BAB III. PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz

(1)

BAB III

PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz

3.1 Perancangan Antena Brick

Bab ini menjelaskan proses perancangan antena brick dengan melakukan beberapa perhitungan yang terdiri dari beberapa parameter yang diperlukan di dalam perancangan seperti perhitungan panjang driven, panjang batas bawah ( ) dan panjang batas samping (b) yang dipengaruhi oleh frekuensi batas / frekuensi cut off, peletakan posisi driven dan panjang antena yang dipengaruhi oleh panjang gelombang dalam waveguide dan panjang gelombang ruang bebas. Setelah antena telah dirancang selanjutnya menentukan bahan dasar yang akan digunakan serta dilakukan lima bentuk antena brick yang terdiri dari antena yang berbahan bukan jaring-jaring (solid) dan bahan jaring-jaring (mesh), selanjutnya dirancang dengan ukuran parameter yang berbeda-beda.

a MELAKUKAN PERHITUNGAN PARAMETER-PARAMETER ANTENA PEMBUATAN ANTENA MELAKUKAN PERBANDINGAN HASIL PENGUKURAN ANTENA

(2)

3.2 Penentuan Bahan Dasar

Penentuan bahan dasar antena brick 2,4 GHz terdiri atas dua bagian yaitu 3.2.1 Driven antena

Driven antena menggunakan inner / inti kabel koaxial RG 8 50Ω tipe 9913 atau 9914 yang akan dipotong sepanjang λ

4

1 _{dan disambungkan ke chasis mount konektor N female.}

3.2.2 Wave guide antena

Wave guide antena akan dibuat lima buah antena, yang pertama diberikan bahan dasar seng (solid) dan yang kedua sampai dengan yang kelima menggunakan jaring-jaring alumunium (mesh) dengan ukuran yang berbeda-beda.

3.3 Langkah-Langkah Perancangan Antena Brick 2,4 GHz

Perhitungan antena brick didasari oleh perhitungan saluran transmisi rectangular wave guide, dimana parameter yang dibutuhkan adalah panjang gelombang ruang bebas (λ), panjang gelombang dalam wave guide (λg), frekuensi batas (frekuensi cut off), panjang sisi bawah ( ) dan panjang sisi samping (b) yang dihitung dengan frekuensi batas (frekuensi cut off), panjang driven (

a

λ 4

1 _{), peletakan posisi driven terhadap reflektor, dan panjang wave}

guide. Setelah parameter telah diketahui, maka langkah berikutnya adalah sebagai berikut :

1. Menentukan bentuk antena brick 2,4 GHz yang akan dibuat. Perencanaan bentuk antena akan dibentuk rectangular / kotak sebagai wave guide.

2. Menentukan mode yang akan digunakan, disini akan menggunakan mode karena

merupakan mode yang paling sederhana serta menggunakan mode berikutnya karena akan membuat antena brick dengan single mode / satu mode.

10

H

20

H

3. Menentukan panjang sisi bawah ( ) dan panjang sisi samping (b) dapat di hitung

dengan menggunakan rumus frekuensi batas / frekuensi cut off, untuk batas minimal digunakan frekuensi batas / frekuensi cut off mode yaitu . Di dalam perhitungan

panjang sisi bawah ( ), frekuensi batas / frekuensi cut off harus dibawah frekuensi yang kita inginkan.

a

10

H fc,10

a

Batas minimal frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10 adalah

a c f fcmn c 2 10 , , = =

(3)

Dan frekuensi batas / frekuensi cut off berikutnya adalah

a c f

fc,mn = c,20 =

Untuk antena brick yang pertama, antena brick yang kedua, dan antena brick yang ketiga menggunakan dua mode yaitu mode dan mode berikutnya , kemudian keduanya dijumlahkan dan dibagi dua.

10

H

20

H

Untuk mode H10, panjang sisi bawah ( ) dapat dihitung : a

10 , c f < 2,4 GHz a c 2 < 9 10 4 , 2 × a > ₉ 10 4 , 2 2× × c

dan mode berikutnya H20, panjang sisi samping ( ) dapat dihitung : b

20 , c f > 2,4 GHz a c > 2,4×109 a < ₉ 10 4 , 2 2× × c

Untuk antena brick yang keempat dan antena brick yang kelima, panjang sisi bawah ( ) dihitung dengan menggunakan frekuensi 2,25 GHz dan hanya menggunakan mode tanpa menggunakan mode berikutnya. Maka panjang sisi bawah( ) dapat dihitung :

a 10 H a 10 , c f < 2,25 GHz a c 2 < 9 10 25 , 2 × a > ₉ 10 25 , 2 2× × c

Jika panjang sisi bawah (a) telah ditemukan maka panjang sisi samping dapat dihitung dengan membagi dua panjang sisi bawah ( ). b

