Tugas Akhir
SIMULASI PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
NIM : 060402058 FIRMANTO
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
SIMULASI PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN Oleh :
06 0402 058 FIRMANTO
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Disetujui oleh : Pembimbing,
196311281991031003 Ir. Arman Sani, MT
Diketahui oleh : Pelaksana Harian
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
19461022 197302 1 001 Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Penggunaan teknologi komunikasi dengan menggunakan kabel kini sudah tergantikan oleh teknologi komunikasi tanpa kabel dimana peran kabel digantikan oleh frekuensi radio. Teknologi tersebut dinamakan Wireless Local Area Network (WLAN). Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area lokal tanpa kabel dimana media transmisinya menggunakan dalam area disekitarnya. Namun, keterbatasan jarak merupakan sebuah masalah yang dihadapi oleh perangkat WLAN ini. Jarak jangkauan sinyalnya relatif sempit sehingga diperlukan solusi untuk memperluas jarak jangkauan sinyal tersebut. Untuk itu digunakan antena Yagi yang dipasang pada sisi penerima sebagai salah satu solusi untuk memecahkan masalah keterbatasan jarak jangkauan WLAN.
Antena Yagi memiliki 3 komponen utama yaitu sebuah driven element yang merupakan dipole aktif, sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari driven element dan sebuah direktor yang memperkuat pola pancar dari driven element.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang atas Berkat dan Rahmat yang telah diberikan-Nya penulis memiliki kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, nenek, adik-adik kandung tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
PERANCANGAN TEORITIS ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Arman sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas saran, nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof.Dr.Ir Usman Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Kepada Bapak, Ibu dan adik – adik tercinta dan keluarga dekat yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.
5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6. Bapak Ruki Nofianto, S.Pd dan Bapak Ridwan Lesmana yang memberi masukan dan saran-saran yang sangat membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir.
7. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komputer dan Pengaturan : Bang Muhfi, Bang Hans, Bang Aris, Salman Alfarisi, Rozi.
8. Teman seperjuangan: Teguh, Balemurli dan Agung Permana, yang membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir.
9. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Rudolf, Rinaldo, Kristian Silaen, Budiman Chandra, Thomas, Angga, Sugianto, Hendrik, Juandri, Efandi (boja), Royen, Helmi, Rahmudin, Demon, Taufik, Iqbal, pingkan, Martua dan segenap angkatan ’06.
10. Keluarga besar PB elektro USU 2006.
memberikan banyak waktu dan keleluasaan pada penulis untuk dapat menyelesikan Tugas Akhir ini.
12. Keluarga Besar KMB - USU.
13. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata, Penulis berharap agar Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan Penulis.
Medan, Agustus 2010 Penulis
NIM. 060402058 Firmanto
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metodologi Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TEORI DASAR 2.1. Umum ... ...6
2.2. Gelombang Elektromagnetik ... ...6
2.3. Pengertian Antena ………9
2.4 Parameter – Parameter Antena...10
2.4.1 Direktivitas Antena ... .10
2.4.3 Pola Radiasi Antena ... .12
2.4.4 Polarisasi Antena ... 13
2.4.5 Beamwidth Antena ... 14
2.4.6 Bandwidth Antena ... 15
2.4.7 Impedansi Antena ... 16
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio ... 17
2.5 Antena Isotropis ... 18
2.6 Antena Directional ... 18
2.6.1 Antena Unidirectional...18
2.6.2 Antena Omnidirectional ... 19
2.7 Antena Yagi ... 21
2.7.1 Driven Elemen, Reflektor dan Direktor ... 22
2.7.2 Impedansi Bersama ... 24
2.7.3 Jarak Antar Elemen ... 25
2.7.4 Gain ... 27
2.8 Material ... 27
2.9 Local Area Network ... 28
2.10 Wireless Local Area Network... 30
2.10.1 Standar WLAN 802.11 ... 31
BAB III SIMULATOR HFSS 3.1 Umum ... 37
3.3 Cara Kerja Ansoft HFSS ... 40
3.4 Perancangan Model Dasar pada Ansoft HFSS ... 41
3.4.1 Inisialisasi Model ... 42
3.4.2 Menjalankan Hasil Rancangan ... 45
3.5 Aplikasi Ansoft HFSS ... 46
BAB IV PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK 4.1 Umum ... 47
5.2. Saran ... 75 DAFTAR PUSTAKA ... 76 LAMPIRAN
Gambar 2.1 Antena sebagai pemancar dan penerima...10
Gambar 2.2 Dimensi pola radiasi antena ... 12
Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang pola radiasi antena ... 13
Gambar 2.4 Polarisasi antena ... 14
Gambar 2.5 Beamwidth antena ... 15
Gambar 2.6 Antena Isotropis ... 18
Gambar 2.7 Contoh antena unidirectional ... 19
Gambar 2.8 Contoh antena omnidirectional ... 20
Gambar 2.9 Dimensi dan kontruksi antena yagi uda ... 21
Gambar 2.10 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah direktor ... 23
Gambar 2.11 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah reflektor ... 24
Gambar 2.12 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan gain pada yagi 3 elemen ... 26
Gambar 2.13 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi ... 27
Gambar 3.1 Tampilan Ansoft HFSS ... 38
Gambar 3.2 Tampilan Awal proses instalasi Ansoft HFSS... 39
Gambar 3.3 Diagram alir yang menunjukkan cara pencarian solusi simulator Ansoft HFSS ... 41
Gambar 3.4 Geometri yang disediakan Ansoft HFSS ... 42
Gambar 3.5 Bentuk balok pada Ansoft HFSS ... 42
Gambar 3.6 Property window yang muncul setelah model dibuat ... 43
Gambar 3.8 Project Manager window pada Ansoft HFSS ... 45
Gambar 3.9 Antena Horn... 46
Gambar 4.1 Diagram alir perancangan antena Yagi ... 48
Gambar 4.2 Variabel yang digunakan dalam perancangan Yagi ... 52
Gambar 4.3 Peletakan kordinat pada driven element yang dibuat ... 53
Gambar 4.4 Driven element yang merupakan sebuah antena dipole ½ λ ... 54
Gambar 4.5 Peletakan koordinat reflektor pada Ansoft HFSS ... 55
Gambar 4.6 Sebuah reflektor dan driven element yang dibuat ... 55
Gambar 4.7 Peletakan koordinat direktor pada Ansoft HFSS ... 56
Gambar 4.8 Sebuah reflektor, driven element dan direktor yang dibuat ... 56
Gambar 4.9 Model antena Yagi 10 elemen yang dirancang ... 57
Gambar 4.10 Peletakan koordinat pada saluran pencatu ... 58
