ANTENA PANEL DENGAN STRUKTUR 4 MICROSTRIP PATCH PADA FREKUENSI KERJA 2,4 GHz

(1)

ANTENA PANEL DENGAN STRUKTUR 4

Seminar Tesis

MICROSTRIP PATCH PADA FREKUENSI KERJA

2,4 GHz

Rohim Aminullah Firdaus

Pembimbing:

D Y H di P M E

Dr. Yono Hadi Pramono, M.Eng

31 januari 2011

J T k ik Fi ik FTI 31 januari, 2011

Jurusan Fisika

(2)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth

Antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.

Permasalahan antena mikrostrip menyangkut bandwidth yang sempit untuk 1 patch sebesar 0 35% (Dimitris T et al 2003)

untuk 1 patch sebesar 0.35% (Dimitris T et al ,2003).

Penelitian sebelumnya, desain antena mikostrip yang bekerja pada daerah berbagai frekuensi dan sudah banyak dilakukan mulai dari

ariasi bent k dan jenis variasi bentuk dan jenis .

Antena panel disini diharapkan dapat menghasilkan direktifitas yang tinggi, side lobe yang rendah, beam yang mudah di atur dengan pola

t j (J f L d P 2006)

yang tajam (Jossefson, L dan Person ,2006).

Penelitian lebih lanjaut sangat diperlukan disini, untuk itu peneliti membuat desain dan fabrikasi antena directional 4 mekrostrip patch

j di t t l b k j d f k i 2 4 GH

menjadi satu antena panel yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.

Hal ini diharapkan dapat meningkatkan gain dan direktifitas antena, memungkinkan antena bekerja pada band yang lebar.

(3)

PENDAHULUAN

Perumusan Bagaimana memfabrikasi, mendapatkan karakteristik antena,_{mendapatkan pola radiasi dan HPBW serta pembuatan} masalah mendapatkan pola radiasi dan HPBW serta pembuatan_{sofwear perhitungan antena.}

Batasan masalah

Frekuensi kerja 2,4GHz, digunakan untuk mendapatkan karakteristik antena dan dikarakterisai menggunakan Network

Analyser serta pengujian pola radiasi dengan antena monopol

T j

Analyser serta pengujian pola radiasi dengan antena monopol.

Memfabrikasi mendapatkan karakteristik antena

Tujuan Penelitian

Memfabrikasi, mendapatkan karakteristik antena,

mendapatkan pola radiasi dan HPBW serta pembuatan sofwear perhitungan antena.

Manfaat penelitian

Mengetahui bagaimana mendesain, memfabrikasi antena untuk mendapatkan antena dengan kinerja yang optimal

(4)

TINJAUAN PUSTAKA

Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip adalah suatu

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik.

A t ik t i k t

Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, dan mudah untuk difabrikasi.

Antena mikrostripp jugaj g memiliki beberapa kekurangan yaitu:

bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi rendah.

(5)

TINJAUAN PUSTAKA

Prinsip Dasar Antena Array (panel)

Antena array dapat menghasilkan system antena dengan direktivitas

Antena array dapat menghasilkan system antena dengan direktivitas yang tinggi, beamwidth yang lebar, side lobe yang rendah, beam yang mudah diatur dengan pola antena yang tajam. (Jossefson, L dan Person

2006) ,2006).

1 patch antena

feedline

Antena array (panel)

(6)

TINJAUAN PUSTAKA

Impedansi Input Transmision Line

X

Z0 ZL

Zin

Pada transmission line yang lossless (α = 0)

x Z Z Z Z L + 0 tanγ …….(1) x Z Z Z Z L L in γ γ tan 0 0 0 ₊ =

Dimana Z_in= impedansi pada jarak x (Ω) γ = konstanta propagasi (m-1₎ in

Z₀ = karakteristik impedansi line (Ω) Z_L = load impedansi (Ω)

(7)

TINJAUAN PUSTAKA

Impedansi Karakteristik Patch Antena

Desain mikrostrip antena tidak lepas dari pengukuran besarnya impedansi dari sebuah

t Ad b l hit i d i Z b ik dil k k hit

antena. Adapun sebelum menghitung impedansi Z₀ , sebaiknya dilakukan perhitungan terlebih dahulu permitifitas efektif sesuai persamaan berikut:

Untuk w/h > 1,3 ………(2) Untuk w/h < 1,3 555 , 0 10 1 2 1 2 1 − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − + + = w h r r eff ε ε ε .…...….(3)

Sedangkan nilai H adalah:

2 4 ln 1 4 ln 1 1 1 1 2 1 − ⎭ ⎬ ⎫ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − ⎩ ⎨ ⎧ − + = π ε π ε ε ε ε r r r r eff H ….………..(4)

