TUGAS AKHIR STUDI PERBANDINGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH LINGKARAN DAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH PERSEGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM

TUGAS AKHIR

STUDI PERBANDINGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

LINGKARAN DAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH PERSEGI

SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM

Disusun dalam Memenuhi

Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Semarang

NAMA : HABIBULLAH NIM : C.431.14.0054

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEMARANG

SEMARANG

2018

ii

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR DENGAN JUDUL

STUDI PERBANDINGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

LINGKARAN DENGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

PERSEGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM

NAMA

: HABIBULLAH

NIM

: C.431.14.0054

Disusun dalam Memenuhi

Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Semarang

TELAH DIPERIKSA DAN DISETUJUI SEMARANG, 30 Agustus 2018

PEMBIMBING I PEMBIMBING II

Ari Endang Jayati, ST, MT Ir. Erlinasari M.Eng NIS.065570030102103 NIS : 065570030102024

KETUA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Titik Nurhayati, ST, M.Eng NIS : 06557003102025

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Tugas Akhir ini adalah karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : HABIBULLAH NIM : C.431.14.0054 Tanda Tangan : Tanggal : 30 Agustus 2018 Yang menyatakan, ( Habibullah )

iv ABSTRAK

Nama : Habibullah NIM : C.431.14.0054

Judul : Studi Perbandingan Antena Mikrostrip Patch Lingkaran dengan Antena Mikrostrip Patch Persegi Sebagai Penguat Sinyal Modem

Perkembangan internet yang semakin pesat membuat manusia tidak bisa lepas dari internet. Salah satu cara menghubungkan komputer ke jaringan internet adalah dengan menambahkan modem. Antena mikrostrip dapat digunakan sebagai penguat sinyal modem. Dalam penelitian ini dibandingkan dua buah antena mikrostrip yang mempunyai patch lingkaran dengan antena mikrostrip patch persegi. Perancangan dan simulasi menggunakan Software Ansoft Hfss v13 didapatkan nilai gain 4.6 db untuk antena mikrostrip patch persegi dan 3.6 db untuk antena mikrostrip patch lingkaran, dengan parameter Return Loss -11.8 db, VSWR 1.68, dan bandwidth 41.7 Mhz untuk antena mikrostrip patch persegi dan return loss -15.3 db, VSWR 1.4, dan bandwidth 79 Mhz untuk antena mikrostrip patch lingkaran. Antena mikrostrip ini disusun secara array untuk mendapatkan nilai gain yang lebih besar.

Kata kunci : Antena, mikrostrip, modem, gain

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Ari Endang Jayati, ST, MT Ir. Erlinasari M.Eng NIS : 065570030102103 NIS : 065570030102024

v ABSTRACT

Name : Habibullah NIM : C.431.14.0054

Title : Studi Comparison of Microstrip Antenna Circular Patch and Microstrip Antena Square patch as a Signal Booster Modem.

The developmen development of the internet makes humans unable to escape the internet. One way to connect a computer to an internet network is to add a modem. Microstrip antennas can be used as modem signal amplifiers. In this study compared two microstrip antennas that have patch circles with square microstrip patch antennas. Design and simulation using Ansoft Hfss v13 software obtained gain value 4.6 for square microstrip antenna and 3.6 for loop microstrip antenna, with parameter Return Loss -11.8 db, VSWR 1.68, and 41.7 MHz bandwidth for square microstrip antenna and return loss of -15.3 db, VSWR 1.4, and 79 Mhz bandwidth for loop microstrip antenna. These microstrip antennas are arranged in an array to get a greater gain value.

vi

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia, sehingga penulis diberi kekuatan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini dimaksudkan guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan jenjang pendidikan sarjana (S1) Program studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang.

Dengan telah selesainya Laporan Tugas Akhir ini yang tidak terlepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak baik langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Andy Kridasusila, SE, MM, Selaku Rektor Universitas Semarang. 2. Bapak Purwanto, ST, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Semarang.

3. Ibu Titik Nurhayati, ST, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang.

4. Ibu Ari Endang Jayati, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, saran, dan bimbingan materi serta kemudahan yang memungkinkan dalam terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini.

5. Ibu Ir. Erlinasari, M.Eng, selaku Dosen Pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, saran, dan bimbingan materi serta kemudahan yang memungkinkan dalam terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini.

vii

6. Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan doa dan restunya. 7. Semua teman-teman teknik elektro sore USM angkatan 2014.

8. Semua pihak yang yang telahmembantu penulis dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu kritik dan saran sangat diharapkan demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Penelitian ini dapat memberikan manfaat untuk para akademisi, praktisi ataupun untuk penelitian-penelitian selanjutnya. Akhir kata penulis mohon maaf atas kekurangan dan kesalahan yang ada pada penyusunan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pihak yang berkepentingan.

Semarang, Maret 2018

viii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan ... ...2 1.4 Batasan Masalah ... ...3 1.5 Metode Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

2.1 Pengertian Antena ... 6

2.1.1 Directional Antena ... 6

ix

2.2 Antena Mikrostrip ... 8

2.3 Parameter Antena Mikrostrip ... 10

2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio ... 10

2.3.2 Return Loss ... 12 2.3.3 Bandwidth ... 13 2.3.4 Penguatan (Gain) ... 15 2.3.5 Keterarahan (Directivity) ... 17 2.4 Saluran Pencatu ... 19 2.5 Teknik Pencatuan ... 20

2.5.1 Pencatuan Secara Langsung ... 21

2.5.2 Pencatuan Secara Tidak Langsung ... 21

2.5.2.1 Proximity Coupling ... 22

2.5.2.2 Aperture Coupling ... 23

2.6 Bentuk-Bentuk Antena Mikrostrip ... 25

2.6.1 Antena Mikrostrip Patch circular ... 25

2.6.2 Antena Mikrostrip patch square ... 26

2.7 Aplikasi Antena Mikrostrip... 26

2.8 Aplikas Ansoft HFSS ... 27

2.9 Papan PCB ... 27

2.10 Modem ... 28

2.11 Menentukan ukuran patch antena mikrostrip persegi ... 29

2.12 Menentukan panjang dan lebar ground ... 31

2.13 Menentukan panjang saluran pencatu ... 31

x

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 34

3.1 Perancangan Antena ... 34

3.2 Alat dan Bahan ... 35

3.3 Diagram alir ... 37

3.4 Menentukan jenis substrat ... 38

3.5 Melakukan perhitungan berdasarkan teori ... 39

3.5.1 Perhitungan ukuran antena mikrostrip persegi ... 39

3.5.2 Perhitungan antena mikrostrip lingkaran ... 45

3.6 Simulasi menggunakan software Ansoft Hfss ... 48

3.7 Pembuatan antena mikrostrip ... 51

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 52

4.1 Analisa Antena Mikrostrip ... 52

4.2 Hasil Simulasi Ansoft HFSS ... 52

4.2.1. Antena Mikrostrip patch persegi ... 52

4.2.2 Antena Mikrostrip Lingkaran ... 55

4.3 Analisa Hasil Simulasi ... 57

4.3.1 Antena Mikrostrip Persegi ... 57

4.3.2 Antena Mikrostrip Lingkaran ... 62

4.4 Pengujian Langsung ... 67

BAB V PENUTUP ... 70

5.1 Kesimpulan ... 70

xi

DAFTAR PUSTAKA ... 71 LAMPIRAN ... 72

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Cara Kerja Antena ... 8

Gambar 2.2 Simbol Antena ... 8

Gambar 2.3 Geometri dari Antena Mikrostrip ... 9

Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwidth ... 14

Gambar 2.5 Pencatuan Secara Langsung ... 21

Gambar 2.6 Geometri Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupled ... 23

Gambar 2.7 Rangkaian Ekuivalen Pencatu Pada Tepi Patch ... 23

Gambar 2.8 Geometri Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Secara Aperture Coupled ... 24

Gambar 2.9 Antena Mikrostrip Lingkaran ... 25

Gambar 2.10 Antena Mikrostrip Kotak ... 26

Gambar 3.1 Diagram Blok Percobaan Langsung Antena Mikrostrip ... 34

Gambar 3.2 Diagram Alir Rancang Bangun Antena Mikrostrip Lingkaran dan Kotak Sebagai Penguat Sinyal ... 37

Gambar 3.3 Tampilan Kalkulator Antena Mikrostrip Pada Website ... 40

Gambar 3.4 Tampilan Program Txline 2003 Untuk Mencari Saluran Pencatu ... 44

Gambar 3.5 Saluran Pencatu dengan Software Txline 2003 ... 47

Gambar 3.6 Rancangan Antena Mikrostrip Pesegi Linear Array ... 48

Gambar 3.7 Tampilan Program Tx line 2003 untuk Mencari Saluran Pencatu ... 49

Gambar 3.8 Rancangan Antena Linear Array Sesuai Perhitungan ... 51

Gambar 3.9 Desain Antena Mikrostrip Kotak Tunggal pada Software Ansoft HFSS... 54

xiii

Gambar 4.1 Saluran Pencatu dengan Software Txline 2003 ... 57

Gambar 4.2 Nilai VSWR Antena Mikrostrip Persegi Patch Ganda ... 57

Gambar 4.3 Bandwidth Antena Mikrostrip Persegi Patch Ganda ... 58

Gambar 4.4 Gain Antena Mikrostrip Persegi Patch Ganda ... 58

Gambar 4.5 Return Loss Antena Mikrostrip Patch Lingkaran Ganda ... 59

Gambar 4.6 Nilai VSWR Antena Mikrostrip Patch Lingkaran Ganda ... 59

Gambar 4.7 Bandwidth Antena Mikrostrip Patch Lingkaran Ganda ... 60

Gambar 4.8 Gain Antena Mikrostrip Patch Lingkaran Ganda ... 60

Gambar 4.9 Hasil Pengukuran Tanpa Antena ... 71

Gambar 4.10 Hasil Pengukuran Menggunakan Antena Mikrostrip Lingkaran ... 72

Gambar 4.11 Hasil Pengukuran Menggunakan Antena Mikrostrip Persegi ... 72

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan ... 39

Tabel 3.2 Nilai Konstanta Dielektrik Bahan ... 40

Tabel 4.1 Tabel Hasil Simulasi ... 73

Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Simulasi dan perhitungan ... 83

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi komunikasi pada saat ini telah menunjukkan kemajuan yang sangat pesat, karena saat ini telekomunikasi memiliki peranan yang sangat penting terhadap kebutuhan manusia. Dengan adanya telekomunikasi bisa saling tukar informasi walaupun dengan jarak yang sangat jauh. WLAN adalah jaringan tanpa kabel pada suatu daerah, yaitu suatu suatu jaringan komunikasi yang menghubungkan antar perangkat tanpa menggunakan kabel dalam interaksinya. Internet merupakan wujud dari perkembangan teknologi yang ada saat ini. Dalam mengakses internet menggunakan PC, diperlukan suatu alat untuk menghubungkan PC dalam jaringan yang luas (internet). Salah satu caranya adalah dengan menggunakan modem. Namun kecepatan modem disuatu daerah terbatas dan berbeda – beda daerah satu dengan yang lain. Untuk itu diperlukan sebuah antena yang dapat meningkatkan dan menstabilkan jaringan yang digunakan untuk internet.

Antena berfungsi sebagai perangkat yang menerima dan memancarkan sebuah sinyal modem ataupun wifi yang selanjutnya akan dipergunakan untuk bisa menghubungkan beberapa komputer dalam suatu jaringan. Antena merupakan satu perangkat utama dalam sistem komunikasi yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang elektromagnetik yang berisi informasi-informasi. Berbagai jenis antena dikembangkan untuk beragam aplikasi, salah satunya adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan salah satu bahan antena yang terdiri atas 3 komponen utama yaitu:

ground plane, substrat dan elemen peradiasi (patch). Dimana konduktor metal (patch) menempel diatas substrat dan groundplane pada bawah substrat. Karena bentuk dan ukuran antena mikrostrip yang kecil dan beratnya ringan membuat jenis antena ini sederhana dan mudah untuk diintegrasikan serta banyak diaplikasikan pada perangkat seluler, WIFI, RFID dan sejenisnya.

1.2 Perumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka didapatkan perumusan masalah sebagai berikut :

a. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch persegi dan patch lingkaran dengan menggunakan software Ansoft Hfss ?

b. Bagaimana membuat antena mikrostrip patch persegi dan patch lingkaran dengan menggunakan bahan ?

c. Apakah antena yang telah dibuat dapat bekerja sebagai penguat sinyal modem?

1.3 Tujuan

Tujuan dari pembuatan Tugas Akhir ini adalah :

a. Merancang antena mikrostrip patch lingkaran dan patch persegi dengan software Ansoft HFSS.

b. Membuat antena mikrostrip patch persegi dan patch lingkaran dari bahan epoxy fiberglass.

c. Membandingkan hasil parameter antara antena mikrostrip patch lingkaran dan patch persegi sebagai penguat sinyal modem.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas akhir yang perlu diperhatikan sebagai berikut :

a. Perancangan antena mikrostrip dengan aplikasi Ansoft Hfss V 13. b. Pembuatan antena mikrostrip lingkaran dan kotak.

c. Frekuensi yang digunakan adalah 1800 MHz. d. Analisis kedua antena dengan modem. 1.5 Metodologi Penelitian

Untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

1.5.1 Penentuan Judul

Mengamati penelitian terdahulu berkaitan dengan topik penelitian, metode yang digunakan dan sistem yang telah dibuat.

1.5.2 Studi Literatur dan pengumpulan data

Studi Literatur dalam penelitian ini diambil dari artikel, jurnal, buku, Skripsi yang sudah ada sebelumnya dan karya tulis untuk membandingkan lebih mendalam tentang sistem yang akan dibuat. Pengumpulan data tentang antena mikrostrip dan antena penguat modem. Pengumpulan data dilakukan untuk mendapatkan dasar teori dalam pembuatan tugas akhir ini. pengumpulan data diambil dari referensi – referensi seperti buku, artikel karya tulis, dan tugas akhir yang sudah dibuat sebelumnya.

Perancangan menggunakan aplikasi Ansoft Hfss v 13, frekuensi kerja 1800 MHz. Kemudian rancangan tersebut disimulasikan dengan aplikasi untuk mendapatkan hasil yang baik sebelum pembuatan.

1.5.4 Pembuatan Antena

Setelah didapatkan rancangan atau design yang baik dengan aplikasi, dilanjutkan dengan pembuatan fisik antena mikrostrip dengan bahan yang sudah direncanakan.

1.5.5 Pengujian dan analisis Antena

Setelah antena selesai dibuat maka dilakukan pengujian antena dengan dihubungkan ke alat komunikasi dalam hal ini penulis menggunakan modem sebagai alat penguji. Setelah didapatkan data-data hasil pengujian dilakukan analisis kerja masing-masing antena mikrostrip yang telah dibuat.

1.5.6 Evaluasi

Dengan mengetahui kelemahan dan kelebihan antena yang dibuat dapat dikembangkan lebih baik kedepannya.

1.5.7 Penyusunan laporan hasil dari penelitian. 1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan yang akan dibuat sebagai berikut :

1.6.1 BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penelitian.

Berisi teori-teori tentang antena, antena mikrostrip, bentuk antena mikrostrip yang akan dibuat.

1.6.3 BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Berisi tentang pemaparan tahap penelitian, perancangan antena dengan aplikasi, pembuatan antena secara fisik dengan bahan yang sudah disiapkan, diagram blok dan diagram alir penelitian.

1.6.4 BAB IV : ANALISA DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang hasil pengujian antena yang telah dibuat dan di lakukan pengujian di lapangan dengan menggunakan modem. Hasil yang didapatkan dianalisis untuk membandingkan kedua antena yang telah dibuat.

1.6.5 BAB V : PENUTUP

6 BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Antena

Antena didefinisikan sebagai perangkat yang biasanya terbuat dari logam (sebagai tongkat atau kawat) untuk memancarkan dan menerima gelombang radio. Antena adalah komponen utama dalam sistem WLAN. Antena bekerja dengan memancarkan gelombang elektromagnetik dalam arah radial yang terkoordinasi . Tipe antena menurut pancaran radiasinya dibagi menjadi dua tipe yaitu directional dan omnidirectional/non-directional[2].

2.1.1 Directional antena

Adalah tipe antena yang memancarakan dan menerima sinyal dari satu atau dua arah saja, keuntungan tipe directional penguatanya lebih besar.

2.1.2 Omnidirectional antena

Adalah tipe antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah[2].

Antena adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi gelombang elektromagnetik kemudian memancarkannya ke ruang bebas atau sebaliknya yaitu menangkap gelombang elektromagnetik dari ruang bebas dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Antena juga tergolong sebagai Transduser karena dapat mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Antena merupakan salah satu komponen atau elemen terpenting dalam suatu rangkaian dan perangkat Elektronika yang berkaitan dengan Frekuensi Radio ataupun gelombang Elektromagnetik. Perangkat Elektronika tersebut diantaranya

adalah Perangkat Komunikasi yang sifatnya tanpa kabel atau wireless seperti Radio, Televisi, Radar, Ponsel, Wi-Fi, GPS dan juga Bluetooth. Antena diperlukan baik bagi perangkat yang menerima sinyal maupun perangkat yang memancarkan sinyal. Dalam bahasa Inggris, Antena disebut juga dengan Aerial[11].

Pada umumnya Antena terdiri dari elemen atau susunan bahan logam yang terhubung dengan saluran Transmisi dari pemancar maupun penerima yang berkaitan dengan gelombang elektromagnetik. Untuk membahas lebih lanjut mengenai cara kerjanya, kita mengambil sebuah contoh pada sebuah Stasiun Pemancar Radio yang ingin memancarkan programnya, pertama kali stasiun pemancar tersebut harus merekam musik atau menangkap suara si pembicara melalui Mikrofon yang dapat mengubah suara menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik tersebut akan masuk ke rangkaian pemancar untuk dimodulasi dan diperkuat sinyal RF-nya. Dari Rangkaian Pemancar Radio tersebut, sinyal listrik akan mengalir ke sepanjang kabel transmisi antena hingga mencapai Antenanya. Elektron yang terdapat dalam sinyal listrik tersebut bergerak naik dan turun (bolak-balik) sehingga menciptakan radiasi elektromagnetik dalam bentuk gelombang radio[11].

Gelombang yang menyertakan program radio tersebut kemudian akan dipancarkan dan melakukan perjalanan secepat kecepatan cahaya. Pada saat ada orang mengaktifkan radionya sesuai dengan frekuensi pemancar di jarak beberapa kilometer kemudian, gelombang radio yang dikirimkan tersebut akan mengalir melalui Antena dan menyebabkan elektron bergerak naik dan turun (bolak-balik) pada Antena yang bersangkutan sehingga menimbulkan energi

listrik. Energi listrik ini kemudian diteruskan ke rangkaian penerima radio sehingga kita dapat mendengarkan berbagai program dari Stasiun Radio[11].

Gambar 2.1 Cara Kerja Antena[11]

Berikut ini adalah simbol-simbol Antena yang sering digunakan dalam suatu Rangkaian Elektronika.

Gambar 2.2 Simbol Antena[11] 2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip dapat didefenisikan sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti strip atau potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis dan kecil[8].

Ide atau konsep antena mikrostrip diusulkan pertama kalinya oleh Deschamps pada awal tahun 1950 dan baru dibuat pada sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell, dan merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini seperti : Personal Communication system (PCS), Mobile Satelite

Communications, Direct Broadcast Television (DBS), Radio Detection And Ranging (Radar) dan Global Positioning System (GPS)[1].

Teknologi antena mikrostrip ini sampai sekarang masih merupakan salah satu topik yang menarik di dalam berbagai aplikasi gelombang mikro, baik di bidang akademis, industri, maupun penelitian. Hal ini disebabkan karena antena mikrostrip tersebut mempunyai bentuk yang sederhana, efisien, ekonomis, dan mudah pembuatanya. Namun demikian antena mikrostrip ini juga mempunyai kelemahan yang sangat mendasar, yaitu : bandwidth yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah[1].

Secara garis besar struktur dari antena mikrostrip terdiri dari tiga bagian, yaitu : elemen peradiasi atau patch antenna (conductor), saluran transmisi dan bidang pentanahan atau ground plane yang dapat dicetak pada satu atau lebih dielektrik substrat. Pada dielektrik substrat terdapat parameter h yang merupakan ketebalan dari substrat, loss tangent yang merupakan rugi-rugi dielektrik dan Ɛr yang merupakan konstanta dielektrik substrat. Ketiga konstanta tersebut sangat penting pada saat perancangan antena[1].

Berbicara mengenai antena, antena tentunya tidak terlepas dari ilmu yang mendasarinya, yaitu teori elektromagnetik yang dikemukakan oleh James Clark Maxwell pada tahun 1864. Bentuk pengekspresian gelombang elektromagnetik yang terhantar dalam suatu ruang dapat dilakukan dengan menggunakan penurunan persamaan Maxwell dan persamaan gelombang dalam ruang tersebut[1].

2.3 Parameter Antena Mikrostrip

Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan (directivity), dan penguatan (gain). Selain itu parameter tersebut dapat diukur dengan menggunakan network analyser[1].

2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

VSWR adalah rasio amplitudo tegangan maksimum terhadap amplitudo tegangan minimum dalam pola tegangan berdiri. Fluktuasi level daya yang dikarenakan adanya ketidaksesuaian saluran transmisi dengan beban. Besarnya nilai VSWR bervariasi antara 1 sampai ~ (tak terhingga). Semakin tinggi VSWR, semakin besar pula ketidaksesuaian.

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (f) yang digunakan untuk mencari panjang gelombang

c o

f

 

diruang bebas (𝜆0) : (2.1)

Setelah nilai panjang gelombang di ruang bebas (𝜆0) diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi (△ 𝑙) dengan Persamaan berikut ini:

(2.2)

Impedansi karakteristik antena mikrostrip ditentukan dengan Persamaan berikut: (2.3) Dimana :

W : Diameter elemen peradiasi (mm).

Rasio antara tegangan amplitudo maksimum dan minimum dalam saluran transmisi disebut sebagai VSWR. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut: [5] VSWR = 𝑉 𝑀𝐴𝑋 𝑉 𝑀𝐼𝑁 = 1+Ι Γ Ι 1−Ι Γ Ι (2.4) Keterangan :

Vmax = Tegangan maksimum Vmin = Tegangan minimum Г = Koefisien refleksi

Dimana koefisien refleksi dinyataan sebagai berikut :[5] Г = 𝑍𝐿−𝑍0

𝑍𝐿+𝑍0 (2.5)

Keterangan:

ZL adalah impedansi beban (load) Z0 adalah impedansi saluran lossless

o l r     60 l ZL W  

Г adalah Koefisien refleksi

Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Berikut contoh dari beberapa nilai (Γ),

Г= -1 refleksi negatif maksimum Г = 0 tidak ada refleksi

Г= +1 refleksi positif maksimum

untuk range nilai VSWR yang bagus adalah 1 dan ≤2. 2.3.2 Return Loss

Return loss adalah hilangnya daya karena karena tidak sepadan-nya beban. Hilangnya daya dikenal sebagai return loss dan dapat dinyatakan pada rumus dibawah ini .[6]

Return loss (dB) = 20 log Г (2.6)

Untuk matching (sempurna) antara transmitter dan antena, maka nilai Γ = 0 dan Return loss = ∞ dB tidak ada daya yang direfleksikan jika Γ = 1 Return loss-nya 0 dB berarti semua daya dipantulkan Untuk nilai return loss yang dianjurkan di bawah -9,54 dB.[7]

Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dalam keadaan matching. Dengan demikian frekuensi kerja dari antena yang baik adalah ketika return loss nya bernilai lebih kecil atau sama dengan -9,54 dB. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat

bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau belum. Namun demikian ada beberapa standar yang meminta persyaratan lebih[1].

2.3.3 Bandwidth

Bandwidth adalah rentang frekuensi yang menunjukkan seberapa banyak data yang dapat dilewatkan dalam koneksi melalui sebuah jaringan. bandwidth merupakan lebar pita atau kapasitas saluran informasi[8].

Nilai bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah, dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui. Frekuensi bawah adalah nilai frekuensi awal dari frekuensi kerja antena, sedangkan frekuensi atas merupakan nilai frekuensi akhir dari frekuensi kerja antena, namun demikian pada saat perancangan dapat juga disepakati bahwa frekuensi atas atau frekuensi bawah yang merupakan frekuensi kerja dari antena[1].

Bandwidth pada antena didefenisikan sebagai lebar frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Untuk mengukur Bandwidth dapat dicari dengan rumus berikut : [8] BW = 𝑓ℎ−𝑓𝑙 𝑓𝑐 𝑥 100% (2.7) keterangan: fh= frekuensi tertinggi fl= frekuensi terendah fc= frekuensi tengah

Bandwidth antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth karena bersifat relatif lebih konstan terhadap frekuensi. Selain itu bandwidth

antena mikrostrip juga dapat dipresentasikan sebagai jangkauan frekuensi antara kenaikan nilai VSWR (S) dari satu sampai batas nilai yang dapat ditoleransi. Besarnya bandwidth pada antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan besaran dari faktor kualitas (Q0) dan VSWR (S) yang diinginkan dan dinyatakan

dengan persamaan :[1]

𝐵𝑊 =

𝑆−1

𝑄0√𝑆

(2.8)

Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwidth

Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu :

a. Impedance Bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana patch antenna berada

dalam keadaan matching dengn saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.

b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana beamwidth, sidelobe, atau

tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.

c. Polarization atau axial rasio bandwidth adalah rentang frekuensi dimana

polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial rasio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB[1].

2.3.4 Penguatan (Gain)

Dalam prakteknya total daya input ke antena dapat diperoleh dengan mudah, tapi total radiasi daya pada antena sebenarnya sulit untuk didapatkan. Gain antena didefinisikan sebagai rasio intensitas radiasi dalam arah tertentu dari antena dengann total daya input diterima oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut [8].

G = 4 𝜋 𝑈 𝑃 𝑖𝑛 (2.9) Keterangan: U = Intensitas radiasi (w)

Pin = Total daya yang diterima antena

Ada 2 jenis parameter gain, yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4 π.

G= 4π𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑟𝑎ℎ 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢

𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎 = 4π 𝑈(,∅)

𝑃𝑖𝑛 (2.10)

Sedangkan relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama diantara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropik yang lossless ( Pin (lossless)), yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

G = 4𝜋𝑈(𝜃,∅)

𝑃 𝑖𝑛 (𝑙𝑜𝑠𝑠𝑙𝑒𝑠𝑠) (2.11)

Pada praktiknya pengukuran gain dilakukan dengan menggunakan metode pembandingan (Gain-comparison Method) atau gain transfer mode. Prinsip pengukuran ini adalah dengan menggunakan antena referensi (biasanya antena dipole standar) yang sudah diketahui nilai gainnya (Stutzman, 1981: 39). Sehingga besar gain terhadap sumber isotropis adalah :

𝐺 = 𝜂 x Dtotal (2.12) (2.13) G(dB)= 10 log 𝐺 (2.14) G = 2,15 + PU (dBm) – PR (dBm) (2.15) Dengan 𝜂 = efisiensi antena G = gain antena uji (dB)

R U P P G1,64

= gain antena referensi (dB)

PU = daya yang diterima antena uji (dBm)

PR = daya yang diterima antena referensi (dB)

2.3.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :[1]

D = 𝑈

𝑈0 = 4 𝜋𝑈

𝑃 𝑟𝑎𝑑 (2.16)

Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dicari menggunakan rumus berikut ini :

Dmax = D0 = 𝑈 𝑚𝑎𝑥 𝑈0 = 4 𝜋𝑈 𝑚𝑎𝑥 𝑃 𝑟𝑎𝑑 (2.17) Dimana : D = Keterarahan D0 = Keterarahan Maksimum U = intensitas radiasi

U max = intensitas radiasi

U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropik ref

P rad = daya total radiasi

Apabila arah sudah ditentukan maka dapat digunakan rumus sebagai berikut :

D susun = [1 𝑁+ 2 𝑁∑ 𝑁=1 𝑀=1 𝑁−𝑚 𝑚𝛽𝑑sin 𝑚𝛽𝑑 cos 𝑚𝛼] -1 _(2.18) Dimana : N = jumlah elemen

d = jarak antar elemen (cm)

α = beda phasa eksitasi ( derajat )

β = 2𝜋√𝜀 𝑒𝑓𝑓

𝜆0 (derajat)

Secara sederhana, keterarahan sumber non-isotropic sebanding dengan rasio intensitas radiasinya pada suatu arah tertentu terhadap intensitas radiasi sumber isotropis. 2 2 1 2 0 120 90 W I    (2.19)

Dari nilai 𝐼1 maka didapat dihitung besarnya nilai directivity single slot dari antena mikrostrip ini. Adapu besar nilai directivity dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.23 berikut ini:(Balanis, 1982:494)

(2.20) dengan : D = directivity (dB) 2 2 2 0 1 4W D I   

I = intensitas radiasi maksimum (watt)

Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena tersebut, semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding main lobe yang lebih lebar. Nilai keterarahan jika dilihat dari pola radiasi sebuah antena adalah sebagai berikut (Balanis, 1982)

2

Dsusun D (2.21)

Dtotal = Dsusun x Jumlah elemen (2.22)

Dengan, Dsusun = keterarahan (directivity) (dB)

2.4 Saluran Pencatu

Secara garis besar saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung ( direct coupling ) dan pencatuan secara tidak langsung ( electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara langsung banyak digunakan pada perancangan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana dalam proses pencatuan-nya. Tetapi disamping kelebihan tersebut ada beberapa kekurangan yang terdapat pada pencatuan ini, seperti : [1]

a. Sangat sulit jika antena mikrostrip disusun secara array dalam jumlah yang cukup banyak.

b. Antena mikrostrip mempunyai pita frekuensi atau bandwith yang sempit hanya sekitar 2%-5%.

Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya diperkenalkanlah apa yang disebut dengan pencatuan tidak langsung atau

electromagnetic coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan[1].

Ada dua macam saluran transmisi yang digunakan pada teknik pencatuan secara tidak langsung, yaitu : saluran mikrostrip dan saluran coplanar waveguide (CPW). Saluran mikrostrip merupakan saluran transmisi yang paling banyak digunakan karena bentuknya yang sangat sederhana. Sedangkan saluran coplanar waveguide mempunyai kelebihan untuk dapat dihubungkan secara seri dan paralel dengan komponen aktif maupun pasif[1].

2.5 Teknik Pencatuan

Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara langsung banyak digunakan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana dalam pencatuan. Tetapi disamping kelebihan tersebut ada beberapa kekurangan yang terdapat pada pencatuan ini, seperti sangat sulit apabila antena mikrostrip disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau bandwidth yang sempit sekitar 2%-5%. Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya diperkenalkanlah apa yang disebut dengan pencatuan tidak langsung atau electromagnetik coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan[1].

2.5.1 Pencatuan secara langsung (direct coupling)

Pencatuan secara langsung merupakan pencatuan yang pertama kali digunakan sebagai pencatu untuk antena mikrostrip, adapun keuntungan dari pencatuan ini adalah sangat sederhana dalam teknik pencatuanya, dimana patch antenna dan konektor dihubungkan secara langsung dengan melakukan penyolderan pada bidang pentanahanya (ground). Namun demikian memiliki juga beberapa kelemahan seperti sangat sulit jika akan dipabrikasi secara array dan bandwidth yang dihasilkan sangat sempit[1].

Gambar 2.5 Pencatuan Secara Langsung

2.5.2 Pencatuan secara tidak langsung

Dengan teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi dengan elemen peradiasinya. Ada dua teknik pengkopelan yang biasanya digunakan pada pencatuan ini, yaitu

proximity coupling yang diperkenalkan oleh pozar, Grunoau dan wolf pada tahun 1986[1].

2.5.2.1 Proximity coupling

Dengan menggunakan saluran mikrostrip sebagai pencatu, saluran tersebut biasanya terdapat pada permukaan yang sama dengan patch dan terhubung secara langsung dengan patch pada salah satu tepinya. Dengan tetap berada pada permukaan yang sama dengan patch, saluran dapat diletakkan pada posisi yang berdekatan dengan patch dengan menyisakan sedikit celah antara ujung saluran dan antena. Biasanya penggandengan ini bernilai kecil, sehingga pendekatan ini biasanya tidak memiliki kelebihan dibandingkan dengan pencatuan secara langsung[1].

Jika saluran diletakan pada posisi yang lebih rendah dari patch, lebih tepatnya dibawah patch, mekanisme penggandengan yang timbul akan menjadi sangat kuat. Pada pendekatan ini digunakan dua buah substrat, dimana patch dietsa pada substrat bagian atas dengan bidang pentanahanya dihilangkan seluruhnya. Saluran mikrostrip dietsa pada substrat bagian bawah dan tetap memiliki bidang pentanahan. Saluran mikrostrip diletakkan di tengah-tengah dari lebar patch dan berjarak s dari tepi patch. Mekanisme penggandengan yang dominan adalah kapasitif. Sebuah pendekatan rangkaian ekuivalen pada sebuah titik pada saluran pencatu tepat pada tepi patch ditunjukan pada gambar. Rangkaian RLC paralel mewakili patch. Cc merupakan penggandengan dari saluran patch. Besar penggandengan tergantung dari dua faktor, yaitu jarak s dan

lebar patch w. Penggandengan akan meningkat ketika jarak s bertambah dan mencapai nilai maksimum ketika s = L/2 ( untuk patch persegi)[1].

Gambar 2.6 Geometri Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupled[1]

Gambar 2.7 Rangkaian Ekuivalen Pencatu Pada Tepi Patch[1]

2.5.2.2 Aperture coupling

Ada beberapa keuntungan yang diperoleh bila menggunakan penggandengan celah (aperture coupled), antara lain adalah bandwidth lebih lebar dan mempunyai tingkat isolasi antara antena dan saluran transmisi yang lebih baik. Dengan teknik pencatuan ini, memungkinkan antena mikrostrip dan saluran

transmisi dioptimasi secara terpisah dengan menggunakan bahan substrat yang berbeda. Konfigurasi dasar dari sebuah antena mikrostrip yang terhubung secara tergandeng celah (aperture coupled) seperti terlihat pada gambar , susunan antena terdiri atas dua buah atau lebih substrat dielektrik bagian atas sedangkan saluran transmisi berada pada permukaan bawah dari substrat dielektrik bagian bawah. Elemen peradiasi dan saluran transmisi dipidsahkan oleh bidang pentanahan dan digandeng (coupled) dengan sebuah celah (slot atau aperture) pada bidang pentanahan yang disisipkan diantara keduanya. Impedansi matching dari antena dapat dicapai dengan mengontrol impedansi karakteristik saluran pencatu dan dengan mengatur dimensi dan posisi dari celah tersebut[1].

Gambar 2.8 Geometri Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Secara Aperture Coupled [1]

2.6 Bentuk-bentuk antena mikrostrip

Dalam melakukan perancangan antena mikrostrip, dikenal beberapa macam bentuk antena mikrostrip, seperti : bentuk segi empat, lingkaran, cincin, dan segitiga sama sisi. Bentuk segiempat dan lingkaran merupakan bentuk antena mikrostrip yang paling banyak digunakan karena bentuknya yang sederhana. untuk bentuk cincin diperlukan dua buah antena mikrostrip berbentuk lingkaran yang masing-masing mempunyai jari-jari dalam dan luar. Sedangkan bentuk segitiga sama sisi merupakan bentuk antena mikrostrip dengan luas bidang peradiasi yang paling kecil[1].

2.6.1 Antena Mikrostrip Patch circular

Antena mikrostrip circular adalah antena dengan bentuk patch lingkaran atau disebut patch circular. Mikrostrip patch circular memiliki performa yang sama dengan antena mikrostrip patch segi empat. Pada aplikasi tertentu, seperti array, patch sirkular mempunyai keuntungan dibandingkan dengan patch yang lain. Keunggulan mikrostrip sirkular untuk tinggi substratnya yang kecil.[9]

2.6.2 Antena Mikrostrip patch square

Antena mikrostrip kotak adalah antena dengan bentuk patch kotak atau square. Salah satu jenis patch antena mikrostrip yang paling sering digunakan dalam perancangan antena mikrostrip adalah bentuk bujur sangkar atau segi empat panjang. Karena ketebalan substrat jauh lebih tipis daripada panjang gelombang, maka square patch dianggap sebagai bidang planar dua dimensi untuk lebih memudahkan dalam analisa. [10]

Gambar 2.10 Antena Mikrostrip Kotak [1]

2.7 Aplikasi antena mikrostrip

Antena adalah suatu bagian yang tidak terpisahkan dari sistem telekomunikasi nirkabel saat ini. Kebutuhan akan antena semakin lama semakin berkembang sehingga menyebabkan teknologi perancangan antena juga harus semakin meningkat. Antena yang dibutuhkan juga semakin lama semakin kompak dan harus memiliki performa yang tinggi. Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang memenuhi kebutuhan ini. banyak aplikasi yang memanfaatkan kelebihan yang ditawarkan oleh antena mikrostrip ini, misalnya pada komunikasi satelit, Wimax dan radar. Disamping itu, penggunaan antena

mikrostrip tidak hanya terbatas pada penggunaan satu frekuensi saja melainkan dapat bekerja lebih dari satu frekuensi dan juga dapat di array untuk menghasilkan parameter antena yang lebih baik.[1]

Setelah mengetahui bentuk antena mikrostrip, jenis pencatuan dan juga parameter yang ada pada antena mikrostrip, berikut contoh aplikasi dari perancangan antena mikrostrip antara lain,: proses perancangan antena mikrostrip yang bekerja pada dua frekuensi, perancangan antena mikrostrip array, baik untuk linear maupun planar array dan proses perancangan memperlebar bandwidth antena mikrostrip.[1]

2.8 Aplikasi ANSOFT HFSS

Aplikasi Ansoft HFSS Adalah aplikasi standar industri yang digunakan untuk mensimulasikan frekuensi tinggi dan gelombang elektromagnetik. Aplikasi ini banyak digunakan para enginer untuk merancang alat dan mensimulasikanya, aplikasi ini juga menyediakan tampilan 3 Dimensi yang membantu dalam merancang sebuah design yang akan kita gunakan. Pada penelitian ini penulis menggunakan aplikasi Ansoft Hfss untuk merancang dan mensimulasikan antena mikrostrip kotak dan lingkaran.

2.9 Papan PCB (Printed Circuit Board)

Papan sirkuit cetak adalah papan yang digunakan untuk menghubungkan komponen – komponen elektronika dengan lapisan jalur konduktornya. Papan sirkuit cetak ditemukan oleh seorang ilmuwan Austria yang bernama Paul Eisier pada tahun 1963. Paul eisier menggunakan PCB pertama kalinya di sebuah rangkaian radio. Kemudian pada tahun 1943, Amerika Serikat mulai

memanfaatkan teknologi ini pada radio militer dalam skala yang lebih besar. Tiga tahun setelah perang dunia kedua yaitu pada tahun 1948, Pcb mulai digunakan untuk produk-produk komersil oleh perusahaan Amerika Serikat. Secara struktur, PCB seperti kue lapis yang terdiri dari beberapa lapisandan dilaminasi menjadi satu kesatuan. Ada yang berlapis satu tembaga (single sided) ada juga yang dua lapisan (double sided) dan ada juga yang memiliki beberapa lapisan (multilayer PCB).[12]

Lapisan dasar (landasan) PCB biasanya disebut dengan substrat. Bahan substrat yang paling sering digunakan adalah FR2 dan FR4. FR2 atau Flame Resistant 2 adalah kertas bonding resin sintetis, yaitu bahan komposit yang terbuat dari kertas yang diresapi dengan resin plastik formaldehidafenol. Sedangkan FR4 adalah anyaman fiberglas yang dilapisi dengan resin epoksi. FR4 memiliki daya serap air yang rendah, properti isolasi yang bagus serta tahan panas hingga 140 derajat Celsius. Lapisan PCB selanjutnya adalah tembaga tipis yang dilaminasi ke lapisan substrat dengan suhu tinggi tertentu dan perekat. Kemudian ada lapisan soldermask, yaitu lapisan diatas lapisan tembaga yang berfungsi melindungi tembaga dari hubungan kontak yang tidak sengaja.lapisan ini biasanya berwarna hijau. [12]

2.10 Modem

Modem berasal dari singkatan Modulator demodulator. Modulator merupakan bagian yang mengubah sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa dan siap untuk dikirimkan, sedangkan demodulator adalah bagian yang memisahkan sinyal informasi dari sinyal pembawa yang diterima sehinga informasi tersebut

dapat diterima dengan baik. Modem merupakan penggabungan keduanya artinya modem adalah alat komunikasi dua arah. Setiap perangkat komunikasi jarak jauh dua arah umumnya menggunakan modem seperti VSAT, Microwave Radio, dan lain sebagainya. Namun istilah modem lebih dikenal sebagai perangkat keras yang sering digunakan untuk komunikasi pada komputer.[13] Dalam penelitian ini penulis menggunakan modem telkomsel 4g LTE dengan model modem Xidol K5188 buatan China.

2.11 Menentukan ukuran patch antena mikrostrip persegi a. Menentukan lebar patch digunakan persamaan berikut.: [14]

W = 𝑐 2 𝑓𝑟 √(𝜀𝑟+1) 2 (2.23) Dimana : W = lebar patch C = kecepatan cahaya ( 3x108 ₎

fr = frekuensi kerja antena

𝜀𝑟 = konstanta dielektrik dari bahan substrat b. Menentukan nilai konstanta dielektrik relatif

Permitivitas merupakan nilai konstanta dielektrik suatu material yang menggambarkan kemampuan untuk menyimpan, mentransmisikan dan memantulkan energi elektromagnetik. Umumnya nilai permitivitas relatif ditentukan dalam bentuk bilangan kompleks yang terdiri atas dua bagian yaitu bagian real dan imajiner

Pengukuran nilai permitifitas dari konstanta dilakukan dengan menggunakan metode Transmission/Reflection dengan teknik Rectangular

Dielectric Waveguide (RDWG) kemudian dihitung menggunakan persamaan koefisien transmisi dan koefisien refleksi. Pengukuran ini menggunakan alat ukur Vector Network Analyzer (VNA). Konstanta dielektrik relatif didapat dari persamaan.: [14]

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

𝜀𝑟+1 2

+

𝜀𝑟−1 2

(1 + 12

ℎ 𝑤

)

-0.5 (2.24) Dimana :

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = konstanta dielektrik efektif

𝜀𝑟 = konstanta dielektrik dari bahan substrat ℎ = tinggi substrat

𝑤 = lebar patch

c. Menentukan nilai effective length (Leff) [14]

L eff = 𝑐

2 𝑓𝑟 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

(2.25)

d. Menentukan pertambahan panjang (ΔL)

Antena microstrip terdiri dari dua slot , yaitu slot radiasi dan ground plane. Kedua slot ini dipisahkan oleh transmission line dengan panjang L dan rangkaian terbuka pada kedua sisi. Tegangan bernilai maksimum dan arus bernilai minimum pada keseluruhan lebar penampang sebagai akibat adanya sisi yang terbuka. Akibat adanya fringging effect, penampang dari patch microstrip terlihat lebih besar secara elektrik daripada penampang fisiknya. Ukuran dari panjang penampang bertambah pada setiap sisi dengan suatu jarak yang dinyatakan dengan ΔL dapat diperoleh dengan rumus.: [15]

ΔL = 0.412 h (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓+0.3)( 𝑤 ℎ+0.264) (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓−0.258)(𝑤 ℎ+0.8) (2.26) Dimana :

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓 = konstanta dielektrik efektif ℎ = tinggi substrat

𝑤 = lebar patch

e. Menentukan panjang patch [14]

L = L eff - 2 ΔL (2.27)

2.12 Menentukan panjang dan lebar ground

Setelah menentukan ukuran patch, dilanjutkan dengan melakukan perancangan ground pada antena mikrostrip yang akan dibuat, untuk menentukan panjang dan lebar ground area, digunakan persamaan berikut,: [14]

Panjang ground (L g) = 6h+L (2.28) Lebar ground (𝑊𝑔) = 6h+𝑊 (2.29) Dimana : h = tinggi substrat L = panjang patch W = lebar patch

2.13 Menentukan panjang saluran pencatu

Untuk menentukan ukuran saluran pencatu pada penelitian kali ini digunakan software Txline 2003. Dengan software ini kita dapat menghitung saluran pencatu pada antena mikrostrip dengan memasukan nilai parameter dari

antena yang kita buat, seperti frekuensi kerja antena, tebal substrat dan konstanta dielektrik dari bahan yang kita gunakan.

2.14 Menentukan ukuran patch antena mikrostrip lingkaran

Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena microstrip dengan frekuensi kerja 1,8 GHz. Untuk perancangan awal dari dimensi antena digunakan perhitungan pada antena microstrip dengan patch berbentuk lingkaran dengan menggunakan persamaan 2.35 sebagai berikut: [17]

9 9 8.794 10 10 x a frx



r  (2.30) Keterangan : a = panjang jari-jari ( mm ) fr = frekuensi kerja antena ( Hz )

r



= Konstanta dielektrik substrat

Untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan gain lebih besar maka antena mikrostrip dirancang secara array. Jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada penelitian ini adalah seperempat panjang gelombang (d = λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan magnitude hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar dari yang dihasilkan pada rancangan elemen tunggal. Adapun jarak antar elemen didapat dari penggunaan persamaan berikut: [17]

4 c d f  (2.31)

Dimana,:

d = jarak antar elemen c = kecepatan cahaya f = frekuensi kerja antena

34 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Antena

Pada penelitian ini akan dirancang antena mikrostrip yang akan digunakan sebagai antena penerima pada modem GSM yang terdiri dua buah antena mikrostrip yang berbentuk kotak dan lingkarang. Kedua antena mikrostrip ini dirancang untuk bekerja pada frekuensi 1.8 GHz, kemudian dibandingkan kinerjanya untuk mendapatkan antena mikrostrip yang terbaik dan lebih efisien dari dua antena mikrostrip ini. Simulasi perancangan antena mikrostrip menggunakan software Ansoft HFSS sebagai aplikasi yang digunakan untuk memembuat desain dan mensimulasikan antena sebelum dibuat secara nyata. Metodologi yang digunakan pada penelitian ini seperti terlihat pada gambar 3.1 dibawah ini. beberapa komponen yang digunakan personal komputer, modem, dan antena kedua antena mikrostrip yang berbentuk kotak dan lingkaran.

Gambar 3.1 Diagram Blok Percobaan Langsung Antena Mikrostrip SOFTWARE

PC Modem _Mikrostrip Antena Hasil

Sinyal Strength

3.2 Alat dan Bahan

Dalam penelitian ini alat dan bahan yang akan digunakan adalah :

 Komputer (PC) dan Software Ansoft Hfss V.13

Komputer atau PC dalam penelitian ini digunakan untuk mensimulasikan ukuran yang telah dihitung terlebih dahulu kemudian dimasukan dalam rancangan dengan menggunakan aplikasi Ansoft HFSS sehingga diperoleh output yang sesuai yang diharapkan, sebelum dilakukan pembuatan fisik antena tersebut.

 Software TX LINE 2003

Software ini digunakan sebagai alat bantu untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu antena mikrostrip.

 PCB Double side

PCB Bolak-balik (double side) digunakan sebagai antena dimana bahan fiberglass epoxy sebagai substratnya dan lapisan tembaga sebagai patch dan ground antena mikrostrip.

 Cutter

Cutter atau silet digunakan untuk memotong PCB double side sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

 Penggaris

Penggaris digunakan sebagai alat ukur panjang maupun lebar dalam pembuatan antena mikrostrip. Penggaris besi juga dapat digunakan sebagai alat bantu untuk memotong PCB.

 Spidol permanen

Spidol permanen digunakan untuk menggambar patch dan ground antena mikrostrip pada papan PCB double side.

 Solder dan timah

Solder dan timah digunakan untuk menyolder dan menghubungkan kabel pigtail inti dengan patch dan ground pada ground antena.

 Larutan Ferric Chloride (FeCl3)

Larutan ini digunakan untuk melarutkan lapisan tembaga yang tidak digunakan sebagai patch maupun ground antena mikrostrip.

 Kabel pigtail

Kabel pigtail adalah kabel yang digunakan untuk menghubungkan antara antena mikrostrip dengan modem atau perangkat lain seperti wifi.  Modem

Modem (modulator de modulator) adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan komputer ke jaringan internet. Dalam hal ini modem digunakan sebagai alat untuk menguji kemampuan antena mikrostrip yang sudah dibuat.

3.3 Diagram alir penelitian Tidak Ya

Gambar 3.2 Diagram Alir Rancang Bangun Antena Mikrostrip Lingkaran dan Kotak Sebagai Penguat Sinyal

Studi literatur

Melakukan perancangan desain antena mikrostrip

kotak dan lingkaran dengan aplikasi Ansoft

HFSS Pengujian antena dengan Modem. Apakah antena bekerja baik? Perbandingan kedua antena dan

Analisa Data Pembuatan antena mikrostrip kotak dan

lingkaran Mulai

Dalam diagram alir tersebut dapat diketahui langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu yang pertama adalah studi literatur dari sumber-sumber yang berkaitan dengan topik yang diangkat, kemudian melakukan perancangan dengan menggunakan software Ansoft Hfss untuk melakukan desain dan simulasi antena. Setelah desain selesai dibuat maka langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian antena yang telah dibuat, apabila sudah benar dan dapat bekerja sesuai dengan parameter-parameter yang telah ditentukan, maka langkah selanjutnya adalah melakukan analisis kedua antena mikrostrip tersebut. Setelah semua proses selesai maka didapatkan hasil dari seluruh rangkaian yang ada pada diagram alir diatas.

3.4 Menentukan jenis substrat

Dalam pemilihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengetahuan tentang spesfikasi umum dari susbtrat, kualitasnya, ketersediannya, dan yang tidak kalah penting adalah harga atau biaya yang harus dikeluarkan untuk mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan dipabrikasi secara massal untuk dipasarkan.

Dalam simulasi menggunakan software Ansoft HFSS digunakan 2 buah substrat untuk pembanding yaitu dari bahan FR4-Epoxy dan dari bahan Duroid. Namun dalam pembuatan fisik antena penulis menggunakan bahan Epoxy fiberglass, karena bahan duroid sulit didapatkan dipasaran dan harganya cukup tinggi.

Jenis substrate pada perancangan antena ini adalah 1 (satu) buah bahan fiber dengan ketebalan 0,16 cm. Adapun parameter substrat dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan

Untuk nilai konstanta dielektrik bahan-bahan lain dapat dilihat pada tabel 3.2 dibawah.

Tabel 3.2 Nilai Konstanta Dielektrik Bahan

Bahan Nilai konstanta dielektrik (εr)

Epoxy fiberglass 4.4

Alumina 9.8

Teflon 2.08

Duroid 2.2

Silikon 11.9

Feri magnetik – ferrite 9-16

3.5 Perhitungan Berdasarkan Teori

3.5.1 Perhitungan ukuran antena mikrostrip persegi

Untuk mendapatkan ukuran patch antena mikrostrip persegi (kotak) ada dua cara yang dapat digunakan. Yang pertama adalah cara yang paling mudah

Jenis Substrat FR4 epoxy Konstanta Dielektrik Relatif (εr ) 4,4

Dieletric Loss Tangent (tan δ) 0,02 Ketebalan Substrat (h) 1.6 mm

digunakan, yaitu dengan melakukan perhitungan ukuran patch antena mikrostrip secara online. Salah satu website yang ada di internet menyediakan layanan kalkulator mikrostrip antara lain http://www.emtalk.com/mpacalc.php. Untuk mengetahui ukuran panjang dan lebar patch antena mikrostrip yang dibutuhkan, masukan nilai-nilai parameter seperti frekuensi kerja antena yang akan dibuat, ukuran tinggi substrat dan nilai dielektik effective substrat. Dari perhitungan menggunakan kalkultor antena mikrostrip online didapatkan hasil untuk antena mikrostrip dengan bahan substrat epoxy dengan ukuran panjang patch 39.4 mm dan lebar patch 50.7 mm. Untuk bahan substrat duroid didapatkan ukuran panjang patch 55.4 mm dan lebar patch 65.88 mm.

Gambar 3.3 Tampilan Kalkulator Antena Mikrostrip Pada Website [16]

Cara yang kedua yang digunakan untuk menentukan panjang dan lebar patch antena mikrostrip persegi adalah dengan melakukan perhitungan secara manual dengan rumus dan persamaan-persamaan seperti dibawah ini.

3.5.1.1 Bahan epoxy fiberglass

Dalam penelitian ini frekuensi yang digunakan adalah 1.8 Ghz. Antena yang dibuat dapat bekerja pada frekuensi tersebut. Untuk bahan epoxy fiberglass mempunyai nilai konstanta dielektrik 4,4. Untuk membuat antena mikrostrip yang berbentuk kotak atau mempunyai patch berbentuk kotak, Ukuran patch berbentuk segi empat berupa lebar (W) dan panjang (L) dapat diperoleh dari persamaan-persamaan pada bab II yaitu mulai persamaan-persamaan 2.23 sampai 2.27 seperti dibawah ini. Dari persamaan ini didapat perhitungan matematis untuk ukuran patch bahan epoxy fiberglass sebagai berikut.:

a. Menentukan lebar patch

Lebar Patch dapat dihitung berdasarkan rumus bab II pada persamaan 2.23 seperti dibawah ini.

W = 𝑐 2 𝑓𝑟 √(𝜀𝑟+1) 2 W = 3𝑥10 8 2𝑥18𝑥108 √(4.4+1) 2 W = 3 36𝑥1.64 W = 50.8 mm

b. Menentukan nilai konstanta dielektrik relatif

Nilai konstanta dielektrik relatif dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.24 seperti dibawah ini:

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

𝜀𝑟+1 2

+

𝜀𝑟−1 2

(1 + 12

ℎ 𝑤

)

-0.5

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

4.4+1 2

+

4.4−1 2

(1 + 12

0.0016 0.0508

)

-0.5

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

2.7 + 1.7 0.85

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

4.145

c. Menentukan nilai effective length (Leff)

Nilai panjang effektif dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.25 seperti dibawah ini:

L eff = 𝑐 2 𝑓𝑟 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

L eff = 3𝑥10 8 2𝑥18𝑥 108 √4.145 L eff = 3 36𝑥2.036 L eff = 0.041

d. Menentukan pertambahan panjang (ΔL)

Nilai pertambahan panjang dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.26 seperti dibawah ini:

ΔL = 0.412 h (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓+0.3)( 𝑤 ℎ+0.264) (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓−0.258)(𝑤_ℎ+0.8) ΔL = 0.412x0.006 (4.145+0.3)(32.47+0.264) (4.145−0.258)(32.47+0.8) ΔL = 0.0006592 142.3 126.5 ΔL = 0.0006592 x 1.125

ΔL = 0.00074

e. Menentukan panjang patch

Nilai panjang patch dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.24 seperti dibawah ini:

L = L eff - 2 ΔL L = 0.041- 2 x 0.00074 L = 0.0395

L = 39.5 mm

Setelah dilakukan perhitungan matematis didapat panjang dan lebar patch L = 39.5 mm dan W = 50.8 mm.

f. Menentukan panjang dan lebar saluran pencatu

Untuk ukuran panjang dan lebar saluran pencatu penulis menggunakan software TX line 2003. Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dilakukan pengaturan lebar dari saluran dengan menggunakan program Txline 2003.

Gambar 3.4 Tampilan Program Txline 2003 Untuk Mencari Saluran Pencatu Dari program tx line diatas didapat hasil dari saluran pencatu untuk patch dengan dielectric constant 4.4 dan frekuensi 1.8 Ghz dengan panjang saluran pencatu 22.6 mm dan lebar saluran pencatu 3.06 mm

Untuk menentukan panjang dan lebar ground dapat dilakukan dengan persamaan bab II yaitu 2.28 dan 2.29 berikut.:

Panjang ground (Lg) = 6h+L = 6 x 1.6 + 39.5 = 49.1 mm Lebar ground (𝑊𝑔) = 6h+𝑊 = 6 x 1.6 + 50.8 = 60.4 mm 3.5.1.2 Bahan Duroid

Bahan duroid mempunyai nilai konstanta dielektrik 2.2. untuk menentukan panjang dan lebar patch menggunakan bahan duroid dilakukan dengan menggunakan persamaan yang sama seperti diatas.

a. Menentukan lebar patch

Lebar Patch dapat dihitung berdasarkan rumus bab II pada persamaan 2.23 seperti dibawah ini:

W = 𝑐 2 𝑓𝑟 √(𝜀𝑟+1) 2 W = 3𝑥10 8 2𝑥18𝑥108 √(2.2+1) 2 W = 0.083x1.26 W = 0.104 W = 104 mm

b. Menentukan nilai konstanta dielektrik relatif

Nilai konstanta dielektrik relatif dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.24 seperti dibawah ini:

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

𝜀𝑟+1 2

+

𝜀𝑟−1 2

(1 + 12

ℎ 𝑤

)

-0.5

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

2.2+1 2

+

2.2−1 2

(1 + 12

0.001524 0.104

)

-0.5

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

1.6+0.6 x 0.92

𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

=

2.152

c. Menentukan nilai effective length (Leff)

Nilai panjang effektif dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.25 seperti dibawah ini:

L eff = 𝑐 2 𝑓𝑟 √𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓

L eff = 3𝑥10 8 2𝑥18𝑥 108 √2.152 L eff = 3 36𝑥1.467

L eff = 0.0568

d. Menentukan pertambahan panjang (ΔL)

Nilai pertambahan panjang dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.26 seperti dibawah ini:

ΔL = 0.412 h (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓+0.3)( 𝑤 ℎ+0.264) (𝜀 𝑟𝑒𝑓𝑓−0.258)(𝑤_ℎ+0.8) ΔL = 0.412x0.001524 (2.152+0.3)( 0.104 0.001524+0.264) (2.152−0.258)(_0.0015240.104 +0.8) ΔL = 0.412x0.001524 (2.152+0.3)(68.24+0.264) (2.152−0.258)(68.24+0.8) ΔL = 0.0006278882.452𝑥(68.24+0.264) 1.894𝑥(68.24+0.8) ΔL = 0.000627888167.97 130.76 ΔL = 0.000627888x1.28 ΔL = 0.00080

e. Menentukan panjang patch

Nilai panjang patch dihitung berdasar rumus bab II pada persamaan 2.24 seperti dibawah ini:

L = L eff - 2 ΔL L = 0.0568- 2x0.00080 L = 0.0552

L = 55.2 mm

Dari perhitungan didapatkan panjang patch 55.2 mm dan lebar patch 104 mm.

Untuk panjang saluran pencatu dapat dilakukan dengan langsung memasukan angka pada software Txline 2003.

Gambar 3.5 Saluran Pencatu dengan Software Txline 2003

Untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan gain lebih besar maka antena mikrostrip dirancang secara array. Jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada penelitian ini adalah seperempat panjang gelombang (d = λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan magnitude hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar dari yang dihasilkan pada rancangan elemen tunggal. Adapun jarak antar elemen didapat dari bab II persamaan 2.31 berikut:

4 c d f  d = 3𝑥10 8 4 𝑥 18 𝑥 108 d = 41.6 mm

Dari Persamaan diatas didapatlah jarak awal antar elemen adalah 41,6 mm. Untuk rancangan antena mikrostrip persegi bahan epoxy fiberglass yang

dirancang secara linear array adalah sebagai berikut.:

Gambar 3.6 Rancangan Antena Mikrostrip Pesegi Linear Array

3.5.2 Perhitungan antena mikrostrip lingkaran

3.5.2.1 Bahan epoxy fiberglass

Untuk menghitung patch lingkaran pertama kali yang dilakukan adalah melakukan perhitungan jari-jari lingkaran yang akan digunakan sebagai patch antena. Dalam penelitian ini frekuensi yang digunakan adalah 1.8 Ghz. Substrat yang digunakan adalah epoxy fiberglass dengan nilai konstanta dielektrik 4.4 . Untuk mengukur jari-jari lingkaran patch menggunakan persamaan 2.30 berikut,:

a = 8.79𝑥10

9

a = 8.79𝑥10 9 1.8𝑥109√4.4 a = 23.3 mm Dimana : a = panjang jari-jari ( mm ) fr = frekuensi kerja antena ( Hz )

r



= Konstanta dielektrik substrat ( 4,4 ) untuk bahan epoxy fiberglass.

Untuk ukuran panjang dan lebar saluran pencatu penulis menggunakan software TX line 2003. Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dilakukan pengaturan lebar dari saluran dengan menggunakan program Txline 2003.