Perancangan Dan Realisasi Antena Mikrostrip Patch Sirkular 2.4 Ghz Untuk Aplikasi Wireless Lan

PATCH SIRKULAR 2.4 GHz UNTUK APLIKASI

WIRELESS

LAN

TUGAS AHIR

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh pendidikan Program Sarjana di Jurusan Teknik Elektro

Disusun Oleh : Iryaman 1.31.06.033

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

i

Tugas Akhir ini menguraikan tentang perancangan, simulasi, pembuatan, karakteristik dan implementasi antena mikrostrip patch sirkular yang digunakan dalam komunikasi antar titik jaringan LAN nirkabel (wifi) yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz, dengan menghitung dimensi antena secara teori dan kemudian menggunakan software Ansoft HFSS v11.0 sebagai alat simulasi, sebelum melakukan fabrikasi. Perancangan antena yang diperoleh dari simulasi difabrikasi sesuai dengan spesisikasi rancangan antenna dengan menggunakan PCB yang mempunyai ketebalan substrat 1,6 mm. Karakteristik antena mikrostrip patch sirkular meliputi VSWR, impedansi input, pola radiasi, penguatan (gain) pada frekuensi 2,4 GHz dan diaplikasikan pada link (LOS) dan link (NON-LOS) wireless LAN 2,4 GHz. Tugas Akhir ini menghasilkan pola radiasi yang directional, pengujian parameter - parameter antena mikrostrip patchsirkular ini dilakukan di LIPI. Gain diperoleh dengan cara melakukan perbandingan penguatan antenna mikrostrip patch sirkular dengan antena horn milik LIPI sebagai antena pembanding. Dengan hasil pengukuran untuk VSWR sebesar 1,5 nilai impedansi input 47,02Ω + j10,58Ω, dan gain2,682 dBi.

ii

This final project explain about the design, simulation, realization, characteristic, and implementation of circular patch microstripwhich is used in communication between the point of wireless LAN network whose operated on frequency 2,4 GHz, with the calculating antenna theoretically and the applies software Ansoft HFSS v11.0 as a means of simulation before doing fabrication. Antenna design resulted from the simulation is fabricated appropriate with specification design and using PCB material with the thick of substrat 1,6 mm. Characteristics of circular patch microstrip antenna includes VSWR, input impedance, radiation pattern, gain (gain) at a frequency of 2.4 GHz and applied to the link (LOS) and link (NON-LOS) 2.4 GHz wireless LAN. This final result in a directional radiation pattern, the test parameters - parameters of circular microstrip patch antenna is performed at LIPI. Gain obtained by doing a comparison strengthening circular patch microstrip antenna with horn antenna as the antenna's LIPI comparison. With the results for VSWR measurement by 1.5 input impedance value of 47.02 Ω + J10, 58Ω, and the gain of 2.682 dBi.

iii

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT karena hanya dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan proyek akhir ini dengan judul:

PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SIRKULAR 2.4 GHz UNTUK APLIKASIWIRELESS LAN

Tugas akhir ini kerjakan berdasarkan pada teori yang pernah didapatkan serta bimbingan dari dosen pembimbing tugas akhir. Adapun tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh Pendidikan Program Sarjana di Jurusan Teknik Elektro Universitas Komputer Indonesia.

Penulis menyadari, bahwa masih banyak kekurangan dalam perancangan dan pembuatan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan. Dan semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi para mahasiswa Universitas Komputer Indonesia pada khususnya dan dapat memberikan nilai lebih untuk para pembaca pada umumnya. Serta dapat dijadikan sebagai referensi dikemudian hari guna pengembangan antena mikrostrip.

Bandung, Agustus 2011 Penulis

iv

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih atas segala bantuan dan dukungan hingga terselesaikannya tugas akhir ini:

1. Allah SWT, Sang Maha Pencipta dan Maha Penyayang yang telah memberikan limpahan anugerah serta lindungan pada hamba-Nya yang kecil in sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir inii.

2. Ibu dan Ayah yang tak henti mendoakan dan mendukung baik moril maupun materil serta terus memotivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Adik - adik dan pacar yang telah memberikan dukungan moril serta materil kepada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini.

4. Dr.Ir.Eddy Soeryanto Soegoto, sebagai Rektor Universitas Komputer Indonesia.

5. Bapak Dr.Arry Akhmad Arman, sebagai Dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.

6. Ibu Levy Olivia Nur, MT, selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu, bantuan, bimbingan dan masukan-masukan selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

7. Bapak Muhammad Aria, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.

8. Ibu Tri Rahajoeningroem, MT, selaku Dosen Wali yang selama ini membimbing penulis sehingga sampai ke tahapan terakhir ini.

9. Rekan mahasiswa Rhandy dan Rudi sebagai rekan di lab LIPI pada Tugas Akhir ini yang telah memberikan bantuan dan semangat kepada penulis.

10. Bapak Asep dan Bapak Patrick dari LIPI yang ikut membantu penulis dalam pengukuran.

11. Kepada The Big Family Eceng Ghondok yang selalu membantu didalam kesulitan dalam permasalahan perkuliahan.

12. Semua mahasiswa Teknik Elektro UNIKOM dan juga semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan perlindungan dan memberikan perlindungan dan memberikan balasan yang lebih dikemudian hari. Amin ya raball Alamin.

1

PENDAHULUAN

1.1 _{Latar Belakang}

Bidang telekomunikasi merupakan salah satu bidang yang memegang peranan penting di abad ini. Dengan telekomunikasi orang bisa saling bertukar informasi satu dengan yang lainnya. Seiring dengan perkembangan aktifitas manusia yang semakin mobile maka dituntut pula suatu pola komunikasi yang mudah dilakukan dimana saja. Oleh karena itu, kemudian muncul konsep teknologi komunikasi yang tidak lagi menggunakan media kabel dan pengguna bisa bebas bergerak kemanapun. Sistem komunikasi ini disebut sistem komunikasi mobile wireless,yang merupakan bagian dari sistem komunikasi radio.

Antena merupakan sebuah bagian yang menjadi ciri khas dari sistem komunikasi radio. Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya, antena merupakan bagian yang penting dalam sistem komunikasi sehari - hari. Biasanya antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio dan lain - lain.

Berbagai jenis antena telah banyak diciptakan dan dikembangkan untuk beragam aplikasi seperti radar, telemetri, biomedik, radio bergerak, penginderaan jauh, dan komunikasi satelit. Untuk dapat mendukung teknologi WLAN, antena ini harus compatible, kecil, dan mampu bekerja pada pita frekuensi lebar (broadband). Antena mikrostrip adalah sebuah kandidat yang mampu memberikan kebutuhan tersebut. Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis

antena yang pengembangannya dimulai sejak tahun 1970an dan hingga kini masih menjadi jenis antena yang terus dikembangkan. Berbagai aplikasi komunikasi radio tidak luput dari penggunaan antena ini. Hal yang menjadi alasan dalam pemilihan antena mikrostrip pada berbagai aplikasi adalah bahannya yang sederhana dan murah tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik.

Pada Tugas Akhir ini, akan dilakukan perancangan antena mikrostrip patchsirkular yang dapat diaplikasikan pada sistem WLAN. Perancangan antena ini menggunakan software simulatorAnsoft Designer HFSS v11.0. Dengan judul “PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SIRKULAR 2.4 GHz UNTUK APLIKASI

WIRELESS

LAN” patchsirkular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan dengan patch yang lainnya. Antena mikrostrip dengan patchsirkular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola radiasi, dan frekuensi kerja.

1.2 _{Definisi Masalah}

Definisi masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah.

 Bagaimana perancangan antena mikrostrippatchsirkular untuk wireless LAN?

 Apakah masalah yang sering dihadapi dalam perancangan antena mikrostrip?

1.3 _{Rumusan Masalah}

Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu.

 Apa kelebihan dan kekurangan mikrostrippatchsirkular?

 Apa yang dimaksud dengan antena patchsirkular?

 Bagaimana spesifikasi antena yang diperlukan pada sistem WLAN?

 Spesifikasi apa saja yang terdapat pada antena mikrostrip sirkular?

1.4 _{Tujuan Penulisan}

Dari penelitian ini diharapkan akan diperoleh hasil sebagai berikut.

 Merancang antena mikrostrip berbentuk sirkular yang bekerja pada frekuensi Wireles Local Area Network(WLAN) 2,4 – 2,5 GHz.

 Realisasi pembuatan antena guna melakukan pengukuran dan pengambilan data untuk dilakukan analisa.

1.5 _{Batasan Masalah}

Untuk menghindari permasalahan yang terlalu luas, maka pada tugas akhir ini pembahasan dibatasi sebagai berikut.

 Bekerja pada frekuensi WirelesLAN 2,4 GHz ( 2,4 - 2,5 GHz ).

 Pola radiasinya directional.

 Pada substratmenggunakan bahan FR4epoxy.

 VSWR yang diinginkan≤ 2.

1.6 _{Metode Penulisan}

Untuk menyelesaikan pengerjaan tugas akhir dan mencapai tujuan spesifik yang telah ditetapkan, dilakukan tahapan - tahapan sebagai berikut.

 Tahap studi literatur dan pengumpulan data spesifikasi

Mempelajari literatur - literatur dan berbagai teori dari sumber referensi perpustkaan, jurnal - jurnal di internet, dan buku - buku teks untuk mempelajari mengenai antena mikrostrippatchsirkular.

 Tahap desain antena dan penghitungan dimensi

Pada tahap ini akan dilakukan perhitungan manual mengenai dimensi antena untuk mendapatkan antena dengan spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan yang telah dipelajari di literatur.

 Tahap simulasi dan optimasi

Melakukan simulasi desain antena yang dibuat dengan simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS v11.0. Optimasi antena dilakukan dengan simulasi guna mendapatkan spesifikasi yang diinginkan namun dengan perhitungan yang relevan dan masuk akal.

 Tahap implementasi

Hasil perancangan berupa antena mikrostrip patch sirkular akan diimplementasikan menjadi bentuk jadi sebuah antena mikrostrip patch sirkular.

 Tahap pengukuran dan pengujian

Perangkat keras antena langsung diujicobakan kemudian hasil yang didapat dari pengukuran akan dibandingkan dengan hasil simulasi dan dianalisis.

 Penulisan laporan Penelitian

Tahap selanjutnya adalah evaluasi dan tindak lanjut dari analisis perbandingan hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Hasil perancangan, simulasi dan pengukuran kemudian dituliskan dalam buku laporan tugas akhir.

1.7 _{Sistematika Penulisan}

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut.

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II TEORI PENUNJANG

Bab ini berisi teori tentang Wireless Local Area Network (WLAN) dan juga berisi penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip patch sirkular.

BAB III PERANCANGAN, PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP

PATCH SIRKULAR UNTUK APLIKASIWIRELESS LOCAL AREA NETWORK

Bab ini berisi tentang perancangan antena mikrostrip patch sirkular untuk aplikasi wireless LAN dan hasil yang dicapai dari perancangan tersebut.

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS ANTENA MIKROSTIP

Membandingkan antara hasil pengukuran hardware dengan desain yang sebelumnya dibuat dan disimulasikan. Kemudian setelah dibandingkan, hasil ini dianalisis.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan tentang tugas akhir yang dikerjakan, dan saran - saran untuk rekomendasi pengerjaan tugas akhir di masa mendatang.

7

TEORI PENUNJANG

2.1 Wireless

Teknologi komunikasi wireless adalah suatu operasi komunikasi tanpa menggunakan suatu media yang terlindung atau terbungkus seperti menggunakan media udara sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan sinyal pada setiap tujuannya. Sistem wireless menggunakan suatu gelombang radio atau gelombang elektromagnetik sebagai jalur komunikasinya.

Pada awalnya teknologi wireless ini berasal dari penemuan telegraf yang diciptakan pada tahun 1895, dan terus berkembang sehingga akhirnya saat ini telah banyak terjadi kemajuan di bidang telekomunikasi, contohnya radio, televisi, telepon selular, komunikasi satelit, dan lain - lain. Selain itu masih terdapat beberapa model device yang menggunakan teknologi wireless, yaitu peralatan komputer tanpa kabel seperti keyboard dan mouse wireless, remote control, global positioning system (GPS), dan wireless LAN.

2.2 Local Area Network(LAN)

Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, mudah dan memuaskan serta mengejar efisiensi di segala aspek. Perkembangan karakteristik masyarakat yang seperti ini membuat rekan industri menawarkan jaringanLocal Area Network(LAN).

Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling dihubungkan bersama di dalam satu area tertentu yang tidak begitu luas, seperti di dalam satu kantor atau gedung.

Jaringan komputer adalah sekelompok komputer otonom yang saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya menggunakan protokol komunikasi melalui media komunikasi sehingga dapat berbagi informasi, program - program, penggunaan bersama perangkat keras seperti printer, hard disk, dan sebagainya. Selain itu jaringan komputer bisa diartikan sebagai kumpulan sejumlah terminal komunikasi yang berbeda di berbagai lokasi yang terdiri dari lebih satu komputer yang saling berhubungan.

Jaringan komputer lokal digunakan untuk menghubungkan simpul yang berada di daerah yang tidak terlalu jauh dengan radius 100m - 200m, tergantung jenis kabel penghubung yang digunakan. Kecepatan transfer data pada jaringan lokal ini sedah relatif tinggi yaitu antara 1 - 100 Mbps atau sekitar 125.000 - 125.500.000 karakter per detik sehingga sudah dapat mendukung distribusi data grafis.

Teknologi jaringan lokal berkembang dengan pesat dewasa ini sehingga secara umum jaringan dapat dikelompokkan dalam beberapa kategori berdasarkan kecepatan transmisi datanya, yaitu.

 Jaringan komputer berkecepatan rendah

Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih kecil dari 1 Mbps, biasanya diterapkan untuk percobaan di laboratorium. Contoh jaringan ini adalah Apple talk yang dikembangkan oleh Apple Co.

 Jaringan komputer berkecepatan sedang

Kecepatan transmisi data pada jaringan ini berkisar antara 1 - 20 Mbps dan biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala kecil sampai menengah. Adapun contoh teknologi jaringan ini adalah Ethernet berkecepatan 10 Mbps yang dikembangkan oleh Xeras.

 Jaringan komputer berkecepatan tinggi

Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih dari 20 Mbps. Biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala besar yang menempati gedung bertingkat atau kawasan. Di samping itu data yang ditransmisikan tidak hanya berupa teks melainkan juga data grafis. Adapun teknologi jaringan komputer local untuk kategori ini adalah ATM dan Fast Ethernet.

 Jaringan komputer berkecepatan sangat tinggi

Kecepatan transmisi data pada jaringan ini mencapai 1 Gbps. Teknologi ini digunakan untuk mendukung transmisi data di lingkungan perkantoran berskala besar dan data yang ditransmisikan meliputi data grafis, audio, dan video. Adapun teknologi untuk kategori ini adalah Gigabit Ethernet, yang kompatibel dengan teknologi Ethernetdan Fast Ethernet.

2.3 Wireless Local Area Network (WLAN)

Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan

sebagainya, yang tidak menggunakan media transmisi kabel. Sistem koneksi WLAN adalah dengan menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirim dan menerima data lewat media udara. Dengan komunikasi jaringan yang menggunakan media tanpa kabel, maka diharapkan WLAN dapat meminimalisasikan kebutuhan untuk komunikasi menggunakan kabel, walaupun penggunaan kabel masih tetap ada dalam mendukung aplikasi WLAN.

Penggunaan WLAN tidak akan mengurangi keuntungan yang telah diperoleh dari aplikasi yang lebih tradisional yaitu LAN dengan menggunakan kabel. Hanya saja pada WLAN ini, cara melihat suatu jaringan LAN harus didefinisikan kembali. Konektivitas antar para pengguna tidak lagi mempengaruhi pada saat penginstalasian.

Local Area tidak lagi terbatas diukur dengan menggunakan satuan kaki atau meter, tetapi mil atau kilometer. Infrastrukturnya tidak lagi harus ditanam di bawah tanah atau berada di balik dinding. Kini infrastrukturnya bisa berpindah - pindah dan berubah sesuai dengan kecepatan atau pertumbuhan perusahaan. Selain itu, WLAN sendiri mengkombinasikan hubungan antar data dengan penggunaan yang aktif bergerak, dan melalui konfigurasi yang sederhana maka WLAN dapat berpindah - pindah sesuai dengan kebutuhan pengguna.

WLAN sama seperti sebuah kartu Ethernet yang tidak menggunakan kabel sebagai media penyambungnya, dimana pengguna berhubungan dengan server melalui modem radio. Salah satu bentuk modem radio yaitu PC cardyang digunakan untuk laptop.

Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih

rendah dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran.

2.3.1 Standar Layer Protocol802

Sebelum membahas standar wireless LAN 802.11, kita harus mengetahui dahulu konstruksi layer pada protocol 802. Gambar 2.1 berikut ini menunjukkan perbandingan layer - layer pada protocol 802 dengan model OSI.

Gambar 2.1Perbandingan Layer - layer Pada Protocol 802 Dengan Model OSI Fungsi dari physical layeradalah.

 Encoding / decodingsinyal – sinyal.

 Transmisi dan penerima bit data.

Fungsi dari Medium Access Control(MAC) layer adalah.

 Dalam transmisi, memasukkan data kedalam framedengan addressdan sebagai error detection.

 Dalam penerimaan, memilah framemenjadi data dan address juga sebagai error detection.

Fungsi dari Logical Link Control(LLC) layer adalah.

 Sebagai penghubung ke layer yang lebih tinggi dan melakukan kontrol aliran dan error(kesalahan).

2.3.2 Standar WLAN 802.11

Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema encoding, jenis antena, dan protokol jaringan wireless. Banyaknya variasi jenis tentu saja tidak menguntungkan bagi para pengguna. Untuk itu pada jaringan wireless ditetapkan standarisasi peralatan wireless yang disebut standarisasi IEEE 802.11. Dengan berkembangnya waktu, implementasi dari standar ini semakin populer dan meluas. Penambahan ekstensi di belakang 802.11 dipergunakan untuk mengenali beberapa perbaikan dan tambahan fitur dari standar yang telah ditentukan oleh 802.11. Dari sekian banyak standar, ada empat jenis standar yang sering digunakan dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b, dan 802.11g. Tabel 2.1 menunjukkan standar – standar WLAN 802.11.

Tabel 2.1 Standar – Standar WLAN 802.11

802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps

hingga 2 Mbps

802.11a StandarHigh Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung

hingga 54 Mbps

802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz bandyang mendukung hingga 11

Mbps atau disebut Wi-Fi

802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface

802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk

memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN

802.11g Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHzband,

yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps

802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHzband yang

digunakan di Eropa dan Asia Pasifik

802.11i

Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol Autentifikasi dan Enkripsi

802.11j Penambahan pengalamatan pada kanal 4,9 GHz hingga 5 GHz

untuk standar 802.11a di Jepang

2.3.3 Wireless Channel

Jaringan wireless menggunakan konsep yang sama dengan stasiun radio, dimana saat ini terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan 5 GHz yang bisa dianalogikan sebagai frekuensi radio AM dan FM. Frekuensi 2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g juga dibagi menjadi channel–channel seperti pembagian frekuensi untuk stasiun radio.

Organisasi internasional ITU (International Telecomunication Union) yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya mengijinkan penggunakan channel 11, Eropa hanya menggunakan 1-13, sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia yaitu 1-14. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 WiFi Channel

2.4 Pengertian Antena

Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain.

Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubungsingkat maka akan muncul gelombang berdiri yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang

dengan gelombang yang dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi - konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi maknet total dua kali setiap periode gelombang itu.

2.5 Daerah Antena

Daerah antena merupakan pembatas dari karakteristik gelombang elektromagnetika yang dipancarkan oleh antena. Pembagian daerah di sekitar antena dibuat untuk mempermudah pengamatan struktur medan di masing-masing darah antena tersebut Gambar 2.1 menjelaskan tentang daerah-daerah di sekitar antena.

Untuk D = Dimensi maksimum antena

= . ………..(2.1)

= ……….(2.2)

Ruang - ruang di sekitar antena dibagi ke dalam 3 daerah, yaitu. Daerah – daerah medan antenna :

2.5.1 Daerah Medan Dekat Reaktif

Daerah ini didefenisikan sebagai bagian dari daerah medan dekat di sekitar antena, di mana daerah reaktif lebih dominan. Apabila λ adalah panjang gelombang dan D adalah dimensi terluar antena, untuk kebanyakan antena batas terluar daerah ini adalah :

= . ………..(2.3)

2.5.2 Daerah Medan Dekat Radiasi

Daerah ini didefenisikan sebagai daerah medan antena antara medan dekat reaktif dan daerah medan jauh di mana medan radiasi dominan dan distribusi medan bergantung pada jarak dari antena. Daerah ini sering juga disebut daerah Freshneldimana :

.

≤ <

...(2.4)

2.5.3 Daerah Medan Jauh

Daerah medan jauh Fraunhofer merupakan daerah paling terjauh dari antena di mana distribusi medan tidak lagi bergantung kepada jarak dari antena. Di daerah ini, komponen medan transversal dan distribusi angular tidak bergantung pada jarak radial di mana pengukuran dibuat. Semua spesifikasi diperoleh dari pengukuran yang dilakukan di daerah ini, dengan syarat :

2.6 Parameter Antena

Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter - parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan penguatan.

2.6.1 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan (ratio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu.

= + ...(2.6) Di mana Zin merupakan perbandingan antara jumlah tegangan antara tegangan masuk dan tegangan refleksi (V) terhadap jumlah arus (I) pada setiap titik z pada saluran, berbeda dengan karakteristik impedansi saluran ( ) yang berhubungan dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang.

2.6.2 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan ( ) dan tegangan yang direfleksikan ( ). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (г), yaitu :

di mana adalah impedansi beban (load) dan adalah impedansi saluran lossless.

Koefisien refleksi tegangan (г) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dariг adalah nol, maka :

a. : г = -1 refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat. b. : г = 0 tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matchedsempurna. c. :г= -1 refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah:

=

| |_{| |}

=

|_|г_г|_|

………..(2.8)

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR≤2.

2.6.3 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return lossdapat terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban antena. Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh :

Nilai dari return loss yang baik adalah di bawah -9,54 dB, nilai ini diperoleh untuk nilai VSWR≤ 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

2.6.4 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar.

Gambar 2.3Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwith

Bandwithdapat dicari dengan rumus berikut ini:

BW =

f

2



f

1

f

c

x 100 % ……….. (2.10) Keterangan :

= frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :

a) Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dB.

b) Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidthdapat dicari.

c) Polarizationatau axial ratio bandwidthadalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.6.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (ratio)intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata - rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini:

Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan rumus :

= =

=

………(2.12)

Keterangan :

D = keterarahan

= keterarahan maksimum U = intensitas radiasi maksimum

= intensitas radiasi maksimum

= intensitas radiasi pada sumber isotropic = daya total radiasi

2.6.6 Penguatan (Gain)

Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena ( ) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan rumus :

= , ...(2.13)

Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga.

Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut :

=

.

………(2.14)

2.6.7 Pola Radiasi

Pola radiasi pada sebuah antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematis atau sebuah gambaran grafis dari komponen - komponen radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional.

Gambar 2.4Pola Radiasi Directional

2.6.8 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja antena di mana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena.

2.7 Antena Mikrostrip

Salah satu antena yang paling populer saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini disebabkan karena antena mikrostrip sangat cocok digunakan untuk

perangkat telekomunikasi ukuran.

2.7.1 Pengertian Antena Mikrostrip

Berdasarkan asal (sangat tipis/kecil) dan didefenisikan sebagai salah

bilah/potongan yang mempunyai ukura

Gambar 2.5

Gambar 2.5 menunjukkan struktur dari sebuah antena umum, antena mikrostrip

plane. Patch terletak di paling bawah.

Pada umumnya, emas dan mempunyai bentuk mikrostrip yang sering dibuat, lain. Patch berfungsi seba biasanya terletak di atas

telekomunikasi yang sekarang ini sangat memperhatikan bentuk

an Antena Mikrostrip

asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip

sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil.

Gambar 2.5Struktur Antena Mikrostrip

menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan terletak di atas substrat, sementara groundplaneterletak pada

umumnya, patchterbuat dari logam konduktor seperti tembaga mempunyai bentuk yang bermacam - macam. Bentuk patch yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, lingkaran, dan

berfungsi sebagai pemancar (radiator). Patch dan saluran di atas substrat.Tebal patchdibuat sangat tipis. Substrat

tikan bentuk dan

kata, yaitu micro mikrostrip dapat bentuk seperti

menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip. Secara , dan ground terletak pada bagian

rti tembaga atau patch antena lingkaran, dan

lain-saluran pencatu Substratterbuat

dari bahan - bahan dielektrik. Substrat biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,003 λ0 – 0,05λ0.

Tabel 2.3Nilai Konstanta Dielektrik Beberapa Bahan Dielektrik

Bahan dielektrik Nilai konstanta dielektrik ( )

FR4 Epoxy 4,1 - 4,4

Alumina 9,8

Material sintetik – Teflon 2,08 Material komposit – Duroid 2,2 - 10,8

Ferimagnetik – Ferrite 9 - 16

Semikonduktor – Silikon 11,9

Fiberglass 4,882

Tabel 2.3 menunjukkan nilai permeativitas relatif bahan dielektrik yang sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip. Tampak bahwa semikonduktor (silikon) memiliki nilai yang lebih tinggi dan teflon memiliki nilai yang lebih rendah.

Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling kuat terutama pada daerah pinggiran di antara tepi patch. Untuk performa antena yang baik, biasanya substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri. Oleh sebab itu, kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran, dan performa akan menghasilkan antena mikrostrip yang mempunyai ukuran yang kompak dengan performa yang masih dalam batas toleransi.

2.7.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena mikrostrip juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti pada handphone, missile, dan peralatan lainnya. Pada zaman sekarang, pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah fisik antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya.. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah.

1. Mempunyai bobot yang ringan dan volumeyang kecil.

2. Konfigurasi yang low profile sehingga bentuknya dapat disesuaikan dengan perangkat utamanya.

3. Biaya fabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang besar.

4. Mendukung polarisasi lineardan sirkular.

5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MICs)

6. Kemampuan dalam dual frequencydan triple frequency. 7. Tidak memerlukan catuan tambahan.

Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu. 1. Bandwidthyang sempit.

2. Efisiensi yang rendah. 3. Penguatan yang rendah.

4. Memiliki rugi - rugi 5. Memiliki daya (power 6. Timbulnya gelombang

2.7.3 Jenis – jenis Antena Mikrostrip

Berdasarkan bentuk patch a) Antena mikrostrip b) Antena mikrostrip c) Antena mikrostrip d) Antena mikrostrip e) Antena mikrostrip f) Antena mikrostrip g) Antena mikrostrip

Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada Gambar 2.6

Gambar 2.

rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena power) yang rendah.

Timbulnya gelombang permukaan (surface wave).

jenis Antena Mikrostrip

patchnya antena mikrostrip terbagi menjadi. mikrostrippatch persegi (square)

Antena mikrostrip patchpersegi panjang (rectangular) Antena mikrostrip patch Dipole

Antena mikrostrip patchlingkaran (circular) Antena mikrostrip patchsegitiga (triangular) Antena mikrostrip patch circular ring

Antena mikrostrip patch elips (elliptical) dapat kita lihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6Jenis-jenis Patch Antena Mikrostrip

2.8 Antena Mikrostrip Patch Sirkular

Antena mikrostrip dengan patch sirkular akan memilki performa yang sama dengan antena mikrostrip patchsegi empat. Pada aplikasi tertentu, seperti array, patch sirkular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan dengan patchyang lainnya.

Gambar 2.7Patch Lingkaran (Elips) dan PatchRing

Antena mikrostrip dengan patch sirkular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola radiasi, dan frekuensi kerja. Untuk menganalisis antena mikrostrip patch sirkular ini banyak metode yang telah digunakan, termasuk diantaranya dengan menggunakan model rongga (cavity model), mode matching dengan admitansi tepi, model saluran transmisi umum, persamaan pendekatan integral. Untuk lebih memahami antena mikrostrip patchsirkular ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.

2.8.1 Pemilihan Substrat dan Jari – jari Patch

Pertimbangan memilih substrat untuk antenna mikrostrip patch sirkular sama seperti antena mikrostrip patch persegi panjang, yaitu dimulai dengan memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi - rugi garis singgung. Semakin tebal substrat, di samping secara mekanik akan lebih kuat, akan menigkatkan daya radiasi, mengurangi rugi - rugi konduktor, dan memperbaiki impedansi bandwidth. Bagaimanapun hal ini juga akan meningkatkan berat, rugi - rugi dielektrik, rugi - rugi gelombang permukaan, dan radiasi yang tidak berhubungan dari penyulang pemeriksa. Konstanta substrat dielektrik r memiliki fungsi yang sama seperti ketebalan substrat. Nilai r yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu substrat dengan nilai r ≤ 2.5 lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil. Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang sama ketika menurunya nilai r dari karakteristik antena. Rugi - rugi garis singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi - rugi dielektrik dan oleh karena itu hal ini akan menurunkan efisiensi antena. Bahan yang biasa digunakan sebagai substrat diantaranya adalah honeycomb ( r = 1.07), duroid ( r = 2.32), quartz ( r = 3.8), dan alumina ( r = 10). Jadi substrat yang digunakan haruslah memiliki konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini bertujuan agar diperoleh efisiensi radiasi yang lebih tinggi. Selain itu substrat yang semakin tebal akan meningkatkan impedansi bandwidth. Metalisasi patch dengan jari - jari α ditentukan oleh kondisi resonansi, yaitu Untuk orde yang paling rendah (n = 1) berlaku.

Frekuensi cutoff mode TM pada bumbung gelombang memberikan frekuensi resonansi pada antena mikrostrip dengan tempelan sirkular seperti yang diberikan oleh persamaan :

=

’ _√.

... (2.15)

Dimana ’ = adalah akar turunan fungsi besel (x) pada orde n, merupakan frekuensi kerja TM dengan m dan n adalah mode propagasi yang digunakan, merupakan jari - jari efektif antena , adalah permitifitas bahan dielektrik, selanjutnya untuk menghitung lingkaran mikrostrip antena menggunakan persamaan berikut :

= + + . ...(2.16)

Dimana a adalah jari-jari fisik patch antena dan h adalah ketebalan substrat dielektrik yang digunakan. Dalam perancangan, ukuran yang digunakan untuk jari-jari patch adalah a yang merupakan jari-jari fisik antena. Penggabungan rumus (2.15) dan (2.16) untuk memperoleh jari - jari guna menghasilkan frekuensi resonansi yang lebih teliti, yaitu :

=

’ _√.

...(2.17)

’ adalah akar-akar dari ′ (x) = 0, c adalah kecepatan cahaya = 3 x 108 m/s. Sehingga a dan ae akan hampir sama, dengan penurunan persamaan (2.18). akan diperoleh a, jari-jari fisik mikrostrip sirkular :

=

.

...(2.17)

Keterangan :

a = jari-jari patchantena h = tebal dielektrik (mm)

k = variabel pengganti karena dan dianggap sama = nilai permitivitas

2.8.2 Efek Dari Ukuran Substrat Dan GroundplaneYang Terbatas

Karakteristik antena digambarkan sangat jauh untuk mengasumsikan ukuran yang tidak terbatas dari substrat dan ground plane. Dalam prakteknya ukuran dari keduanya terbatas dan akan mempengaruhi karakteristik yang telah dianjurkan untuk tingkat ketebalan dari substrat. Kishk dan Shafai telah mempelajari efek dari ukuran yang terbatas ini terhadap daerah radiasi dan amplitudo eksitasiuntuk berbagai macam mode. Bhattacharyyatelah menentukan efek dari ukuran yang tetap ini terhadap impedansi input, pola radiasi, efisiensi dan gain.

Radiasi didekat arah broadsideyang utama ditentukan oleh patch. Ukuran dari substrat dan ground plane yang terbatas akan mempengaruhi radiasi didekat arah end-fire, dan khususnya daerah di belakang antena. Hal ini menunjukkan bahwa pola radiasi dari berbagai macam mode tersebut secara sederhananya dapat dikendalikan oleh ukuran ground plane.

2.8.3 Teknik Pencatuan

Antena mikrostrip dapat dicatu dengan beberapa metode. Metode - metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting). Pada metode terhubung, daya RF dicatukan

secara langsung ke patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung. Pada metode tidak terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untuk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperture coupling dan proximity coupling. Dalam hal ini perancangan dilakukan dengan teknik pencatu micristip line.

2.8.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu 50 Ω

Pada saat pengukuran pencatu antenna mikrostrip akan dihubungkan dengan konektor SMA 50 Ω. Dengan demikian dalam perancangan pencatu antenna mikrostrip perlu impedansi masukan ( ) 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi saluran pencatu 50 Ω, dapat dilakukan dengan mencari lebar saluran pencatu. Dengan menggunakan perangkat lunak Em-Talk dan memasukan beberapa parameter yang dibutuhkan, maka secara otomatis akan diketahui nilai lebar impedansi 50Ω. Pada Gambar 2.9 merupakan tampilan dari perangkat lunak Em-Talk, karena pencatuan merupakan hal yang sangat penting dalam antenna mikrostrip perlu adanya ketepatan dalam menentukan pencatu.

Seperti terlihat pada Gambar 2.9, maka didapatkan lebar saluran trnsmisi sebesar 3 mm.

2.9 Simulator AnsoftHFSS v 11.0

Dalam tugas akhir ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS 10.0. Pada HFSS, model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar tetrahedron. HFSS adalah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan performa yang baik untuk pemodelan benda 3 dimensi yang memiliki volume yang berubah - ubah. HFSS ini menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan kedalam suatu bentuk yang mudah untuk dipelajari. Simulator ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung parameter seperti S parameter, frekuensi resonansi, dan medan. Simulator ini khususnya digunakan pada bidang:

 Package Modeling → BGA, QFP, Flip-Chip

 PCB Board Modeling → Power/Ground planes, Mesh Grid Grounds,Backplanes

 Silicon/GaAs → Spiral Inductors, Transformers

 EMC/EMI →Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation

 Antennas/Mobile Communications → Patches, Dipoles, Horns, ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency Selective Surfaces(FSS)

HFSS adalah simulator interaktif yang elemen dasar mesh nya adalah tetrahedron. Hal ini membuat kita dapat menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri 3 dimensi yang berubah - ubah khususnya yang memilki bentuk dan kurva yang kompleks. HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator. Ansoft merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method (FEM) untuk simulasi elektromagnetik dengan mengembangkan serta menerapkan teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing, danAdaptive Lanczos-Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan dari HFSS dapat dilihat pada Gambar 2.10

Gambar 2.10Tampilan Awal Ansoft HFSS v11.0

2.10 Proses Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS v 11.0

Untuk mendapatkan grafik SWR suatu antena, bisa dicari dari nilai koefisien pantul (Г) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan parameter

S. Sebelum mengkomputasi nilai SWR kedalam grafik, maka HFSS Menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema sebagai berikut :

Gambar 2.11Proses Pencarian Solusi HFSS 11.0

Dari Gambar 2.11 dapat dijelaskan bahwa :

 Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS 11.0 ada 3 yaitu driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan tentang antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe solusi driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator.

 Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk

pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasaan lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak pencatuan model (Excitation).

 Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi:

1. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.

2. Nilai maksimum jumlah siklus mesh.Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive.

3. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan

Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya.

36

PERANCANGAN, PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP

PATCH

SIRKULAR UNTUK APLIKASI

WIRELESS LOCAL

AREA NETWORK

3.1 Umum

Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah antena mikrostrip patch sirkular yang dapat digunakan pada sistem wireless LAN baik sebagai penguat antena pada Access Point (AP) ataupun pada sisi terminal (laptop, PC dan PDA). Perancangan antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator antena Ansoft HFSS v11.0.

Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan jenis substrat dan selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatunya. Hasil dari perhtiungan tersebut kemudian disimulasikan dengan simulator Ansoft HFSS v11.0.

Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa karakterisasi berupa perubahan panjang saluran pencatu dan perubahan dimensi patch. Dengan melakukan beberapa simulasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v11.0, dapat diperoleh parameter-parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR,Gainantena dan pola radiasinya.

3.2 Perencanaan Antena Mikrostrip PatchSirkular

Tahapan perancangan antena pertama kali adalah menentukan karakteristik antenna yang diinginkan, dimana telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Karakteristik antena yang dimaksud yaitu frekuensi kerja, return loss, VSWR, dan gain. Pada penelitian ini diharapkan dapat memberikan karakteristik hasil yang diinginkan yaitu.

1. Frekuensi Kerja : 2.4 GHz (2.4-2.5 GHz) 2. Impedansi terminal : 50Ωkoaksial konektor SMA 3. VSWR : ≤ 2

4. Gain : Optimum pada single patch

Setiap substrat memiliki parameter yang berbeda – beda. Oleh karena itu, perlu ditentukan terlebih dahulu jenis substrat yang akan digunakan sebagai antena mikrostrip. Jenis substrat yang digunakan adalah FR4 Epoxy dengan parameter sebagai berikut.

Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat Yang Digunakan

Jenis Substrat FR4 epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif ( r) 4,4

Dielektrik Loss Tangent (tan ) 0.02

Ketebalan substrat (h) 1.6 mm

3.3 Perancangan Dimensi Patch Antena

Antena yang akan dirancang pada tugas akhir ini adalah antena mikrostrip patch sirkular dengan frekuensi kerja 2.45 GHz (2.4 – 2.5 GHz). Untuk perancangan awal digunakan perhitungan pada antena mikrostrip

dengan patch berbentuk lingkaran seperti yang telah dijelaskan sebelumnya.

=

.

√

Karena dan hampr sama, sehingga dapat dibuat suatu variabel baru misalkan .secara matematis dapat ditulis menjadi :

=

.

√

=

.

√

=

.

. √ .

=

1.746

Setelah diperoleh nilai k kemudian dimasukan kedalam rumus berikut dan diperoleh hasil :

=

+ + .

= .

+ . , , . , , _{. , + .}

=

.

. = 1.47 cm = 14.7 mm

3.4 Perancangan Saluran Pencatu 50 Ω

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan perangkat lunak Em-Talk. Untuk nilai = 50 Ω, εr = 4.4, dan h = 1.6 mm, maka didapat lebar pencatu 3 mm.

Dengan demikian saluran pencatu mikrostrip 50 Ωdidapat 3 mm, tahapan berikutnya adalah mencari panjang saluran pencatu mikrostrip 50Ω. Sebelumnya periksa terlebih dahulu perbandingan lebar saluran pencatu mikrostrip 50 Ω terhadap tebal substrat (W/h).

= . = . >

Karena W/h >1, maka nilai konstanta dielektrik efektif menggunakan persamaan berikut.

= + + −

+ /

= . + + . −

+ .

= . + . √ . = . + . . = . + . = .

Dari persamaan diatas maka diperoleh : =

= = ._. / _{= . =}

=

Maka panjang saluran pencatu mikrostrip 50 Ωadalah.

=

= . = .

3.5 Dimensi Groundplane

Untuk dimensi minimum groundplane yang dibutuhkan oleh antena mikrostrip diberikan melalui persamaan berikut.

Ag = 6t + a

t = ketebalan substat

a = panjang saluran pencatu ditambah diameter dimensi patch

Dengan asumsi awal tebal substrat t = 1.6 mm, panjang saluran pencatu 34.205 mm dan diameter patch 29.4 mm, akan diperoleh dimensi minimum groundplane Ag adalah sebesar 73.205 mm. Dalam penelitian ini untuk memudahkan pada saat melakukan kalibrasi antena dimensi groundplane yang digunakan 100 x 100 mm.

3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Sirkular Pada HFSS

Dalam tugas akhir ini, perancangan antena mikrostrip patch sirkular dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu dimulai dengan perancangan patch, perancangan saluran pencatu (feeder), perancangan groundplane, perancangan substrat atas dan bawah, dan perancangan port saluran pencatu. Adapun langkah - langkah untuk membuat model antena ini adalah.

a. Perancangan substrat

Adapun langkah-langkah untuk merancang pacth antena adalah :

 Pilihitem Draw lalu pilih box

 Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)

 Klik attribute tabdan kemudian isi namanya dengan substrat

 Klik material dan kemudian ganti materialnya menjadi FR4 epoxy

 Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya

b. Perancangan patch

Langkah-langkah untuk merancang pacth antena adalah :

 Pilihitem menu Draw lalu pilih cylinder

 Masukkan nilai koordinatnya (arah dan besarnya), dalam hal ini kita harus benar-benar teliti dalam memasukkan nilai koordinat ini

 Klik attribute tabdan kemudian isi namanya dengan patch

 Klik material, kemudian ganti materialnya. Untuk tugas akhirini material patch-nya adalah cooper.

 Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya.

c. Perancangan saluran pencatu

 Pilihitem Draw lalu pilih box

 Klik attribute tabdan kemudian isi namanya dengan feeder

 Klik material kemudian ganti materialnya menjadi cooper

 Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya

d. PerancanganGroundplane

 Pilihitem Draw lalu pilih box

 Masukkan nilai koordinatnya (arah dan besarnya)

 Klik attribute tab dan kemudian isi namanya dengan ground

 Klik material kemudian ganti materialnya menjadi cooper

 Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya

e. Perancangan port saluran pencatu

 Pilihitem Draw lalu pilih rectangle

 Tetapkan porosnya, yang menjadi poros adalah sumbu z

 Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)

 Klik attribute tabdan kemudian ganti buat orientasinya menjadi global

 Kemudian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya

f. Perancanganboundary

 Pilihitem Draw lalu pilih box

 Masukkan nilai koordinatnya (besar dan arahnya)

 Klik material dan ke (udara)

 Kemudian kemudian Setelah semua langkah model antena mikrostrip

Gambar 3.1

Setelah model menjalankan simulasinya. adalah klik menu HFSS solution setup, maka akan nya, ikuti saja yang ada

aterial dan kemudian ganti materialnya menjadi (udara)

udian pilih warnanya sesuai keinginan dan kemudian atur transparansi warnanya

langkah tersebut dilakukan maka akan dihasilkan krostrip patch sirkular seperti yang tampak pada Gambar 3.1

3.1Model Antena Mikrostrip Patch Sirkular

antena selesai dibuat langkah selanjutnya

ulasinya. Untuk menjalankan simulasi ini langkah selanjutnya HFSS kemudian pilih analysis setup, lalu p

akan munculsolution setup window. Lalu isi na ada di dalam tab (misalnya setup1, setup

enjadi Air

dan

dihasilkan bar 3.1.

selanjutnya adalah selanjutnya pilih add namasetup -setup2, dan

seterusnya), kemudian isi nilai dari solution frequency menjadi 2,4 GHz. Nilai solution frequency ini sama untuk tiap setup. Lalu isi nilai maximum number of phases menjadi 15 atau 20 sesuai kebutuhan. Kemudian isi nilai maximum delta S sebesar 0,02 lalu pilih OK.

Selanjutnya klik menu HFSS kemudian pilih analysis setup lalu pilih add sweep. Pilih solution setup-nya setup1 dan klik tombol OK. Kemudian edit window sweep-nya, atur sweep type menjadi fast dan atur pula requency setup type menjadi linear count. Kemudian atur frekuensi start sebesar 1 GHz, frekuensistop4 GHz dan buat nilaicountmenjadi 100. Lalu klik tombol OK.

Setelah itu langkah selanjutnya adalah klik menu HFSS lalu pilih validation check. Tujuan dari validation check ini adalah untuk memeriksa apakah model yang kita buat sudah layak dan benar untuk dijalankan. Jika model yang kita buat telah layak dan benar untuk dijalankan maka akan muncul tandacheck list berwarna hijau. Tetapi jika belum maka akan muncul tanda silang berwarna merah. Hal ini menandakan bahwa ada error pada model yang kita buat. Untuk melihat pesanerror gunakan message manager yang ada di sudut kanan bawah. Ada beberapa hal yang diperiksa pada validation check ini, yaitu :

 3D model

 Boundaries and Excitation

 Mesh Operation

 Analysis Setup

 Radiation

Jika ada salah satu dari keenam hal ini yang tidak terpenuhi (dalam hal ini ada error) maka proses simulasi tidak dapat dilanjutkan. Setelah melewati validation check, langkah selanjutnya adalah menganalisis model. Untuk menganalisis model ini caranya adalah dengan menekan menu HFSS lalu pilih analyze. Proses menganalisis ini berlangsung sekitar 60 menit atau lebih. Setelah proses analisis selesai maka dapat ditampilkan grafik VSWR, pola radiasi, dan gainnya.

Untuk menampilkan grafik VSWR, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih result dan kemudian pilih create report. Atur report type menjadi modal S parameter dan atur display set menjadi rectangular plot, lalu tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window traces ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi VSWR, atur juga quantity menjadi VSWR(lumport1), kemudian tekan new report lalu tekan done. Maka akan muncul grafik VSWR.

Untuk menampilkan pola radiasi, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilihresultdan kemudian pilihcreate report. Aturreport type menjadi far field dan atur display set menjadi 3D polar plot, lalu tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window trace ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi directivity, atur juga quantity menjadi DhirTotal, kemudian tekan new report lalu tekandone. Maka akan muncul grafik pola radiasi.

Untuk menampilkangain, caranya adalah dengan menekan tombol HFSS lalu pilih resultdan kemudian pilih create report. Aturreport type menjadi far field dan atur display set menjadi data table, lalu tekan OK. Maka akan muncul window traces. Pada window trace ini atur solution menjadi setup1:sweep1. Kemudian pada tab Y atur category menjadi gain, atur juga quantity menjadi GainTotal, kemudian tekan new reportlalu tekan done. Maka akan muncul tabel gain.

3.7 Simulasi Untuk Mendapatkan Hasil Yang Ideal Pada HFSS

Setelah nilai – nilai yang didapat dalam perhitungan dimasukan kedalam simulasi akan tampil seperti gambar 3.3. Ternyata setelah dilakukan report hasil yang didapat tidak memenuhi dari tujuan yang diinginkan, maka dilakukan beberapa perubahan dari ukuran semula antena yang meliputi perubahan dimensi patch dan perubahan panjang saluran pencatu atau feed line. Disini kita akan merubah - rubah nilai dimensi patchantena sampai mendapatkan nilai yang yang dianggap ideal, dan juga melakukan perubahan panjang feed line sampai mendapatkan hasil sesuai dengan yang kita inginkan.

Karena simulasi HFSS ini bersifat ideal maka akan meminimalisir perubahan atau pergeseran nilai parameter ketika di implementasikan menjadi prototype antena mikrostrip. Adapun flowcart dari simulasi HFSS ini dapat dilihat dari gambar 3.1 berikut.

TIDAK

YA

TIDAK

YA

Gambar 3.2FlowcartPerancangan Antena PatchSirkular

Menentukan Model Antena

Ubah nilai Panjang Feed line

Analysis setup

Validation Check

Analyze

Create report (plot VSWR)

Apakah sudah didapat parameter yang ideal

Ubah nilai dimensi patch

Analysis setup

Validation check

analyse

Create report (VSWR)

Apakah sudah didapat parameter yang ideal

3.8 Model Perancangan Antena

Setelah dilakukan simulasi dengan merubah nilai yang ditentukan sebelumnya didapat ukuran dimensi antena yang sesuai dengan tujuan seperti terlihat pada gambar 3.3 berikut.

100 mm

100 mm

24.8 mm

Gambar 3.3Antena Mikrostrip Single PatchSirkular Dimensi Substrat 100x100

Gambar diatas merupakan ukuran antena mikrostrip hasil dari simulasi menggunakan HFSS dengan hasil report yang sesuai dengan keinginan. Setelah dilakukan beberapa kali perubahan ternyata nilai dimensi patchtetap pada ukuran semula yaitu 14.7 mm karena pada nilai ini antena memiliki nilai yang paling ideal, sedangkan panjang saluran pencatu berubah menjadi 24.8 mm. Dengan ukuran dimensi antena seperti diatas sudah terjadi ke matchingan antara patch antena dengan saluran pencatu sehingga menghasilkan report yang sesuai seperti apa yang diinginkan.

3mm 14,7 mm

3.9 Hasil Simulasi Rancangan

Parameter – parameter sirkular ini yaitu return loss

3.9.1 Return loss Grafik renturn

sirkular diperlihatkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4Grafik

Dari grafik simulasi frekuensi kerja yang didapatkan Hal ini dapat dilihat dari -10 dB yang bekerja pada WLAN. Pada gambar dapat pada frekuensi kerja 2.4 GHz.

Rancangan AntenaPatch Sirkular

parameter yang disimulasikan pada antenna mikrostrip turn loss, VSWR, gaindan pola radiasi.

loss dan frekuensi resonansi antena mikrostrip rlihatkan pada gambar 3.4.

Grafik Return lossPada Antena Mikrostrip Patch Sirkular

simulasi return loss pada Gambar 3.4 frekuensi resonansi yang didapatkan telah memenuhi frekuensi kerja yang diinginkan. dilihat dari frekuensi yang mempunyai return loss lebih kecil bekerja pada frekuensi 2.4 GHz yang merupakan frekuensi

gambar dapat dilihat renturn loss -26,444dB, bandwidth rekuensi kerja 2.4 GHz.

mikrostrip patch

mikrostrip patch

irkular

frekuensi resonansi atau yang diinginkan.

lebih kecil dari frekuensi operasi bandwidth 60 Mhz,

3.9.2 Voltage Standing Dimensi patch

ketika reportyang dihasilkan pa Berikut adalah plot VSWR Gambar 3.5

Gambar 3.5Grafik VSWR Pada A

Nilai VSWR yang sama dengan 2 (VSWR nilai VSWR sebesar 1,10

nilai yang diinginkan dengan hasil demikian anten Standing Wave Ratio(VSWR)

patch antena dan saluran pencatu dapat dikatakan yang dihasilkan pada VSWR adalah kurang dari atau sama

VSWR antena mikrostrip patch sirkular dapat dilihat

Grafik VSWR Pada Antena Mikrostrip Patch Sirkular

VSWR yang digunakan dalam penelitian ini adalah lebih kecil (VSWR ≤ 2). Dalam plot grafik simulasi kita telah mendapatkan

1,10 pada frekuensi kerja 2.4 GHz sehingga telah memenuhi dengan hasil demikian antena dapat dikatakan matching

dikatakan matching da VSWR adalah kurang dari atau sama dengan 2.

dapat dilihat pada

irkular

lebih kecil atau ≤ 2). Dalam plot grafik simulasi kita telah mendapatkan telah memenuhi

3.9.3 Gain

Dari simulasi HFSS beberapa kali perubahan

seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6Grafik

NilaiGainyang diinginkan antena mikrostrip single

grafik simulasi kita mendapatkan kerja 2.4 GHz sehingga

Kecilnya gain yang dida kecendrungan antena mikrostrip metode untuk meningkatka

HFSS Ansoft V.11 yang telah dilakukan setelah melakukan perubahan ukuran patch dan panjang feed line maka didapat rti yang diperlihatkan pada Gambar 3.6.

Grafik GainPada Antena Mikrostrip Patch Sirkular

yang diinginkan dalam penelitian ini adalah gainoptimum single patch yang menggunakan patch sirkular. Dalam kita mendapatkan nilai gain sebesar 2.732 dBi pada sehingga dapat dikatakan optimum untuk antena single

yang didapat ini dapat disebabkan beberapa faktor antena mikrostrip memiliki gain yang rendah tapi ada etode untuk meningkatkan gain.

setelah melakukan maka didapat gain

irkular

optimum pada . Dalam plot pada frekuensi single patch. faktor karena tapi ada beberapa

3.9.4 Pola Radiasi

Pola radiai yang diingink kalibrasi dalam melakukan diinginkan yaitu directional. berupa gambar tiga dimensi

Gambar 3.7Grafik Pola Radiasi Pada Antena M

Dari gambar diatas telah memenuhi syarat parameter

yang diinginkan adalah directionalsetelah melakukan beberapa melakukan simulasi kita telah mendapatkan pola radiasi

directional. Hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar r tiga dimensi dari pola radiasi antena.

k Pola Radiasi Pada Antena Mikrostrip Patch Sirkular

gambar diatas dapat dilihat gambar pola radiasi directional parameter yang diinginkan.

setelah melakukan beberapa pola radiasi yang Gambar 3.7 yang

.

irkular

53

DATA DAN ANALISA

4.1 Umum

Setelah menjalani proses perancangan, pembuatan, dan pengukuran parameter - parameter antena mikrostrip patch sirkular, maka proses selanjutnya yaitu mengetahui hasil pengukuran parameter - parameter antena, pengujian pada jaringan wireless LAN 2,4 GHz, serta analisa data hasil pengukuran, perbandingan parameter - paramter antena antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran , dan pengujian apakah antena yang dibuat sesuai dengan harapan dan dapat diimplementasikan pada jaringan wireless LAN 2,4 GHz. Tahapan ini dimaksudkan untuk mengetahui kinerja antena yang telah dibuat.

Hasil pengukuran parameter - parameter antena mikrostrip patch sirkular meliputi nilai VSWR, impedansi input, pola radiasi dan gain optimum pada frekuensi 2,4 GHz.

4.2 Pengukuran VSWR dan Impedansi Input

Voltage Standing Ratio (VSWR) dan impedansi input merupakan parameter yang meningindikasikan kesesuaian sebuah antena terhadap saluran transmisi nya sehingga mempengaruhi daya yang diterima. Pada pengukuran ini menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) Advantest R3770 untuk mendapatkan nilai VSWR dan impedansi antena mikrostrip patch sirkular.

Gambar 4.1Vector Network Analyzer(VNA)AdvantestR3770

Peralatan yang digunakan pada pengukuran VSWR dan impedansi input: 1. AdvantestR3770 Vector Network Analyzer

2. Antena Mikrostrip patch sirkular 2,4 GHz 3. Kabel Koaxial

Mikrostrip Patchsirkular

Kabel koaxial Vector Network Analyzer R337

Gambar 4.2 Rangkaian Pengukuran VSWR dan Impedansi Input

Langkah - langkah pengukuran VSWR dan impedansi input: 1. Merangkai peralatan seperti pada Gambar 4.2

2. Menghidupkan dan mengalibrasi Vector Network Analyzer(VNA). 3. Menghubungkan antena Mikrostrip patch Sirkular yang sudah dirancang

4. Mengambil gambar dari display VNA untuk nilai VSWR yang kemudian file disimpan.

5. Mengambil gambar dari display VNA untuk nilai impedansi input dengan mode diagram smith-chartyang kemudian file disimpan.

4.2.1 Hasil Pengukuran VSWR

Dari pengukuran VSWR antena Mikrostrip Patch Sirkular menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) yang telah dilakukan pada range frekuensi 2.3 GHz – 2.5 GHz maka dapat diketahui nilai - nilai VSWR hasil pengukuran, adapun hasil pengukuran dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut yang merupakan tampilan dari Vector Network Analyzer(VNA).

Tabel 4.1Hasil Pengukuran VSWR Antena Mikrostrip patchSirkular

Frekuensi (GHz) VSWR Keterangan

2.30 3.30 Mark 4

2.35 2.12 Mark 5

2.39 1.22 Mark 1

2.40 1.15 Mark 2

2.41 1.47 Mark 3

2.45 2.22 Mark 6

2.50 3.37 Mark 7

Analisa hasil pengukuran

Dari table hasil pengukuran VSWR dapat dilihat nilai VSWR yang terbaik berada di frekuensi 2,4GHz dengan nilai 1.15, dilakukan pengkuran di beberapa titik frekuensi untuk melihat respon frekuensi terhadap nilai VSWR yang besarnya mendekati 1 atau nilai ideal untuk sebuah antena, karena pada saat itu daya yang diterima mencapai daya maksimum pada antena. Hasil yang didapat sudah mendekati nilai optimum sehingga sudah memenuhi syarat awal yaitu VSWR ≤2. Terjadinya perbedaan VSWR pada setiap range frekuensi dapat disebabkan oleh beberapa hal antara lain interferensi gelombang bebas diudara yang dipantulkan sehingga terjadi attenuasi dengan demikian terjadi pergeseran nilai disetiap rentang frekuensinya.

4.2.2 Hasil Pengukuran Return Loss

Grafik renturn loss dan frekuensi resonansi antena mikrostrip patch sirkular diperlihatkan pada gambar 4.2. berikut yang merupakan tampilan dari Vector Network Analyzer(VNA).

Gambar 4.4Hasil Pengukuran Return Loss

Tabel 4.2Hasil Pengukuran Return LossAntena Mikrostrip PatchSirkular

Frekuensi (GHz) Return Loss Keterangan

2.30 -4.59 Mark 4

2.35 -6.78 Mark 5

2.39 -20.35 Mark 1

2.40 -23.60 Mark 2

2.41 -14.94 Mark 3

2.45 -5.61 Mark 6

2.50 -4.35 Mark 7

Analisa hasil pengukuran

Dari table pengukuran return loss nilai refleksi terkecil terdapat pada frekuensi 2.4 GHz yaitu sebesar -23.60. Hasil ini sudah memenuhi syarat return lossyaitu harus lebih kecil dr -10, perubahan return loss sangat dipengaruhi oleh perubahan nilai VSWR semakin kecil nilai VSWR akan semakin kecil pula titik pantul pada return lossdengan kata lain jika kita mendapatkan nilai VSWR ideal kita juga akan mendapatkan nilai return lossyang ideal juga.

4.2.3 Hasil Pengukuran Impedansi

Dari pembacaan data pada mode smith-chart, pada Vector Network Analyzer (VNA) dapat dilihat hasil pengukuran impedansi input pada range frekuensi antara 2.30 GHz – 2.5 GHz dengan nilai – nilai impedansi input sebagai berikut.

Gambar 4.5Hasil Pengukuran Impedansi Prototipe Antena

Tabel 4.3Hasil Pengukuran impedansi Input Antena Mikrostrip PatchSirkular

Frekuensi (GHz)

Nilai Real (Ω)

Nilai

Imajiner(Ω) Keterangan

2.30 70.512 94.580 Mark 4

2.35 65.270 41.211 Mark 5

2.39 65.518 -4.518 Mark 1

2.40 47.025 10.589 Mark 2

2.41 77.031 -3.159 Mark 3

2.45 68.578 42.593 Mark 6

Analisa hasil pengukuran

Karena Impedansi input antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang memiliki bagian real dan bagian imajiner. Bagian real merupakan resistansi (tahanan) masukan yang menyatakan daya yang diradiasikan oleh antena pada medan jauh. Sedangkan bagian imajiner merupakan reaktansi masukan yang menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat antena.

Sesuai dengan persamaan yang telah ditulis sebelumnya yaitu persamaan (2.6), maka jika dilihat dari hasil pengukuran mode smith chart pada tabel diatas, antena Mikrostrip Patch Sirkular pada frekuensi 2,4 GHz memiliki impedansi input sebesar 47.025 + j10.589 Ω. Dengan impedansi yang mendekati 50 Ω, besar nilai impedansi input ternyata mempengaruhi nilai VSWR karena apabila antena mikrostrip dihubungkan dengan saluran transmisi yang mempunyai impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, maka akan menimbulkan gelombang pantul yang perbandingannya kita kenal dengan istilah VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).