Sedangkan nilai impedansi Z⎪⎭ ₀ untuk w/h<3.3 adalah:

⎪ ⎬ ⎫ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎩ ⎨ ⎧ ₊ =ln 4 16 2 2 w h w h H 0 …….………. (5) 1 0 1.393 0.667 1.444 120 − ⎭ ⎬ ⎫ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎩ ⎨ ⎧ ₊ ₊ = h w h w Z eff ε π

(8)

TINJAUAN PUSTAKA

Desain Antena 4 Panel Mekrostrip Patch

Gap Microstrip Antenna Gap Microstrip Antenna

Nilai kapasitansi gab dinotasikan dengan C1 dan kapasitas ground dengan C2. Analisa bentuk antena gab disini dapat dilihat pada persamaan berikut..

(C C )

Z

………(6) Dalam hal ini adalah panjang gab

( ) eff cg C C cZ l ε 2 1 0 + = = cg l Gap C2 Patch Antenna

Feed Line _{Coupled Line}

C1 C1

Ground Plane

(9)

TINJAUAN PUSTAKA

Desain Antena 4 Panel Mekrostrip Patch

Mikrostrip Bends Mikrostrip Bends

Teknik ini biasanya digunakan untuk compensasi microstrip bends yang berpengaruh pada capasitansi dan VSWR.

Berdasarkan hasil penelitian Anders dan Arndt metode “Macth Microstrip Bends”Berdasarkan hasil penelitian Anders dan Arndt metode Macth Microstrip Bends menunjukkan bahwa pada frekuensi 105 Hz memiliki performa yang baik, dalam hal ini lebar range bends adalah 30 sampai 120 derajat .(Edward, Terry, 1995)

Analisa struktur bendz dapat menggunakan

b Analisa struktur bendz dapat menggunakan

persamaan berikut: ( ) 6 . 0 2 1− ≈ w b W ………(7) 2w Maka ……….(8) w b≈0.75

(10)

TINJAUAN PUSTAKA

Desain Antena 4 Panel Mekrostrip Patch

Perhitungan Antena Panel Perhitungan Antena Panel

(

udara

)

Z

₀

≈ 377

Ω

Z_L Z_L Zin1 Zin1 Z₀₁ Z Zin2 Zin2 Zin3 Z₀₂ Zin3 Zin3 Zin4 Z₀₃ feedline

(11)

TINJAUAN PUSTAKA

Parameter Mikrostrip Antena

V

min max

V

VSWR =

VSWR

1 VSWR

Koefisien refleksi

Γ

=

₊

−

₁

1 VSWR

VSWR

Return Loss

Return loss (dB) = -20 log ₁₀ Г

Beamwidth

x100% f f f BW c i u − = 1 f f BW = u

Gain (penguatan)

( )

in P U G θ,φ = 4π θ,φ

(12)

METODE PENELITIAN

FABRIKASI ANTENA

KARAKTERISASI ANTENA

ANALISA DATA

(13)

PEMBAHASAN

Antena bekerja pada frekuensi 2 397 GHz dengan Antena bekerja pada frekuensi 2,397 GHz dengan nilai VSWR 1,16.

Hasil karakterisasi tersebut menunjukkan bahwa bentuk desain antena sangat berpengaruh, sehingga agar mampu bekerja seperti antena Wi-Fi maka pembuatan panel antena sangat diperlukan untuk menghasilkan fungsi kerja pembuatan panel antena sangat diperlukan untuk menghasilkan fungsi kerja yang diinginkan .

Menurut Wu et al dalam penelitiannya di IEEE

MMT-S International Microwave MMT-Symposium(1990),

t k b h f k i b t d menyatakan bahwa frekuensi bergantung pada pemberian bentuk silang(cross) dan belokan (tee

juctions) (Edward, Terry, 1995)

• Anders et al tentang microstrip bandz yang dalamAnders et al tentang microstrip bandz yang dalam penelitiannya frekuensi yang diinginkan adalah 10 GHz, ternyata dengan pemberian bandz pada desain antenanya memberikan akurasi frekuensi pada frekuensi yang diharapkan.

Tahun Judul Peneliti Frekuensi VSWR 2009 Mikrostrip Yagi Tiga

Array Double Side

Edi Dainuri 2,310 1,62

2009 antena Wideband Mik t i Sl t B ti

Muhtadi 2,885 1,46 Mikrostrip Slot Bowtie

(14)

PEMBAHASAN

Antena pada frekuensi 2 4GHz dengan koefisien Antena pada frekuensi 2,4GHz dengan koefisien refleksi adalah 0,075.

