Simulasi Model Antena Mikrostrip PATCH Segi Empat Dengan Pencatuan Aperture Coupled Untuk Aplikasi WIMAX 2,35 GHz

TUGAS AKHIR

SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI

EMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED

UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz

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

Oleh :

090422022

GIAT FRANSISCO BATUBARA

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX

(Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless

yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate

yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun

Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX

adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah

antena mikrostrip.

Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3 komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang

menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah.

Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat

digunakan untuk aplikasi WiMAX . Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja

KATA PENGANTAR

Segala puji serta syukur penulis haturkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

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

SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED

UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz

Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan ibunda tercinta yang telah mengorban segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbannyan Tuhan Yang Maha Esa membalasnya dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak.

Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

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

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro dan selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis selama perkuliahan.

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

4. Dosen Pembanding Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT dan Ibu Naemah Mubarakah, ST.MT yang telah membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini .

5. Bapak Ir. Syahrawardi , Selaku Penasehat Akademis Penulis.

6. Kepada Bapak dan Ibu tercinta D.Batubara dan R.Sitorus Pane yang telah menghatarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

7. Keluarga penulis Bellina Irawati Batubara, Deri Erianto Batubara, Tante Jonny, opung, dan Tulang Prima Terima kasih atas perhatian dan doanya. 8. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

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

9. Seluruh Karyawan di Dapartemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Martin dan Bang Divo terima kasih atas semua bantuannya.

10.Adinda tersayang Ivana Ronauli Christina Hutagalung terima kasih atas semua bantuan dan doanya.

11.Sahabat penulis Ornal Putra Purba yang telah membantu saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

12.Sahabat-sahabat The Bagor : Hermanto Wadanku, Ornal Boss, Alex Aparaku, Anris bobiku, Mangasi, Monic, Janri king, Charles, Willy, Junedi, Ihut, Sony, Blucer, Oji, Wira, dan bang Iqbal yang telah memberi

masukan dan semangat kepada penulis dan semua pihak yang tidak tersebutkan satu persatu.

13.Teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro: Emil, Lola, Haris, Daniel, James.

14.Buat Bang dedy Terimakasih atas saran, nasihat dan wejangannya.

15.Buat Teman-teman Batalyon A Resimen Mahasiswa USU/Kader Perintis : hermanto, Ornal, Julianto, Hendra Kesuma, Niko, Idris, Saut, Zulvia, Roni, Andi, Thomas, Mastopan dan Alumni terima kasih untuk semangatnya.

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

Akhir kata penulis mohon perlindungan pada Tuhan Yang Maha Esa, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri.

Medan, Februari 2014 Penulis

NIM. 090422022 Giat Fransisco Batubara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR. ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metode Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI... 6

2.1 Antena ... 6

2.2 Antena Mikrostrip ... 7

2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip ... 8

2.4 Model Cavity ... 9

2.5 Parameter Umum Antena Mikrostrip ... 12

2.5.2 Return Loss ... 14

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

2.5.4 Polarisasi ... 15

2.5.5 Keterarahan(Directivity) ... 18

2.5.6 Penguatan (Gain) ... 19

2.5.7 Frekuensi Resonansi ... 20

2.5.8 Pola Radiasi ... 21

2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 21

2.7 Aplikasi Mikrostrip ... 24

2.8 Aperture Couple ... 26

2.9 WiMAX ... 28

2.10 Tipe WiMAX ... 30

2.11 Cara Kerja WiMAX ... 30

2.12 Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 ... 31

2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 ... 33

2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0 ... 34

2.12.3 Perancangan Dasar Model Pada Ansoft HFSS v10.0 ... 34

2.12.4 Proses Pencarian Simulasi Simulator Ansoft HFSS v10.0 ... 35

BAB III PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PENCATUAN APERTURE UNTUK APLIKASI WIMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS V10.0 ... 37

3.2 Inisialisasi Model ... 38

3.3 Menjalankan Hasil Rancangan ... 40

3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0 ... 41

3.5 Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 41

3.5.1 Karakteristik Antena ... 42

3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 43

3.6.1 Parameter Pemodelan ... 45

3.6.2 Pembuatan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 45

3.6.2.1 Memulai HFSS v10.0 ... 45

3.6.2.2 Memodelkan Substrat ... 47

3.6.2.3 Memodelkan Patch ... 48

3.6.3 Memodelkan Saluran Pencatu ... 50

3.6.4 Memodelkan Slot Aperture ... 52

3.6.5 Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries) ... 53

3.7 Hasil Perancangan ... 54

3.8 Proses Validation Check ... 55

3.9 Menampilkan Hasil Simulasi ... 58

3.9.1 Gain ... 58

3.9.2 VSWR ... 59

BAB IV ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ... 61

4.1 Hasil Simulasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat ... 61

4.2 VSWR Untuk Boundaries Yang Berubah-ubah ... 62

4.3 Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Secara Teori. 64 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori ... 67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 69

5.1 Kesimpulan ... 69

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena ... 7

Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip ... 8

Gambar 2.3 Jenis – jenis antena mikrostrip ... 8

Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch . ... 11

Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth ... 13

Gambar 2.6 Polarisasi linier ... 16

Gambar 2.7 Polarisasi menglingkar ... 17

Gambar 2.8 Polarisasi elips ... 18

Gambar 2.9 Pola radiasi antena ... 21

Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat ... 22

Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX ... 25

Gambar 2.12 Mikrostrip pada WLAN ... 25

Gambar 2.13 Mikrostrip pada bandpass filter ... 26

Gambar 2.14 Mikrostrip pada mobile satellite ... 26

Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed ... 27

Gambar 2.16 Pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara ... 29

Gambar 2.17 Jaringan wimax……….31

Gambar 2.18 Contoh tampilan 3D Ansoft HFSS V 10.0 ... 32

Gambar 2.19 Proses pencarian solusi Ansoft HFSS V 10.0 ... 35

Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 38

Gambar 3.3 Property window yang tampil setelah model dibuat ... 38

Gambar 3.4 Property window dengan tab attribute ... 39

Gambar 3.5 Project manager windows pada Ansoft HFSS V 10.0 ... 40

Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostrip patch circular ... 41

Gambar 3.7 Antena mikrostrip patch segiempat ... 42

Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena mikrostrip patch segiempat ... 44

Gambar 3.9 Tampilan awal HFSS V 10.0 ... 46

Gambar 3.10 Menu Save As ... 46

Gambar 3.11 Tab attribute pada Substrate ... 47

Gambar 3.12 Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate ... 48

Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab attribute ... 49

Gambar 3.14 Pengisian koordinat untuk letak dan besar patch ... 49

Gambar 3.15 Memodelkan saluran pencatu ... 51

Gambar 3.16 Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu ... 51

Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture slot ... 52

Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab command ... 53

Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab attribute………...54

Gambar 3.20 Koordinat ruang batasan pada tab command………..54

Gambar 3.21 Hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat………..55

Gambar 4.1 Nilai solusi frekuensi yang diinginkan……….56

Gambar 4.3 Validation check tidak terdapat kesalahan……….…58

Gambar 4.4 Pengaturan windows traces untuk gain……… 59

Gambar 4.5 Pengaturan windows traces untuk VSWR………60

Gambar 4.6 Grafik VSWR antena mikrostrip patch segiempat yang dimodelkan ... 61

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe WIMAX ... 30

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX ... 42

Tabel 3.2 Parameter antena mikrostrip patch segiempat ... 45

Tabel 3.3 Data substrate ... 48

Tabel 3.4 Data Patch ... 50

Tabel 3.5 Data saluran pencatu ... 51

Tabel 4.1 Gain Hasil Simulasi ... 62

Tabel 4.2 Hasil simulasi dimensi Z size Boundaries diubah dengan radius 10 mm ... 63

Tabel 4.3 Hasil simulasi dimensi Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm dan Ysize atau panjang terhadap koordinat sumbu Y tetap………..….. 63

Tabel 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori ... 67

ABSTRAK

Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX

(Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless

yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate

yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun

Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX

adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah

antena mikrostrip.

Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3 komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang

menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah.

Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat

digunakan untuk aplikasi WiMAX . Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kemajuan teknologi telekomunikasi saat ini berkembang dengan sangat cepat. Industri telekomunikasi menuntut suatu sistem informasi harus tertata dengan baik. Begitu juga dengan dunia informasi yang tersedia menuntut adanya layanan komunikasi yang handal. Demikian juga teknologi wireless. Dengan wireless proses komunikasi bisa dilakukan dimana saja dan kapan saja. Berbagai teknologi sempat ditawarkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan layanan komunikasi bergerak. Sebuah teknologi wireless yang saat ini dianggap mampu menyediakan kebutuhan tersebut adalah WiMAX.

Untuk dapat mendukung teknologi WiMAX, dibutuhkan sebuah antena

yang memiliki karakteristik bukan hanya harus compatible tetapi juga harus kecil, ringan dan bersifat portable, sehingga dapat dirakit pada peralatan Mobile subscriber (MS) dengan mudah tanpa harus memperbesar dimensi dan

membebaninya. Antena diperlukan untuk meningkatkan jarak jangkauan komunikasi wireless. Salah satu jenis wireless yang banyak digunakan pada saat

sekarang ini adalah WiMAXmikrostrip.

Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang sangat pesat perkembangannya di dalam industri pertelekomunikasian. Hal ini disebabkan karena mikrostrip memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan sehingga compatible dan mudah diintegrasikan dengan device lain. Hal ini lah yang menjadi alasan dalam pemilihan antena mikrostrip pada berbagai aplikasi termasuk dalam penggunaan antena mikrostrip sebagai

salah satu alternatife bagi para pengguna WiMAX. Akan tetapi antena mikrostrip

memiliki karakteristik dengan bandwidth yang sempit. Beberapa teknik untuk

memperlebar bandwidth adalah dengan menggunakan teknik aperture couple

yaitu dengan mengatur jarak antar substrat (adjustable air gap).

Dalam Tugas akhir ini, akan dibahas tentang simulasi model antena mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat

diaplikasikan pada teknologi WiMAX dengan frekuensi kerja 2,35 GHz.

1.2 Rumusan Masalah

Yang menjadi rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip patch segiempat dengan

pencatuan aperture coupled?

2. Bagaimana memodelkan antena mikrostrip patch segi empat untuk aplikasi WiMAX yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz menggunakan simulator Ansoft HFSS designer Versi 10.0?

3. Bagaimana spesifikasi antena yang diperoleh berdasarkan simulasi dibanding dengan spesifikasi pabrik?

4. Apa saja kinerja antena mikrostrip?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mensimulasikan antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan aperture couple untuk aplikasi WiMAX 2,35 GHz dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS versi 10.0, dan membandingkannya dengan data pabrikan.

1.4 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan pada Tugas Akhir ini, maka dibuat pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Hanya membahas antena mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled.

2. Parameter yang dibahas : meliputi frekuensi kerja, gain, dan VSWR .

3. Pemodelan dan simulasi antena dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ansoft HFSS designer versi 10.0.

4. Hanya membandingkan data yang diperoleh dari hasil simulasi dengan data pabrikan.

1.5 Metode Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi Literatur, yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet, dan lain-lain.

2. Studi diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini.

3. Studi Analisis, yaitu perhitungan analitik dengan menggunakan perumusan

ilmiah kemudian dilakukan perancangan yaantena dengan menggunakan software Ansoft HFSS designer versi 10.0.

1.6 Sistematika Penulisan

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

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II : TEORI DASAR

Bab ini menjelaskan tentang Defenisi dari Antena Mikrostrip, Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip, Parameter-Parameter Umum Antena Mikrostrip, Aplikasi-Aplikasi Antena Mikrostrip, WiMAX, serta simulator Ansoft HFSS v10.0. BAB III : SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH

SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE

COUPLED UNTUK APLIKASI WiMAX 2,35 GHz

Bab ini membahas tentang Perancangan antena mikrostrip

patch segiempat dengan pencatuan aperture coupled yang

meliputi desain, pembuatan, dan pemodelan dengan menggunakan Simulator Ansoft HFSS v10.0 dan uji data hasil simulasi secara teori.

BAB IV : HASIL ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DENGAN

PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK

Bab ini akan membahas mengenai hasil analisis pemodelan antena mikrostrip patch segiempat dan membandingkan hasil

parameter yang dicapai dengan parameter-parameter pabrikan menggunakan software Ansoft HFSS v10.0, serta mengetahui cara kerja dari antena tersebut dan perbandingan uji data hasil simulasi secara teori.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.

