Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Circular (2,45 Ghz) Dengan Teknik Planar Array Sebagai Penguat Sinyal WI-FI

(1)

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR

ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan

Teknik Telekomunikasi

Oleh:

NIM : 100422024 NERONZIE JULARDI

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR

ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI

Oleh :

100422024 NERONZIE JULARDI

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 10 Bulan Januari Tahun 2013 di depan penguji :

1. Ketua Penguji : Naemah Mubarakah, ST.MT 2. Anggota Penguji : Rahmad Fauzi, ST.MT 3. Anggota Penguji : Ir. M. Zulfin,MT

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

NIP. 197808262003121001 Ali Hanafiah Rambe, ST.MT

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

NIP. 195405311986011002 Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si

(3)

ABSTRAK

Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi, sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini. Salah satunya digunakan sebagai WI-FI. Wi-Fi (Wireless Fidelity) adalah koneksi tanpa kabel seperti handphone dengan menggunakan teknologi radio sehingga pemakainya dapat mentransfer data dengan cepat dan aman. Adapun penggunaan antena ini dapat mengakses jaringan wi-fi dari ruang kelas keseluruh kampus atau dari kantor ke kantor yang berlainan dan antar gedung.

Tugas Akhir ini dirancang bangun sebuah antena mikrostrip patchcircular

yang disusun secara planar array yang digunakan sebagai penguat WI-FI. Untuk

merancang antena ini dilakukan dengan menggunakan Simulator Ansoft High

Frequency Structure Simulator (HFSS) V.10. Hasil yang diperoleh dari rancang bangun antena mikrostrip yang disusun secara planar array berupa VSWR dengan nilai 1,23 pada frekuensi 2,45 GHz dan gain dengan nilai 6,75 dBi.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadiran Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, selanjutnya shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada nabi dan rasul akhir zaman Muhammad S.A.W.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelasaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI

Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan ibunda tercinta yang telah mengorbankan segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbanannya Allah membalasnya dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak.

Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini hingga diselesaikan-nya Tugas Akhir ini, penulis badiselesaikan-nyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak, untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucap- kan terima kasih kepada:

1. Bapak Ali Hanafiah Rambe,ST.MT selaku Dosen Pembimbing Tugas

Akhir yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis hingga Tugas Akhir ini teselesaikan.

(5)

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elekto.

3. Bapak Rahmat Fauzi, ST.MT selaku Sekretaris Departemen Teknik

Elekrto Fakultas Teknik.

4. Bapak Ir.Arman Sani, MT yang telah memberikan saran dan masukan

kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang telah mengantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Dan saudara-saudara penulis tercinta Nicell Julardi dan Nevo Julardi terima kasih atas perhatian dan doanya.

6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah member bekal ilmu kepada penulis selama menjalani perkuliahan.

7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Universitas

Sumatera Utara, khususnya buat Bang Divo dan Bang Martin terima kasih atas semua bantuannya.

8. Sahabat sekaligus teman terbaik Bang Wira Indani terima kasih atas semua bantuannya, semoga Allah membalas semua kebaikan walaupun entah dimana kita nantinya jangan lupa saling menasehati untuk kebaikan.

9. Sahabat-sahabat ekstensi 2010: Astrid, Edward, Roland, Franklin, Saipul, Ginda, Yoland, Fauziah, Nata, Bang Doni, Dontri, Eljas, Iwan, Juhendra, Ami, Reni, Gita, Ramando, Bang Hatta, Raihan, Nova, Winny, Masta, dan Fadilahani serta tak disebut namanya terima kasih atas kebaikan yang telah

(6)

kalian berikan kepada penulis selama kukiah, semoga silaturahim kita terus terjaga.

10. Semua pihak yang tidak sempat penulis satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis mohon perlidungan pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri.

Medan, November 2012

Penulis

Nim. 100422024 Neronzie Julardi

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah... 2

1.5 Metode Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II. TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI ... 5

2.1 Umum ... 5

2.2 Model Cavity ... 6

2.3 Antena Mikrostrip Patch Circular ... 9

2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip ... 11

2.4.1 Bandwith Antena ... 12

2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ... 14

2.4.3 Return Loss ... 15

2.4.4 Pola Radiasi Antena ... 15

2.4.4.1 Pola Radiasi Antena Omnidirectional ... 15

2.4.4.2 Pola Radiasi Antena Sectoral ... 16

2.4.4.3 Pola Radiasi Antena Directional ... 17

(8)

2.4.6 Gain Antena ... 18

2.4.7 Keterarahan (Directivity) ... 20

2.5 Teknik Pencatuan ... 21

2.6 Teknik Array ... 23

2.7 Impedance Matching ... 25

2.8 Power Divider ... 26

2.9 T-Juntion 50 Ohm ... 26

2.10 WI-FI (Wireless Fidelity) ... 27

2.10.1 Keunggulan dan Kelemahan Jaringan Wireless ... 29

2.11 Ansoft High Frequency Strukture Simulator V. 10 ... 29

2.12 Aplikasi Antena Mikrostrip... 30

BAB III. PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PACTH CIRCULAR ... 33

3.1 Umum ... 33

3.2 Peralatan Yang Digunakan ... 33

3.3 Perancangan Antena Elemen Tunggal ... 34

3.3.1 Menentukan Karakteristik Antena ... 36

. 3.3.2 Jenis Substrat Yang Digunakan ... 36

3.3.3 Perancangan Dimensi Patch Circular Elemen Tunggal ... 37

3.3.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu ... 37

3.3.5 Simulasi ... 38

3.4 Perancangan Antena 4 Elemen Planar Array ... 43

3.4.1 Pengaturan Jarak Antar Elemen ... 44

3.4.2 Perancangan T-Junction ... 45

(9)

BAB IV. PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR 4

ELEMEN PLANAR ARRAY ... 55

4.1 Umum ... 55

4.2 Fabrikasi Antena Mikrostrip Patch Circular ... 55

4.3 Perlengkapan Yang Digunakan ... 57

4.4 Pengujian Parameter Antena ... 58

4.4.1 Pengujian Gain Antena Mikrostrip PatchCircular 4 Elemen ... 58

4.4.2 Mengamati Pengujian ... 59

4.4.3 Hasil pengujian ... 60

4.5 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena ... 65

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 67

5.1 Kesimpulan ... 67

5.2 Saran ... 68

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi ... 6

Gambar 2.2 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch Mikrostrip ... 7

Gambar 2.3 Antena mikrostrip patch circular ... 9

Gambar 2.4 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith ... 12

Gambar 2.5 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional ... 16

Gambar 2.6 Bentuk pola radiasi antena sectoral ... 17

Gambar 2.7 Bentuk pola radiasi antena directional ... 17

Gambar 2.8 Teknik pencatuan metode proximity coupling ... 23

Gambar 2.9 Antena mikrostrip dengan teknik array ... 24

Gambar 2.10 N-way Wilkinson Combiner ... 26

Gambar 2.11 T-junction 50 ohm ... 27

Gambar 2.12 Mikrostrip pada Wimax ... 30

Gambar 2.13 Mikrostrip pada W-LAN ... 31

Gambar 2.14 Mikrostrip pada Bandpass Filter... 31

Gambar 2.15 Mikrostrip pada Mobile Satelite ... 32

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan patch elemen tunggal ... 35

Gambar 3.2 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari dimensi saluran pencatu ... 37

Gambar 3.3 Model antena mikrostrip patch circular elemen tunggal ... 38

Gambar 3.4 Grafik VSWR hasil simulasi awal ... 40

Gambar 3.5 Grafik VSWR hasil iterasi elemen tunggal ... 42

Gambar 3.6 Grafik gain hasil iterasi antena elemen tunggal ... 43

Gambar 3.7 Diagram alir perancangan antena mikrostrip 4 elemen planar array .... 44

(11)

Gambar 3.9 Model antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array ... 47

Gambar 3.10 Grafik VSWR hasil awal simulasi 4 elemen ... 48

Gambar 3.11 VSWR hasil iterasi jarak antar elemen ... 50

Gambar 3.12 Gain hasil iterasi jarak antar elemen ... 52

Gambar 3.13 Rancangan geometri antena 4 elemen planar array ... 54

Gambar 4.1 Antena mikrostrip patch circular yang telah difabrikasi ... 56

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian antena mikrostrip patchcircular 4 elemen... 58

Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole ... 59

Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip patch circular 4 elemen .... 60

Gambar 4.5 Access point didapat menggunakan antena dipole ... 61

Gambar 4.6 Access point didapat menggunakan antena mikrostrip 4 elemen ... 61

Gambar 4.7 Level sinyal penerimaan menggunakan antena dipole ... 63

Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan menggunakan antena mikrostrip 4 elemen .... 64

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel2.1 Channel pada Wifi ... 28

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat yang digunakan ... 36

Tabel 3.2 Hasil Iterasi Dimensi Patch Elemen Tunggal ... 41

Tabel 3.3 Hasil Iterasi Lebar Pencatu Elemen Tunggal ... 41

Tabel 3.4 Hasil iterasi jarak antar elemen ... 49

Tabel 3.5 Perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen ... 52

(13)

ABSTRAK

Tugas Akhir ini dirancang bangun sebuah antena mikrostrip patchcircular

yang disusun secara planar array yang digunakan sebagai penguat WI-FI. Untuk

merancang antena ini dilakukan dengan menggunakan Simulator Ansoft High

(14)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Telekomunikasi adalah salah satu bidang yang memiliki peranan penting pada abad ini. Dengan telekomunikasi orang saling bertukar informasi satu dengan yang lainnya. Salah satu bagian utama dalam sistem telekomunikasi radio adalah antena. Teknologi telekomunikasi saat ini terus mengalami perkembangan. Hal ini juga didukung dengan perkembangan antena yang dapat memenuhi kebutuhan teknologi tersebut. Berbagai antena yang telah banyak dikembangkan untuk beragam aplikasi, salah satunya adalah antena Mikrostrip.