Gambar 4.11 Pembuatan saluran catu pada driven element ... 58
Gambar 4.12 Peletakan boundaries pada Ansoft HFSS... 59
Gambar 4.13 Perancangan antena Yagi 7 elemen... 63
Gambar 4.14 Grafik VSWR antena Yagi 7 elemen ... 63
Gambar 4.15 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 7 elemen ... 64
Gambar 4.16 Perancangan antena Yagi 8 elemen... 65
Gambar 4.17 Grafik VSWR antena Yagi 8 elemen ... 65
Gambar 4.18 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 8 elemen ... 66
Gambar 4.19 Perancangan antena Yagi 9 elemen... 67
Gambar 4.20 Grafik VSWR antena Yagi 9 elemen ... 67
Gambar 4.21 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 9 elemen ... 68
Gambar 4.23 Grafik VSWR antena Yagi 10 elemen ... 69 Gambar 4.24 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 10 elemen ... 70
Tabel 2.1 Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik ...9
Tabel 2.2 Standar – standar WLAN 802.11 ... .32
Tabel 2.3 Wifi channel ... .36
Tabel 4.1 Ukuran panjang elemen antena Yagi ... 50
Tabel 4.2 Jarak antara elemen antena Yagi yang akan dirancang ... 51
Tabel 4.3 Gain hasil simulasi antena Yagi 7 elemen ... 64
Tabel 4.4 Gain hasil simulasi antena Yagi 8 elemen ... 66
Tabel 4.5 Gain hasil simulasi antena Yagi 9 elemen ... 68
ABSTRAK
Penggunaan teknologi komunikasi dengan menggunakan kabel kini sudah tergantikan oleh teknologi komunikasi tanpa kabel dimana peran kabel digantikan oleh frekuensi radio. Teknologi tersebut dinamakan Wireless Local Area Network (WLAN). Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area lokal tanpa kabel dimana media transmisinya menggunakan dalam area disekitarnya. Namun, keterbatasan jarak merupakan sebuah masalah yang dihadapi oleh perangkat WLAN ini. Jarak jangkauan sinyalnya relatif sempit sehingga diperlukan solusi untuk memperluas jarak jangkauan sinyal tersebut. Untuk itu digunakan antena Yagi yang dipasang pada sisi penerima sebagai salah satu solusi untuk memecahkan masalah keterbatasan jarak jangkauan WLAN.
Antena Yagi memiliki 3 komponen utama yaitu sebuah driven element yang merupakan dipole aktif, sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari driven element dan sebuah direktor yang memperkuat pola pancar dari driven element.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz. Standar WLAN diawali dengan standar 802.11 yang diperkenalkan pada tahun 1997 oleh IEEE. IEEE 802.11 merupakan standar untuk produk WLAN yang telah dikenal pengguna jaringan pada umumnya. Namun konsep WLAN bukannya tanpa kelemahan. Kendala jarak merupakan salah satu persoalan yang membutuhkan solusi, namun dengan biaya yang tidak mahal tentunya.
Berbagai jenis antena kini mulai dikembangkan untuk mengikuti perkembangan teknologi sekarang, yaitu teknologi wireless. Antena Yagi yang dulunya hanya digunakan sebagai antena penerima siaran televisi dan penerima radio amatir. Kini dapat digunakan sebagai perangkat penerima WLAN. Selain memiliki gain antena yang relatif tinggi, unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadapat variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena Yagi merupakan salah satu antena unidirectional yang cocok digunakan sebagai penerima WLAN. Maka dari itu, pada Tugas Akhir ini akan dirancang Antena Yagi yang mampu bekerja pada frekuensi yang sesuai untuk perangkat WLAN.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena yagi?
3. Bagaimana perancangan antena Yagi yang dapat bekerja pada frekuensi 2,4 – 2,5 GHz untuk aplikasi WLAN ?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis antena Yagi untuk aplikasi WLAN yang bekerja pada frekuensi 2,4 – 2,5 GHz serta mendapatkan kinerja dari antena tersebut.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan membatasi Tugas Akhir ini dengan hal – hal sebagai berikut :
1. Antena bekerja pada frekuensi kerja WLAN standar IEEE 802.11. 2. Perancangan antena Yagi sebagai penerima sinyal dari perangkat
WLAN IEEE 802.11b/g ( Wifi ).
3. Parameter yang dibahas hanya dimensi antena, VSWR, pola radiasi dan gain.
4. Pengukuran parameter antena dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ansoft HFSS designer versi 10.0.
5. Tidak membahas tentang metode akses pada sistem WLAN 6. Perancangan tidak sampai ke tahap pabrikasi.
1.5 Metodologi Penulisan
1. Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnal-jurnal pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy. 2. Perhitungan
Melakukan perhitungan secara analitik dengan menggunakan perumusan ilmiah untuk antena Yagi.
3. Perancangan dan Analisis
Dari hasil perhitungan analitik dengan menggunakan perumusan ilmiah kemudian dilakukan perancangan antena dengan menggunakan software Ansoft HFSS designer versi 10.0.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II TEORI DASAR
BAB III ANSOFT HFSS
Bab ini berisi tentang cara pemasangan Simulator Ansoft HHFSS, cara kerja Ansoft HFSS, dan pembentukan model dengan menggunakan Ansoft HFSS.
BAB IV PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI
WIRELESS LOCAL AREA NETWORK ( WLAN )
Bab ini membahas mengenai perancangan antena Yagi untuk aplikasi WLAN dan membandingkan hasil yang dicapai melalui perumusan ilmiah dengan hasil yang dicapai dengan menggunakan software Ansoft HFSS Designer versi 10.0. serta mengetahui kinerja dari antena tersebut.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II TEORI DASAR
2.1 Umum
Komunikasi menjadi bagian terpenting yang dalam kehidupan manusia yang tidak dapat terpisahkan. Sejak dikemukakan teori elektromagnetik oleh James Clark maxwel, perkembangan teknologi komunikasi semakin lama semakin pesat. Setelah itu muncullah antena radio pertama dibuat oleh Heinrich Hertz yang tujuannya untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik yang sebelumnya telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima. Hertz juga bereksperimen dengan antena parabolik reflektor[5].
Perkembangan antenna yang semakin lama semakin pesat menimbulkan banyaknya variasi dari antena muncul untuk berbagai aplikasi. Seperti dalam komunikasi bergerak yang melibatkan pesawat, satelit dan kenderaan darat antena sangat diperlukan. Antena juga sangat populer digunakan dalam hal penyiaran dimana terminal pemancar dapat melayani penerima yang tidak terbatas.
2.2 Gelombang Elektromagnetik
dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel 2.1 dan awalan SI):
1. Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz.
2. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz.
3. Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 μeVm.
Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau ekuivalen dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik.
Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah: 1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (μ) zat.
sinusoida. Demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetik yang merambat kesegala arah. Merambatnya medan listrik dan medan magnetik ke segala arah inilah yang disebut gelombang elektromagnetik.
Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (f) dan kecepatan (v) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 :
f c =
λ (2.1)
Dimana :
λ = panjang gelombang ( m) c = cepat rambat cahaya ( m/s )
f = frekuensi ( Hz )
Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka :
c = 3 x 108 m/s
Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik
Nama Band Singkatan
Band
2.3 Pengertian Antena
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pemancar dan Penerima
2.4 Parameter – Parameter Antena
Parameter – parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, polarisasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedansi antena, dan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR).
2.4.1 Direktivitas Antena
Dimana :
Gain antena adalah perbandingan logarithmik antara daya antenna
dibandingkan dengan antena dipole ½ λ. Apabila digunakan antena isotropik, maka gain dinyatakan dalam dBi.
Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.3 :
Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur (Antenna Under Test) dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan 2.4 :
(
)
Gain terhadap antena isotropis dinyatakan sebagai Go. Maka dapat dituliskan
pada Persamaan 2.5 :
(
100%)
Untuk Antena yang berapertur ideal dapat dituliskan persamaan rumus gain seperti pada Persamaan 2.6.
(2.6)
Dimana A adalah apertur dari antena tersebut.
2.4.3 Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau sebuah representasi grafik dari sifat radiasi dari antena sebagai fungsi dari kordinat ruang . Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. Gambar 2.2 menunjukkan pola radiasi antena dalam dua dimensi dan tiga dimensi.
Dua dimensi tiga dimensi Gambar 2.2 Dimensi Pola Radiasi Antena
2 4
λπ
Dua gambaran pola radiasi yang paling penting adalah pola bidang medan listrik E dan pola bidang medan magnet H. Pada bidang medan listrik E merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan listrik E terbentang pada bidang gambar. Sama halnya dengan pola bidang medan listrik E, pola bidang medan magnet H merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan magnet H terbentang pada bidang gambar. Bidang medan listrik E dan bidang medan magnet H saling tegak lurus. Gambar 2.3 menunjukkan koordinat bidang pada pola radiasi, di mana warna ungu menyatakan bidang medan listrik E dan warna biru menyatakan bidang medan magnet H.
Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena
2.4.4 Polarisasi Antena
polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Gambar 2.4 menunjukkan polarisasi antena. Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi circular, dan polarisasi cross.
Gambar 2.4 Polarisasi Antena 2.4.5 Beamwidth Antena
Beamwitdth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama. Besarnya beamwidth ditunjukkan pada Persamaan 2.7:
Gambar 2.5 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2), dan lobe sisi belakang (back lobe, nomor 3).
Gambar 2.5 Beamwidth Antena
2.4.6 Bandwidth Antena
Bandwidth sebuah antena didefenisikan sebagai jangkauan frekuensi yang
berada dalam performa antena tersebut, dengan berhubungan dengan beberapa sifat yang sesuai dengan standar yang telah ada.
Adapun bandwidth dapat dinyatakan pada Persamaan 2.8 :
BW% =
= frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :
impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dB.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.
2.4.7 Impedansi Antena
Impedansi Antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik. Menurut Persamaan 2.9, impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.
I V
ZT = (2.9)
Dimana :
ZT = impedansi terminal
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran
transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara
tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ).
(2.10)
di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran
lossless.
Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :
a. : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat b. : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna. c. : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :
(2.11)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk pabrikasi antena adalah VSWR≤2.
Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Karena itu dikatakan pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.6 menunjukkan gambar antena isotropis.
Gambar 2.6 Antena Isotropis 2.6 Antena Directional
Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidiretional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.
2.6.1 Antena Unidirectional
– jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut.
Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodic, dan lain – lain. Gambar 2.7 memperlihatkan contoh antena unidirectional.
Gambar 2.7 Contoh Antena Unidirectional
2.6.2 Antena Omnidirectional
dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang melebar. Direktivitas antena omnidirectional berada dalam arah vertikal. Bentuk pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena collinear, antena slotwave guide, dan lain – lain. Gambar 2.8 memperlihatkan beberapa contoh antena omnidirectional.
Gambar 2.8 Contoh Antena Omnidirectional
Sejak ditemukan oleh S. Uda dan H. Yagi di universitas Tohoku pada tahun 1926, antena Yagi yang lebih tepat disebut antena Yagi – Uda banyak dibahas secara percobaan dan teori. Antena ini banyak sekali digunakan pada komunikasi radio amatir, dan kemudian sebagai antena penerima televisi, karena unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadap variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena Yagi – Uda merupakan antena susun parasitik dari antena dipole. Antena ini umumnya terdiri dari sebuah reflektor, sebuah driven element, dan beberapa direktor. Hal ini bermuara pada berbagai bentuk elemen antena Yagi – Uda seperti yang dapat dilihat di pasaran. Pada Gambar 2.9 memperlihatkan dimensi serta kontruksi dari antena yagi.
Gambar 2.9 Dimensi dan kontruksi antena Yagi Uda
lainnya terletak di depan dipole aktif sebagai pengarah. Dalam konfigurasi ini arah depan merupakan arah pancaran antena. Diketahui dari teori – teori dipole gandeng bahwa dipole pasif akan berfungsi sebagai pemantul bila tahanan reaktifnya adalah indukitf. Karena itu panjang pemantul lebih besar dari setengah panjang gelombang. Dipole pasif akan berlaku sebagai pengarah kalau tahanannya kapasitif, karena itu panjangnya kurang dari setengah panjang gelombang. Biasanya satu dipole cukup sebagai pemantul karena pemantul tambahan tidak banyak pengaruhnya terhadap pola pancarantena. Sebaliknya karena arah pancar antena sesuai dengan kedudukan pengarah, eksitasi intensif secara seri yang membentuk kanal gelombang berjalan ditunjang oleh jumlah pengarah, sehingga jumlah pengarahnya antara 2 hingga 12 merupakan hal yang umum.
2.7.1 Driven Elemen, Reflektor dan Direktor
Sebuah elemen dalam sebuah antena susun mempunyai sebuah radiator yang memiliki panjang ½λ. Elemen array tersebut tidak selalu memiliki panjang ½ λ karena beberapa tipe dari array memiliki panjang yang disesuaikan / diinginkan yang menunjukkan elemen tersebut memiliki reaktansi kapasitif atau reaktansi induktif [1].
