BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Umum
Pada penelitian ini, dirancang antena mikrostrip patch segi empat (AMPSE) dualband 1 elemen dan pengembangannya sehingga menjadi AMPSE dualband 2 elemen dengan optimasi pada saluran pencatu T-junction multiple section. AMPSE dualband 2 elemen ini diharapkan dapat mencapai bandwidth broadband yang dapat bekerja pada band frekuensi selular 1800 MHz dan WLAN 802.11b 2400 MHz.
3.2. Spesifikasi Perancangan Antena Mikrostrip Dualband
Secara garis besar, rancangan yang digunakan pada penelitian ini adalah rancangan antena mikrostrip patch segi empat 1 elemen dan 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu. Rancangan tersebut digunakan untuk mengetahui karakteristik dari parameter antena yang telah dicapai dan membandingkannya dengan target penelitian seperti pada Tabel 3.1.
FR1 merupakan frekuensi resonansi pertama pada lower-band selular 1800 MHz. FR2 adalah frekuensi resonansi kedua pada band WLAN 2400 MHz. Bandwidth (BW) lower-band adalah target dari lebar band BW = 170 MHz pada band LTE 1800 MHz (1710 MHz – 1880 MHz). Target BW upper-band adalah 83.5 MHz pada band WLAN 2400 MHz (2400 MHz – 2483.5 MHz). Gain merupakan penguatan antena mikrostrip dualband 2 elemen dengan target gain > 3 dB . Target VSWR AMPSE dualband adalah < 2, target return loss pada RL < - 10 dB dan target lebar berkas antena mikrostrip dengan beamwidth > 650.
3.3. Diagram Alir Penelitian
Parameter yang diperlukan untuk rancangan antena mikrostrip dengan patch segi empat konvensional adalah lebar dan panjang patch, termasuk juga lebar dan panjang dari saluran pencatu. Proses yang dilakukan secara keseluruhan dalam penelitian untuk mendapatkan rancangan antena mikrostrip dengan saluran pencatu dapat digambarkan dengan sebuah diagram alir dari penelitian AMPSE dualband 2 elemen, seperti diperlihatkan pada Gambar 3.1.
Tahap perancangan antena mikrostrip patch segiempat dualband 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
a) Menentukan jenis substrat dan frekuensi kerja.
b) Perhitungan dimensi patch rectangular dengan persamaan teoritis. Untuk menentukan dimensi antena mikrostrip adalah dengan menggunakan Persamaan (2.19) hingga Persamaan (2.23) dimana nilai f1 = 1800 MHz dan f2 = 2400 MHz.
c) Penggunaan simulator untuk mendapatkan rancangan antena optimal dengan menggunakan dimensi rancangan awal antena mikrostrip patch segi empat.
d) Melakukan iterasi simulasi dengan parameter yang diamati adalah nilai VSWR dan return loss.
e) Menambahkan teknik iterasi (perubahan dimensi patch, pencatu, inset dan pergeseran posisi pencatu) untuk mendapatkan nilai parameter optimal dalam simulasi untuk AMPSE dualband 1 elemen.
f) Merancang saluran pencatu untuk AMPSE dualband 2 elemen dengan T-junction multiple section.
g) Merancang AMPSE dualband 2 elemen dengan menggunakan rancangan saluran pencatu dan dimensi patch dari AMPSE dualband 1 elemen.
h) Melakukan pabrikasi antena setelah diperoleh nilai parameter optimal. i) Melakukan pengukuran antena mikrostrip hasil pabrikasi menggunakan
alat ukur.
k) Melakukan pengamatan dan analisis parameter hasil pengukuran antena mikrostrip dengan hasil simulasi.
l) Rancangan antena hasil pabrikasi secara keseluruhan sudah optimal.
3.4. Alat dan Bahan
Peralatan dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Tahap simulasi dibutuhkan perangkat keras komputer/laptop dengan perangkat lunak Simulator microwave office AWR 2004, microsoft excel, microsoft word dan microsoft office visio 2007.
2. Tahap pabrikasi, dibutuhkan bahan material substrate FR4 (epoxy) double side.
3. Tahap pengukuran, diperlukan solder, timah putih, SMA connector (female) dan alat ukur Vector Network Analyzer (VNA) yang memiliki 2 port.
4. Tahap pengujian dibutuhkan smartphone android, signal shield, kabel pigtail dan perangkat lunak aplikasi android.
3.5. Dimensi Antena Mikrostrip
2 dihitung dimensi patch sebagai berikut.
Menentukan nilai lebar patch W dengan menggunakan Persamaan (2.19):
=
2 ( + 1)2
= 3 10 /
2(2,1 10 ) (4 ,4 + 1)2
W = 4,347 cm = 43,35 mm
Untuk keperluan penyesuaian pada grid simulator skala 1:1, maka lebar patch antena mikrostrip menjadi:
W = , ≈
L
Sehingga diperoleh nilai panjang patch L:
L = 3,785 cm = 37,85 mm
Untuk keperluan penyesuaian pada grid simulator skala 1:1, maka panjang patch antena mikrostrip menjadi:
L = 37,85 ≈
3.5.2. Dimensi saluran pencatu
Menentukan lebar saluran pencatu dengan impedansi Z0 = 50 Ω dapat menggunakan Persamaan (2.5) :
= 377
2 √
= 377
2(50)√4,4
=5,64
1,6 = 2
5,64 − 1 − ln(2(5,64) − 1) +4,4 − 12(4,4) ln(5,64 − 1) + 0,39 −0,614,4
=3
Panjang saluran pencatu adalah sepanjang quarter wave atau 1/4 λg. Sehingga kebutuhan panjang saluran pencatu 1/4 λg dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.28) [14]:
=
= 3 10 /2,1 =3002,1 =142,86
= 142,86
√3,28 9
= 78,77
Untuk keperluan penyesuaian pada grid simulator maka panjang saluran pencatu 50 Ω menjadi:
l = 19,69 ≈
3.5.3. Dimensi substrat
Dimensi lebar dan panjang dari substrat antena mikrostrip dapat dihitung sesuai dengan Persamaan (2.29) dan (2.30), sehingga lebar substrat adalah.
= 6ℎ+ = 6 (1,6) + 43
= 9,6 + 43 = 52,6 ≈ 53
Untuk panjang substrat dengan L adalah panjang patch + panjang pencatu, maka :
= 6ℎ+ + = 6(1,6) + (38 + 20)
= 9,6 + 58 = 68,6 ≈ 69
Lebar substrat adalah 53 mm dan panjang substrat adalah 69 mm.
3.5.4. Dimensi saluran T-junction
Gambar 2.9 menunjukkan suatu T-junction simetrikal dengan pembagian impedansinya. Transformer ditunjukkan dengan pembagian pada junction. Transformer menunjukkan perubahan pada impedansi yang juga berpengaruh pada perubahan lebar saluran mikrostrip.
Lebar saluran pencatu 100 ohm dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.5).
= 2 − 1 − ln(2 − 1) + 2− 1 ln( − 1) + 0,39 −0,61
= 377
2 √
= 377
2(100)√4,4
=2,82
1,6 = 2
2,82 − 1 − ln(2(2,82) − 1) +4,4 − 12(4,4) ln(2,82 − 1) + 0,39 −0,614,4
=0,62
Untuk panjang saluran pencatu 100 Ω adalah ¼ λg atau :
= 14(100) =19,7 ≈
dengan ZL=50 Ω dan Z0=100 Ω, maka ZA dan ZB dapat diperoleh nilai impedansi dan lebar saluran mikrostrip nya sebagai berikut.
=100 = 0,550
= = 100 (0,5)
= 84 Ω
= 1,06
= = 100 (0,5) = 59,46 ≈ 60 Ω
= 2,2
Pada perancangan ini memiliki 2 tingkat saluran mikrostrip pada sumbu vertikal sehingga kebutuhan panjang saluran pencatu 1/8 λg dengan Persamaan (2.28) [14]:
=
= 3 10 /2,1 =3002,1 =142,86
= 142,86
√3,28 9
=18(78,77) =9,85
Untuk keperluan penyesuaian pada grid simulator maka panjang saluran pencatu 50 Ω menjadi:
l = 9,85 ≈
Sehingga dihasilkan rancangan saluran pencatu T-junction multiple section pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Rancangan saluran pencatu AMPSE 2 elemen
Rancangan saluran pencatu dengan T-junction multiple section dari Gambar 3.2, dibutuhkan sebagai saluran pencatu pada AMPSE 2 elemen dengan tujuan untuk mendapatkan AMPSE dualband dengan bandwidth lebar (broadband).