Antena mikrostrip adalah suatu antena konduktor metal yang menempel di atas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip terdiri atas 3 komponen yaitu: groundplane, substrat, dan patch peradiasi. Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini. Hal ini disebabkan karena ukuran antena mikrostrip yang kecil dan beratnya yang ringan membuat jenis antena ini sederhana untuk dibuat dan mudah untuk diintergrasikan.

Gain dari antena mikrostrip dapat diperbesar dengan menambah patch secara

array, sehingga membentuk antena mikrostrip array. Antena mikrostrip array

adalah pengembangan dari antena mikrostrip yang merupakan gabungan dari beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip

array dapat berbentuk seri, paralel, atau gabungan dari keduanya. Kelebihan antena mikrostrip array ini dibandingkan dengan antena mikrostrip biasa adalah memiliki bandwidth dan gain yang lebih besar.

(15)

Ada beberapa macam konfigurasi antena array, diantaranya linear, planar,

dan circular. Masing-masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear array memiliki kelebihan dalam perhitungan yang tidak terlalu rumit, sedangkan

planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi.

Pada tugas akhir ini, akan dibahas tentang perancangan antena Mikrostrip

patch circular dengan teknik planar array sebagai penguat sinyal wifi pada frekuensi 2.45 GHz. Parameter-parameter utama yang akan dianalisis adalah VSWR (Voltage Standing WaveRatio) dan gain.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu:

1. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch circular yang tersusun secara planar array ?

2. Apa manfaat antena mikrostrip patchcircularplanar array ?

3. Bagaimana menguji kinerja antena dari hasil rancang bangun antenna

tersebut?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang antena mikrostrip patch circularyang disusun secara planar array sebagai penguat sinyal wifiyang dapat bekerjapada frekuensi 2,4 GHz.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan pada Tugas Akhir ini dibatasi sebagai berikut:

(16)

1. Hanya membahas antena mikrostrip patch circular secara umum.

2. Analisa parameter antena mikrostrip patch circular meliputi gain dan VSWR.

3. Susunan antena secara planar array yang dibahas hanya 2 x 2.

4. Perancangan antena dilakukan dengan bantuan software Ansoft HFSS V. 10

1.5 Metode Penulisan

1. Studi Literatur

Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang memilki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.

2. Studi Bimbingan

Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dan para dosen lainnya tentang topik Tugas akhir ini.

3. Merencanakan dan Merancang

Yaitu proses pembuatan antena mulai dari pemilihan bahan dan peralatan yang dibutuhkan untuk membuat antena mikrostrip patch circular dengan teknik planar array.

4. Pengukuran dan Analisa

yaitu serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang telah dirancang telah bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan. Serta mengumpulkan dan menyimpulkan hasil data yang telah didapat setelah pengukuran dilakukan.

(17)

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini secara singkat, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan,

serta sistematika penulisan.

BAB II :

TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan uraian mengenai teknik planar array, wi-fi,serta teknik pencatuan.

BABIII: PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA

MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR

Bab ini berisi mengenai perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch circular yang disusun secara planar dan simulasi menggunakan software Ansoft (HFSS) V.10.

BABIV: PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

CIRCULAR DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY

Bab ini berisi mengenai pengujian antena mikeostrip patch circular

yang disusun secara planar array. Prosedur pengujian peralatan yang digunakan.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.

(18)

BAB II

TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI

2.1 Umum

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 terhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform

sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubung singkat 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 magnet total dua kali setiap periode gelombang itu.

Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena[1]. Jika saluran transmisi disesuaikan dengan impedansi antena, maka hanya ada gelombang berjalan ke arah B saja. Pada A ada saluran transmisi yang dihubungkan singkat dan merupakan

(19)

resonator. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[1].

Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi

2.2 Model Cavity

Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang popular adalah model cavity.

Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar

Gel. ruang bebas teradiasi antena

sal. transmisi sumber

(20)

2.2. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrat tipis (h ≪ λo)[2]:

a. Medan elektrik E hanya terdiri atas komponen z, dan medan magnetik H terdiri atas komponen transverse (komponen x dan y) di dalam daerah yang dibatasi oleh patch dan bidang pentanahan.

b. Medan-medan dalam daerah ini tidak berubah-ubah (bebas) terhadap

koordinat z untuk semua frekuensi yang digunakan. c. Komponen tangensial H sepanjang tepi diabaikan.

d. Memasukkan medan tepi (fringing field) dalam perhitungan dengan sedikit memperlebar tepi-tepi.

Dengan peninjauan seperti diatas, maka Persamaan 2.1-2.4 Maxwel untuk daerah diantara patch dengan bidang pentanahan dituliskan sebagai berikut:

��= −�� 2.1

�� =��+� 2.2

� .�= �_� 2.3

� .�= � 2.4 Dimana � adalah permitivitas dari substrat,��adalah permeabilitas ruang hampa,dan J adalah rapat arus.

Gambar 2.2 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch

(21)

Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah permukaan elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.2). Distribusi muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik–menarik terjadi antara dua muatan yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan menyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan menyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi.

Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan

dengan lebar (ketebalan substrat dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan menyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada

bagian bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width

semakin menurun arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal ini menyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari

(22)

medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang sempurna karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat)

lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impedansi masukannya akan murni reaktif [2].

2.3 Antena Mikrostrip Patch Circular

Antena mikrostrip dengan patch circular memilki performa yang sama dengan antena mikrostrip patch segiempat. Pada aplikasi tertentu, seperti array, patch circular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan dengan patch

yang lainnya. Antena mikrostrip dengan patch circular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola radiasi, dan frekuensi kerja. Untuk menganalisis antena mikrostrip patch circular ini banyak metode yang telah digunakan, termasuk diantaranya dengan menggunakan model rongga (cavity model). Untuk lebih memahami antena mikrostrip patch circular

ini dapat dilihat pada Gambar 2.3.[3].

patch feed

patch

feed

grounplane

Substrate 1

Substrate 2

a. Tampilan mikrostrip circular dari atas b. Tampilan mikrostrip circular dari samping

(23)

Di dalam merancang antena mikrostrip patch circular ada pertimbangan yang harus di perhatikan, yaitu pertimbangan memilih substrat untuk antena mikrostrip patch circular 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 meningkatkan daya radiasi,

mengurangi rugi-rugi konduktor, dan memperbaiki impedansi bandwidth.

Bagaimanapun hal ini juga akan meningkatkan berat, rugi dielektrik, rugi-rugi gelombang permukaan, dan radiasi yang tidak berhubungan dari penyulang pemeriksa. Konstanta substrat dielektrik εr memiliki fungsi yang sama seperti

ketebalan substrat. Nilai εr yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari

keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu substrat dengan nilai εr ≤ 2.5 lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil.

Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang sama ketika menurunnya nilai εr 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 (εr = 1.07 ), duroid (εr = 2.32 ), quartz (εr = 3.8 ),

dan alumina (εr

Metalisasi patch dengan jari-jari ditentukan oleh kondisi resonansi dengan Persamaan 2.5 di bawah ini :

= 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

(24)

2.5

Dimana untuk mencari nilai jari-jari patch (a) digunakan Persamaan dibawah ini:

2.6

nilai dari a yang diinginkan pada frekuensi kerja (fr

�

=

8.794�109

fr√��

2.7

) dan konstanta dielektrik relatif (εr) didapatkan dengan menggunakan Persamaan 2.7 berikut ini[3]:

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (f_r) yang digunakan untuk mencari panjang gelombang diruang bebas (�₀) pada Persamaan 2.8:

�

₀

=

�

2.8

Setelah nilai (�₀) diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip (△ �) dapat dihitung dengan Persamaan 2.9:

△ �

=

�0

√�� 2.9

Impedansi karakteristik antena mikrostrip ditentukan dengan Persamaan 2.10 sebagai berikut[3]:

�_��= 60△�_� 2.10

Dimana : W : Diameter elemen peradiasi (mm).