Driven Element adalah suatu elemen yang menyediakan daya dari
Driven Element mempunyai panjang ½ λ. Sehingga rumus untuk menghitung total panjang Driven Element Yagi ditunjukkan pada Persamaan 2.12 sebagai berikut :
L = 0.5 x K x λ (2.12) Dimana:
L : Panjang Driven Element
K : Velocity Factor ( pada logam 0.95 ) λ : Panjang gelombang (m)
Sebuah elemen parasit pada Gambar 2.10 disebut sebagai pengarah / direktor ketika pengarah tersebu menghasilkan pola pancar maksimum di sepanjang garis perpendicular dari driven ke elemen parasit.
Gambar 2.10 Sistem element array yang menggunakan 1 buah direktor.
Gambar 2.11 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah elemen sebagai reflektor.
2.7.2 Impendasi bersama ( mutual impendance )
Jika ada dua buah elemen yang memiliki panjang ½ λ yang saling berdekatan satu sama lain. Jadi jika berasumsi bahwa daya yang dicatu pada salah satu elemen yang menyebabkan timbulnya arus. Ini menciptakan medan elektromagnetik yang menyebabkan terinduksinya tegangan ke elemen kedua yang menyebabkan arus mengalir di dalamnya pula. Arus yang mengalir pada elemen ke dua akan menginduksi kembali elemen pertama, yang menyebabkan penambahan arus yang mengalir pada elemen pertama. Jadi total arus pada elemen pertama merupakan hasil penjumlahan arus mula – mula dengan arus yang diinduksikan[2].
Sifat dan besar impendansi feed point dari antena/elemen pertama tergantung pada amplituda dari arus yang diinduksikan pada antena / elemen kedua, dan hubungan phasa antara arus sumber dengan arus yang diinduksikan. Amplituda dan phasa dari arus yang diinduksikan tergantung pada jarak antara elemen dan pada antena / elemen kedua menyebabkan terjadinya resonansi pada elemen kedua tersebut.
2.7.3 Jarak antar elemen
Jarak antar elemen sangat mempengaruhi pengkopelan bersama ( mutual coupling ) antara elemen yang satu dengan elemen yang lain. Untuk saat sekarang
Gambar 2.12 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan gain pada yagi 3 elemen.
Pada Gambar 2.12 gain yang diperoleh dengan menentukan jarak elemen didapatkan apabila elemen parasitnya beresonansi sendiri ( self resonance ). Hal ini terjadi pada jarak antara elemen 0.1 λ dan 0.25 λ.
Pada operasi reflektor, reflektor bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari pada frekuensi feed point / driven element ( dengan cara memanjangkan sedikit lebih panjang daripada panjang driven element ) dan agar memperoleh gain maksimum, jarak antara elemen dijaga agar tidak melebihi 0.25λ. Syarat jarak antara reflektor dengan driven element yang diizinkan adalah 0.15λ sampai 0.25 λ.[1]
Direktor / pengarah dikonfigurasi pada frekuensi tinggi ( dengan memendekkan elemen sedikit lebih pendek daripada driven element ) dan untuk memperoleh gain maksimum, jarak antara driven element dengan director diusahakan melebihi 0.1 λ dan tidak melebihi 0.15 λ. Jadi syarat jarak antara driven element dan director yang diizinkan adalah 0.1 λ sampai 0.15 λ.
Perolehan gain pada antena yagi berdasarkan buku Arrl Antenna Book (1976 ). Perolehan gain yang diperoleh dari banyaknya jumlah elemen pada antena Yagi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. dimana semakin banyak elemen pada Yagi semakin besar pula gain yang dihasilkan.
Gambar 2.13 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi.
2.8 Material
Dalam merancang berbagai jenis antena, maupun peralatan untuk penyeimbang impedansi memerlukan pemilihan dari material dielektri yang sesuai.
Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tangent, dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan .
Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, mudah dan memuaskan serta mengejar efisiensi di segala aspek. Perkembangan karakteristik masyarakat yang seperti ini membuat rekan industri menawarkan jaringan Local Area Network (LAN).
Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling dihubungkan bersama di dalam satu area tertentu yang tidak begitu luas, seperti di dalam satu kantor atau gedung.
Jaringan komputer adalah sekelompok komputer otonom yang saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya menggunakan protokol komunikasi melalui media komunikasi sehingga dapat berbagi informasi, program - program, penggunaan bersama perangkat keras seperti printer, hard disk, dan sebagainya. Selain itu jaringan komputer bisa diartikan sebagai kumpulan sejumlah terminal komunikasi yang berbeda di berbagai lokasi yang terdiri dari lebih satu komputer yang saling berhubungan.
Jaringan komputer local digunakan untuk menghubungkan simpul yang berada di daerah yang tidak terlalu jauh dengan radius 100m - 200m, tergantung jenis kabel penghubung yang digunakan. Kecepatan transfer data pada jaringan local ini sedah relatif tinggi yaitu antara 1 - 100 Mbps atau sekitar 125.000 -
Teknologi jaringan local berkembang dengan pesat dewasa ini sehingga secara umum jaringan dapat dikelompokkan dalam beberapa kategori berdasarkan kecepatan transmisi datanya, yaitu :
1. Jaringan komputer berkecepatan rendah
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih kecil dari 1 Mbps, biasanya diterapkan untuk percobaan di laboratorium. Contoh jaringan ini adalah Apple talk yang dikembangkan oleh Apple Co.
2. Jaringan komputer berkecepatan sedang
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini berkisar antara 1 - 20 Mbps dan biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala kecil sampai menengah. Adapun contoh teknologi jaringan ini adalah Ethernet berkecepatan 10 Mbps yang dikembangkan oleh Xeras.
3. Jaringan komputer berkecepatan tinggi
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih dari 20 Mbps. Biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala besar yang menempati gedung bertingkat atau kawasan. Di samping itu data yang ditransmisikan tidak hanya berupa teks melainkan juga data grafis. Adapun teknologi jaringan komputer local untuk kategori ini adalah ATM dan Fast Ethernet.
4. Jaringan komputer berkecepatan sangat tinggi
dan video. Adapun teknologi untuk kategori ini adalah Gigabit Ethernet, yang kompatibel dengan teknologi Ethernet dan Fast Ethernet.
2.10 Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi
pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya, yang tidak menggunakan kabel.
Sistem koneksi WLAN adalah dengan menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirim dan menerima data lewat media udara. Dengan komunikasi jaringan yang menggunakan media tanpa kabel, maka diharapkan WLAN dapat meminimalisasikan kebutuhan untuk komunikasi menggunakan kabel, walaupun penggunaan kabel masih tetap ada dalam mendukung aplikasi WLAN.
