Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Tipe Polarisasi Melingkar Menggunakan Metode Truncated Corner

(1)

LAMPIRAN 1

Langkah-Langkah Perancangan Antena Mikrostrip pada simulator AWR Microwave Office 2004 adalah

1. Pembuatan EM Structure

Pada pembuatan EM Structure ini diberikan nama perancangan yang akan kita rancang seperti yang ditunjukkan di Gambar 1

Gambar 1. Pembuatan EM Structure pada Simulator

2. Penentuan Enclosure (Substrat Information)

Pada tahap ini, dilakukan pengisian enclosure dengan mengisi box dimensions sesuai dengan perhitungan lebar ground Wg dan panjang ground Lg seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

(2)

Gambar 2. Pengisian Enclosure pada Simulator

Kemudian dilanjutkan dengan pengisian pada dielectric layers sesuai dengan substrat yang digunakan seperti yang tergambar pada Gambar 3.

Gambar 3. Pengisian Dielectric Layers pada Simulator

Selanjutnya dilakukan pengisian boundaries kemudian klik OK seperti pada Gambar 4.

(3)

Gambar 4. Pengisian Dielectric Layers pada Simulator

3. Pembuatan dan pemotongan Patch Antena serta Saluran Pencatuannya

a. Tipe A (Pemotongan patch bagian atastepi kanan dan bagian bawahtepi kiri)

Buatlah patch dan saluran pencatu yang akan dirancang dengan mengklik simbolsesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan, kemudian potonglah sisi patch bagian atastepi kanan dan bagian bawah tepikiri sesuai dengan ukuran yang akan dirancang seperti yang ditunjukkan Gambar 5.

Gambar 5. Tipe A (Pemotongan Patch bagian atas tepi kanan dan bagian bawah tepi kiri)

(4)

b. Tipe B (Pemotongan patch bagian atas tepi kiri dan bagian bawah tepi kanan)

Buatlah patch dan saluran pencatu yang akan dirancang dengan mengklik simbol sesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan, kemudian potonglah sisi patch bagian atas tepi kiri dan bagian bawah tepi kanan sesuai dengan ukuran yang akan dirancang seperti yang ditunjukkan Gambar 6.

Gambar 6.Tipe B (Pemotongan Patch bagian atas tepi kiri dan bagian bawah tepi kanan)

4. Penentuan Frekuensi

Penentuan frekuensi ini diatur pada option – project option. Frekuensi yang diisi berkisar antara 1,5 GHz – 1,65 GHz dengan step 0,005 lalu klik apply, seperti yang ditunjukkan Gambar 7.

(5)

Gambar 7. Pengisian Frekuensi Kerja 5. Pembuatan Output (Grafik Keluaran)

a. VSWR

Pada tahap ini, akan dilakukan pembuatan output parameter yang akan diteliti dengan mengklik graph – add graph.Kemudian ketik lah nama grafik VSWR pada kolom yang tersedia, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.

(6)

Setelah itu maka pada nama grafik keluaran VSWR yang telah dibuat klik lalu pilih add measurement kemudian pilih Linear lalu klik VSWR, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Pembuatan Grafik Keluaran VSWR

Kemudian muncullah tampilan Grafik VSWR seperti Gambar 10.

(7)

b. Return Loss

Dengan langkah yang sama, pembuatan grafik keluaran Return Loss ditunjukkan pada Gambar 11..

Gambar 11. Pembuatan Grafik Return Loss

Setelah itu maka pada nama grafik keluaran Return Loss yang telah dibuat, klik add measurement kemudian pilih Linear - Port Parameter dan klik S, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.

(8)

Kemudian muncullah tampilan Grafik Return Loss seperti Gambar 12.

Gambar 12. Tampilan Grafik Return Loss

c. Axial Ratio

Pembuatan grafik keluaran Axial Ratio ditunjukkan pada Gambar 13.

(9)

Setelah itu maka pada nama grafik keluaran axial ratio yang telah dibuat, klik add measurement kemudian pilih Electromagnetic - Antenna lalu klik SF-_AR, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14. Pembuatan Grafik Keluaran Axial Ratio

Kemudian muncullah tampilan Grafik axial ratio seperti Gambar 15.

(10)

Sebelum menampilkan hasil grafik untuk axial ratio, pilih Animate lalu klik E-Field Settings seperti pada Gambar 16.

Gambar 16. Tampilan Animate

Kemudian akan muncul kotak E-Field Settings, beri tanda centang “√" pada kotak Layer 1 lalu klik OK seperti pada Gambar 17.

Gambar 17. Tampilan kotak E-Field Settings d. Gain

(11)

Gambar 18. Pembuatan Grafik Gain

Setelah itu maka pada nama grafik keluaran Gain yang telah dibuat, klik add measurement kemudian pilih Electromagnetic – Antenna lalu klik PPC_TPwr, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.

Gambar 19. Pembuatan Garafik Keluaran Gain

(12)

Gambar 20. Tampilan Grafik Gain 6. Tampilan gambar visualisasi 3D

Adapun gambar visualisasi 3D dari perancangan antena dengan tipe A dapat ditunjukkan pada Gambar 21.

(13)

Adapun gambar visualisasi 3D dari perancangan antena dengan tipe B dapat ditunjukkan pada Gambar 3.23.

(14)

LAMPIRAN 2

Pengukuran VSWR

Langkah-langkah Pengukuran VSWR pada Antena Amikrostrip Patch Segiempat

Adapun langkah-langkah pengukuran VSWR menggunakan Network Analyzer Anritsu MS2034B adalah

1. Hubungkan antena ke salah satu port pada Network Analyzer Anritsu MS2034B

2. Pilih tombol ON untuk menghidupkan Network Analyzer Anritsu MS2034B 3. Tekan tombol MODE dan pilih VSWR

(15)

4. Pilih range frekuensi yang akan diukur misalnya frekuensi kerja yang akan diukur 1,575 GHz, maka frekuensi yang akan diatur adalah dari 1,5 GHz sampai 1,65 GHz.

a. Pilih F1, masukkan range frekuensi terbawah dan tekan ENTER b. Pilih F2, masukkan range frekuensi teratas dan tekan ENTER

5. Mengambil data untuk nilai VSWR berupa gambar yang ditampilkan Network Analyzer Anritsu MS2034B

6. Bila ingin melihat nilai VSWR pada titik tertentu, gunakan tombol MARKER (M1 s/d M6) untuk menandai titik berbeda.

(16)

Pengukuran Return Loss

Langkah-langkah Pengukuran return loss pada Antena Amikrostrip Patch Segiempat

Adapun langkah-langkah pengukuran reurn loss menggunakan Network Analyzer Anritsu MS2034B adalah

1. Hubungkan antena ke salah satu port pada Network Analyzer Anritsu MS2034B

2. Pilih tombol ON untuk menghidupkan Network Analyzer Anritsu MS2034B 3. Tekan tombol MODE dan pilih VSWR

4. Pilih range frekuensi yang akan diukur misalnya frekuensi kerja yang akan diukur 1,575 GHz, maka frekuensi yang akan diatur adalah dari 1,5 GHz sampai 1,65 GHz.

(17)

b. Pilih F2, masukkan range frekuensi teratas dan tekan ENTER

5. Mengambil data untuk nilai VSWR berupa gambar yang ditampilkan Network Analyzer Anritsu MS2034B

6. Bila ingin melihat nilai VSWR pada titik tertentu, gunakan tombol MARKER (M1 s/d M6) untuk menandai titik berbeda.

(18)

DAFTAR PUSTAKA

[1] William H.Hayt dan John A.Buck. 2006.Buku Elektromagnetika Edisi 7. Hal 410. Erlangga.Jakarta.

[2] Belinda Ayuningtyas dan Tri Muliyaningsih.2014. Perbandingan Analisa dan Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga dengan Antena Mikrostrip Array pada Aplikasi GPS.Vol 8 ISSN: 2302-3740, Universitas Gunadarma.Jakarta

[3] Aby Sarojo, Ganijanti. 2010. Gelombang dan Optika. Jakarta : Salemba Teknika

[4] Denny Osmond Pelawi dan Ali Hanafiah Rambe. 2013. Studi Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Tipe Polarisasi Melingkar Menggunakan Ansoft. Universitas Sumatera Utara. Medan.

[5] Teguh Firmansyah, Sabdo Purnomo dan Tri Hendarto Fajar Nugroho. 2015. Perancangan Antena Mikrostrip Polarisasi Circular Dual-Feed Frekuensi 1575,42 MHz untuk GPS. ISSN:2088-9984, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa (USAT).Tangerang.

[6] Ali Hanafiah Rambe. 2008. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Planar Array 4 Elemen Dengan Pencatuan Aperture-Coupled Untuk Aplikasi CPE Pada Wimax. Tesis Teknik Elektro. Universitas Indonesia. Jakarta.

[7] Fellix Deriko dan Ali Hanafiah Rambe. 2015. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Array PatchSegiempat Dual-Band (2,3 GHz-3,3GHz) dengan Pencatuan Proximity Coupled. Universitas Sumatera Utara. Medan

[8] M. Niroojazi and M. N. Azarmanesh. 2004. “Practical Design of Single Feed Truncated Corner Microstrip Antenna”, IEEE Proceedings of the Second Annual Conference on Communication Networks and Services Research.

(19)

[9] Misra,D.K. 2004. Radio Frequency And Microwave Communication Circuit: Analysis and Design,Second edition,Wiley-Interscince:New Jersey.

[10] Surjati, I. 2010. Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya. ISBN:978-979-26-8952-0,Universitas Trisakti: Jakarta.

[11] Muhammad Fahrazal. 2008. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Triple-Band Linear Array 4 Elemen Untuk Aplikasi Wimax. Tesis Teknik Elektro Universitas Indonesia. Jakarta.

[12] Abidin H. Z. ( 1995 ) “Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya” PT.Paradnya Paramitra Jakarta. “Buku Petunjuk VALSAT – 021”

[13] Patthareeya Chan-arpas, Sitthichai Dentri and Chuwong Phongcharoenpanich.2014.“Dual-band Dual-pattern Truncated-cornersMicrostrip Antenna for GPS and WiFiApplications”, IEEEAPCC 978-1-4799-6435-2/14.

(20)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Pada umumnya perkembangan teknologi saat ini sudah berkembang pesat sehingga kebutuhan akan antena juga semakin meningkat. Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun antena mikrostrip patch segiempatdengan polarisasi melingkar menggunakan metode truncated corner untuk aplikasi GPS. Antena mikrostrip ini digunakan karena mampu memberikan kinerja yang baik untuk sistem GPS.

Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan jenis substrat, kemudian menghitung dimensi substrat yang digunakan untuk jenis antena yang akan dibuat, selanjutnya menghitung dimensi patch antena, lalu menghitung ukuran sudut patch yang akan dipotong. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator AWR Microwave 2004.

Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan dimensi patch. Dengan melakukan beberapa iterasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan yang lebih optimal tersebut. Dengan simulatorAWR Microwave 2004, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR, return loss, axial ratio dan gain. Untuk perbandingan parameter antena hasil simulasi dan hasil akhir antena akan dijabarkan pada bab pembahasan.

Adapun spesifikasi substrat yang digunakan dalam perancangan ini dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat Yang Digunakan

Jenis Substrat FR4 Epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif 4,4 Dieletric Loss Tangent (tan δ) 0,02

(21)

3.2 Perhitungan Ukuran Patch Antena

Dalam merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat ada beberapa parameter yang harus dihitung terlebih dahulu yaitu

2. Menentukan lebar patch

Lebar patch dari sebuah antena mikrostrip patch segiempat dapat ditentukan melalui persamaan 2.8.

�

=

�

2�_��+ 1 2

=

3 � 10

8_�_/_�

2 � 1575,42 � 106�� 4,4+1 2

= 0,05796 m = 57.96 mm

3. Menentukan Panjang Patch

� 2�_�_��_��

=

3 � 108�/� 2 � 1575,42 � 106��_√3.813 = 0,04877 m = 48,77 mm

Dan �L adalah perbedaan panjang antara L dan Leff yang dapat ditentukan

melalui persamaan 2.12

Δ�= 0,412ℎ (�� + 0.3) �

�

ℎ + 0.264�

(�_�� − 0.258 ) ��_ℎ − 0.8�

Δ�= 0,412ℎ (3.81 + 0.3) � 57.94

1.6 + 0.264�

(3.81 − 0.258 ) �57.94

1.6 − 0.8�

= 0,7517 mm

Sehingga melalui persamaan 2.9 kita memperoleh nilai L yaitu L = Leff – 2ΔL

= 48,77 – (2 x 0,7517) = 47,266 mm

Dari hasil perhitungan diatas diperoleh nilai lebar patch 57,96 mm dan panjang patch 47,26 mm untuk memudahkan proses simulasi maka nilai lebar dan panjang dibulatkan menjadi 58 mm dan 47 mm.

3.3 Perancangan Lebar Saluran Pencatu

Pada saat pengukuran, pencatu antena mikrostrip akan dihubungkan dengan konektor SMA 50 Ω. Dengan demikian dalam perancangan pencatu antena mikrostrip perlu impedansi masukan (Zin) 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai

impedansi 50 Ω dapat dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003 dan memasukkan beberapa parameter yang dibutuhkan, maka secara otomatis akan diketahui nilai lebar impedansi 50 Ω. Dari program TXLine 2003 ini diperoleh saluran pencatu yang mendekati impedansi 50 Ω memiliki dimensi panjang dan lebar masing-masing25,9 atau 26 mm dan 3 mm. Tampilan dari program TXLine 2003 untuk

(23)

mencari ataulebar pencatu agar mempunyai impedansi 50 Ω dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari dimensi saluran pencatu Untuk mencari lebar saluran pencatu 50 Ω secara teoritis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.15 dan 2.16.

� =2ℎ

� �� −1−ln(2� −1) +

�� −1

2�_� �ln(� −1) + 0,39− 0,61

��

B = 60�

�0√��

= 60�

50_√4,4

= 5,65

�= 2� 0,0016

� �5,65−1−ln(2 � 5,65 −1) +

4,4−1

2 � 4,4�ln(5,65−1) + 0,39− 0,61

4,4 ��

= 0,0033 m = 3,3 mm

Dengan demikian lebar saluran pencatu 50 Ω didapat sebesar 3,3 mm. Tahapan berikutnya adalah mencari panjang saluran mikrostrip 50 Ω. Sebelumnya periksa terlebih dahulu perbandingan lebar saluran pencatu mikrostrip 50 Ω terhadap

(24)

saluran pencatu mikrostrip 50 Ω terhadap lebar substrat (�/ℎ).

� ℎ =

3,3

1,6= 2,06

Karena W/h > 1 maka nilai konstanta dielektrik efektif menggunakan persamaan 2.19 sebagai berikut.

�� = ��

+ 1

2 +

�� −1

2 �

�1 + 12ℎ/��

�� =

4,4 + 1

2 +

4,4−1

2 �

�1 + 12 (1.6)/57,96�

= 3,81

Dari persamaan 2.6 diperoleh :

λ

_�

=

λ

√�

�

λ

=

� �₀ =

3�108

1,575�109 = 0,190476 = 190,476 ��

λ

_�

=

λ0

√

��

= 190,476

√

3,81 = 97,62 ��

Maka panjang saluran pencatu mikrostrip 50 Ω adalah

� =

λ

0 4

=97,62

4 = 24, 4 ��

(25)

3.4 Diagram Alir Penelitian

Pada penelitian ini, penulis membuat diagram alir penelitian sebagai arah dalam melakukan penelitian ini. Diagram alir ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian Merancang Antena

Mikrostrip Patch Segeimpat

Merancang trunced corner antena

Mulai

Melakukan Simulasi Rancangan dengan AWR

Microwave Office 2004

Hasil Simulasi Sesuai Spesifikasi?

Selesai

Mengatur ukuran dan posisi trunced

corner

Menganalisis Hasil Simulasi Rancangan Antena Optimal

Fabrikasi

Pengukuran

Tidak

(26)

3.5 Variabel yang Diamati

Variabel yang diamati dari penelitian ini adalah ukuran antena patch segiempat. Hasil yang optimal dari variabel tersebut diperoleh berdasarkan pencapaian parameter kerja antena yaitu VSWR < 2 , axial ratio< 3, gain dan return loss< -9.5.

3.6 Bahan dan Alat

Untuk melakukan perancangan dan pengukuran antena mikrostrip pada tugas akhir ini digunakan bahan dan alat.

3.6.1 Bahan

Dalam penelitian ini bahan yang digunakan untuk membuat antena mikrostrip substrat FR4 epoxy dengan �_� = 4,4 dan ketebalannya sebesar 1,6 mm. 3.6.2 Alat

Dalam penelitian ini alat yang digunakan antara lain 1. Software AWR Microwave 2004

2. Laptop 3. Solder 4. Timah

5. Konektor SMA 50 Ω 6. Lakban

7. Microsoft Visio 2007 8. Kabel Coaxial

9. Network Analyzer Anritsu MS2034B 10.Microsoft Excel 2007

3.7 Perancangan Antena Pada Simulator

Adapun langkah-langkah perancangan antena pada simulator AWR Microwave Office 2004 dapat dilihat pada lampiran 1.

(27)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang berpolarisasi melingkar yang bekerja pada frekuensi 1575 MHz dan kemudian disimulasikan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak AWR Microwave 2004. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang telah dirancang sesuai dengan yang diinginkan. Hasil simulasi ini ditentukan oleh beberapa parameter yang akan dibahas antara lain VSWR, gain, return loss, dan axial ratio.

4.2 Hasil Simulasi

Berdasarkan perancangan antena mikrostrip patch segiempat untuk frekuensi 1,575 GHz, dilakukan simulasi menggunakan simulator AWR Microwave 2004.Dari hasil perhitungan panjang dan lebar patch kemudian diiterasi untuk memperoleh nilai VSWR, return loss, axial ratio dan gain. Antena yang dirancang pada simulasi ada 2 jenis yaitu antena tipe A yang merupakan antena dengan pemotongan patch bagian atas tepi kanan dan bagian bawah tepi kiri dan antena tipe B yang merupakan antena dengan pemotongan patch bagian atas tepi kiri dan bagian bawah tepi kanan.

4.2.1Hasil simulasi tanpa truncated corner

Berdasarkan hasil simulasi tanpa pemotongan tepi (truncated corner), pada Gambar 4.1 nilai VSWR pada frekuensi 1,575 GHz sebesar 1,407 dan pada Gambar 4.2 nilai return loss pada frekuensi 1,575 GHz sebesar -15,43 dB.

Berikut ini hasil VSWR dan return loss pada simulasi rancangan awal tanpa truncated corner seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan 4.2

(28)

Gambar 4.1 Grafik VSWR antena mikrostrip tanpa truncated corner

Gambar 4.2 Grafik return loss antena mikrostrip tanpa truncated corner

Berikut ini hasil axial ratio pada simulasi rancangan awal tanpa truncated corner seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3

(29)

Nilai axial ratio dari hasil simulasi Gambar 4.3 pada frekuensi 1,575 sebesar 440,83 dB. Hal ini menunjukkan bahwa pada rancangan tanpa truncated corner memiliki karakteristik polarisasi linear. Adapun antena dengan karateristik polarisasi melingkar memiliki nilai axial ratio < 3 dB. Untuk mendapatkan polarisasi melingkar, maka dilakukanlah pemotongan tepi pada patch [3].

4.2.2Hasil simulasi pemotongan patchTipe A

Berdasarkan rancangan yang telah dilakukan pada subbab 3.7, maka hasil simulasi pemotongan patch tipe A adalah sebagai berikut.

1. VSWR

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan, yaitu 2, 4, 6, 8, dan 10 mm. Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik VSWR hasil simulasi pemotongan patch tipe A

Dari Gambar 4.4 dapat dilihat nilai VSWR pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar 1,407 untuk tampilan awal 2,057 untuk pemotongan 2 mm, 1,88 untuk pemotongan 4 mm, 1,59 pemotongan 6 mm, 1,45 pada pemotongan 8 mm dan 1,68 pada pemotongan 10 mm. Nilai VSWR pada pemotongan 8 mm paling optimal karena nilai VSWR yang baik ≤ 2.

(30)

2. Return Loss

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan, yaitu 2, 4, 6, 8 , dan 10 mm. Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik return loss hasil simulasi pemotongan patch tipe A

Dari Gambar 4.5 dapat dilihat nilai return loss pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar -9,22 dB untuk pemotongan 2 mm, -10,24 dB untuk pemotongan 4 mm, -12,79 dB pemotongan 6 mm, -14,64 dB pada pemotongan 8 mm dan -11,91 dB pada pemotongan 10 mm. Nilai return loss pada pemotongan 8 mm paling optimal karena nilai return loss≤ -9,5.

3. Axial Ratio

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan yaitu 2, 4, 6, 8, dan 10 mm. Dari Gambar 4.6 dapat dilihat nilai axial ratio pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar 3,04 dB untuk pemotongan 2 mm, 2,1 dB untuk pemotongan 4 mm, 1,27 dB pemotongan 6 mm, 1,44 dB pada pemotongan 8 mm dan 2,71 dB pada pemotongan 10 mm.

Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.6.

(31)

Gambar 4.6 Grafik axial ratio hasil simulasi pemotongan patch tipe A

4.2.3 Hasil simulasi pemotongan patchTipe B

Berdasarkan rancangan yang telah dilakukan pada subbab 3.7, maka hasil simulasi pemotongan patch tipe B adalah sebagai berikut.

1. VSWR

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan, yaitu 2, 4, 6, 8 dan 10 mm. Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi pemotongan patch tipe B

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat nilai VSWR pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar 1,407 untuk tampilan awal, 2,06 untuk

(32)

pemotongan 2 mm, 2 untuk pemotongan 4 mm, 1,52 pemotongan 6 mm, 1,45 pada pemotongan 8 mm dan 1,58 pada pemotongan 10 mm. Nilai VSWR pada pemotongan 8 mm paling optimal karena nilai VSWR yang baik ≤ 2.

2. Return Loss

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan, yaitu 2, 4, 6, 8 dan 10 mm. Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Grafik return loss hasil simulasi pemotongan patch tipe B Dari Gambar 4.8 dapat dilihat nilai return loss pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar -9,19 dB untuk pemotongan 2 mm, -9,50dB untuk pemotongan 4 mm, -13,62 dB pemotongan 6 mm, -14,63 dB pada pemotongan 8 mm dan -12,97 dB pada pemotongan 10 mm. Nilai return loss pada pemotongan 8 mm paling optimal karena nilai return loss≤ -9,5.

3. Axial Ratio

Pada antena ini dilakukan sebanyak 5 pemotongan, yaitu 2, 4, 6, 8 dan 10 mm. Dari Gambar 4.9 dapat dilihat nilai axial ratio pada frekuensi 1,575 GHz masing-masing pemotongan sebesar 3,13 dB untuk pemotongan 2 mm, 2,26 dB untuk pemotongan 4 mm, 1,16 dB pemotongan 6 mm, 1,28 dB pada pemotongan 8 mm dan 2,10 dB pada pemotongan 10 mm.

(33)

Berikut ini adalah hasil simulasi pemotongan dari masing-masing patch yang ditunjukkan pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik axial ratio hasil simulasi pemotongan patch tipe B

4.3 Analisis Hasil Simulasi

Berdasarkan hasil simulasi AWR Microwave dengan 2 tipe pemotongan tepipatch, maka didapatkan hasil data iterasi yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Data Iterasi Simulasi Besar Pemotongan Tepi

(mm)

Parameter yang diamati

VSWR Axial Ratio (dB) Return Loss (dB)

Tipe A

2 2,05 3,04 -9,22

4 1,8 2,1 -10

6 1,59 1,26 -12,79

8 1,45 1,44 -14,64

10 1,68 2,71 -11,91

Tipe B

2 2,06 3,13 -9,19

4 2 2,26 -9,50

6 1,52 1,16 -13,62

8 1,45 1,28 -14,63

10 1,58 2,10 -12,97

Berdasarkan Tabel 4.1 didapatkan hasil yang optimal pada pemotongan tepi patch 8 mm tipe A. Dengan nilai VSWR sebesar 1,45, axial ratio sebesar

(34)

1,44 dB dan return loss sebesar -14,64 dB.Dari hasil pemotongan tepi patch 8 mm tipe Amaka diperoleh nilai gaindengan simulasi pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Hasil simulasi gain antena mikrostrip patch segiempat

Gambar 4.10 menunjukkan nilai gain sebesar 5,775 dB, nilai ini digunakan untuk mengetahui arah radiasi sinyal atau penerimaan sinyal dari arah tertentu.

Selain dengan cara simulasi nilai gain juga dapat diperoleh dengan cara perhitungan secara teoritis. Adapun hasil perhitungan gain pada frekuensi 1.575 GHz menggunakan Persamaan2.5 sebagai berikut:

λ

=

_�� 0

λ

=

� �0

=

3 � 108

1,575 � 109

= 0,190476 = 190,476 mm

λ_� = λ0

√�� =

190,476

√4,4 = 90,80 mm

G = 4�

λ_�2 (L x W) =

4 (3,14)

(0,09080)2 (0,047 x 0,057) = 4,0812 dB ≈ 4 dB

Oleh karena itu, pemotongan patch inilah yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip patch segiempat untuk aplikasi GPS. Setelah

(35)

mendapatkan parameter yang diinginkan maka pembuatan antena dirancang dengan microsoft visio. Berikut ini tampilan antena patch segiempat pemotongan 8 mm pada microsoft visio Gambar 4.11.

Gambar 4.11 Antena patch segiempat yang siap untuk difabrikasi

Antena ini dicetak di As-shiroth No 3A Sukabumi Selatan Kebunjeruk, Jakarta Barat 11569.Website:www.ibdyellowpages.com/multikaryaindonesia.Maka dibutuhkan waktu seminggu untuk proses fabrikasi antena mikrostrip segiempat.

4.4 Hasil Pengukuran

Berdasarkan hasil yang optimal maka rancangan difabrikasi. Hasil fabrikasi antena mikrostrip patch segiempat dilihat pada Gambar 4.12.

(36)

4.4.1 Hasil Pengukuran VSWR

Pada antena yang sudah difabrikasi saluran pencatunya dihubungkan dengan konektor SMA 50 Ohm, kemudian diukur dengan network analyzer untuk mendapatkan nilai VSWR. Berikut ini perancangan pengukuran antena yangsudah difabrikasi dengan menggunakan network analyzer untuk melihat nilai VSWR, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Grafik VSWR hasil pengukuran pada network analyzer

Dari hasil fabrikasi dengan menggunakan network analyzer dapat dilihat bahwa nilai VSWR pada frekuensi 1.575 GHz adalah 1,30 dB yang ditunjukkan pada marker 3, VSWR minimum sebesar 1,02 dengan frekuensi 1,559 yang ditunjukkan pada marker 4. Maka pada hasil pengukuran, antena mikrostrip patch segiempat ini layak untuk digunakan untuk aplikasi GPS karna nilai VSWR nya ≤ 2 dB.

Pada hasil data yang dilihat dari Tabel 4.2, nilai VSWR minimum sebesar 1,02 pada frekuensi 1,56 GHz sedangkan nilai VSWR maksimum sebesar 4,11 pada frekuensi 1,65 GHz. Berikut ini ditampilkan hasil data pengukuran nilai VSWR yang dilihat pada Tabel 4.2.

