TUGAS AKHIR
SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI
EMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED
UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
090422022
GIAT FRANSISCO BATUBARA
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah antena mikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3 komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah.
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat digunakan untuk aplikasi WiMAX . Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja pada frekuensi 2,35 GHz.
KATA PENGANTAR
Segala puji serta syukur penulis haturkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan dan rintangan dalam 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 Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED
UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz
Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan ibunda tercinta yang telah mengorban segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbannyan Tuhan Yang Maha Esa membalasnya dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak.
Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini 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 Ali Hanafiah Rambe, ST. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis hingga Tugas Akhir terselesaikan.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro dan selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis selama perkuliahan.
3. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Dosen Pembanding Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT dan Ibu Naemah Mubarakah, ST.MT yang telah membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini .
5. Bapak Ir. Syahrawardi , Selaku Penasehat Akademis Penulis.
6. Kepada Bapak dan Ibu tercinta D.Batubara dan R.Sitorus Pane yang telah menghatarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.
7. Keluarga penulis Bellina Irawati Batubara, Deri Erianto Batubara, Tante Jonny, opung, dan Tulang Prima Terima kasih atas perhatian dan doanya. 8. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis selama menjalani perkuliahan.
9. Seluruh Karyawan di Dapartemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Martin dan Bang Divo terima kasih atas semua bantuannya.
10.Adinda tersayang Ivana Ronauli Christina Hutagalung terima kasih atas semua bantuan dan doanya.
11.Sahabat penulis Ornal Putra Purba yang telah membantu saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
12.Sahabat-sahabat The Bagor : Hermanto Wadanku, Ornal Boss, Alex Aparaku, Anris bobiku, Mangasi, Monic, Janri king, Charles, Willy, Junedi, Ihut, Sony, Blucer, Oji, Wira, dan bang Iqbal yang telah memberi
masukan dan semangat kepada penulis dan semua pihak yang tidak tersebutkan satu persatu.
13.Teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro: Emil, Lola, Haris, Daniel, James.
14.Buat Bang dedy Terimakasih atas saran, nasihat dan wejangannya.
15.Buat Teman-teman Batalyon A Resimen Mahasiswa USU/Kader Perintis : hermanto, Ornal, Julianto, Hendra Kesuma, Niko, Idris, Saut, Zulvia, Roni, Andi, Thomas, Mastopan dan Alumni terima kasih untuk semangatnya.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis mohon perlindungan pada Tuhan Yang Maha Esa, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri.
Medan, Februari 2014 Penulis
NIM. 090422022 Giat Fransisco Batubara
DAFTAR ISI ABSTRAK ... i KATA PENGANTAR. ... ii DAFTAR ISI ... v DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... x BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metode Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI... 6
2.1 Antena ... 6
2.2 Antena Mikrostrip ... 7
2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 8
2.4 Model Cavity ... 9
2.5 Parameter Umum Antena Mikrostrip ... 12
2.5.2 Return Loss ... 14
2.5.3 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) ... 14
2.5.4 Polarisasi ... 15
2.5.5 Keterarahan(Directivity) ... 18
2.5.6 Penguatan (Gain) ... 19
2.5.7 Frekuensi Resonansi ... 20
2.5.8 Pola Radiasi ... 21
2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 21
2.7 Aplikasi Mikrostrip ... 24
2.8 Aperture Couple ... 26
2.9 WiMAX ... 28
2.10 Tipe WiMAX ... 30
2.11 Cara Kerja WiMAX ... 30
2.12 Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 ... 31
2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 ... 33
2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0 ... 34
2.12.3 Perancangan Dasar Model Pada Ansoft HFSS v10.0 ... 34
2.12.4 Proses Pencarian Simulasi Simulator Ansoft HFSS v10.0 ... 35
