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.
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 =
λ4. 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-
dikasikan adanya peningkatan gain pada antena tersebut. Adapun jarak antar elemen didapat dari penggunaan Persamaan sebagai berikut:
� = �
4 � �
= 3 × 10
8
4 x 2,45 × 10
9
= 3 × 10
8
9,8 x 10
9
= 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 λ4. Untuk mendapatkan panjang dan lebar
saluran pencatu agar mempunyai impedansi 7 0,71 Ω digunakan program TXLine
2003. Tampilan program TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu ag
ar mempunyai impedansi 70,71 Ω ditunjukkan pada Gambar 3.8.
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
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 patch circular 4 elemen dapat dilihat pada Gambar 3.10.
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.
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.
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 patch circular 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 �
2
= �
12034,2
2
3,14
2
90123
2
= 1,02
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
�
2
�
1
= 434,2
2
3,14
2
123
2
1,02 = 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.
2,45 GHz 6,75
Gambar 3.12 Gain 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
Gain yang dihasilkan 2,81
6,75
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
a.Tampak atas patch substrat 1
119 mm
132 mm
b. Tampak atas feedline substrat 2
c.Tampak bawah groundplane substrat 2
Gambar 3.13
Rancangan geometri planar array antena 4 elemen
BAB IV PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP
