REALISASI ANTENA SUSUN MIKROSTRIP
SEGITIGA EMPAT ELEMEN
DENGAN DISTRIBUSI ARUS DOLPH CHEBYSHEV
Realization of Four Element Triangular Microstrip Array Antenna
with Dolph Chebyshev Current Distribution
PROYEK AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh: FITRA MARETA
091331046
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2012
LEMBAR
PENGESAHAN
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Fitra Mareta NIM : 091331046
Tempat/Tanggal lahir : Bandung/27 Maret 1991
TK lulus tahun :1997 di Bunda Asuh Nanda Bandung SD lulus tahun : 2003 di SDN Banjarsari II Bandung SMP lulus tahun : 2006 di SMP Negeri 7 Bandung SMA lulus tahun : 2009 di SMA Negeri 5 Bandung
Tanggal permulaan kuliah : 2009 di Politeknik Negeri Bandung
Prestasi yang pernah dicapai :
1. Menjadi Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi (HIMATEL) POLBAN 2009 s/d sekarang.
2. Menjadi Sekretaris Divisi Pengembangan Sumber Daya Manusia (PSDM) Himpunan Mahasiswa Teknik Telekomunikasi (HIMATEL) POLBAN 2010 s/d 2011.
iv
LEMBAR
PERSEMBAHAN
Sahabat,
Sukses tak akan datang bagi mereka yg hanya menunggu tak berbuat apa-apa,
tapi akan datang bagi mereka yg selalu berusaha wujudkan mimpinya,
orang yg cerdas hatinya,
yg jernih pikirannya,
yg yakin akan pertolongan Allah,
yg sadar rahmat Allah itu luas,
yg mengerti segalanya ada waktunya,
maka ia tidak akan pernah merasa putus asa
bila ditimpa kegagalan, keterpurukan,
kesulitan hidup, kecemasan dan kegalauan
Justru ia akan berbaik sangka kepada Allah dengan terus berikhtiar lahir batin
dan yakin Allah bersamanya untuk menolongnya…
Kupersembahkan Karyaku ini untuk Bapa, Mamah, Uke, Triesty,
para sahabat terbaikku Mpat, Tri, Osy, Tatika, Upay, Ari, Desti,
Riri, Devi, Synthia, Senny, Tiara, Handrian, Ayuk dan Pedot,
serta orang-orang yang telah menabur doa
dan menanamkan semangat untukku
v
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat
الله
SWT, karena berkat rahmat dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan proyek akhir dengan judul “Realisasi Antena Susun Mikrostrip Segitiga Empat Elemen dengan Distribusi Arus Dolph Chebyshev”.Dalam merealisasikan proyek akhir serta dalam pembuatan laporan, penulis banyak sekali menerima dorongan, bantuan, motivasi baik materiil maupun spiritual. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghormatan serta penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Orang tua tercinta yang selalu memberikan doa dan dukungannya yang begitu besar kepada penulis, serta adik-adik tercinta yang senantiasa selalu memberikan semangat dengan candaanya.
2. Ibu Hepi Ludiyati, ST., MT. selaku dosen Pembimbing Tunggal yang telah memberikan ilmu, dorongan, dan nasihatnya serta doa sehingga proyek akhir ini dapat selesai tepat pada waktunya. Terima kasih banyak Ibu.
3. Seluruh dosen Teknik Telekomunikasi – POLBAN yang tidak dapat disebutkan satu per satu disini yang telah memberikan ilmu dan nasihat yang insya Allah selalu diingat dan bermanfaat.
4. Bapak Badu dan Bapak Aan yang telah banyak membantu.Terima kasih banyak Bapak.
5. Partner proyek akhir Lia Rosliana dan Rani Refa Ninety atas kerjasama, ilmu, dukungan dan semangatnya sehingga penulis mampu bertahan hingga selesainya proyek akhir ini.
6. Kelompok pembuat antena yaitu Deti, Devi, Fauziyyah, Ilham, Senny, Tiara, Dafit, Mita, Teh Novel dan Teh Nunu yang telah memberikan ilmu, bantuan dan dukungannya.
7. Teman-teman kelas 3 TC B yang selalu memberi dukungan dan semangat. 8. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan dan
penyusunan proyek akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu semoga mendapat balasan dan ridho dari Allah SWT. Amin.
vi
Sebagai manusia, tentunya penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan proyek akhir ini hingga terselesaikan penulis tidak luput dari berbagai kesalahan. Untuk itu, penulis mengharapkan segala kritik dan saran yang membangun dengan harapan dapat memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada dalam laporan proyek akhir ini. Semoga laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan bagi para pembaca umumnya.