BAB III PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PENCATUAN APERTURE UNTUK APLIKASI WIMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS V10.0 ... 37
3.2 Inisialisasi Model ... 38
3.3 Menjalankan Hasil Rancangan ... 40
3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0 ... 41
3.5 Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 41
3.5.1 Karakteristik Antena ... 42
3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 43
3.6.1 Parameter Pemodelan ... 45
3.6.2 Pembuatan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 45
3.6.2.1 Memulai HFSS v10.0 ... 45
3.6.2.2 Memodelkan Substrat ... 47
3.6.2.3 Memodelkan Patch ... 48
3.6.3 Memodelkan Saluran Pencatu ... 50
3.6.4 Memodelkan Slot Aperture ... 52
3.6.5 Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries) ... 53
3.7 Hasil Perancangan ... 54
3.8 Proses Validation Check ... 55
3.9 Menampilkan Hasil Simulasi ... 58
3.9.1 Gain ... 58
3.9.2 VSWR ... 59
BAB IV ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ... 61
4.1 Hasil Simulasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 61
4.2 VSWR Untuk Boundaries Yang Berubah-ubah ... 62
4.3 Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Secara Teori. 64 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori ... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
5.1 Kesimpulan ... 69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena ... 7
Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip ... 8
Gambar 2.3 Jenis – jenis antena mikrostrip ... 8
Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch . ... 11
Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth ... 13
Gambar 2.6 Polarisasi linier ... 16
Gambar 2.7 Polarisasi menglingkar ... 17
Gambar 2.8 Polarisasi elips ... 18
Gambar 2.9 Pola radiasi antena ... 21
Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat ... 22
Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX ... 25
Gambar 2.12 Mikrostrip pada WLAN ... 25
Gambar 2.13 Mikrostrip pada bandpassfilter ... 26
Gambar 2.14 Mikrostrip pada mobile satellite ... 26
Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed ... 27
Gambar 2.16 Pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara ... 29
Gambar 2.17 Jaringan wimax……….31
Gambar 2.18 Contoh tampilan 3D Ansoft HFSS V 10.0 ... 32
Gambar 2.19 Proses pencarian solusi Ansoft HFSS V 10.0 ... 35
Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 38
Gambar 3.3 Property window yang tampil setelah model dibuat ... 38
Gambar 3.4 Property window dengan tab attribute ... 39
Gambar 3.5 Project manager windows pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 40
Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostrip patch circular ... 41
Gambar 3.7 Antena mikrostrip patch segiempat ... 42
Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena mikrostrip patch segiempat ... 44
Gambar 3.9 Tampilan awal HFSSV 10.0 ... 46
Gambar 3.10 Menu Save As ... 46
Gambar 3.11 Tab attribute pada Substrate ... 47
Gambar 3.12 Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate ... 48
Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab attribute ... 49
Gambar 3.14 Pengisian koordinat untuk letak dan besar patch ... 49
Gambar 3.15 Memodelkan saluran pencatu ... 51
Gambar 3.16 Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu ... 51
Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture slot ... 52
Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab command ... 53
Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab attribute………...54
Gambar 3.20 Koordinat ruang batasan pada tab command………..54
Gambar 3.21 Hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat………..55
Gambar 4.1 Nilai solusi frekuensi yang diinginkan……….56
Gambar 4.3 Validation check tidak terdapat kesalahan……….…58
Gambar 4.4 Pengaturan windows traces untuk gain……… 59
Gambar 4.5 Pengaturan windows traces untuk VSWR………60
Gambar 4.6 Grafik VSWR antena mikrostrip patch segiempat yang dimodelkan ... 61
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe WIMAX ... 30
Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 42
Tabel 3.2 Parameter antena mikrostrip patch segiempat ... 45
Tabel 3.3 Data substrate ... 48
Tabel 3.4 Data Patch ... 50
Tabel 3.5 Data saluran pencatu ... 51
Tabel 4.1 Gain Hasil Simulasi ... 62
Tabel 4.2 Hasil simulasi dimensi Z size Boundaries diubah dengan radius 10 mm ... 63
Tabel 4.3 Hasil simulasi dimensi Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm dan Ysize atau panjang terhadap koordinat sumbu Y tetap………..….. 63
Tabel 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori ... 67
