Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Teknik Planar Array untuk Aplikasi Wireless-LAN

LAMPIRAN A a. VSWR patch elemen tunggal

c. Pola radiasi patch elemen tunggal

LAMPIRAN B a. _{VSWR patch 4 elemen}

c. Pola radiasi _patch 4 elemen

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ardiyanto, Rian. 2011. Perancangan dan Pembuatan Antena Mikrostrip Frekuensi 2,4 Ghz. Jakarta: Universitas Mercu Buana.

[2] Hermansyah, M Rudy. 2010. Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi Wireless. Medan: Universitas Sumatera Utara. [3] Rambe, Ali hanafiah. 2008. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch

Segiempat Plannar Array 4 Elemen Dengan Pencatuan Aperture -Coupled Untuk Aplikasi CPE Pada WIMAX. Jakarta: Universitas Indonesia.

[4] Constantine A. Balanis, Antena Theory : Analysis and Design, (USA: John Willey and Sons,1997).

[5] Surjati, Indra. Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya, Jakarta. Universitas Trisakti, 2010.

[6] Garg, Ramesh, Microstrip Design Handbook, Norwood: Artech House. Inc,2001. Hal 17-24

[7] Yong, Daniel, 2008, UHF Microstrip Antenna Design and Simulation, first edition, Sim University Press.

[8] Sibarani, Parulian. 2012. Analisis VSWR Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Model Saluran Transmisi Sederhana. Medan: Universitas Sumatera Utara.

BAB III

PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT PLANAR ARRAY

3.1 Umum

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan serta pembuatan antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array 4 elemen dengan penggunakan teknik pencatuan proximity couple, teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung atau lebih dikenal dengan pencatuan Electro Magnetic Coupled (EMC), antena ini digunakan sebagai penguat pada sistem wireless LAN. Adapun perancangan antena ini menggunakan software ansoft HFSS v10.

Adapun tahapan awal dari perancangan antena dimulai dengan pemilihan jenis substrate yang digunakan untuk jenis antena yang akan dibuat, selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator ansoft HFSS v10.

Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan dimensi saluran pencatu dan perubahan dimensi patch. Dengan melakukan beberapa iterasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v10.0, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR dan gain.

Perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat dengan teknik planar array dapat digambarkan sesuai diagram alur pada Gambar 3.1.

Mulai

Masukan jenis substrate Yang digunakan dan

frekuensi kerja

Perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen

tunggal

Perancangan antena mikrostrip patch segi

empat 4 elemen

Rancang bangun antena mikrostrip patch segi empat 4

elemen

Menguji antena apakah berfungsi dengan baik?

Selesai Ya

Tidak

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen

3.2 Jenis Substrate Yang Digunakan

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

Pemilihan substrate untuk antena yang akan dirancang ini yaitu memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan (h) dan rugi-rugi garis singgung. Pada dasarnya semakin tebal substrate, maka secara fisik akan terlihat lebih kuat dan kokoh, sehingga dapat meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan dapat memperbaiki impedansi bandwith. Bagaimanapun hal ini akan dapat meningkatkan berat, rugi-rugi dielektrik , serta rugi-rugi gelombang permukaan. Begitu juga dengan fungsi konstanta dielektrik (� ), nilai konstanta dielektrik � ) yang rendah akan meningkatkan kerja daerah pinggir dari keliling patch, sehingga akan dapat meradiasikan daya. Oleh karena itu nilai konstanta dielektrik � ≤ . lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil. Meningkatkan ketebalan substrate akan memiliki dampak yang sama ketika menurunya nilai konstanta dielektrik � ) dari karakteristik antena yang akan dibuat.

Adapun jenis substrate pada perancangan antena ini adalah dua buah substrate jenis fiber dengan ketebalan yang sama (h1 = h2). Adapun parameter substrate dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1Spesifikasi substrate yang digunakan

Jenis Substrate FR-4 epoxy

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

Ketebalan substrate (h) 1,6 mm

3.3 Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal

Pada tahapan perancangan patch segiempat elemen tunggal ini terdapat beberapa tahapan, yang pertama dimulai dengan menentukan frekuensi kerja dari antena yang akan dirancang serta parameter yang akan dicapai. Selanjutnya tahapan kedua menentukan jenis substrate yang akan digunakan. Dalam pemilihan jenis substrate haruslah mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrate dengan spesifikasi antena yang akan dirancang, hal ini bertujuan untuk mendukung di dalam mendapatkan hasil yang diinginkan. Sebelum proses simulasi dilakukan, terlebih dahulu menentukan parameter -parameter dari antena dengan menggunakan peralatan bantu ataupun persamaan yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Dan pada proses simulasi, dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang dibutuhkan, diantaranya adalah dengan mengatur lebar patch, umumnya dengan mengatur lebar patch akan mempengaruhi frekuensi resonansi menjadi lebih tinggi atau lebih rendah. Sedangkan pengaturan lebar atau panjang saluran pencatu, umumnya dilakukan untuk mendapatkan nilai VSWR sesuai yang diinginkan.

Tujuan dari perancangan ini adalah untuk mendapatkan sebuah antena mikrostrip elemen tunggal dengan dimensi patch dan dimensi pencatu yang

optimal yaitu mampu memberikan nilai VSWR ≤ 2, gain ≥ 2dBi pada rentang frekuensi 2,4-2,5 GHz. D iagram alir perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.

Mulai

Masukan frekuensi kerja, nilai VSWR, gain serta jenis substrate yang digunakan

Menghitung dimensi patch elemen tunggal

Menghitung lebar dan panjang pencatu

Memodelkan rancangan fisik antena pada ansoft HFSS

v10

Simulasi dengan ansoft HFSS v10

Apakah VSWR ≤ 2, gain ≥ 2 d B i Saat frekuensi 2,4-2,5?

Selesai

Mengatur dimensi patch atau lebar saluran pencatu Tidak

Ya

Gambar 3.2 Diagram alir perancangan antena mikrostrip patch elemen tunggal

3.3.1 Menentukan Frekuensi Antena

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

3.3.3 Perancangan Ukuran Patch

Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip patch segiempat dengan frekuensi kerja 2,4-2,5. Untuk perancangan dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch segiempat dengan menggunakan persamaan (2.14) sampai (2.18),maka didapat:

a. Menentukan Lebar patch

Adapun hasil perhitungan lebar patch didapat menggunakan Persamaan 2.14. Sehingga didapatlah lebar patchnya adalah

W= c

2fo√ r₂+1

= 3×108 2×2,45×109√4.4+1₂

=0,0372 m =3,726 cm

= 37,26 mm b. Menentukan panjang patch

Adapun hasil perhitungan panjang patch didapat menggunakan Persamaan (2.15) sampai (2.18). Sehingga didapatlah panjang patchnya adalah

reff= r₂+1+ r₂-1

( 1 √1+12 h_W)

= 4,4+1₂ +4,4-1₂ (

1

√1+12 0,16_3,726)

=4,0810202

∆L =0,412h reff+0,3 Wh +0,264

reff-0,258 W_{h +0,8}

= 0,412×0,16 4,0810202+0,3 3,7260,16 +0,264 4,0810202-0,258 3,726_{0,16 +0,8} = 0,06592×1,12045

= 0,07386 cm Leff=_2fo√c_reff= 3 × 10

8

2×2,45×109√4,0810202= 0,033=3,3 cm

= , = , �

Dari nilai yang telah diketahui diatas, maka didapatlah panjang patch sebagai berikut:

L=Leff-2∆L=3,3-2 0,07386 =3,15 cm=31,5mm

Dari nilai diatas didapatkanlah nilai lebar dan panjang adalah 37,26 mm dan 31,5 mm untuk memudahkan proses simulasi maka nilai lebar dan panjang dibulatkan menjadi 37,3 mm dan 32 mm.

