OPTIMASI SALURAN PENCATU ANTENA MIKROSTRIP
PATCH SEGI EMPAT DUALBAND 2 ELEMEN PADA
APLIKASI BAND SELULAR 1800 MHz
DAN WLAN 2400 MHz
TESIS
OLEH:
KHAIRIL ABDILLAH 157034001/MTE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OPTIMASI SALURAN PENCATU ANTENA MIKROSTRIP
PATCH SEGI EMPAT DUALBAND 2 ELEMEN PADA
APLIKASI BAND SELULAR 1800 MHz
DAN WLAN 2400 MHz
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH:
KHAIRIL ABDILLAH 157034001/MTE
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Telah diuji pada Tanggal : 19 Juli 2017
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST., MT. Anggota : Suherman, ST., M.Comp., PhD
ABSTRAK
Suatu antena mikrostrip patch segi empat dirancang untuk frekuensi kerja
dualband pada komunikasi berbasis selular band 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
Konfigurasi optimal diperoleh dari penggunaan 2 unit patch antena 1 elemen yang dihubungkan dengan saluran pencatu T-junction multiple section. Perancangan dan analisis dilakukan dengan perhitungan teoritis, simulasi dengan microwave office AWR 2004, pengukuran hasil pabrikasi serta pengujian pada wireless portable device. Capaian lower-band 1800 MHz diperoleh parameter bandwidth sebesar 232 MHz dengan perbaikan voltage standing wave ratio atau VSWR < 1,82, beamwidth 140o, gain 4,87 dB dengan return loss dibawah -10 dB. Capaian upper-band 2400 MHz diperoleh bandwidth sebesar 94 MHz dengan perbaikan VSWR < 1,68, beamwidth 90o, gain 6,16 dB dengan return loss dibawah -10 dB. Antena bersifat directional pada arah polarisasi linier vertical dan kinerja optimal beroperasi di daerah frekuensi 1670-1902 MHz untuk lower-band dan 2400-2494 MHz untuk upper-band. Sehingga, antena dapat berfungsi dengan baik pada perangkat yang bekerja pada
dual-system LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
Kata kunci : Antena mikrostrip patch segi empat, saluran pencatu T-junction multiple
ii
ABSTRACT
A rectangular patch microstrip antenna is designed for dualband frequency on communications base on cellular 1800 MHz and WLAN 2400 MHz. The optimal configuration is obtained from using 2 units of 1 element antenna patch connected with the T-junction multiple section corporate feed. Analysis and design is done with theoretical calculation, simulation with microwave office AWR 2004, measurement of the antenna fabrication as well as testing on wireless portable devices. The achievement of the lower-band 1800 MHz obtained bandwidth parameters of 232 MHz with the improvement of voltage standing wave ratio or VSWR <1.82, beamwidth 140o, gain 4.87 dB with return loss below -10 dB. Achievement of upper-band 2400 MHz obtained upper-bandwidth of 94 MHz with improvement of VSWR <1.68, beamwidth 90o, gain 6.16 dB with return loss below -10 dB. The antennas are directional in the direction of vertical linear polarization and optimum performance operates in the frequency range 1670-1902 MHz for lower-band and 2400-2494 MHz for upper-band. Thus, the antenna works well on device that work on dual-system cellular 1800 MHz and WLAN 2400 MHz.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa dipanjatkan kehadirat Allah subhanahu wata’ala
atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya dan shalawat dan salam kepada
Rasul-Nya Muhammad sallallahu ‘alihi wassallam, sehingga tesis ini dapat diselesaikan
dengan judul, “Optimasi Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Dualband 2 Elemen Pada Aplikasi Band Selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz”.
Pada kesempatan ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST., MT, selaku ketua
komisi pembimbing dan Bapak Suherman, ST, M.Comp., Ph.D sebagai anggota
komisi pembimbing yang dengan penuh kesabaran, arif dan bijaksana memberikan
arahan, bimbingan dan motivasi kepada penulis. Kepada Bapak Dr. Maksum Pinem,
ST, MT dan Bapak Dr. Ir. Fahmi, M.Sc., IPM, sebagai pembanding utama.
Terselesaikannya penelitian tesis ini juga melibatkan berbagai pihak, untuk itu kepada Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu, S.H., M.Hum dan Dekan Fakultas Teknik USU, Ibu Ir. Seri Maulina, M.Si.,
Ph.D. Ketua Program Studi dan Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro,
seluruh staf pengajar dan karyawan Program Studi Magister Teknik Elektro, penulis
mengucapkan terimakasih atas kontribusi dan bantuannya. Kepada orangtua, istri dan
iv
Elektro USU yang telah banyak memberikan semangat, perhatian dan toleransi
sehingga tesis ini dapat terselesaikan.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penulisan ini, namun
penulis mengharapkan tesis ini dapat memenuhi persyaratan menyelesaikan studi
pada Program Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Akhir kata, penulis mengucapkan banyak terimakasih dan semoga tesis ini
dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2017
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Khairil Abdillah
Tempat/Tanggal Lahir : Rimo, 20 Februari 1979 Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Islam
Bangsa : Indonesia
Alamat : Jl. Jamin Ginting Gg. H. Arief Sp. Kampus USU Medan Baru
Menerangkan dengan sebenarnya riwayat hidup sebagai berikut:
PENDIDIKAN
1. SDN I Rimo : Tahun 1985 – 1991
2. SMPN I Rimo : Tahun 1991 – 1994 3. SMUN I Meulaboh : Tahun 1994 – 1997 4. Teknik Elektro – USU (S1) : Tahun 1997 – 2002
PEKERJAAN
Network Engineer Operator Selular
Medan, 20 Juli 2017
Penulis,
vi DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK………
ABSTRACT……….. KATA PENGANTAR………... DAFTAR RIWAYAT HIDUP……… DAFTAR ISI……… DAFTAR GAMBAR……… DAFTAR TABEL………
BAB I PENDAHULUAN………..
