SKRIPSI
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN PATCH RECTANGULAR 4 ELEMEN UNTUK APLIKASI WIRELESS FIDELITY 2,4
GHZ
Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sriwijaya
Oleh:
M KHADAFI NUR H 03041181419006
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN PATCH RECTANGULAR 4 ELEMEN UNTUK APLIKASI WIRELESS FIDELITY 2.4 GHz”. Shalawat dan salam tercurahkan kepada Rasullullah SAW, beserta keluarga, sahabat dan insyaallah pengikutnya.
Penulis menyadari, bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Maka dari itu, pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua beserta keluarga besar yang senantiasa mendo’akan kelancaran dalam penulisan skripsi.
2. Bapak Dr. H. Iwan Pahendra Anto Saputra, S.T.,M.T dan bapak Abdul Haris Dalimunthe, S.T,.M.T selaku pembimbing penulis dalam penyusunan tugas akhir dan penulisan skripsi yang telah memberikan bimbingan, nasehat, arahan, dan bantuan kepada penulis dari awal hingga terselesaikannya skripsi ini.
3. Dosen pembimbing akademik bapak IR. H. Ansyori, M.T., yang telah membimbing penulis selama masa perkuliahan dan memberi saran dan masukan dalam pengambilan mata kuliah.
4. Dosen – dosen konsentrasi Teknik Telekomunikasi dan Informaasi, Ibu Puspa Kurniasari S.T.,M.T , ibu Desi Windisari S.T.,M.T, dan ibu Nadia Thereza S.T.,M.T.
5. Sahabat-sahabat penuli Gustiansyah S.T, Fhanca Bella Indonesia S.T, Andrew Threeadi Putra S.T, Setyawan S.T, Basrunnudin S.T, Muhammad Sadam S.T, Achmat Fikri, Renaldo Yoga S.T, M. Pharin Odi, Aniska Bherta S.T, Arif Akbar S.T, Ghina Ollyvia S.T, Maharani Muthia S.T, Winda Mulia Tita S.T , Andreas Eko S.T, Prayudha Teguh S.T , Omega Novianti, Adelia Rahmadani, Rohania, Nyiayu Aisyatul Adawiyyah, Sahirah Inas Taqqiyah, Fadhilah Nila Rochmah, Jihan Salsabila.
6. Keluarga besar Teknik Elektro angkatan 2014, terutama konsentrasi Teknik Telekomunikasi dan Informasi angkatan 2014 dan HME.
7. Adik tingkat angkatan 2015, 2016 , 2017 yang selalu memberi semangat dan dorongan.
8. Keluarga besar Asisten Laboratorium Teknik Telekomunikasi dan Informasi periode 2016-2017 dan 2017-2018
9. Dan pihak-pihak yang sangat membantu dalam penulisan skripsi yang tidak dapat ditulis satu persatu.
Semoga bantuan dan dukungan yang telah diberikan dapat menjadi amal kebaikan dihadapan Tuhan Yang Maha Esa. Dan diharapkan Skripsi ini dapat menjadi sumbangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta dapat menjadi manfaat bagi semua pihak yang terkait.
Palembang, Juli 2019
ABSTRAK
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN PATCH
RECTANGULAR 4 ELEMEN UNTUK APLIKASI WIRELESS FIDELITY 2,4 GHZ (M. Khadafi Nur H. 03041181419006, 2019 xviii + 52 halaman + lampiran )
Salah satu cara mengatasi meningkatnya kebutuhan komunikasi data secara nirkabel melalui Wi-Fi adalah dengan melakukan perbaikan peningkatan perangkat komunikasi seperti antena. Pada penelitian ini dibuat sebuah antena mikrostrip dengan metode array dengan 4 elemen peradiasi berbentuk rectangular, dengan tujuan sebagai penguat penerima sinyal Wi-Fi. Pada penelitian ini, pengujian hasil parameter – parameter antena secara simulasi membuktikan bahwa hasil dari parameter – parameter untuk antena 4 patch metode array mengalami optimasi dibandingkan dengan antena pada internal laptop. Diperoleh hasil untuk parameter antena mikrostrip 4 elemen patch yaitu return loss = - 36,05772 dB, VSWR = 1,0319912, gain = 10,7 dB, dan bandwith = 54,915 MHz. Sementara hasil uji implementasi antena mikrostrip didapatkan hasil yang lebih baik jika dibandingkan dengan antena yang terdapat pada laptop, dengan jangkauan maksimal antena mikrostrip yaitu sejauh 140 meter dan masih mampu menangkap sinyal strenght sebesar -67 dBm sedangkan untuk antena laptop didapat jangkauan maksimal sejauh 140 meter dan mampu menangkap sinyal strenght sebesar -89 dBm.