2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter- parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk

(25)

menganalisis suatu antena adalah Bandwidth, Voltage Wave Standing Ratio

(VSWR), Gain antena, Impedansi masukan, Retrun loss, Pola radiasi dan

Keterarahan (Directivity) [2].

2.4.1 Bandwith Antena

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Gain Antena, Impedansi Masukan, Retrun loss, Pola radiasi dan Keterarahan (Directivity) memenuhi spesifikasi standar. Gambar 2.4 memperlihatkan grafik rentang frekuensi yang menjadi bandwidth[4].

Return loss

bandwith

-10dB

Gambar 2.4 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith

Dalam menentukan bandwidth antena penting untuk menspesifikasikan kriteria apa saja yang digunakan karena tidak terdapat definisi yang baku dari

bandwidth. Jadi, bandwidth suatu antena ditentukan oleh parameter apa yang digunakan. Beberapa definisi dari bandwidth yang berhubungan dengan antena mikrostrip adalah [4]:

a. Impedance bandwidth adalah rentang frekuensi tertentu dimana patch

antena matching dengan saluran catunya. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena (patch dan saluran pencatu) bervariasi nilainya

(26)

menurut frekuensi. Kondisi matching dari suatu elemen antena dapat dilihat dari retrun loss atau VSWR. Pada umumnya nilai retrun loss yang diminta < -9,54 dBi atau VSWR <2, namun pada beberapa sistem ada yang meminta retrun loss < -15 dBi atau VSWR<1,5.

b. Pattern bandwidth adalah rentang frekuensi dengan beamwidth, sidelobe, atau gain memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus kita tentukan sehingga besarnya bandwidth dapat ditentukan. Seperti property antena lainnya, beamwidths, sidelobe, dan gain juga bervariasi menurut frekuensi. c. Axial Ratio Bandwidth (ARBW) adalah rentang frekuensi dimana polarisi

(linier atau melingkar) masih terjadi. Dengan menentukan nilai maksimum dari cross-polarization atau axial ratio, maka bandwidth antena dengan polarisasi linier atau melingkar dapat ditentukan. Pada umumnya nilai batas ARBW <3. Nilai ARBW yang semakin mendekati 1 menunjukkan polarisasi antena yang semakin melingkar.

Bandwidth (BW) antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth

karena bersifat relative lebih konstan terhadap fekuensi dan dirumuskan pada Persamaan 2.11[4]:

��

=

�2−�1

��

�

100%

2.11

Dengan : f1

= frekuensi tertinggi dalam band (GHz).

= frekuensi terendah dalam band (GHz).

(27)

2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara ampiltudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V| max) dengan minimum (|V| min). Pada saluran transmisi ada

dua komponen (Vo+) dan tegangan yang direfleksikan (Vo

Γ

=

�0−

�₀+

=

��−�0

��+�0

2.12

). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) menggunakan Persamaan 2.12[5]:

Dimana ZL

adalah impedansi beban (load) dan Zo adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka:

•Γ=−1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat.

•Γ=0 :tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.

•Γ=+1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah dengan Persamaan 2.13[5]:

�� =|��|�� |��|_�� =

1+|Γ|

1−|Γ|

2.13

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

(28)

2.4.3 Return Loss

Retrun loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirim. Retrun loss

digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (Vo- ) sebanding dengan gelombang yang dikirim (Vo+

�

=

|��|�� |��|��

=

1+ |Γ|

1− |Γ|

=

��−1

��+1

2.14

). Retrun loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya Retrun loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan menggunakan Persamaan 2.14-2.15[2].

��= 20��₁₀|Γ| 2.15

2.4.4 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat.

Disebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan diluasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional. Pola radiasi antena

adalah plot-3 dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena atau

plot-3 dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena[5].

2.4.4.1 Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena Omnidirectional mempunyai sifat umum radiasi atau pancaran sinyal yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughout) dengan pusat berimpit. Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 3600

(29)

gain sekitar 3-12 dBi, yang digunakan untuk hubungan Point-To-Multi-Point

(P2Mp) atau satu titik ke banyak titik di sekitar daerah pancaran. Yang bekerja dari jarak 1-5 km, akan menguntungkan jika client atau penerima menggunakan antena directional atau antena yang terarah. Gambar 2.5 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional[6].

Gambar 2.5 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional

2.4.4.2 Pola Radiasi Antena Sectoral

Antena Sectoral hampir mirip dengan antena omnidirectional, yang juga digunakan untuk hubungan Point-to Multi-Point (P2Mp) links. Beberapa antena sectoral dibuat vertikal dan ada juga yang horizontal. Antena ini mempunyai gain yang lebih besar dibandingkan dengan antena omnidirectional yaitu 10-20 dBi, yang bekerja pada jarak atau area 6-8 km. Sudut pancaran antena ini adalah 450 -1800 dan tingkat ketinggian pemasangannya harus diperhatikan agar tidak terdapat kerugian dalam penangkapan sinyal. Gambar 2.6 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena sectoral [6].

(30)

Gambar 2.6 Bentuk pola radiasi antena sectoral

2.4.4.3 Pola Radiasi Antena Directional

Antena directional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat

menjangkau jarak yang relatif jauh. Jenis antena ini digunakan pada sisi client

(penerima) dan mempunyai gain yang sangat tinggi yang diarahkan ke titik sumber pancaran sinyal. Contoh yang biasa digunakan dari jenis antena ini yaitu yagi digunakan untuk jarak pendek karena penguatannya rendah dan mempunyai penguatan antara 7-19 dBi, parabolic (parabola) digunakan untuk jarak menengah atau sedang dan mempunyai penguatan antara 18-28 dBi, wajan bolic jenis antena ini sering digunakan di sisi client (penerima) pada jaringan RT/RW-net. Gambar 2.7 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena directional[6].

(31)

2.4.5 Impedansi Masukan

Impedansi masukan dari suatu antena dapat dilihat sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan, (�_��) terdiri dari bagian real (Rin)dan imajiner (Xin

) dengan Persaamaan 2.16 [2].

in = ( Rin + j Xin

Resistansi masukan (R

) Ω 2.16

2.4.6 Gain Antena

) mewakili disisipi yang terjadi karena dua hal. Pertama karena daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali lagi (radiasi), yang kedua karena rugi-rugi ohmic yang terkait dengan panas pada struktur antena. Namun pada banyak antena, rugi-rugi ohmic sangat kecil bila dibandingkan dengan rugi-rugi akibat radiasi tersimpan pada medan dekat antena. Kondisi matchingharus dibuat sedemikian rupa sehingga mendekati 50 + j0Ω.

Gain adalah perbandingan antara rapat daya per satuan unit antena terhadap rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan Persamaan 2.17[6] :

G =

η

x D 2.17

Dimana : G : Gain antena (dBi)

η

:

Efisiensi antena D : Directivity

Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan

(32)

antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya diterima oleh antena (Pin

��

= 4

�

�(�,�)

��

2.18

) dibagi 4

π

.

Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaan2.18[7]:

Dimana : �(�,�) : Intensitas radiasi pada arah tertentu Pin : Intensitas radiasi yang diterima

Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain 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 refensi merupakan sumber isotropic yang lossless (Pin(lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan

pada Persamaan 2.19[7] :

��

=

�

4��(�,�)

��

2.19

Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan level penerimaan sinyal. Untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.20 berikut ini:

(33)

Dimana: Ga : Gain total antena

Pa : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm) Ps : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm) Gs : Gain antena referensi

2.4.7 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) 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 Persamaan 2.21 berikut ini [2] :

� = �

�0 =

4��

�� 2.21

Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.22[2] :

�� =�0 = �_�� 0 =

4��_��

�� 2.22

Keterangan :

D = keterarahan

U = intensitas radiasi maksimum = keterarahan maksimum

Umax

= intensitas radiasi maksimum

= intensitas radiasi pada sumber isotropic

(34)

Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.23 berikut ini:

� =4�

2_�2

�02�1

2.23

Dimana nilai �₁ dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.24 berikut ini:

�1 = �

120�2�2

90�₀2 2.24

Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25 sebagai berikut:

�� = 2� 2.25

Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persama- an 2.26 sebagai berikut:

�� = ��× �� 2.26

Keterangan:

�_{��}= banyak elemen yang akan dirancang

2.5 Teknik Pencatuan

Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara langsung banyak digunakan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana dalam pencatuan. Tetapi disamping kelebihan tersebut ada beberapa kekurangan yang

(35)

terdapat pada pencatuan ini, seperti sangat sulit jika antena mikrostrip akan disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau bandwidth yang sempit sekitar 2% - 5% [3].

Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya diperkenalkan apa yang disebut pencatuan tidak langsung atau electromagnetic coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar

bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan.

Dengan teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi dengan elemen peradiasinya. Ada dua teknik teknik pengkopelan yang biasanya digunakan pada pencatuan ini, yaitu proximity coupling yang diperkenalkan oleh Oltman dan Huebner pada tahun 1981 dan aperture coupling yang diperkenalkan oleh Pozar, Grunoa dan Wolf pada tahun 1986[3].

Untuk rancang bangun antena mikrostrip ini digunakan teknik pencatuan

proximity coupling. Pada teknik pencatuan ini saluran transmisi (feedline) diletakan pada posisi yang lebih rendah dari patch, lebih tepatnya dibawah patch, mekanisme penggandengan yang akan timbul akan,seperti terlihat pada Gambar 2.8. Pendekatan ini digunakan dua buah substrat, dimana patch pada substrat bagian atas dengan bidang pentanahannya dihilangkan seluruhnya dan substrat yang berada pada bagian bawah merupakan saluran transmisinya (feedline).

(36)

Gambar 2.8 Teknik pencatuan metode proximity coupling

2.6 Teknik Array

Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan seperti memiliki bentuk yang sederhana, efisien, ekonomis, dan mudah pembuatannya. Namun demikian antena mikrostrip ini juga memiliki kelemahan yang sangat mendasar, yaitu

bandwidth yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.

Antena mikrostrip array merupakan gabungan dari beberapa elemen

peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip array dapat

berbentuk seri, paralel, atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array

ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen tunggal. Untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap elemen array berinterferensi secara konstruktif pada arah yang diinginkan dan berinterferensi secara destruktif pada arah lain.

Ada beberapa macam konfigurasi antena array, diantaranya linear, planar,

dan circular. Masing masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear

(37)

planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi.

Antena mikrostrip bentuk array memiliki beberapa kelebihan dibanding dengan antena mikrostrip konvensional. Kelebihannya yaitu memiliki bandwidth

dan gain yang lebih besar. Disamping memiliki kelebihan, antena jenis ini juga memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan suatu jalur transmisi/pencatu antara elemen peradiasi dan input connector untuk mengurangi rugi-rugi sehingga mengurangi efisiensi antena.

Pada antena array terdapat Array Factor (AF) yang merupakan pengali dari

medan elektrik dari elemen tunggal. Array Factor inilah yang menentukan

bagaimana pola radiasi dan seberapa besar tingkat daya yang diradiasikan oleh antena tersebut. Gambar 2.9 menunjukkan antena mikrostrip dengan teknik array.

Teknik Planar Array

Teknik Linier Array

Teknik Circular Array

(38)

2.7 Impedance Matching

Impedance matching merupakan cara atau teknik yang dipakai untuk menyesuaikan dua impedansi yang tidak sama, yaitu impedansi karakteristik saluran (Zo) dan impedansi beban (ZL

Transformator λ/4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi Z

). Beban dapat berupa antena atau rangkaian

lain yang mempunyai impedansi ekivalen. Impedance matching mempunyai

peranan yang sangat penting untuk memaksimalkan transfer daya dari sumber sinyal ke beban. Kondisi yang sesuai (match) antara impedansi karakteristik saluran dengan beban akan menghasilkan transfer daya yang maksimal karena redaman yang disebabkan daya pantul akan diminimalkan. Pada prinsipnya, untuk menyesuaikan impedansi saluran dengan impedansi beban dilakukan dengan menyisipkan suatu “transformator impedansi” yang berfungsi mengubah impedansi beban sama dengan impedansi karakteristik saluran. Ada beberapa bentuk atau model teknik penyesuaian impedansi ini, diantaranya adalah, transformator λ/4, single stub tuner, double stub tuner, dan lumped circuit. Pada Tugas Akhir ini digunakan teknik transformator λ/4[2].

�

_�

=

�0

��

2.27

di antara dua saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transformator ini λ/4 adalah sebesar

�= 1₄�� dimana λg merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang

besarnya dapat dihitung dengan Persamaan 2.27.

dimana λ0 adalah panjang gelombang pada ruang bebas. Nilai impedansi ZT dapat

(39)

�

_�

=

��

₁

�

₃ 2.28

2.8 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada saluran

transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array adalah power divider

(combiner). Dalam hal ini, metoda Wilkinson merupakan teknik yang umum digunakan. Gambar 2.10 memperlihatkan power divider metoda Wilkinson [8].

Z Z0

R = Z0

Gambar 2.10 N-way Wilkinson Combiner

Pada metoda Wilkinson, nilai impedansi Z diberikan dengan Persamaan 2.29 berikut [8].

�= �₀√� 2.29 dimana N adalah jumlah titik pencabangan.

2.9 T-Junction 50 Ohm

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Terdapat dua jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai power divider seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11 [8].

(40)

Gambar 2.11 T-junction 50 ohm

2.10 WI-FI (Wireless Fidelity)

Wireless adalah koneksi suatu perangkat dengan perangkat lainnya tanpa

menggunakan kabel. Wireless internet merupakan koneksi internet yang

menggunakan frekuensi radio dan bekerja pada kecepatan tinggi yaitu 11-54 Mbps, jauh lebih cepat daripada layanan internet melalui telepon yang hanya kecepatan maksimum 56 Kbps (milik telkom). Pemakaian wireless internet memungkinkan akses internet selama 24 jam dengan biaya sangat murah karena wireless internet tidak akan dikenakan pulsa, sehingga pemakai hanya dikenakan biaya pembayaran kepada Internet Service Provider (ISP).[9]

Wifi kependekan dari Wireless fidelity, adalah sekumpulan standar yang digunakan untuk jaringan lokal nirkabel (Wireless Local Area Network – WLAN). Secara teknis operasional, wifi merupakan salah satu varian teknologi komunikasi dan informasi yang bekerja pada jaringan dan perangkat WLAN (Wireless Local Area Network). Dengan kata lain, wifi adalah nama dagang (certification) yang diberikan pabrikan kepada perangkat telekomunikasi (internet) yang bekerja di

jaringan W-lan dan sudah memenuhi kualitas interoperability yang

(41)

Wifi adalah koneksi tanpa kabel seperti handphone dengan menggunakan teknologi radio sehingga pemakainya dapat mentransfer data dengan cepat dan aman. wifi hanya dapat di akses dengan komputer, laptop, PDA atau Cellphone

yang telah dikonfigurasi dengan wifi certified Radio.

Karena sistem wifi mengunakan transmisi frekuensi secara bebas, maka pancaran sinyal yang ditransmit pada unit wifi dapat ditangkap oleh komputer lain sesama pemakai wifi. Tentu kita tidak seseorang masuk kedalam jaringan Network

tanpa izin. Pada teknologi wifi ditambahkan juga sistem pengaman misalnya WEP (Wired Equivalent Privacy) untuk pengaman sehingga antar komputer yang telah memiliki otorisasi dapat saling berbicara. Pada frekuensi wifi, ada beberapa

channel yang diizinkan beroperasi masing-masing 5 MHz, diperlihatkan pada Tabel 2.1[9].

Tabel 2.1Channel pada wifi

Channel Frekuensi

1 2,412 MHz

2 2,417 MHz

3 2,422 MHz

4 2,427 MHz

5 2,432 MHz

6 2,437 MHz

7 2,442 MHz

8 2,447 MHz

9 2,452 MHz

10 2,457 MHz

11 2,462 MHz

12 2,467 MHz

13 2,472 MHz

14 2,477 MHz

15 2,482 MHz

16 2,487 MHz

(42)

2.10.1Keunggulan dan Kelemahan Jaringan Wireless

Jaringan wireless memiliki beberapa keunggulan dan kelemahan. Beberapa keunggulannya diantaranya biaya pemeliharannya murah, infrastrukturnya ber- dimensi kecil, pembangunannya cepat, mudah dikembangkan, mudah dan murah untuk direlokasi dan mendukung portabelitas.

Sedangkan kelemahannya adalah biaya peralatan mahal, delay yang besar, adanya masalah propagasi radio (terhalang bangunan, interferensi), kapasitas jaringan terbatas, dan keamanan data (kerahasiaan) kurang terjamin[9].

2.11 Ansoft High Frequency Structure Simulator V.10

Banyak perangkat lunak (Software) simulasi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah Ansoft High Structure Simulator V.10. Dalam Tugas Akhir ini, penulis menggunakan Ansoft

High Structure Simulator V.10 untuk menganalisis karakteristik antena mikrostrip yang penulis buat dalam Tugas Akhir ini.

Ansoft High Structure Simulator V.10 juga merupakan dasar dari

perancangan desain yang menyarankan pemakai untuk mendesain model dan

mensimulasikan secara analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan

sirkuit, dan memperformasikan sinyal tersebut. Dalam software ini

terbentuk-bentuk skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam

bentuk visualisasi dan analisis data.

Ansoft HFSS V.10 menggunakan teknik Finite Elemen Method (FEM) dalam menghitung parameter antena. FEM adalah sebuah teknik penyelesaian dengan cara mendiskretisasi (membagi-bagi) volume dari antena menjadi bagian yang lebih kecil. Antena ini dibagi ke dalam bentuk tetrahedral atau piramida.

(43)

Ukuran panjang sisi dari bagian-bagian tersebut maksimal harus lebih pendek dari 1/10 panjang gelombang. Sehingga jika struktur yang akan dihitung mempunyai dimensi yang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombang, maka jumlah segitiga yang digunakan juga akan banyak, dan ini berarti jumlah

unknown atau dimensi matrix yang akan diinversikan juga akan bertambah.

2.12 Aplikasi Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini.Umumnya aplikasi yang telah digunakan antara lain adalah Wimax, W-LAN,

bandpass filter, mobile satellite[4]. A. Wimax

Dalam penggunaan mikrostrip untuk Wimax yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.12[4].

(44)

B. W-LAN

Antena mikrostrip yang digunakan adalah antenna mikrostrip planar array

yang berfungsi untuk menambah penguatan pada W-LAN.Antena mikrostrip dalam penggunaan W-LAN dapat dilihat pada Gambar 2.13[4].

Gambar 2.13 Mikrostrip pada W-LAN c. Bandpass Filter

Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada ditengah, sinyal rendah dan tinggi ditolak.Antena mikrostrip adalah teknologi yang paling fleksible

untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz yang ditunjukkan pada gambar 2.14[10].

(45)

D. Mobile Satelite

Antena mikrostrip array ini digunakan pada sistem komunikasi mobile satellite

pada rentang frekuensi 2,5-2,6 GHz dapat dilihat pada gambar 2.15[4].

(46)

BAB III

PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR

3.1 Umum

Pada bagian ini akan dirancang antena mikrostrip patch c i r c u l a r p l a n a r array 4 elemen dengan pencatuan Electro Magnetic coupled (EMC),

yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,45GHz (2,4–2,5GHz) untuk diaplikasikan pada teknologi wi-fi. Secara umum, perancangan antena ini dapat dikelompokan atas 2 tahapan. Tahapan pertama adalah perancangan antena mikrostrip patch cir cul ar elemen tunggal. Kegiatan yang dilakukan pada tahapan ini adalah penentuan frekuensi resonansi yang diinginkan, penentuan spesifikasi substrat yang akan digunakan, penentuan dimensi patch antena dan penentuan dimensi saluran pencatunya. Hasil yang diperoleh dari tahapan pertama selanjutnya dilanjutkan pada tahapan kedua. Pada tahapan ini, empat buah patch elemen tunggal disusun dengan konfigurasi planar array sehingga menghasilkan antena mikrostrip patch circular planar array 4 elemen.

Jenis antena mikrostrip yang dirancang adalah antena dengan patch ber-bentuk circular dengan teknik pencatuan Electromagnetic couple. Teknik ini memberikan peningkatan performansi yaitu meningkatkan lebar bandwith, tetapi membutuhkan ketelitian penyesuaian kedua layernya agar tepat berada pada koordinat yang sama.

3.2 Peralatan Yang Digunakan

Dalam tahap perancangan ini ada beberapa peralatan yang digunakan, terdiri dari software dan hardware. Software digunakan untuk melakukan simulasi

(47)

sebelum antena yang akan dirancang, sedangkan hardware digunakan untuk fabrikasi serta pengujian antena. Berikut ini adalah beberapa peralatan yang akan digunakan dalam perancangan antena mikrostrip patch circular :

a. Ansoft HFSS V.10, dengan progam ini, rancangan fisik antena mikrostrip dapat dimodelkan dan disimulasikan serta dilihat parameter-parameter antena antara lain VSWR dan gain.

b. TXLine 2003, digunakan untuk menentukan impedansi karakteristik dan lebar saluran dari saluran mikrostrip.

c. Microsoft Visio 2007, digunakan untuk melakukan visualisasi desain perancangan dan juga berbagai macam visualisasi yang digunakan dalam Tu gas Akhi r ini.

d. Kabel coaxial 50 Ω untuk pencatu. e. Substrat mikrostrip FR4 (epoxy).

f. Konektor dengan impedansi karakteristik 50 Ω (SMA konektor).

3.3 Perancangan Antena Elemen Tunggal

Pada perancangan patch circular elemen tunggal ini terdapat beberapa tahapan yang diawali dengan menentukan frekuensi kerja yang diinginkan beserta spesifikasi yang akan dicapai. Selanjutnya menentukan jenis substrat yang akan digunakan.

Dalam pemilihan jenis substrat harus mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrat dengan spesifikasi antena yang dirancang, hal ini bertujuan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Sebelum simulasi dilakukan, terlebih dahulu menentukan parameter dari antena yaitu dimensi patch, lebar saluran pencatu dengan menggunakan peralatan bantu ataupun persamaan yang telah

(48)

dibahas pada bab II. Pada proses simulasi, dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, diantaranya adalah dengan mengatur lebar patch yang umumnya dapat mengatur frekuensi resonansi menjadi lebih tinggi atau lebih rendah, sedangkan pengaturan lebar atau panjang saluran pencatu, umumnya dilakukan untuk mendapatkan nilai VSWR yang diinginkan.

Tujuan dari perancangan ini adalah untuk mendapatkan sebuah elemen tunggal dengan dimensi patch dan l ebar pencatu yang optimal yaitu mampu memberikan nilai VSWR ≤ 2, gain≥ 2 pada rentang frekuensi 2,4 - 2,5 GHz. Diagram alir perancangan antena mikrostrip patch circular elemen tunggal dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Mulai

Menghitung dimensi patch

satu elemen

Menghitung panjang dan lebar pencatu

Simulasi dengan Ansoft HFSS V.10.0

Apakah VSWR ≤ 2, gain ≥ 2 pada frekuensi 2,4-2,5 GHz?

Selesai

Iterasi dimensi patch dan lebar pencatu

Tidak

Menentukan karakteristik yang diinginkan (frekuensi kerja,

VSWR , gain) dan jenis

substrate yang digunakan

Membuat model rancangan antena mikrostrip

(49)

3.3.1 Menentukan Karakteristik Antena

Pada rancangan antena mikrostrip ini, diinginkan dapat bekerja pada frekuensi 2,4-2,5 GHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya adalah 2,4-2,5 GHz dengan frekuensi tengah 2,45 GHz. Frekuensi tengah resonansi ini, selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan parameter-parameter lainnya seperti dimensi patch dan lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi kerja tersebut (2,4 - 2,5 GHz), diharapkan antena memiliki parameter VSWR ≤ 2 serta gain≥ 2.

3.3.2 Jenis Substrat Yang Digunakan

Dalam pemilihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengetahuan tentang spesfikasi umum dari susbtrat tersebut, kualitasnya, ketersediannya, dan yang tidak kalah penting adalah harga atau biaya yang harus dikeluarkan untuk mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan dipabrikasi secara massal untuk dipasarkan.

Jenis substrat yang digunakan pada perancangan antena ini adalah dua buah substrat jenis fiber dengan ketebalan yang sama (h1 = h2). Adapun

parameter substrat dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat yang digunakan

Jenis Substrat FR-4 epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif (εr) 4,4

Dielektrik Loss Tangent (tan δ) 0,02

(50)

3.3.3 Perancangan Dimensi Patch Circular Elemen Tunggal

Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip patch circular dengan frekuensi kerja 2,45 GHz (2,4-2,5 GHz). Untuk perancangan awal dari dimensi antena digunakan perhitungan antena mikrostrip

patch circular pada Persamaan (2.7).

�

=

8.794�10

f_r x109√��

� = 8,794 � 10

2,45 x 109√4.4

= 17,1 mm

Dari perhitungan diatas, didapatlah nilai spesifikasi substrat yang akan digunakan, m a k a diperoleh nilai radius patch adalah 17,1 mm.

3.3.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip patch circular ini, diharapkan mendekati nilai impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran

pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003. Tampilan dari

program TXLine 2003 untuk mencari lebar pencatu agar mempunyai impedansi 50 Ω dapat dilihat pada Gambar 3.2.