Perbedaan tersebut tidak lain adalah faktor dimensi dari antena dimana ketika fabrikasi dalam proses eatching terjadi

di i

Perbedaan tersebut tidak lain adalah faktor dimensi dari antena dimana ketika fabrikasi dalam proses eatching terjadi

di i pergeseran dimensi pergeseran dimensi

Rama et al (jurnal IEEE,2008) menujukkan bahwa pembuatan dimensi antena dari hasil pengukuran dan hasil ANN (Artifisial Neural Network) meskipun dengan ukuran w dan h untuk stripline yang sama ternyata menujukkan nilai impedansi yang berbeda yaitu ketika w/h =8.119 dengan permitivitas relatif 16.6 ternyata nilai impedansig p y p hasil perhitungan 9.164 Ω dan hasil ANN sebesar 9.165 Ω

Jika proses eatching kurang tepat maka akan menimbulkan pergesaran dimensi hal ini dapat menimbulkan Noise yang akibatnya tidak semua sinyal dapat ditransmisikan

Tahun Judul Peneliti Frekuensi Koefisien refleksi 2009 Antena Microstrip Loop

Co-Planar Waveguide Dua

Erni 1,649 GHz, 1,940 GHz dan

0.168, 0,185, dan 0,285

(15)

PEMBAHASAN

Nilai return loss pada frekuensi 2400 MHz menunjukan_p _j Tahun Judul Peneliti Return loss

angka -22,67 dB yang relatif kecil menandakan bahwa antena tersebut sudah memiliki kinerja yang bagus, karena suatu antena dikatakan bekerja baik jika RL ≤ -9 54 dB

2009 antena Microstrip Yagi Muhtadi, ‐22,048 dB

2009 Microstrip Loopline Antenna Naqiyah ‐22,0615 dB

9,54 dB.

Semakin besar nilai return loss maka daya yang diterima semakin besar. Karena nilai return loss pada data yang didapatkan return loss pada data yang didapatkan bernilai negatif, maka semakin besar nilai negatif return loss, semakin besar sinyal yang diterima dan kinerja antena semakin bagus

bagus.

Pada dasarnya antena panel dapat meningkatkan direktivitas sedangkan meningkatkan direktivitas, sedangkan makin tinggi direktivitas maka semakin tinggi pula intensitas radiasi yang dipancarkan (Jossefson, L dan Person ,2006).

(16)

PEMBAHASAN

BW Hasil penelitian Dimitris, et al, (2003)

t t D l P l i d Mi t i P t h

tentang Dual Polarized Microstrip Patch

Antenna, untuk 1 patch memiliki beamwidthh

sebesar 0.35%

beamwidth antena dari antena yang di desain peneliti memiliki ratio sebesar

(17)

PEMBAHASAN

HPBW

Perhitungan HPBW(Half Power

Beanwidth) dapat dilakukan) p

dengan mengambil nilai tengah dari intensitas maksimum yang

dipancarkan yaitu dari nilai 41 dB menjadi 20,5 dB dan diputar disisi kanan dan kiri diputar disisi kanan dan kiri

nilai maksimum yang memotong intensitas dititik tersebut. Besar HPBW dari antena yang di uji berkisar 600

antena yang di uji berkisar 60 .

(18)

PEMBAHASAN

(19)

PEMBAHASAN

Perhitungan Gain

A t

_Antena

monopol

Antena

Pemancar

Desain patch antena 4 panel

Gain 18 dB

Power 25 dBm Hasil pengukuran=75 dBPower=100mW=20dBm pengukuran =81 dBHasil masimum Total =18+25=43 dB Total power=43+20 =63 dB

Gain =75-63=12 dB

p g

(20)

PEMBAHASAN

,

Hasil Perhitungan VSWR, Koefisien Refleksi dan Return Loss Antena

Z04 Zg2

, Z₀dan

HPBW

Refleksi, dan Return Loss Antena

Z03 Tahap Perhitungan ε_r g λ εef f Z02 Z01 Zg1

Karakteristik antena Nilai

h (tebal substrat) 1,6 mm t (tebal t h) 0 02 mm Z02 t (tebal patch) 0,02 mm 1,036 1.0198 patch 123 9 mm r ε f f e ε λ Zb1 patch 123,9 mm g λ Zb2

(21)

PEMBAHASAN

Hasil perhitungan Z₀ untuk line, gab dan bendz

Impedasi Z0 Karakteristik antena Nilai (Ohm)

Z01 Lebar (w)=1mm 301,24 Tinggi(h)=19.55mm Z02 Lebar (w)=4mm 218,76 Tinggi(h)=19.55mm Z03 Lebar (w)=7mm 185,53 Tinggi(h)=19.55mm Z04 Lebar (w)=19 mm 127,38 Tinggi(h)=19.55mm Zg1 gab (g)=1mm 31,6 lebar(w)=15mm Lcg=15mm Zg2 gab (g)=1mm 26,6 lebar(w)=3,5mm Lcg=3,5mm Zb1 Bendz (b)=4mm 185,38 Lebar (w)=7,017mm Ti i(h) 19 55 Tinggi(h)=19.55mm Zb2 Bendz (b)=1mm 268 Lebar (w)=1,75mm Tinggi(h)=19.55mm Zb1 Bendz (b)=1 5mm 243 72 Zb1 Bendz (b)=1,5mm 243,72

(22)

PEMBAHASAN

Zin6 Zin8

Zin9 Zi 10

Tahap Perhitungan Z_in dan Z_L

Zin5 Zin10

Perhitungan Patch dengan udara Zin 1= 87.33 Zin 2= 88.04 + 14.65j Zin 3= 164.15 + 171.13j Zin7 Zin1 j Zin 4= 200.10 + 189.81j Zin 5= 432.90+ 181.23j Perhitungan parallel Z=186.17 Zin 6=453.74+163.21j Zin3 Zin4 Zin11 Zin12 Zin2 j Zin 7=534.12+67.07j Zin 8=539.93+46.86j Zin 9=411.50-181.48j Zin 10=397.39-186.95j Zin4 Zin12 j Perhitungan parallel Z=198.69-93.47j Parelel lagi dengan udara Z=136,45+39,55j Zin 11=175,29+94,05j

Perhitungan parallel Z=186.17 Zin 12=185,21+97,21j

Zin 13=281,62+188j

Perhitungan parallel Z=143,81+94,03j Paralel dengan udara Z=112,71+47,71j

(23)

PEMBAHASAN

Berdasarkan hasi perhitungan VSWR, dan koefisien refleksi terdapat perbedaan antara hasil pengukuran dan hasil perhitungan Hal ini disebabkan karena pada waktu hasil pengukuran dan hasil perhitungan. Hal ini disebabkan karena pada waktu pengukuran dengan Network Analyzer HP8714C dilakukan tidak di ruang anechoic

chamber (ruang anti gema/pantulan gelombang). Tidak adanya ruang anechoic chamber

menyebabkan pada saat pengukuran terdapat adanya pantulan sinyal oleh benda-benda menyebabkan pada saat pengukuran terdapat adanya pantulan sinyal oleh benda benda logam yang ada di sekitar Network Analyzer HP8714C. Hal lain yang juga mempengaruhi adalah terjadinya resonansi dengan banyaknya sinyal WiFi yang ada pada ruangan untuk mengukur antena. Sedangkan yang mempengaruhi perhitungan adalah dimensi dari antena dan pemakaian persamaan dalam perhitungan.

(24)

KESIMPULAN

T k h b h il dif b ik i d k kt i i t 4 l ik t i t h i j k k j

Tekah berhasil difabrikasi dan karakterisasi antena 4 panel mikrostrip patch mempunyai unjuk kerja terbaik mendekati pada frekuensi WiFi 2,4 GHz yaitu 2,397 GHz

Hasil karakterisai antenna berupa return loss pada frekuensi 2400 MHzp p menunjukan angka -22,67 dB yang relatif kecil, menandakan bahwa antena tersebut sudah memiliki kinerja yang bagus, karena suatu antena dikatakan bekerja baik jika RL ≤ -9,54 dB. Sedangkan nilai VSWR terendah bardasarkan bekerja baik jika RL 9,54 dB. Sedangkan nilai VSWR terendah bardasarkan hasil karakterisasi terdapat pada frekuensi 2.397 GHz yaitu sebesar 1.16. Selain itu berdasarkan data nilai VSWR antara 1-1,5 dimulai pada frekuensi 2316 MHz sampai 2541 MHz dengan lebar 225 MHz dengan gain antena 18 dB

sampai 2541 MHz dengan lebar 225 MHz dengan gain antena 18 dB

Pola radiasi horizontal nilai normalisasi 40 dB dengan HPBW (Half Power

Beamwidth)) bernilai 600

Pemuatan program agar memudahkan perhitungan sudah dilakukan. Berdasarkan hasi perhitungan VSWR, koefisien refleksi dan return loss terdapat

(25)

KESIMPULAN

D t dil k k liti l bih l j t d i ik j l h

Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan jumlah array (larik) dan jenis substrat

Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mensimulasikan penelitian yang Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mensimulasikan penelitian yang sudah dilakukan pada tesis ini

Dapat dianalisa lebih dalam dengan pembuatan program yang lebih baikp g p p g y g mengenai perhitungan dan pola radiasi

Pembuatan dimensi antena yang lebih tepat dengan memperhatikan toleransi

k l h hit

(26)

ANTENA PANEL DENGAN STRUKTUR 4 MICROSTRIP PATCH PADA FREKUENSI KERJA 2,4 GHz