ABSTRACT
DESIGN OF MICROSTRIP ANTENNA WITH RECTANGULAR PATCHES 4 ELEMENTS FOR 2.4 GHZ WIRELESS FIDELITY APPLICATION (M. Khadafi Nur H. 03041181419006, 2019 xviii + 52 pages + attachment ) One of how to handle the increasing demand communication data wirelessly through wi-fi is to make improvements an increase in communication devices like antennae. In this study made an antenna array with mikrostrip with a method of 4 elements radiator, rectangular shaped with the purpose of the strangest thing. wi-fi receiver. On this research, examining result of the parameters antenna parameters in a simulation prove that the result of the parameters parameters for the antenna 4 patch array method had optimize compared with the antenna of internal laptop. The results for parameter antenna mikrostrip 4 elements patch namely return loss = - 36,05772 dB, VSWR = 1,0319912, gain = 10,7 dB, dan bandwith = 54,915 MHz. Meanwhile result the antennae mikrostrip implementation or better results compared to an antenna that is in laptop, antennae to reach the maximum mikrostrip as far as 140 meters and still to absorb strenght -67 dbm signals of the laptop antennae from as far as 140 meters and reach maximum to absorb strenght signals of -89 dbm.
DAFTAR ISI
COVER ... i
PENGESAHAN ... ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING... iii
INTEGRITAS ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK...vii
ABSTRACT...viii
DAFTAR ISI ...ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR RUMUS...xiii BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 3 1.3. Batasan Masalah ... 3 1.4. Tujuan Penelitian ... 3 1.5. Metode Penelitian ... 4 1.6. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Perangkat Antena ... 6 2.1.1. Definisi ... 6 2.1.2. Fungsi ... 7 2.1.3. Cara Kerja ... 8 2.1.4. Jenis-Jenis ... 9 2.1.5. Antena Mikrostrip ... 10
2.1.5.1. Parameter Antena Mikrostrip ... 11
2.1.5.2. Dimensi Antena Mikrostrip Rectangular Patch ... 17
2.1.5.3. Metode Pencatuan ... 19
2.1.5.4. T-Junction ... 19
2.2. FR4 (Epoxy Fiber Glass) ... 20
2.3. Gelombang Elektromagnetik ... 21
2.4. Wi-Fi (Wireless-Fidelity) ... 21
2.4.1. Definisi Wi-Fi (Wireless-Fidelity) ... 21
2.4.2. Sejarah Wi-Fi (Wireless-Fidelity) ... 22
2.4.3. Elemen Wi-Fi (Wireless-Fidelity) ... 24
2.5. CST Microwave Studio Suite ... 25
2.6. Xirrus Wi-Fi Inspector ... 26
2.7. USB Wireless TP-Link TL-WN722N ... 27
2.7.1. Pengertian ... 27
2.7.2. Keunggulan TP-Link TL-WN722N ... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 29
3.2. Persiapan Hardware ... 29
3.3. Persiapan Software ... 29
3.4. Perancangan Perangkat ... 29
3.5. Tabel Hasil Penelitian Sebelumnya ... 30
3.6. Diagram Alir Rencana Penelitian ... 31
3.7. Perhitungan Dimensi Antena ... 33
3.8. Rencana Rancangan Antena ... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38
4.1. Simulasi Antena ... 38 4.1.1. Desain Antena ... 38 4.1.2. Hasil Simulasi ... 40 4.2. Fabrikasi Antena ... 44 4.3. Pengambilan Data ... 45 4.4. Pembahasan ... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51
5.1. Kesimpulaan ... 51
5.2. Saran ... 52 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima ... 6
Gambar 2.2 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ... 11
Gambar 2.3 Bentuk-Bentuk Patch Pada Antena Mikrostrip. ... 11
Gambar 2.4 Bandwidth ... 12
Gambar 2.5 Pola Radiasi Dari Antena ... 14