(51)

Pada Gambar 3.2, setelah dimasukkan semua parameter yang digunakan, maka program ini akan menampilkan nilai lebar dari saluran pencatu agar menghasilkan nilai impedansi 50 Ω. Melalui perangkat lunak TXLine 2003 ini diperoleh bahwa untuk menghasilkan impedansi 50 Ω dibutuhkan lebar saluran pencatu sebesar 3,00593 mm. Untuk memudahkan dalam proses perancangan maka lebar ini dibulatkan menjadi 3 mm.

3.3.5 Simulasi

Setelah semua langkah perancangan diatas dilakukan dengan menggunakan simulator ansoft HFSS V.10 maka didapatlah model antena mikrostrip

patchcircular elemen tunggal seperti yang tampak pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Model antena mikrostrip patch circular elemen tunggal

Setelah model antena mikrostrip patchcircular elemen tunggal disimulasikan, maka didapat parameter yang diinginkan pada Tugas Akhir ini antara lain besar nilai VSWR dan gain, namun secara teori VSWR dapat dihitung dengan

(52)

menggunakan Persamaan 2.13, sebelumnya terlebih dahulu harus dicari besar impedansi beban dari antena mikrostrip. Untuk mencari impedansi beban dapat menggunakan Persamaan 2.8 sampai 2.10, hasilnya sebagai berikut:

�0 =_�� = 3×10 8

2,45×109= 122,449 mm = 122 mm

Setelah nilai panjang gelombang di ruang bebas (�₀) diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi (△ �) dengan Persamaan berikut ini:

△ �= �0

√4,4= 122

√4,4= 58,37527 mm

�� = 60△ �_� = 60

58,37527

34,2 = 102,41257 Ω

Dari nilai impedansi beban diatas maka dicari besar koefisien refleksi (Γ) dengan menggunakan Persamaan 2.12. Dan hasilnya sebagai berikut ini:

Γ = ZL− Z0 Z_L+ Z₀ =

102,41257−50

102,1257 + 50 = 102,41257−50

102,41257 + 50

=

52,41257

152,41257

=

0,342

Selanjutnya dari nilai koefisien refleksi diatas maka dicari VSWR secara teori. Untuk menghitung nilai VSWR dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.13. Adapun hasilnya sebagai berikut:

VSWR =1− |Γ| 1 + |Γ|=

1 + |0,342| 1−|0,342|=

1,342

0,658= 2,0396

Dari nilai diatas diketahui nilai VSWR secara teori didapat adalah 2,0396. Dari hasil simulasi, didapatkan nilai VSWR seperti yang terlihat pada Gambar 3.4.

(53)

2,40 GHz 1,48

2,50 GHz 3,69

Gambar 3.4 Grafik VSWR hasil simulasi awal

Dari Gambar 3.4, didapatkan nilai VSWR pada saat frekuensi 2,45 Ghz sebesar 2,42. Secara perhitungan yang telah dilakukan sebelumnya didapatkan nilai VSWR sebesar 2,1, namun kalau dilihat dari Gambar 3.4 diatas bahwa ketika frekuensi 2,4 Ghz-2,5 Ghz besarnya VSWR berkisar dari 1,48 sampai 3,69, hal ini menandakan bahwa secara teori nilai VSWR yang didapat tidak jauh berbeda dengan hasil simulasi. Dari nilai VSWR yang didapatkan tidak sesuai dengan diinginkan karena itu diperlukan proses iterasi pada antena mikrostrip ini, sehingga hasil VSWR mencapai nilai yang diinginkan. Hal ini didapatkan dengan cara mengubah nilai besaran dimensi patch dan mengubah lebar pencatu sehingga dihasilkan nilai VSWR yang diinginkan (VSWR ≤ 2).

Dari hasil perhitungan, nilai VSWR dan gain yang dihasilkan belum sesuai dengan yang diharapkan. Diperlukan iterasi pada antena tersebut agar didapat nilai VSWR dan gain yang optimal. Banyak hal yang mempengaruhi nilai VSWR dan gain tersebut antara lain besaran dimensi patch, lebar pencatu, dan panjang pencatu. Maka untuk tahap awal yang perlu diiterasi adalah dimensi

(54)

Tabel 3.2 Hasil Iterasi Dimensi Patch Elemen Tunggal

No Radius

Patch (mm)

VSWR Gain (dBi)

2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz 2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz

1 17,1 1,48 2,42 2,20 2,79 2,74 2,62

2 17,0 1,46 2,37 3,62 2,64 2,68 2,54

3 16,9 1,24 1,85 2,92 2,79 2,77 2,69

4 16,8 1,30 1,60 2,50 2,77 2,77 2,71

5 16,7 1,41 1,44 2,20 2,77 2,79 2,74

6 16,6 1,59 1,34 1,90 2,74 2,78 2,75

7 16,5 1,77 1,32 1,71 2,74 2,79 2,78

8 16,4 2,06 1,37 1,46 2,69 2,76 2,77

Dari Tabel 3.2 diatas didapat hasil iterasi radius patch dengan nilai VSWR

1,32 pada frekuensi 2,45 Ghz dan gain 2,79 dBi yang memenuhi saat radius

patch 16,5 mm, namun dalam hal ini perlu adanya perbaikan agar mendapatkan nilai gain yang diinginkan, sehingga diperlukan iterasi kembali. Pada tahap kedua ini, bagian yang perlu diiterasi adalah lebar pencatu dengan mengubah nilai lebar pencatu dan tidak mengubah nilai radius patch karena telah mencapai nilai yang diinginkan. Untuk hasil iterasi lebar patch dapat dilihat pada Tabel 3.3.

Tabel 3.3 Hasil Iterasi Lebar Pencatu Elemen Tunggal

No Lebar

Pencatu

Radius

Patch (mm)

VSWR Gain (dBi)

2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz 2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz

1 3 16,5 1,76 1,33 1,70 2,74 2,79 2,78

2 2,9 16,5 1,85 1,30 1,61 2,76 2,83 2,84

3 2,8 16,5 1,70 1,29 1,77 2,76 2,81 2,79

(55)

Dari Tabel 3.3, dapat ketahuai bahwa VSWR yang dihasilkan sudah optimal dengan nilai 1,29 pada frekuensi 2,45 Ghz hal ini didapat dengan cara mengubah lebar pencatu dari 3 mm menurun hingga menjadi 2,7 mm, sehingga dihasilkan nilai VSWR yang optimum pada frekuensi antara 2.40-2.50 Ghz. Nilai tersebut menunjukan bahwa VSWR yang dihasilkan dari iterasi lebar pencatu berada dibawah 2, karena itu paremeter yang dilihat selanjutnya adalah besar gain

yang dihasilkan dari hasil iterasi lebar pencatu tersebut, sehingga diperoleh gain

tertinggi dengan lebar pencatu 2,8 mm yaitu gain dengan nilai 2,81 dBi. Adapun nilai VSWR yang dihasilkan dari lebar pencatu 2,7 adalah 1,27 tetapi nilai gain

yang didapat lebih rendah dibandingkan ketika lebar pencatu berukuran 2,8 mm . Gambar 3.5 menunjukan grafik VSWR yang didapat dari proses iterasi.

2,50 GHz 1,77 2,40 GHz 1,70

Gambar 3.5 Grafik VSWR hasil iterasi elemen tunggal

Dari Gambar 3.5, diketahui bahwa nilai VSWR yang dihasilkan setelah iterasi sebesar 1,70 pada frekuensi 2,40 Ghz, 1,29 pada frekuensi 2,45 Ghz, dan 1,77 pada frekeunsi 2,50 Ghz. VSWR yang dihasilkan sudah mencapai nilai yang diinginkan untuk antena dengan patch elemen tunggal. Adapun gain yang dihasilkan setelah proses iterasi dilakukan seperti ditunjukan oleh Gambar 3.6.

(56)

2,45 GHz 2,81

Gambar 3.6 Grafik gain hasil iterasi antena elemen tunggal

Dari Gambar 3.6, besar gain yang dihasilkan pada saat frekuensi 2,45 Ghz adalah 2,81 dBi. Maka gain yang dihasilkan setelah iterasi telah optimal untuk antena elemen tunggal.

3.4 Perancangan Antena 4 Elemen Planar Array

Perancangan antena planar array ini menggunakan data yang telah diperoleh dari hasil rancangan antena elemen tunggal (seperti dimensi patch dan lebar saluran pencatu). Pada Tugas Akhir ini, jenis yang digunakan adalah dengan konfigurasi planar array, hal ini dimaksudkan agar dapat lebih mudah mengatur pola radiasi dan meminimalisir dimensi antena. Setelah penentuan jenis konfigurasi planar array, selanjutnya adalah merancang konfigurasi saluran pencatu bagi setiap elemen. Perancangan konfigurasi saluran ini sangat kompleks, karena parameter yang mempengaruhinya sangat bervariasi, namun secara sederhana proses perancangan antena mikrostrip patch circular planar array 4 elemen ini dapat dibuat ke dalam diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

(57)

Mulai

Menentukan jarak antar elemen

Menghitung dan merancang T-juntion yang digunakan sebagai power divider

Simulasi dengan Ansoft HFSS V.10.0

Apakah VSWR ≤ 2, gain ≥ 6 pada frekuensi 2,4-2,5 GHz?