(37)

Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Data Pengukuran dan Simulasi

Frekuensi (GHz) VSWR (dB)

1,5 2,05

1,505 2

1,51 1,92

1,515 1,87

1,52 1,89

1,525 1,35

1,53 1,2

1,535 1,11

1,54 1,06

1,545 1,08

1,55 1,08

1,555 1,08

1,56 1,02

1,565 1,09

1,57 1,19

1,575 1,31

1,58 1,48

1,585 1,61

1,59 1,81

1,595 2,01

1,6 2,22

1,65 2,43

1,61 2,65

1,615 2,88

1,62 3,09

1,625 3,1

1,63 3,48

1,635 3,89

1,64 3,87

1,645 3,99

1,65 4,11

4.4.2 Hasil Pengukuran Return Loss

Return loss bertujuan untuk mengetahui perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Berikut ini perancangan pengukuran antena yang sudah difabrikasi dengan menggunakan network analyzer untuk melihat nilai return loss, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.14

(38)

Gambar 4.14 Grafik return losshasil pengukuran pada network analyzer

Dari hasil fabrikasi dengan menggunakan network analyzer dapat dilihat bahwa nilai return loss pada frekuensi 1.575 GHz adalah -17,59 dB yang ditunjukkan pada marker 3, return loss minimum sebesar-9,23 dB dengan frekuensi 1,504 dB yang ditunjukkan pada marker 1. Maka pada hasil pengukuran, antena mikrostrip patch segiempat ini layak untuk digunakan untuk aplikasi GPS karna nilai return loss< -9.5 dB. Berikut ini hasil pengukuran return loss dapat di lihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Return Loss Frekuensi (GHz) Return loss (dB)

1,5 -8,41

1,505 -9,48

1,51 -10,05

1,515 -12,21

1,52 -14,8

1,525 -16,53

1,53 -20,67

1,535 -25,91

1,54 -30,73

1,545 -28,54

1,55 -28,43

1,555 -31,23

(39)

Frekuensi (GHz) Return loss (dB)

1,565 -27,37

1,57 -21,55

1,575 -17,59

1,58 -14,21

1,585 -12,53

1,59 -10,5

1,595 -9,41

1,6 -8,47

1,65 -7,2

1,61 -8

1,615 -8,2

1,62 -5

1,625 -5,4

1,63 -5,1

1,635 -4

1,64 -4,6

1,645 -4,4

1,65 -4,3

4.4.3 Hasil Pengukuran Polarisasi

Pengukuran polarisasi bertujuan untuk mengetahui arah medan listrik yang diradiasikan oleh antena. Pengukuran polarisasi dilakukan dengan cross-polarization dan co-cross-polarization. Berikut ini pengukuran antena untuk cross polarization dan co- polarizationdapat kita lihat pada Gambar 4.15 dan 4.16.

(40)

Gambar 4.16 Pengukuran antena pengukuran cross-polarization

Dari Gambar 4.15 dan 4.16, dilakukan pengukuran dengan pergeseran sudut dimulai dari sudut 00 kemudian diputar dengan pergeseran setiap sudut 100 hingga sudut 3600. Pada network analyzer dicatat hasil sinyal yang diterima setiap perputaran dalam satuan decibels (dB).

Berikut ini hasil data pengukuran antena yang dilakukan dengan co-polarization dan cross-co-polarization seperti ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran polarisasi antena dengan co-polarization dan cross-polarization

Polarisasi Co-Polarization Cross-Polarization Axial Ratio(dB)

0° -41,1 -41,52 0,42

10° -38,34 -41,32 2,98

20° -38,12 -41,04 2,92

30° -40,6 -39,73 -0,87

40° -40 -41,58 1,58

50° -41,78 -42,34 0,56

60° -39,25 -43,88 4,63

70° -39,84 -44,23 4,39

80° -40,18 -44,22 4,04

(41)

100° -41,03 -46,15 5,12

110° -41,43 -47,93 6,5

120° -43,21 -47,5 4,29

130° -42,6 -45,62 3,02

140° -43,79 -45,13 1,34

150° -45,34 -54,24 8,9

160° -44,58 -56,9 12,32

170° -43,64 -47,69 4,05

180° -47,75 -47,62 -0,13

190° -47,58 -45,19 -2,39

2000 -46,81 -47,61 0,8

210° -46,35 -55,27 8,92

220° -45,83 -63,51 17,68

230° -46,38 -54,42 8,04

240° -47,21 -43,78 -3,43

250° -47,05 -44,92 -2,13

260° -47,36 -44,04 -3,32

270° -44,31 -47,47 3,16

280° -43,03 -41,15 -1,88

290° -44,1 -46,7 2,6

300° -42,85 -44,02 1,17

310° -43,09 -46,77 3,68

320° -40,99 -44,3 3,31

330° -41,21 -41,1 -0,11

340° -40,54 -43,58 3,04

350° -40,9 -41,14 0,24

360° -40,32 -40,78 0,46

Rata- rata axial ratio 2,9

Dari tabel 4.9 berdasarkan hasil pengukuran antena dengan co-polarization dan cross-co-polarization dapat disimpulkan bahwa polarisasi yang dihasilkan pada antena dengan co-polarization, intensitas sinyal yang maksimum berada pada sudut 1800 dengan nilai -47,75 dB sedangkan pada antena dengan cross-polarization, intensitas sinyal yang maksimum berada pada sudut 2200 dengan nilai -63,51 dB sedangkan hasil nilai dari axial ratio diperoleh dari selisih antara hasil pengukuran co-polarization dan cross-polarization dengan nilai

(42)

rata-rata untuk axial ratio sebesar 2,9 dB. Grafik Pola radiasi medan co-polarization dan cross-polarization dapat dilihat pada Gambar 4.17

Gambar 4.17 Grafik pola radiasi medan co-polarization dan cross-polarization

4.5 Analisa Hasil Pencapaian

4.5.1 Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran

Berikut ini hasil perbandingan simulasi dan pengukuran antena mikrostrip patch segiempat dapat di lihat pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran

Hasil Pengukuran Hasil simulasi

Frekuensi

(GHz) VSWR (dB)

Return Loss

(dB) VSWR (dB)

Return Loss (dB)

1,5 2,05 -8,41 4,24 -4,166

1,505 2 -9,48 3,94 -4,504

1,51 1,92 -10,05 3,65 -4,88

1,515 1,87 -12,21 3,37 -5,3

1,52 1,89 -14,8 3,12 -5,77

-65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 0° 10°_20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° 100° 110° 120° 130° 140° 150° 160° 170° 180° 190° 200o 210° 220° 230° 240° 250° 260° 270° 280° 290° 300° 310° 320° 330° 340°350° 360° Co-Polarization Cross-Polarization 180o

(43)

1,525 1,35 -16,53 2,87 -6,295

1,53 1,2 -20,67 2,65 -6,882

1,535 1,11 -25,91 2,44 -7,536

1,54 1,06 -30,73 2,25 -8,263

1,545 1,08 -28,54 2,08 -9,066

1,55 1,08 -28,43 1,93 -9,943

1,555 1,08 -31,23 1,79 -10,89

1,56 1,02 -41,62 1,68 -11,88

1,565 1,09 -27,37 1,58 -12,88

1,57 1,19 -21,55 1,51 -13,83

1,575 1,30 -17,59 1,45 -14,64

1,58 1,48 -14,21 1,42 -15,18

1,585 1,61 -12,53 1,41 -15,34

1,59 1,81 -10,5 1,43 -15,03

1,595 2,01 -9,41 1,47 -14,27

1,6 2,22 -8,47 1,55 -13,23

1,65 2,43 -7,2 1,66 -12,05

1,61 2,65 -8 1,8 -10,88

1,615 2,88 -8,2 1,95 -9,79

1,62 3,09 -5 2,14 -8,801

1,625 3,1 -5,4 2,34 -7,925

1,63 3,48 -5,1 2,56 -7,155

1,635 3,89 -4 2,8 -6,482

1,64 3,87 -4,6 3,06 -5,893

1,645 3,99 -4,4 3,33 -5,377

Berdasarkan perbandingan antara hasil data pengukuran dengan hasil data simulasi, nilai VSWR dan return loss menunjukkan hasil nilai yang tidak terlalu signifikan karena masih berada pada rentang atau nilai yang masih bisa diterima sebagai syarat karakteristik antena yang baik untuk aplikasi GPS dengan frekuensi 1,575 GHz. Tetapi hasil data pada saat pengukuran lebih baik dibandingkan saat simulasi, karena semakin kecil nilai VSWR maka antena yang digunakan semakin baik begitu juga dengan nilai retun loss, jika nilai yang dihasilkan semakin kecil maka kinerja antena semakin bagus [11]. Dimana pada frekuensi 1,575 GHz diperoleh nilai VSWR 1,30 dB dan nilai return loss -17,59 dB, grafik nilai VSWR dapat dilihat pada Gambar 4.18.

(44)

Gambar 4.18 Grafik perbandingan pengukuran dan simulasi VSWR

Berdasarkan Gambar 4.18 Grafik untuk VSWR pengukuran mengalami penurunan pada frekuensi 1,54 GHz kemudian grafik naik lagi pada frekuensi 1,565 GHz, hal ini sebabkan karena adanya interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena yang disebabkan oleh frekuensi-frekuensi atau benda-benda yang ada disekitar antena ketika pengukuran.

Sedangkan grafik untuk VSWR simulasi mengalami penurunan pada frekuensi 1,55 GHz kemudian grafik naik lagi pada frekuensi 1,62 GHz. Hal ini disebabkan karena pada simulator AWR Microwave Office tidak memperhitungkan temperatur serta kelembapan udara.

Berikut ini grafik perbandingan pengukuran dan simulasi return loss yang ditunjukkan pada Gambar 4.19.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7

Frekuensi (GHz)

pengukuran simulasi

(45)

Gambar 4.19 Grafik perbandingan pengukuran dan simulasi return loss

Berdasarkan Gambar 4.19 grafik untuk return loss pengukuran mengalami penurunan pada frekuensi 1,505 GHz kemudian grafik naik lagi pada frekuensi 1,565 GHz, hal ini sebabkan karena adanya interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena yang disebabkan oleh frekuensi-frekuensi atau benda-benda yang ada disekitar antena ketika pengukuran. Sedangkan grafik untuk VSWR simulasi mengalami penurunan pada frekuensi 1,505 GHz, kemudian grafik naik lagi pada frekuensi 1,59 GHz, hal ini disebabkan karena pada simulator AWR Microwave Office tidak memperhitungkan temperatur serta kelembapan udara.