1.1.Latar Belakang………..
1.2.Rumusan Masalah……….
1.3.Tujuan Penelitian………..
1.4.Batasan Masalah………
1.5.Manfaat Penelitian……….
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.……… 2.1. Umum………... 2.2. Karakteristik Antena Mikrostrip……… 2.3. Saluran Mikrostrip……… 2.4. Dielektrik Substrat……… 2.5. Parameter Antena Mikrostrip……… 2.5.1. Voltage standing wave ratio (VSWR)………. 2.5.2. Bandwidth...
2.5.3. Return loss………
2.5.4. Pola radiasi dan beamwidth……….. 2.5.5. Penguatan (gain)……… 2.6. Antena Mikrostrip Patch Segi Empat………
2.7. Antena Mikrostrip Broadband & Dualband……… 2.7.1. Antena mikrostrip broadband……… 2.7.2. Antena mikrostrip dualband……… 2.8. Saluran Mikrostrip T-junctionMultiple Section………... 2.9. Optimasi Dengan Simulator Microwave Office AWR 2004…… 2.10. 4G LTE (Long Term Evolution)………..
2.11. Wireless LAN………..
BAB III METODOLOGI PENELITIAN………
3.1.Umum………
3.2.Spesifikasi Perancangan Antena Mikrostrip Dualband... 3.3.Diagram Alir Penelitian ………
3.4.Alat dan Bahan………..
3.5.Dimensi Antena Mikrostrip……….. 3.5.1. Dimensi patch……….. 3.5.2. Dimensi saluran pencatu……….. 3.5.3. Dimensi substrat………... 3.5.4. Dimensi saluran T-junction... 3.6.Metode Simulasi Antena Mikrostrip……….. 3.7.Metode Pengukuran Antena Mikrostrip……..………... 3.7.1.Metode pengukuran port tunggal………. 3.7.2.Metode pengukuran port ganda……… 3.8.Metoda pengujian antena mikrostrip………...
3.8.1.Pengujian band frekuensi LTE 1800 MHz………... 3.8.2.Pengujian band frekuensi WLAN 2400 MHz………. 3.9.Variabel Penelitian………...
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……….. 4.1. Umum………. 4.2. Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat 1 Elemen
4.2.1. Iterasi perubahan dimensi patch……….. 4.2.2. Iterasi perubahan posisi pencatu………. 4.2.3. Iterasi perubahan dimensi inset dan pencatu……….. 4.3. Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Segi Empat 2 Elemen………..
4.3.1. Iterasi perubahan panjang saluran pencatu……….. 4.3.2. Iterasi perubahan lebar saluran pencatu……….. 4.4. Hasil Pengukuran AMPSE 1 Elemen Dan 2 Elemen……….
4.4.1. Hasil pengukuran AMPSE 1 elemen………... 4.4.2. Hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen………
viii
4.5. Analisis Hasil Simulasi Dan Pengukuran Antena Mikrostrip…… 4.5.1. Analisis AMPSE dualband 1 elemen……….. 4.5.2. Analisis AMPSE dualband 2 elemen………. 4.5.3. Perbandingan AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen.. 4.6. Hasil Pengujian………..
4.6.1. Hasil pengujian AMPSE dualband 1 elemen………. 4.6.2. Hasil pengujian AMPSE dualband 2 elemen………. 4.6.3. Analisis hasil pengujian AMPSE dualband…………... 4.7. Analisis Capaian AMPSE Dualband 2 Elemen……….
4.7.1.VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)………...
4.7.2. Bandwidth………
4.7.3. Return loss……….. 4.7.4. Pola radiasi dan beamwidth………
4.7.5. Gain……….
4.8.Hasil Penelitian……….
4.9. Perbandingan Penelitian Sebelumnya……… 4.10. Analisis Kesalahan Umum………...………
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………. 5.1. Kesimpulan……… 5.2. Saran………..
DAFTAR PUSTAKA……….. LAMPIRAN……….
90 90 94 99 105 107 109 111 113 113 114 116 116 117 118 120 123
124
124 126
127
DAFTAR GAMBAR
Kanal frekuensi selular (a) kondisi eksisting dan (b) hasil penataan….
Patch antena mikrostrip………...
