STUDI TENTANG RADIO FREQUENCY PHASE SHIFTER PADA SMART ANTENNA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh:
DWI PURNAMA SARI NIM : 100402008
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
STUDI TENTANG RADIO FREQUENCY PHASE SHIFTER PADA SMART ANTENNA
Oleh:
DWI PURNAMA SARI NIM : 100402008
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada Tanggal 20 Bulan Agustus Tahun 2014 di depan penguji : 1. Ketua Penguji : Ir. M. Zulfin, M.T.
2. Anggota Penguji : Suherman, S.T., M.Comp., Ph.D Disetujui Oleh :
Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Arman Sani, M.T.) NIP : 19631128 199103 1 003
Diketahui Oleh :
Ketua Departeman Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
ABSTRAK
Antena sebagai salah satu komponen penting dalam sistem telekomunikasi
telah mengalami perkembangan yang sangat pesat. Salah satu pengembangan
antena adalah smart antenna yang merupakan kombinasi antena array dengan
pengolahan sinyal. Pola radiasi antena array dapat dikendalikan dengan mengatur
fasa pada masing-masing elemennya dengan menggunakan phase shifter sehingga
pola radiasinya dapat diubah secara elektronik tanpa harus mengubah posisi
fisiknya.
Pada Tugas Akhir ini dibahas kinerja phase shifter dengan lumped element
dan high pas-low pass phase shifter yang dirancang bekerja pada frekeuensi 433
MHz. Perancangan dilakukan menggunakan perangkat lunak Advance Design
System (ADS) versi 2011.10. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa nilai phase
error mendekati 0°, nilai insertion loss mendekati 0 dB, dan nilai return loss
minimum pada frekuensi tengahnya. Hasil tersebut menunjukkan bahwa phase
shifter yang dirancang dapat bekerja dengan baik pada frekuensi yang diinginkan.
Kata kunci: smart antenna, RF phase shifter, phase shifter dengan lumped
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah
memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi cobaan, halangan,
dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring
salam penulis sampaikan kepada junjungan ummat Nabi Muhammad S.A.W.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda Wagiran C, ST dan ibunda Nursiah yang senantiasa mendukung dan
mendo’akan dari sejak penulis lahir hingga sekarang, serta kakanda Wieka
Marcilinda, S.Kom yang senantiasa mendukung dan memberi semangat kepada
penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
“STUDI TENTANG RADIO FREQUENCY PHASE SHIFTER PADA SMART ANTENNA”
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas
2. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku Penasehat Akademis
penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan
selama ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
4. Ayahanda Wagiran C, ST dan Ibunda Nursiah tercinta yang senantiasa
selalu mendo’akan, memberikan semangat dan segalanya sehingga
penulisan Tugas Akhir ini terselesaikan.
5. Kakakku tersayang Wieka Marcilinda S.Kom yang selalu mendukung dan
memberi semangat. Terima kasih atas perhatian dan do’anya.
6. Bapak Ir. M. Zulfin, MT dan Bapak Suherman, ST, M.Comp., Ph.D selaku
dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam
penyempurnaan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
8. Rimbo Gano yang selama ini mendukung dan memberi semangat kepada
penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih atas perhatian
dan do’anya.
9. Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
10. Abang dan kakak senior stambuk 2008 yang selalu membantu, mendukung
11. Keluarga Besar Laboratorium Dasar Elektronika FT USU.
12. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali
pembelajaran.
13. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik
dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan
tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat
penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Agustus 2014
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xiii
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
II. DASAR TEORI 2.1 Pengertian Smart Antenna ... 5
2.2 Tipe Smart Antenna ... 6
2.2.1 Switched Beam Antenna ... 7
2.2.2 Adaptive Array Antenna ... 8
2.3 Manfaat Teknologi Smart Antenna ... 9
2.4 Pengertian RF Phase Shifter ... 11
2.5.2 Phase Error ... 12
III. PERANCANGAN RF PHASE SHIFTER 3.1 Perancangan RF Phase Shifter ... 31
3.4.1 Penentuan Nilai Komponen Phase Shifter dengan Lumped Element ... 37
IV. ANALISIS KINERJA RANGKAIAN RF PHASE SHIFTER
4.1 Umum ... 50
4.2 Analisis Kinerja Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped
Element ... 50
4.3 Analisis Kinerja Rangkaian High Pass-Low Pass Phase
Shifter ... 60
4.3.1 Analisis Kinerja Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter
2 Bit ... 60
4.3.2 Analisis Kinerja Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter
3 Bit ... 66
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... 74
5.2 Saran ... 75
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Pergeseran Fasa pada Phased Array Antenna ... 6
Gambar 2.2 Pola Cakupan Switched Beam Antenna ... 8
Gambar 2.3 Pola Cakupan Adaptive Array Antenna ... 9
Gambar 2.4 Switched-Line Phase Shifter ... 15
Gambar 2.5 Phase Shifter dengan Rangkaian Lumped Element yang Setara degan Saluran Transmisi ... 16
Gambar 2.12 Gelombang yang Dipantulkan dan Ditransmisikan ... 22
Gambar 2.13 S11 ... 23
Gambar 2.14 S21 ... 23
Gambar 2.15 S22 dan S12 ... 23
Gambar 2.16 Parameter S Dua Port ... 24
Gambar 2.17 Rangkaian Π yang Setara dengan Saluran Transmisi... 25
Gambar 2.18 Jaringan Π ... 26
Gambar 2.19 Jaringan Τ ... 28
Gambar 3.1 Konfigurasi Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped Element 32 Gambar 3.2 Pola Cakupan Phase Shifter dengan Lumped Element ... 33
Gambar 3.4 Pola Cakupan High Pass-Low Pass Phase Shifter 2 Bit ... 34
Gambar 3.5 Konfigurasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter 3
Bit ... 35
Gambar 3.6 Pola Cakupan High Pass-Low Pass Phase Shifter 3 Bit ... 36
Gambar 3.7 Diagram Alir Perancangan RF Phase Shifter ... 37
Gambar 3.8 Skema Perancangan Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped
Element ... 38
Gambar 3.9 Skema Perancangan High Pass-Low Pass Phase Shifter 2 Bit 43
Gambar 3.10 Skema Perancangan High Pass-Low Pass Phase Shifter 3 Bit 43
Gambar 4.1 Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped Element yang dirancang
menggunakan perangkat lunak ADS ... 51
Gambar 4.2 Rangkaian phase shifter dengan lumped element pada keadaan
000001 ... 52
Gambar 4.3 Hasil Simulasi Perancangan Rangkaian Phase Shifter dengan
Lumped Element pada Keadaan 000001... 53
Gambar 4.4 Rangkaian phase shifter dengan lumped element pada keadaan
000010 ... 53
Gambar 4.5 Hasil Simulasi Perancangan Rangkaian Phase Shifter dengan
Lumped Element pada Keadaan 000010... 54
Gambar 4.6 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter 2 Bit yang dirancang
pada Frekuensi 433 MHz... 60
Gambar 4.7 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
Gambar 4.8 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 00 ... 61
Gambar 4.9 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
01 ... 62
Gambar 4.10 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 01 ... 62
Gambar 4.11 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
10 ... 63
Gambar 4.12 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 10 ... 63
Gambar 4.13 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
11 ... 64
Gambar 4.14 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 11 ... 64
Gambar 4.15 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter 3 Bit yang dirancang
pada Frekuensi 433 MHz ... 66
Gambar 4.16 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
100 ... 67
Gambar 4.17 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 100 ... 68
Gambar 4.18 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
101 ... 68
Gambar 4.19 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Gambar 4.20 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
110 ... 69
Gambar 4.21 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
Keadaan 110 ... 70
Gambar 4.22 Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada Keadaan
111 ... 70
Gambar 4.23 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter pada
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Nilai Komponen Phase Shifter dengan Lumped Element Untuk
Frekuensi 433 MHz ... 42
Tabel 3.2 Nilai Komponen High Pass-Low Pass Phase Shifter Untuk
Frekuensi 433 MHz ... 49
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped Element
Untuk Frekuensi 433 MHz ... 55
Tabel 4.2 Hasil Simulasi Rangkaian Phase Shifter dengan Lumped Element 6
Bit Berdasarkan Urutan Pergeseran Fasa 0° Hingga 360° ... 57
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter
2 Bit ... 65
Tabel 4.4 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter
3 Bit ... 71
Tabel 4.5 Hasil Simulasi Rangkaian High Pass-Low Pass Phase Shifter 3 Bit