3.3.3 Perancangan Lebar Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip ini diharapkan mempunyai impedansi masukan sebesar 50 ohm. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003. Dari program TXLine 2003 ini didapatkan saluran pencatu yang mendekati impedansi 50 Ohm memiliki dimensi panjang dan lebar masing-masing 23.1 mm dan 3 mm. Tampilan dari program TXLine 2003 untuk mencari lebar pecatu agar mempunyai impedansi 50 dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.3 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari dimensi saluran pencatu Pada Gambar 3.3, dengan memasukkan karakteristik impedansi yang diinginkan dan parameter substrate yang digunakan, maka program ini akan secara otomatis menampilkan lebar dari saluran pencatu agar menghasilkan nilai impedansi yang diinginkan. Melalui perangkat lunak TXLine 2003 ini diperoleh bahwa untuk menghasilkan impedansi 50 dengan substrate yang akan digunakan dalam perancangan, dibutuhkan lebar saluran pencatu sebesar 3,00593

0=c_f= 3×10 8

2,45×109=123 mm G= ₁₂₀W

0 [

1-1 24(

2πh

0 ) 2

] _Ω1

= _120×12337,26 [1-₂₄1 (2×3,14×1.6₁₂₃ )2] _Ω1 = 2,52×10-3 [1-₂₄1 (6,67×10-3)] _Ω1 =2,52×10-3_[0.9997]1

Ω

=2,52m℧ B=₁₂₀W

0[1-0,636ln(

2πh

0 ) 2

]_Ω1

=_120×12337,26 [1-0,636 ln(2×3,14×1,6₁₂₃ )2]_Ω1 =2,52×10-3 [1-0,636 ln(6,67×10-3)]_Ω1 =2,52×10-3 _[1

-(-3,186) =10,55m℧

Dari nilai diatas dapatlah besar admintansi lebar patch yaitu Ys=G+jB=2,52+j10,55 m℧

Selanjutnya dengan nilai admintansi lebar patch diatas didapatlah besarnya admintansi beban � untuk mencari besarnya admintansi beban � digunakan

Persamaan 2.20. Adapun hasil sebagai berikut: Yin=2× Ys=2 2,52+j10,55 m℧=5+j21,1 m℧

Dari nilai admintansi beban diatas didapatlah besar impedansi beban �). Untuk

didapatlah hasil sebagai berikut: ZL=Zin=_Y1

in=

1 5+j21,1 m℧ = 1000∠00

21,68∠76,670=46,13∠-76,67

0_{=10,64-j44,89}

Dan dari nilai impedansi beban diatas maka dicari besar koefisien refleksi(Γ ) dengan menggunakan Persamaan 2.8. Adapun hasilnya sebagai berikut:

Γ =_ZZL- Z0

L+ Z0=

10,64-j44,89-50 10,64-j44,89+50 =-39,36-j44,89_60,64-j44,89 = 59,7∠48,760

75,45∠-36,510 =0,8∠85,270=0,8ej85,570

Selanjutnya dari nilai koefisien refleksi diatas maka dicari besar VSWR didapat secara teori. Untuk menghitungan nilai VSWR dapat dicari menggunakan Persamaan 2.9. Dan hasil sebagai berikut:

VSWR=1+ _1-|Γ| |Γ| =

1+|0,8ej85,570_|

1-|0,8ej85,570_| =

1,8 0,2=9

Dari nilai diatas diketahui nilai VSWR secara teori didapat adalah 9. Dan dari hasil simulasi, didapatkan nilai VSWR seperti yang terlihat pada Gambar 3.5.

mempengaruhi nilai VSWR dan gain tersebut antara lain besaran dimensi patch baik itu panjang patch maupun lebar patch, lebar pencatu, serta panjang pencatu. Maka untuk tahap awal yang perlu diiterasi adalah panjang patch. Hasil iterasi panjang patch dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Hasil iterasi panjang patch elemen tunggal No Dimensi patch

VSWR

Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40

Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz

1 37 32 9,30 10 11,08 0,80

2 37 31 7,36 8,35 9,46 1,12

3 37 30 5,10 6,12 7,37 1.41

4 37 29 4,60 5.08 6.10 1.54

5 37 28 3.80 4.41 4.90 1.70

6 37 27 2.90 3.05 4.30 1.90

7 37 26 2.04 1.86 2.30 2.20

8 37 25 2.50 2.02 1,65 2,43

9 37 25.8 2.18 1.45 1.67 2.51

10 37 26.2 1.89 1.40 1.55 2.53

11 37 26.4 2.07 1.75 1.65 2.49

Dari Tabel 3.2, didapatlah hasil iterasi panjang patch dengan nilai VSWR yang telah memenuhi standar, saat panjang patch diubah menjadi lebih kecil dari 32 mm maka nilai VSWR pun semakin menurun, dan nilai VSWR≤2 pada frekuensi antara 2.40 Ghz- 2.50 Ghz saat panjang patch diubah menjadi 26,2 mm. Namun dalam hal ini perlu ada perbaikan nilai sehingga diperlukan kembali iterasi. Pada tahap kedua ini, bagaian yang perlu diiterasi adalah lebar patch sehingga dengan mengubah nilai lebar patch akan membuat nilai VSWR semakin menurun. Dan hasil iterasi lebar patch dapat dilihat pada tabel 3.3.

Tabel 3.3 Hasil iterasi lebar patch elemen tunggal No Dimensi patch

VSWR

Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40

Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz

1 37 26,2 1,89 1,40 1,55 2,53

2 37,1 26,2 2,09 1,15 1,97 2,55

3 37,3 26,2 2,10 1,17 1,97 2,38

4 37,5 26,2 1,97 1,27 1,85 2,57

5 37,8 26,2 2.20 1.27 1.97 2.46

6 38 26,2 2.20 1.39 2.09 2.59

7 36.9 26,2 2.20 1.67 2.02 2.55

Dari Tabel 3.3, didapatlah nilai VSWR yang optimum, hal ini dilakukan dengan cara mengubah lebar patch. Dari tabel 3.3, dapat dilihat bawah nilai VSWR ≤ 2 pada frekuensi 2.40 Ghz-2.50 Ghz saat lebar patch diubah menjadi 37,5 mm dan 37 mm, Karena ada dua nilai yang sama dibawah 2 maka selanjutnya dilihat berapa besar gain yang dihasil saat lebar patch diubah pada kedua nilai tersebut, maka didapatlah bawah saat lebar patch diubah menjadi 37,5 mm nilai gain lebih besar dibandingkan saat lebar patch diubah menjadi 37 mm. Adapun besar gain yang dihasilkan saat lebar patch diubah menjadi 37,5 mm adalah 2,57 dBi saat berada pada frekuensi 2.45 Ghz, dimana frekuensi ini merupakan frekuensi resonansinya.

Selanjutnya hal perlu diiterasi adalah lebar pencatu. Hasil iterasi lebar pencatu dapat ditunjukan pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4 Hasil iterasi lebar pencatu elemen tunggal No Dimensi pencatu

VSWR

Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) Lebar panjang 2,40

Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz

1 3 23.1 1,97 1,27 1,85 2,57

2 2.9 23.1 1.90 1.28 1.77 2.55

3 2.8 23.1 1.76 1.25 1.68 2.59

4 2.7 23.1 1,64 1,24 1,62 2.62

5 2.6 23.1 1.54 1.24 1.71 2.60

6 2.5 23.1 1.72 1.26 1.73 2.53

Dari Tabel 3.4, dapat ketahuai bahwa nilai VSWR yang dihasilkan sudah optimal hal ini didapat dengan cara mengubah lebar pencatu dari 3 mm menurun hingga menjadi 2,5 mm sehingga dihasilkan nilai VSWR yang optimum pada frekuensi antara 2.40 Ghz-2.50 Ghz. Dari 3 mm diditurunkan menjadi 2.9 mm, 2.8 mm , 2,7 mm, 2,6 mm, dan 2,5 mm dimana dari kesemua nilai tersebut menunjukan bahwa VSWR yang dihasilkan dari proses iterasi lebar pencatu berada dibawah 2, karena itu paremeter yang dilihat selanjutnya adalah besar gain yang dihasilkan dari hasil proses iterasi lebar pencatu tersebut. Sehingga didapatlah gain terbesar saat lebar pencatu diturunkan menjadi 2,7 mm yaitu gain yang didapat sebesar 2,62 dBi. Adapun grafik VSWR yang didapatkan dari proses iterasi ditunjukan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Nilai VSWR setelah proses iterasi antena elemen tunggal

Dari Gambar 3.6, diketahui bahwa nilai VSWR yang dihasilkan setelah dilakukannya proses iterasi yaitu 1,24 pada frekuensi 2,45 Ghz, 1,64 pada frekuensi 2,40 Ghz, dan 1,62 pada frekeunsi 2,50 Ghz. VSWR yang dihasilkan sudah memenuhi standar yang diinginkan untuk antena dengan patch elemen tunggal. Selanjutnya parameter lain yang harus diketahui adalah berapa besar gain yang didapat saat lebar pencatu berubah, dari Tabel 3.4 saat lebar pencatu diturunkan menjadi 2,7 mm besar gain yang didapatkan adalah 2,62 dBi. Adapun gain yang dihasilkan setelah proses iterasi dilakukan seperti ditunjukan oleh Gambar 3.7.

dibuat ke dalam diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Masukan data

rancangan elemen

tunggal

Mulai

Menentukan jarak antar elemen

Merancang T-junction yang digunakan

sebagai power divider

Merancang antena mikrostrip 4 elemen

plannar array

Simulasi menggunakan ansoft HFSS v.10

Apakah VSWR

≤

2,

Gain ≥

6 dBi

Pada Frekuensi 2,4-2,5 Ghz

Selesai

Iterasi jarak antar

elemen

Tidak

Ya

Gambar 3.8 Diagram alir perancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array

3.4.1 Pengaturan Jarak Antar Elemen

Adapun jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada skripsi ini sekitar seperempat panjang gelombang (d = /4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal yaitu untuk meningkatkan magnitude hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar dari yang dihasilkan pada rancangan elemen tunggal (2,62 dBi). Pada rancangan antena mikrostrip patch segiempat dengan teknik planar array 4 elemen ini diharapkan magnitude yang diperoleh mencapai lebih dari 6 dBi. Peningkatan magnitude tersebut mengindikasikan adanya peningkatan gain dari antena. Adapun jarak antar elemen didapat dari penggunaan persamaan sebagai berikut:

= λ_{= � = × , ×}× = , ��

Dari persamaan diatas didapatlah jarak awal antar elemen adalah 31,25 mm, Setelah diketahui jarak antar elemen hal ini akan memudahkan untuk meletakan posisi tiap elemen yang akan dirancang, bisa nanti diperlukan karakterisasi jarak tersebut.

3.4.2 Perancangan T-Junction

Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu yang digunakan adalah 50 ohm. Untuk merancang antena 4 elemennya, dibutuhkan T-junction 50 ohmyang berfungsi sebagai power divider. Terdapat 2 jenis T-junction 50 ohm yang telah dibahas pada sub-bab 2-10. Pada Tugas Akhir ini T-junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70,711 ohm karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena. Selain impedansi 70,711Ω, perancangan juga dilakukan untuk impedansi 86,6 Ω yaitu impedansi untuk 3 titik pencabangan yang dihitung dengan menggunakan

Persamaan (2-21). Gambar 3.12 menunjukkan konfigurasi T-junction yang akan digunakan.

50

Ω

50

Ω

50

Ω

(a)

50

Ω

50

Ω

50

Ω

50

Ω

(b)

Gambar 3.9 Perancangan T-junction: (a) impedansi 70,711Ω (b) impedansi 86,6Ω

Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,711  digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,711  ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70,711 

Dari Gambar 3.13 diperoleh bahawa untuk menghasilkan impedansi 70,711 dengan substrate yang digunakan dalam perancangan dan frekuensi kerja yang diinginkan adalah 2,45 Ghz, maka dibutuhkan panjang dan lebar pencatu masing-masing sebesar 19,2062 mm dan 1,54124 mm , untuk menyesuaikan dengan ukuran grid yang digunakan pada perangkat lunak ansoft sebagai simulasi maka panjang dan lebar ini dibulatkan menjadi 19 mm dan 1,5 mm. Dengan cara yang sama, dimensi saluran pencatu untuk impedansi 86,6Ω diperoleh panjang saluran 18 mm dan lebar 0,9 mm.

3.4.3 Simulasi

Perancangan antena mikrostrip segiempat 4 elemen dengan teknik planar array dilakukan seperti perancangan pada antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal, ada beberapa proses atau tahapan, yaitu diawali dengan

perancangan groundplane, substrate1, substrate2, perancangan patch, perancangan saluran pencatu(feed line), dan perancangan port saluran pencatu. Namun dalam perancang antena 4 elemen ini adapun patch yang akan dirancang sebanyak 4 buat patch. Untuk menghasilkan hasil simulasi sesuai dengan yang diinginkan maka yang perlu diperhatikan letak setiap patch hal ini ada kaitannya dengan jarak antar patch. Selanjutnya adapun banyak saluran pencatu(feed line) yang akan dirancang sebanyak 13 buah saluran pencatu(feed line) terdiri atas 10 buah saluran pencatu 50 ohm, 2 buah saluran pencatu 86,6 ohm, dan 1 buah saluran pencatu 70 ohm. Setelah semua langkah tersebut dilakukan maka dihasilkan model fisik antena mikrostrip seperti yang terlihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Model antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array

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

antena 4 elemen ini. Adapun VSWR hasil dari simulasi antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 VSWR hasil simulasi antena mikrostrip patch 4 elemen

Dari Gambar 3.12 dapat dilihat bahwa nilai VSWR yang dihasilkan dari simulasi antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen adalah 1,40 saat frekuensi 2,45 Ghz. Nilai VSWR tersebut lebih besar dibandingkan dengan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal, seharusnya nilai VSWR yang dihasilkan dari antena mirkostrip patch segiempat 4 elemen harus lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Oleh karena maka diperlukan proses sehingga nilai VWSR yang seperti dikatakan diatas terpenuhi. Dalam hal ini yang perlu iterasi adalah jarak antar elemen.

Dari hasil simulasi yang telah dijalankan didapatlah bahwa antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen belum memenuhi karakteristik yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2, hal ini mungkin saja dipengaruhi oleh jarak antar elemen, oleh karena itu yang hal yang perlu diiterasi adalah jarak antar elemen dari antena mikrostrip tersebut, sehingga nantinya didapat VSWR yang sesuai

dengan yang diinginkan. Tabel 3.5 merupakan hasil dari iterasi jarak antar elemen antena mikrostrip 4 elemen.

