized as VSWR,
Return Loss (RL), Radiation Pattern and Gain.
Result of measuring two antenna design consist of single slot bowtie
microstrip and dual slot bowtie had got the expected result. In 2,4 GHz
frequency single slot bowtie microstrip antenna showed RL for -23,365 dB
and VSWR 1,146. The measured bandwith 1950 in range 1050 MHz to
3000 MHz. In dual bowtie antenna RL was -23,263 dB, VSWR 1,147 and
radiation pattern of single two directions bowtie antenna 180
0main lobe
with maximum radiation in 0
0and 180
0with reinforcement 14 dB. Dual
bowtie antenna reinforcement was 12 dB.
Hoping that both antenna can be applied in WLAN communication
with superwide bandwith quality supply with fed CPW made it can be
integrated with Monolithic Microwave Circuits (MMIC) either active
device nor passive one.
vii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT atas limpahan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul: “Desain Fabrikasi dan Karakterisasi Antena Wideband Mikrostrip Slot
Bowtie dengan CPW untuk Komunikasi Wireless”.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa alam semesta ini adalah ilmu pengetahuan yang tidak berbatas pemberian Allah Sang Maha Pencipta, sebagaimana firman-Nya dalam Surat Al- Imran ayat 190-191:
“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal”. (190) “(yaitu) Orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka”. (191)
Penulisan tesis ini adalah untuk mengekspresikan pengetahuan dan gagasan penulis selama menjalani perkuliahan di program magister fisika, FMIPA ITS. Sehingga dengan seizin Allah seraya memohon kekuatan kepada-Nya, berharap karya ini bukan akhir dari tanggung jawab dan dedikasi ilmiah penulis, tetapi sebagai kunci untuk membuka cakrawala ilmu pengetahuan yang maha luas sebagaimana firman-Nya di atas.
Dalam kesempatan ini Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ayahanda Abah Haji Husin, ibunda Hj. E.Nurhayati, nanda tahu bahwa tiada sedetikpun untaian doa terputus untuk putramu ini. Kepada saudara-saudaraku k’ haji Umu, t’ Emah, t’ Yayan, k’ Ojin, t’ Aah beserta kakak-kakak iparku, dan tak terlupa untuk adik tercintaku Lia. Kepada Ayah dan Ibu mertuaku Bapak Abdullah Husien Alattas dan Ibu Dedeh Dewangsih.
viii
Terkhusus kepada istriku Fathiah Alattas, atas segala pengorbanan, keikhlasan, kerelaan, dan kesabaran selama penulis menyelesaikan tesis ini. Tesis ini kanda persembahkan untuk “Buah Hati kita”.
Penulis juga mengucapkan rasa terima kasih dan apresiasi yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng. selaku dosen pembimbing yang senantiasa memberikan arahan, motivasi serta wawasan keilmuan sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Serta atas segenap waktu kebersamaan dengan keluarga yang terluangkan untuk kami para anak bimbingannya, mudah-mudahan spirit dan semangat beliau dapat penulis tauladani dalam rangkah mencari dan mengembangkan ilmu pengetahuan di kemudian hari.
2. Bapak Prof. H. Mahmud Zaki selaku penguji I atas segala kesabarannya yang telah memberikan arahan dan masukannya demi perbaikan tesis ini. 3. Bapak Drs. Hasto Sunarno, M.Sc. selaku Dosen penguji II, atas segala
arahan dan masukannya yang telah diberikan kepada penulis.
4. Drs. Suminar Pratapa, M.Sc., P.hD., selaku Ketua Program Studi Magister Fisika FMIPA ITS beserta staf, yang telah mengelola kerja sama DEPAG dengan Program Magister FISIKA dengan baik.
5. Bapak Drs. Ali Yunus Rohedi, MT. Kepala Lab. Optik beserta Bapak Abbas, Laboran Lab Optik atas ijin tempatnya.
6. Bapak Drs. Henny Faisal, M.Si., selaku Ketua Jurusan beserta staf Jurusan dan para dosen pengajar Fisika FMIPA ITS Surabaya, yang telah tulus serta ikhlas memberikan wawasan keilmuannya kepada penulis.
7. Dirjen DEPAG Jakarta yang telah memberikan kesempatan Beasiswa Pendidikan Pascasarjana selama studi di Program Magíster Jurusan Fisika ITS Surabaya.
8. Kawan-kawan program keahlian Opto-elektronika atas kekompakannya, Mba Uun, thanks untuk laptopnya buat 2 malam suntuk ambil data, Pa’ Kholik, Pa’ Edi, Bu Umi. Buat para senior Mba Farida, Mas Sudar, Mba Rina, Bu Esti, Bu Erni, dan Pa’ Ambiyah. Terimakasih untuk kebersamaan yang telah dibangun.
ix
9. Rekan-rekan seperjuangan mahasiswa Pascasarjana Jurusan Fisika Program Kerjasama Depag-ITS angkatan 2007.
10. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat penulis sebutkan secara terperinci.
Penulis telah berusaha menyusun tesis ini dengan sebaik-baiknya, tetapi penulis menyadari tesis ini masih banyak kekurangan, sehingga sangat diharapkan saran dan masukan demi perbaikan tesis ini. Akhirnya penulis mengharapkan semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan dunia ilmu pengetahuan, dan semoga menjadi suatu makna ibadah di sisi Allah SWT.
Surabaya, Juli 2009
xi
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN i ABSTRAK iii ABSTRACT vKATA PENGANTAR vii
DAFTAR ISI xi
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR GAMBAR xv BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1. Antena Mikrostrip Bowtie 5 2.2. Garis Transmisi (TransmissionLine) 6 2.3 Feeding dengan Co-PlanarWaveguide (CPW) 9 2.4. Parameter Antena 11
2.4.1 VSWR 11
2.4.2 ReturnLoss 12 2.4.3 Direktivitas dan Gain 13 2.4.4 Bandwith Antena 14 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 15 3.1. Diagram Alir Penelitian 15 3.2.Penentuan Substrat dan Konektor 16 3.3.Dimensi Antena Mikrostrip SlotBowtie dengan CPW 16 3.4. Fabrikasi Antena Mikrostrip SlotBowtie 20 3.5. Pengukuran dan Karakterisasi 21 3.6. Analisis Data Hasil Pengukuran 23
xii
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 25 4.1. Hasil Fabrikasi 25 4.2. Hasil Pengukuran Menggunakan NetworkAnalyzer (NA) 26 4.2.1 Hasil Pengukuran Antena I 26 4.2.2 Hasil Pengukuran Antena II 28 4.2.3 Hasil Pengukuran Antena III 30 4.2.4 Perbandingan Data Return Loss Antena I, II dan III 32 4.3. Lebar Pita (Bandwith) Frekuensi 36 4.3.1 Bandwith Antena II (Desain Bowtie Tunggal) 36 4.2.1 Bandwith Antena III (Desain Bowtie Ganda) 38 4.4. Hasil Pengukuran Pola Radiasi dan Penguatan 38 4.4.1 Pola RadiasiDesain Bowtie Tunggal (Antena II) 38 4.4.2 Penguatan Bowtie Tunggal (Antena II) 42 4.4.3 Pola RadiasiDesain Bowtie Ganda (Antena III) 44 4.4.4 Penguatan Bowtie Ganda (Antena III) 45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 47
5.1 Kesimpulan 47
5.2 Saran 48
DAFTAR PUSTAKA 49
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Ukuran antena I, II, dan III 20 Tabel 4.1 Perbandingan ReturnLoss Terendah pada Antena I, II, dan III
33 Tabel 4.2 Perbandingan VSWR, Koefisien Refleksi dan ReturnLoss
antena I, II, dan III pada Frekuensi 2,4 GHz 34 Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Signal Noise Ratio (SNR) Antena II 43 Tabel 4.4 Data Hasil Pengukuran Signal Noise Ratio (SNR) Antena III 46
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Bentuk Geometri Antena Mikrostrip Bowtie 6 Gambar 2.2 TerminatedTransmissionLine 7
Gambar 2.3 Feeding CPW (Co-Planar Waveguide) 10 Gambar 2.4 Gelombang Berdiri (Standing Wave) yang Disebabkan Adanya
Tegangan Refleksi 12 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Desain Antena Mikrostrip Slot Bowtie
dengan CPW 15
Gambar 3.2 Dimensi Antena SlotBowtie 16 Gambar 3.3 Tampilan Software Kalkulator CPW 19 Gambar 3.4 Rangkaian Pengukuran Antena Menggunakan Network
Analyzer 21
Gambar 3.5 Rangkaian Pengukuran Antena Menggunakan CardWireless
AdapterOrinoco 22
Gambar 4.1 Hasil Fabrikasi Antena I, II dan III 25 Gambar 4.2 Grafik Hubungan VSWR terhadap Frekuensi pada Antena I 26 Gambar 4.3 Grafik Hubungan Koefisien Refleksi (S11) terhadap Frekuensi
pada Antena I 27
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Return Loss terhadap Frekuensi pada
Antena I 28
Gambar 4.5 Grafik Hubungan VSWR terhadap Frekuensi pada Antena II 29 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Koefisien Refleksi terhadap Frekuensi pada
Antena II 29
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Return Loss terhadap Frekuensi pada
Antena II 30 Gambar 4.8 Gambar Pengukuran Antena III Menggunakan Network
Analyzer tipe 8714 C 31
Gambar 4.9 Grafik Hubungan VSWR terhadap Frekuensi pada Antena III 31 Gambar 4.10 Grafik Hubungan Koefisien Refleksi terhadap Frekuensi pada
Antena III 22
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Frekuensi dan Return Loss pada pada
Antena III 32 Gambar 4.12 Hubungan Return Loss terhadap Frekuensi
xvi
Gambar 4.13 FittingReturn Loss terhadap Frekuensi pada Antena I, II, III dan Polinomial Orde 8
35
Gambar 4.14 Bandwith Frekuensi pada Antena II 36 Gambar 4.15 Bandwith Frekuensi pada Antena III 38 Gambar 4.16 Proses Pengambilan Data Pola Radiasi Antena pada Posisi
Vertikal 39
Gambar 4.17 Nilai SNR, Signal Noise dan Noise Level 39 Gambar 4.18 Pola Radiasi Antena II dengan Posisi Antena Vertikal 40 Gambar 4.19 Pola Radiasi Antena II dengan Posisi Antena Horizontal 41 Gambar 4.20 Perbandingan Pola Radiasi Horizontal dan vertikal 42 Gambar 4.21 Nilai SNR Antena Monopole 43 Gambar 4.22 Pola Radiasi Antena III 44
