ANALISIS ANTENA MIKROSTRIP SUSUN 2 ELEMEN PATCH SEGIEMPAT
DENGAN DEFECTED GROUND STRUCTURE BERBENTUK SEGIEMPAT
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1)
Pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Disusun oleh
Rinesia Citra Amalia Bangun (120422032)
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dilakukan perancangan antena mikrostrip susun 2
elemen pa tch segiempa t denga n defected ground structure berbentuk segiempa t
yang bekerja diantara rentang frekuensi 3,3 GHz - 3,4 GHz dengan frekuensi
tengah 3,35 GHz. Pada perancangan ini akan dirancang dua buah antena
mikrostrip yang disusun paralel pada sebuah substrat dan dengan penambahan
teknik defected ground structure yang diharapkan mampu meningkatkan kinerja
antena. Hal ini terukur melalui perbaikan nilai VSWR dan return loss,
peningkatan gain dan penekanan efek mutual coupling. Perancangan dilakukan
dengan menggunakan simulator AWR Microwave 2004. Adapun perancangan
antena optimal yang didesain dengan DGS berukuran (26x26) mm dan posisi
DGS (Y-4 mm). Hasil simulasi menunjukkan bahwa penggunaan DGS pada
antena mikrostrip 2 elemen memperbaiki nilai VSWR hingga 1,096 dan nilai
return loss berkisar -26,8 dB sedangkan antena tanpa DGS memiliki nilai VSWR
dan return loss masing-masing sebesar 1,371 dan -16,12 dB. Hal ini menunjukkan
penggunaan DGS memperbaiki kinerja antena.
Kata kunci : Antena Mikrostrip, Gelombang Permukaan, Defected Ground
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
baik dan tepat waktu.
Tugas Akhir ini berjudul ”ANALISIS ANTENA MIKROSTRIP SUSUN
2 ELEMEN PATCH SEGIEMPAT DENGAN DEFECTED GROUND
STRUCTURE BERBENTUK SEGIEMPAT”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini penulis tidak terlepas dari
perhatian dan dukungan keluarga oleh karena itupenulis mempersembahkan
Tugas Akhir ini kepada kedua orang tua tersayang Drs.Alexander Bangun, Almh.
Emsyahwati br Sitepu, Sulastri br Sitepu, K. Surbakti sebagai nenek serta kedua
abang Rizki A Roy Bangun, SE., Robert R Bangun, SE., adik -adik tercinta Rora
Ria S Bangun dan Rio Andhika Bangun. Dalam kesempatan ini juga penulis
menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas
Akhir atas bimbingan, dukungan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Ir. Raja Harahap,MT selaku Dosen Pembimbing Akademik selama
mengikuti perkuliahan.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen pembanding yang membantu
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Emerson P. Sinulingga, ST, M.Sc, PhD selaku dosen pembanding
yang membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
8. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro
Universitas Sumatera Utara.
9. Indra Gunawan Fiandi Mirza, S.Ked selaku pendamping yang setia
membantu dan menyemangati dalam proses pengerjaan Tugas Akhir ini.
10. Teman – teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2012, Syarifah Assyura, Meinarty Sinurat, Debora Sinaga, Ummu Handasah dan semua
teman buat kebersamaan dalam mengikuti pendidikan, serta untuk semua
senior dan junior Ekstensi Teknik Telekomunikasi USU.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis, yang
selalu membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna,
baik dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis
menerima saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi
kesempurnaan Tugas Akhir ini.Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi pembaca dan penulis.