Tabel 3.5 Hasil iterasi jarak antar elemen No _Elemen(mm)Jarak Antar

VSWR

Gain saat F= 2,45 Ghz (dBi) 2,40

Ghz 2,45 Ghz 2,50 Ghz

1 30 2.02 1.43 1.79 6.89

2 30.5 1.96 1.43 1.89 7.07

3 31 1.96 1.40 1.78 7.14

4 31.5 1.89 1.31 1.58 7.20

5 32 1.74 1.22 1.54 7.27

6 33 1.63 1.20 1.59 7.31

7 34 1.81 1.21 1.49 7.33

8 35 1.64 1.12 1.63 7.38

9 36 1.73 1.22 1.59 7.29

10 37 1.76 1.20 1.51 7.34

Dari Tabel 3.5 diketahui bahwa nilai VSWR yang terkecil pada frekuensi 2,45 Ghz terletak pada posisi saat jarak antar elemen adalah 35 mm. sehingga dari hasil dari proses iterasi tersebut didapatlah VSWR antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Untuk lebih jelasnya VSWR yang dihasilkan dari proses iterasi dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 VSWR hasil dari proses iterasi jarak antar elemen

Dari gambar 3.13, VSWR yang dihasilkan setelah dilakukannya iterasi yaitu sebesar 1,12 pada frekuensi 2.45 Ghz, nilai ini menunjukan bahwa antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini telah sesuai dengan yang diinginkan. Adapun frekuensi dari 2,40 Ghz sampai 2,50 Ghz nilai VSWR yang dihasilkan dari semulasi antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini adalah dibawah dari 2, tepatnya ketika berada pada frekuensi 2,40 Ghz, nilai VSWR adalah 1,64 dan ketika berada pad frekuensi 2,50 Ghz, nilai VSWR adalah 1,63. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilai VSWR yang didapat ketika berada pada fekuensi dari 2,40 Ghz sampai 2,50 Ghz telah optimal.

Adapun besar gain yang didapat dari antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array secara perhitungan dapat dicari menggunakan Persamaan 2.18 namun terlebih dahulu harus dicari pengarahan (directivity) dari antena ini. Untuk mencari directivity dari antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array dapat digunakan persamaan 2.12 sampai 2.13.

� = √ � �

� = √

, ,

= ,

Dari nilai � maka didapat dihitung besarnya nilai directivity single slot dari antena mikrostrip ini. Adapun besar nilai directivity dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.12.

� = � � � � =

, ,

, = ,

Setelah nilai directivity didapat maka dapat dicari nilai directivity susun dengan menggunakan persamaan 2.14.

� = � = × , = ,

Dari nilai directivity diatas diketahui berapa besar directivity total dengan menggunakan Persamaan 2.15.

� � = � × � = , × = ,

Selanjutnya dengan didapatnya nilai directivity total didapatlah besar gain secara teori. Untuk mencari besar gain dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.18.

� = � × � � = % × , = .

� � = log � = log , = ��

Adapun gain yang didapat setelah dilakukannya proses iterasi jarak antar elemen dapat dilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Gain hasil dari proses iterasi jarak antar elemen

Dari gambar 3.14 didapatlah gain yang dihasilkan setelah dijalankan simulasi antena mikrostrip 4 elemen ini sebesar 7,38 dBi untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 3.5, dengan gain sebesar itu maka rancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini dapat dikatakan optimal karena gain yang dihasilkan tersebut telah sesuai dengan yang diharapakan yaitu diatas 6 dBi.

Setelah karakterisasi jarak antar elemen dilakukan maka dapat dibandingkan parameter antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal dengan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen dengan teknik planar array, perbandingan ini ditunjukan oleh Tabel 3.6. Untuk lebih jelasnya data perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen dapat dilihat pada lampiran A dan lampiran B.

Tabel 3.6 Perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen

Parameter Elemen Tunggal 4 Elemen Planar Array

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

VSWR yang dihasilkan 1,24 1,12

Gain yang dihasilkan(dBi) 2,62 7,38

Adapun pola radiasi antena mikrostrip patch segiempat adalah unidirectional,untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada lampiran A dan B. Geometri dari hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini setelah diiterasi jarak antar elemennya maka didapatlah seperti yang terlihat pada Gambar 3.15.

(a). Tampak atas subtrate1

(b). Tampak bawah substrate2

23,1 mm

25,4 mm

19 mm

46,25 mm

21 mm

14 mm 14 mm 5.5 mm

T-juction 70,711 ?

T-juction 86,6 ?

Panjang Lebar

12,5 mm 37,5 mm 35 mm 37,5 mm 12,5 mm

10 mm

26,2 mm

35 mm

26,2 mm

14.6 mm

Jarak antar elemen Jarak antar elemen

Panjang

Lebar

Patch Patch

Patch Patch

(C) Tampak atas substrate2

Gambar 3.15 Geometri hasil perancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array

Lebar

135 mm

112 mm

Panjang

Groundplane

BAB IV

PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT 4 ELEMEN

PLANAR ARRAY

4.1 Umum

Pada bab ini akan dibahas bagaimana proses pengujian antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen yang telah dicetak atau difabrikasi. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang telah dirancang sesuai dengan yang diinginkan. Adapun parameter yang diujikan pada dasarnya cukup banyak namun dalam pada tugas akhir ini parameter yang diuji hanya gain yang dihasilkan dari hasil fabrikasi antena mikrostrip 4 elemen ini, Hal ini juga disebabkan keterbatasan peralatan untuk pengujian antena ini.

4.2 Fabrikasi Antena Mikrostrip

Setelah rancangan antena yang telah diiterasi sesuai dengan yang diinginkan maka proses selanjutnya mefabrikasi hasil rancangan antena tersebut. Pada dasarnya antena mikrostrip ini dapat difabrikasi sendiri namun hasil fabrikasi sendiri tersebut kurang bagus oleh karena itu fabrikasi antena mikrostrip ini dilakukan ditempat cetak antena mikrostrip tersebut. Dan proses pembuatan antena ini menghabis waktu seminggu. Pembuatan antena ini dilakukan diBandung oleh sebab itu dibutuhkan waktu seminggu untuk proses fabrikasi antena mikropstrip ini. setelah antena tersebut dicetak maka proses selanjut adalah pengujian antena. Adapun antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array setelah difabrikasi dapat dilihat pada Gambar 4.1.

(a). Tampak atas subtrate1(patch)

(b). Tampak bawah substrate2 (Saluran pencatu)

(c). Tampak atas Substrate2 (Groundplane)

Gambar 4.1 Antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen yang telah difabrikasi

4.3 Pengujian Antena Mikrostrip

Proses pengujian antena mikrostrip bertujuan untuk membandingkan parameter yang didapat pada proses simulasi dengan pengujian dilapangan, telah diketahui sebelumnya bahwa parameter yang akan diujikan adalah gain yang diterima oleh antena mikrostrip 4 elemen ini. Sementara itu besar gain yang didapat pada saat proses simulasi dengan ansoft HFSS v10 yaitu sebesar 7,38 dBi.

Dalam pengujian ini dilakukan dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Network Stumbler, perangkat ini digunakan untuk membaca level penerimaan sinyal baik itu menggunakan antena dipole maupun antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen. Dari perangkat tersebut dapat dibandingkan penerimaan sinyal dari kedua antena tersebut. Sehingga diketahuai dari kedua antena tesebut mana yang paling baik level penerimanaan sinyalnya. Pengujian ini dilakukan digedung T3 lantai 4 Dapertemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

4.3.1 Perlengkapan Yang Digunakan

Dalam pengukuran ini ada beberapa peralatan yang digunakan, terdiri dari software dan hardware. Berikut ini adalah beberapa peralatan yang akan digunakan dalam perancangan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ini :

a. USB wireless Adapter TP-LINK

USB wireless adapetr merupakan sebuah perangkat yang memiliki fungsi untuk menangkap sinyal wifi. Perangkat ini memiliki antena slot external yang nantinya akan diganti menggunakan antena mikrostrip hasil rancangan yang telah difabrikasi. Adapun tipe USB wireless adapter ini adalah TL-WN722N. USB jenis ini cukup banyak dijual dipasaran, dengan kecepatan akses data sampai 150 Mbps.

b. Network Stumbler

Network stumbler adalah perangkat lunak yang digunakan untuk pengujian gain antena. perangkat ini berfungsi sebagai pembaca level sinyal yang diterima USB adapter wifi. Penggunaannya sangatlah mudah. Network stumbler merupakan sebuah tools gratis yang dapat didownload melalui situs

www.netstumbler.com. c. Kabel konektor

Kabel ini yang menghubungkan antara USB wireless adapter dengan antena mikrostrip yang telah difabrikasi. Penggunaan kabel konektor ini disebabkan konektor yang berada pada antena mikrostrip 4 elemen tidak cocok dengan konektor eksternal yang berada pada USB wifi hal ini yang memdasari mengapa digunakan kabel konektor sebagai penghubung antena mikrostrip dengan USB wifi. Adapun rangkaian pengujian ditunjukan pada Gambar 4.2.

laptop

USB wireless adapter Antena mikrostrip

4 elemen

Access point

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen

4.3.2 Prosedur Pengujian

Adapun langkah-langkah pengujian gain dari kedua antena adalah sebagai berikut:

1. Siapkan peralatan yang dibutuhkan untuk pengujian. 2. Nyalakan laptop

3. Hubungkan USB wireless adapter dengan laptop, sebelumnya pastikan antena dipole telah terhubung dengan USB wireless adapter. Hal ini seperti yang terlihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole

4. Aktifkan Software Network stumbler yang telah terinstall dilaptop. Kemudian tunggu hingga USB wireless adapter terbaca oleh laptop.

5. Amati tampilan dan pilih access point mana yang akan diakses. Pada pengujian ini, adapun access point yang dipilih adalah Polmed.

6. Setelah terakses, Amati pergerakan kuat sinyal yang diterima oleh antena dipole tersebut dengan menggunakan Network stumbler. Diamkan selama ± 5 menit untuk memperoleh sinyal yang stabil.

7. Kemudian catat dan printscreen tampilan kuat sinyal yang diterima oleh antena dipole.

8. Selanjutnya tanpa mematikan laptop, ganti antena dipole dengan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen. Hal ini seperti terlihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen

9. Ulangi langkah 4 sampai 7 10. Pengujian selesai.

4.3.3 Hasil pengujian

Dengan Network stumbler, dapat dilihat beberapa access point yang didapatkan. Berikut ini nama-nama access point yang didapatkan ketika menggunakan antena dipole sebagai penguat WLAN ini, hal ini dapat lihat pada Gambar 4.5.

banyak dibandingkan dengan menggunakan antena dipole dan ini menandakan bahwa rancangan antena mikrostrip patch segiempat telah bekerja sesuai dengan diinginkan. Selanjutnya akan dijelaskan pergerakan sinyal yang diterima menggunakan kedua antena yaitu antena dipole dan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen. Adapun access point yang akan diambil datanya ialah access point yang berasal dari Polmed. Dengan network stumbler dapat dilihat level sinyal yang diterima baik menggunakan antena dipole maupun antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen. Adapun level sinyal yang diterima ketika menggunakan antena dipole ditunjukan oleh Gambar 4.7.

(a) (b) (c) (d)

(a). Pergerakan kuat sinyal yang diterima

(e) Data-data access point yang diterima

Gambar 4.7 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena dipole

Dari gambar 4.7 dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal untuk access point yang berasal dari Polmed adalah -59 dBm. Level ini menunjukan bahwa penerimaan sinyal dengan menggunakan antena dipole sudah cukup baik. Selanjutnya level penerimaan kuat sinyal dengan menggunakan antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen ditunjukan oleh Gambar 4.8.

(a) Pergerakan kuat sinyal yang diterima

(b) Data-data access point yang diterima

Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan saat menggunakan antena mikrostrip 4 elemen

Dari Gambar 4.8 dapat dilihat level penerimaan kuat sinyal adalah -55 dBm. Nilai pada level ini memperlihatkan bahwa penerimaan sinyal meningkat menjadi lebih baik. Setelah mendapat nilai level penerimaan sinyal dari kedua antena diatas maka gain antena dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.13.

� � = �� − �� + � �� � � = − �� — − �� + ��

� � = ��

Dari persamaan diatas didapatlah besar gain dari antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array yaitu sebesar 8 dBi. Nilai ini lebih baik dibandingkan dengan nilai hasil simulasi yaitu sebesar 7,38 dBi, hal ini dapat saja disebabkan faktor lingkungan, proses pengcetakan atau fabrikasi antena mikrostrip ini. Namun dari nilai ini menunjukan bahwa antena yang dibuat ini

telah sesuai dengan yang diinginkan.

4.4 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena

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

Tabel 4.1 Pencapaian spesifikasi antena

Parameter pada Antena Nilai

Teori Simulasi Pengujian

Panjang patch 31,25 mm 26,2 mm 26,2 mm

Lebar patch 37,26 mm 37,5 mm 37,5 mm

Panjang Grounplane 112 mm 112 mm 112 mm

Lebar Grounplane 135 mm 135 mm 135 mm

Panjang saluran pencatu 23,1 mm 23,1 mm 23,1 mm

Lebar saluran pencatu 3 mm 2,7 mm 2,7 mm

Jarak antar elemen 31,25 mm 35 mm 35 mm

VSWR 9 1,12 -

Daya yang diterima saat pengujian - - -55 dBm

Gain 12 dBi 7,38 dBi 8 dBi

Dari Tabel 4.1 dapat diketahui bahwa antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array yang dibuat pada Tugas Akhir telah mampu memenuhi pencapaian parameter yang diinginkan. Dari pengujian, didapatlah gain sebesar 8 dBi dan nilai VSWR yang didapat dari simulasi sebesar 1,12. Namun pada awal sebelum dilakukan proses iterasi nilai VSWR yang didapat secara simulasi sebesar 10 dan nilai VSWR didapat secara teori sebesar 9 pada dasar perbedaan

nilai tersebut masih dibatas toleransi, karena ketika frekuensi 2,4 Ghz sampai 2,5 Ghz nilai VSWR yang didapat dari proses simulasi tersebut berkisar dari 9,20 sampai 11. Namun diketahui sebelumnya bahwa nilai VSWR paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1(VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah saat nilai VSWR ≤ 2. Dilatarbelakangi hal inilah proses iterasi dilakukan pada saat simulasi sehingga didapatlah nilai VSWR ≤ 2 seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 diatas. Nilai VSWR yang didapatkan dari simulasi disebabkan perubahan yang terjadi pada besar dimensi patch, besar dimensi saluran pencatu, serta jarak antar elemen. Karena keterbatas peralatan maka tidak lakukan pengujian VSWR yang didapatkan dari antena mikrostrip yang telah difabrikasi.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas akhir ini telah dirancang antena mikrostrip patch lingkaran 4 elemen planar array yang digunakan sebagai WLAN. Dari hasil perancangan, simulasi, dan pengujian diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu :

1. Antena mikrostrip patch segiempat 4 elemen planar array yang berkerja pada frekuensi 2,4 Ghz- 2,5 Ghz. Teknik pencatuan yang digunakan adalah teknik pencatuan proximity couple, teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung(elektomagnetic couple).

2. Pada saat pengujian gain yang didapat sebesar 8 dBi, nilai ini lebih baik dibandingkan gain yang dihasilkan pada saat simulasi yaitu sebesar 7,38 dBi. Hal ini dapat disebabkan oleh faktor lingkungan saat pengujian serta pada saat proses fabrikasi antena ini.

3. Nilai VSWR yang didapatkan setelah dilakukan proses iterasi adalah 1,12 namun nilai ini jauh berbeda dengan VSWR pada saat perhitungan secara teori yaitu sebesar 9. Nilai VSWR yang didapatkan saat simulasi diperoleh ketika dilakukannya proses iterasi pada ukuran dimensi patch, ukuran dimensi saluran pencatu, serta jarak antar elemen.

5.2 Saran

Saran yang dapat penulis berikan setelah melakukan Tugas Akhir antar lain:

1. Untuk melakukan perancangan antena mikrostrip yang lebih dari 1 elemen, terlebih dahulu harus dilakukan perancangan antena mikrostrip elemen tunggal setelah model antena ini didapat jangan dilakukan perubahan pada ukuran dimensi patch serta ukuran dimensi saluran pencatu jika membuat beberapa elemen berikutnya, dan parameter yang karakterisasi hanya jarak antar elemen saja.

2. Pada Tugas Akhir ini parameter yang dilakukan penelitian hanya gain dan VSWR, sebaiknya dilakukan pengembangan dengan menambah parameter-parameter lain untuk penelitian selanjutnya.

3. Sebagai bahan penelitian selanjutnya ada baiknya dilakukan perbandingan pada teknik pencatuannya.

BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena

Suatu antena dapat diartikan sebagai suatu tranduser antara saluran transmisi atau pandu gelombang dalam suatu saluran transmisi dan suatu medium yang tak terikat (zona bebas) tempat suatu gelombang elektromagnetik berpropagasi (biasanya udara), ataupun sebaliknya. Dalam aplikasinya, suatu antena dapat berfungsi selain sebagai media pemancar gelombang elektromagnetik, juga sebagai penerima gelombang elektromagnetik secara efisien dan berpolarisasi sesuai dengan struktur yang dimilikinya. Selain itu, untuk meminimalkan refleksi gelombang pada titik antara saluran transmisi dan titik catu antena, maka suatu antena harus mempunyai kesesuaian (matched) dengan saluran transmisi yang digunakan. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak berhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi magnet total dua kali setiap periode gelombang itu.

Beberapa contoh antena dalam berbagai bentuk dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dan aplikasinya, antena banyak digunakan pada penyiaran radio dan televisi, sistem komunikasi satelit, telepon selular, sistem radar dan sensor otomatis mobil

anti tabrakan, dan masih banyak fungsi-fungsi yang lain.

Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena

2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang saat ini banyak digunakan karena antena mikrostrip berukuran kecil dan ringan. Hal tersebut merupakan salah satu pertimbangan dalam merancang antena saat ini [1].

Antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian, yaitu [1]:

1. Patch, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk

meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas. Patch ini memiliki ketebalan yang bervariasi dan biasanya terbuat dari bahan tembaga.

2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang

berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch. Bahan substrate dielektrik beragam, diantaranya plastik, keramik, kristal tunggal, dan silikon.

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

Gambaran umum bentuk antena mikrostrip ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip

Antena mikrostrip adalah antena yang terbuat dari suatu konduktor metal yang menempel di atas groundplane. Peralatan telekomunikasi khususnya antena, saat ini mengacu pada antena yang murah dalam pembuatan, memiliki massa yang ringan, mudah dalam proses integrasi dengan peralatan telekomunikasi lainnya. Namun disamping kelebihan yang dimiliki, antena mikrostrip juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya memiliki bandwidth yang kecil, efisiensi yang rendah, gain yang kecil dan daya yang kecil. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip terlihat seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip

2.3 Model Cavity

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

patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang

dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrate tipis ( h<< 0)[ 2][4]]:

a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (/z0)karena

substrate sangat tipis (h<< 0).

b. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis

hanya ada komponen transversnya saja (Hx dan Hy ) di daerah yang dibatasi

oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding elektris atas bawah.

c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,

yang termasuk komponen tangensial dari , sepanjang sisi diabaikan. Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell [2][6]. Adapun persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:

� × � = −���0 H (2.1)

� × � = ���� + � (2.2)

�. � = �/� (2.3)

�. � = � (2.4)

Dimana adalah permitivitas dari substrat, 0 adalah permeabilitas ruang hampa,

dan J adalah rapat arus.

Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada

patch mikrostrip [6]

Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik-menarik terjadi antara dua muatan

yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi [3].

Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan meyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal tersebut meyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat)

lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impendansi masukannya akan

murni reaktif [3].

2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan dijelaskan sebagai berikut:

2.4.1 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana

kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Pada Gambar 2.5 terlihat rentang frekeunsi yang menjadi bandwith [3].

Return loss

bandwith

-10dB

Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith

Bandwith dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini : BW= f2- f1

fc x100% (2.5)

Dimana f1 = frekuensi terendah f2 = frekuensi tertinggi fc = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [3]:

 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. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dBi dan 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.

 Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di manapolarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dBi.

2.4.2 Return Loss

Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [4]. Return Loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0 +). Return Loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi [4].

(2.6)

Γ=V0 -V0+=

ZL-Z0 ZL+Z0

return loss=20log₁₀|Γ| (2.7)

2.4.3 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri

(standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran

transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ ) [4]:

Γ= V0

-V0+ =

ZL- Z₀

ZL- Z0 (2.8)

Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 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 :

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched

sempurna

: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [4]: VSWR= |_|Ṽ|_Ṽ|max_min= 1+ ₁ |Γ|

-|Γ| (2.9)

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.

Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

2.4.4 Polarisasi

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antenna. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Pada praktiknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi yang berbeda [3].

Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu [3].

Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linier), circular

(melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.6) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik maupun magnet) memenuhi [3] :

a. hanya ada satu komponen, atau

b. 2 komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada perbedaan fasa waktu atau 180 0 atau kelipatannya

Gambar 2.6 Polarisasi linier

Polarisasi melingkar (Gambar 2.7) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.

Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah : a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama

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

Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi ketika = +π / 2 , sebaliknya RHCP terjadi ketika = −π / 2

Gambar 2.7 Polarisasi melingkar

Polarisasi elips (Gambar 2.8) 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 [3] :

a. medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal

b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau berbeda

c. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama, perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 00 atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa di antara kedua komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil dari 90 (karena akan menjadi lingkaran).

Gambar 2.8 Polarisasi elips

2.4.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata -rata pada semua arah [6]. Intensitas radiasi -rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.10[3].

D=

_UU

0

=

4πU

Prad (2.10)

Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.11[4].