Selesai

Iterasi jarak antar elemen

Tidak

Ya Data rancangan elemen tunggal

Memodelkan rancangan antena mikrostrip 4 elemen planar array

Gambar 3.7 Diagram alir perancangan antena mikrostrip 4 elemen planar array

3.4.1 Pengaturan Jarak Antar Elemen

Adapun jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini sekitar seperempat panjang gelombang (d = λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan

magnitude hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar dari yang dihasilkan pada rancangan elemen tunggal (2,81 dBi). Pada rancangan antena mikrostrip patch circular dengan teknik planar array 4 elemen ini diharapkan magnitude yang diperoleh mencapai lebih dari 6 dBi. Peningkatan magnitude tersebut mengin-

(58)

dikasikan adanya peningkatan gain pada antena tersebut. Adapun jarak antar elemen didapat dari penggunaan Persamaan sebagai berikut:

� = � 4 �� =

3 × 108 4 x 2,45 × 109 =

3 × 108

9,8 x 109 = 30,5 ��

Dari Persamaan diatas didapatlah jarak awal antar elemen adalah 30,5 mm, setelah diketahui jarak antar elemen hal ini akan memudahkan untuk meletakan posisi tiap elemen yang akan dirancang, bisa nanti diperlukan iterasi jarak tiap elemen pada antena tersebut.

3.4.2 Perancangan T-Junction

Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu yang digunakan adalah 50 Ω. Untuk merancang antena 4 elemennya, dibutuhkan T-junction 50 Ω yang berfungsi sebagai power divider. Terdapat 2 jenis T-junction

50 Ω yang telah dibahas pada sub-bab 2.9. Pada penelitian ini T-junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70,71 Ω karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena. Impedansi 70,71 Ω tersebut berfungsi sebagai transformator λ/4. Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,71 Ω digunakan program TXLine

2003. Tampilan program TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,71 Ω ditunjukkan pada Gambar 3.8.

(59)

Gambar 3.8 Tampilan program TXLine untuk mencari dimensi saluran pencatu

Dari Gambar 3.8, diperoleh bahawa untuk menghasilkan impedansi 70,71 Ω dengan substrat yang digunakan dalam perancangan dan frekuensi kerja yang diinginkan adalah 2,45 Ghz, maka dibutuhkan panjang dan lebar pencatu masing-masing sebesar 29,7 mm dan 1,55 mm, untuk menyesuaikan dengan ukuran grid

yang digunakan pada perangkat lunak ansoft sebagai simulasi maka panjang dan lebar ini dibulatkan menjadi 30 mm dan 1,5 mm. Dengan cara yang sama, dimensi saluran pencatu untuk impedansi 86,6 Ω diperoleh panjang saluran 28 mm dan lebar 0,9 mm.

3.4.3 Simulasi

Perancangan antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array

dilakukan seperti perancangan pada mikrostrip elemen tunggal, melalui beberapa tahapan, yaitu dimulai dengan perancangan groundplane, substrat 1, perancangan saluran pencatu (feedline), substrat 2, perancangan patch, dan perancangan port

saluran pencatu. Tetapi dalam perancangan 4 elemen planar array ini dirancang 4 buah patch dengan radius 16,5 mm, selanjutnya adapun banyak saluran pencatu

(60)

(feedline) terdiri dari 10 buah saluran pencatu 50 Ω, 2 buah saluran pencatu 86,6

Ω dan 1 buah saluran pencatu 70,71 Ω. Setelah semua langkah tersebut dilakukan maka akan dihasilkan model antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array seperti yang tampak pada Gambar 3.9

. Gambar 3.9 Model antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array

Simulasi dapat dijalankan setelah semua langkah yang dilakukan pada perancangan patch elemen tunggal diikuti tanpa error hal ini dapat dilihat pada simulator ansoft pada bagian validation check, selanjutnya setelah dijalankan simulasi tersebut maka akan diketahui berapa besar VSWR dihasilkan dari model antena 4 elemen ini. Adapun VSWR hasilkan dari simulasi antena mikrostrip

(61)

2,40 GHz 1,19

2,50 GHz 2,1

Gambar 3.10 Grafik VSWR hasil awal simulasi 4 elemen

Dari Gambar 3.10, dapat dilihat bahwa nilai VSWR yang dihasilkan dari simulasi antena mikrostrip patch circular 4 elemen adalah 1,40 saat frekuensi 2,45 Ghz. Nilai VSWR tersebut lebih besar dibandingkan dengan antena mikrostrip

patch circular elemen tunggal, seharusnya nilai VSWR yang dihasilkan dari antena mirkostrip patch circular 4 elemen harus lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip patch circular elemen tunggal.

Dari hasil simulasi yang telah dijalankan didapatlah bahwa antena

mikrostrip patch circular 4 elemen belum memenuhi karakteristik yang

diinginkan yaitu VSWR ≤ 2, karena itu diperlukan proses iterasi sehingga nilai VWSR sesuai dengan yang diinginkan.. Dalam hal ini yang perlu iterasi adalah jarak antar elemen. Tabel 3.4 merupakan hasil dari iterasi jarak antar elemen antena mikrostrip 4 elemen.

(62)

Tabel 3.4 Hasil iterasi jarak antar elemen

No Jarak Antar

Elemen (mm)

VSWR Gain (dBi)

2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz 2,40 GHz 2,45 GHz 2,50 GHz

1 33 1,26 1,60 1,79 6,12 6,11 6,20

2 32 1,23 1,49 1,66 5,90 5,93 6,08

3 31 1,48 1,23 1,33 6,26 6,23 6,46

4 30 1,33 1,30 1,48 6,40 6,48 6,65

5 29 1,10 1,43 2,00 6,42 6,43 6,20

6 28 1,63 1,23 1,59 6,48 6,75 6,60

7 27 1,32 1,19 1,68 6,30 6,66 6,40

8 26 1,40 1,29 1,65 6,20 6,52 6,32

Dari Tabel 3.4, diketahui bahwa nilai VSWR yang terkecil pada saat frekuensi 2,45 Ghz adalah 1,19, nilai VSWR ini berada saat jarak antar elemen 27 mm, dan gain yang didapatkan 6,66 dBi, namun gain yang didapatkan pada saat jarak antar elemen 28 mm lebih besar dibandingkan pada saat jarak antar elemen 27 mm, inilah yang menjadi dasar penulis menetapkan bahwa VSWR yang dipilih adalah saat jarak antar elemen 28 mm dengan gain yang didapatkan sebesar 6,75 dBi, dengan ketentuan bahwa nilai VSWR pada jarak antar elemen 28 mm pada frekuensi 2,45 GHz harus lebih kecil dari nilai VSWR pada saat elemen tunggal. Adapun VSWR yang dihasilkan dari proses iterasi dapat dilihat pada Gambar 3.11.

(63)

2,40 GHz 1,44 2,50 GHz 1,47

Gambar 3.11 VSWR hasil iterasi jarak antar elemen

Dari Gambar 3.11, nilai VSWR yang dihasilkan setelah dilakukannya iterasi yaitu sebesar 1,44 pada frekuensi 2.40 Ghz, 1,23 pada frekuensi 2.45 Ghz, 1,47 pada frekuensi 2.45 Ghz. Nilai ini menunjukan bahwa antena mikrostrip

patch circular 4 elemen telah sesuai dengan yang diinginkan. Adapun frekuensi dari 2,40 Ghz sampai 2,50 Ghz nilai VSWR yang dihasilkan dari semulasi antena mikrostrip patchcircular 4 elemen ini adalah dibawah dari 2.

Adapun besar gain yang didapat dari antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array secara perhitungan dapat dicari menggunakan Persamaan 2.17, namun terlebih dahulu harus dicari pengarahan (directivity) dari antena ini. Untuk mencari directivity dari antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array dapat digunakan Persamaan 2.23 sampai 2.26 adapun hasil seperti berikut:

�₁ =�120�

2_�2

90�₀2 = �

120(34,2)2(3,14)2

(64)

Dari nilai �₁ maka didapat dihitung besarnya nilai directivity single slot dari antena mikrostrip ini. Adapu besar nilai directivity dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.23 berikut ini:

� =4�

2_�2

�02�1

=4(34,2)

2_(3,14)2

(123)21,02 = 2,98

Setelah nilai directivity didapat maka dapat dicari nilai directivity susun dengan menggunakan Persamaan 2.25 berikut ini:

�� = 2� = 2 × 2,98 = 5,96

Dari nilai directivity diatas diketahui berapa besar directivity total dengan menggunakan Persamaan 2.26 berikut ini:

�� =�� × �� = 5,96 × 4 = 23,84

Selanjutnya dengan didapatnya nilai directivity total didapatlah besar gain secara teori. Untuk mencari besar gain dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.17 berikut ini:

� = � ×�_{��} = 60% × 23,84 = 14,30

�� = 10 log� = 10 log 14,30 = 11,55 ��

Adapun gain yang didapat setelah dilakukannya proses iterasi jarak antar elemen dapat dilihat pada Gambar 3.12.