Penggunaan WLAN tidak akan mengurangi keuntungan yang telah diperoleh dari aplikasi yang lebih tradisional yaitu LAN dengan menggunakan kabel. Hanya saja pada WLAN ini, cara melihat suatu jaringan LAN harus didefinisikan kembali. Konektivitas antar para pengguna tidak lagi mempengaruhi pada saat penginstalasian.
Selain itu, WLAN sendiri mengkombinasikan hubungan antar data dengan penggunaan yang aktif bergerak, dan melalui konfigurasi yang sederhana maka WLAN dapat berpindah – pindah sesuai dengan kebutuhan pengguna.
WLAN sama seperti sebuah kartu Ethernet yang tidak menggunakan kabel sebagai media penyambungnya, dimana pengguna berhubungan dengan server melalui modem radio. Salah satu bentuk modem radio yaitu PC card yang digunakan untuk laptop.
Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih rendah dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran.
2.10.1 Standar WLAN 802.11
Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema
encoding, jenis antena, dan protokol jaringan wireless. Banyaknya variasi jenis tentu saja tidak menguntungkan bagi para pengguna. Untuk itu pada jaringan wireless ditetapkan standarisasi peralatan wireless yang disebut standarisasi IEEE
Tabel 2.2 Standar – Standar WLAN 802.11
802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps
802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps
802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi
802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN
802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk
memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN
802.11g
Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps 802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang
digunakan di Eropa dan Asia Pasifik
802.11i
Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol Autentifikasi dan Enkripsi
802.11j Penambahan pengalamatan pada kanal 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang
Standar Awal 802.11
mempunyai data rate maksimum 2 Mbps, versi ini tidak banyal dipergunakan pada WLAN indoor.
802.11 merupakan standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps. 802.11a merupakan standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps. 802.11b merupakan standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi. 802.11e merupakan perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN. 802.11f mendefinisikan komunikasi inter-access
point untuk memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN. 802.11g menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimaksudkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps. 802.11h mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik. 802.11i menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol autentifikasi dan enkripsi. 802.11j merupakan penambahan pengalamatan pada channel 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang.
Standar 802.11a
tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat mencakup area tidak lebih dari 50 meter pada berbagai fasilitas. Akibatnya standar ini memerlukan AP yang lebih banyak.
Standar 802.11b
Pada tahun yang sama ketika IEEE mengeluarkan standar 802.11a, IEEE juga mengeluarkan standar 802.11b, tepatnya pada bulan Juli 1999. Standar ini beroperasi pada frekuensi radio dengan bandwidth 97 MHz (frekuensi 2,4 GHz - 2,497 GHz). Standar ini menggunakan metode modulasi DSS dengan kecepatan transmisi datanya mencapai 11 Mbps. Keuntungan utama dari standar 802.11b adalah range yang relatif panjang hingga 100 meter pada fasilitas di dalam gedung. Range ini sangat efektif dipergunakan untuk mengembangkan LAN secara wireless dibandingkan dengan standar sebelumnya.
Standar 802.11g
Standar 802.11g dikeluarkan oleh IEEE pada bulan Juni 2003. Standar ini beroperasi pada frekuensi yang sama seperti pada standar 802.11b yaitu pada pita 2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Tetapi standar ini menggunakan teknik modulasi OFDM yang digunakan pada standar 802.11a. Kombinasi dari fitur ini menghasilkan infrastruktur yang lebih cepat, lebih murah, serta koneksi yang lebih luas.
Keunggulan dari standar ini adalah memiliki kompatibilitas dengan standar 802.11b, dimana kita hanya perlu meng-upgrade AP pada jaringan 802.11b ke standar 802.11g. Tetapi peralatan pada standar 802.11b tidak memahami transmisi pada peralatan 802.11g karena perbedaan teknik modulasi pada kedua standar. Sehingga saat peralatan jaringan 802.11b digunakan pada lingkungan standar 802.11g terdapat berbagai keterbatasan. Kerugian lainnya dari standar ini adalah adanya interferensi RF karena standar ini menggunakan frekuensi 2,4 GHz yang sarat dengan interferensi stasiun yang dapat menyebabkan seluruh jaringan terganggu. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan cincin (ring) ganda dengan salah satu cincin back-up seperti yang dipakai pada jaringan ring berteknologi FDDI
2.9.4 Wireless Channel
Organisasi internasional ITU (International Telecomunication Union) yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya mengijinkan penggunakan channel 1-11, Eropa hanya menggunakan 1-13, sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia yaitu 1-14. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 2.3.
BAB III SIMULATOR HFSS
3.1 Umum
HFSS adalah sebuah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan performa yang baik untuk memodelkan benda secara tiga dimensi yang memiliki volume yang berubah – ubah. HFSS memadukan simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan kedalam suatu bentuk yang mudah dipepelajari dimana semua masalah yang berkaitan dengan medan magnetik secara tiga dimensi dapat diperoleh dengan mudah dan akurat. Ansoft HFSS menerapkan metode Finite Element Method ( FEM ), adaptive meshing, dan grafik yang bisa memberikan anda pengetahuan tentang permasalahan Elektromagnetik secara tiga dimensi.
Ansoft HFSS dapat digunakan untuk menghitung parameter seperti S Parameters, frekuensi resonansi, dan medan. Simulator ini khususnya digunakan dalam bidang :
a) Package modeling – BGA, QFP, Flip - chip.
b) PCB Board Modeling – Power/Ground plane, Mesh Grid Grounds, Backplane.
c) Silicon/GaAs – Induktor spiral, dan transformator.
d) EMC/EMI - Shield Enclosures, Coupling, Radiasi medan jauh atau radiasi medan dekat.
f) Konektor – koaksial, SFP/XFP, dan sebagainya.
HFSS merupakan sebuah simulator yang interaktif dimana elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Tetrahedron membuat penyelesaikan persoalan
yang berhubungan dengan bentuk geometri tiga dimensi yang dapat disesuaikan bentuknya dengan keinginan pengguna, terutama bentuk yang memiliki kelengkungan dan bentuk yang kompleks.
HFSS merupakan kepanjangan dari High Frequency Structure Simulator. Dan Ansoft adalah perangkat lunak yang mempelopori penggunaan Finite Element Method ( FEM ) untuk simulasi medan elektromagnetik dengan mengimplementasikan teknologi – teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing , dan Adaptive Lanczos Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan gambar pada ansoft dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:
Ansoft HFSS memiliki syarat minimum untuk instalasi ke dalam komputer. Adapun syarat minimum untuk instalasi ansoft adalah :
1. Sistem operasi Windows XP ( 32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003.
2. Komputer ber-pentium ( diusahakan Pentium 4 keatas ). 3. RAM minimum 128 Mb.
4. Memiliki minimum 8 Mb Video Card . 5. Mouse.
6. CD/DVD-ROM.
Adapun cara instalasi dari Ansoft adalah sebagai berikut :
1. Buka folder Ansoft jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan seperti pada Gambar 3.2. lalu akan muncul beberapa opsi. Maka yang pertama dilakukan adalah memasang libraries (install libraries).lalu ikuti langkah – langkah yang seterusnya dengan menekan tombol next.dan pilihlah direktori dimana akan dipasang libraries tersebut.
2. Setelah lakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan cara menekan install software. Lalu ikutin perintah – perintah pemasangan perangkat lunak tersebut. Lalu pilih lokasi untuk pemasangan Ansfot HFSS. Ikuti semua langkahnya dan proses instalasi dimulai. Dan perangkat lunak siap digunakan.
3.3 Cara Kerja Ansoft HFSS
Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan model peralatan frekuensi radio secara tiga dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah :
1. Membuat parameter dari suatu model – perancangan bidang, boundries, dan excitation pada model yang dibuat.
2. Menanalisis model – pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan.
3. Hasil – menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi ( gambar, tabel, grafik ) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi. 4. Penyelesaian loop – proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.
Gambar 3.3 diagram alir yang menunjukkan cara pencarian solusi simulator Ansoft HFSS
3.4 Perancangan dasar model pada Ansoft
Gambar 3.4 Geometri yang disediakan oleh simulator Ansoft HFSS
Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat. Misalkan membuat model kubus atau balok. Maka diarahkan kursor ke bentuk balok seperti pada Gambar 3.4 lalu ditekan. Dan pada bidang kordinat Ansoft HFSS yang akan digambarkan bentuk Bidang tersebut. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Bentuk yang muncul setelah menekan bidang balok pada Ansoft
3.4.1 Insialisasi model
dibuat maka akan muncul property window yang memiliki 2 jenis tab seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Property window yang keluar setelah model dibuat
Pada tab Command, akan ada beberapa opsi yaitu Coordinate System, Position, XSize, YSize, dan ZSize. Prinsip dari pengaturan kordinat ini sama dengan yang dipelajari pada pembuatan grafik pada aplikasi sehari – hari. Position berfungsi untuk meletakkan model pada kordinat yang diinginkan pada sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. XSize berfungsi untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu X dalam artian ini berarti menentukan lebar dari kubus, Sedangkan YSize untuk memasukan panjang garis yang bekerja pada sumbu y, begitupula ZSize untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu z.
Property window pada Gambar 3.6 hanya muncul ketika akan dibuat
Pada tab attribute seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7 terdapat beberapa opsi yang bisa diatur. Misalkan kolom name berfungsi untuk menamai model yang dibuat, sedangkan kolom material berisi bahan yang digunakan oleh model tersebut. Dengan menekan vaccum maka akan muncul beberapa pilihan material yang dapat disesuaikan dengan keinginan. Color berfungsi untuk mewarnai model, dan transparent berfungsi untuk membuat model menjadi transparan. Transparent bisa diatur sesuai dengan keinginan.
Gambar 3.7 Property window dengan tab attribute
Gambar 3.8 Project Manager window pada Ansoft HFSS
3.4.2 Menjalankan hasil rancangan
Setelah hasil rancangan berhasil dibuat, maka rancangan harus dijalankan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan baik maka harus menekan HFSS -> Validation Check. Jika ada yang mengalami kesalahan / error lakukan pengecekan pada project manager. Setelah rancangan sudah berjalan dengan baik maka yang harus dilakukan adalah menganalisa rancangan tersebut dengan cara menekan HFSS – Analyze All. Lalu program akan melakukan perhitungan terhadap model yang telah buat dengan lama waktu yang tidak terbatas tergantung dari kerumitan model dan banyaknya jumlah pass ingin dibuat. Dan setelah selesai dilakukan penganalisaan, hasil program akan ditunjukkan pada bagian result pada project manager.
Ansoft dapat digunakan untuk berbagai aplikasi antena. Seperti antena Yagi, antena Dipole, antena Horn, dan sebagainya. Gambar 3.9 memperlihatkan salah satu dari aplikasi Ansoft HFSS.
Gambar 3.9 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena Horn
PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK
4.1 Umum
Pada Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah antena Yagi yang mampu bekerja dan memenuhi spesifikasi sinyal yang digunakan pada sistem wireless LAN sebagai penguat pada sisi terminal seperti pada laptop, PC, dan PDA yang dilakukan dengan menggunakan perumusan ilmiah yang ada lalu membandingkan hasilnya dengan menggunakan simulator antenna Ansoft HFSS v10.0.
Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan bahan yang digunakan untuk perancangan antena Yagi dan selanjutnya menghitung panjang reflektor, driven element, dan direktor dan selanjutnya menyusun antena – antena tersebut
ke dengan jarak – jarak tertentu supaya menghasikan gain dan pengarahan yang sesuai. Hasil dari perhitungan tersebut kemudian disimulasikan dengan simulator Ansoft HFSS v10.0. Dengan simulator Ansoft HFSS v10.0, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR, gain antena dan pola radiasinya.
4.2 Perancangan antena Yagi
mulai
Merancang model
Pengaturan saluran pencatu
Perancangan boundaries
Pengaturan arah pancaran ( radiation )
Analisis model
Tampilkan hasil
Apakah sesuai dengan Hasil yang diinginkan?
selesai
tidak
Ya Parameter –
parameter perancangan
Buat kesimpulan
Gambar 4.1 Diagram Alir perancangan antena Yagi
4.2.1 Perancangan panjang elemen
awal digunakan perhitungan panjang gelombang dengan menggunakan persamaan 2.1 didapatkan panjang gelombang dari antena yang akan dibuat adalah:
λ = 0.12195 m atau mendekati 122 mm
Setelah didapatkan panjang gelombang, maka selanjutnya adalah menghitung panjang driven element yang digunakan. Sebagaimana yang telah dijelaskan pada Bab 2, yaitu pada persamaan 2.12. Dengan menggunakan perhitungan tersebut didapatkan panjang driven element yang digunakan adalah 57,45 mm.
L = 0.5 x 0.95 x 122 = 57.95 mm
Antena Yagi umumnya terdiri atas 3 buah elemen utama yaitu sebuah driven element, sebuah reflektor, dan sebuah direktor. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, reflektor diatur lebih panjang sedikit dari driven elemen sedangkan direktor diatur sedikit lebih pendek daripada driven elemen. Jadi, panjang reflektor diatur lebih panjang 5-9 persen lebih panjang daripada Driven Element sedangkan panjang direktor diatur lebih pendek 5-9 persen lebih
pendek daripada Driven Element .