D

max

=

D

0

=

U_Umax₀

=

4πU_Pradmax (2.11) Dimana :

D = keterarahan

D0 = keterarahan maksimum

U = intensitas radiasi maksimum

Umax = intensitas radiasi maksimum

U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic Prad = daya total radiasi

Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.12.

D=4W2π2

02I1 (2.12) Dimana nilai � dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.13.

I1=√120W 2_π2

90 02 (2.13) Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.14.

Dsusun=2D (2.14 Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.15.

Dtotal=Dsusun× Delemen (2.15) Keterangan:

� = banyak elemen yang akan dirancang

2.4.6 Penguatan (Gain)

Ada dua jenis parameter penguatan (gain) yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan. Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaaan 2.16[3].

gain

=

4π

U( ,_P ∅)

in (2.16)

Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu.

Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan pembacaan level penerimaan sinyal. Persamaan yang digunakan untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.17.

Ga dB =Pa dBm -Ps dBm +Gs dB ( 2.17) Selanjutnya gain dapat juga dihitungan dengan menggunakan oleh Persamaan 2.18.

G= ×Dtotal (2.18 Adapun besar efisiensi (�) antena mikrostrip yang digunakan biasanya berkisar 60% sampai 70%.

2.4.7 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja antena di mana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena[3].

W= c 2fo√ r₂+1

(2.19) Dimana :

W : lebar konduktor

r : konstanta dielektrik

c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x ) fo : frekuensi kerja antena

Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L (∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2.20[6]:

∆L=0,412h reff+0,3 Wh +0,264 reff-0,258 W_{h +0,8}

(2.20)

Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan

�

adalah konstanta dielektrik relatif yang dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.21.

reff= r₂+1+ r₂-1 (

1 √1+12 h_W)

2.21 Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.22.

L=Leff-2∆L (2.22)

Dimana � merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung menggunakan Persamaan 2.23.

Leff=_2fo√c_reff (2.2 ) Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2.24[6][8].

ZL=Zin = _Y1

in (2.24) Admintansi beban( � didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25. Yin=2×YS (2.25) Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.26 sampai Persamaan 2.29.

YS=G+jB (2.26) Dimana:

G= ₁₂₀W 0 [

1-1 24(

2πh 0 )

2

]_Ω1 2.27 B=₁₂₀W

0[1-0,636 ln( 2πh

0 ) 2

]_Ω1 (2.28) 0=c_f (2.29)

2.6 Teknik Array

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

bandwidth yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah. Hal ini dapat

diatasi dengan menambah patch secara array.

Antena mikrostrip array merupakan gabungan dari beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri, paralel, atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array

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

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

dan circular. Masing masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear

array memiliki kelebihan dalam perhitungan yang tidak terlalu rumit, sedangkan

planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola

radiasi.

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

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

Pada antena array terdapat Array Factor (AF) yang merupakan pengali dari medan elektrik dari elemen tunggal. Array Factor inilah yang menentukan bagaimana pola radiasi dan seberapa besar tingkat daya yang diradiasikan oleh antena tersebut. Gambar 2.11 menunjukkan antena mikrostrip dengan teknik

array.

Teknik planar

Teknik linear

Teknik circular

Gambar 2.11 Antena mikrostrip dengan teknik array

2.7 Teknik Pencatuan

Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara langsung banyak digunakan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana dalam pencatuan. Tetapi disamping kelebihan tersebut ada beberapa kekurangan yang terdapat pada pencatuan ini, seperti sangat sulit jika antena mikrostrip akan disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau bandwidth yang sempit sekitar 2%-5% [5][6].

Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya diperkenalkan apa yang disebut pencatuan tidak langsung atau electromagnetic

coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan[5].

Dengan teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic

coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi dengan elemen

peradiasinya. Ada dua teknik teknik pengkopelan yang biasanya digunakan pada pencatuan ini, yaitu proximity coupling yang diperkenalkan oleh Oltman dan Huebner pada tahun 1981 dan aperture coupling yang diperkenalkan oleh Pozar, Grunoa dan Wolf pada tahun 1986[5].

Untuk rancang bangun antena mikrostrip ini digunakan teknik pencatuan

proximity coupling. Pada teknik pencatuan ini saluran transmisi (feed line)

diletakan pada posisi yang lebih rendah dari patch, lebih tepatnya dibawah patch, mekanisme penggadengan yang akan timbul akan, terlihat seperti pada Gambar 2.12. Pendekatan ini digunakan dua buah substrate, dimana patch pada substrate

bagian atas dengan bidang pentanahannya dihilangkan seluruhnya dan substrate

yang berada pada bagian bawah merupakan saluran transmisinya(feed line)[5].

Gambar 2.12 Teknik pencatuan metoda proximity coupled

2.8 Impedance Matching

Impedance matching merupakan cara atau teknik yang dipakai untuk

menyesuaikan dua impedansi yang tidak sama, yaitu impedansi karakteristik saluran (Zo) dan impedansi beban _� . Beban dapat berupa antena atau rangkaian lain yang mempunyai impedansi ekivalen. Impedance matching mempunyai peranan yang sangat penting untuk memaksimalkan transfer daya dari sumber sinyal ke beban. Kondisi yang sesuai (match) antara impedansi karakteristik saluran dengan beban akan menghasilkan transfer daya yang maksimal, karena redaman yang disebabkan daya pantul akan diminimalkan. Pada prinsipnya, untuk menyesuaikan impedansi saluran dengan impedansi beban dilakukan dengan menyisipkan suatu “transformator impedansi” yang berfungsi mengubah impedansi beban sama dengan impedansi karakteristik saluran. Ada beberapa bentuk atau model teknik penyesuaian impedansi ini, diantaranya adalah, transformator /4 , single stub tuner, double stub tuner, dan lumped circuit[3].

Transformator /4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi ZT di antara dua saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transformator ini /4 adalah sebesar l=1/4 g dimana g merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan Persamaan 2.30[3].

� = �0

√� (2.30) dimana 0 adalah panjang gelombang pada ruang bebas. Nilai impedansi dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.31[3].

2.9 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array adalah power divider

(combiner). Dalam hal ini, metoda Wilkinson merupakan teknik yang umum

digunakan. Gambar 2.13 memperlihatkan power divider metoda Wilkinson [3].

Gambar 2.13 N-way wilkinson combiner

Pada metoda Wilkinson, nilai impedansi Z diberikan dengan Persamaan 2.32 berikut [3].

= √�

(2.32)

dimana N adalah jumlah titik pencabangan.

2.10 T-Junction 50 Ohm

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Terdapat dua jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai power divider seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14 [3].

Z Z Z Z Z0 1 2 1 3 N R R R R

R = Z0

50Ω _{50 Ω}

50Ω 70Ω 50Ω 35,355Ω 50Ω 50Ω

Gambar 2.14 T-junction 50 ohm

2.11 Wireless Local Area Network (WLAN)

Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi

pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya, yang tidak menggunakan kabel.

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

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

Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih rendah dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran[2].

2.11.1 Topologi Jaringan WLAN

Topologi adalah istilah yang digunakan untuk menguraikan cara bagaimana komputer terhubung dalam suatu jaringan. Topologi ini biasanya dibedakan dari dua sisi, yaitu topologi fisik dan topologi logika. Topologi fisik menguraikan layout perangkat keras jaringan sedangkan topologi logika menguraikan perilaku komputer jaringan dari sudut pandang operator. Ada tiga jenis topologi yang biasa digunakan pada WLAN yaitu bus, cincin (ring), bintang (star), dan pohon (tree)[2].