Representasi bentuk-bentuk patch ……… Bentuk fisik dan pola medan saluran mikrostrip……… Dielektrik substrat (a) Original geometry (b) Equivalent geometry… Rentang frekuensi yang merepresentasikan Bandwidth………... (a) Pola radiasi dan beamwidth (b) Linearplot pola daya dengan
lobe-lobe pendukung dan beamwidth………
(a) Mikrostrip Patch Segiempat (b) Model Rangkaian Ekuivalen, dan (c) Mikrostrip patch segiempat dengan inset feed……… Grafik VSWR antena mikrostrip broadband ... Grafik parameter S11 (return loss) antena mikrostrip dualband…………
T-Junction pembagi daya………
Multiple section transformer ¼ λ………
Saluran pencatu T-junction dengan multiple section transformer…… Pengaturan nilai frekuensi pada simulator………. Pengaturan harmonic balance ……… Model simulasi dengan mesh………. Plat tipis bermuatan……… Solusi jaringan dari GSM menuju LTE………
X2 dan S1 interface………
Komponen 802.11 WLAN……… Diagram alir penelitian AMPSE dualband 2 elemen………. Rancangan saluran pencatu AMPSE 2 elemen……… Memulai project baru pada AWR microwave office 2004……… Membentuk dimensi patch dan saluran pencatu AMPSE……… Menentukan substrateinformation dan frekuensi kerja……… Menentukan parameter kinerja simulasi AMPSE……… Proses simulasi AMPSE sedang dijalankan……… Grafik VSWR dan return loss hasil simulasi AMPSE……… Layout AMPSE 2 elemen dengan saluran T-junction multi section… Konfigurasi pengukuran antena mikrostrip dengan port tunggal…… Konfigurasi pengukuran antena mikrostrip dengan port ganda……… Perangkat lunak line sweep tools……… Konfigurasi pengujian antena mikrostrip……… Proses analisis hasil penelitian………
x
Grafik VSWR perubahan dimensi patch………………… AMPSE dualband 1 elemen hasil perubahan posisi pencatu…………. Grafik VSWR iterasi perubahan posisi pencatu……… Grafik VSWR iterasi perubahan dimensi inset dan pencatu……… Grafik VSWR rancangan akhir AMPSE dualband 1 elemen………… Rancangan akhir AMPSE dualband 1 elemen……… Rancangan awal AMPSE dualband 2 elemen……… Grafik VSWR iterasi perubahan panjang saluran pencatu………. Rancangan AMPSE 2 elemen perubahan panjang pencatu………… Grafik VSWR iterasi perubahan lebar saluran pencatu……… Grafik VSWR hasil akhir simulasi AMPSE dualband 2 elemen…… Rancangan akhir AMPSE dualband 2 elemen……… Rancangan akhir saluran pencatu AMPSE dualband 2 elemen……… AMPSE 1 elemen dan 2 elemen hasil pabrikasi……… Pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dengan alat ukur VNA…… Grafik VSWR pengukuran AMPSE dualband 1 elemen……… Grafik return loss pengukuran AMPSE dualband 1 elemen………….
Smith chart pengukuran AMPSE dualband 1 elemen………
Pengukuran AMPSE dualband 2 elemen dengan alat ukur VNA… Grafik VSWR pengukuran AMPSE dualband 2 elemen………… Grafik Return loss pengukuran AMPSE dualband 2 elemen…………
Smith chart pengukuran AMPSE dualband 2 elemen………
Grafik VSWR simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen…
Grafik return loss simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen……… Pola radiasi AMPSE dualband 1 elemen……….. Grafik VSWR simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen.. Grafik return loss simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen………... Pola radiasi AMPSE dualband 2 elemen……… Grafik VSWR pengukuran AMPSE dualband 1 elemendan 2 elemen Grafik return loss pengukuran AMPSE dualband 1 dan2 elemen…. Pola radiasi AMPSE dualband 1 dan 2 elemen band 1800 MHz…… Pola radiasi AMPSE dualband 1 dan 2 elemen band 2400 MHz…… Perlengkapan pengujian AMPSE dualband……… Level sinyal LTE dan WLAN pada smartphone 1 dan 2 tanpa AMPSE……….
(a)Level sinyal LTE dan (b) level sinyal WLAN dan uji speedtest…… (a)Level sinyal LTE dan (b) Level sinyal WLAN………
Uji speedtest dan download data pada smartphone2………
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman 2.1.
2.2. 2.3. 3.1. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10.
Kelebihan dan kekurangan antena mikrostrip………... Konstanta bahan dielektrik……….. Standarisasi IEEE 802.11……… Target spesifikasi rancangan AMPSE dualband ……… Pencapaian AMPSE dualband 1 elemen……… VSWR hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen.. RL hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen……. VSWR hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen.. RL hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen…… VSWR hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen RL hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen….. Hasil pengujian AMPSE dualband (LTE/WLAN)……… Hasil penelitian optimasi saluran pencatu AMPSE dualband 2 elemen Perbandingan terhadap hasil penelitian terkait sebelumnya…………
8 11 38 41 73 91 92 96 97 100 102 111 119 120