Pada Tugas Akhir ini, panjang reflektor diatur 7 persen lebih panjang daripada Driven Element sedangkan panjang direktor pertama diatur 5 persen lebih panjang daripada Driven Element. Demikian juga pada direktor – direktor berikutnya yang diset lebih pendek daripada direktor – direktor sebelumnya. Dan
pada Tugas Akhir ini, antena Yagi yang digunakan menggunakan 10 elemen. Dengan spesifikasi panjang elemen dituliskan dalam Tabel 4.1 dibawah ini :
Tabel 4.1 Ukuran panjang elemen antena Yagi Jenis elemen Panjang ( mm ) Reflektor (R) 62,006 Driven Element (DE) 57.95
Direktor 1 (D1) 52,734
4.2.2 Perhitungan jarak antar elemen
Seperti yang diterangkan pada Bab II, penentuan jarak antara elemen pada Yagi sangat menentukan sekali perolehan gain yang diperoleh dari antena Yagi yang akan dibuat. Dengan melihat pada Grafik 2.1 pada Bab II, Pada operasi reflektor, reflektor bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari pada frekuensi feed point / driven element ( dengan cara memanjangkan sedikit lebih panjang daripada panjang driven element ) dan agar memperoleh gain maksimum, jarak antara elemen dijaga agar tidak melebihi 0.25λ. Syarat jarak antara reflektor
Direktor / pengarah diatur pada frekuensi tinggi ( dengan memendekkan elemen sedikit lebih pendek daripada driven element ) dan untuk memperoleh gain maksimum, jarak antara driven element dengan director diusahakan melebihi 0.1 λ dan tidak melebihi 0.15 λ. Jadi syarat jarak antara driven element dan director yang diizinkan adalah 0.1 λ sampai 0.15 λ. Dan jarak antara direktor di
set 0.2 λ untuk memperoleh gain maksimal. Jarak antara elemen antena Yagi yang akan dibuat dituliskan dalam Tabel 4.2 .
Tabel 4.2 Jarak antara elemen antena Yagi yang akan dirancang Jenis elemen Panjang ( mm )
Dan setelah itu akan muncul sebuah tab local variable. Lalu pilih tombol add dan masukkan nilai variable yang diinginkan. Variabel yang digunakan dalam perancangan diperlihatkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Variabel yang digunakan dalam perancangan Yagi
Setelah itu dilakukan perancangan model antena, adapun langkah – langkah perancangan antena adalah sebagai berikut :
a. Perancangan driven element
Adapun langkah – langkah perancangan driven element adalah : 1. Pilih menu draw pada bagian kiri atas program lalu pilih cylinder. 2. Akan muncul sebuah kotak yang dinamakan Property Window. Yang
terdiri atas dua buah tab. Pada tab attribute , pada bagian name diberi nama driven element, lalu klik bagian material, ganti bahan dari vaccum menjadi copper ( tembaga ). Pada tab command , kordinat dimasukkan seperti pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Peletakkan koordinat pada driven element yang dibuat
pada Angle diisi 180deg dan deg , dan pada bagian total number diisi menjadi 2. Sehingga akan terbentuk sebuah driven element yang diperlihatkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 driven element yang merupakan sebuah dipole ½λ
3. Pilih warna sesuai dengan keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya.
b. Perancangan reflektor
1. Pilih menu draw pada bagian kiri atas program lalu pilih cylinder. 2. Akan muncul sebuah kotak yang dinamakan Property Window. Yang
Gambar 4.5 Peletakkan koordinat reflektor pada Ansoft HFSS
Setelah pengaturan letak reflektor berdasarkan kordinat pada Gambar 4.4 maka letak reflektor akan membelakangi driven element dan jarak antara driven element dan reflektor diset 0.2 λ. Sehingga hasil desain yang didapatkan diperlihatkan pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Sebuah reflektor dan driven element yang dibuat. 3. Pilih warna sesuai dengan keinginan dan kemudian atur transparansi
warnanya.
c. Perancangan direktor
2. Akan muncul sebuah kotak yang dinamakan Property Window. Yang terdiri atas 2 buah tab. Pada tab attribute , pada bagian name diberi nama D1 ( direktor pertama ), lalu klik bagian material, ganti bahan dari vaccum menjadi copper ( tembaga ). Pada tab command , kordinat dimasukkan seperti pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Peletakkan koordinat direktor pada Ansoft HFSS Setelah pengaturan letak reflektor berdasarkan kordinat pada Gambar 4.8 maka letak reflektor akan membelakangi driven element dan jarak antara driven element dan reflektor diset 0.1 λ. Sehingga hasil desain yang didapatkan diperlihatkan pada gambar 4.8.
3. Pilih warna sesuai dengan keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya.
4. Hal yang sama dilakukan untuk direktor kedua, ketiga, keempat, dan seterusnya. Dengan menggunakan acuan letak jarak dan panjang elemen yang sesuai dengan Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
Setelah semua langkah tersebut dilakukan maka akan dihasilkan model antena Yagi seperti yang tampak pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9 Model Antena Yagi 10 elemen yang dirancang
4.4 Perancangan saluran pencatu ( excitation )
Saluran pencatu diletakkan pada driven element. Adapun langkah perancangan saluran catu adalah sebagai berikut:
1. Pilih 3D Modeler pada bagian menu kemudian pilih Grid plane lalu digunakan YZ sebagai grid plane yang digunakan.
2. Pada bagian menu pilih draw lalu rectangle.
Gambar 4.10 Peletakkan koordinat pada saluran pencatu 4. Kemudian pada Project Manager di bagian excitation, dipilih assign lalu
Lumped Port.
5. Pada tab General, tahanan yang diisi adalah 50 ohm lalu pilih next. Sedangkan pada tab mode, dipilih new line seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.11. lalu dibuat arah garis disepanjang persegi yang dibuat.
Gambar 4.11 Pembuatan saluran catu pada driven element
4.5 Perancangan ruang batasan ( Boundaries )
penghantaran sinyal seperti udara, ataupun ruang hampa udara. Adapun langkah – langkah pembuatan boundaries adalah :
1. Pilih menu draw pada bagian kiri atas program lalu pilih cylinder.
2. Akan muncul sebuah kotak yang dinamakan Property Window. Yang terdiri atas 2 buah tab. Pada tab attribute , pada bagian name diberi nama vakum, lalu klik bagian material, ganti bahan dari vaccum. Pada tab command , kordinat dimasukkan seperti pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Peletekan boundaries pada Ansoft HFSS
3. Lalu pada bagian menu HFSS, dipilih boundaries, lalu dipilih assign, lalu digunakan radiation dalam boundaries tersebut.
4.6 Arahan pancaran( radiation )
Langkah – langkah menentukan arahan pancaran dalam Ansoft HFSS adalah sebagai berikut :
1. Pada bagian menu, dipilih HFSS, kemudian dipilih radiation , lalu insert far field setup, lalu infinite sphere.
Setelah model antena selesai dibuat langkah selanjutnya adalah menjalankan simulasinya. Untuk menjalankan simulasi ini langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup, lalu pilih add solution setup, maka akan muncul solution setup window. Lalu isi nama setup-nya, ikuti saja yang ada di dalam tab (misalnya setup1, setup2, dan seterusnya), kemudian isi nilai dari solution frequency menjadi 2,46 GHz. Nilai solution frequency ini sama untuk tiap setup. Lalu isi nilai maximum number of phases menjadi 20. Kemudian isi nilai maximum delta S sebesar 0,02 lalu pilih OK.
Selanjutnya klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup lalu pilih add sweep. Pilih solution setup-nya setup1 dan klik tombol OK. Kemudian edit windo w sweep-nya, atur sweep type menjadi fast dan atur pula frequency setup type menjadi linear count. Kemudian atur frekuensi start sebesar 2,2 GHz, frekuensi stop 2.6 GHz dan buat nilai count menjadi 30. Lalu klik tombol OK.
Setelah itu langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS lalu pilih validation check. Tujuan dari validation check ini adalah untuk memeriksa
apakah model yang akan dibuat sudah layak dan benar untuk dijalankan. Jika model yang akan dibuat telah layak dan benar untuk dijalankan maka akan muncul tanda check list berwarna hijau. Tetapi jika belum maka akan muncul tanda silang berwarna merah. Hal ini menandakan bahwa ada error pada model yang dibuat. Untuk melihat pesan error gunakan message manager yang ada di sudut kanan bawah. Ada beberapa hal yang diperiksa pada validation check ini, yaitu :
• 3D model
• Mesh Operation • Analysis Setup • Optimetrics • Radiation
Jika ada salah satu dari keenam hal ini yang tidak terpenuhi (dalam hal ini ada error) maka proses simulasi tidak dapat dilanjutkan.
Setelah melewati validation check, langkah selanjutnya adalah menganalisis model. Untuk menganalisis model ini caranya adalah dengan menekan menu HFSS lalu pilih analyze. Proses menganalisis ini berlangsung sekitar 30 menit.
4.8 Menampilkan hasil simulasi
Setelah proses analisis selesai maka dapat ditampilkan grafik VSWR, pola radiasi, dan gainnya.
Untuk menampilkan grafik VSWR, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi modal S parameter dan atur display set menjadi rectangular plot, lalu tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi VSWR, atur juga quantity menjadi VSWR(lumpport1), kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik VSWR.
far field dan atur display set menjadi 3D polar plot, lalu tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi directivity, atur juga
quantity menjadi DhirTotal, kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul grafik pola radiasi.
Untuk menampilkan gain, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi far field dan atur display set menjadi data table, lalu tekan OK. Maka akan muncul
window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi gain, atur juga quantity menjadi GainTotal, kemudian tekan add trace lalu tekan done. Maka akan muncul tabel gain.
Dalam simulasi ini digunakan 4 buah sampel antena Yagi yaitu antena Yagi yang menggunakan 7 elemen, antena Yagi yang menggunakan 8 elemen, antena Yagi yang menggunakan 9 elemen dan antena Yagi yang menggunakan 10 elemen.
4.8.1 Antena Yagi 7 elemen
Pada tahap ini antena Yagi menggunakan 7 buah elemen ( 1 buah reflektor, 1 buah driven element, dan 5 buah direktor ) dengan simulator Ansoft HFSS v 10.0 maka akan didapatkan hasil sebagai berikut :
Model rancangan antena Yagi yang dibuat diperlihatkan pada Gambar 4.13 dengan mengacu pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
Gambar 4.13 Perancangan Antena yagi menggunakan 7 elemen
2. VSWR
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,29 untuk frekuensi 2,39 GHz, 1.67 untuk frekuensi 2,46 GHz dan 2,12 untuk frekuensi 2,49 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.14.
3. Gain
Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat gain seperti yang diperlihatkan oleh Tabel 4.3. Didapatkan gain sebesar 9.97 dB.
Tabel 4.3 Gain hasil simulasi
4. Pola radiasi
Dari simulasi yang dilakukan maka diperoleh pola radiasi seperti yang tampak pada Gambar 4.15.
Pada tahap ini antena Yagi menggunakan 8 buah elemen dimana terdapat 1 buah reflektor, 1 buah driven element, dan 6 buah direktor, dengan simulator Ansoft HFSS v 10.0 maka akan didapatkan hasil sebagai berikut :
1. Model rancangan
Model rancangan antena Yagi yang dibuat diperlihatkan pada gambar 4.16 dengan mengacu pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2.
Gambar 4.16 Perancangan Antena yagi menggunakan 8 elemen 2. VSWR
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,27 untuk frekuensi 2,39 GHz, 1.57 untuk frekuensi 2,46 GHz dan 1,92 untuk 2,49 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.17.
Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat gain seperti yang diperlihatkan oleh Tabel 4.4. Didapatkan gain 10.04 dB
Tabel 4.4 Gain hasil simulasi
4. Pola radiasi
Dari simulasi yang dilakukan maka diperoleh pola radiasi seperti yang tampak pada Gambar 4.18.
Pada tahap ini antena Yagi menggunakan 9 buah elemen dimana terdapat 1 buah reflektor, 1 buah driven element, dan 7 buah direktor, dengan simulator Ansoft HFSS v 10.0 maka akan didapatkan hasil sebagai berikut :
1. Model rancangan
Model rancangan antena Yagi yang dibuat diperlihatkan pada gambar 4.19 dengan mengacu pada tabel 4.1 dan tabel 4.2.
Gambar 4.19 Perancangan Antena yagi menggunakan 9 elemen 2. VSWR
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,22 untuk frekuensi 2,39 GHz, 1.5 untuk frekuensi 2,46 GHz dan 1,89 untuk 2,49 GHz seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.20.
Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat gain seperti yang diperlihatkan oleh Tabel 4.5. Dan didapatkan gain sebesar 10,25 dB.
Tabel 4.5 Gain hasil simulasi
4. Pola radiasi
Dari simulasi yang dilakukan maka diperoleh pola radiasi seperti yang tampak pada Gambar 4.21.