3.6. Metode Simulasi Antena Mikrostrip
Hasil perhitungan AMPSE disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak simulator microwave office AWR 2004.
Berikut adalah tampilan simulator microwave office AWR 2004 dalam tampilan memulai suatu project baru.
Gambar 3.3. Memulai project baru pada AWR microwave office 2004
Dalam membuat project baru, pilih tab project kemudian add EM structure, dilanjutkan new EM structure. Pilih create sehingga menampilkan jendela baru dengan sheet kosong yang dapat di isi dengan bentuk dimensi patch dan saluran pencatu dari hasil perhitungan Sub Bab 3.5.1 dan Sub Bab 3.5.2.
Memulai project baru dalam membentuk layout antena mikrostrip sesuai hasil perhitungan pada sub bab 3.5 yang diperlihatkan pada Gambar 3.4 dengan memilih tabrectangle conductor pada menu EM layout.
Tahap selanjunya adalah menentukan grid pada enclosure, menentukan dielectric layer, menentukan boudaries dan menetukan frekuensi kerja dari AMPSE yang akan disimulasikan.
Gambar 3.5. Menentukan substrateinformation dan frekuensi kerja
enclosure top adalah approximate open (377 Ohm) dan enclosure bottom adalah sebagai perfect conductor.
Parameter pengukuran dapat dibuat melalui tree menu yaitu graph untuk membuat parameter pengukuran VSWR dan return loss. Menentukan parameter dengan add measurement yang disesuaikan dengan kebutuhan analisis.
Gambar 3.6. Menentukan parameter kinerja simulasi AMPSE
Parameter yang dipilih adalah VSWR dan return loss dalam satuan dB. Kedua parameter ini yang kemudian akan menampilkan grafik apabila proses simulasi dijalankan.
Proses simulasi adalah menjalankan proses perhitungan dengan metoda MoM yang telah dijelaskan pada Bab 2. Setelah proses simulasi berakhir maka diperoleh grafik parameter yang sudah diatur sebelumnya yaitu grafik VSWR dan grafik return loss.
Gambar 3.8 Grafik VSWR dan return loss hasil simulasi AMPSE
Gambar 3.9. Layout AMPSE 2 elemen dengan saluran T-junction multiple section
Dimensi Wg dan Lg adalah lebar dan panjang ground plane, Wp dan Lp adalah lebar dan panjang patch, Lf, Lf1, Lf2, Lf3 dan Lf4 adalah panjang sections saluran pencatu hasil perhitungan awal. Gambar 3.9 adalah layout plan AMPSE 2 elemen yang merupakan penggunaan 2 unit patch hasil AMPSE 1 elemen dengan saluran pencatu T-junction multiple section, dengan tujuan untuk mendapatkan antena dualband dan rentang band yang lebar (broadband).
3.7. Metode Pengukuran Antena Mikrostrip
Untuk keperluan pengukuran, dipersiapkan alat ukur Anritsu MT8222A sebagai vector network analyzer yang bekerja pada rentang frekuensi 0 – 4 GHz dan aksesoris pendukung lainnya.
Patch 1 Patch 2 Lg
Wp
Lf Lf2
Wg
Lp
Lf1 Lf2
Lf3 Lf3
3.7.1. Metode pengukuran port tunggal
Merupakan pengukuran parameter sebuah antena tanpa melibatkan antena lain sebagai pemancar atau penerima. Konfigurasi pengukuran port tunggal terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Konfigurasi pengukuran antena mikrostrip dengan port tunggal
Pengukuran port tunggal ini untuk mendapatkan nilai dari antena mikrostrip hasil pabrikasi pada parameter VSWR, return loss dan smith chart.
3.7.2. Metode pengukuran port ganda
Pengukuran port ganda digunakan untuk mendapatkan parameter gain dan pola radiasi yang ilustrasikan seperti pada Gambar 3.11.
Antena pemancar dihubungkan pada port RF-out dan antena penerima dihubungkan pada port RF-in. Untuk pengukuran diberikan jarak tertentu r antara antena pemancar dengan antena penerima.
RF OUT Antena
Mikrostrip
Gambar 3.11. Konfigurasi pengukuran antena mikrostrip dengan port ganda
Pengukuran port ganda, menggunakan 2 unit antena untuk mendapatkan nilai dari antena mikrostrip hasil pabrikasi pada nilai gain dan pola radiasi.
Hasil pengukuran kemudian disimpan dalam file ekstensi vna yang dapat ditampilkan pada perangkat lunak Line Sweep Tools dari Anritsu Company.
Gambar 3.12. Perangkat lunak Line Sweep Tools Alat Ukur VNA
Antena Penerima
Antena Pemancar
Perangkat lunak line sweep tools ini digunakan untuk melakukan analisis parameter hasil pengukuran dari antena mikrostrip hasil pabrikasi.
3.8. Metode Pengujian Antena Mikrostrip
Pengujian antena mikrostrip dilakukan untuk pembuktian bahwa rancangan antena mikrostrip ini dapat bekerja pada perangkat yang sudah ditujukan penggunaan band frekuensi nya, yaitu band selular 4G/LTE 1800 MHz dan Wireless LAN 2400 MHz. Pengujian dilakukan dengan konfigurasi seperti pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Konfigurasi pengujian antena mikrostrip
elektromagnet tetapi medan listrik diruangan tersebut tetap nol. Gelombang elektromagnet yang mengenai ground melewati penghantar akan nol [28].
Efek ini ditemukan oleh Michael Faraday, seorang ilmuwan fisika dan kimia berkebangsaan Inggris. Faraday menyatakan bahwa muatan yang ada pada sangkar konduktor hanya terkumpul pada bagian luar konduktor saja, tidak berpengaruh terhadap bagian dalam. Untuk membuktikan hal ini dibuat sebuah sangkar yang dilapisi dengan logam tipis dan diletakkan didekatnya sebuah muatan tegangan tinggi yang berasal dari generator elektrostatis. Digunakan sebuah elektroskop untuk membuktikan bahwa tidak ada muatan di dalam sangkar.
oleh posisi muatan internal di dalam sangkar. Jadi sangkar akan menimbulkan medan listrik yang sama, hanya dengan diisi oleh muatan yang berada di bagian dalam [28].
Smartphone dengan android operating system dimaksudkan untuk penggunaan perangkat komunikasi pada teknologi band LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz. Sehingga dapat membuktikan bahwa antena mikrostrip hasil penelitian dapat bekerja pada perangkat dual-system pada band 1800 MHz dan band 2400 MHz dengan optimal.
Penggunaan kabel pigtail pada pengujian dimaksudkan sebagai saluran transmisi atau wave guide sinyal LTE 1800 MHz yang diterima antena mikrostrip dari eNode B menuju smartphone yang berada di dalam signal shield dan sebagai wave guide sinyal hotspot tethering WLAN 2400 MHz yang dipancarkan smartphone yang berada di dalam signal shield menuju antena mikrostrip.
Tahap awal, Smartphone1 dimasukkan ke dalam signal shield dan diukur kekuatan sinyalnya tanpa terhubung dengan antena mikrostrip untuk memastikan smartphone1 berada pada kondisi terisolasi dari frekuensi lingkungan sekitarnya.
3.8.1. Pengujian band frekuensi LTE 1800 MHz
pengukuran level sinyal terima pada smartphone1 dengan menggunakan aplikasi android 4G switcher.
3.8.2. Pengujian Band Frekuensi WLAN 2400 MHz
Pada tahap selanjutnya, diaktifkan hotspot tethering WLAN 2400 MHz pada smartphone1 yang berada di dalam signal shield dan terhubung dengan antena mikrostrip melalui kabel pigtail dengan cara induksi, sehingga sinyal Wireless LAN 2400 MHz dapat dipancarkan dan diterima melalui antena mikrostrip. Smartphone2 dipersiapkan diluar signal shield dengan mengaktifkan fitur WLAN 2400 MHz (WiFi) dan dilakukan pengukuran level sinyal pada smartphone2 dengan menggunakan aplikasi android WiFi Analyzer.
Pengujian hasil rancangan antena mikrostrip pada band LTE 1800 MHz dan band WLAN 2400 MHz ini, dilakukan uji download speed test data internet, sehingga dapat membuktikan bahwa antena hasil rancangan dapat bekerja sesuai fungsi dan target penelitian.
3.9. Variabel Penelitian
pola radiasi / beamwidth yang disesuaikan dengan kebutuhan band selular 1800 MHz dan Wireless LAN 2400 MHz.
Pada tahap pengukuran hasil pabrikasi antena mikrostrip, diperoleh parameter yang sama sebagai pembanding dari hasil simulasi termasuk pengamatan pada parameter pola radiasi dan gain.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Umum
Proses untuk mendapatkan hasil dan analisis penelitian antena mikrostrip patch segi empat (AMPSE) dualband, digambarkan seperti diagram pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Diagram proses analisis hasil penelitian
Gambar 4.1 merupakan diagram proses dari penelitian yang terdiri dari :
b) Hasil optimal simulasi AMPSE dualband 1 elemen dan AMPSE dualband 2 elemen, dipabrikasi dan dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat ukur Anritsu MT8222A dengan metoda 1 port dan 2 port.
c) Dilakukan pengujian fungsi secara nyata antena hasil pabrikasi dengan menggunakan perangkat yang bekerja pada band frekuensi teknologi LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
Keseluruhan dari hasil penelitian, dilakukan analisis pada nilai parameter yang diperoleh untuk mendapatkan performansi optimal dan pengaruh dari variabel-variabel yang diteliti. Tahapan analisis terdiri dari:
a) Analisis perbandingan antara hasil simulasi dan pengukuran untuk masing-masing AMPSE dualband (1 elemen dan 2 elemen).
b) Analisis perbandingan pada hasil pengukuran dari AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen.
c) Analisis perbandingan dari hasil pengujian pabrikasi AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen.
d) Analisis menyeluruh pencapaian hasil penelitian AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen.
4.2. Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat 1 Elemen
Berdasarkan rancangan antena mikrostrip patch segi empat (AMPSE) yang telah dilakukan pada sub bab 3.3, selanjutnya dilakukan pemodelan pada simulator microwave office AWR 2004 dan dilakukan simulasi untuk mendapatkan nilai dari parameter yang dibutuhkan terhadap frekuensi kerja. Pada sub bab berikut adalah pembahasan hasil simulasi yang telah dilakukan untuk AMPSE dualband 1 elemen.
4.2.1. Iterasi perubahan dimensi patch
Gambar 4.2 menunjukkan grafik VSWR terhadap frekuensi hasil simulasi rancangan awal dengan perubahan ukuran patch yang merupakan hasil rancangan berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada sub bab 3.51 – 3.53. Untuk penyesuaian grid pada simulator, dilakukan pembulatan dimensi menjadi W= 43 mm dan L= 38 mm. Iterasi dilakukan dengan menambah dan mengurangi ukuran panjang dan lebar patch dari antena mikrostrip patch segi empat sampai dengan diperoleh hasil yang cukup optimal untuk tahapan iterasi selanjutnya.
Pada tahap ini diperoleh nilai optimum dimensi patch adalah panjang L = 29 mm dan lebar W = 40 mm. Nilai VSWR < 2 masih berada hanya pada band 2400 MHz pada nilai F1 = 2432 MHz dan F2 = 2477 MHz dengan nilai VSWR terbaik 1,67.
4.2.2. Iterasi perubahan posisi pencatu
Pada tahap selanjutnya dilakukan iterasi perubahan posisi dari pencatu searah sumbu horizontal dari patch, sehingga diperoleh nilai VSWR yang mulai terbentuk menjadi frekuensi dualband pada band 1800 MHZ dan 2400 MHz. Bentuk antena dapat dilihat pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. AMPSE dualband 1 elemen hasil perubahan posisi pencatu
Pada Gambar 4.3 diperlihatkan dimensi antena mikrostrip segi empat dengan ukuran Wp = 40 mm, Lp = 29 mm, Wg=56 mm, Lg=57 mm, Wp1=32 mm, Lf=20
Wg
Lg Wp
Lp
Wp
1 Lf
mm, Wf=3 mm. Pada iterasi lanjutan ini, rancangan optimal dari antena mikrostrip ini dilakukan pada posisi pencatu yang di geser searah sumbu horizontal, sehingga di peroleh hasil optimal digeser ke arah kanan sejauh 11 mm dari posisi awal yang sebelumnya berada di tengah sumbu horizontal dari patch. Nilai VSWR hasil simulasi diperlihatkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4. Grafik VSWR iterasi perubahan posisi pencatu
4.2.3. Iterasi perubahan dimensi inset dan pencatu
Pada tahap iterasi selanjutnya dilakukan perubahan pada kombinasi dimensi inset dan dimensi saluran pencatu, sehingga diperoleh nilai VSWR yang optimal pada frekuensi band 1800 MHZ dan 2400 MHz.
Nilai VSWR dan dimensi antena mikrostrip hasil simulasi diperlihatkan pada Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.
Gambar 4.5. Grafik VSWR iterasi perubahan dimensi inset dan pencatu
Grafik VSWR hasil dari rancangan akhir AMPSE 1 elemen ini diperlihatkan pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Grafik VSWR rancangan akhir AMPSE dualband 1 elemen
Gambar 4.6 memperlihatkan nilai VSWR optimal pada nilai F1 = 1782 MHz dan F2 = 1819 MHz dengan nilai VSWR terbaik pada 1,07 untuk band frekuensi 1800 MHz. Pada nilai F1 = 2404 MHz dan F2 = 2471 MHz dengan nilai VSWR terbaik pada 1,27 untuk band frekuensi 2400 MHz, yang dianggap sudah memadai dengan target nilai VSWR < 2, namun belum cukup optimal untuk target pencapaian lebar band / bandwidth.
Gambar 4.7. Rancangan akhir AMPSE dualband 1 elemen
Lebar ground plane Wg = 57 mm, panjang ground plane Lg = 56 mm, lebar patch Wp = 40 mm, panjang patch Lp = 29 mm, lebar saluran pencatu wc = 2 mm, panjang saluran pencatu lc = 20 mm, wa = 29 mm, wb = 9 mm, lb = 1 mm, wd = 2 mm. Hasil optimal dari simulasi AMPSE dualband 1 elemen ini kemudian digunakan untuk merancang AMPSE dualband 2 elemen untuk meningkatkan bandwidth.
Tabel 4.1 merupakan hasil akhir pencapaian dari antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen.
Wg
Lg
Lp
Wp
wa
wb
wc wd lc
Tabel 4.1. Pencapaian AMPSE dualband 1 elemen
Tabel 4.1 memperlihatkan capaian bandwidth yang belum memenuhi target, dengan pencapaian bandwidth 21,76% (target 170 MHz) pada band frekuensi LTE 1800 MHz dan 80,24% (target 83,5 MHz) pada band frekuensi WLAN 2400 MHz.
4.3. Hasil Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat 2 Elemen
Antena mikrostrip dualband 1 elemen pada Gambar 4.7 dikembangkan menjadi antena mikrostrip 2 elemen. Menggunakan dimensi patch dan posisi pencatu yang sama dengan AMPSE 1 elemen dilakukan pengembangan dengan iterasi pada simulator AWR microwave office 2004 untuk menghasilkan antena mikrostrip patch segi empat 2 elemen yang tetap dapat bekerja pada frekuensi dualband dan dapat pula memenuhi bandwidth dari kebutuhan teknologi selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz. Gambar 4.8 menunjukkan bentuk rancangan awal antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen.
Parameter Spesifikasi
Fband1 1800 MHz
Fband2 2400 MHz
BW Lower Band 37 MHz
BW Upper Band 67 MHz
Gambar 4.8. Rancangan awal AMPSE dualband 2 elemen
Dimensi patch 1 = dimensi patch 2, hasil dari rancangan AMPSE 1 elemen. Lebar ground plane Wg = 94 mm, panjang ground plane Lg = 54 mm, lebar patch Wp = 40 mm, panjang patch Lp = 29 mm. Dimensi saluran pancatu T-junction multiple section Lf= 10 mm, Lf1 = 20 mm, Lf2 = 10 mm, Lf3 = 5 mm, Lf4 = 10 mm. Hasil rancangan awal saluran pencatu AMPSE 2 elemen merupakan hasil rancangan saluran pencatu T-junction multiple section yang berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada pada Bab 3. Rancangan ini selanjutnya dimodelkan dan disimulasikan pada simulator microwave office AWR 2004.
4.3.1. Iterasi perubahan panjang saluran pencatu
Rancangan awal AMPSE dualband 2 elemen disimulasikan dengan iterasi pada dimensi panjang saluran pencatu. Saluran pencatu yang merupakan saluran mikrostrip T-junction multiple section diiterasi dengan perubahan panjang pada masing-masing bagian saluran mikrostrip nya sampai diperoleh nilai optimal.