(65)

2,45 GHz 6,75

Gambar 3.12Gain hasil iterasi jarak antar elemen

Dari Gambar 3.12, nilai gain yang dihasilkan setelah dilakukan iterasi antena mikrostrip 4 elemen adalah 6,75 dBi. Nilai gain sebesar itu maka rancangan antena mikrostrip patch circular 4 elemen ini dapat dikatakan optimal karena nilai gain yang dihasilkan tersebut telah sesuai dengan yang diharapkan yaitu diatas 6 dBi.

Setelah iterasi jarak antar elemen dilakukan maka dapat dibandingkan

parameter antena mikrostrip patch circular elemen tunggal dengan antena

mikrostrip patch circular 4 elemen dengan teknik planar array. Perbandingan ini ditunjukan oleh Tabel 3.5.

Tabel 3.5 Perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen

Parameter Elemen Tunggal 4 Elemen Planar Array

Rentang Frekuensi Kerja 2,40 GHz – 2,50 GHz 2,40 GHz – 2,50 GHz

VSWR yang dihasilkan 1,29 1,23

(66)

14 mm

30 mm 30 mm

30 mm

17 mm 24 mm

17 mm

15 mm

30 mm 15 mm

46,4 mm

14 mm 10,5 mm

Rancangan geometri fisik antena mikrostrip 4 elemen planar array dengan radius patch 16,5 mm yang selanjutnya yang akan difabrikasi diperlihatkan pada Gambar 3.13.

12,5 mm 28 mm 33 mm

33 mm

33 mm 12,5 mm

15 mm

28 mm

33 mm

23 mm

(1)

b. Data-data access point yang dihasilkan

Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan menggunakan antena mikrostrip 4 elemen Dari Gambar 4.8, dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal adalah -64 dBm. Nilai pada level ini memperlihatkan bahwa penerimaan sinyal meningkat menjadi lebih baik. Setelah mendapat nilai level penerimaan sinyal dari kedua antena diatas maka gain antena dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.20.

��(��) =��(��)− ��(��) +��(��) �� (��) = (−64 ��)— (−67 ��) + 4��

��(��) = 7 ��

Dari Persamaan diatas didapat besar gain dari antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array yaitu sebesar 7 dBi. Nilai ini lebih baik dibanding- kan dengan nilai hasil simulasi yaitu sebesar 6,75 dBi, hal ini bisa saja disebabkan faktor lingkungan, proses pencetakan atau fabrikasi antena mikrostrip ini, namun dari nilai menunjukan bahwa antena yang dibuat telah sesuai dengan yang diinginkan.

(2)

4.5 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena

Tabel 4.1 menunjukan hasil pencapaian dari antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array.

Tabel 4.1 Pencapaian spesifikasi antena

Parameter pada Antena

Nilai

Teori Simulasi Pengujian

Diameter patch 34,2 mm 33 mm 33 mm

Panjang Grounplane 132 mm 132 mm 132 mm Lebar Grounplane 119 mm 119 mm 119 mm Panjang saluran pencatu 30 mm 30 mm 30 mm Lebar saluran pencatu 3 mm 2,8 mm 2,8 mm Jarak antar elemen 30,5 mm 28 mm 28 mm

VSWR ≤ 2,1 ≤ 1,23 -

Gain 11,55 dBi 6,75 dBi 7 dBi

Dari Tabel 4.1, dapat diketahui bahwa antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array dibuat pada Tugas Akhir ini telah mampu memenuhi pencapaian parameter yang diinginkan. Pada saat simulasi gain yang didapatkan sebesar 6,75 dBi, dengan nilai VSWR sebesar 1,23. Gain yang didapat pada saat pengujian. Gain pada saat pengujian didapat 7 dBi, hal ini disebabkan lingkungan saat pengujian cukup baik dan serta ketelitian saat fabrikasi. Pada saat simulasi nilai VSWR yang didapatkan sebesar 1,23, namun pada awal sebelum dilakukan proses iterasi nilai VSWR yang didapat secara simulasi sebesar 2,42 dan nilai

(3)

VSWR didapat secara teori sebesar 2,1 pada dasar perbedaan nilai tersebut masih dibatas toleransi, karena ketika frekuensi 2,4 Ghz sampai 2,5 Ghz nilai VSWR yang didapat dari proses simulasi tersebut berkisar dari 1,48 sampai 3,69. Diketahui sebelumnya bahwa nilai VSWR paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1(VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna, namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah saat nilai VSWR ≤ 2. Dilatarbelakangi hal inilah saat simulasi dilakukan proses iterasi sehingga didapatlah nilai VSWR ≤ 2 seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 diatas. Nilai VSWR yang didapatkan dari simulasi disebabkan perubahan yang terjadi pada besar dimensi patch, besar saluran pencatu dan jarak antar elemen. Karena keterbatas peralatan maka tidak lakukan pengujian VSWR yang didapatkan dari antena mikrostrip yang telah difabrikasi.

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas akhir ini telah dirancang antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array sebagai penguat sinyal wifi. Dari hasil perancangan simulasi dan pengujian diperoleh beberapa kesimpulan yaitu :

1. Antena mikrostrip 4 elemen planar array yang difabrikasi memiliki gain 7 dBi pada frekuensi 2,45 GHz. Hasil gain pengujian ini lebih baik dibandingkan dengan hasil gain simulasi yaitu 6,75 dBi. Perbedaan ini disebabkan berbagai hal antara lain kondisi lingkungan tempat pengujian, human error, serta ketelitian dalam fabrikasi.

2. Antena mikrostrip patch circular planar array menggunakan teknik pencatuan proximity couple. Adapun kelebihan teknik ini baik digunakan untuk antena mikrostrip yang berjenis array.

3. Pada saat simulasi terjadi proses iterasi, adapun parameter yang diiterasi adalah diameter patch, lebar saluran pencatu dan jarak antar elemen. Proses iterasi ini dilakukan untuk mendapatkan nilai VSWR dan gain yang diinginkan.

(5)

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan pada Tugas akhir ini yaitu: 1. Sebagai bahan penelitian selanjutnya ada baiknya dilakukan pengukuran

parameter antena mikrostrip patch circular planar array menggunakan alat ukur (Network Analyzer) agar diperoleh hasil yang lebih akurat dan teliti.

2. Sebagai bahan penelitian selanjutnya ada baiknya antena mikrostrip ini digunakan untuk aplikasi lain seperti penguat wimax dan modem.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine A, 2005, Antena Theory Analysis and Design, third edition, Willey inc, hal. 1 – 10.

[2] Rambe, Ali Hanafiah, 2008, Perancangan Antena Mikrostrip Pacth Segi Empat Elemen Tunggal Dengan Pencatuan Aperture-Coupled Untuk Aplikasi CPE Pada Wimax, Jakarta, Universitas Indonesia.

[3] Surjati, Indra, 2010. Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya, Jakarta, Universitas Trisakti, hal 1-10.

[4] Hermansyah, M Rudy, 2010. Rancang Bangun AntenaMicrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi Wireless. Medan, Universitas Sumatera Utara. [5] Alaydrus, Mudrik. Antena dan Propagasi, Jakarta, UMB, hal 1-3.

[6] Sri,Tri D, 8 Agustus 2012, Modul Antena

[7] Ardiyanto, Rian, 2011, Perancangan dan Pembuatan Antena Mikrostrip Blogspot.com/2009/08/modul-antena-2.html.

Frekuensi 2,4 GHz, Jakarta, Universitas Mercu Buana, hal 10-15.

[8] Garg, Rames, 2001, Microstrip Antenna Design Handbook, first edition, Artech house, hal 17 – 24.

[9] Iqbal, M, 2012. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Lingkaran Untuk Memperkuat Sinyal Wi-fi, Medan,Universitas Harapan, hal 20-22.

[10] Anonim, 17 Desember 2012, Antena Mikrostrip pada Bandpass Filter, http://mudrikalaydrus.wordpress.com/category/galeries/foto-foto-riset/

Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Circular (2,45 Ghz) Dengan Teknik Planar Array Sebagai Penguat Sinyal WI-FI