Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pada Frekuensi 2,4 Ghz Dengan Metode Pencaruan Inset

LAMPIRAN A. HASIL ITERASI SIMULASI AWR

1. Panjang inset 1 mm

(a) (b) Gambar 1. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 2. Panjang inset 2 mm

(a) (b)

Gambar 2. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 3. Panjang inset 3 mm

(a) (b)

4. Panjang inset 4 mm

(a) (b) Gambar 4. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

5. Panjang inset 5 mm

(a) (b) Gambar 5. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

6. Panjang inset 6 mm

(a) (b) Gambar 6. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

7. Panjang inset 7 mm

(a) (b) Gambar 7. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

8. Panjang inset 8 mm

(b)

Gambar 8. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 9. Panjang inset 9 mm

(a) (b) Gambar 9. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

10.Panjang inset 10 mm

(a) (b) Gambar 10. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

11.Panjang inset 11 mm

(a) (b)

Gambar 11. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 12.Panjang inset 12 mm

(a) (b) Gambar 12. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

13.Panjang inset 13 mm

(a) (b) Gambar 13. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

14.Panjang inset 14 mm

(a) (b)

Gambar 14. Grafik (a)Return loss (b) VSWR 15.Panjang inset 15 mm

(a) (b) Gambar 15. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

16.Panjang inset 16 mm

(a) (b) Gambar 16. Grafik (a)Return loss (b) VSWR

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, C.A.,2005, Antenna Theory Analysis and Design, third edition, Wiley inc: New Jersey.Hal 28,813,814,817,818,819

[2] Surjati, I, 2010, Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya, ISBN:978-979-26-8952-0,Universitas Trisakti: Jakarta. 15-24

[3] Garg,R,.dkk.2001,”Microstrip Antena Design Handbook”,ISBN:0-89006-513-6, Artech House.Inc:London.Hal 1-2

[4] Misra,D.K,2004. Radio Frequency And Microwave Communication Circuit: Analysis and Design,Second edition,Wiley-Interscience:New Jersey.Hal 236

[5] Liao,Y.S, Microwave Devices and Circuit , Third edition.,Prentice Hall:New Jersey. Hal 477-484

[6] Ramesh, M., YIP KB, “Design Formula for Inset Fed Microstrip Patch Antena,” Journal of Microwave and Optoelectronics, Desember 2003 : hal 5-10

[7] Kumar,G & Ray,K.P.,2003.”Broadband Microstrip Antennas”,ISBN:1-58053-244-6, Artech House.Inc:London.Hal 4

[8] James,R,H & Hall,J,S., 1989,Handbook of Microstrip Antennas , Peter Peregrinus Ltd:London(UK)

[9] Stallings, William, Komunikasi & Jaringan Nirkabel, Edisi Kedua, Jilid 1, terj. Sasongko, Arya Dimas(Jakarta:Erlangga,2007). Hal 102

[10] M, Syamsuddin, 2010,Cara Cepat Belajar Infrastruktur Wireless, Yogyakarta:Gava Media. Hal 21-25

[11]

Diakses Pada : 12 Nopember 2013, Pukul 22.07 WIB

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Umum

Pada bab ini akan dirancang dan disimulasikan antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan menggunakan metode pencatuan inset, teknik ini merupakan turunan pencatuan secara langsung microstrip line.

Sebelum melakukan perancangan antena mikrostrip dengan pencatuan inset, dilakukan studi literatur mengenai antena itu sendiri termasuk parameter antena seperti VSWR, return loss, bandwidth, gain, dan pola radiasi. Ada beberapa tahap dalam perancangan antena ini, diantaranya ialah penentuan spesifikasi substrat yang akan digunakan , penentuan dimensi antena, penentuan dimensi saluran pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator AWR Microwave Office 2537R v.6.51 sebagai alat bantu untuk memperoleh nilai parameter-paremeter antena yang dihasilkan seperti nilai VSWR, return loss, bandwidth, pola radiasi, dan gain. Penggunaan simulator dalam pengerjaan antena sebelum fabrikasi dimaksudkan agar diperoleh nilai parameter antena yang sesuai dengan hasil antena yang diharapkan.

Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal, pada skripsi ini dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan lebar saluran pencatu. Setelah diperoleh hasil yang optimal, dilakukan fabrikasi antena dan melakukan pengukuran paremeter antena seperti yang dijelaskan sebelumnnya.

3.2 Flowchart Perancangan Antena

Gambar 3.1 menggambarkan diagram alir dalam perancangan antena hingga pengukuran parameter antena. Perancangan dimulai dengan menentukan jenis substrat yang digunakan serta frekuensi kerja yang ingin dicapai seperti return loss ≤ -9,54 dB, VSWR ≤ 2, bandwidth berkisar di 1-5%, pola radiasi unidireksional, serta gain ˃ 4 dBi. Kemudian melakukan simulasi hingga memperoleh hasil parameter yang baik sesuai standar, lalu melakukan fabrikasi antena agar dapat melakukan pengukuran dan membandingkan dengan hasil simulasi. Antena hasil fabrikasi harus sudah mampu bekerja sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan.

Mulai

Spesifikasi antena

yang diinginkan

Penentuan substrat

Perancangan dimensi antena

Simulasi

Realisasi

Pengukuran

Analisis

Selesai Sesuai dengan

spesifikasi

tidak

3.3 Alat Yang Digunakan

Untuk melakukan perancangan antena pada Tugas Akhir ini digunakan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat lunak digunakan dalam perancangan antena untuk membantu mensimulasikan antena sebelum difabrikasi dan juga membantu perhitungan pada analisis data. Dalam perhitungan dimensi antenanya pun digunakan software sebagai alat hitung agar perhitungan yang diperoleh lebih akurat. Perangkat keras digunakan dalam fabrikasi dan pengukuran parameter antena sehingga diperoleh hasil parameter-parameter antena secara realisasi. Namun dalam perhitungan gain juga digunakan software sebagai alat bantu dalam perhitungan gain dengan metode gain transfer method.

Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan antena antara lain: 1. AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51

2. Microsoft Visio 2007 3. Matlab R2010b 4. Microsoft Excel 2007 5. Netsurveyor

Perangkat keras digunakan untuk fabrikasi dan pengukuran antena setelah difabrikasi, diantaranya :

1. Substrat FR4-Epoxy 2. Connector SMA 50 ohm 3. Kabel coaxial 50 ohm

4. Network Analyzer Anritsu MS2034B

5. Adapter (female) 50 0hm dari n-connector ke konekstor SMA 6. Solder

7. Timah

8. Kabel pigtail 50 ohm

9. Tiang penyangga antena (2 buah) 10.Busur

3.4 Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan

Substrat merupakan bahan utama pembuatan antena mikrostrip. Dalam penentuan jenis substrat perlu dilakukan pengkajian karena akan berpengaruh pada kualitas spesifikasi antena tersebut. Substrat memiliki nilai konstanta dielektrik (εr),

dielectric loss tangent (tanδ) dan ketebalan (h) tertentu. Ketiga nilai tersebut mempengaruhi nilai efisiensi antena yang akan dibuat. Ukuran dimensi patch dan feeder berbanding terbalik dengan konstanta dielektrik. Semakin kecil konstanta

dielektrik, maka dimensi patch dan feeder yang dibutuhkan akan semakin luas. Ketebalan substrat berpengaruh pada besarnya bandwidth. Semakin tebal substrat maka bandwidth bandwidth yang dihasilkan akan semakin lebar, namun akan timbul gelombang permukaan (surface wave) [1].

Pada Tugas Akhir ini digunakan dielektrik substrat FR4 evoksi dengan spesifikasi seperti Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat

Jenis substrat FR4 evoksi

Konstanta dielektrik relatif (εr) 4,4

Dielectric loss tangent (tanδ) 0,02

Perancangan antena pada Tugas Akhir ini bartujuan memperoleh antena yang mampu bekerja pada frekuensi 2,4 GHz – 2,5 GHz, artinya antena tersebut memiliki frekuensi resonansi 2,45 GHz. Frekuensi resonansi inilah yang akan digunakan sebagai acuan untuk menentukan dimensi patch dan saluran pencatu. Pada rentang frekuensi tersebut diharapkan antena memiliki VSWR ≤ 2 untuk memperoleh nilai bandwidth

3.5 Perancangan Ukuran Antena

Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini ialah antena mikrostrip patch segiempat dengan motede pencatuan inset pada frekuensi kerja 2,4 Ghz. Pada

perancangan ini digunakan substrat Epoxy-FR4 dengan konstanta dielektrik 4,4 dan ketebalan substrat 1,6 mm serta impedansi masukan (Z0) nya bernilai 50Ω.

Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan Persamaan (2.10) hingga (2.14) untuk memperoleh nilai panjang dan lebar antena.

3.5.1 Menentukan Lebar Patch

Perhitungan lebar patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.10),

� = � 2 �_��

2 (�_� + 1)

�= 3 × 10

8

2 (2,45 × 109₎�

2 (4,4 + 1)

3.5.2 Menentukan Panjang Patch

Perhitungan panjang patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.11) sampai Persamaan(2.14).

�

����

=

�

�

+ 1

2

+

�

�

−

1

2

[1 + 12

ℎ

�

]

− 1 2 � ����� =

4,4 + 1 2 +

4,4−1

2 [1 + 12 1,6

37]

−1 2 � ����� = 4,0794

∆�= 0,412ℎ ������ + 0,3�(

�

ℎ + 0,264) ������ −0,258�(�_ℎ + 0,8) ∆� = 0,412(1,6)

(4,0794 + 0,3)(_1,638 + 0,264) (4,0794−0,258)(_1,638 + 0,8)

∆� = 0,7442 mm

���� = �

2 �_{�������}

���� = 3 × 10 8

2 × 2,45√4,0794

���� = 30,3 ��

Sehingga diperoleh nilai panjang patch menggunakan Persamaan (2.14),

�= �_��� − 2∆�

�= 30,3− 2 × 0,7442

3.5.3 Menentukan Lebar Saluran Pencatu

Antena mikrostrip ini menggunakan saluran pencatu secara langsung sehingga perhitungan lebar saluran pencatunya dapat ditentukan dengan Persamaan (2.16).

�0

ℎ = 2

��� −1−ln(2� −1) + ��−1

2�_� ���(� −1) + 0,39− 0,61

�� �� dimana nilai B ditentukan dengan Persamaan (2.18)

� = 377� 2�0_√��

�= 377 × 3,14

2 × 50√4,4 = 5,6434 sehingga,

�0

1,6 = 2

� �5,6435−1−ln(2 × 5,6435−1)

+4,4−1

2 × 4,4���(5,6435−1) + 0,39− 0,61

4,4��

�0 = 3,0603 ��

= 3 ��

3.5.4 Menentukan Panjang Inset

Perhitungan panjang inset dilakukan dengan menggunakan Persamaan(2.19), dimana persamaan ini valid untuk nilai 2≤εr≤10,

�0 = 10−4(0,001699��7+ 0,13761��6−6,1783��5+ 93,187��4−682,69��3

+ 2561,9�_�2−4043�_�+ 6697)�

ℎ �0 = 10,87 �� = 11��

3.6 Hasil Perancangan Antena

Setelah dilakukan perhitungan dimensi antena mikrostrip sesuai persamaan dasar teori, dilakukan perancangan pada simulator yang akan digunakan untuk memperoleh hasil simulasi.

Sesuai dengan hasil perhitungan, perancangan antena pada simulator Awr 2004 diperoleh seperti pada Gambar 3.3 dan pengaturan software yang digunakan untuk simulasi dapat dilihat pada Tabel 3.3.

Berdasarkan teori dan persamaan yang digunakan, diperoleh ukuran dimensi antena seperti pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Ukuran dimensi antena

Dimensi Hasil (mm)

Lebar (patch) 37

Panjang (patch) 29

Lebar saluran pencatu 3

Panjang inset 11

Lebar ground plane 61

Panjang ground plane 51

Sehingga diperoleh hasil rancangan sesuai dimensi antena mikostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

3 mm 37 mm

29 mm

61 mm

52 mm 1 mm

11 mm

3 mm

Gambar 3.2 Desain antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan inset

Pada simulator AWR 2004 perlu juga dilakukan pengaturan awal software sebelum dijalankan untuk memperoleh hasil sesuai spesifikasi bahan yang ada. Tabel 3.2 menunjukkan pengaturan awal software simulator yang digunakan untuk menjalankan simulasi.

Tabel 3.3 Pengaturan software untuk simulasi AWR

No Design list Type Description

1 Enclosure Cell size X=1mm, Y=1mm

2

Dielectric layer parameter

Thickness εr

Loss Tangent View Scale

1,6mm 4,4 0,02 1

3

Boundaries Enclosure Top Aproximate open

(377Ohm)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Hasil simulasi

Kinerja suatu antena dapat dilihat berdasarkan spesifikasi atau nilai-nilai dari parameter antena tersebut. Parameter yang dapat diuji pada dasarnya cukup banyak seperti yang di jelaskan pada Bab 2 sebelumnya. Pada Tugas Akhir ini, dilakukan pengujian untuk memperoleh VSWR, return loss, bandwidth, pola radiasi, dan gain.

Pada tahap selanjutnya, hasil rancangan disimulasikan menggunakan perangkat lunak / simulator AWR microwave office 2004. Simulasi digunakan sebagai alat bantu agar perancangan antena sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan. Setelah tahap simulasi selesai maka dilakukan fabrikasi antena sesuai rancangan yang telah dibuat secara simulasi dan memenuhi standar umum untuk fabrikasi antena sesuai parameter-parameter antena yang ada. Setelah antena mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset telah difabrikasi, langkah selanjutnya yang akan dilakukan ialah mengukur antena tersebut. Proses pengukuran dilakukan di Aula Departemen Teknik Elektro FTUSU dengan menggunakan alat ukur Network Analyzer Anritsu MS2034B

Pada hasil simulasi diperoleh nilai return loss yang beresonansi pada frekuensi 2,43GHz dengan nilai S-parameter -5,832 dB, VSWR 3,094, dan gain 5,858 dB seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.

(a) (b)

(c)

Gambar 4.1 Grafik hasil simulasi (a) return loss (b) VSWR (c) Gain

Hasil yang diperoleh belum sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan yaitu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz. Untuk itu perlu dilakukan iterasi pada dimensi antena agar diperoleh hasil yang maksimal. Iterasi dilakukan dengan mengubah panjang inset pada antena ini. Berdasarkan hasil perhitungan secara teori panjang inset 11 mm, dengan melakukan iterasi panjang inset menjadi 16 mm, 15 mm, 14 mm, 13 mm, 12 mm,10 mm, 9 mm, dan 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm, dan 1

mm seperti ditunjukkan oleh Tabel 4.1 dan gambar grafik dapat dilihat pada Lampiran A.1.

Tabel 4.1 Hasil iterasi ukuran inset antena mikrostrip pada AWR Ukuran inset (mm) Frekuensi Resonansi Return Loss (dB) VSWR

16 2,4 -0,5577 31,16

15 2,4 -0,4349 39,946

14 2,4 -0,9240 18,82

13 2,415 -1,982 8,805

12 2,43 -3,647 4,834

11 2,43 -5,832 3,094

10 2,44 -8,747 2,151

9 2,45 -12,68 1,605

8 2,45 -18,38 1,274

7 2,45 -21,49 1,184

6 2,45 -17,8 1,296

5 2,45 -15,43 1,408

4 2,45 -14,1 1,492

3 2,45 -12,96 1,581

2 2,45 -11,95 1,681

1 2,45 -11,07 1,776

Dari Tabel 4.1 diperoleh bahwa semakin panjang ukuran inset, frekuensi resonansinya semakin rendah. Setelah proses iterasi, maka diperoleh yang paling baik ialah pada panjang inset 7 mm dengan frekuensi resonansi 2,45 GHz, return loss -21,49 dan VSWR 1,184.

4.2Hasil Pengukuran Antena Fabrikasi

Berdasarkan hasil simulasi menggunakan software AWR 2004 diperoleh antena yang paling baik untuk difabrikasi pada panjang inset 7 mm.

Pengukuran antena dilakukan di Aula Departemen Teknik Elektro menggunakan alat ukur Network Analyzer Anritsu MS2034B. Fabrikasi antena dilakukan oleh PT. Multikarya yang berlokasi di Bandung. Setelah antena difabrikasi

dengan panjang inset 7 mm seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.2, dilakukan pengukuran parameter-parameter antena.

(a) (b)

Gambar 4.2 Hasil fabrikasi antena inset 7 mm (a)depan (b)belakang

Setelah dilakukan pengukuran, diperoleh hasil seperti grafik pada Gambar 4.3 dimana antena dengan panjang inset 7 mm tersebut sudah dapat beresonansi pada frekuensi kerja 2,45 GHz dengan nilai return loss -14,77 dB dan nilai VSWR nya 1,45.

(b)

Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran (a)return loss (b) VSWR

Unjuk kerja antena hasil rancangan juga dilihat dari nilai bandwidth. Untuk perhitungan bandwidth digunakan acuan data pada VSWR ≤ 2. Pada Gambar 4.3

sebelummnya, dapat dilihat bahwa pada MK1 (f2) nilai VSWRnya 2,00 pada

frekuemsi 2,388 GHz dan pada MK2 (f1) nilai VSWRnya 2,00 pada frekuensi 2,5

GHz. Maka besar bandwidth dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.3.

��������ℎ = │�1 – f2│

��������ℎ=│2,5−2,388│���= 112 MHz % ��������ℎ= �1− �1

�� × 100%

% ��������ℎ = (2,5−2,388)GHz

2,45 GHz × 100% = 4,57 %

Untuk mendapatkan nilai pola radiasi pada antena, dilakukan pengukuran nilai parameter S21 pada alat ukur Anritsu MS2034B dengan menggunakan 2 buah antena

identik yang diletakkan saling berhadapan dengan jarak 50 cm. S21 artinya daya ditransfer dari port 1 ke port 2. Dengan memutar antena uji pada peningkatan sudut setiap 10o dimulai dari 0o hingga 350o di frekuensi 2,4 GHz diperoleh hasil pengukuran S21 seperti diperlihatkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil pengukuran S21

Sudut (o) S21

0 -34,76

10 -34,84

20 -35,1

30 -35,81

40 -36,5

50 -37,93

60 -39,56

70 -40,84

80 -42,2

90 -47,44

100 -52,06

110 -55,7

120 -56,6

130 -51,99

140 -48,87

150 -48,2

160 -46,23

170 -45,49

Sudut (o) S21

180 -44,25

190 -44,77

200 -46,24

210 -48,69

220 -50,46

230 -53,4

240 -56,88

250 -59,99

260 -56,81

270 -53,85

280 -48,8

300 -41,49

310 -39,96

320 -38,47

330 -36,66

340 -35,99

Berdasarkan data yang diperoleh pada pengukuran S21, dapat digambar pola radiasi antena fabrikasi seperti ditunjukkan pada Gambar 4.4. Pola radiasi yang diperoleh berupa pola radiasi unidirectional yaitu intensitas daya pancar nya mengarah pada satu arah saja.

Gambar 4.4 Pola radiasi antena fabrikasi pada inset 7 mm

Pengujian gain dilakukan dengan menggunakan bantuan software Netsurveyor untuk melihat kuat sinyal yang mampu diperoleh antena. Pada software Netsurveyor ini dapat dilihat besar level penerimaan kuat sinyal antena yang digunakan. Pengujian gain dilakukan dengan metode gain transfer dan menggunakan bantuan antena dipol (4 dBi) sebagai antena referensi serta access point yang digunakan berasal dari wifi AndroidAP5950.

Untuk langkah awal dilakukan pengukuran level penerimaan kuat sinyal dengan menggunakan antena dipol. Pengamatan dilakukan hingga beberapa menit agar diperoleh level pengiriman kuat sinyal yang stabil. Dari Gambar 4.5a dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal yang diperoleh antena dipol sebesar -56 dBm. Level ini menunjukkan bahwa penerimaan sinyal dengan menggunakan antena dipol sudah berjalan dengan baik. Langkah selanjutnya ialah mengganti antena dipol dengan antena mikrostrip inset 7 mm untuk

-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320330 340350

Radiation Pattern

memperoleh nilai level penerimaan kuat sinyalnya. Dari Gambar 4.5b dilihat level penerimaan kuat sinyal yang diperoleh sebesar -52 dBm.

(a)

(b)

Gambar 4.5 Level penerimaan kuat sinyal (a)Antena dipol (b)Antena mikrostrip

Setelah diperoleh nilai level penerimaan sinyal dari kedua antena diatas maka gain antena dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.7.

��(��) = ��(��)− ��(��) + ��(��) ��(��) = −52(��)− (−56)(��) + 4(��)

Dari perhitungan diatas diperoleh nilai gain sebesar 6 dBi. 4.3Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran

Hasil pengukuran antena yang baik diperoleh pada panjang inset 7 mm, pada Tabel 4.3 terlihat perbedaan nilai return loss dan Tabel 4.4 untuk nilai VSWR pada tiap frekuensi dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz. Dimana pada frekeunsi resonansi 2,45 GHz diperoleh hasil pengukuran -14,77 dB dan hasil simulasi -21,41,37 dB.

Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz.

Frekuensi Hasil simulasi AWR 2004

(dB) Hasil Pengukuran (dB)

2,200 -0,886 -7,55

2,230 -1,059 -7,49

2,250 -1,174 -7,5

2,267 -1,358 -7,49

2,276 -1,460 -7,51

2,300 -1,733 -7,6

2,321 -1,956 -7,74

2,338 -2,618 -7,95

2,355 -3,249 -8,31

2,368 -4,143 -8,72

2,401 -6,264 -10,3

2,414 -8,201 -11,36

2,429 -11,480 -12,83

2,437 -14,010 -13,74

2,446 -17,010 -14,55

2,450 -21,41 -14,77

2,453 -18,000 14,92

2,463 -16,000 -14,86

2,470 -13,330 -14,14

2,485 -9,322 -11,96

2,498 -6,974 -10,13

2,500 -6,237 -9,08

2,519 -5,189 -7,98

2,531 -4,285 -7,14

2,542 -3,433 -6,65

2,553 -2,473 -6,32

2,564 -2,457 -6,07

2,597 -1,629 -6,01

Pada frekuensi resonansi 2,45 GHz terlihat secara pengukuran return loss yang diperoleh sebesar -14,8. Hasil ini tidak berbeda jauh dengan nilai return loss yang dihasilkan simulator yaitu -21,41dB.

Dari Tabel 4.3 dan Tabel 4.4 diperoleh bahwa frekuensi kerja antena saat simulasi dan pengukuran tidak sama, namun memiliki karakteriktik yang mirip. Hal ini dapat dikarenakan pada saat simulasi, antena yang diukur memiliki kondisi yang ideal tanpa ada pengaruh ruang sekitar. Sedangkan pada saat pengukuran, terdapat banyak losses yang disebabkan oleh ruang sekitar saat pengukuran, ataupun nilai substrat yang sedikit berbeda.

Gambar 4.6 memperlihatkan bahwa hasil return loss yang terbaik diperoleh dari hasil simulasi AWR. Secara simulasi antena mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz dengan nilai return loss sebesar -21,41 dB pada simulator AWR. Hasil ini cukup berbeda dengan hasil

return loss pada saat pengukuran yaitu sebesar -14,8 dB.

Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran

Tabel 4.4 juga menunjukkan perbedaan nilai VSWR dari hasil pengukuran dan simulasi menggunakan simulator AWR. Dimana pada frekuensi resonansi antena 2,45 GHz

-20.000 -15.000 -10.000 -5.000 0.000

2.200 2.300 2.400 2.500 2.600

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

RETURN LOSS

Tabel 4.4 Perbedaan nilai VSWR dari 2.20 GHz sampai 2.60 GHz.

Frekuensi Hasil simulasi AWR 2004 Hasil Pengukuran

2,202 19,420 2,44

2,223 17,380 2,45

2,237 16,080 2,46

2,265 13,440 2,45

2,281 11,940 2,46

2,298 10,340 2,45

2,316 8,870 2,41

2,338 7,038 2,34

2,355 5,728 2,25

2,367 4,970 2,17

2,376 4,410 2,10

2,381 4,095 2,06

2,390 3,549 1,98

2,405 2,694 1,84

2,420 2,034 1,66

2,427 1,808 1,61

2,437 1,510 1,52

2,445 1,354 1,47

2,450 1,19 1,45

2,465 1,439 1,45

2,477 1,679 1,56

2,488 2,217 1,71

2,498 2,661 1,89

2,500 2,747 1,94

2,517 3,911 2,26

2,525 4,467 2,45

2,535 5,160 2,64

2,545 5,854 2,80

2,554 6,595 2,88

2,566 7,789 2,98

2,579 9,053 3,03

2,590 10,190 3,03

2,600 11,090 3,01

Gambar 4.5 menunjukkan perbandingan grafik VSWR hasil simulasi AWR dan pengukuran. Pada hasil simulasi AWR diperoleh nilai VSWR 1,19. Hasil ini masih berbeda dengan hasil pengukuran untuk frekuensi resonansi 2,45 GHz nilai VSWRnya 1,45.

Gambar 4.5 Perbandingan Grafik VSWR Hasil Simulasi dan Pengukuran

4.4. Analisis Capaian Spesifikasi Antena

Berdasarkan hasil simulasi dan pengukuran yang telah dicapai dari rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan panjang inset 7 mm diperoleh sebuah tabel hasil capaian spesifikasi antena seperti diperlihatkan pada Tabel 4.5 dimana pada tabel ini ditunjukkan bahwa antena hasil fabrikasi sudah mampu bekerja sesuai spesifikasi yang diinginkan.

Tabel 4.5 Capaian spesifikasi Antena

Parameter Antena Spesifikasi yang diinginkan

Spesifikasi yang

diperoleh Keterangan

Return loss ≤ -9,54 dB -14,77 dB Terpenuhi

VSWR ≤ 2 1,45 Terpenuhi

Bandwidth 1-5 % 4,57 % Terpenuhi

Pola radiasi unidirectional unidirectional Terpenuhi

Gain ˃ 5 dBi 6 dBi Terpenuhi

4.5 Persen Error

Berdasarkan hasil pengukuran, terlihat masih banyak terjadi ketidaksesuaian antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Hal ini dapat disebabkan oleh faktor ruang pada saat pengukuran, proses pembuatan antena, maupun pada saat menyolder antena dengan konektor. Perhitungan persen error yang dilakukan hanya pada nilai return loss di frekuensi resonansi

0.000 5.000 10.000 15.000 20.000

2.200 2.300 2.400 2.500 2.600

V S W R Frekuensi (GHz)

VSWR

Simulasi AWR

yaitu 2,45 GHz. Dengan nilai return loss pada saat pengukuran 14,8 dB dan secara simulasi -18,37 dB.

% ����� (Menggunakan ���) = │pengukuran−simulasi│

simulasi × 100% % ����� (Menggunakan ���) = │ −14.8−(−18.37)│

−18.37 × 100% % ����� = 19,434%

4.6. Analisis Kesalahan Umum

Berdasarkan hasil pengukuran dengan hasil simulasi menggunakan software simulator, diperoleh hasil pengukuran yang kurang akurat. Hal ini dapat disebabkan oleh:

1. Pada simulasi menggunakan software AWR tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran dilakukan temperatur dan tingkat kelembaban berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara.

2. Terdapat rugi-rugi pada kabel penghubung, tembaga/konduktor pada substrat, port SMA, Adapter dari n-connector ke konektor SMA, dan konektor pada Network Analyzer.

3. Substrat yang digunakan memiliki nilai toleransi konstanta dielektrik sekitar εr=4,4±0,02

4. Adanya interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena yang disebabkan oleh frekuensi-frekuensi atau benda-benda yang ada disekitar antena saat pengukuran. 5. Penyolderan saluran pencatu antena dan konektor SMA yang kurang baik.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang dan realisasi antena mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset (7 mm) yang dapat beresonansi pada frekuensi 2,45 GHz untuk aplikasi wifi. Dari hasil pengukuran diperoleh kesimpulan, yaitu:

1. Antena memiliki nilai return loss sebesar -14,77dB di frekuensi resonansi 2,45 GHz. 2. Antena memiliki nilai VSWR sebesar 1,45 di frekuensi resonansi 2,45 GHz.

3. Bandwidth antena fabrikasi yang diperoleh sebesar 112 MHz atau sekitar 4,57% 4. Pola radiasi antena yang didapat pola radiasi unidirectional

5. Gain antena yang diperoleh sebesar 6 dBi.

5.2 Saran

Saran yang dapat Penulis sampaikan setelah mengerjakan Tugas Akhir ini antara lain : 1. Untuk mendapatkan bandwidth yang lebih lebar dapat merancang antena dengan teknik

array.

2. Dapat memengganti bentuk patch menjadi segitiga, trapesium ataupun lingkaran

3. Dapat menganalisis parameter-parameter antena yang lainnya seperti impedansi masukan, directivity, dan lainnnya.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena

Antena ialah komponen pada sistem telekomunikasi nirkabel yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang elektromagnetik. Antena menjadi suatu bagian yang tidak terpisahkan dari sistem telekomunikasi nikabel tersebut, karena antena berperan sebagai alat untuk mengubah energi arus listrik menjadi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya.

Beberapa antena dikenal luas dengan berbagai bentuk dan kegunaan pada frekuensi kerja yang beragam, diantaranya kawat (wires), loop, aperture,reflektor, microstrip dan juga bentuk susunan array dari antena-antena tersebut seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Macam-macam antena (a)Thin dipole (b)loop (c)horn (d)helix (e)microstrip

Untuk komunikasi 2 arah, dapat digunakan antena yang sama untuk transmisi dan penerimaan. Hal ini dapat dilakukan karena antena apa pun ketika memindahkan energi dari lingkungan sekeliling ke terminal penerima masukan memiliki efisiensi yang sama saat antena memindahkan energi dari terminal pemancar keluar ke lingkungan sekeliling, dengan anggapan frekuensi yang sama digunakan pada kedua arah[9].

2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan tipis yang mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrat yang mempunyai tiga buah lapisan struktur dari substrat tersebut. Struktur tersebut terdiri dari patch antena yang sangat tipis (t<< �0,

�0 adalah panjang gelombang di ruang hampa) dan bidang pentanahan atau ground

plane yang dapat dicetak pada satu atau lebih dielektrik substrat (h<< �0 , biasanya

0,0003�0≤ h ≤0,05�0 )[2]. Bagian-bagian tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan

memiliki fungsi seperti dijelaskan sebagai berikut :

1. Pacth, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi sebagai elemen peradiasi gelombang elektromagnetik ke ruang bebas yang terletak dibagian paling atas antena. Bentuk patch antena mikrostrip bermacam-macam, diantaranya segiempat, lingkaran, segitiga, circular ring dan lain sebagainya. 2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi

untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch. Dalam perancangan antena mikrostrip, karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Ketebalan dielektrik substrat memiliki

pengaruh besar terhadap bandwidth antena mikrostrip, dengan menambah ketebalan substrate dapat memperbesar bandwidth [3] namun dengan penambahan ini akan menimbulkan surface wave (gelombang permukaan).

3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk memisahkan antena substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat menggangu radiasi sinyal.

Gambar 2.2 Antena mikrostrip [1]

Dielektrik substrat yang biasa digunakan untuk perancangan antena mikrostrip berkisar 2,2 ≤ εr ≤12. Jenis substrat yang paling baik digunakan untuk antena ialah

yang memiliki konstanta dielektrik yang paling 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 tersebut menjadikan ukuran antena yang lebih besar.

2.2.1 Parameter-Parameter Antena Mikrostrip

Kualitas antena dapat dilihat dari unjuk kerja parameter antena tersebut. Dengan mengetahui nilai parameter antena, dapat ditentukan apakah suatu antena cocok digunakan pada aplikasi yang diinginkan. Ada beberapa parameter-parameter

penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh (far field) [12].

2.2.1.1 VSWR

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (│V│max) dengan minimum (│V│min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (г) [4].

Persamaan 2.1 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S.

� = │_│⊽_⊽│_│���

��� =

1+ │г│

1−│г│ (2.1)

Koefisien refleksi tegangan (г) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi. Dimana besar г

ditentukan dengan Persamaan 2.2.

г= _��0−

0+

= �_��−�0

�+ �0 (2.2) dimana Z0 adalah impedansi saluran lossless dan ZL adalah impedansi beban. Untuk

beberapa kasus sederhana, ketika bagian imaginer dari г sama dengan nol, maka :

1. Г = -1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

2. Г = 0 : Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna

3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijinkankan untuk simulasi dan pabrikasi antena mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [2]

2.2.1.2 Bandwidth

Bandwidth ialah daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana pada

rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang

berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan.

Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui.[2]. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fc, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (dibawah fc) sampai dengan f2 (diatas fc), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.3 [4]:

��= �2−_��1

� × 100 % (2.3)

Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu [2]:

1. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.

2. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe, atau

gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut

harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.

3. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB.

2.2.1.3 Gain

Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama dan dinyatakan dengan Persamaan 2.4[2].

� = D.� (2.4) Dengan D adalah directivity dan η adalah efisiensi antena. Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain ( atau gain saja) didefenisikan sebagai 4π kali ratio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan persamaan 2.5 [2].

Metode yang paling banyak digunakan untuk mengukur gain antena adalah metode perbandingan atau gain transfer method. Cara ini mempergunakan penguatan standar untuk menentukan penguatan absolut. Mula-mula dilakukan pengukuran gain relatif tehadap antena standar yang penguatannya sudah ditera atau diketahui. Metode ini dapat dipergunakan dengan medan ukur ruang bebas maupun medan ukur refleksi atau pengukuran antena yang terpasang pada tempat operasinya.

Prosedur ini memerlukan dua kali pengukuran. Pertama antena yang diukur ditempatkan sebagai penerima dan daya yang diterima antena diteruskan ke beban yang sesuai sambil direkam. Kemudian antena pembanding atau referensi menggantikan antena yang diukur dan daya yang diterima diteruskan ke beban yang sesuai yang sama sambil direkam juga. Untuk kedua keadaan, antena diarahkan pada polarisasi yang sesuai dan penerimaan maksimumnya. Dalam kedua pengukuran daya pemancar tetap sama dan kondisi di daerah penerimaan juga sama, hanya terjadi penggantian antena saja. Sehingga gain dapat dihitung seperti Persamaan 2.6 [13].

(G_T)dB = (G_S)dB + 10 logWT

WS (2.6)

atau dalam satuan dB dinyatakan pada Persamaan 2.7.

G_t (dB) = P_t(dB)− P_s(dB) + G_s(dB) (2.7) dimana:

Gt = gain antena yang akan diukur

Ps = pengukuran daya output yang diterima oleh antena standard (dB)

Pt = pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang mau diukur(dB)

Gs = gain antena standard (sudah diketahui)

WT = daya yang diterima oleh antena yang diukur (watt)

2.2.1.4 Return Loss

Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran

transmisi dengan impedansi masukan beban (antena), sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss menunjukkan adaya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [2].

Nilai return loss dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan [Г] ke dalam Persamaan 2.8:

����������= 20 Log10│г│ (2.8) Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dalam keadaan matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

2.2.1.5 Pola Radiasi

Pola radiasi didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau representasi grafik dalam fungsi koordinat ruang dari sifat radiasi antena. Sifat radiasi dapat dilihat pada Gambar 2.3[1] yang meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting ialah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena.

Gambar 2.3 Bentuk grafis pola radiasi antena [1]

2.2.1.6 Directivity

Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan

oleh antena dibagi dengan 4π. Dengan demikian, keterarahan dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan 2.9.

� = �

�0= 4 ��

���� (2.9)

Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.10.

� = �0 = ����

�0 =

4��_���

���� (2.10)

dimana :

D = keterarahan

D0 = keterarahan maksimum

U = intensitas radiasi

U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropik

Prad = daya total radiasi

Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D0 dB. Dimana Do

merupakan maximum directivity dari sebuah antena. Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis.

2.2.1.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan antara tegangan dan arus. Impedansi masukan disebut juga sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan (Zin) terdiri dari bagian real (Rin) dan imajiner (Xin) dan dapat

ditulis sesuai Persamaan 2.11.

�_�� = ( �_�� +��_��) ٠(2.11) Daya real (Rin) merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya

daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner Xin (reaktansi

input) mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan dekat antena [2]

2.2.2 Dimensi Antena

Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), frekuensi kerja yang diharapkan (f Hz). Pengaturan panjang

dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil. Antena mikrostrip sendiri memiliki kekurangan seperti gain yang rendah serta bandwidth yang rendah sekitar 1-5 % [7].

Pendekatan yang digunakan untuk mancari panjang dan lebar antena mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.12 [1].

� = �

2 �_��

2

(�_�+1) (2.12)

dimana :

W = lebar patch (m)

εr = konstanta dielektrik

c = kecepatan cahaya diruang bebas (3×108 m/s2) fr = frekuensi kerja antena (Hz)

Untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek pada elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya.

Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.13[1].

∆� = 0.412ℎ ������+ 0.3�(

�

ℎ+0.264)

������−0.258�(�

ℎ+0.8)

(2.13)

dimana h merupakan tebal substrat dan εr eff merupakan konstanta dielektrik relatif

�_���� = ��+ 1

2 +

��−1

2 [1 + 12 ℎ �]− 1 2 � (2.14)

panjang patch (L) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.15[1]

�= �_��� − 2∆� (2.15)

dimana Leff merupakan lebar patch efektif yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.16[1]

�_��� = �

2 �_{�������} (2.16)

Untuk perhitungan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset (W0)dihitung dengan Persamaan

(2.17):

�0 ℎ =

8��

�2�₋₂ (2.17)

Persamaan (2.15) berlaku untuk nilai �0

ℎ < 2, sedangkan untuk �0

ℎ > 2 nilai W0 ditunjukkan oleh Persamaan (2.18)[8] :

�0 ℎ =

2

��� −1−ln(2� −1) + ��−1

2�� ���(� −1) + 0.39−

0.61

�� �� (2.18)

dengan A dan B bernilai seperti Persamaan (2.19) dan (2.20):

� = �0

60�

��+1

2 +

��−1

2�� �0.23 +

0.11

�� � (2.19)

�= 377�

2�0_√�� (2.20) Untuk menghitung panjang saluran pencatu (pada posisi inset) digunakan Persamaan (2.21), dimana persamaan ini valid untuk nilai 2 ≤ εr ≤ 10 [6] :

�0 = 10−4(0.001699��7+ 0.13761��6−6.1783��5+ 93.187��4−682.69��3+

2561.9�_�2−4043�_�+ 6697)_ℎ� (2.21) Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch segiempat perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal dengan istilah infinite ground plane namun dalam prakteknya tidak mungkin terealisasi hanya bisa disiasati sesuai kebutuhan.

Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi feeder sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor SMA 50 Ω dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh ukuran panjang dan lebar feeder dengan cara mengubah ukuran secara iterasi sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.

2.2.3 Metode Pencatuan

Pada umumnya, metode pencatuan yang digunakan pada antena mikrostrip diklasifikasikan menjadi dua yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan secara tidak langsung (elctromagnetic coupling). Pada metode pencatuan langsung (direct coupling), power RF langsung dicatu ke patch menggunakan elemen penghubung pada jalur mikrostrip tersebut. Sedangkan metode pencatuan secara tidak langsung (elctromagnetic coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi dengan elemen peradiasinya [2]

Ada 4 macam teknik pencatuan yang paling populer digunakan, yakni microstrip line, coaxial probe, aperture coupling, dan proximity coupling [1]. Teknik

mudah untuk match hanya dengan mengatur posisi feed tersebut. Teknik ini menggunakan strip kecil sebagai line tambahan yang langsung dihubungkan ke patch antena seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4[1].

Ground plane Substrate Patch

Microstrip feed

Gambar 2.4 Antena mirostrip dengan pencatuan microstrip line

Pada teknik pencatuan coaxial probe seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5[1], bagian dalam konduktor dari coax ditambahkan kedalam patch radiasi sementara bagian luar konduktornya dihubungkan dengan ground plane. Teknik pencatuan ini juga sering digunakan karena mudah difabrikasi dan memiliki radiasi palsu yang kecil.

patch

substrate Ground

plane _Coaxial

connector

Dari keempat jenis teknik pencatuan, teknik aperture coupling merupakan yang paling sulit untuk difabrikasi dan memiliki bandwidth yang sempit. Untuk mengoptimalkan desain, aperture coupling terdiri atas dua buah substrat yang terpisahkan oleh sebuah ground plane seperti Gambar 2.6. Pada dasar substrat yang bawah terdapat sebuah mikrostrip line feed yang memiliki energi terkopel dengan patch melalui suatu slot pada ground plane yang memisahkan kedua substrat tersebut

[1].

patch

Saluran pencatu Ground plane

Gambar 2.6 Antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupling [2]

Proximity coupling seperti yang terlihat pada Gambar 2.7[2]merupakan teknik pencatuan yang memiliki keunggulan pada bandwidth yang dihasilkan paling besar dan radiasi tambahan (spurious radiation) yang kecil. Teknik ini sangat sulit difabrikasi. Dengan mengatur parameter panjang dari feeding stub dan rasio width-to-line dari patch dapat mengoptimalkan desain.