4.5.2 Hasil perbandingan tanpa dan setelah truncated corner

Berikut ini hasil perbandingan tanpa dan setelah truncated cornerdapat di lihat pada Tabel 4.6

Tabel 4.6 Hasil perbandingan tanpa dan setelah truncated corner

Parameter yang diamati tanpa truncated corner setelah truncated corner

VSWR 1,407 1,45

Return Loss (dB) -15,43 -14,64

Axial Ratio (dB) 440,83 1,44

-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1,48 1,53 1,58 1,63

R e tu rn L o ss ( d B ) Frekuensi (GHz) Pengukuran Simulasi

(46)

Berdasarkan tabel 4.6 di atas, nilai axial ratio yang diperoleh pada rancangan awal tanpa truncated corner sebesar 440,83 dB sehingga polarisasi yang di hasilkan adalah linier, untuk menghasilkan polarisasi melingkar, maka dilakukan pemotongan tepi pada patch sehingga dihasilkan nilai axial ratio sebesar 1,44 dB pada frekuensi 1.575 GHz, maka nilai axial ratio telah memenuhi syarat untuk polarisasi melingkar dengan nilai axial ratio< 3.

4.6 Analisa Kesalahan Umum

Berdasarkan hasil pengukuran dengan hasil simulasi menggunakan softwarediperoleh hasil pengukuran yang kurang akurat. Hal ini disebabkan oleh :

1. Pada simulator AWR Microwave Officetidak memperhitungkan temperatur serta kelembapan udara akan tetapi ketika pengukuran dilakukan, temperatur dan tingkat kelembapan berpengaruh terhadap propagasi gelombang dan resistansi udara.

2. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, tembaga atau konduktor pada substrat, port SMA 50 Ω dan konektor pada network analyzer.

3. Adanya udara diantara substrat pertama dan kedua.

4. Terdapat interfensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena disebabkan oleh frekuensi atau benda-benda yang terdapat disekitar antena ketika pengukuran.

(47)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang bangun antena mikrostrip patch segiempat. Dari hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan:

1. Antena mikrostrip patch segiempat dengan polarisasi melingkar dapat dirancang dengan memodifikasi patch antena, yaitu dengan memotong bagian tepi (truncated corner) pada patch-nya.

2. Antena ini memiliki panjang substrat (Wg) 82 mm, lebar substrat (Lg) 70 mm, panjang patch (W) 45 mm, dan lebar substrat (L) 46 mm, lebar saluran pencatu 50 Ω ( w) 3 mm. Hasil perancangan atau simulasi memperlihatkan pada frekuensi 1575 MHz, antena tersebut memiliki nilai VSWR 1,45, nilai Return Loss -14,64 dB, nilai Axial Ratio 1,44 dB dan nilai gain sebesar 5,775 dB.

3. Pada hasil pengukuran memperlihatkan pada frekuensi 1575 MHz, antena tersebut memiliki nilai VSWR 1,31, Return Loss -17,67 dB, dan nilai Axial Ratio 2,9 dB.

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat pemulis sampaikan pada Tugas Akhir ini adalah: 1. Perancangan antena mikrostrip patch segiempat polarisasi melingkar dapat

dilakukan dengan teknik-teknik yang lain agar dapat dibandingkan dan dilihat hasil yang terbaik.

2. Perancangan antena mikrostrip patch segiempat dapat dilakukan dengan menggunakan jenis substrat yang lain.

(48)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Antena Mikrostrip

Konsep antena mikrostrip diperkenalkan pada tahun 1950an di USA oleh Deschamps dan Perancis oleh Gutton dan Baissinot, dan baru dibuat pada sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell yang merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini [6].

Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu micro (sangat tipis atau kecil) dan strip (bilah atau potongan). Antena mikrostrip dapat didefenisikan sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah atau potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis atau kecil. Antena Mikrostripadalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di integrasikandengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil.

Secara umum antena mikrostrip terdiri atas tiga bagian, yaitu patch, substratdielektrik, dan ground plane. Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip [6].

(49)

a. Patch

Patch atau biasa disebut juga dengan elemen peradiasi (radiator), memiliki fungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik ke udara terletak paling atas dari keseluruhan sistem antena. Patch terbuat dari bahan konduktor, misalnya tembaga yang memiliki ketebalan tertentu. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur sangkar (square), persegi panjang (rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran,ellips, segitiga, dan lain-lain. Gambar 2.2 memperlihatkan beberapa jenis patch dari antena mikrostrip.

Gambar 2.2 Beberapa bentuk patch antena mikrostrip

Bentuk patch bujur sangkar, persegi panjang, garis tipis, dan lingkaran adalah yang paling umum digunakan karena mudah untuk dibuat dan dianalisa, memiliki karakteristik radiasi, dan memiliki tingkat radiasi polarisasi silang yang kecil [6]. Antena mikrostrip dalam perancangan ini menggunakan patch yang berbentuk segiempat. Patch segiempat lebih banyak digunakan untuk kemudahan dalam analisis dan proses fabrikasi.

b. Substrat dielektrik

Substrat dielektrik berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pertanahan. Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidthdan efisiensi dari antena yang akan dibuat. Dielektrik substrat yang biasa digunakan untuk perancangan antena mikrostrip berkisar 2,2 ≤ �_� ≤ 12. Jenis substrat yang paling baik digunakan

(50)

untuk antena adalah yang memiliki konstanta dielektrik yangpaling rendah dari rentang tersebut karena akan menghasilkan efisiensi yang lebih baik, bandwidth yang lebar serta radiasi yang lebih bebas. Namun, dengan penggunaan bahan dielektrik substrat yang paling rendah menjadikan ukuran antena lebih besar [7]. Oleh sebab itu, diperlukan kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran dan performa akan menghasilkan antena mikrostrip yang mempunyai ukuran sesuai dengan performa masih dalam batas toleransi.

c. Ground Plane

Elemen pertanahan (ground plane) terbuat dari bahan konduktor berfungsi sebagai pembumian bagi sistem antena mikrostrip dan reflector dari gelombang elektromagnetik.

Pada Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk geometri dari patch mikrostrip segiempat dimana W dan L adalah lebar dan panjang dari patch, h adalah tebal substrat dan �_� merupakan nilai konstanta dielektrik dari substrat.

Gambar 2.3 Bentuk geometri dari patch mikrostrip segiempat

2.2 Keuntungan dan kerugian antena mikrostrip

Beberapa keuntungan pemakaian utama antena mikrostrip sebagai berikut[8].

1. Memiliki beban yang ringan dan bentuk yang kecil

2. Memiliki biaya fabrikasi yang murah dan diproduksi dengan menggunakan teknik printed-circuit.

3. Mampu menghasilkan polarisasi sirkularmaupun linier. 4. Mampu beroperasi pada single, dual, ataupun multiband.

(51)

5. Dapat dibuat compact sehingga cocok untuk sistem komunikasi bergerak. Beberapa kelemahan antena mikrostrip sebagai berikut.

1. Memiliki lebar pita yang sempit. 2. Memiliki efisiensi yang rendah. 3. Memiliki perolehan gain yang rendah. 4. Memiliki kapasitas pengaturan daya rendah

2.3 Parameter Antena

Beberapa parameter antena yang perlu diperhatikan dalam merancang antena adalah sebagai berikut.

2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (Vmax) dengan minimum (Vmin).Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (�₀+) dan tegangan yang direfleksikan (�₀−). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisienrefleksi tegangan (Γ)[6]. Persamaan matematisnya dapat dilihat pada persamaan 2.1 berikut.

(2.1) (2.1)

Dimana �_� adalah impedansi beban (load) dan �₀ 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 matched sempurna, • Γ = + 1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR dapat dilihat pada persamaan 2.2

(2.2)

Γ= �0

�0−

= ��− �0

��+ �0

�=|�|��

|�|_�� =

1 + |Γ|

(52)

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna[5]. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2 [10].

2.3.2 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss merupakan koefisien refleksi dalam bentuk logaritmik yang menunjukkan daya yang hilang karena antena dan saluran transmisi tidak matching. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Sehingga tidak semua daya diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan balik. Return loss dapat dihitung dengan persamaan 2.3 berikut [10].

(2.3)

2.3.3 Polarisasi

Polarisasi antena adalah arah medan listrik yang diradiasikan oleh antena. Polarisasi gelombang yang ditransmisikan atau dipancarkan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi berbeda. Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet menggambarkan arah dan magnitudo vektor medan listrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polariasasi juga dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu. Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier(linear),melingkar(circular), atau elips(elliptical) [6].

a. PolarisasiLinier

Polarisasi linier terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada titik

(53)

tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu. Gambar 2.4 menunjukkan polarisasi linier.

Gambar 2.4 Polarisasi Linier

b. Polarisasi Melingkar

Gelombang yang terpolarisasi melingkar meradiasikan energi pada bidang vertikal dan horizontal dan semua bidang di antaranya. Perbedaannya, jika beberapa di antara puncak maksimum dan minimum seperti antena dirotasikan melewati semua sudut, hal ini disebut axial ratio dan biasanya dispesifikasikan dalam desibel (dB). Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah dari 0 dB sampai 3 dB [4].

Beberapa kelebihan dari polarisasimelingkar, yaitu:

1) Tidak membutuhkan kesejajaran antara pengirim dan penerima seperti pada polarisasilinier, sehingga dapat memaksimalkanpenerimaan sinyal tanpa perlu usahauntuk mengatur orientasi antena penerima.

2) Posisi Right Hand Circular Polarization (RHCP) dan Left Hand Circular Polarization (LHCP) yang orthogonal dapat dimanfaatkan untuk menggandakan kapasitas kanal pada sebuah link, dimana satu sinyal menggunakan RHCP dan sinyal lainnya menggunakan LHCP.