Medan, Maret 2015
Penulis,
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
ABSTRAK ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metodologi Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Antena... 5
2.2 Antena Mikrostrip ...5
2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip ... 6
2.3 Parameter Antena Mikrostrip... 8
2.3.2 Frekuensi Resonansi ... 9
2.3.8 Polarisasi Lingkaran ... 15
2.3.9 Impedansi Masukan ... 16
2.3.10 Pola Radiasi ... 17
2.3.11 Keterarahan ... 18
2.3.12 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 19
2.4 Jenis – Jenis Patch Antena Mikrostrip ... 19
2.4.1 Antena mikrostrip Patch Segiempat ... 21
2.5 Teknik Pencatuan Microstrip Line ... 21
2.5.1 Karakteristrik Saluran Mikrostrip W/h<1 ... 22
2.5.2 Karakteristrik Saluran Mikrostrip W/h>2 ... 22
2.6 Antena Array ... 23
2.6.1 Dua Elemen Array ... 24
2.7 Sistem Komunikasi Broadband 3,3 GHz – 3,4 GHz ... 25
2.7.1 Broadband Wireless Access ... 25
2.8 Gelombang Permukaan ... 26
2.9 Mutua l Coupling ... 27
2.10 Defected Ground Structure... 28
2.11.1 Proses Pencarian Solusi Simulator AWR ... 30
2.11.2 Spesifikasi Settingan Parameter SImulasi ... 30
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ANTENA DENGAN DAN TANPA DGS 3.1 Umum ... 34
3.2 Diagram Alir Perancangan Antena ... 36
3.3 Antena Mikrostrip 2 Elemen Tanpa DGS ... 37
3.4 Perancangan Antena………... 38
3.5 Perancangan DGS Segiempat Pada Antena Mikrostrip... 45
3.θ Variabel Yang Dianalisis ……….………..…….... 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ...48
4.2 Analisis AntenaTanpa DGS ...48
4.3 Analisis Antena Dengan DGS ………...η0 4.3.1 Analisis Antena dengan DGS Berukuran (10x10) mm...50
4.3.2 Analisis Perbandingan Antena Tanpa dan Dengan DGS 10x10 mm2…………...………..η2 4.3.3 Analisis Antena Perubahan Ukuran DGS ...56
4.3.4 Analisis Antena Perubahan Posisi DGS ...59
4.4.1 VSWR ...62
4.4.2 Return Loss ...63
4.4.3 Gain ...64
4.4.4 Impedansi ………....θ5
4.5 Analisis Perbandingan Antena Dengan atau Tanpa DGS Optimal ...66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...,72
5.2 Saran ...73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip ... 6
Gambar 2.2 Rentang Frekuensi Mencari Bandwidth ………...………...….11
Gambar 2.3 Polarisasi Melingkar……...………..15
Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena……….………...……...17
Gambar 2.5 Jenis – Jenis Patch Antena Mikrostrip ………...…...….20
Gambar 2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ……….……….…………21
Gambar 2.7 Geometri Saluran Mikrostrip …………...……….…..…..22
Gambar 2.8 Antena Array………...………23
Gambar 2.9 Gelombang Permukaan………..………...26
Gambar 2.10 Rangkaian RLC DGS……….………...……….28
Gambar 2.11 Tampilan Awal Simulator AWR……..…..……..…...….…....…..30
Gambar 2.12 Settingan Nilai Frekuensi Pada Simulator .………...…..31
Gambar 2.13 Settingan Pada Harmonic Balance …...………...…..32
Gambar 2.14 SettingContoh Model Simulasi Pada Spesifikasi Low Mesh.…....32
Gambar 2.15 Contoh Model Simulasi dengan Spesifikasi Normal Mesh…..…..33
Gambar 2.16 Contoh Model Simulasi dengan Spesifikasi High Mesh..………..33
Gambar 3.2 Rancangan Antena Mikrostrip 2 Elemen Tanpa DGS ..……...37
Gambar 3.3 Pembuatan EM Structure Pada Simulator ………....….38
Gambar 3.4 Pengisian Enclosure Pada Simulator……...……..………....……...38