Ground plane Patch

Sustrate bawah Saluran pencatu

Substrate atas

Gambar 2.7 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupling

Pencatuan inset merupakan turunan dari pencatuan microstrip line. Bentuk pencatuannya hampir mirip dengan pencatuan microstrip line, bedanya terlihat dari hubungan antara patch antena dan catuannya terlihat sedikit menjorok kearah patch antena mikrostrip tersebut. Tujuan dari pemotongan patch membentuk pencatuan inset agar menyamakan impedansi feed line dengan patch tanpa perlu penambahan elemen lain. Dan untuk ini juga diperlukan pengaturan posisi dari inset tersebut.

Karena pencatuan ini merupakan pencatuan yang sederhana, hal ini menjadikannya mudah untuk difabrikasi dan dimodelkan dengan baik pada matching impedansinya. Begitu juga dengan ketebalan dari dielektrik substrat yang digunakan dapat meningkatkan gelombang permukaan dan radiasi palsu dari catuannya yang akan menghambat bandwidth dari antena. Radiasi catuannya juga akan berakibat bentuk polarisasi circular. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.8[1] yang menunjukkan pola antena mikrostrip dengan pencatuan inset [1]

L

W h

yo

wf

Radiating slot #1 Radiating slot #2

Substrate Ground plane Patch

Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatuan microstrip inset line

2.2.4 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip

Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrat dan elemen peradiasi

antena yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α). Faktor pelemahan yang paling

domain pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari substrat dan konduktor, serta frekuensi yang digunakan . Ada 3 jenis rugi-rugi yang utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi [5].

2.2.4.1 Rugi-rugi dielektrik

Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan

dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (αd). Besarnya rugi-rugi dielektrik

pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.22.

�_� = 4,34 ��

������

����−1 ��−1 � �

��

�0��� ��� � (2.22) Dimana:

αd = rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

σd = konduktivitas dielektrik (mho/m)

εeff = permitivitas dilektrik relatif efektif (F/m)

εo = permitivitas ruang hampa (8,854×10-12 F/m)

µo = permeabilitas ruang hampa (4π×10-7 H/m)

2.2.4.2 Rugi-rugi Konduktor

Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.23 dan 2.24

�� = 8,686

�.�_� ����� ��� � (2.23) �_� = ��.�.�

�� (Ω) (2.24)

Dimana:

αc = rugi konduktor (dB/cm)

Rs = resistansi permukaan (Ω)

Zo = impedansi karakteristik saluran (Ω)

w = lebar saluran mikrostrip (mm) µ = permeabilitas bahan

σc = konduktivitas konduktor (mho/cm)

Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan (α) merupakan penjumlahan antara rugi-rugi dielektrik (αd) dan rugi-rugi konduktor (αc)

yang dinyatakan dengan Persamaan 2.25

Dengan:

α = koefisien pelemahan (dB/cm)

αd = rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

αc = rugi-rugi konduktor (dB/cm)

2.2.4.3 Rugi-rugi Radiasi

Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik substrat. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.26 dan 2.27 :

����

��

=

240.�2

��

�

ℎ ��

�

2

�

����+1

����

−

����−1

2�_{��������}

�� �

�����+1

�����−1

��

(2.26)

����

��

=

��

�� (2.27)

dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.28:

_�� = 240.�2�ℎ

���

2

�����+1 ���� −

����−1

2�_{��������} �� �

�����+1

�����−1�� (2.28) dimana :

Rr = rugi-rugi radiasi (dB/cm)

Pt = daya total yang diberikan saluran (dB)

Prad = daya yang diradiasikan (dB)

�o = panjang gelombang di udara (m)

h = tebal substrat (mm)

2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi)

Wireless fidelity atau yang biasa disingkat wifi merupakan teknologi nirkabel

yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk bertukar data melalui sebuah jaringan komputer yang didasari pada standar IEEE 802.11.

Jaringan nirkabel dibuat untuk membangun jaringan yang mudah di integrasikan dengan perangkat elektronik agar dapat digunakan dengan cepat dan portable sehingga menjadikannya sebagai alternatif teknologi yang paling ekonomis

daripada membangun jaringan kabel. Penggunaan wifi juga dapat digunakan untuk menghubungkan jaringan antar bangunan yang jaraknya sampai beberapa kilometer.

2.3.1 Protokol Wireless

Ada tiga protokol utama yang paling banyak digunakan, seperti Protokol 802.11a, Protokol 802.11b, serta Protokol 802.11g [10]

2.3.1.1 Protokol 802.11a

Dalam dunia wireless Protokol 802.11a bekerja pada frekuensi 5 GHz dan biasa disebut High Band Frekuensi. Tahun 1999, Protokol 802.11a pertama kali dirilis dengan menggunakan 52-subscriber OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) dengan maksimum transfer rate mencapai 54 Mbps [10], walaupun

dalam sisi implementasi di lapangan realistisnya akan mencapai throughput dikisaran 20-an Mbps saja. Penggunaan frekuensi kerja pada 5 GHz merupakan sebuah keuntungan besar karena pada frekuensi ini belum banyak digunakan sehingga dapat meminimalisasi kemungkinan terjadinya interfensi.

2.3.1.2 Protokol 802.11b

Pada bulan Juli 1999, IEEE meratifikasi Protokol 802.11b yang dijadikan standar umum untuk dipakai pada masa perkembangan wireless. Perangkat dengan standar 802.11b digunakan untuk perangkat WLAN pada frekuensi 2.4 GHz atau yang lazim disebut frekuensi ISM (Industrial, Scientific, and Medical). Dengan menggunakan metode akses CSMA/CA yang sama seperti standar 802.11a, data rate yang bisa dicapai maksimum sebesar 11 Mbps. Namun dalam kenyataannya secara praktis data rate yang dapat dicapai hanya 5.9 Mbps jika paketnya TCP dan 7.1 Mbps jika UDP. Hal ini dapat dimaklumi karena protokol TCP adalah connection oriented dan UDP adalah connectionless[10]

2.3.1.3 Protokol 802.11g

Pada tahun Juni 2003 protokol generasi ketiga untuk standarisasi wireless diratifikasi. Protokol ini bekerja sama seperti Protokol 802.11b yaitu pada frekuensi 2.4 GHz, namum bedanya terdapat pada penggunaan modulasi gelombang radio. Protokol ini menggunakan OFDM oleh karenanya data rate yang dicapai sanggup mencapai 54 Mbps dengan jarak maksimum yang dapat dijangkau mencapai ±30 meter.

Penggunaan jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz yang digunakan berdasarkan standar 802.11g dibagi menjadi kanal-kanal seperti pembagian pada frekuensi stasiun radio. Terdapat 14 channel yang terdapat pada standar ini berdasarkan keputusan organisasi internasional ITU (International Telecommunication Union) di Jenewa, Swiss, namun setiap negara memiliki kebijakan tertentu pada

penetapan channel ini di negara mereka. Amerika mengijinkan penggunaan channel 1-11, Eropa menggunakan 1-13, sedangkan Jepang menggunakan semua channel yang tersedia. Pembagian frekuensi kanal tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.1 Pembagian kanal frekuensi jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz berdasarkan standar IEEE 802.11g [11]

Channel Frekuensi (GHz) Range Channel Range

1 2,412 2,401 – 2,423 1-3

2 2,417 2,406 – 2,428 1-4

3 2,422 2,411 – 2,433 1-5

4 2,427 2,416 – 2,438 2-6

5 2,432 2,421 – 2,443 3-7

6 2,437 2,426 – 2,448 4-8

7 2,442 2,431 – 2,453 5-9

8 2,447 2,436 – 2,458 6-10

9 2,452 2,441 – 2,463 7-11

10 2,457 2,446 – 2,468 8-11

11 2,462 2,451 – 2,473 9-11

12 2,467 2,456 – 2,478 Not US

13 2,472 2,461 – 2,483 Not US

14 2,484 2,473 – 2,495 Not US

2.4 AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51

Awr Design Environtment merupakan software yang digunakan untuk mendesain dan menganalisis kinerja pada radio frequency (rf), microwave, millimeterwave, analog, dan desain RFIC yang memungkinkan untuk menggambar

langsung kedalam sistem AWR.

Microwave Office (MWO) dan Analog Office (AO) memungkinkan untuk

merancang desain sirkuit yang rumit secara linear, non-linear, serta struktur elektromagnet, dan menampilkan layout dari desain tersebut. Software ini juga bekerja dengan cepat dan menganalisis secara akurat.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Dalam komunikasi radio, pengiriman dan penerimaan data dilakukan melalui transmisi ruang udara bebas. Sistem ini disebut juga sebagai teknologi komunikasi wireless dimana transmisi sinyal tanpa menggunakan perantara konduktor / wire.

Teknologi komunikasi wireless berkembang sangat pesat. Hal ini disebabkan tingkat kepraktisan dalam penggunaan dan sangat cocok untuk seseorang yang memiliki mobilitas yang tinggi. Antena menjadi bagian penting dalam teknologi komunkasi wireless karena antena digunakan sebagai konverter arus listrik menjadi gelombang elektromagnetik terbimbing ke udara dan sebaliknya.

Dalam perancangan antena, teknik pencatuan menjadi sangat penting karena salah satu syarat antena yang baik ialah apabila impedansi input sesuai (matched) dengan impedansi karakteristik kabel pencatunya serta dapat memancarkan dan menerima energi gelombang radio dengan arah polarisasi yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan.

Penggunaan antena mikrostrip memiliki kelebihan diantaranya mempunyai luas penampang yang tipis, mudah dalam fabrikasi, ukuran yang kecil dan ringan, serta dapat diintegrasikan dengan perangkat komunikasi nirkabel yang ada. Selain memiliki kelebihan, penggunaan antena mikrostrip juga memiliki beberapa kelemahan diantaranya, gain yang rendah, bandwidth yang sempit, efisiensi yang rendah, serta ukurannya yang kecil mengakibatkan perlunya ketelitian yang tinggi dalam perancangan dan pembuatannya.

Ada banyak hal yang dapat dilakukan dalam perancangan antena mikrostrip guna meningkatkan performansi antena. Salah satunya ialah memilih bentuk serta ukuran saluran pencatunya sesuai keperluan. Bentuk dan ukuran saluran pencatu antena dapat berpengaruh pada performansi paremeter yang akan dihasilkan antena mikrostrip, seperti misalnya bandwidth, VSWR, return loss dan lainnya. Teknik pencatuan antena mikrostrip yang sering digunakan ada empat macam, yaitu dengan feed line, probe coaxial, aperture coupling, dan proximity coupling [1]. Pencatuan

secara inset feed line ialah salah satu contoh dari teknik pencatuan microstrip feed line. Pada saluran ini terdapat celah disebelah kiri dan kanan saluran pencatu, dimana patch antena dan konektor dihubungkan secara langsung dengan melakukan penyolderan pada bidang pentanahannya (ground).

Perancangan antena dilakukan agar diperoleh karakteristik antena seefisien mungkin. Penggunaan antena sebagai pemancar dan penerima gelombang radio untuk aplikasi wifi pada frekuensi 2,4 GHz telah banyak diciptakan. Untuk itu, antena mikrostrip patch segiempat dengan metode pencatuan inset dirancang berdasarkan teori pendukung yang telah ada untuk diaplikasikan dalam bentuk fisik dengan karakteristik antenanya memiliki pancaran gelombang elektromagnetik pada satu arah tertentu saja. Hal ini ditujukan untuk mengoptimalkan pancaran gelombang elektromagnetik antena.

Pada skripsi ini dirancang dan dibangun antena mikrostrip patch segiempat dengan menggunakan teknik pencatuan inset yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz untuk aplikasi wifi.

1.2Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka penulis merumuskan beberapa rumusan permasalahan pada Tugas Akhir ini, yaitu :

1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segiempat dengan metode microstrip inset feed line ?

2. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segiempat dengan metode

microstrip inset feed line pada frekuensi 2,45 GHz?

1.3Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Tujuan dari Tugas Akhir ini ialah merancang bangun antena mikrostrip patch segiempat yang dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan metode microstrip inset feed line.

1.4Batasan Masalah

Agar pembahasan Tugas Akhir ini lebih terarah, Penulis membatasi bahasan masalah sebagai berikut :

1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segiempat dengan metode

microstrip inset feed line.

2. Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan software simulator AWR Microwave Office 2004 2537R v.651

3. Parameter antena yang akan dibahas VSWR, return loss, dan bandwidth, pola radiasi, gain

4. Menggunakan substrat epoxy FR-4 dengan konstanta dielektrik 4,4 5. Antena mikrostrip bekerja pada frekuensi 2,45 GHz

1.5Metodologi Penelitian 1. Studi literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain yang tekait dan jurnal-jurnal penelitian serta layanan internet.

2. Studi Rancang dan Simulasi

Berupa proses perancangan antena mulai dari pemilihan bahan dan peralatan yang digunakan serta proses simulasi pada simulator AWR microwave office 2004.

3. Studi Fabrikasi dan Analisa

Berupa serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui hasil rancangan dan simulasi dalam bentuk nyata serta melakukan pengukuran parameter antena lalu dianalisa agar dapat disimpulkan data yang telah didapat setelah pengukuran dilakukan.

1.6Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisikan penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip patch

segiempat secara khusus, teknik pencatuan yang digunakan, parameter antena, rugi-rugi pada antena mikrostrip

BAB III : PERANCANGAN DAN SIMULASI

Bab ini berisikan tentang perancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan menggunakan software simulator yang diterapkan pada frekuensi resonansi 2,45 GHz.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisikan tentang hasil simulasi menggunakan simulator dan hasil pengukuran setelah antena difabrikasi. Dan membahas hasil yang diperoleh untuk pengambilan kesimpulan.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian Tugas Akhir ini.

ABSTRAK

Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel. Seiiring dengan kemajuan teknologi dan berkembangnya teknologi semikonduktor memicu akan kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.

Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz (2,4 GHz – 2,5GHz) untuk aplikasi wifi. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan inset. Dimana pencatuan ini

merupakan turunan dari pencatuan microstrip feed line.

Berdasarkan hasil pengukuran, bandwidth antena yang diperoleh sebesar 112 MHz (2,388 – 2,5 GHz) pada VSWR ≤ 2. Pada frekuensi tengah antena (2,45 GHz) diperoleh return loss sebesar -14,77 dB, VSWR sebesar 1,45, pola radiasi unidirectional, serta gain 6 dBi.

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2,4 GHZ DENGAN METODE

PENCARUAN INSET

OLEH :

NIM : 090402049

DENNY PASARIBU

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN METODE

PENCATUAN INSET

Oleh :

NIM : 090402049 DENNY PASARIBU

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

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 8 bulan Januari tahun 2014 di depan penguji 1) Naemah Mubarakah, ST. MT : Ketua Penguji

2) Ir. Arman Sani, MT : Anggota Penguji

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

NIP : 197808262003121001 (Ali Hanafiah Rambe, ST.MT)

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 19540531 198601 1 002

ABSTRAK

Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel. Seiiring dengan kemajuan teknologi dan berkembangnya teknologi semikonduktor memicu akan kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.

Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz (2,4 GHz – 2,5GHz) untuk aplikasi wifi. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan inset. Dimana pencatuan ini

merupakan turunan dari pencatuan microstrip feed line.

Berdasarkan hasil pengukuran, bandwidth antena yang diperoleh sebesar 112 MHz (2,388 – 2,5 GHz) pada VSWR ≤ 2. Pada frekuensi tengah antena (2,45 GHz) diperoleh return loss sebesar -14,77 dB, VSWR sebesar 1,45, pola radiasi unidirectional, serta gain 6 dBi.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya memberikan pengetahuan dan kesempatan kepada Penulis untuk mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan guna memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata 1 di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“ RANCANG BANGUN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2,4 GHZ DENGAN METODE PENCATUAN INSET”

Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan untuk Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan kasih sayang bagi anak-anaknya. Semoga Tuhan membalasnya dengan memberikan kemudahan dalam segala urusan yang dilakukannya.

Selama menempuh masa pendidikan di Universitas Sumatera Utara hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis menerima banyak banyak bantuan berupa bimbingan, pengajaran, pendidikan, serta perhatian dari orang sekitar Penulis. Untuk itu dalam kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar dalam membimbing Penulis hingga Tugas Akhir ini terselesaikan.

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

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

4. Dosen pembanding yang ikut membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

5. Ibu Syiska Yana, ST.MT selaku dosen pembimbing akademik Penulis. 6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

8. Kak Lisna, Bang Franki dan Adek Donny yang turut memberikan

dukungan moral bagi Penulis.

9. Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan satu persatu, terutama sendok community dan do TA community.

10.Teman-teman PM, Huskar Marbun, Gondar Hutabarat, Kael

Simanjuntak, Venge Marpaung, Gyro Tohang, Zeus Tamba, Ursa Tanzil, Slark Sitorus, Phoenix Sitompul, Traxex Simanjuntak, Yurnero Napitupulu, Magi Sihombing, Weaver Tampubolon, Raijin Pandiangan.

11.Bang Rumi, Kak Friska, dan Metha yang ikut membantu Penulis dalam mengambil data simulasi maupun pengukuran.

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 ... 3

1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metodologi Penelitian ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

2.1 Antena ... 6

2.2 Antena Mikrostrip ... 7

2.2.1 Parameter-Parameter Antena Mikrostrip ... 8

2.2.1.1 VSWR ... 9

2.2.1.2 Bandwidth ... 10

2.2.1.3 Gain ... 11

2.2.1.4 Return Loss ... 13

2.2.1.5 Pola Radiasi ... 13

2.2.1.6 Directivity ... 14

2.2.1.7 Impedansi Masukan ... 15

2.2.4 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip ... 21

2.2.4.1 Rugi-rugi Dielektrik ... 22

2.2.4.2 Rugi-rugi Konduktor ... 22

2.2.4.3 Rugi-rugi Radiasi ... 23

2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi) ... 24

2.3.1 Protokol Wireless ... 24

2.3.1.1 Protokol 802.11a ... 25

2.3.1.2 Protokol 802.11b ... 25

2.3.1.3 Protokol 802.11g ... 25

2.4 AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51 ... 27

BAB III PERANCANGAN ... 28

3.1 Umum ... 28

3.2 Flowchart Perancangan Antena ... 23

3.3 Alat Yang Digunakan ... 30

3.4 Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan ... 31

3.5 Perancangan Ukuran Antena ... 32

3.5.1 Menentukan Lebar Patch ... 32

3.5.2 Menentukan Panjang Patch ... 33

3.5.3 Menentukan Lebar Saluran Pencatu ... 34

3.5.4 Menentukan Panjang Inset ... 34

3.6 Hasil Perancangan Antena ... 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38

4.1 Hasil Simulasi ... 38

4.3 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 46

4.4 Analisis Capaian Spesifikasi Antena ... 49

4.5 Persen Error ... 50

4.6 Analisis Kesalahan Umum ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 52

5.1 Kesimpulan ... 52

5.2 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Macam-macam Antena ... 6

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip[1] ... 8

Gambar 2.3 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena[1] ... 14

Gambar 2.4 Antena Mikrostrip dengan Pencatuan Microstrip Line ... 19

Gambar 2.5 Antena Mikrostrip Dengan Pencatuan Coaxial Probe ... 19

Gambar 2.6 Antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupling ... 20

Gambar 2.7 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupling ... 20

Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatuan microstrip inset line ... 21

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena ... 29

Gambar 3.2 Desain antena mukrostrip patch segiempat dengan pencatuan inset ... 36

Gambar 3.3 Hasil rancangan antena disimulator ... 36

Gambar 4.1 Grafik hasil simulasi (a)return loss (b)VSWR (c)gain ... 39

Gambar 4.2 Hasil fabrikasi antena inset 8 mm (a)depan (b) belakang ... 41

Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran (a)return loss (b) VSWR ... 42

Gambar 4.4 Pola radiasi antena fabrikasi pada inset 7 mm ... . 44

Gambar 4.5 Level penerimaan kuat sinyal (a)Antena dipol (b)Antena mikrostrip ... 45

Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 47

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pembagian kanal frekuensi jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz

berdasarkan standar IEEE 802.11g [11] ... 26

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ... 31

Tabel 3.2 Ukuran dimensi antena ... 35

Tabel 3.3 Pengaturan software untuk simulasi AWR ... 30

Tabel 4.1 Hasil iterasi ukuran inset antena mikrostrip pada AWR ... 40

Tabel 4.2 Hasil pengukuran S21 ... 43

Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2, 20 GHz sampai 2,60 GHz ... 46

Tabel 4.4 Perbedaan nilai VSWR dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz ... 48

3.

Bapak Rahmat Fauzi, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

4.

Dosen pembanding yang ikut membantu dalam penyempurnaan Tugas

Akhir ini.

5.

Ibu Syiska Yana, ST.MT selaku dosen pembimbing akademik Penulis.

6.

Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah membekali Penulis dengan

ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

7.

Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

8.

Kak Lisna, Bang Franki dan Adek Donny yang turut memberikan

dukungan moral bagi Penulis.

9.

Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat

disebutkan satu persatu, terutama sendok community dan do TA

community.

10.

Teman-teman PM, Huskar Marbun, Gondar Hutabarat, Kael

Simanjuntak, Venge Marpaung, Gyro Tohang, Zeus Tamba, Ursa

Tanzil, Slark Sitorus, Phoenix Sitompul, Traxex Simanjuntak,

Yurnero Napitupulu, Magi Sihombing, Weaver Tampubolon, Raijin

Pandiangan.

11.

Bang Rumi, Kak Friska, dan Metha yang ikut membantu Penulis

dalam mengambil data simulasi maupun pengukuran.

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 ... 3

1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metodologi Penelitian ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

2.1 Antena ... 6

2.2 Antena Mikrostrip ... 7

2.2.1 Parameter-Parameter Antena Mikrostrip ... 8

2.2.1.1 VSWR ... 9

2.2.1.2 Bandwidth ... 10

2.2.1.3 Gain ... 11

2.2.1.4 Return Loss ... 13

2.2.1.5 Pola Radiasi ... 13

2.2.1.6 Directivity ... 14

2.2.1.7 Impedansi Masukan ... 15

2.2.2 Dimensi Antena ... 15

2.2.4 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip ... 21

2.2.4.1 Rugi-rugi Dielektrik ... 22

2.2.4.2 Rugi-rugi Konduktor ... 22

2.2.4.3 Rugi-rugi Radiasi ... 23

2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi) ... 24

2.3.1 Protokol Wireless ... 24

2.3.1.1 Protokol 802.11a ... 25

2.3.1.2 Protokol 802.11b ... 25

2.3.1.3 Protokol 802.11g ... 25

2.4 AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51 ... 27

BAB III PERANCANGAN ... 28

3.1 Umum ... 28

3.2 Flowchart Perancangan Antena ... 23

3.3 Alat Yang Digunakan ... 30

3.4 Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan ... 31

3.5 Perancangan Ukuran Antena ... 32

3.5.1 Menentukan Lebar Patch ... 32

3.5.2 Menentukan Panjang Patch ... 33

3.5.3 Menentukan Lebar Saluran Pencatu ... 34

3.5.4 Menentukan Panjang Inset ... 34

3.6 Hasil Perancangan Antena ... 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38

4.1 Hasil Simulasi ... 38

4.3 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 46

4.4 Analisis Capaian Spesifikasi Antena ... 49

4.5 Persen Error ... 50

4.6 Analisis Kesalahan Umum ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 52

5.1 Kesimpulan ... 52

5.2 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Macam-macam Antena ... 6

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip[1] ... 8

Gambar 2.3 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena[1] ... 14

Gambar 2.4 Antena Mikrostrip dengan Pencatuan Microstrip Line ... 19

Gambar 2.5 Antena Mikrostrip Dengan Pencatuan Coaxial Probe ... 19

Gambar 2.6 Antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupling ... 20

Gambar 2.7 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupling ... 20

Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatuan microstrip inset line ... 21

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena ... 29

Gambar 3.2 Desain antena mukrostrip patch segiempat dengan pencatuan inset ... 36

Gambar 3.3 Hasil rancangan antena disimulator ... 36

Gambar 4.1 Grafik hasil simulasi (a)return loss (b)VSWR (c)gain ... 39

Gambar 4.2 Hasil fabrikasi antena inset 8 mm (a)depan (b) belakang ... 41

Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran (a)return loss (b) VSWR ... 42

Gambar 4.4 Pola radiasi antena fabrikasi pada inset 7 mm ... . 44

Gambar 4.5 Level penerimaan kuat sinyal (a)Antena dipol (b)Antena mikrostrip ... 45

Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 47

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pembagian kanal frekuensi jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz

berdasarkan standar IEEE 802.11g [11] ... 26

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ... 31

Tabel 3.2 Ukuran dimensi antena ... 35

Tabel 3.3 Pengaturan software untuk simulasi AWR ... 30

Tabel 4.1 Hasil iterasi ukuran inset antena mikrostrip pada AWR ... 40

Tabel 4.2 Hasil pengukuran S21 ... 43

Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2, 20 GHz sampai 2,60 GHz ... 46

Tabel 4.4 Perbedaan nilai VSWR dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz ... 48