(54)

Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu [6]. Kondisi yang harus dipenuhi agar diperoleh polarisasi melingkar adalah

- Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier - Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama

- Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada kelipatan ganjil 900

Bentuk gelombang dari polarisasi melingkar dapat dilihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Polarisasi Melingkar

c. Polarisasi Elips

Polarisasi elips terjadi ketika gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah - Medan harus mempunyai dua komponen linier orthogonal

- Kedua komponen tersebut harus beada pada magnitudo yang sama atau berbeda - Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama

(55)

Gambar 2.6 Polarisasi Elips

Perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 00 atau kelipatan 1800 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa diantara kedua komponen tersebut tidak harus merupakan kelipatan ganjil dari 900 (karena akan menjadi lingkaran) [6].

2.3.4 Gain

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel. Gain antenna adalah tetap, dua pengertian yang berbeda antara gain antena, transmit power dan EIRP atau daya terpancar, dengan menurunkan transmit power tidak akan mengubah gain antena dan pola radiasinya, hanya menurunkan EIRP atau daya terpancar ke udara. Antena dengan gain rendah punya pola radiasi yang berbeda dengan antena sejenis yang punya gain besar.

Penguatan (G) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika daya yang diterima berasal dari antena isotropik[9]. Persamaan matematisnya dapat dilihat pada persamaan 2.4 berikut ini [10].

(56)

Gain = 4�� ℎ��

�� = 4� �(�,∅)

�_�� (2.4)

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (f0) yang digunakan untuk mencari panjang gelombang

diruang bebas (

λ

₀

)

dirumuskan seperti persamaan (2.5)

(2.5)

Setelah nilai �0 diperoleh, maka �g merupakan panjang gelombang pada

bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan (2.6).

(2.6)

Gain antena mikrostrip patch segiempat dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2.7

(2.7)

dimana :

G = gain antena

�� = panjang gelombang bahan dielektrik �∙ � = Luas patch segiempat

2.3.5 Axial Ratio

Axial ratio merupakan bagian dari parameter antena yaitu polarisasi yang merupakan penggambaran arah medan listrik. Axial ratio adalah perbandingan magnitudo mayor dengan magnitudo minor, yang dirumuskan pada persamaan 2.8 sebagai berikut.

Axial Ratio = E(minor )

E(mayor )(2.8)

λ

=

� �0

G =

4�

λ�2

(L x W)

λ

_�

=

λ0

(57)

Untuk mendapatkan polarisasi circular, axial ratio tidak boleh lebih dari 3 dB. Nilai 3 dB didapat dari adanya faktor rugi polarisasi dari adanya rugi-rugi daya yang terekstrak dikarenakan gelombang datang tidak sejajar dengan polarisasi antena. Axial ratioselalu dijadikan ukuran kualitas pada sebuah antena ketika polarisasi antena yang diinginkan adalah polarisasi melingkar. Axial ratioadalah rasio dari sumbu mayor dan sumbu minor pada polarisasi elips. Sebagai catatan bahwa polarisasi melingkar dan linier adalah kasus khusus dari polarisasi elips.

Rumus axial ratio secara teoritis dapat dilihat pada persamaan 2.9[4].

(2.9) Arah propagasi dan arah rotasi polarisasi elips dapat dilihat pada Gambar 2.7 [4].

Gambar 2.7 Arah propagasi polarisasi elips

Daerah polarisasi melingkar terdiri dari duakomponen orthogonal medan E pada amplitudoyang sama dan memiliki perbedaan fasa sebesar900. Karena komponennya memiliki magnitudoyang sama, maka pada polarisasi melingkaraxial ratio adalah 1(atau 0 dB). Namunpada sebagian besar aplikasi antena mikrostripaxial ratio sebesar 3 dB sudah dianggap cukupuntuk menggambarkan polarisasi melingkarantena.

AR (dB) = 20 log major axis minor axis = 20

(58)

2.4 Teknik pencatuan antena mikrostrip

Antena mikrostrip yang terpolarisasi melingkar dapat dikategorikan menjadi 2 (dua) tipe berdasarkan sistem pencatuannya, yakni antena mikrostrip pencatuan rangkap dengan polarisator eksternal dan antena mikrostrip dengan pencatuan tunggal. Klasifikasi antena ini berdasarkan atas jumlah titik pencatu, yang dibutuhkan untuk membangkitkan polarisasi melingkar.

Namun, dalam prakteknya dilapangan,sistem pencatuan rangkap sangat jarangdigunakan untuk mendapatkan polarisasimelingkar pada antena mikrostrip. Hal inidisebabkan karena kedua tipe tersebut cukupsulit dalam hal perancangan dan fabrikasi,karena pada sistem pencatuan ini dibutuhkanpolarisator tambahan.Antena mikrostrip dengan sistem pencatutunggal merupakan antena yang sederhana,mudah dalamfabrikasi, murah, serta memilikistruktur yang rapi.

Bentuk pokok pada sebuah antena mikrostrip pencatuan rangkap ditunjukkan pada Gambar 2.8, yang mana patch dicatu dengan amplitudo sama dan memiliki perbedaan fasa sebesar 900 serta menggunakan polarisatoreksternal [4].

Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatu rangkap

Umumnya antena mikrostrippencatu tunggal digunakan pada patch lingkarandan patch segiempat. Untuk mendapatkanpolarisasi melingkar, teknik yang sering digunakan adalah memberikan slot pada patch danmemotong sudut patch, seperti yang terlihat pada Gambar 2.9 [4].

(59)

Gambar 2.9 Antena Mikrostrip dengan pencatu tunggal

2.5 Teknik Truncated Corner

Teknik truncated corner adalah teknik yang digunakan untuk mendapatkan polarisasi circular, yaitu dengan cara memotong ujung diagonal dari patch.Antena mikrostrip patch segiempat dengansudut terpotong merupakan salah satu antenamikrostrip dengan pencatu tunggal yang palingsering digunakan. Bentuknya sederhana dengansudut yang terpotong 450 secaradiagonal atau menyilang pada patchnya. Padaprakteknya, bentuk dari patchnya, seperti yangterlihat pada Gambar 2.10, dianggap memilikibentuk hampir persegi, tetapi hanya mendekatibentuk persegi karena patchnya memilki panjang (L) dan lebar (W) [4].

Gambar 2.10 Bentuk patch antena mikrostrip patch segiempat dengan sudut dipotong.

Pencatu pada antena ini membangkitkan medan dibawah patch hanya seperti sebuah antena yang berpolarisasi linier. Sinyal yang dimasukkan cenderung terpropagasi pada satu arah yang diarahkan oleh bentuk transmisionline dari patchnya. Sehingga dalam hal ini dilakukan satu modifikasi

(60)

pada antena yaitu dengan memotong sudut patch antena. Ketika sudutnya dipotong, resonansi tidak hanya pada satu sisi patch ke sisi lainnya tetapi sepanjang diagonal patch. Jika sudutnya dipotong pada jumlah yang tepat, maka pada frekuensi yang berbeda akan menyebabkan perpindahan fasa sebesar 900. Untuk perpindahan fasa 900, disebabkan oleh faktor posisi titik pencatu.

2.6 Dimensi Antena Mikrostrip

Dalam perancangan antena mikrostrip terlebih dahulu kita harus menghitung dimensi antena yang akan dibuat yang meliputi panjang dan lebar patch-nya. Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang akan digunakan yaitu tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik (�_�), tebal konduktor (t) dan rugi-rugi bahan (rugi-rugi tangensial). Persamaan yang dapat digunakan untuk mencari lebar dan panjang antena mikrostrip adalah sebagai berikut:

1. Lebar Patch (W)

Lebar patch dari sebuah antena mikrostrip patch yang berbentuk segiempat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.10 berikut [10]

(2.10)

Dimana:

W = lebar patch (mm)

�

�= frekuensi resonansi (Hz)

�

= konstanta dielektrik relatif

c = kecepatan cahaya (m/s)

�

=

�

2�_��+ 1 2

(61)

2. Panjang Patch (L)

Untuk menentukan panjang patch (L)diperlukan parameter Δ�yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Dapat ditentukan dengan persamaan 2.11 berikut[10]

Δ�= 0,412ℎ (�� + 0.3) �

�

ℎ + 0.264�

(�_�� − 0.258 ) ��_ℎ − 0.8�

(2.11)

Dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan �reff adalah konstanta

dielektrik relatif yang ditentukan dengan persamaan 2.12

(2.12) Dengan panjang patch (L) dirumuskan dengan persamaan 2.13

(2.13)

Dimana L

eff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan

persamaan 2.14

(2.14)

2.7 Saluran Mikrostrip (Microstrip Feed Line)

Pemilihan saluran pencatu dengan saluran mikrostrip adalah karena kemudahan dalam hal fabrikasi dan penentuan matching dari saluran mikrostrip dapat dengan mudah dilakukan. Untuk me-matching-kan antena, hal yang perlu dilakukan cukup dengan mengubah-ubah panjang dari elemen pencatu atau dengan memberikan stub dan mengubah-ubah posisinya.

2.7.1 Perhitungan Lebar Saluran Mikrostrip (Microstrip Line)

Lebar saluran mikrostrip (W) tergantung dari impedansi karakteristik (Z

0 )

� =2_�ℎ�� −1−ln(2� −1) +��−1

2�_� �ln(� −1) + 0,39−

0,61

�_� �� (2.15)

Dengan �_� adalah konstanta dielektrik relatif dan : B = 60�

�0√��

(2.16)

2.7.2 Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line) untuk W/h<1 Konstanta dielektrik relatif (�_��)

�

��

=

��2+1+

��−1 2 �

�1+12ℎ/�+ 0,04 �1−

� ℎ�

� (2.17)

Dan karakteristik impedansi

�0

=

��

ln

�

8ℎ

�

+

�

4ℎ

�

(2.18)

=

_� 120�/��

ℎ+ 1.393+

2 3ln (

�

ℎ+ 1,44)

(2.20)

2.8 Sistem GPS (Global Positioning System)

Satelit GPS pertama diluncurkan tahun 1978 dan konstelasi 24 satelit berhasil dilengkapi tahun 1994. Setelah itu satelit-satelit baru rutin diluncurkan untuk mengupgrade satelit lama atau mengganti satelit yang rusak atau tidak berfungsi lagi. Tiap satelit mentransmisikan data navigasi dalam sinyal CDMA (Code Division Multiple Access) sama seperti jenis sinyal untuk telepon seluler CDMA. Sinyal CDMA menggunakan kode pada transmisinya sehingga penerima

(63)

GPS tetap bisa mengenali sinyal navigasi GPS walaupun ada gangguan pada frekuensi yang sama. Frekuensi yang digunakan adalah L1 (1575,42 MHz) dan L2 (1227,6 MHz).

GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca, serta didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti dan juga informasi mengenai waktu secara kontinyu di seluruh dunia [12].

GPS telah banyak digunakan di Indonesia, antara lain untuk eksplorasi minyak, pertambangan, geologi, kelautan, dan dapat diintegrasikan dengan SIG misalnya untuk tracking benda bergerak (mobil, pesawat, satelit, dll). Secara komersial alat ini selain dapat membantu pengguna dalam menentukan lokasinya di permukaan bumi, juga dapat merekomendasikan lintasan dari lokasi saat ini hingga tujuan perjalanan, merekam lintasan yang pernah dilalui dan memberikan informasi lokasi fasilitas-fasilitas penting terdekat seperti ATM, Bank, Supermarket dan lain-lain.

GPS adalah sistem satelit yang dapat memberikan posisi Anda di mana pun di dunia ini. GPS merupakan sistem navigasi yang menggunakan satelit yang didesain agar dapat menyediakan posisi secara instan, kecepatan dan informasi waktu di hampir semua tempat di muka bumi, setiap saat dan dalam kondisi cuaca apapun. Sedangkan alat untuk menerima sinyal satelit yang dapat digunakan oleh pengguna secara umum dinamakan GPS Tracker atau GPS Tracking, dengan menggunakan alat ini maka dimungkinkan user dapat melacak posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time.

GPS sebenarnya adalah proyek Departemen Pertahanan Amerika Serikat (AS) yang memberinya nama resmi NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging). Bagian utama dari sistem GPS adalah 24 satelit yang mengorbit bumi di ketinggian 20.200 kilometer. Tiap satelit mengitari bumi kira-kira sekali dalam 12 jam dengan kecepatan sekitar 11.000 kilometer per jam. Satelit GPS mempunyai panel-panel pengumpul tenaga Matahari untuk membangkitkan energi listrik yang diperlukannya. Selain itu juga ada baterai yang menyimpan

(64)

tenaga listrik dan mempergunakannya saat satelit tidak memperoleh sinar Matahari.

Bagian yang paling penting dalam sistem navigasi GPS adalah beberapa satelit yang berada di orbit bumi atau yang sering kita sebut di ruang angkasa. Selain satelit terdapat 2 sistem lain yang saling berhubungan, sehingga jadilah 3 bagian penting dalam sistem GPS. Ketiga bagian tersebut terdiri dari: GPS Control Segment (Bagian Kontrol), GPS Space Segment (bagian angkasa), dan GPS User Segment (bagian pengguna).

Spesifikasi antena untuk GPS adalah GPS membutuhkan polarisasi melingkar karena sistem GPS telah menerima data dari satelit untuk seluruh dunia sehingga teknik truncated corner dipilih untuk mengurangi masalah dari orientasi antena [13].

Untuk apa tujuan Amerika Serikat membuat sistem GPS yang telah memakan biaya sangat besar untuk biasa pembuatan, pengoperasian dan perawatan. Tentunya bukan tanpa manfaat, ada banyak manfaat yang bisa didapatkan dari sistem navigasi GPS bagi masyarakat seluruh dunia dan khususnya bagi pemerintah Amerika Serikat itu sendiri. Beberapa fungsi dan kegunaan GPS adalah

- GPS untuk militer, - GPS untuk navigasi,

- GPS untuk sistem informasi geografis, - GPS untuk sistem pelacakan kendaraan, - GPS untuk pemantau gempa

2.9 Software AWR Microwave 2004

Dalam tugas akhir ini software yang digunakan adalah AWR Microwave 2004. Salah satu kegunaan software ini adalah merancang, menganalisa, dan membuat antena mikrostripmenggunakan simulasi komputer.Microwave office merupakan solusi perangkat lunak yang paling komprehensifdalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan Radio Frekuensi (RF). Microwave office terkenal karena memiliki user interface yang intutitif. Keunikan dari arsitekturnya

(65)

membuat perangkat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yamg lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi.Salah satu nya membantu merancang antena agar berfungsi dengan baik, baik frekuensi, maupun parameterantena itu sendiri. Adapun tampilan dari AWR Microwave 2004 dapat dilihat pada Gambar 2.11.

(66)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan kemajuan teknologi komunikasi dengan menggunakan gelombang radio telah memacu perkembangan teknologi di bidang antena.Salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini dikarenakan bahwa antena mikrostrip merupakan jenis antena yang sederhana untuk dibuat dan mudah diintegrasikan.

Polarisasi antena adalah arah medan listrik yang diradiasikan oleh antena. Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linear), melingkar(circular) atauelips (elliptical ). Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu. Gelombang terpolarisasi melingkar dapat ditentukan dengan menggunakan aturan jari tangan. Gelombang dikatakan terpolarisasi melingkar ke kiri jika ibu jari tangan kiri menunjuk ke arah propagasi gelombang, maka keempat jarinya menekuk ke arah perputaran medan. Gelombang dikatakan terpolarisasi melingkar ke kanan jika ketika ibu jari tangan kanan menujuk ke arah perambatan gelombang , maka keempat jari lainnya menunjuk ke arah rotasi medan [1]. Beberapa aplikasi yang memerlukan polarisasi melingkar terdapat pada radar, satelit, GPS (Global Positioning System),RFID (Radio Frequency Identification) dan wireless LAN.

Antena mikrostrip ini dapat digunakan untuk kepentingan navigasi. Salah satu aplikasinya adalah GPS (Global Positioning System) yang merupakan teknologi yang mendukung untuk akses komunikasi data secara bergerak melalui satelit yang digunakan untuk memberikan informasi navigasi [2]. Polarisasi yang melingkar sifatnya berorientasi pada jalur lingkaran, artinya menerima gelombang tidak hanya satu arah saja tetapi juga sekitarnya. Polarisasi melingkar juga

(67)

dibutuhkan pada komunikasi satelit ataupun GPS karena antara satelit dan antena di bumi tidak memiliki keadaan yang selalu tetap. GPS sangat membutuhkan polarisasi circular agar dapat menerima gelombang peradiasi lebih cepat dan akurat [3]. Sistem GPS bekerja pada frekuensi kerja 1575,42 MHz, untuk itu sangat dibutuhkan sebuah antena mikrostrip yang mampu memberikan kinerja yang baik untuk sistem tersebut.

Salah satu teknik membentuk polarisasi circular adalah metode truncated corner yaitu dengan menggunakan catuan tunggal. Jika bentuk patch dasar dicatu menggunakan catuan tunggal, maka polarisasi yang dihasilkan adalah linier. Maka dari itu, untuk membentuk polarisasicircular, harus dilakukan modifikasi pada patch. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan teknik truncated corner atau pemotongan tepi pada sudut tertentu dari sumbu pencatuan. Teknik ini di nilai lebih sederhana dalam perancangan karena memiliki sedikit parameter untuk membentuk polarisasi circular dan menggunakan catuan tunggal sehingga tidak memiliki kompleksitas dari segi pencatuan serta tidak dibutuhkan pencatuan daya.

Penelitian mengenai antena mikrostrip patch segiempat sudah banyak dilakukan diantaranya pengujian antena mikrostrip patch segiempat tipe polarisasi melingkar menggunakan frekuesi 2.4 GHz [4] dan perancangan antena mikrostrip polarisasi Circular Dual-Feed Frekuensi [5]. Pada Tugas Akhir ini akan dirancang bangun dan disimulasikan antena mikrostrip patch segiempat dengan tipe polarisasi melingkar menggunakan metode truncated corner. Perancangan dan simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang pada penelitian ini, terdapat beberapa masalah yang dapat dirumuskan antara lain yaitu:

1. Bagaimana spesifikasi antena yang dibutuhkan untuk sistem GPS (1575,42) MHz?

(68)

2. Apa yang dimaksud dengan tipe polarisasi melingkar dan bagaimana mengetahui bahwa sebuah antena memiliki karakteristik polarisasi melingkar?

3. Bagaiman merancang antena mikrostrip patch segiempat dengan metode truncated corner untuk menghasilkan tipe polarisasi melingkar menggunakan simulator AWR?

4. Bagaimana menguji hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan metode truncated corner yang memiliki tipe polarisasi melingkar?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah untuk merancang bangun antena mikrostrip patch segiempat dengan tipe polarisasi melingkar menggunakan metode truncated corneruntuk aplikasi GPS (1575,42) MHz.

1.4 Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah maka penulis membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut.

1. Perancangan antena microstrip patch segiempat dan menganalisis parameter antena yang ingin dicapai menggunakan bantuan simulator AWR Microwave Office 2004.

2. Parameter yang dianalisis adalah ukuran pemotongan berdasarkan truncated corner, VSWR, axial ratio, return loss, dan gain.

3. Frekuensi resonansi yang digunakan adalah 1575,45 MHzberdasarkan aplikasi pada GPS.

4. Jenis substrat yang digunakan pada rancangan adalah FR4 dengan dielektrik substrat (R) = 4,4, tebal substrat (h) = 1,6 mm.

5. Menggunakan metode truncated corner untuk mendapatkan polarisasi melingkar.

(69)

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 dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi penjelasan tentang antena mikrostrip, parameter antena, sistem GPS (Global Positioning System), polarisasi melingkar dengan metode truncated corner.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini berisi tentang penjelasan secara umum dari penelitian yang dilakukan, diagram alir penelitian, variabel yang diamati, dan jadwal penelitian.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil simulasi perancangan menggunakan bantuan simulator AWR.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian yang dilakukan.

(70)

ABSTRAK

Antena mikrostrip merupakan antena yang banyak diaplikasikan pada sistem komunikasi. Antena mikrostrip dapat digunakan untuk kepentingan navigasi. Salah satu aplikasi dari antena ini adalah GPS (Global Positioning System). GPS merupakan sistem penentu posisi dan navigasi secara global menggunakan satelit. Data yang dikirim dari satelit GPS berupa sinyal radio frekuensi 1575 MHz. GPS membutuhkan polarisasi melingkar agar dapat menerima gelombang untuk melakukan radiasi lebih cepat dan akurat. Maka dilakukanlah metode truncated corner untuk menghasilkan polarisasi melingkar tersebut.

Tujuan penelitian ini melakukan perancangan antena untuk aplikasi GPS dengan polarisasi melingkar menggunakan metode truncated corner agar menghasilkan VSWR, return loss, axial ratio dan gain yang lebih baik.

Antena ini memiliki panjang substrat (Wg) 82 mm, lebar substrat (Lg) 70 mm, panjang patch (W) 45 mm, lebar patch (L) 46 mm dan lebar saluran pencatu 50 Ω (w) 3 mm. Hasil pengukuran memperlihatkan pada frekuensi 1575 MHz, antena memiliki nilai VSWR 1,30, nilai return loss – 17,59 dB, nilai axial ratio 2,9 dB sedangkan hasil simulasi pada frekuensi 1575 MHz menghasilkan nilai VSWR sebesar 1,45, nilai return loss -14,64 dB, nilai axial ratio sebesar 1,44 dB dan nilai gain sebesar 5,775 dB.

(71)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR

MENGGUNAKAN METODE TRUNCATED CORNER

Diajukan sebagaisalah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Konsenterasi Teknik Telekomunikasi

Oleh

INDAH JULITA SARAGIH

130422037

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(72)

(73)

ABSTRAK

(74)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kahadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kasih karunia-Nya dan rahmat-Nya kepada penulis sehingga dapat melalui segala proses penyelesaian Skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR

MENGGUNAKAN METODE TRUNCATED CORNER.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, terdapat banyak kesalahan dan hambatan yang penulis temukan, namun karena berkat dukungan, doa dan dorongan semangat dari semua pihak maka Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas

Akhir, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

4. Ibu Naemah Mubarakah, ST, MT selaku dosen pembanding Tugas Akhir, atas saran dan semangatnya.

5. Kedua orang tua tercinta (Ayahanda S. Saragih dan Ibunda M. Sipayung) yang senantiasa memberi doa, semangat, dorongan moral serta materi kepada penulis.

(75)

6. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

7. Kedua adik penulis (Yuni Marcella Saragih dan Unedo Famboan Saragih) yang selalu memberikan semangat kepada penulis.

8. Rekan satu tim skripsi Rafael Sidabutar, ST, terima kasih buat kerjasama dan dukungannya.

9. Seluruh teman-teman tercinta, OMK ST. Paulus, yang telah memberikan semangat kepada penulis.

10. Arnius Daelyyang senantiasa membantu, selalu sabar dan memberikan semangat kepada penulis.

11. Seluruh sahabat-sahabat penulis ekstensi Teknik Elektro Telekomunikasi stambuk 2013 terutama Rizky Dian Eka Putri, Elisabeth Sianturi, Denny Noprianta Barus, Nofrizal, Bg Shafwan, Saverina Simangunsong dan Putri Anggraini, terimakasih atas dukungannya.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari penulis dalam pengolahan maupun penyajian Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna penyempurnaan Tugas Akhir ini. Kiranya Tuhan selalu memberkati kita semua. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan bagi yang memerlukannya.

Medan, September 2016 Penulis ,

Indah Julita Saragih NIM 130422037

(1)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR... vii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Antena Mikrostrip ... 5

2.2 Keuntungan dan Kerugian Antena Mikrostrip ... 7

2.3 Parameter Antena... 8

2.3.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ... 8

2.3.2 Return Loss ... 9

2.3.3 Polarisasi ... 9

2.3.4 Gain ... 12

2.3.5 Axial ratio ... 13

2.4 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ... 14

2.5 Teknik Truncated Corner ... 15

2.6 Dimensi Antena Mikrostrip ... 16

2.7 Saluran Mikrostrip (Microstrip Feed Line)... 18

2.7.1 Perhitungan Lebar Saluran Mikrostrip (Microstrip Line) ... 18

2.7.2 Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line) untuk W/h<1 ... 18

(2)

2.7.3 Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line) untuk

W/h>1 ... 19

2.8 Sistem GPS (Global Positioning System) ... 19

2.9 Software AWR Microwave 2004 ... 21

BAB III METODE PENELITIAN ... 22

3.1 Umum ... 22

3.2 Perhitungan Ukuran Patch Antena ... 23

3.3 Perancangan Lebar Saluran Pencatu... 24

3.4 Diagram Alir Penelitian... 27

3.5 Variabel yang Diamati ... 28

3.5 Bahan dan Alat ... 28

3.5.1 Bahan ... 28

3.5.2 Alat ... 28

3.6 Perancangan Antena Pada Simulator ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1 Umum ... 29

4.2 Hasil Simulasi... 29

4.2.1 Hasil simulasi tanpa truncated corner ... 29

4.2.2 Hasil simulasi pemotongan patch Tipe A ... 31

4.2.3 Hasil simulasi pemotongan patchTipe B ... 33

4.3 Analisis Hasil Simulasi ... 35

4.4 Hasil Pengukuran ... 37

4.4.1 Hasil Pengukuran VSWR ... 38

4.4.2 Hasil Pengukuran Return Loss ... 39

4.4.3 Hasil Pengukuran Polarisasi ... 41

4.5 Analisa Hasil Pencapaian ... 44

4.5.1 Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 44

4.5.2 Hasil perbandingan rancangan awal tanpa dan setelah truncated corner ... 47

(3)

4.6 Analisa Kesalahan Umum ... 48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 50

5.1 Kesimpulan ... 50

5.2 Saran ... 50 DAFTAR PUSTAKA

(4)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ... 5

Gambar 2.2 Beberapa Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 6

Gambar 2.3 Bentuk Geometri Dari Patch Mikrostrip Segiempat ... 7

Gambar 2.4 Polarisasi Linier ... 10

Gambar 2.5 Polarisasi Melingkar ... 11

Gambar 2.6 Polarisasi Elips... 11

Gambar 2.7 Arah Propagasi Polarisasi Elips ... 14

Gambar 2.8 Antena Mikrostrip Dengan Pencatu Rangkap ... 15

Gambar 2.9 Antena Mikrostrip Dengan Pencatu Tunggal ... 15

Gambar 2.10 Bentuk Patch Antena Mikrostrip,Patch Segiempat Dengan Sudut Dipotong... 16

Gambar 2.11 Tampilan Dekstop Simulator AWR Microwave 2004 ... 21

Gambar 3.1 Tampilan TXLine2003 untuk mencari dimensi saluran Pencatu ... 25

Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian ... 27

Gambar 4.1 Grafik VSWR antena mikrostrip tanpa truncated corner... 30

Gambar 4.2 Grafik return loss antena mikrostrip tanpa truncated corner... 30

Gambar 4.3 Grafik axial ratio antena mikrostrip tanpa truncated corner ... 30

Gambar 4.4 Grafik VSWR hasil simulasi pemotongan patchtipe A ... 31

Gambar 4.5 Grafik return loss hasil simulasi pemotongan patchtipe A ... 32

Gambar 4.6 Grafik axial ratio hasil simulasi pemotongan patchtipe A ... 33

Gambar 4.7 Grafik VSWR hasil simulasi pemotongan patchtipe B ... 33

Gambar 4.8 Grafik return loss hasil simulasi pemotongan patchtipe B... 34

Gambar 4.9 Grafik axial ratio hasil simulasi pemotongan patchtipe B ... 35

Gambar 4.10 Hasil simulasi gain antena mikrostrip patch segiempat ... 36

Gambar 4.11 Antena patch segiempat yang siap untuk difabrikasi... ... 37

Gambar 4.12 Hasil antena mikrostrip segiempat setelah fabrikasi ... 37

Gambar 4.13 Grafik VSWR hasil pengukuran pada network analyzer ... 38

(5)

Gambar 4.14 Grafik return loss hasil pengukuran pada network analyzer ... 40 Gambar 4.15 Pengukuran antena untuk co- polarization... 41 Gambar 4.16 Pengukuran antena untuk cross- polarization... ... 42 Gambar 4.17 Grafik pola radiasi medan co-polarization dan

cross-polarization ... 44

Gambar 4.18 Grafik perbandingan pengukuran dan simulasi VSWR ... 46 Gambar 4.19 Grafik perbandingan pengukuran dan simulasi return loss ... 47

(6)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan ... 22

Tabel 4.1 Hasil Data Iterasi Simulasi ... 36

Tabel 4.2 Perbandingan Hasil Data Pengukuran dan Simulasi ... 39

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Return Loss... 40

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran polarisasi antena dengan co-polarization dan cross-polarization ... 42

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran... 44Tabel 4.6 Hasil perbandingan tanpa dan setelah truncated corner ... 47