Gambar 3.5 Pengisian Dielectric Layers Pada Simulator…………...……….…39
Gambar 3.6 Pengisian Boundaries Pada Simulator ………...…………..39
Gambar 3.7 Pembuatan Patch Antena Pada Saluran Pencatu……….….….…...40
Gambar 3.8 Pengisian Port Eksitasi ……..………..………....40
Gambar 3.9 Pengisian Frekuensi Kerja………..……….………....……41
Gambar 3.10 Pengisian Spesifikasi Mesh...………....……...41
Gambar 3.11Pembuatan Grafik Keluaran………..,……...42
Gambar 3.12 Pembuatan Grafik Keluaran VSWR…….………….….….……..42
Gambar 3.13 Pembuatan Grafik Keluaran Return Loss...…………..….…..…..43
Gambar 3.14 Pembuatan Grafik Keluaran Gain……..……..…………..…..…..43
Gambar 3.15 Visualisasi 3D Antena Mikrostrip 2 Elemen Tanpa DGS...…....44
Gambar 3.16 Antena Mikrostrip 2 Elemen Dengan DGS…….………...44
Gambar 3.17 Visualisasi 3D Antena Mikrostrip 2 Elemen Dengan DGS……..45
Gambar 3.18 Antena Mikrostrip 2 Elemen Segiempat Dengan DGS....…...46
Gambar 3.20 Perubahan Posisi DGS………...…...47
Gambar 4.1 Nilai VSWR Tanpa DGS………...48
Gambar 4.2 Nilai Return Loss Tanpa DGS………...…...49
Gambar 4.3 Nilai Gain Tanpa DGS………...……..49
Gambar 4.4 Nilai Impedansi Tanpa DGS……...………...…...η0
Gambar 4.5 Nilai Simulasi VSWR DGS (10x10) mm ….………...η1 Gambar 4.6 Nilai Simulasi Return Loss DGS (10x10) mm ….………...η1 Gambar 4.7 Nilai Simulasi Gain DGS (10x10) mm ….……...…...…...η2 Gambar 4.8 Nilai Simulasi impedansi DGS (10x10) mm ….………...52
Gambar 4.9 Nilai VSWR Antena Tanpa dan Dengan DGS (10x10) mm …...η3 Gambar 4.10 Nilai Return Loss Antena Tanpa dan Dengan DGS (10x10) mm..54
Gambar 4.11 Nilai Gain Antena Tanpa dan Dengan DGS (10x10) mm …...η4 Gambar 4.12 Nilai Impedansi Antena Tanpa dan Dengan DGS (10x10) mm...55
Gambar 4.13 Nilai VSWR Hasil Simulasi Pengubahan Ukuran DGS….…...η7
Gambar 4.14 Nilai Return Loss Hasil Simulasi Pengubahan Ukuran DGS...57
Gambar 4.15 Nilai Gain Hasil Simulasi Pengubahan Ukuran DGS……..…...η8
Gambar 4.16 Nilai Impedansi Hasil Simulasi Pengubahan Ukuran DGS.…...η8
Gambar 4.17 Nilai VSWR Hasil Simulasi Pengubahan Posisi DGS..…...θ0
Gambar 4.18 Nilai Return Loss Hasil Simulasi Pengubahan Posisi DGS.…...θ0
Gambar 4.20 Nilai Impedansi Hasil Simulasi Pengubahan Posisi DGS….…...θ1
Gambar 4.21 Antena Dengan Posisi DGS Optimal ………...θ2
Gambar 4.22 Nilai VSWR Hasil Simulasi DGS Optimal ...………...θ3
Gambar 4.23 Nilai Return Loss Hasil Simulasi DGS Optimal ………..…...θ4
Gambar 4.24 Nilai Gain Hasil Simulasi DGS Optimal ………..…….…..…...θ5
Gambar 4.25 Nilai Impedansi Hasil Simulasi DGS Optimal ………..……...65
Gambar 4.26 Perbandingan Nilai VSWR Antena Tanpa DGS dan Dengan
DGS Optimal ...66
Gambar 4.27 Perbandingan Nilai RL Antena Tanpa DGS dan Dengan
DGS Optimal ...67
Gambar 4.28 Perbandingan Nilai Gain Antena Tanpa DGS dan Dengan
DGS Optimal..……….………..……...…...θ8
Gambar 4.29 Perbandingan Nilai Impedansi Antena Tanpa DGS dan
Dengan DGS Optimal ……….…...………..69
Gambar 4.30 Perbandingan Nilai Mutual Coupling Antena Tanpa DGS dan
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Substrate………..………..34 Tabel 3.2 Dimensi Antena………...………37 Tabel 4.1 Hasil Simulasi Antena dengan Mengubah Ukuran DGS………..…η6 Tabel 4.2 Hasil Simulasi Antena dengan Mengubah Posisi DGS……….59 Tabel 4.3 Perbandingan Nilai Parameter Antena Tanpa DGS Dan
Dengan DGS Optimal ….………..…...71