Gambar 4.9. Grafik VSWR iterasi perubahan panjang saluran pencatu
Gambar 4.9 memperlihatkan perbaikan grafik nilai VSWR terhadap frekuensi kerja yang mengarah pada frekuensi dualband, yang ditunjukkan pada posisi grafik berada pada nilai VSWR < 2. Pada band 2400 MHz grafik VSWR sudah menunjukkan band yang lebar dari 2180 MHz – 2550 MHz. Hasil iterasi ini cukup optimal untuk band frekuensi 2400 MHz, namun belum optimal pada band frekuensi kerja 1800 MHz yang masih berupa narrowband. Sehingga diperlukan iterasi lanjutan pada dimensi lebar saluran pencatu.
Gambar 4.10. Rancangan AMPSE 2 elemen perubahan panjang pencatu
Dimensi patch 1 = dimensi patch 2, hasil dari rancangan AMPSE 1 elemen. Lebar ground plane Wg = 94 mm, panjang ground plane Lg = 54 mm, lebar patch Wp = 40 mm, panjang patch Lp = 29 mm. Dimensi saluran pancatu T-junction multi section Lf= 13 mm, Lf1 = 18,5 mm, Lf2 = 17 mm, Lf3 = 5 mm, Lf4 = 2,5 mm dan Lf5=12 mm. Pada proses iterasi ini telah dilakukan perubahan hanya pada panjang saluran pencatu. Pada Gambar 4.10 terlihat bahwa section vertikal pertama pencatu terjadi penambahan ukuran panjang dari rancangan awal saluran. Saluran multiple section posisi horizontal terdapat perubahan kombinasi dari pengurangan dan penambahan panjang saluran mikrostrip.
4.3.2. Iterasi perubahan lebar saluran pencatu
Langkah selanjutnya dari hasil simulasi perubahan panjang saluran pencatu, dilakukan iterasi perubahan pada dimensi lebar saluran pencatu T-junction pada
masing-masing section nya. Saluran pencatu yang merupakan saluran mikrostrip T-junction multiple section diiterasi dengan perubahan panjang pada masing-masing bagian saluran mikrostrip nya sampai diperoleh nilai optimal.
Gambar 4.11 merupakan grafik VSWR terhadap frekuensi kerja hasil simulasi iterasi perubahan lebar saluran pencatu T-junction multiple section.
Gambar 4.11. Grafik VSWR iterasi perubahan lebar saluran pencatu
Gambar 4.12 merupakan grafik VSWR AMPSE dualband 2 elemen optimal hasil simulasi dari iterasi perubahan panjang dan lebar saluran pencatu terhadap rancangan awal.
Gambar 4.12. Grafik VSWR hasil akhir simulasi AMPSE dualband 2 elemen
Gambar 4.12 memperlihatkan perbaikan grafik nilai VSWR terhadap frekuensi kerja yang mengarah pada frekuensi dualband, yang ditunjukkan pada posisi grafik berada pada nilai VSWR < 2. Pada band 1800 MHz grafik VSWR sudah menunjukkan band yang lebar dari 1705 MHz – 1880 MHz. Nilai VSWR terbaik band 1800 MHz berada pada nilai 1,297 pada frekuensi 1738 MHz.
Gambar 4.13 merupakan hasil rancangan akhir dari simulasi optimasi saluran pencatu T-junction multiple section antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen.
Gambar 4.13. Rancangan akhir AMPSE dualband 2 elemen
Dimensi patch 1 = dimensi patch 2, hasil dari rancangan AMPSE 1 elemen. Lebar ground plane Wg = 94 mm, panjang ground plane Lg = 54 mm, lebar patch Wp = 40 mm, panjang patch Lp = 29 mm, gap antar patch G = 7,5 mm. Dimensi saluran pancatu T-junction multi section, wa = 2,5 mm, la = 13 mm, wb = 1 mm, lb = 18,5 mm, wc = 1,5 mm, lc = 17 mm, wd = 1,5 mm, ld = 5 mm, we = 2,5 mm, le = 4,5 mm, wf = 2,5 mm, lf = 4,5 mm, wg = wh = 2 mm, lg = lh = 9,5 mm.
Hasil simulasi optimal AMPSE dualband 2 elemen ini kemudian dipabrikasi untuk dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat ukur Anritsu MT8222A dan
selanjutnya dilakukan pengujian fungsi dan kinerja pada perangkat yang bekerja pada teknologi band selular 1800 MHz dan band WLAN 2400 MHz.
Berikut adalah hasil akhir impedansi karakteristik dari bagian-bagian saluran pencatu T-junction multi section seperti yang di perlihatkan pada Gambar 4.14.
Gambar 4.14. Rancangan akhir optimasi saluran pencatu AMPSE dualband 2 elemen
Gambar 4.14 menunjukkan hasil akhir impedansi karakteristik rancangan optimasi saluran pencatu dari setiap section nya untuk antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen pada band selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
4.4. Hasil Pengukuran AMPSE 1 Elemen Dan 2 Elemen
Rancangan optimal yang telah dicapai berdasarkan hasil simulasi, selanjutnya dipabrikasi dan dilakukan pengukuran. Pabrikasi dilakukan dengan menggunakan sistem komputerisasi untuk mendapatkan hasil yang lebih presisi yang diperlihatkan pada Gambar 4.15. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Vector Network Analyzer Anritsu MT8222A di lokasi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun parameter yang diukur adalah VSWR, return loss, pola radiasi dan gain.
Gambar 4.15. AMPSE 1 elemen dan 2 elemen hasil pabrikasi
Gambar 4.15 merupakan antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen dan 2 elemen hasil pabrikasi yang merupakan representasi dari hasil akhir simulasi optimal. Ukuran dimensi AMPSE 1 elemen seperti pada Gambar 4.7 dan ukuran AMPSE 2 elemen seperti pada Gambar 4.13. Antena ini yang kemudian dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat ukur VNA Anritsu MT8222A, baik pengukuran dengan metode 1 port maupun pengukuran dengan metode 2 port.
Hasil pengukuran dibagi menjadi 2 bagian, yaitu hasil pengukuran AMPSE 1 elemen dan hasil pengukuran AMPSE 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu. Hasil pengukuran kedua antena ini kemudian dianalisis untuk mendapatkan
performansi terbaik dan pengaruh dari optimasi dalam mendapatkan parameter optimal.
4.4.1. Hasil pengukuran AMPSE 1 elemen
Hasil pengukuran menggunakan alat ukur VNA Anritsu MT8222A metoda satu port, menghasilkan grafik capaian VSWR, return loss dan smith chart seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.17 – Gambar 4.19.
Masing-masing Gambar menunjukkan grafik pencapaian parameter yang dibutuhkan untuk menentukan performansi antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen dengan pengukuran seperti Gambar 4.16 berikut.
Gambar 4.16. Pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dengan alat ukur VNA
ini kemudian disimpan dalam file dengan ekstensi vna yang selanjutnya dapat dibaca dan dianalisis pada perangkat lunak Line Sweep Tools produk dari Anritsu Company.
Dari hasil pengukuran, diperoleh grafik parameter antena yang dapat dianalisis performansinya terhadap frekuensi kerja yang dibutuhkan dalam penelitan, yaitu pada band selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
Gambar 4.17. Grafik VSWR pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
Bandwidth adalah sebesar 45 MHz atau 26,47% untuk lower-band selular 1800 MHz dan untuk upper-band WLAN 2400 MHz sebesar 95 MHz atau 84,43% dari target.
Gambar 4.18. Grafik return loss pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
Gambar 4.18 memperlihatkan grafik return loss (RL) dari hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dengan target RL < -10 dB, diperoleh nilai F1 = 1817 MHz dan F2 = 1862 MHz dengan nilai RL terbaik pada -44,62 dB untuk band frekuensi 1800 MHz. Kemudian, pada nilai F1 = 2413 MHz dan F2 = 2508 MHz dengan nilai RL terbaik pada -44,86 dB untuk band frekuensi 2400 MHz. Grafik RL hasil pengukuran cukup memadai untuk nilai RL < -10 dB yang bekerja pada frekuensi dualband, namun belum cukup optimal untuk target pencapaian total bandwidth.
Gambar 4.19 merupakan diagram smith chart dari hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen.
Gambar 4.19. Smith chart pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
4.4.2. Hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
Hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen menggunakan alat ukur VNA Anritsu MT2888A satu port, menghasilkan grafik pencapaian VSWR, return loss dan smith chart seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.21 – Gambar 4.23.
AMPSE dualband 2 elemen ini merupakan pengembangan dari AMPSE dualband 1 elemen dengan optimasi saluran pencatu.
Masing-masing grafik menunjukkan pencapaian parameter yang dibutuhkan untuk menentukan performansi antena mikrostrip patch segi empat 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu.