2

a

(4)

2 2 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = a g λ λ λ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − × = 2 2 1 4 3 4 3 a g λ λ λ f c = λ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × = f c 4 1 4 1 _λ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − × = 2 2 1 4 1 4 1 a g λ λ λ g

4. Menentukan panjang wave guide. Caranya adalah menentukan dahulu panjang gelombang di dalam waveguide (λ ) kemudian menghitung panjang wave guide dan posisi feed point / peletakan driven. Secara matematik dapat ditulis :

Panjang gelombang di dalam wave guide

maka panjang wave guide ( λg

4 3 ₎

5. Menentukan panjang driven. Caranya adalah dengan menentukan dahulu panjang gelombang ruang bebas (λ ), kemudian panjang gelombang ruang bebas dibagi empat. Secara matematik dapat ditulis :

Panjang gelombang ruang bebas (λ )

maka panjang driven ( λ 4 1 ₎

6. Menentukan jarak antara driven dengan reflektor menggunakan dua perhitungan yaitu a. Jarak antara driven dengan reflektor untuk antena brick yang pertama dan antena brick yang kedua dengan menghitung panjang gelombang dalam wave guide di bagi empat.

(5)

b. Sedangkan jarak antara driven ke reflektor untuk antena brick yang ketiga sampai dengan antena brick yang kelima dengan menghitung panjang gelombang ruang bebas dibagi empat. ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × = f c 4 1 4 1 λ

7. Menentukan jarak antara driven ke ruang bebas dengan menggunakan tiga cara yaitu a. Untuk antena brick yang pertama dan antena brick yang kedua caranya mengurangi panjang wave guide ( λg

4

3 _{) dengan jarak antara driven dengan reflektor (} _λ_g 4 1 _). g g g λ λ λ 2 1 4 1 4 3 ₋ ₌

b. Untuk antena brick yang ketiga dan antena brick yang keempat sama dengan cara yang pertama, perbedaannya pada jarak antara driven dengan reflektor ( λ

4

1 _{). Sehingga dapat}

ditulis dengan cara sebagai berikut λ λ 4 1 4 3 _g₋

c. Untuk antena brick yang kelima, jarak antara driven dengan ruang bebas dapat dihitung dengan membagi empat panjang gelombang antena wave guide.

⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − × = ₂ 2 1 4 1 4 1 a g λ λ λ

3.4 Perhitungan Perancangan Antena Brick 2,4 GHz

Di dalam perhitungan akan direncanakan membuat 5 antena brick yang mempunyai ukuran yang berbeda-beda yaitu :

3.4.1 Antena Brick yang Pertama

Antena brick pertama yang terbuat dari bahan seng (solid) mempunyai ukuran sebagai berikut :

3.4.1.1 Perhitungan untuk menentukan panjang sisi bawah

( )

a .

3.4.1.1.1 Perhitungan panjang sisi bawah

( )

a dengan menggunakan mode terendah yaitu dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di bawah frekuensi 2,4 GHz. 10 H H_mn = a c f f_c_mn _c 2 1

Batas minimal frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10

0 ,

, = =

(6)

maka untuk panjang adalah a cc,10 f < 2,4 GHz a 2 < 2,4 x 109 Hz c 9 10 8 , 4 × Hz < a

(

)

(

9

)

8 10 8 , 4 10 3 × × a f fc,mn = c,20 = c a c Hz 9 10 4 , 2 × c Hz c 9 10 4 , × 2

(

)

(

₉

)

Hz 8 10 4 , 10 3 × × 2 9 10 8 , × c a 4 > a > a > 0,0625 meter a > 6,25 cm

3.4.1.1.2 Perhitungan panjang sisi bawah ( ) dengan menggunakan mode berikutnya yaitu mode dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di atas frekuensi 2,4 GHz.

a

20

H

Hmn =

Batas maksimal frekuensi batas . frekuensi cut off mode H₂₀

maka untuk panjang a adalah

10 , c f > 2,4 GHz > 2,4 x 109 Hz > a a < a < a < 0,125 meter a < 12,5 cm

3.4.1.1.3 Maka panjang sisi bawah

( )

a yang direkomendasikan adalah 6,25 cm > > 12,5 cm agar mendapatkan single mode / satu mode, untuk mengambil nilai tengah diantara keduanya adalah dengan menambah

(7)

panjang minimum dan maksimum kemudian dibagi dua. Secara matematik dapat ditulis:

(

)

(

)

cm a a cm cm a imum sisi panjang maksimum sisi panjang a 375 , 9 2 75 , 18 2 5 , 12 25 , 6 2 min _ _ _ _ = = + = + = 2 = b a 2 a b= b = 9,375 = 4,6875cm

3.4.1.2 Menentukan panjang sisi samping (b) dengan menggunakan rumus ,maka . . Dimana panjang a = 9,375 cm, maka .

2

3.4.1.3 Menentukan panjang driven, sebelumnya menentukan panjang gelombang ruang bebas

( )

λ . Dimana rumus panjang gelombang ruang bebas

( )

λ adalah

cm meter GHz f c 5 , 12 125 , 0 10 4 , 2 10 3 4 , 2 10 3 9 8 8 = = × × = × = = λ λ λ λ λ

Maka panjang driven

( )

λ 4 1 _adalah cm cm 125 , 3 4 1 5 , 12 4 1 4 1 = × = λ λ

(8)

3.4.1.4 Menentukan panjang wave guide antena, sebelumnya menentukan panjang gelombang di dalam wave guide. Dimana rumus panjang gelombang di dalam wave guide

( )

λg adalah cm g 156 , 17 = λ meter a g g g 17156 , 0 7286 , 0 125 , 0 09125 , 0 2 125 , 0 1 125 , 0 2 2 2 = = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ λ λ λ λ g = λ λ 1−⎜

Maka panjang wave guide antena yang pertama adalah

cm g cm 867 , 12 4 156 , 7 = λ g 1 4 3 4 3 _λ ₌ _× 3

3.4.1.5 Menentukan jarak antara driven dengan reflektor, dimana telah diketahui panjang gelombang dalam wave guide

( )

λg adalah 17,156 cm. Maka jarak antara driven dengan reflektor adalah cm g cm g 289 , 4 4 1 156 , 17 4 1 4 1 = × = λ λ

3.4.1.6 Menentukan jarak antara driven dengan ruang bebas, dimana telah diketahui panjang gelombang dalam wave guide

(

λg

)

adalah 17,156 cm. Maka jarak antara driven dengan ruang bebas adalah cm g cm g 578 , 8 2 1 156 , 17 2 1 2 1 = × = λ λ

(9)

Tabel. 3.4.1 ukuran parameter antena brick yang pertama

1. Panjang sisi bawah ( ) a 9,375 cm 2. Panjang sisi samping ( ) b 4,6875 cm

3. Panjang driven (1₄λ) 3,125 cm 4. Panjang wave guide ( λg

4

3 ₎ _{12,867 cm}

5. Jarak antara driven dengan reflektor ( λg

4

1 ₎ _{4,289 cm}

6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( λg

2

1 ₎ _{8,578 cm}

Gambar 3.4.1a rancangan panjang driven

Gambar 3.4.1b rancangan panjang sisi bawah (a), panjang sisi samping (b), dan panjang driven ( λ 4

1 _{) yang}

(10)

Gambar 3.4.1c rancangan panjang wave guide ( λg

4

3 _{), jarak antara driven dengan reflektor (} _λ_g 4

1 _{), dan}

jarak antara driven dengan ruang bebas ( λg

4

1 _{) antena yang pertama}

3.4.2 Antena Brick yang Kedua

Antena brick yang kedua mempunyai ukuran yang sama dengan antena brick yang pertama, hanya mempunyai perbedaan di sisi bahan wave guide yang terbuat dari jaring-jaring alumunium (mesh).

Tabel.3.4.2 ukuran parameter antena brick kedua

4

3 ₎ _{12,867 cm}

5. Jarak antara driven dengan reflektor ( λg

4

1 ₎ _{4,289 cm}

6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( λg

2

1 ₎ _{8,578 cm}

3.4.3 Antena Brick yang Ketiga

Antena brick yang ketiga mempunyai bahan yang sama dengan antena brick yang kedua yaitu terbuat dari jaring-jaring alumunium (mesh), perbedaan terletak pada jarak antara driven dengan reflektor ( λ

4

1 _{) yang mempunyai nilai sebagai berikut :}

cm cm 125 , 3 4 1 5 , 12 4 1 4 1 = × = λ λ

(11)

Tabel 3.4.3 ukuran parameter antena brick yang ketiga

4

3 ₎ _{12,867 cm}

5. Jarak antara driven dengan reflektor (1₄λ) 3,125 cm 6. Jarak antara driven dengan ruang bebas (3₄λg− 1₄λ) 9,742 cm

Gambar 3.4.3 rancangan panjang wave guide ( λg

4

3 _{), jarak antara driven dengan reflektor (} _λ 4

1 _{), dan jarak}

antara driven dengan ruang bebas ( λ λ 4 1 4

3 _g₋ _{) antena yang ketiga}

3.4.4 Antena Brick yang Keempat

Antena brick yang keempat memakai bahan jaring-jaring alumunium (mesh) seperti antena brick yang kedua dan antena brick yang ketiga, dan mempunyai ukuran panjang sisi bawah ( ) dan panjang sisi samping a

( )

b yang lebih pendek, serta panjang waveguide yang lebih panjang.

3.4.4.1Perhitungan untuk menentukan panjang sisi bawah ( ) antena keempat. a

3.4.1.1 Perhitungan panjang sisi bawah ( ) dengan menggunakan mode = dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di bawah frekuensi 2,25 GHz.

a H_mn H₁₀ a c f f_c_mn _c 2 1

Batas frekuensi batas / frekuensi cut off mode H₁₀

0 ,

, = =

(12)

maka untuk panjang adalah a c 2 9 10 5 , 4 × c

(

)

(

9

)

8 10 5 , 4 10 3 × × 2 = b a 2 a b= _b= 6,67 =₃_,₃₃₅_cm 2 9 10 25 , 2 2× × c Hz < a fc, 10 < 2,25 GHz < 2,25x 109 Hz a a > a > a > 0,0667 meter a > 6,67 cm

Maka panjang sisi bawah ( ) yang direkomendasikan adalah 6,67 cm a

3.4.4.2 Menentukan panjang sisi samping (b) dengan menggunakan rumus ,maka . . Dimana panjang a = 6,67 cm, maka .

3.4.4.3 Menentukan panjang driven ( λ 4

1 _{), sebelumnya menentukan panjang gelombang}

ruang bebas (λ ). Dimana rumus panjang gelombang ruang bebas (λ) adalah

cm meter GHz f c 5 , 12 125 , 0 10 4 , 2 10 3 4 , 2 10 3 9 8 8 = = × × = × = = λ λ λ λ λ

(13)

Maka panjang driven ( λ 4 1 _{) adalah} cm cm 125 , 3 4 1 5 , 12 4 1 4 1 = × = λ λ

3.4.4.4 Menentukan panjang wave guide antena, sebelumnya menentukan panjang gelombang di dalam wave guide. Dimana rumus panjang gelombang di dalam wave guide (λg ) adalah

cm meter g a g g g g g 69 , 34 3469 , 0 3603 , 0 125 , 0 8701 , 0 1 125 , 0 0667 , 0 2 125 , 0 1 125 , 0 2 1 2 2 = = = − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ × − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = λ λ λ λ λ λ λ λ

Maka panjang antena brick yang keempat adalah

cm g cm g 01 , 26 4 3 69 , 34 4 3 4 3 = × = λ λ

3.4.4.5 Menentukan jarak antara driven dengan reflektor ( λ 4

1 _{), dimana telah diketahui}

panjang gelombang dalam wave guide (λ) adalah 12,5 cm. Maka posisi feed point / peletakan posisi driven terhadap reflektor adalah

cm cm 125 , 3 4 1 5 , 12 4 1 4 1 = × = λ λ

(14)

4 4

diketahui panjang wave guide adalah 26,01 cm dan jarak antara driven dengan reflektor

adalah 3,125 cm. Jika panjang wave guide dikurang jarak antara driven dengan reflektor adalah 22,885 cm.

Tabel 3.4.4 ukuran parameter antena keempat

1. Panjang sisi bawah ( ) a 6,67 cm 2. Panjang sisi samping (b) 3,335 cm

4

3 ₎ _{26,01 cm}

5. Jarak antara driven dengan reflektor (1₄λ) 3,125 cm 6. Jarak antara driven dengan ruang bebas (3₄λg−1₄_λ) 22,885 cm

Gambar 3.4.4a rancangan panjang sisi bawah (a), panjang sisi samping (b), dan panjang driven ( λ 4

1 _{) yang}

telah terpasang di wave guide antena yang keempat

Gambar 3.4.4b rancangan panjang wave guide ( λg 4

3 _{), jarak antara driven dengan reflektor (} _λ 4

1 _{), dan}

jarak antara driven dengan ruang bebas ( λ λ 4 1 4

(15)

3.4.5 Antena Brick yang Kelima

Antena brick yang kelima sama seperti antena brick yang keempat sama seperti antena brick yang keempat, perbedaannya panjang wave guide lebih pendek dibandingkan antena brick yang keempat disebabkan jarak driven ke arah ruang bebas lebih pendek yaitu λg

4 1 _.

3.4.5.1 Jarak driven ke arah ruang bebas ( λg

4 1 ₎ cm g cm g 67 , 8 4 1 69 , 34 4 1 4 1 = × = λ λ

Tabel 3.4.5 Ukuran parameter antena brick kelima

3. Panjang driven (1₄λ) 3,125 cm 4. Panjang wave guide ( λg λg

4 1 4

3 ₋ ₎ _{11,795 cm}

5. Jarak antara driven dengan reflektor (1₄λ) 3,125 cm 6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( λg

4

1 ₎ _{8,67 cm}

Gambar 3.4.5 rancangan panjang wave guide ( λg

4