Gambar 2.6 Polarisasi Linear ... 16
Gambar 2.7 Polarisai Sircular ... 17
Gambar 2.8 Metode Pencatuan Feed Line ... 20
Gambar 2.9 Metode T-Junction Pada Antena Mikrostrip... 21
Gambar 2.10 Medan listrik dan medan magnet pada medan elektromagnetik ... 22
Gambar 2.11 Tampilan utama Software CST microwave studio suite ... 26
Gambar 2.12 Tampilan utama Software Xirrus Wi-Fi Inspector ... 28
Gambar 2.13 TP-Link TL-WN722N ... 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Mikrostrip Array ... 33
Gambar 3.2 Desain perhitungan teotiris antena mikrostrip. ... 38
Gambar 3.3 Desain antena mikrostrip.... 38
Gambar 4.1 Desain antena mikrostrip rectangular patch 2,4 GHz 4 elemen ... 39
Gambar 4.2 Desain antena mikrostrip rectangular patch 2,4 GHz 4 elemen menggunakan Software CST Studio Suite. ... 40
Gambar 4.3 Frekuensi kerja antena mikrostrip ... 41
Gambar 4.4 Return Loss antena mikrostrip ... 41
Gambar 4.5 Bandwidth antena mikrostrip ... 41
Gambar 4.6 VSWR antena mikrostrip... 42
Gambar 4.7 Gain antena mikrostrip ... 42
Gambar 4.8 Pola radiasi antena mikrostrip... 43
Gambar 4.9 Polarisasi antena mikrostrip ... 43
Gambar 4.10 Polarisasi 3D antena mikrostrip ... 43
Gambar 4.11 T-Junction antena mikrostrip ... 44
Gambar 4.12 Tampak depan (Top Layer) hasil fabrikasi antena mikrostrip ... 45
Gambar 4.13 Tampak belakang(Bottom Layer)hasil fabrikasi antena mikrostrip 45 Gambar 4.14 Proses pengambilan data jarak daya tangkap antena... 46
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Standarisasi WIFI... 25
Tabel 3.5 Hasil Penelitian Sebelumnya ... 31
Tabel 4.1 Nilai dimensi elemen-elemen antena mikrostrip ... 40
Tabel 4.2 Nilai parameter-parameter antena mikrostrip ... 44
Tabel 4.3 Perbandingan hasil pengujian antena laptop dengan antena hasil rancangan dan antena internal laptop (pada komplek pertahanan) ... 47
Tabel 4.4 Perbandingan hasil pengujian antena laptop dengan antena hasil rancangan dan antena internal laptop. (Pada jurusan teknik elektro universitas sriwijaya)... 48
Tabel 4.5 Nilai Parameter antena mikrostrip rectangular patch 2,4 GHz empat elemen. ... 50
DAFTAR RUMUS Rumus 2.1 ... 12 Rumus 2.2 ... 12 Rumus 2.3 ... 13 Rumus 2.4 ... 15 Rumus 2.5 ... 15 Rumus 2.6 ... 15 Rumus 2.7 ... 17 Rumus 2.8 ... 18 Rumus 2.9 ... 18 Rumus 2.10 ... 18 Rumus 2.11 ... 18 Rumus 2.12 ... 18 Rumus 2.13 ... 18 Rumus 2.14 ... 19 Rumus 2.15 ... 19 Rumus 2.16 ... 19 Rumus 2.17 ... 19 Rumus 2.18 ... 19 Rumus 2.19 ... 19 Rumus 2.20 ... 2
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Dalam proses pengiriman sinyal, banyak aspek yang mempengaruhi performance dari proses pengiriman sinyal, Seperti karakteristik antena, dan media rambat dari gelombang elektromagnetik (Balanis,2005). Terdapat banyak jenis transmisi berdasarkan jenis propagasinya yaitu : propagasi skywave, dimana gelombang dipancarkan menuju udara sehingga terjadi pemantulan gelombang terhadap atmosfir. Jenis propagasi selanjutnya yaitu propagasi groundwave, dimana gelombang akan dipancarkan sesuai kontur bumi dan akan merambat melalui permukaan bumi. Kemudian pada propagasi line of sight, dimana pada propagasi ini gelombang dipancarkan langsung menuju receiver tanpa adanya hambatan dalam media rambat. Semua proses ini dapat terjadi karena adanya sebuah komponen penting dalam media telekomunikasi yaitu antena.
Antena adalah sebuah alat yang sangat vital dalam bidang ilmu teknik telekomunikasi, semua kegiatan di era digital ini dapat dilakukan dengan bantuan sinyal yang dipancarkan dari antena. Dengan semakin meningkatnya penggunaan dari komunikasi mobile, teknologi mobile wireless memerlukan peningkatan performance agar dapat memenuhi kebutuhan pengguna yang semakin hari semakin meningkat. Secara umum, antena berfungsi sebagai modifier guide wave yang menyediakan jalur transmit dan juga receive menuju media rambat free space yaitu dalam kasus ini adalah udara pada proses propagasi sinyal. Umumnya antena mentransmisikan gelombang radio yang akan ditumpangkan informasi yang akan dikirimkan menuju antena receiver sesuai tujuan yaitu mengirimkan informasi dari satu tempat ke tempat lainnya. Beberapa karakteristik penting pada antena adalah VSWR (Volt Standing Wave Ratio), pola radiasi, polarisasi, serta impedansi. Ada berbagai macam antena telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan manusia akan informasi yang disebarkan oleh internet atau media lainnya seperti gelombang radio dan satelit yang dapat diakses karena adanya proses propagasi, transmisi, dan penerimaan gelombangmelalui antena sebagai media fisiknya. Salah satu contoh dari antena tersebut adalah antena mikrostrip.
2
Antena mikrostrip adalah sebuah antena yang terdiri dari sebidang substrat yang diberikan media penyebar sinyal yaitu patch yang berfungsi sebagai media rambat daya sebelum ditransmisikan ke udara. Antena ini sangat populer dan diminati karena ukurannya yang kecil, biaya produksi yang rendah, bahan yang sederhana, dan memiliki performance yang cukup baik sehingga pengaplikasian antena ini dapat digunakan pada banyak aplikasi seperti antena wifi, bluetooth, dan gps.
Mikrostrip sebagai salah salah satu antena yang banyak di aplikasikan pada frekuensi tinggi sangat diminati oleh para produsen di dalam pembuatan Wi-Fi. Harga bahan yang murah, instalasi yang mudah, ukuran yang kecil, ringan dan compatible, tentunya sangat diminati oleh para produsen untuk memproduksinya. Di dalam jurnal internasionalnya pada International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) tahun 2013, Pradeep Kumar (Kumar,2013) telah melakukan penelitian tentang “Micro strip Patch Antenna for 2.4 GHz Wireless Applications”. Penelitiannya ini hanya membahas tentang pembuatan antena mikrostrip rectangular patch 2,4 GHz dengan 1 elemen pada rangkainnya. Pada tahun 2017, Eva Yovita Dwi Utami (Utami,2017) di dalam jurnal nasionalnya, yang berjudul “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Persegi Panjang 2,4 GHZ Untuk Aplikasi Wireless Fidelity (WI-FI)” menjelaskan tentang perancangannya terhadap antena mikrostrip rectangular patch 2 elemen dengan menggunakan teknik array pada rangkainnya.
Oleh karena itu, dari beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya mengenai antena mikrostrip dan metode array, penulis tertarik untuk membuat rancangan sebuah antena mikrostrip array dengan menggunakan patch persegi, dengan metode array linier, dan metode T-Junction 50 Ω dalam perancangannya. Untuk itu disini penulis mengangkat judul Rancang bangun antena mikrostrip dengan patch rectangular 4 elemen untuk aplikasi wireless fidelity 2,4 GHz .
1.2.Rumusan Masalah
3
1. Bagaimana perancangan antena mikrostrip array patch rectangular dengan frekuensi kerja 2,4 GHz?
2. Bagaimana mensimulasikan perancangan antena mikrostrip berdasarkan teori dasar yang digunakan dalam penelitian? 3. Bagaimana cara pengujian hasil rancangan antena?
1.3.Batasan Masalah
Penulis akan membatasi bahasan dari penelitian ini pada beberapa hal sebagai berikut :
1. Hanya merancang antena jenis mikrostrip patch persegi. 2. Substrat yang digunakan adalah FR4 (Epoxy).
3. Antena yang dirancang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.
4. Hanya membahas tentang frekuensi kerja, return loss, bandwidth, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), radiation pattern, gain, polarization, directivity, dan efficiency pada antena yang akan dirancang nantinya
5. Tidak membahas konduktansi radiasi antena mikrostrip. 6. VSWR yang digunakan<2.
7. Perancangan simulasi antena menggunakan software CST STUDIO SUITE 2016.
1.4.Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini ialah untuk
1. Mengetahui nilai ukuran-ukuran rancangan antena mikrostrip rectangular patch 4 elemen pada frekuensi 2,4 GHz untuk aplikasi Wi-Fi (Wireless-Fidelity)
2. Merancang antena mikrostrip rectangular patch 4 elemen untuk aplikasi Wi-Fi (Wireless-Fidelity) 2,4 GHz dengan parameter-parameter antena yang diinginkan
4
Pada penelitian ini penulis akan melakukan tahapan tahapan dibawah ini agar penelitian dapat berjalan baik.
1. Studi Literatur
Memahami dan mempelajari materi yang didapat dari jurnal dan tugas akhir, serta buku ilmiah yang berkatian dengan penelitian ini.
2. Simulasi Antena
Melakukan perancangan antena pada software dan melakukan simulasi untuk melihat bagaimana hasil radiasi dari antena secara grafis guna menentukan desain yang sesuai untuk perancangan fisik dari antena
3. Perancangan Antena
Melakukan perancangan fisik antena dengan desain sesuai dari hasil simulasi dan perhitungan yang dilakukan guna memperoleh karakteristik radiasi dengan parameter yang sesuai dengan hasil simulasi.
4. Pengujian Antena
Melakukan pengujian dari antena hasil rancangan dengan menggunakan software commview for wifi dan melakukan analisis.
1.6.Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN
Merupakan bagian yang memuat latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang pengertian antena secara umum mulai dari parameter antena, penjelasan mengenai antena yang akan dirancang, dan metode pencatuan daya antena
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas tentang tahapan yang akan dilakukan dalam penelitian dan prosedur perancangan antena mikrostrip array patch rectangular
5
Pada bab ini penulis ingin membahas mengenai hasil perancangan antena mikrostrip dan analisishasil rancangan antena mikrostrip berdasarkan hasil perhitungan dan pengujian.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari penelitian serta saran dari penulis untuk penelitian selanjutnya.
32
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip Dan Aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[2] Balanis, Constantine. A. 1997. Antenna Theory 2nd ED. John Wiley & Sons, Inc.
[3] Endri, Jon. 2016. Bahan Ajar Parameter-Parameter Dasar Antena. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
[4] Tanjung, Iklimah Sekar. 2013. Receiver Mikrofon Wireless Pada Rancang Bangun Home Theather Dengan Menggunakan Motor DC Sebagai Penggerak Layar TV LCD. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya. [5] Apriliana, Era. 2016. Rancang Bangun Antena Yagi Untuk Mmeperkuat
Penerimaan Sinyal 4G. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
[6] Balanis, Constantine. A. 2005. Antenna Theory 3rd ED. John Wiley & Sons, Inc.
[7] Rambe, Ali Hanafiah. 2012. Antena Mikrostrip : Konsep Dan Aplikasinya. JiTEKH., EDISI I, VOL. 01, 2012.
[8] Khan, Anzar. 2012. Analysis of Five Different Dielectric Substrates on Microstrip Patch Antenna. International Journal of Computer Application Volume 55- No. 18, 2012.
[9] Zhurbenko, Vitality. 2011. ElectromagnetikWaves, Intech.
[10] Sulistya, Yuni. 2017. Rancang Bangun Antena Yagi-Grid Untuk Penguatan Penerimaan Sinyal Wi-Fi. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
[11] IEEE 802.11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications (2012 Revision). IEEE-SA (2012).
[12] IEEE Std. 802.11a, High-Speed Physical Laye In The 5 GHz Band. 2000 [13] Utami, Eva Yovita Dwi. 2017. RANCANG BANGUN ANTENA
MIKROSTRIP PERSEGI PANJANG 2,4 GHZ UNTUK APLIKASI WIRELESS FIDELITY (WI-FI). Universitas Kristen Satya Wacana.. [14] Fakrurazi, Muhammad. 2016. Rancang Bangun Antena Yagi Parabolik
Untuk Sinyal 2,4 GHz Pada System USB Wi-Fi Adapter. Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya.
