PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA MIKROSTRIP LINEAR ARRAY 6 ELEMEN UNTUK FREKUENSI BWA DUAL-BAND 2,4 GHZ DAN 3,3 GHZ

(1)

PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA MIKROSTRIP LINEAR ARRAY 6 ELEMEN UNTUK FREKUENSI BWA DUAL-BAND 2,4 GHZ DAN 3,3 GHZ

Didik Eka Kurniawan¹, Bambang Setia Nugroho², Yuyu Wahyu³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

Abstrak

Antena merupakan suatu perangkat yang memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem komunikasi tanpa kabel (wireless). Antena secara umum berfungsi sebagai pengubah gelombang terbimbing yang dilewatkan pada saluran transmisi menjadi gelombang ruang bebas dan

sebaliknya. Karakteristik antena mikrostrip tunggal di antaranya memiliki bandwidth yang sempit, efiesiensi serta gain yang kecil menjadikannya lebih popular untuk dirancang menjadi antenna susunan.

Pada prinsipnya antena mikrostrip memiliki karakteristik dengan bandwidth yang sempit. Salah satu teknik untuk memperlebar bandwith yaitu dengan menggunakan teknik array. Selain pelebaran bandwidth, teknik array juga dapat meningkatkan gain antena.

Antena yang akan dirancang memiliki aplikasi W-LAN (Wireless-Local Area Network) yang

mempunyai range wilayah frekuensi antara 2.400 MHz – 2.483,5 MHz. Antena ini juga diharapkan akan bekerja dengan baik untuk frekuensi BWA (Broadband Wireless Access), salah satu

aplikasinya adalah WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Untuk WiMAX, antena ini diharapkan bekerja pada frekuensi dual-band 2,4 GHz dan 3,3 GHz dengan range frekuensi 2.300 MHz – 2.490 MHz dan 3,3 GHz -3,5 GHz.

Pada tugas akhir ini akan dirancang antenna mikrostrip linear array 6 elemen dengan polarisasi sirkular dan beroperasi pada frekuensi dual band 2,4 GHz dan 3,3 GHz. Pada antenna ini, semua elemen akan dicatu oleh saluran mikrostrip dengan menggunakan teknik mikrostrip line di mana pencatuan dilakukan dengan cara menghubungkan line pencatuan dengan patch, dimana patch dan line pencatuan menggunakan bahan yang sama Untuk memperoleh parameter hasil

rancangan maka digunakan software Ansoft HFSS 9.2 yang nantinya didapatkan modifikasi yang tepat agar bias beroperasi pada daerah frekuensi kerja yang diinginkan.

Kata Kunci : mikrostrip, array, dual-band, BWA

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

(2)

Abstract

Antenna is a device that has very important benefit in the system communication without cable (wireless). Generally antenna has a function as a modifier guide wave passed in transmission line become free space wave and reverse. The characteristics of single microstrip antenna in between it have a narrow bandwidth, small efficiency, and small gain becomes it more popular to be designed to array antenna.

In the principal, microstrip antenna has characteristic with a narrow bandwidth. One of technique to make a wide bandwidth is by using array technique. Beside width bandwidth, array technique can also increase gain of antenna.

Antenna will designed has application W-LAN (Wireless-Local Area Network) has range frequency 2.300 MHz – 2.483,5 MHz. This antenna is also hoped will work well for frequency BWA

(Broadband Wireless Access), one of the application is for WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). For WiMAX, this antenna is hoped can work in dual band frequency 2,4 GHz and 3,3 GHz with range frequency 2.300 MHz-2.483,5 MHz. and 3,3 GHz-3,5 GHz.

In this Final Task will be designed an array linear microstrip antenna 6 elements with circular polarization and works in dual band frequency 2,4 GHz and 3,3 GHz. In this antenna, all elements will be distributed by microstrip line by using microstrip line technique where the ration is done by connecting ration line with patches, where patches and ration line use the same material. To get the parameter of design result so used Ansoft HFSS 9.2 software then gotten right

modification in order to work in range frequency wanted.

Keywords : microstrip, array, dual-band, BWA

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(3)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Antena merupakan suatu perangkat yang berfungsi sebagai penghubung antara gelombang elektromagnetik di udara dengan saluran transmisi. Dari sekian banyak jenis atau tipe antena, antena mikrostrip merupakan jenis antena yang banyak digunakan karena dapat disesuaikan dengan berbagai macam aplikasi serta proses pabrikasi yang lebih mudah.

Sekarang ini, teknologi komunikasi wireless telah berkembang pesat sehingga kita membutuhkan antena yang dapat mendukung perkembangan teknologi tersebut. Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah antena mikrostrip susunan linier 6 elemen dengan polarisasi sirkular yang beroperasi pada dual-frekuensi yaitu pada frekuensi 2,4 GHz dan 3,3 GHz. Alasan utama diperlukannya perancangan antena mikrostrip susunan adalah untuk meningkatkan efisiensi dan gain antena. Sedangkan alasan penggunaan dual frekuensi adalah supaya efisiensi dalam pembuatan.

Pada dasarnya semakin banyak jumlah elemen yang disusun maka gain antena akan semakin besar. Akan tetapi semakin banyak jumlah elemen yang disusun linier juga kurang efisien karena ukuran antena yang menjadi lebih besar. Sehingga pemilihan jumlah elemen yang akan dirancang dalam tugas akhir ini yaitu 6 elemen, dirasa tepat untuk menghasilkan gain yang cukup besar dengan dimensi antena yang cukup kecil.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penyusunan tugas akhir ini adalah:

Membuat prototype antena mikrostrip susunan linier 6 elemen yang dapat bekerja pada frekuensi dual-band dengan frekuensi tengah 2,4 GHz dan 3,3 GHz.

1.3 Rumusan Masalah

Perumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:

a. Bagaimana merancang dan merealisasikan antena mikrostrip linear array 6 elemen yang berpolarisasi sirkular serta dapat beroperasi pada frekuensi dual-band 2,4 GHz dan 3,3 GHz.

(4)

b. Bagaimana proses pengukuran parameter antena di lapangan dan mencari tahu apakah antena yang direalisasikan sesuai dengan hasil perancangan dan simulasi yang telah dilakukan sebelumnya.

1.4 Batasan Masalah

a. Metode pencatuan antena yang dipakai yaitu metode pencatuan langsung dengan menggunakan saluran mikrostrip.

b. Pembuatan desain dan simulasi menggunakan perangkat lunak (software) Ansoft HFSS v9.2.

c. Spesifikasi teknik antena sebagai berikut:

· Frekuensi kerja: dual-band (2,35-2,45 GHz dan 3,3-3,4 GHz)

· Pola radiasi: unidirectional

· Impedansi karakteristik: 50 Ω

· VSWR: ≤ 1.5

· Gain: ≥ 6 dBi

· Polarisasi: sirkular

· Bandwidth pada VSWR 2 = 200 MHz

d. Pengukuran spesifikasi antena yaitu pengukuran Zin, pengukuran VSWR, lebar pita frekuensi, pengukuran gain, pola radiasi dan polarisasi antena.

1.5 Metode Penelitian

Pembuatan tugas akhir ini menggunakan metode sebagai berikut:

a. Studi literatur dan eksperimen.

Mengumpulkan, mempelajari dan memahami teori-teori yang dibutuhkan dalam pembuatan tugas akhir ini dari buku-buku referensi, artikel, jurnal dan sumber lain yang terkait.

b. Perancangan dan Simulasi

Antena akan dirancang berdasarkan teori yang didapat dari studi literatur yang ada dengan bantuan program Ansoft HFSS v9.2. Kemudian dilakukan simulasi untuk melihat kualitas antena yang telah dirancang. Jika hasil simulasi belum sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, maka antena akan dimodifikasi untuk meningkatkan kualitasnya.

(5)

c. Proses Pabrikasi

Dalam hal ini, proses pabrikasi antena dilakukan oleh pihak lain yang lebih ahli dibidangnya, tetapi dengan rancangan yang telah dibuat sebelumnya dan spesifikasi komponen sesuai dengan yang telah disimulasikan.

d. Pengukuran

Melakukan pengukuran parameter-parameter yang menentukan kualitas antenna.

Pengukuran dilakukan menggunakan alat ukur Network Analyzer, Spektrum Analyzer, dan Function Generator.

e. Analisa

Dari hasil pengukuran yang diperoleh, maka akan dianalisis apakah sesuai dengan spesifikasi pada saat perancangan. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan gambaran kuantitatif terhadap perfomansi antenna.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab ini membahas mengenai penjelasan secara umum tentang antena mikrostrip rectangular dengan polarisasi sirkular serta membahas tentang antena susunan linier.

BAB III Desain dan Simulasi Antena

Bab ini membahas mengenai proses perancangan dan simulasi antena microstrip rectangular susunan linier menggunakan Ansoft HFSS 9.2.

BAB IV Pengukuran dan Analisa

Bab ini berisi prosedur dan proses pengukuran serta analisa dari hasil pengukuran antena yang dibuat. Kemudian membandingkan apakah hasil pengukuran sesuai dengan yang disimuhasil yang diperoleh pada saat simulasi.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi kesimpulan akhir mengenai hasil simulasi dan analisa yang diperoleh serta saran dan harapan untuk pengembangan selanjutnya.

(6)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari proses perancangan dan realisasi antena mikrostrip susunan linier 6 elemen dual-band dalam tugas akhir ini adalah:

1. Antena ini memiliki bandwidth yang sempit untuk VSWR ≤ 1.5 tetapi pengukuran untuk VSWR ≤ 2 bandwidthnya sangat lebar yaitu sebesar 208 MHz pada rentang frekuensi 2320 MHz – 2528 MHz dan 240 MHz pada rentang frekuensi 3225 MHz– 3465 MHz.

VSWR yang terukur pada frekuensi 2.4 GHz yaitu sebesar 1,248 sedangkan pada simulasi diperoleh 2 dan VSWR yang terukur pada frekuensi 3,3 GHz sebesar 1,308 sedangkan pada simulasi diperoleh 1,6.

2. Gain yang diperoleh dari hasil simulasi sebesar 7,3642 dBi pada frekuensi 2,4 GHz dan 7,1283 pada frekuensi 3,3 GHz. Sedangkan dari hasil pengukuran yaitu 7,7 dBi pada frekuensi 2,4 GHz serta 6,93 dBi pada frekuensi 3,3 GHz. Nilai gain yang diperoleh pada perancangan ini cukup baik dikarenakan pemilihan bahan substrat yang sudah sesuai.

3. Impedansi antena untuk frekuensi 2,4 GHz pada simulasi diperoleh 44,7 – j33,05 Ω bersifat kapasitif sedangkan pada pengukuran diperoleh impedansi di titik catuan sebesar 54,461 + j9,801 Ω dan bersifat induktif. Impedansi antena untuk frekuensi 3,3 GHz pada simulasi diperoleh 34,5 + j12,4Ω bersifat induktif sedangkan pada pengukuran diperoleh impedansi dititik catuan sebesar 47,058 - j12,922Ω dan bersifat kapasitif.

4. ila ditinjau dari VSWR ≤ 2 pada pengukuran, maka lebar bandwidth yang diinginkan sudah sesuai (tidak mengalami pergeseran frekuensi).

5. Bentuk pola radiasi yang didapatkan berbentuk unidireksional dengan arah main beam sejajar terhadap strip verticalnya. Pada proses pengukuran terjadi beberapa penyimpangan dibandingkan hasil simulasi karena kondisi pengukuran yang kurang sempurna seperti adanya pantulan sinyal dan kemungkinan adanya sinyal asing yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran.

6. Bentuk polarisasi yang didapatkan adalah polarisasi elips.

7. Perancangan antena enam elemen dual-band dengan teknik menumpuk dua patch antena dengan ketebalan dielektrik yang berbeda ini sangat cocok untuk memperlebar bandwidth sedangkan penggunaan array dapat memperkuat gain antenna.

(7)

5.2 Saran

Untuk mendapatkan performansi antena yang lebih baik pada perancangan berikutnya, terdapat beberapa hal yang bisa dijadikan saran dan sebagai bahan pertimbangan antara lain:

1. Untuk memperoleh gain yang lebih besar, bahan substrat yang digunakan dapat diganti dengan bahan yang memiliki permitifitas relatif lebih kecil atau dapat pula digunakan dua jenis substrat yang berbeda dalam perancangan. Contohnya pencatuan antena dengan metode aperture coupling.

2. Untuk penelitian selanjutnya supaya dimensi antenna yang dibuat lebih kecil tanpa harus mengubah spesifikasi antenna tersebut.

3. Pembuatan antenna mikrostrip dual-band dapat dilakukan dengan cara lain yang lebih praktis yaitu dengan memberikan slot atau dengan menambahkan beban reaktif pada patch antenna.

(8)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Caninsti, Finagista. (2008). Perancangan dan Imlementasi Antena Mikrostrip Susunan Linier 6 Elemen Segi Empat Dengan Polarisasi Sirkular Pada Frekuensi 5.675 – 5.875 GHz. Bandung: Tugas Akhir IT Telkom.

[2] Firnadi, Adhi, (2005) Rancang Bangun Antena Microstrip Dual-Band Pada Frekuensi Kerja 1,8 GHz Dan 2,4, Bandung: Tugas Akhir STT Telkom

[3] Haneishi, M. dan Y. Suzuki. (1989). (Circular polarization and bandwidth) Handbook of Microstrip Antennas IEE Electromagnetic Waves Series 28. Diedit oleh James, J.R dan Hall, P.S. London: Peter Pelegrinus Ltd.

[4] Hirasawa, Kazuhiro and Misao Haneishi. (1992). Analysis, Design, and Measurement of Small and Low-Profile Antennas Artech House, Inc

[5] Kumar, Girish dan Ray, K.P., 2003, Broadband Microstrip Antennas, London: Artech House Boston.

[6] Lee, S.K. and Sambell, A. (2005). “A Design Procedure for A Circular Polarized, Nearly Square Patch Antenna”. Microwave Journal. ed. January. Horizon House Publications, Inc.

[7] Owens, R.P., (1989) Microstrip Antena Feeds, Microstrip Antennas, Handbook of Mictrostrip Antennas – IEE Electromagnetic Waves Series, Diedit oleh James, J.R. dan Hall, P.S., Peter Pelegrinus Ltd., London

[8] Rohman, Nasrur. (2005). Desain dan Realisasi Antena Microstrip Array untuk Aplikasi ETCS 5,8 GHz, Tugas Akhir, ITB, Bandung