4.3 Pengukuran Pola Radiasi dan Gain

Pada pengukuran pola radiasi dan gain ini menggunakan Spectrum Analyzer HEWLETT 8593A, Swept Frequency Shintesizer WILTRON 6747B dan antena referensi yang berupa antena horn SAS-200/571 Frequency 700 MHz - 18 GHz.

Gambar 4.6 Prototype Antena Mikrostrip patch Sirkular

Gambar 4.7Spectrum Analyzer

Gambar 4.8Swept Frequency Shintesizer

Gambar 4.10Skema pengukuran Pola Radiasi danGain

4.3.1 Hasil Pengukuran Pola Radiasi

Pengukuran pola radiasi yang penulis lakukan hanya untuk bidang datar saja, yaitu di arah azimuthantena dengan posisi line of sight. Pada pengukuran ini penulis hanya mengambil data pada frekuensi tengah 2,4 GHz. Pada pengukuran ini susunan antena mikrostrip berfungsi sebagai antena penerima, sedangkan untuk antena pemancar menggunakan antena horn milik LIPI dengan gain 12 dBi.

Antena pemancar dicatu dengan generator sinyal, kemudian level sinyal yang diterima oleh susunan antena dilihat di spectrum analyzer. Jarak antena pemancar dengan antena penerima penulis ambil sekitar 2 m.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena PatchSirkular Bidang H

No Posisi (derajat)

Level Daya (dBW)

Level Daya (mW)

1 0 -30 1

2 10 -32 0,63

No Posisi (derajat) Level Daya (dBW) Level Daya (mW)

4 30 -35 0,316

5 40 -36 0.251

6 50 -38 0,158

7 60 -35 0,316

8 70 -38 0,158

9 80 -36 0,251

10 90 -35 0,316

11 100 -38 0,158

12 110 -40 0,1

13 120 -38 0,158

14 130 -36 0,251

15 140 -35 0,316

16 150 -36 0,251

17 160 -34 0,398

18 170 -39 0,125

19 180 -39 0,125

20 190 -38 0,158

21 200 -36 0,251

22 210 -35 0,316

23 220 -36 0,251

24 230 -41 0,079

25 240 -43 0,050

26 250 -39 0,125

27 260 -38 0,158

28 270 -40 0,1

29 280 -37 0,199

30 290 -37 0,199

31 300 -38 0,158

No Posisi (derajat)

Level Daya (dBW)

Level Daya (mW)

33 320 -36 0,251

34 330 -35 0,316

35 340 -33 0,501

36 350 -32 0,63

37 360 -30 1

Gambar 4.11Gambar Pola Radiasi

Analisa hasil pengukuran

Dari gambar pola radiasi diatas dapat dilihat bahwa pola radiasi antena mikrostrip patch sirkular mengarah ke satu arah tertentu yaitu diantara sudut 3300 dengan sudut 300. Ini disebabkan karena level sinyal terbesar ada pada saat posisi antena 00. Pada posisi tersebut antena menerima sinyal secara maksimal. Kemudian ketika antena diputar level sinyal yang ditangkap akan terus berkurang. Ini karena posisi antena tidak tepat mengarah pada pemancar dalam hal ini adalah antena horn. Pada posisi antena 2400level sinyal yang terekam sangatlah minim.

76

hasil simulasi lebih bagus daripada hasil pengukuran dikarenakan besar impedansi input dipengaruhi oleh nilai VSWR.

Akan tetapi nilai VSWR dari hasil pengukuran dikatakan cukup bagus dikarenakan nilai VSWR yang dihasilkan masih kurang dari 2 dan lebih dari 1 (1<nilai VSWR <2). Karena saluran transmisi mempunyai nilai impedansi karakteristik sebesar 50Ω.

4.5.3 Gain

Tabel 4.8Perbandingan Gain Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran

No. Frekuensi 2400 MHz Gain

1 Simulasi 2.732

2 Pengukuran 2,682

Analisa

Dari hasil pengukuran faktor penguatan (Gain) antena hasil rancangan dapat dilihat pada Tabel 4.8, didapat gain sebesar 2.682 mendekati besar gain pada simulasi. Harga faktor penguatan pada tabel diatas nilainya tergantung pada faktor attenuasipada attenuator, temperatur (kondisi ruangan dan pengaruh benda - benda disekitarnya. Sehingga sulit untuk dicari nilai yang tepat). Walau

77

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan perealisasian antena mikrostrip patch sirkular yang telah dibuat, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

 Dari hasil simulasi didapat ukuran dimensi antena yang memiliki ukuran jari-jari patch =14.7 mm dan panjang saluran pencatu atau feedline= 24.8 mm.

 Parameter antena yang dihasilkan dari simulasi yaitu VSWR yang bernilai 1.10, Impedansi input yang diperoleh yaitu 45.70 + j9.37 Ω, gain hasil dari simulasi antena yaitu 2,732 dBi.

 Parameter antena yang dihasilkan dari pengukuran yaitu VSWR yang bernilai 1.15, Impedansi input yang diperoleh yaitu 47.02 + j10.58 Ω , gain hasil dari realisasi antena yang sesuai dengan hasil perancangan yaitu 2,682 dBi.

 Bentuk pola radiasi yang didapatkan menyerupai directional, pada proses pengukuran masih terdapat perbedaan dari hasil simulasi yang disebabkan karena kondisi pengukuran yang kurang sempurna akibat masih adanya pantulan sinyal terhadap objek disekitar pengukuran tetapi pola radiasi masih berpola directionaljadi tidak terlalu jauh dengan simulasi.

 Secara umum susunan antena yang direalisasikan memenuhi hampir semua spesifikasi yang diinginkan.

78

 Semakin besar frekuensi yang digunakan akan semakin kecil dimensi antena mikrostrip begitu pula sebaliknya.

 Implementasi antena mikrostrip patch sirkular pada jaringan WLAN 2,4 GHz sinyal yang didapatkan lebih besar pada saat line of sightbaik ketika diaplikasikan sebagai antena penerima maupun sebagai antena pemancar daripada ketika antena dipasang pada jalur yang tidak line of sight.

5.2 Saran

Dari Tugas Akhir yang telah dilakukan kiranya masih diperlukan pembenahan - pembenahan sehingga didapatkan hasil yang lebih memuaskan. Saran - saran yang dapat diberikan diantaranya adalah pengembangan simulasi baik untuk mencari dimensi antena maupun simulasi untuk mencari parameter-parameter antena yang lebih baik lagi yaitu pengembangan akurasi perhitungan sehingga metode ini dapat dikembangkan sebagai pemecah masalah pada desain antena. Sebelum melakukan simulasi sebaiknya menentukan bahan yang akan digunakan sebaiknya menggunakan bahan yang bersertifikat agar tidak terjadi banyak pergeseran nilai parameter pada waktu pengukuran. Karena kelemahan antena mikrostrip antara lain pada bandwidth dan gain sebaiknya menggunakan

79

DAFTAR PUSTAKA

[1] Henry Jasik, “Antenna Engineering Hand Book”, MeGraw-Hill, USA,1961.

[2]Constantine. Balanis, “Antenna Theory Analysis And Design”John Willey & Sons, New York 1982.

[3] Kumar, Girish dan Ray, K.P., “Broadband Mikrostrip Antennas”, London: Artech House Boston, 2003.

[4] Muhammad M., Aris. Realisasi Antena Susun Planar Empat Elemen Mikrostrip Lingkaran Dengan Segmen Pasturbasi untuk Aplikasi WLAN. 2008. Politeknik Negeri Bandung.

[5] James, J.R. dan Hall, P.S., “Handbook of Microstrip – IEE Electromagnetic Waves Series”, London, 1989.

[6] http://id.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi

[8]Ridwan, Muhamad. “Realisasi Antena Mikrostrip Rectangular Patch Dengan Teknik Pencatuan EMC (electromagnetically coupled) Untuk Aplikasi WiMaX”. : 2008. Politeknik Negeri Bandung.

[9]Hardiati, Sri dan Octafiani, Folin., Antena Array 4 Patch Mikrostrip Sirkular Pada Frekuensi 2300-2400 MHz, Peneliti Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (PPET-LIPI).

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

I. IDENTITAS DIRI

Nama Lengkap : Iryaman

Nim : 13106033

Tampat, Tanggal Lahir : Kuningan, 18 Mei 1987

Agama : Islam

Jenis Kelamin : Laki - laki

Status : Mahasiswa

Alamat Asal : Jl. SMP Gg. Pesantren Rt 28 Rw 10 Cilimus Kab. Kuningan - 45556

II. PENDIDIKAN FORMAL

1994 - 2000 : SDN 5 Mulang Maya Kota Bumi 2000 – 2001 : SLTPN 1 Kota Bumi

2001 – 2003 : SLTPN 1 Cilimus 2003 – 2006 : SMAN 1 Cilimus