Hanya kepada Allah SWT-lah penulis kembalikan segala urusan dan hanya kepada-Nya lah penulis mohon petunjuk dan pertolongan serta perlindungan. Amin. Bandung, Juli 2012 Penulis
vii
ABSTRAK
Pada proyek akhir ini telah dirancang dan direalisasikan antena susun mikrostrip segitiga empat elemen dengan distribusi arus dolph chebyshev yang bekerja pada frekuensi 1805-1880 MHz dengan menggunakan bahan FR4-epoxy. Untuk mencukupi kebutuhan bandwidth ditambahkan celah udara diantara dua substrat FR4-epoxy. Antena susun ini dicatu dengan menggunakan saluran transmisi mikrostrip yang distribusi arus ke masing-masing elemen antena memenuhi distribusi arus dolph chebyshev. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa antena ini mempunyai nilai VSWR 1,11 pada frekuensi tengah 1825,6 MHz dengan return loss 25,6 dB dan bandwidth yang dihasilkan adalah 182,2 MHz untuk VSWR ≤ 1,5.
Kata kunci : segitiga, bandwidth, dolph chebyshev
ABSTRACT
In this final project has been designed and realized of four element triangular microstrip array antenna that works at frequency 1805-1880 MHz with use FR4-epoxys. To get more bandwith added air between two FR4-epoxys substrate. This array feed by microstrip transmission line which current distribution to each element of the antenna comply with a dolph chebyshev current distribution. The result of measurement shows that the antenna has a VSWR value 1,11 on center frequency 1825,6 MHz with return loss 25,6 dB. The result of bandwidth is 182,2 MHz on VSWR ≤ 1,5.
Keywords : triangular, bandwidth, dolph chebyshev
viii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... iii
LEMBAR PERSEMBAHAN ...iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ...xi
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 1
1.3 Pemecahan Masalah ... 1
1.4 Tujuan proyek Akhir ... 2
1.5 Batasan Masalah... 2
1.6 Sistematika laporan ... 2
BAB II TINJAUAN TEORITIS ... 4
2.1 Pendahuluan ... 4
2.2 Tinjauan Pustaka ... 5
2.3 Teori Antena Mikrostrip Segitiga ... 5
2.3.1 Patch Segitiga ... 5
2.3.2 Dimensi Antena Mikrostrip Patch Segitiga ... 6
2.4 Microstrip Transmission Line ... 7
2.4.1 Saluran Mikrostrip ... 7
2.4.2 Dimensi Saluran Transmisi Mikrostrip ... 8
2.5 Quarter Wave Transformer ... 9
2.6 Teori Susunan Antena ... 10
2.6.1 Susunan Linear n Sumber Titik Isotropis Berdasarkan Distribusi Arus ... 11
2.6.1.1 Teori Susunan Uniform ... 11
2.6.1.2 Teori Susunan Binomial... 13
2.6.1.2.1 Koefisen Eksitasi ... 14
ix
2.6.1.2.2 Prosedur Desain Binomial Array ... 14
2.6.1.3 Teori Susunan Dolph Chebyshev ... 15
2.6.1.3.1 Polynom Chebyshev ... 17
2.6.1.3.2 Pemahaman Grafik Polynom ... 18
2.6.1.3.3 Prosedur Desain Dolph Chebyshev Array ... 19
2.6.1.3.4 Diagram Arah ... 20
2.6.2 Perbandingan Susunan Uniform, Binomial dan Dolph Chebyshev ... 20
2.7 Teori Penambahan Celah Udara ... 21
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT ... 24
3.1 Pendahuluan ... 24
3.2 Spesifikasi Perancangan ... 25
3.3 Karakteristik Bahan ... 25
3.4 Perancangan Antena Tunggal ... 26
3.4.1 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Tunggal ... 26
3.4.1.1 Perhitungan Dimensi Patch Antena ... 26
3.4.1.2 Perhitungan Dimensi Saluran Antena ... 27
3.4.1.3 Perhitungan Dimensi Ground Plane ... 27
3.4.1.4 Penggunaan Celah Udara ... 28
3.4.2 Hasil Simulasi Antena Tunggal... 28
3.5 Perancangan Antena Susun Dolph Chebyshev ... 29
3.5.1 Perancangan Dimensi Antena Susun Dolph Chebyshev ... 30
3.5.1.1 Perhitungan Perbandingan Distribusi Arus Dolph Chebyshev ... 30
3.5.1.2 Perhitungan Impedansi Masing-Masing Saluran... 31
3.5.1.3 Perhitungan Panjang dan Lebar Masing-Masing Saluran ... 33
3.5.1.4 Perhitungan Dimensi Jarak Antar Patch ... 36
3.5.1.5 Perhitungan Dimensi Ground Plane ... 36
3.5.1.6 Penggunaan Celah Udara ... 36
3.5.2 Hasil Simulasi Antena Susun Dolph Chebyshev ... 37
3.5.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan Bandwidth ... 38
3.5.2.2 Return Loss (RL) ... 39 3.5.2.3 Impedansi ... 39 3.5.2.4 Pola Radiasi ... 40
x
3.5.3 Hasil Realisasi Antena Susun Dolph Chebyshev ... 41
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA ... 42
4.1 Pendahuluan ... 42
4.2 Pengukuran VSWR, Bandwidth, Return Loss dan Impedansi ... 42
4.2.1 Peralatan yang Digunakan ... 42
4.2.2 Prosedur Pengukuran ... 42
4.2.3 Hasil Pengukuran ... 43
4.2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan Bandwidth ... 43
4.2.3.2 Return Loss ... 44
4.2.3.3 Impedansi ... 45
4.3 Pengukuran Pola Radiasi ... 46
4.3.1 Peralatan yang Digunakan ... 46
4.3.2 Prosedur Pengukuran ... 46
4.3.3 Hasil Pengukuran ... 47
4.3.3.1 Pengukuran H-Plane ... 47
4.3.3.2 Pengukuran E-Plane ... 48
4.4 Analisa Pengukuran VSWR, Bandwidth, Return Loss dan Impedansi ... 49
4.4.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan Bandwidth ... 49
4.4.2 Return Loss (RL) ... 52
4.4.3 Impedansi ... 52
4.5 Analisa Performa Uniform, Binomial dan Dolph Chebyshev ... 53
BAB V PENUTUP ... 54 5.1 Kesimpulan ... 54 5.2 Saran ... 54 DAFTAR PUSTAKA ... 55
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Antena Mikrostrip... 4
Gambar 2. Bentuk-Bentuk Patch ... 4
Gambar 3. Struktur Antena Mikrostrip Patch Segitiga ... 6
Gambar 4. Pola Medan Listrik pada Saluran Mikrostrip ... 8
Gambar 5. Penyesuai Transformator /4 ... 9
Gambar 6. Susunan Dua Sumber Isotropis ... 10
Gambar 7. Distribusi Arus Uniform ... 11
Gambar 8. Grafik Faktor Susunan dan Pola Medan ... 13
Gambar 9. Prinsip Segitiga Pascal ... 14
Gambar 10. Selisih Fasa Kuat Medan... 16
Gambar 11. Medan Total untuk N-Genap ... 16
Gambar 12. Medan Total Untuk N-Ganjil ... 16
Gambar 13. Distribusi Non-Uniform Optimum (Dolph chebyshev) ... 17
Gambar 14. Grafik untuk Polynom-Polynom Chebyshev` ... 18
Gambar 15. Grafik Polynom Chebyshev untuk Nilai m = 1 s/d 5... 18
Gambar 16. Contoh Grafik Polynom ... 18
Gambar 17. Diagram Arah Kuat Medan ... 20
Gambar 18.Struktur Antena Mikrostrip dengan Celah Udara ... 21
Gambar 19. Return Loss Antena ... 22
Gambar 20. Perbandingan Ketebalan Celah Udara ... 22
Gambar 21.Diagram Alir Pembuatan Antena Susun Dolph Chebyshev ... 24
Gambar 22. Perancangan Antena Tunggal ... 26
Gambar 23. Dimensi Patch Antena Mikrostrip ... 27
Gambar 24. Antena Mikrostrip Tunggal Sesuai Perhitungan ... 28
Gambar 25. Simulasi Antena Tunggal pada CST SUITE STUDIO 2010 ... 28
Gambar 26. Distribusi Impedansi ... 32
Gambar 27. Corners pada saluran 94,65 Ω ... 34
Gambar 28. Corners pada saluran 44,5 ... 34
Gambar 29. Corners pada saluran 63,24 Ω ... 35
Gambar 30. Antena Mikrostrip Susun Dolph Chebyshev Sesuai Perhitungan ... 36
xii
Gambar 31. Hasil Simulasi Antena Susun Dolph Chebyshev... 37
Gambar 32. Hasil Simulasi VSWR dan Bandwidth ... 38
Gambar 33. Hasil Simulasi Return Loss ... 39
Gambar 34. Hasil Simulasi Impedansi ... 39
Gambar 35. Hasil Simulasi Pola Radiasi 2D ... 40
Gambar 36. Hasil Simulasi Pola Radiasi 3D ... 40
Gambar 37. Realisasi Antena Susun Dolph Chebyshev Tampak Atas... 41
Gambar 38. Realisasi Antena Susun Dolph Chebyshev Tampak Samping ... 41
Gambar 39. Konfigurasi Pengukuran ... 43
Gambar 40. Hasil Pengukuran VSWR dan Bandwidth ... 43
Gambar 41. Hasil Pengukuran Return Loss ... 44
Gambar 42. Hasil Pengukuran Impedansi ... 45
Gambar 43. Konfigurasi Pengukuran ... 46
Gambar 44. Plot Pola Radiasi H-Plane ... 48
Gambar 45. Plot Pola Radiasi E-Plane ... 49
Gambar 46. Penyesuaian Impedansi ... 50
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Keterangan Gambar 13 ... 17
Tabel 2. Tabel Diagram Arah Kuat Medan ... 20
Tabel 3. Perbandingan Tiga Jenis Distribusi Arus: Uniform, Binomial, dan Dolph Chebyshev ... 20
Tabel 4. Perbandingan Dimensi Hasil Perhitungan dengan Hasil Simulasi Antena Tunggal ... 28
Tabel 5. Impedansi Input Antena Tunggal Hasil Simulasi ... 29
Tabel 6. Perbandingan Dimensi Hasil Perhitungan dengan Hasil Simulasi Antena Susun ... 37
Tabel 7. Hasil Simulasi VSWR ... 38
Tabel 8. Hasil Simulasi Return Loss ... 39
Tabel 9. Hasil Simulasi Impedansi ... 40
Tabel 10. Hasil Pengukuran VSWR ... 44
Tabel 11. Hasil Pengukuran Return Loss ... 45
Tabel 12. Hasil Pengukuran Impedansi ... 45
Tabel 13. Hasil Pengukuran H-Plane ... 47
Tabel 14. Hasil Pengukuran E-Plane ... 48
Tabel 15. Pergeseran Frekuensi untuk VSWR 1,5 dan Bandwidth ... 49
Tabel 16. Perbandingan Hasi Return Loss ... 52
Tabel 17. Perbandingan Hasil Impedansi... 52
Tabel 18. Analisa Performa Uniform, Binomial dan Dolph Chebyshev ... 53
55
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdullah, RSA Raja, D Yoharaaj dan A Ismail. Bandwidth Enhancement
for Microstrip Antenna in Wireless Applications. Department of Computer
and Communication Engineering Universiti Putra Malaysia (UPM).
[2] Adriansyah, Nachwan Mufti. Module 4 : Susunan antena EE 3253 A. Sekolah Tinggi Teknologi Telkom. 2004.
[3] Balanis, Constantine A. Antenna Theory : Analysis and Design, THIRD
EDITION. John Wiley & Sons, Ltd. 1982.
[4] Bekhti, Mohammed. Analisis Antena Microstrip Rectangular dengan Air
Substrat. Centre National des Techniques Spatiales, Division
‘Instrumentation Spatiale’.
[5] Damayanto, Reza. Realisasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga Untuk
Aplikasi Wimax. Laporan Tugas Akhir, Program Studi Teknik
Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung. 2011.
[6] Garg, R.; Bhartia, P.; Bahl, I.; dan Ittipibon, A., Microstrip Antenna
Design Handbook. Artech House, Boston, London. 2001.
[7] Kumar, Girish dan Ray, K.P. Broadband Microstrip Antennas. Artech House, Boston, London. 2003.
[8] Mulyani, Sifa. Realisasi Antena Array Mikrostrip Empat Persegi Panjang
dengan Distribusi Arus Binomial. Laporan Tugas Akhir, Program Studi
Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.2010.
[9] Nuraeni, Tri Aulia. Design dan Implementasi Antena Susun Mikrostrip
Empat Persegi Panjang dengan Distribusi Arus Dolph Chebyshev. Laporan Tugas Akhir, Program Diploma IV Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung. 2011.
[10] Sulaeman, Enceng. Buku Ajar HF dan Gelombang Mikro : Bab IV Saluran Planar. Politeknik Negeri Bandung.
[11] Sulaeman, Enceng. Buku Ajar HF dan Gelombang Mikro : Bab VI
Penyesuaian Impedansi. Politeknik Negeri Bandung.