Gambar 4.20 menampilkan gambar pengukuran antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen dengan menggunakan alat ukur Anritsu MT8222A pada metode pengukuran 1 port.
Gambar 4.20 memperlihatkan tampilan layar dari alat ukur VNA Anritsu MT8222A untuk pengukuran 1 port AMPSE dualband 2 elemen. Hasil pengukuran ini kemudian disimpan dalam file ekstensi vna yang selanjutnya dapat dibaca dan dianalisis pada perangkat lunak line sweep tools produk dari Anritsu Company.
Dari hasil pengukuran, diperoleh grafik dari parameter antena yang dapat dianalisis performansinya terhadap frekuensi kerja yang dibutuhkan dalam penelitan, yaitu pada frekuensi band selular 1800 MHz dan band WLAN 2400 MHz. Parameter yang diperoleh dari hasil pengukuran adalah VSWR, return loss (RL), pola radiasi dan gain.
Gambar 4.21. Grafik VSWR pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
terbaik pada 1,26. Grafik VSWR hasil pengukuran ini dianggap sudah sesuai dengan target nilai VSWR < 2 untuk frekuensi kerja dualband dan optimal dalam target pencapaian lebar band / bandwidth.
Pencapaian bandwidth adalah sebesar 100% untuk lower-band 1800 MHz dan sebesar 100% untuk upper-band 2400 MHz.
Gambar 4.22 adalah grafik pencapaian AMPSE dualband 2 elemen pada parameter return loss (RL).
Gambar 4.22. Grafik Return loss (RL) pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
pengukuran ini cukup memadai untuk nilai RL < -10 dB yang bekerja pada frekuensi dualband.
Gambar 4.23 merupakan diagram smith chart dari hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen.
Gambar 4.23. Smith chart pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
4.5. Analisis Hasil Simulasi Dan Pengukuran Antena Mikrostrip
Berdasarkan hasil simulasi pada Sub Bab 4.1 dan hasil pengukuran pada Sub Bab 4.2, dilakukan analisis perbandingan antara keduanya untuk mendapatkan faktor dan peningkatan nilai variabel dari parameter antena mikrostrip.
4.5.1. Analisis AMPSE dualband 1 elemen
Berikut ini adalah analisis dari AMPSE dualband 1 elemen yang menunjukkan hasil dari simulasi dan hasil pengukuran serta perbandingan dari keduanya dalam mendapatkan faktor peningkatan nilai dari parameter antena mikrostrip.
Gambar 4.24. Grafik VSWR simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
VSWR
VSWR vs Frekuensi
Gambar 4.24 memperlihatkan perbandingan grafik VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen. Frekuensi kerja dualband dapat dicapai baik dari hasil simulasi maupun hasil pengukuran. Hal ini menunjukkan proses simulasi sudah sesuai dengan prosedur dalam memperoleh antena mikrostrip yang bekerja pada frekuensi dualband yang dibuktikan dengan hasil dengan pola yang hampir sama dengan pengukuran. Tabel 4.2 berikut adalah perbandingan hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada AMPSE dualband 1 elemen.
Tabel 4.2. VSWR hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
Lower-band 1800 MHz Upper-band 2400 MHz
Hasil F1
(MHz) (MHz) F2 Optimal VSWR (MHz) BW (MHz) F1 (MHz) F2 Optimal VSWR (MHz) BW Simulasi 1782 1819 1,07 37 2404 2471 1,27 67 Pengukuran 1817 1862 1,01 45 2413 2508 1,01 95
Pada band selular 1800 MHz, hasil pengukuran bergeser ke arah kanan sebesar 35 MHz dan bandwidth terbaik berada pada hasil pengukuran dengan selisih perbedaan sebesar 8 MHz. Nilai VSWR hasil pengukuran adalah terbaik dengan VSWR 1,01 pada frekuensi 1841 MHz.
Gambar 4.25. Grafik RL simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
Gambar 4.25 memperlihatkan grafik return loss (RL) perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen. Frekuensi kerja dualband dapat dicapai, baik dari hasil simulasi maupun hasil pengukuran. Hal ini menunjukkan proses simulasi sudah sesuai dengan prosedur dalam memperoleh antena mikrostrip yang bekerja pada frekuensi dualband yang dibuktikan dengan hasil grafik return loss (RL) yang memiliki pola hampir sama dengan pengukuran. Tabel 4.3 berikut adalah hasil perbandingan hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada AMPSE dualband 1 elemen.
Tabel 4.3. RL hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 1 elemen
Lower-band 1800 MHz Upper-band 2400 MHz
Hasil (MHz) F1 (MHz) F2 RL Optimal (dB) (MHz) F1 (MHz) F2 RL Optimal (dB)
Simulasi 1760 1841 -31,47 2404 2485 -19,32 Pengukuran 1817 1862 -44,62 2413 2508 -44,86
Return l
Pada band selular 1800 MHz, hasil pengukuran bergeser ke arah kanan sebesar 57 MHz dan bandwidth paling optimal berada pada hasil simulasi dengan selisih perbedaan sebesar 36 MHz. Nilai return loss optimal hasil pengukuran adalah -44,62 dB pada frekuensi 1841 MHz.
Untuk band WLAN 2400 MHz yang dibandingkan dengan hasil simulasi, hasil pengukuran bergeser sedikit ke arah kanan sebesar 9 MHz dan bandwidth terbaik berada pada hasil pengukuran dengan perbedaan sebesar 14 MHz. Nilai return loss optimal hasil pengukuran adalah -44,86 dB pada frekuensi 2449 MHz.
Pengukuran dengan metode 2 port menggunakan alat ukur Anritsu MT8222A, diperoleh parameter pola radiasi. Gambar 4.26 berikut adalah pola radiasi dari hasil pengukuran dan hasil simulasi AMPSE dualband 1 elemen.
(a) (b)
Gambar 4.26 (a) merupakan tampilan pola radiasi AMPSE dualband 1 elemen pada band frekuensi 1800 MHz dan (b) pada band frekuensi 2400 MHz. Untuk band 1800 MHz terdapat perbedaan pola dan arah posisi main lobe antara hasil pengukuran dengan simulasi. Gambar 4.26 (a) hasil pengukuran band frekuensi 1800 MHz menunjukkan pola radiasi dengan penguatan maksimum main lobe berada pada sudut 200 (kuadran I) dan untuk hasil simulasi menunjukkan pola radiasi dengan penguatan maksimum main lobe berada pada sudut 1000 atau pada kuadran ke-IV. Hal ini disebabkan proses pengukuran tidak dilakukan pada ruang khusus anechoic chamber (ruang bebas echo), sehingga mengakibatkan banyaknya gangguan interferensi dari sinyal dengan frekuensi yang sama yaitu band 1800 MHz dari BTS operator selular disekitar lokasi pengukuran dan refleksi sinyal akibat benda-benda dan dinding di dalam ruangan pengukuran.
Untuk pola radiasi pada band 2400 MHz memperlihatkan pola main lobe yang seragam yang terfokus pada sumbu tegak sudut 0o. Data lengkap hasil pengukuran dan simulasi dapat dilihat pada Lampiran.
4.5.2. Analisis AMPSE dualband 2 elemen
AMPSE dualband 2 elemen ini merupakan pengembangan dari AMPSE dualband 1 elemen dengan optimasi saluran pencatu. Gambar 4.27 memperlihatkan perbandingan grafik VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran pabrikasi AMPSE dualband 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu.
Gambar 4.27. Grafik VSWR simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
Gambar 4.27 memperlihatkan frekuensi kerja dualband dapat tercapai, baik dari hasil simulasi maupun hasil pengukuran. Hal ini membuktikan proses simulasi sudah sesuai dengan prosedur dalam memperoleh antena mikrostrip yang bekerja pada frekuensi dualband yang ditunjukkan dengan hasil simulasi yang memiliki pola hampir sama dengan pengukuran. Tabel 4.4 adalah hasil perbandingan hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada AMPSE dualband 2 elemen.
VSWR
VSWR vs Frekuensi
Tabel 4.4. VSWR hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen kiri 50 MHz dan kanan sumbu horizontal sebesar 29 MHz. Bandwidth terbaik berada pada hasil pengukuran dengan selisih perbedaan sebesar 79 MHz. Nilai VSWR hasil pengukuran adalah optimal dengan VSWR 1,12 pada frekuensi 1863 MHz.
Untuk band frekuensi kerja WLAN 2400 MHz, dibandingkan hasil simulasi, hasil pengukuran bergeser sedikit kearah kanan sebesar 40 MHz dan bandwidth optimal berada pada hasil simulasi dengan selisih perbedaan sebesar 12 MHz. Nilai VSWR hasil simulasi diperoleh lebih optimal dengan VSWR 1,25 pada frekuensi 2434 MHz.
Gambar 4.28 Grafik RL simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
Tabel 4.5 adalah nilai pencapaian dari perbandingan hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada AMPSE dualband 2 elemen.
Tabel 4.5. RL hasil simulasi dan pengukuran AMPSE dualband 2 elemen
Band LTE 1800 MHz Band WLAN 2400 MHz AMPSE 2 elemen melebar ke arah kiri 43 MHz dan kanan sumbu horizontal sebesar 28 MHz dengan bandwidth terbaik berada pada hasil pengukuran dengan selisih
Return los
perbedaan sebesar 71 MHz. Nilai RL hasil pengukuran adalah terbaik dengan RL -25,46 dB pada frekuensi 1862 MHz.
Untuk band WLAN 2400 MHz, hasil pengukuran bergeser sedikit kearah kanan sebesar 31 MHz dari hasil simulasi. Bandwidth optimal berada pada hasil simulasi dengan selisih perbedaan sebesar 4 MHz. Nilai RL hasil simulasi adalah terbaik dengan RL -19,27 dB pada frekuensi 2430 MHz.
Hasil analisis parameter VSWR dan return loss, diperoleh hasil pengukuran dari AMPSE dualband 2 elemen lebih baik dibandingkan dari hasil simulasi.
Gambar 4.29 berikut adalah pola radiasi dari hasil pengukuran dan hasil simulasi AMPSE dualband 2 elemen.
(a) (b)
Gambar 4.29. Pola radiasi AMPSE dualband 2 elemen (a) 1800 MHz (b) 2400 MHz
1800 MHz terdapat keseragaman pola main lobe antara hasil pengukuran dengan simulasi yang terfokus pada arah sumbu datar. Pola radiasi pada band 2400 MHz memperlihatkan pola main lobe yang seragam yang terfokus pada arah sumbu tegak sudut 0o.
4.5.3. Perbandingan AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen
Berikut ini adalah analisis dari perbandingan AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu yang menunjukkan hasil pengukuran serta perbandingan dari keduanya dalam mendapatkan faktor peningkatan nilai dari parameter antena mikrostrip.
AMPSE dualband 2 elemen hasil pabrikasi merupakan pengembangan dari AMPSE dualband 1 elemen dengan optimasi saluran pencatu.
Gambar 4.30 memperlihatkan perbandingan grafik VSWR < 2 hasil pengukuran pabrikasi AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu. Frekuensi kerja dualband dapat dicapai, baik dari AMPSE 1 elemen maupun AMPSE 2 elemen. Peningkatan bandwidth tejadi pada AMPSE 2 elemen, hal ini membuktikan optimasi saluran pencatu sudah sesuai dengan target penelitian dalam memperoleh antena mikrostrip yang bekerja pada frekuensi dualband, yang ditunjukkan dengan tercapainya kebutuhan bandwidth pada band frekuensi kerja selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz. Pencapaian bandwidth pada batas atas dan batas bawah frekuensi kerja dualband adalah tujuan utama dari penelitian ini.
Tabel 4.6 berikut adalah nilai-nilai pencapaian grafik VSWR berupa bandwidth dan frekuensi batas bawah dan batas atas dari perbandingan hasil pengukuran pada AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu.
Tabel 4.6. VSWR hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen
Hasil
Lower-band 1800 MHz Upper-band 2400 MHz
MHz dan 47 MHz. Bandwidth terbaik berada pada hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen dengan selisih perbedaan sebesar 209 MHz. Nilai VSWR < 2 hasil pengukuran AMPSE 1 elemen lebih optimal dengan VSWR 1,01 pada frekuensi 1841 MHz.
Untuk band frekuensi kerja WLAN 2400 MHz, hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen melebar ke arah kiri dan kanan sebesar 34 MHz dan 88 MHz. Bandwidth optimal berada pada hasil pengukuran AMPSE 2 elemen dengan selisih perbedaan sebesar 122 MHz. Nilai VSWR < 2 hasil pengukuran AMPSE 1 elemen lebih optimal dengan VSWR 1,01 pada frekuensi 2449 MHz.
Secara keseluruhan, hasil analisis VSWR < 2 dengan target pencapaian bandwidth, diperoleh hasil pengukuran pabrikasi antena dari AMPSE dualband 2 elemen lebih optimal dibandingkan dengan AMPSE 1 elemen.
Gambar 4.31. Grafik return loss pengukuran AMPSE dualband 1 dan2 elemen
Return los
Gambar 4.31 memperlihatkan perbandingan grafik return loss < -10 dB hasil pengukuran pabrikasi AMPSE dualband 1 elemen dan AMPSE 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu. Frekuensi kerja dualband dapat dicapai, baik dari AMPSE 1 elemen maupun AMPSE 2 elemen. Peningkatan bandwidth tejadi pada AMPSE 2 elemen, hal ini membuktikan optimasi saluran pencatu sudah sesuai dengan target penelitian dalam memperoleh antena mikrostrip yang bekerja pada frekuensi dualband, yang ditunjukkan dengan tercapainya kebutuhan bandwidth pada band frekuensi kerja selular 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
Pencapaian bandwidth pada batas atas dan batas bawah frekuensi kerja dualband adalah tujuan utama dari penelitian ini. Tabel 4.7 berikut adalah pencapian bandwidth dan frekuensi batas bawah dan batas atas dari AMPSE dualband 1 elemen dan AMPSE dualband 2 elemen dengan optimasi pada saluran pencatu berdasarkan grafik return loss < -10 dB Gambar 4.26.
Tabel 4.7. RL hasil pengukuran AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen
pengukuran AMPSE 1 elemen lebih optimal dengan RL -44,62 dB pada frekuensi 1840 MHz.
Untuk band frekuensi kerja WLAN 2400 MHz, hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen melebar ke arah kiri dan kanan sebesar -30 MHz dan 78 MHz. Nilai RL hasil pengukuran AMPSE 1 elemen lebih optimal dengan VSWR -44,86 pada frekuensi 2449 MHz.
Berikut adalah grafik pola radiasi hasil pengukuran AMPSE dualband 1 dan 2 elemen pada band LTE 1800 MHz.
Gambar 4.32. Pola radiasi AMPSE dualband 1 dan 2 elemen band 1800 MHz
untuk AMPSE dualband 2 elemen diperoleh beamwidth sebesar 140o. Nilai beamwidth ini di peroleh dari lebar berkas main lobe pola radiasi antena mikrostrip.
Berikut adalah grafik pola radiasi hasil pengukuran AMPSE dualband 1 dan 2 elemen pada band WLAN 2400 MHz.
Gambar 4.33. Pola radiasi AMPSE dualband 1 dan 2 elemen band 2400 MHz
Dari grafik pola radiasi Gambar 4.33, dapat ditentukan lebar berkas (beamwidth) dari AMPSE dualband 1 elemen dan 2 elemen pada band frekuensi 2400 MHz. Untuk AMPSE dualband 1 elemen diperoleh beamwidth sebesar 150o dan untuk AMPSE dualband 2 elemen diperoleh beamwidth sebesar 90o. Nilai beamwidth ini di peroleh dari lebar berkas main lobe pola radiasi antena mikrostrip.
Secara keseluruhan hasil analisis, hasil pengukuran pabrikasi antena dari AMPSE dualband 2 elemen lebih optimal dibandingkan dengan AMPSE 1 elemen.
1500
4.6. Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan untuk membuktikan fungsi dan manfaat dari antena dapat bekerja pada praktek penggunaan perangkat yang menggunakan teknologi LTE dan WLAN.
Gambar 4.34 menunjukkan bagian-bagian dari peralatan yang dibutuhkan dalam pengujian antena mikrostrip.
Gambar 4.34. Perlengkapan pengujian AMPSE dualband
Peralatan yang diperlukan dalam pengujian adalah sebagai berikut: a) 1 unit antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen b) 1 unit antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen c) 1 unit signalshield bag
d) 1 unit kabel pigtail
e) 2 unit smartphoneandroid
Smartphone1
Smartphone2
Signal shield bag
Tahap awal pengujian adalah tahap penggunaan signal shield bag tanpa penggunaan antena mikrostrip. Unit smartphone android (smartphone1) yang diaktifkan pada jaringan LTE 1800 MHz dan hotspot tethering WLAN 2400 MHz, dimasukkan ke dalam signal shied bag untuk mendapatkan level kuat sinyal dan network type seperti pada Gambar 4.35.
Unit smartphone kedua (smartphone2) yang diaktifkan pada jaringan WLAN/WiFi, digunakan sebagai penerima hotspot WLAN dari smartphone1. Gambar 4.35 menunjukkan tampilan aplikasi WiFi connection manager pada smartphone2 yang menunjukkan hasil pengukuran untuk level sinyal WLAN yang dipancarkan dari smartphone1.
Gambar 4.35. Level sinyal LTE dan WLAN pada smartphone 1 dan 2 tanpa AMPSE
Dari Gambar 4.35 dapat dibuktikan untuk tahap pengujian ini smartphone benar-benar terisolasi dari signal LTE yang berasal dari eNode B LTE operator selular Nasional. Hal ini ditunjukkan dengan tidak diterimanya sinyal LTE pada smartphone1 yaitu sebesar 0 dBm dan pada smartphone2 juga tidak menerima sinyal untuk koneksi WLAN (Not in range).
4.6.1. Hasil pengujian AMPSE dualband 1 elemen
Tahap pengujian digunakan unit AMPSE 1 elemen yang dihubungkan ke dalam signal shield bag dengan menggunakan kabel pigtail yang berfungsi sebagai signal path dengan prinsip induksi pada smartphone1 yang berada di dalam signal shield bag. Konfigurasi pengujian dapat dilihat pada Bab 3 Gambar 3.13.
Dari hasil pengujian ini, diperoleh level sinyal LTE 1800 MHz dari unit smartphone1 yang berada di dalam signal shield seperti Gambar 4.36.
(b)
Gambar 4.36. (a) Level sinyal LTE dan (b) level sinyal WLAN dan uji speedtest
Dari smartphone2 diperoleh level sinyal WLAN 2400 MHz dan pengujian penggunaan data internet yang ditunjukkan dengan aplikasi android speedtest yang diperlihatkan pada Gambar 4.36 (b).
4.6.2. Hasil pengujian AMPSE dualband 2 elemen
Konfigurasi pengujian AMPSE dualband dengan 2 elemen ini dapat dilihat pada Gambar 3.13. Tahapan ini dengan tambahan penggunaan unit AMPSE 2 elemen yang dihubungkan ke dalam signal shield bag dengan menggunakan kabel pigtail yang berfungsi sebagai signal path dengan prinsip induksi pada smartphone pertama yang berada di dalam signal shield bag.
Hasil pengujian ini diperoleh level sinyal LTE dari unit smartphone1 yang berada di dalam signal shield bag seperti Gambar 4.32 (a).
(b)
Gambar 4.37. (a) Level sinyal LTE dan (b) Level sinyal WLAN
Dari smartphone2 diperoleh level sinyal WLAN 2400 MHz dari hasil pengujian seperti pada Gambar 4.37 (b). Pengujian penggunaan koneksi data WLAN yang ditunjukkan dengan aplikasi android speedtest pada Gambar 4.38.
Dari Gambar 4.37 dan Gambar 4.38 dapat diperoleh hasil pengujian berupa perolehan signal strength LTE adalah -70 dBm, kuat sinyal WLAN sebesar -75 dBm dan download speed WLAN 802.11b sebesar 6,62 Mbps. Pada tahap pengujian ini, membuktikan bahwa dengan menggunakan AMPSE dualband 2 elemen dari hasil penelitian dapat bekerja pada frekuensi dualband yaitu pada band frekeunsi LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz.
4.6.3. Analisis hasil pengujian AMPSE dualband
Secara keseluruhan hasil dari pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8. Hasil pengujian AMPSE dualband (LTE/WLAN)
Jenis Pengujian
Tabel 4.8 merupakan hasil pengujian antena mikrostrip dualband yang bekerja pada band frekuensi LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz diperoleh :
dBm untuk AMPSE 2 elemen. Signal strength AMPSE dengan 2 elemen adalah yang terbaik (-70 dBm).
2. Antena mikrostrip patch segi empat, baik dengan AMPSE 1 elemen atau AMPSE 2 elemen dapat bekerja pada frekuensi dualband LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz yang ditunjukkan dengan tampilnya network type LTE untuk band 1800 MHz dan WLAN connected untuk band 2400 MHz. 3. Antena mikrostrip patch segi empat, baik dengan AMPSE 1 elemen atau
AMPSE 2 elemen dapat bekerja pada frekuensi band WLAN 2400 MHz yang ditunjukkan dengan nilai signal strength WLAN -75 dBm untuk 1 elemen dan -75 dBm untuk 2 elemen. Pada band WLAN 2400 MHz performansi signal level dari antena AMPSE 1 elemen dan 2 elemen adalah sama.
4. Antena mikrostrip patch segi empat, baik dengan 1 elemen atau 2 elemen dapat bekerja pada frekuensi dualband LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz yang ditunjukkan dengan nilai speed test pada download speed standar 802.11b pada kecepatan 4,95 Mbps untuk 1 elemen dan 6,62 Mbps untuk 2 elemen. Download speed AMPSE dengan 2 elemen adalah yang terbaik (6,62 Mbps).
Mbps). Pada pengujian ini, walaupun hasil signal strength WLAN adalah sama pada nilai -75 dBm, namun nilai download speedtest AMPSE dualband 2 elemen adalah lebih baik, hal ini disebabkan dari hasil nilai signal strength LTE AMPSE dualband 2 elemen lebih besar senilai 15 dBm dibandingkan AMPSE dualband 1 elemen, yang berfungsi sebagai sumber hotspot WLAN dari smartphone1.
4.7. Analisis Capaian AMPSE Dualband 2 Elemen
Berikut ini merupakan analisis capaian akhir dari hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen dengan optimasi pada saluran pencatu terhadap target penelitian spesifikasi antena.
4.7.1. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
Capaian VSWR dari penelitian dapat dilihat dari Tabel 4.7 dengan nilai optimal hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen untuk lower-band LTE 1800 MHz adalah VSWR = 1,12 pada frekuensi 1863 MHz. Capaian VSWR ini sudah sesuai dengan target penelitian, yaitu pada VSWR < 2.
4.7.2. Bandwidth
Capaian bandwidth merupakan representasi dari capaian VSWR dari grafik Gambar 4.39.
Gambar 4.39. Grafik VSWR capaian bandwidth penelitian
Target penelitian band selular 1800 MHz adalah VSWR < 2 yang diperoleh pada F1 = 1770 MHz dan F2 = 1880 MHz. Pada hasil akhir penelitian ini diperbaiki menjadi VSWR < 1,82 dengan F1 = 1670 MHz dan F2 = 1902 MHz.
Target penelitian band WLAN 2400 MHz adalah VSWR < 2 pada F1 = 2400 MHz dan F2 = 2483,5 MHz. Pada hasil akhir penelitian ini diperbaiki menjadi VSWR < 1,68 dengan F1 = 2400 MHz dan F2 = 2494 MHz.
Parameter bandwidth dapat diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut. A.Lower-band selular 1800 MHz
Diperoleh:
Bandwidth target = 170 MHz (1710/1880) Pencapaian bandwidth:
ℎ = − = 1902 ℎ − 1670
=
= ℎ ℎ 100%
= 232 170 100%
= , %
Sehingga, capaian bandwidth pada band selular 1800 MHz adalah sebesar 136.5% terhadap bandwidth target dengan perbaikan VSWR < 1,82.
B. Upper-band WLAN 2400 MHz Diperoleh:
F1 = 2400 MHz F2= 2494 MHz
Bandwidth target = 83,5 MHz (2400/2483,5) Capaian bandwidth:
ℎ = − = 2494 ℎ − 2400
=
= 83,5 94 100%
= , %
Sehingga, capaian bandwidth pada band WLAN 2400 MHz adalah sebesar 112.5% terhadap bandwidth target, dengan perbaikan VSWR < 1,68.
4.7.3. Return loss
Target capaian penelitian untuk parameter return loss adalah < -10 dB. Capaian nilai RL pada lower-band selular 1800 MHz dan 2400 MHz dapat dilihat pada Tabel 4.8. Nilai optimal hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen untuk band LTE 1800 MHz adalah RL = -25,46 dB pada frekuensi = 1862 MHz. Capaian return loss ini sudah sesuai dengan target penelitian, yaitu pada RL < -10 dB.
Untuk upper-band WLAN 2400 MHz, diperoleh hasil optimal nilai RL = -18,75 dB pada frekuensi = 2439 MHz. Capaian return loss untuk upper-band WLAN 2400 MHz ini sudah sesuai dengan target penelitian, yaitu pada RL < -10 dB.
4.7.4. Pola radiasi dan beamwidth
Dengan diperolehnya nilai beamwidth dari pola radiasi AMPSE dualband 2 elemen, menunjukkan hasil akhir penelitian sudah sesuai dengan target penelitian yaitu pola radiasi beamwidth > 65o.
4.7.5. Gain
Target penguatan dari penelitian adalah gain max > 3 dB. Untuk mendapatkan nilai gain dari hasil pengukuran AMPSE dualband 2 elemen dengan metode pengukuran 2-port dapat menggunakan Persamaan (2.19) – (2.22). Dengan jarak antar antena pemancar dan antena penerima adalah r = 0,3 m, panjang gelombang pada band selular 1800 MHz adalah λ = 0,175 m dan band 2400 MHz adalah λ = 0,123 m, gain system hasil pengukuran VNA band selular 1800 MHz adalah GT = 30,11 dB, band WLAN 2400 MHz GT = 45,35 dB dan gain antena pemancar adalah GA = 7 dB, maka diperoleh gain antena hasil penelitian sebagai berikut.
Lower-band 1800 MHz, diperoleh gain max:
+ = 20log 4 − 10
7 + = 20log 4(3,14)(0,3)0,175 − 10 log (30,11)
= (26,66 − 14,79) − 7
= ,
Upper-band 2400 MHz, diperoleh gain max:
7 + = 20log 4(3,14)(0,3)0,123 − 10 (45,35)
= (29,72 − 16,56) − 7
= ,
Untuk AMPSE dualband 1 elemen, pada lower-band 1800 MHz diperoleh hasil pengukuran GT = 36,10 dB dan upper-band 2400 MHz diperoleh GT = 49,29 dB. Sehingga, gain AMPSE dualband 1 elemen dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.19) – Persamaan (2.22) untuk band selular yaitu 4,08 dB dan band WLAN 2400 MHz adalah 5,79 dB.
4.8. Hasil Penelitian
Berikut adalah hasil akhir penelitian dari optimasi saluran pencatu AMPSE dualband 1 dan 2 elemen pada aplikasi band frekuensi selular 1800 Mhz dan WLAN 2400 MHz.
Tabel 4.9. Hasil penelitian AMPSE dualband 1 dan 2 elemen
Tabel 4.9 memperlihatkan terjadinya peningkatan pada parameter bandwidth dan gain untuk AMPSE dualband 2 elemen dengan dibuktikan pada hasil pengujian yang juga terjadi peningkatan pada nila signal strength dan download speedtest.
4.9. Perbandingan Penelitian Sebelumnya
Tabel 4.10. Perbandingan terhadap hasil penelitian terkait sebelumnya
Judul Penelitian Optimasi Saluran Pencatu
(1) Peningkatan Lebar Pita Dengan Metode Susun dan Stagger Beban saluran Mikrostrip Pada Antena Mikrostrip Segiempat Bekerja Pada Frekuensi 2,3 GHz [29]
(2) Rancang Bangun Antena Mikrostrip Triple-Band Linear Array 4 Elemen Untuk Aplikasi Wimax [30]
(3) On The Design of a F Shaped
Microstrip Antenna Array Using Corporate Feed Network For X Band Applications [31]
Judul Penelitian Optimasi Saluran Pencatu
(5)Optimasi Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Dualband
2 Elemen Pada Aplikasi LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz
Penelitian pada Tabel 4.10 merupakan perbandingan metode dan referensi persamaan, yang digunakan pada penelitian terkait dengan optimasi saluran pencatu antena mikrostrip patch segi empat lebih dari satu elemen. Penelitian nomor (1)-(4) adalah metode dan referensi persamaan yang digunakan pada penelitian terkait optimasi saluran pencatu yang sudah diteliti sebelumnya dibandingkan dengan metode dan referensi persamaan pada tesis ini, yaitu pada judul penelitian (5).
Pada penelitian (1), antena mikrostrip patch segi empat dengan 4 elemen yang dihasilkan dengan pencatu T-junction saluran transformer dengan persamaan ZT = (Zin.Zout)1/2. Bandwidth optimal 124,4 MHz pada band BWA 2,3 GHz, VSWR 1,177 pada frekuensi 2,3125 GHz dan gain sebesar 7,968 dB (single band).
MHz dan gain sekitar 15 dBi. Pada range frekuensi 3,3 GHz diperoleh return loss sebesar -38,86 dB, bandwidth 171 MHz dan gain sekitar 16 dBi. Sedangkan pada range frekuensi 5,8 GHz diperoleh return loss sebesar -21,56 dB dengan gain sekitar 10,5 dBi (triple band).
Judul penelitian (3) merupakan antena mikrostrip array dengan 2 elemen, optimasi saluran pencatu dengan transformer 70 Ω ditempatkan diantara saluran mikrostrip 50 Ω dan 100 Ω. Hal ini menentukan bahwa, persamaan yang digunakan adalah sama dengan penelitian (1) dan (2). Hasil yang diperoleh merupakan hasil dari simulasi dengan frekuensi kerja dualband dengan bandwidth 300 MHz dan gain 9,20 dB pada band 8,6 GHz, bandwidth 210 MHz dan gain 9,19 dB pada band 9,4 GHz.
Judul penelitian (4) merupakan antena mikrostrip array dengan 8 elemen, yang dihasilkan dengan pencatu T-junction saluran transformer dengan persamaan yang sedikit kompleks, namun memiliki pola yang sama dengan persamaan yang digunakan dari penelitian (1) dan (2). Hasil yang diperoleh antena bekerja pada frekuensi dualband dengan bandwidth 140 MHz pada band 900 MHz dan bandwidth 260 MHz pada band 1800 MHz.
frekuensi kerja dualband berada pada band selular/LTE 1800 MHz dan WLAN 2400 MHz dengan capaian bandwidth sudah sesuai standar global, yaitu mencakup band 1710-1880 MHz dan band 2400-2483,5 MHz.
4.10. Analisis Kesalahan Umum
Secara keseluruhan metode penelitian antara simulasi, pengukuran hasil pabrikasi dan pengujian menunjukkan hasil dengan pola yang hampir sama. Terdapat beberapa penyebab dari perbedaan hasil simulasi dengan pengukuran, antara lain :
a) Prosedur simulasi pada simulator AWR tidak memperhitungkan tebal metal dari substrat yang dipakai, pada kenyataannya lapisan metal pada substrat memiliki ketebalan walaupun sangat tipis.
b) Bahan substrat memiliki nilai toleransi konstanta dielektrik substrat yaitu sekitar εr = 4,4 ± 0,1.
c) Simulasi tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran temperatur dan tingkat kelembaban berpengaruh pada propagasi gelombang dan rugi-rugi ruang bebas.
d) Adanya pengaruh frekuensi-frekuensi dan benda-benda yang ada di sekitar pengukuran antena yang dapat menyebabkan interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
a) Perancangan antena mikrostrip patch segi empat 1 elemen dapat mencapai frekuensi kerja dualband. Spesifikasi band selular 1800 MHz diperoleh parameter optimal dengan bandwidth sebesar 45 MHz, VSWR mencapai 1,01, return loss -44,62 dB, HPBW 80o kuadran pertama dan gain 4,08 dB. Band WLAN 2400 MHz diperoleh bandwidth sebesar 95 MHz, VSWR mencapai 1,01, return loss -44,86 dB, HPBW 150o pada arah 0o dan gain 5,79 dB. Bandwidth yang diperoleh masih bersifat narrowband, hal ini disebabkan terbatasnya parameter yang dapat digunakan untuk mengatur (optimasi) nilai impedansi antena, yaitu hanya dioptimalkan pada dimensi patch dan menggeser posisi letak saluran pencatu.
ketiga dan gain 4,87 dB. Upper-band WLAN 2400 MHz diperoleh bandwidth sebesar 94 MHz dengan perbaikan VSWR < 1,68, VSWR terbaik mencapai 1,26, return loss -18,75 dB, HPBW 90o pada arah 0o dan gain 6,16 dB.
c) Hasil perancangan AMPSE dualband 2 elemen dengan optimasi saluran pencatu dibandingkan dengan hasil AMPSE dualband 1 elemen, pada VSWR < 2 mampu meningkatkan nilai bandwidth menjadi 253 MHz atau peningkatan 562% untuk lower-band 1800 MHz dan untuk upper-band 2400 MHz mampu meningkatkan bandwidth menjadi 218 MHz atau peningkatan 229%. Saluran pencatu T-Junction multiple section berfungsi sebagai penghubung antar elemen dari antena mikrostrip 2 elemen atau lebih. Optimasi saluran pencatu dengan kombinasi penggunaan 2 elemen dari dimensi patch AMPSE 1 elemen sebelumnya, dapat menghasilkan bandwidth yang lebih lebar dan gain yang lebih besar.