2.11.2 Standar WLAN 802.11

Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF

wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema

encoding, jenis antena, dan protokol jaringan wireless. Banyaknya variasi jenis

tentu saja tidak menguntungkan bagi para pengguna. Untuk itu pada jaringan

wireless ditetapkan standarisasi peralatan wireless yang disebut standarisasi IEEE

802.11. Dengan berkembangnya waktu, implementasi dari standar ini semakin populer dan meluas. Penambahan ekstensi di belakang 802.11 dipergunakan untuk mengenali beberapa perbaikan dan tambahan fitur dari standar yang telah ditentukan oleh 802.11. Dari sekian banyak standar, ada empat jenis standar yang sering digunakan dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b, dan 802.11g. Tabel 2.1 menunjukkan standar – standar WLAN 802.11[2].

Tabel 2.1 Standar – standar WLAN 802.11[8]

802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps

hingga 2 Mbps

802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung

hingga 54 Mbps

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

Mbps atau disebut Wi-Fi

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

radio IEEE WLAN

802.11f

Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk

memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN

802.11g Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band,

yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps

802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang

digunakan di Eropa dan Asia Pasifik

802.11i

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

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

untuk standar 802.11a di Jepang

2.11.3 Standar Awal 802.11

Standar ini merupakan standar awal untuk WLAN yang diperkenalkan pada tahun 1997 oleh IEEE. Standar ini beroperasi pada layer fisik yang menggunakan teknologi penyebaran spektrum Frequency Hopping Spread

Spectrum (FHSS) dan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang beroperasi

pada pita 2,4 GHz dan data rate hingga 2 Mbps. Karena versi ini hanya mempunyai data rate maksimum 2 Mbps, versi ini tidak banyal dipergunakan pada WLAN indoor [2].

Mbps hingga 2 Mbps. 802.11a merupakan standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps. 802.11b merupakan standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi. 802.11e merupakan perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface

radio IEEE WLAN. 802.11f mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN. 802.11g menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimaksudkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps. 802.11h mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik. 802.11i menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol autentifikasi dan enkripsi. 802.11j merupakan penambahan pengalamatan pada channel 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang[2].

2.11.4 Standar 802.11a

Pada tahun 1999, IEEE mengeluarkan standar 802.11a yang beroperasi pada pita 5 GHz. Standar ini menggunakan skema modulasi yang disebut

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan kecepatan

transmisi data mencapai 54 Mbps. Keuntungan utama dari standar ini adalah kapasitasnya yang cukup tinggi yang menjadikan standar ini sebagai pilihan yang tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti

streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area

pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat mencakup area tidak lebih dari 50 meter pada berbagai fasilitas. Akibatnya standar ini memerlukan AP yang lebih banyak[2].

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era informasi saat ini, manusia memerlukan komunikasi untuk saling

bertukar informasi di mana saja, kapan saja dan dengan siapa saja. Salah satu

sistem komunikasi yang merupakan andalan bagi terselenggaranya integrasi

sistem telekomunikasi secara global adalah sistem komunikasi wireless. Dimana

dalam komunikasi diperlukan suatu alat yang dapat menangkap gelombang

wireless tersebut maka digunakanlah antena sebagai media penghubung.

Antena merupakan perangkat yang berfungsi mengubah energi gelombang

elektromagnetik terbimbing menjadi energi gelombang elektromagnetik ruang

bebas. Antena diperlukan untuk meningkatan jarak jangkauan pada komunikasi

wireless. Salah satu wireless yang banyak digunakan pada saat ini adalah wireless LAN atau biasanya disingkat dengan WLAN. Dimana antena yang digunakan

pada aplikasi WLAN tersebut sudah cukup banyak dirancang seperti mikrostrip,

wajan bolik, bazooka, dipole, dan yagi.

Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat pesat perkembangannya

di dalam dunia telekomunikasi. Penggunaan antena mikrostrip menjadi salah satu

alternatif bagi para pengguna WLAN. Dengan berbagai konfigurasi bentuk dari

antena mikrostrip antara lain, linear, planar, dan circular. Dari masing

konfigurasi tersebut mempunyai kelebihan, adapun kelebihan dari planar array

mudah dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi. Dari latar belakang

inilah maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian berupa rancang bangun

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan pada Tugas Akhir ini yaitu:

1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segiempat planar array?

2. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array?

3. Bagaimana merancang antena mikrostrip patch segiempat untuk memperkuat sinyal WLAN pada frekuensi 2,4 -2,5 GHz?

4. Bagaimana kinerja antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array yang telah dirancang bangun?

1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array untuk diaplikasikan untuk wireless LAN dengan gain mencapai 6 dBi.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut:

1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara

planar.

2. Parameter primer yang dibahas adalah ukuran patch, lebar saluran

pencatu, jarak antar elemen, dan ukuran groundplane.

3. Parameter sekunder yang dibahas hanya VSWR dan gain.

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Studi literatur

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

2. Studi Bimbingan

Yaitu melakukan diskusi tentang topik Tugas Akhir ini dengan dosen pembimbing.

3. Merencanakan dan Merancang

Yaitu proses perancangan antena mulai dari pemilihan bahan dan

peralatan apa saja yang dibutuhkan untuk membuat antena mikrostrip

antena patch segiempat dengan teknik planar array.

4 Pengukuran dan Analisa

yaitu serangkaian proses yang dilakukan untuk mengetahui apakah

antena yang telah dirancang telah bekerja sesuai dengan apa yang

diharapkan. Serta mengumpulkan dan menyimpulkan hasil data yang

1.6 Sistematika Penulisan

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

BAB I : PENDAHULUAN

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

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip patch segiempat secara khusus, teknik array, teknik pencatuan yang digunakan, wireless LAN.

BAB III: PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP

PATCH SEGI EMPAT DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY

Bab ini berisi tentang perancangan dan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar dan simulasi dengan menggunakan software Ansoft HFSS v10.

BAB IV : PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT 4 ELEMEN PLANAR ARRAY

Bab ini berisi tentang pengujian antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array . Prosedur pengujian serta peralatan yang digunakan dalam pengujian, hasil pengujian serta analisa hasil pengujian.

ABSTRAK

Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini. Salah satu aplikasinya adalah wireless LAN. Wireless LAN adalah suatu jaringan area lokal tanpa kabel dimana media transmisinya menggunakan frekuensiradio (RF) dan infrared (IR), untuk memberi sebuah koneksi jaringan keseluruh pengguna dalam area di sekitarnya. Salah satu bentuk konfigurasi antena mikrostrip adalah konfigurasi antena mikrostrip dengan teknik planar array. Dimana dengan antena ini pengguna dapat mengakses jaringan wireless dari ruang kelas keseluruh kampus atau dari kantor ke kantor yang berlainan dan berlainan gedung.

Tahap awal untuk merancang bangun sebuah antena mikrostrip patch segiempat yang disusun secara planar array adalah merancang antena ini dengan menggunakan Simulator Ansoft High Frequency Structure Simulator v10. Jenis

planar array yang digunakan adalah 2 x 2 . Adapun tahapan kedua adalah

merancang bangun antena tersebut dan selanjutnya dilakukan proses pengujian VSWR dan gain. Adapun hasil yang didapat setelah dilakukan pengujian berupa VSWR ≤ 1,12 serta gain ≥ 7,38 dBi.

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY UNTUK

APLIKASI WIRELESS

-

LAN

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Telekomunikasi Oleh:

WIRA INDANI NIM : 100422073

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN