PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA MIKROSTRIP SLOT RECTANGULAR ARRAY UNTUK APLIKASI WIMAX PADA RANGE FREKUENSI
3,3 – 3,7 GHZ
Wayan Bayu Ariswara¹, Heroe Wijanto², Yuyu Wahyu³
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom Abstrak
Dewasa ini teknologi Worldwide Interoperability for Microwave Access (WIMAX) tidak hanya diterapkan sebagai backhaul untuk komunikasi jarak jauh, namun sudah mulai diterapkan hingga ke jaringan akess. Oleh karena itu diperlukan antena yang memiliki keunggulan terutama pada rancangan antenanya yang tipis, kecil, dan ringan untuk diaplikasikan pada perangkat Personal Wireless Communication System.
Pada Tugas Akhir yang berjudul Perancangan Dan Implementasi Antena Mikrostrip Slot Rectangular Array Untuk Aplikasi WIMAX Pada Range Frekuensi 3,3 – 3,7 GHz ini dirancang, disimulasi dan direalisasikan sebuah antena untuk mendukung teknologi Broadband Wireless Access khususnya aplikasi WIMAX. Teknik pencatuannya menggunakan prinsip Proximity Coupled. Metode perancangan pada tugas akhir ini adalah dengan perhitungan menggunakan persamaan untuk mencari dimensi antena. Hasil yang didapat dari perhitungan merupakan input untuk proses simulasi. Hasil terbaik dari beberapa modifikasi pada simulasi digunakan sebagai nilai pada pembuatan antena prototype.
Prototype antena ini mampu menghasilkan karakteristik antena yang bekerja pada frekuensi tengah 3,5 GHz dengan bandwidth yang lebar yaitu 400 MHz atau 11,43% untuk nilai VSWR dibawah 1,5. Dengan dirancang menggunakan susunan empat antena, diperoleh gain sebesar 7,899 dBi. Dengan menggunakan slot dan teknik proximity coupled ini, spesifikasi antena dapat terpenuhi terutama dalam menghasilkan bandwidth lebar yang mampu diterapkan pada aplikasi teknologi WIMAX.
Kata Kunci : Antena Slot Mikrostrip, Pencatuan Proximity Coupled, WIMAX
Abstract
Nowadays Worldwide Interoperability for Microwave Access (WIMAX) technology not only used for Backhaul in wide wireless network, but also start to use in access network. That’s why it required an antenna which has a thin, small, light and simple construction as a device in Personal Wireless Communication System.
This final project, which is titled Design And Implementation Of Microstrip Slot Rectangular Array Antenna For WIMAX Application On Frequency Range 3,3 – 3,7 GHz, is discuss about design, simulate, and realization an antenna to support Broadband Wireless Access (BWA) especially WIMAX. This antenna is designed with Proximity Coupled as it feeding method. This final project begins with calculating the dimension of the antenna using function that define antenna dimension. The calculation results will be the input of simulation. The best results of some modification on antenna simulation will be use as dimension value on antenna fabrication. This antenna prototype can get a good antenna characteristic which is work on resonant
frequency 3,5 GHz with 400 MHz or 11,43% bandwidth frequency for VSWR value below 1,5. By using four array method and Proximity Coupled as it feeding method, this antenna prototype can achieve the specification especially to get a wide bandwidth characteristic which is can apply on WIMAX technology.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Worldwide Interoperability For Microwave Access atau yang lebih dikenal
sebagai WIMAX merupakan suatu teknologi wireless yang kini sedang pesat dikembangkan. Teknologi broadband access ini dikembangkan sebagai teknologi yang akan mendukung teknologi Wireless Fidelity (Wi-Fi). Standar WIMAX mengacu pada standar 802.16 oleh IEEE, dimana standar tersebut mendukung laju data puncak hingga 75 Mbps dengan cakupan daerah mencapai 50 Km. Aplikasi frekuensi WIMAX secara global diimplementasikan pada pita frekuensi 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,5 GHz, 5,8 GHz, dan 10,5 GHz. Untuk Indonesia sendiri telah dialokasikan beberapa pita frekuensi untuk teknologi Broadband Wireless Access (BWA), dimana termasuk di dalamnya pita frekuensi WIMAX untuk range 2,35 – 2,45 GHz dan 3,45 – 3,55 GHz. Namun, pada frekuensi 3,45 – 3,55 GHz terbentur dengan pengunaan untuk aplikasi satelit yang menggunakan frekuensi berdekatan, sehingga terdapat kemungkinan frekuensi kerja akan bergeser dari yg telah ditetapkan.
Perkembangan teknologi telekomunikasi mulai dari teknologi narrowband,
broadband hingga wideband dilihat dari segi perangkat telah menyebabkan perubahan
maupun karya baru. Antena termasuk salah satu perangkat pada blok sistem komunikasi yang dikembangkan selain Low Pass Filter maupun Low Noise Amplifier. Antena merupakan komponen yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas sehingga komunikasi nirkabel dapat berlangsung.
Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang dapat memenuhi kualifikasi tersebut dan sedang pesat perkembangannya. Perkembangan ini didukung dengan semakin meningkatnya kebutuhan akan desain antena yang ringkas dan praktis. Selain itu, antena sebagai salah satu perangkat komunikasi dituntut untuk memiliki kualifikasi untuk kebutuhan komunikasi bergerak. Hal ini sesuai dengan karakteristik antena mikrostrip dimana keunggulannya terletak pada geometri antena yang kecil, ringan dan tipis. Namun selain kelebihan tersebut, antena mikrostrip memiliki kelemahan dari segi gain yang dihasilkan dan lebar bandwidth yang kecil.
Namun hal itu dapat diatasi dengan penggunaan array antena dan pemilihan teknik pencatuan yang akan digunakan.
Untuk itulah pada tugas akhir ini akan dirancang antena mikrostrip dengan mengambil jenis antena slot mikrostrip yang disusun menjadi empat susunan. Dengan mengaplikasikan susunan empat antena dimungkinkan untuk mengatasi kelemahan antena mikrostrip.
I.2. Rumusan Masalah
Beberapa rumusan masalah terkait dengan penelitian pada Tugas Akhir ini meliputi :
1. Bagaimana merancang dan merealisasikan antena mikrostrip slot rectangular agar dapat bekerja pada range frekuensi 3300 – 3700 MHz dengan nilai VSWR ≤ 1,5 dan gain ≥ 6 dBi.
2. Bagaimana mensimulasikan model perancangan antena dan menentukan parameter apa saja yang perlu dikembangkan agar didapatkan spesifikasi antena yang tepat.
3. Bagaimana analisis dari hasil pengujian parameter-parameter antena mikrostrip slot yang telah dibuat untuk mengetahui apakah sistem hasil simulasi sudah memenuhi syarat spesifikasi.
4. Bagaimana hasil perbandingan antara analisis penggunaan simulasi software dengan pengukuran langsung setelah prototype-nya dibuat.
I.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil yang optimal, analisis dari perancangan antena slot mikrostrip dibatasi sebagai berikut :
1. Jenis antena yang akan direalisasikan adalah antena mikrostrip slot dan merupakan antena susunan (array antenna).
2. Geometri antena berupa antena mikrostrip slot dengan slot berbentuk persegi.
3. Simulasi hasil perancangan menggunakan bantuan software ansoft HFSS 9.2.
4. Pencatuan ke antena dilakukan ecara tidak langsung menggunakan metode
5. Spesifikasi teknik antena sebagai berikut : Frekuensi kerja : 3,3 – 3,7 GHz Impedansi : 50 Ω VSWR : ≤ 1.5 Gain : ≥ 6 dB Polaradiasi : Bidirectional Polarisasi : Linier
6. Proses pabrikasi antena dilakukan dengan cara dengan photoetching
7. Antena diletakkan di sisi penerima pada perangkat user fixed (Customer Premises Equipment) dipasang secara vertical.
I.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Merancang dan merealisasikan sebuah antena Array Mikrostrip Slot dengan bentuk slot persegi agar mampu bekerja di frekuensi 3,3 – 3,7 GHz.
2. Membandingkan hasil simulasi dengan hasil pengukuran.
3. Memahami karakteristik dan kinerja antena mikrosrip slot bentuk rectangular pada frekuensi 3,3 – 3,7 GHz.
I.5 Metodologi Penelitian
Pengerjaan tugas akhir ini menggunakan metodologi: 1. Studi Literatur
Proses pencarian dan penggumpulan literature-literatur berupa buku referensi, artikel, serta jurnal-jurnal yang mendukung dalam penyusunan teori dasar dan penjelasan yang selengkap-lengkapnya mengenai antena yang akan dirancang
2. Perancangan Dan Simulasi Model Sistem
Bertujuan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan berdasarkan perancangan secara teori dan dengan melakukan rekayasa pada geometri antena dengan bantuan software. Setelah disimulasikan kemudian antena dirancang dalam bentuk hardware.
3. Pabrikasi
Proses pabrikasi dilakukan dengan photoetching dan dilakukan oleh pihak lain yang berpengalaman, dengan ukuran yang telah diperoleh dari proses modifikasi.
4. Realisasi dan Pengukuran
Setelah berhasil direalisasikan, dilakukan proses pengukuran. Proses pengukuran dilakukan dua kali. pengukuran di dalam ruangan (indoor) untuk pengukuran pada Network Analyzer dan pengukuran di luar ruangan (outdoor) untuk pengukuran pola radiasi, gain, dan polarisasi.
5. Analisa
Bertujuan menganalisa data yang diperoleh dari hasil perancangan software untuk kemudian dibandingkan dengan prototype yang telah direalisasikan untuk dapat melihat perbedaan antena hasil simulasi dengan hasil realisasinya.
I.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini terdiri dari lima bab, yaitu :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi uraian mengenai latar belakang pembuatan Tugas Akhir, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, metodologi penelitian serta sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang konsep dasar antena secara umum dan metodologi analisa antena yang kemudian dilanjutkan dengan antena slot mikrostrip serta karakteristik yang berkaitan dengan hal tersebut
BAB III PEMODELAN DAN SIMULASI
Pada bab ini disajikan bagaimana bentuk pemodelan modifikasi yang diinginkan serta bagaiman prinsip kerja software Ansoft HFSS 9.2 untuk mensimulasikan antna slot mikrostrip dan melihat unjuk kerjanya melalui simulasi
BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISA
Bab ini berisi tentang data hasil pengukuran dan anilisis perbandingan hasil pengukuran dengan hasil simulasi yang didapatkan. Analisa dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif terhadap parameter-parameter karakteristik antena. Hasil analisa merupakan dasar bagi pembentukan kesimpulan Tugas Akhir ini
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas kesimpulan-kesimpulan yang dapat ditarik dari keseluruhan Tugas Akhir ini dan menyampaikan saran untuk kemudian dipertimbangkan sehingga dapat mengembangkan san menyempurnakan topic yang bersangkutan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari seluruh proses perancangan, modifikasi, dan realisasi antena susunan Mikrostrip Slot Persegi adalah sebagai berikut:
1. Antena susunan Mikrostrip Slot Persegi dapat bekerja pada frekuensi 3500 MHz dengan VSWR minimum 1,396 sehingga dapat diimplementasikan untuk aplikasi sistem komunikasi WIMAX.
2. Gain yang didapat berdasarkan hasil pengukuran yaitu 7,899 dBi pada frekuensi 3,5 GHz.
3. Karakteristik polaradiasi yang diperoleh adalah bidireksional dengan arah mainbeam sejajar arah pencatuan proximity coupled secara vertikal. Hasil pengukuran mengalami penyimpangan 100 – 200 dari hasil simulasi yang diakibatkan oleh kondisi lingkungan pengukuran yang kurang sempurna karena pantulan sinyal dan adanya interferensi dari sinyal lain di sekitar tempat pengukuran.
4. Bentuk antena slot dengan pencatuan proximity coupled mampu memberikan bandwidth yang lebih lebar yaitu 11,43% bila dibandingkan dengan karakteristik bandwidth mikrostrip yaitu 1%.
5. Ketepatan dan ketelitian pabrikasi, serta proses pengukuran antena sangat mempengaruhi karakteristik antena yang menyebabkan perbedaan dari hasil simulasi.
V.2 Saran
Untuk mendapatkan performansi antena yang lebih baik, maka ada beberapa saran antara lain:
1. Pengukuran dilakukan di suatu ruangan yang benar-benar memenuhi syarat pengukuran seperti anechoic chamber.
2. Untuk memperoleh bandwidth yang lebih besar dilakukan dengan menggunakan penyepadan jenis lain dan menggunakan substrat yang lebih tebal.
3. Nilai permitivitas substrat sebaiknya diperhatikan agar dapat disesuaikan dengan yang bahan yang mudah ditemui di pasaran.
4. Bahan yang digunakan dapat diganti untuk melihat karakteristik antena dengan nilai permitivitas yang berbeda termasuk di dalamnya perubahan bandwidth yang didapatkan.
5. Bentuk slot yang digunakan dapat diubah dan dimodifikasi untuk melihat perubahan pada karakteristik antena.
DAFTAR PUSTAKA
[1] _________,hfss_onlinehelp, Pittsburgh: Ansoft Corporation.
[2] Balakrishnan T, Vengadarajan A., Gupta Baskar, 2007, Ultra Wide-band
Microstrip Line-fed Rectangular Slot Antenna, Defense Science Journal, Vol.
57, No. 6, pp. 899-902.
[3] Balanis, Constantine A, 1982, Antenna Theory: Analysis and Design, New York : Harper & Row Pubisher Inc.
[4] Iskandar Fitri dan Ngadino Surip, 2006, Antena Slot Mikrostrip Segitiga Array
Untuk Aplikasi Ultra-Wideband, Proceeding , Seminar Ilmiah Nasional
Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT), Universitas Gunadarma.
[5] Kraus, Jhon D and Marhefka, Ronald J, 2003, Antennas for All Application, New York.
[6] Kumar, Girish., Ray,K.P, Broadband Microstrip Antennas, London: Artech House.
[7] Modul Antena, Laboratorium Antena STT Telkom, Bandung.
[8] Pozar, David M. and Schaubert Daniel H., 1995, Microstrip Antennas: The
Analysis and Design Of Microstrip Antennas and Arrays, New York: IEEE
Press.
[9] Setiawan, Denny, 2006, Penataan Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar
Berbasis Nirkabel, Jakarta: Tim Penataan Spektrum Frekuensi Radio Untuk
Akses Nirkabel Berbasis Pita Lebar (Broadband Wireless Access / BWA).
[10] Soetamso, 2004 , Diktat Kuliah Sistem Antena, STTTelkom.Bandung.
[11] Woong, Y. Jang, Wide-Band T-Shaped Microstrip-Fed Twin-Slot Array
