REALISASI ANTENA MIKROSTRIP SUSUN DUA ELEMEN DENGAN TEKNIK PENCATUAN PROXIMITY COUPLING PADA FREKUENSI GHz

(1)

REALISASI ANTENA MIKROSTRIP SUSUN DUA

ELEMEN DENGAN TEKNIK PENCATUAN

PROXIMITY COUPLING PADA FREKUENSI

2.4-2.4835 GHz

Realization of Two Element Array Microstrip Antenna

With Proximity Coupling for 2.4-2.4835 GHz Frequency

PROYEK AKHIR

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro

diajukan oleh :

MITA MUSHLIHA 091331017

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

(2)

(3)

CURRICULUM VITAE

Mita Mushliha

Mobile Phone : +62 856 221 5728

e-Mail Address : [email protected]

PERSONAL DATA

Place / Date of Birth : Kuningan / May 13th, 1991

Gender : Female

Height / Weight : 159 cm /47 Kg Nationality : Indonesian

Religion : Islam

Marital Status : Single

Current Address : Rt. 14, Rw. 03 Desa Cilowa Kec.Kramatmulya , Kab. Kuningan, West Java, Indonesia, 45553

EDUCATION

 Degree D3, Fresh Graduated

University State Polytechnic of Bandung Major Telecommunication Engineering GPA 3.05 (until semester 5)

Graduation Time September 2012

Thesis “Realization of Two Elemen Array Microstrip Antenna With Proximity Coupling for 2.4 – 2.4835 GHz Frequency”

 Additional Academic Qualifications

Senior High School SMA Negeri 1 Kuningan Year of Graduation 2009

Junior High School MTs Negeri Jalaksana Year of Graduation 2006

Elementary School SD Negeri 1 Ciloa Year of Graduation 2003

(4)

EXTRA CURRICULAR ACTIVITIES

 Staff of Boy Scout of SD Negeri 1 Ciloa

 Staff of Boy Scout of MTs Negeri Jalaksana

 Staff of tourism of Student Organization MTs Negeri Jalaksana (2004-2005)

 Staff of Boy Scout of SMA Negeri 1 Kuningan (2006-2008)

 Staff of treasurer of Student Organization SMA Negeri 1 Kuningan (2007-2008)

 Staff of HIMATEL (Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi) of 2 commission of MPH (Majelis Permusyawaratan Himpunan) (September 2009 - September 2010). HIMATEL is student organization of POLBAN Telecommunication Engineering Major.

 Staff of HIMATEL (Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi) of B commission and treasurer of MPH (Majelis Permusyawaratan Himpunan) (September 2010 - September 2011). HIMATEL is student organization of POLBAN Telecommunication Engineering Major.

 Committee of Seminar “Everyone Can Be a Leader” held by HIMATEL (Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi) (April 2011)

JOB EXPERIENCE

 Practical Work in Bandara Husein Sastranegara - Bandung (July – August 2011)

TRAINING/WORKSHOP/SEMINAR

 Inspiring Moment “A Moment to Change and Glory” held by POLBAN (August 2009)

 Workshop “Software Freedom Day” held by HIMATEL POLBAN (October 2009)

 Outbond Student and Gathering held by POLBAN (October 2009)

 CCNA Exploration 1 : Network Fundamentals (February 2010)

 CCNA Exploration 2 : Routing and Protocols (May 2011)

 Moving Forward with Scada held by POLBAN HMJE (Himpunan Mahasiswa Jurusan Elektro) (September 2011)

 Communication Navigation Survillance and Air Traffic Management held by Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) (October 2011)

 Antenna Simulation Training (December 2011)

 Workshop “Open BTS” held by IT Telkom (Maret 2012)

PERSONAL COMPETENCIES

 Telecommunication engineering knowledge.

 Adaptable and like to learning new knowledge.

 Good in doing team or individual job.

 Communicative and friendly.

 Can operate microsoft office, CST Studio Suite 2010, Pathloss 5.0

(5)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan proyek akhir dengan judul “Realisasi Antena Mikrostrip Susun Dua Elemen dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupling pada Frekuensi 2.4 – 2.4835 GHz”.

Penulis menyadari bahwa proyek akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Hal ini karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki penulis. Namun proyek akhir ini tidak akan selesai tanpa bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Allah SWT yang telah senantiasa memberikan rahmat dan hidayah sehingga penulis dapat melalui rintangan dengan senyum dan ikhlas. 2. Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan doa, kasih sayang,

perhatian, suri tauladan, kesabaran, pengertian, mendengarkan semua cerita dan segalanya tiada tara demi kebaikan anaknya.

3. Adik-adikku tersayang yang selalu memberikan semangat kepada penulis. 4. Bapak Asep Barnas Simanjuntak, BSEE, M.T. , selaku Pembimbing

Tunggal yang telah berbagi ilmu, waktu, dan kesabarannya dalam membimbing penulis menyelesaikan proyek akhir ini.

5. Semua keluarga besar Al-Amin yang selalu mendukung dan mendoakan penulis.

6. Bapak Badu selaku teknisi yang telah membantu penulis di Laboratorium selama proyek akhir ini.

7. Seluruh Dosen dan Staff karyawan POLBAN yang telah memberikan ilmunya yang berguna bagi penulis selama kuliah, semoga ilmu yang bermanfaat menjadikan amal kebaikan yang tiada henti pahalanya.

8. Teman-teman seperjuangan Dafit Bagus Maha Bekti , Tiara Fitrina dan Nurul Amaral terima kasih atas kerjasamanya selama proyek akhir ini. 9. Temen-temen tim antena, Refa, Fitra, Lia, Fauziyah, Deti, Devi

terimakasih atas kerjasamanya.

10.Muhammad Abdul Jabbar Hussein, yang selalu menemani, memberikan doa, dukungan, support, waktu, petuah dan semangat kepada penulis.

(6)

11.Santy Fauziyah, yang selalu memberikan semangat pada penulis.

12.Seluruh mahasiswa Teknik Telekomunikasi POLBAN angkatan 2009, khususnya Kelas 3A, kebersamaan ini takkan tergantikan.

13.Serta semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian proyek akhir dan laporan proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, sehingga proyek akhir dan laporan proyek akhir ini dapat diselesaikan.

Dari lubuk hati terdalam, bagaimanapun juga penulis tidak akan mampu membalas jasa-jasa mereka, akan tetapi penulis berharap semoga amal kebaikan mereka menjadi sumber pahala yang tiada hentinya.

Akhir kata penulis mengucapkan Alhamdulillah dan dengan selalu mengharap ridho Allah SWT, penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan semoga dapat memperkaya ilmu pengetahuan terutama dalam bidang telekomunikasi.

Bandung, Juli 2012 Penulis

(7)

ABSTRAK

Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular untuk teknologi

wireless. Salah satu aplikasinya yaitu untuk WLAN (Wireless Local area

Network). Keunggulan dari antena mikrostrip ini diantaranya memiliki ukuran

yang kecil, ringan dan praktis. Namun, antena mikrostrip memiliki bebrapa kekurangan, yaitu bandwidth yang sempit dan gain yang rendah. Pada proyek akhir ini telah dilakukan perancangan dan realisasi antena mikrostrip persegi array dua elemen pada frekuensi 2.4 – 2.4835 GHz dengan menggunakan teknik pencatuan proximity coupling. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa frekuensi kerja 2.3977 – 2.507 MHz pada VSWR 2:1 dengan bandwidth 109.3 MHz. Pola radiasi yang dihasilkan adalah direksional.

Kata kunci : mikrostrip, array, proximity coupling.

ABSTRACK

Microstrip antenna is a popular antenna for wireless technology. The one of application for WLAN (Wireless Local area Network). The advantage of microstrip antenna is small size, light weight, and practical. But, microstrip antena has narrow bandwidth and low gain. In this final project has been realized rectangular microstrip antenna two array elemens in frequency range 2.4 – 2.4835 GHz by using proximity coupling feed technique. The result of measurement shows that the antenna works at frequency range 2.3977 – 2.507 GHz at VSWR 2:1 with bandwidth 109.3 MHz. The result of the radiation pattern is directional.

Keyword : Microstrip, WLAN, array, proximity coupling.

(8)

DAFTAR ISI

Hal

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... iv

LEMBAR PERSEMBAHAN ... v

KATA PENGANTAR ... vi

ABSTRAK ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR SINGKATAN ... xv

DAFTAR ISTILAH ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

i BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Perumusan dan Pemecahan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Proyek Akhir ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Laporan ... 3

BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1 Tinjauan Pustaka ... 5 2.2 WLAN... 6 2.3 Antena Mikrostrip... 6 2.3.1Karakteristik Dasar ... 6 2.3.2Dimensi Fisik ... 7 2.3.3Impedansi Input ... 8 2.3.4Saluran Mikrostrip ... 10

2.4 Pola Radiasi Antena Mikrostrip Persegi ... 11

2.5 Teknik Pencatuan Proximity Coupling ... 12

(9)

2.6 Linear Array:Uniform Spacing and Amplitude ... 13

2.6.1Pendahuluan ... 13

2.6.2Array Faktor ... 14

2.7 Teknik Penyesuai Impedansi dengan Stub ... 15

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3.1 Diagram Alir Realisasi Antena... 16

3.2 Penentuan Spesifikasi Antena ... 17

3.3 Karakteristik Bahan ... 17

3.4 Kontruksi dan Teknik Pencatuan Antena ... 17

3.5 Perancangan Awal Dimensi Antena ... 19

3.5.1 Dimensi Patch ... 19

3.5.2 Dimensi Pencatuan Proximity Coupling ... 20

3.6 Jarak Antar Elemen... 22

3.7 Simulasi dengan CST Studio Suite 2010 ... 23

3.8 Hasil Simulasi... 25

1. Dimensi Antena Hasil Simulasi ... 25

2. Return Loss ... 27

3. Bandwidth ... 27

4. VSWR ... 27

5. Impedansi Input Fungsi Frekuensi ... 28

6. Pola Radiasi Dua Dimensi ... 28

7. Pola Radiasi Tiga Dimensi ... 29

BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA 4.1 Pengukuran Return Loss, VSWR, dan Bandwidth ... 30

4.1.1Peralatan yang Digunakan ... 30

4.1.2Prosedur Pengukuran ... 30

4.1.3Hasil Pengukuran... 31

a. Return Loss ... 31

b. VSWR dan Bandwidth ... 32

4.1.4Analisis Hasil Pengukuran ... 32

4.2 Pengukuran Pola Radiasi ... 34

(10)

4.2.1Peralatan yang Digunakan ... 34

4.2.2Prosedur Pengukuran ... 34

4.2.3Hasil Pengukuran... 36

4.2.4Analisis Hasil Pengukuran ... 39

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 40 5.2 Saran ... 40 DAFTAR PUSTAKA ... 41 LAMPIRAN ... 42

(11)

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 1. Struktur Antena Mikrostrip ... 7

Gambar 2. Panjang Efektif Antenna Mikrostrip ... 8

Gambar 3. Antena Mikrostrip dengan Inset Feed ... 9

Gambar 4. Pola Medan Listrik pada Saluran Mikrostrip... 10

Gambar 5. Transformator ... 11

Gambar 6. Sistem Koordinat Bola ... 12

Gambar 7. Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupling ... 13

Gambar 8. Linier Mikrostrip Array ... 14

Gambar 9. Saluran Catu dengan menggunakan Stub Pendek ... 15

Gambar 10. Diagram Alir Pembuatan Antena Mikrostrip ... 16

Gambar 11. Bentuk dan Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ... 18

Gambar 12. Dimensi Patch Antena Mikrostrip ... 20

Gambar 13. Directivity Array dengan Berbagai Nilai d dan N ... 22

Gambar 14. Jarak antar Elemen Antena ... 22

Gambar 15. Dimensi Feedline Antena Mikrostrip ... 23

Gambar 16. Flowchart Proses Simulasi ... 24

Gambar 17.a. Tampilan CST Studio Suite 2010 beserta Pemodelan Antena Mikrostrip ... 25

Gambar 17.b. Layer Atas bagian Patch ... 25

Gambar 17.c. Layer Bawah bagian Feed line ... 26

Gambar 17.d. Tampak Samping dengan Mikrostripline ... 26

Gambar 18. Respon Return Loss pada Frekuensi 2.438 GHz ... 27

Gambar 19. Hasil Plot VSWR Menggunakan CST Studio Suite 2010 ... 27

Gambar 20. Matching Antena Menggunakan CST Studio Suite 2010 ... 28

Gambar 21. Hasil Plot Pola Radiasi Menggunakan CST Studio Suite 2010 ... 28

Gambar 22. Hasil Plot Pola Radiasi Menggunakan CST Studio Suite 2010 ... 29

(12)

Gambar 23. Hasil Plot Pengukuran Gain Menggunakan CST Studio

Suite 2010 ... 29

Gambar 24. Setup Pengukuran Return Loss ... 31

Gambar 25. Hasil Pengukuran Return Loss Fungsi Frekuensi ... 31

Gambar 26. Hasil Pengukuran VSWR Fungsi Frekuensi ... 32

Gambar 27. Perbandingan Return Loss Antena Hasil Simulasi ... 33

Gambar 28. Setup Pengukuran Pola Radiasi ... 35

Gambar 29. Plot Pola Radiasi Bidang H-Plane ... 36

Gambar 30. Plot Pola Radiasi Bidang E-Plane ... 37

Gambar 31. Pot Pola Radiasi Cross Polarization ... 38

Gambar 32. Perbandingan antara H-Pane, E-Plane dan Cross Polarization .. 39

Gambar 33. Plot Pola Radiasi a) E-Plane b)H-Plane ... 39

(13)

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 1. Dimensi Antena Hasil Simulasi ... 26

Tabel 2. Hasil Pengukuran Return Loss ... 31

Tabel 3. Hasil Pengukuran VSWR ... 32

Tabel 4. Hasil Pengukuran Pola Radiasi H-Plane ... 36

Tabel 5. Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Plane ... 37

Tabel 6. Hasil Pengukuran Pola Radiasi Cross Polarization ... 38

(14)

DAFTAR SINGKATAN

WLAN : Wireless Local Area Network VSWR : Voltage Standing Wave Ratio EM : Gelombang elektromagnetik

WIMAX : Worldwide Interoperability for Microwave Access LAN : Local Area Network

SMA : Sub Miniature versi A

CST : Computer Simulator Technology

(15)

DAFTAR ISTILAH

Angular width : lebar sudut

Aperture coupling : celah kopling

Bandwidth : lebar pita frekuensi

Circular ring : salah satu bentuk patch yang berupa cincin lingkaran

Coaxial probe : salah satu teknik pencatuan yang.dilakukan dengan cara

melubangi patch untuk dihubungkan dengan konektor

Compact : kecil

Cross polarization : perbandingan daya ketika antena menerima polarisasi

vertikal dan horizontal

Directivity : perbandingan intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap

intensitas radiasi rata-rata pada semua arah

E-Plane : bidang yang berisi vektor medan listrik dan arah radiasi

maksimum

Feedline : saluran pencatu

Flowchart : gambar atau bagan yang memperlihatkan urutan dan

hubungan antar proses beserta instruksinya

Fringing effect : suatu kondisi dimana sebagian medan elektromagnetik

akan meradiasi, dan sebagian lagi ada yang masuk kembali ke dalam substrat dielektrik

Fringing field : medan limpahan

Gain : perbandingan intensitas radiasi maksimum suatu antena

dengan intensitas maksimum antena referensi yang daya inputnya sama

Ground plane : bidang tanah

H-Plane : bidang yang berisi vektor medan magnet dan arah radiasi

maksimum

Inset feed : input menjuruk ke dalam sebagai matching impedance

Linear Array : konfigurasi elemen dari antena array dapat disusun

berbentuk suatu garis lurus disebut array linier

Load source : diberi beban 50 Ω

(16)

Low profile : sederhana

Multi band : berbagai frekuensi

Open source : diberi impedansi tak terhingga

Patch : komponen utama antena mikrostrip

Principle plane : pola dimensi dua dimensi

Proximity coupling : kedekatan kopling

Rectangular : salah satu bentuk patch yang berupa persegi panjang

Return loss :perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan

Ring sector : salah satu bentuk patch melingkar

Shielding : pelindung

Short source : dihubung singkat

Shunt : tegangan

Single band : pita tunggal

Spherical coordinate : koordinat bola

Spherical :bentuk bola

Stub : potongan

Susceptance : kerentanan

Wireless : jaringan tanpa kabel yang menggunakan udara sebagai

media transmisinya untuk menghantarkan gelombang elektromagnetik

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Hal Lampiran 1. Realisasi Antena... 42 Lampiran 2. Pengukuran Return Loss dan Bandwidth... 43