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 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[1].

Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena

2.2 Antena Mikrostrip

Antena microstrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti tampak pada Gambar 2.2. Antena microstrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis lain. Karena sifat yang dimilikinya, antena

microstrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi antenna microstrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth

Gambar 2.2 Struktur Antena Microstrip

Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan berbentuk empat persegi panjang dan lingkaran karena bisa lebih mudah dianalisis. Adapun jenis-jenis antena microstrip terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Jenis – jenis Antena Microstrip

2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip mengalami peningkatan popularitas terutama dalam aplikasi wireless karena strukturnya yang low profile. Selain itu, antena mikrostrip

juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti pada handphone, missile, dan peralatan lainnya. Pada zaman sekarang,

pemakaian antena mikrostrip menjadi semakin berkembang. Hampir semua peralatan telekomunikasi wireless yang ada tidak menunjukkan sebuah fisik

antena. Hal ini karena peralatan telekomunikasi tersebut menggunakan antena mikrostrip yang dapat diintegrasikan langsung dengan MICs-nya. Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah :

1. Mempunyai bobot yang ringan dan volume yang kecil.

2. Konfigurasi yang low profile sehingga bentuknya dapat disesuaikan dengan perangkat utamanya.

3. Biaya fabrikasi yang murah sehingga dapat dibuat dalam jumlah yang besar.

4. Mendukung polarisasi linear dan sirkular.

5. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan microwave integrated circuits

(MICs)

6. Kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency.

7. Tidak memerlukan catuan tambahan.

Namun, antena mikrostrip juga mempunyai beberapa kelemahan, yaitu : 1. Bandwidth yang sempit

2. Efisiensi yang rendah 3. Penguatan yang rendah

4. Memiliki rugi-rugi hambatan (ohmic loss) pada pencatuan antena array 5. Memiliki daya (power) yang rendah

6. Timbulnya gelombang permukaan (surface wave)

2.4 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<< λ0)[ 2] :

1. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (∂/∂z≡0)karena

substrate sangat tipis (h<< λ0).

2. 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.

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

yang termasuk komponen tangensial dari Η, Ηsepanjang sisi diabaikan. Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell. Adapun persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:

0 H (2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ0 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 .

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] .

2.5 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:

2.5.1 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana

kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, bandwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar. Pada Gambar 2.5 terlihat rentang

Return loss

ba ndw it h

-10dB

Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith Bandwith dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :

(2.5)

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

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya[3] :

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. Pada umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap

baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dBi dan 2.

2. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu.

Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai

3. 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.

2.5.2 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)

(2.7)

2.5.3 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 ( ) :

(2.8) Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari 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 :

(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.

2.5.4 Polarisasi

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. 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] :

1. Hanya ada satu komponen, atau

2. Dua 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 : 1. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier 2. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama

3. 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 δ = +π / 2 , sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = −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 :

1. Medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal

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

3. 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

2.5.5 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 . Intensitas radiasi rata-rata-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.

(2.10)

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

(2.11) Dimana :

D = keterarahan

D0 = keterarahan 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.

Dimana nilai dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.13.

Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat

dicari dengan menggunakan Persamaan 2.14.

Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk

menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.15.

Keterangan:

= banyak elemen yang akan dirancang

2.5.6 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.

(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.

Selanjutnya gain dapat juga dihitungan dengan menggunakan oleh

Persamaan 2.18.

Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya berkisar 60% sampai 70%.

2.5.7 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.

2.5.8 Pola radiasi

Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Gambaran dari pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Pola radiasi antena

2.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat

berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran

merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis,

Patch segiempat sejauh ini merupakan konfigurasi mikrostrip yang paling

banyak digunakan. Patch segiempat lebih mudah dibuat karena bentuknya yang

lebih sederhana. Hanya dengan menyisakan metal yang berbentuk segiempat pada proses etching dapat membuat antena ini. Bentuk dari antena mikrostrip patch

segiempat dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat

Untuk merancang sebuah antena mikrostrip patch segiempat, terlebih

dahulu harus kita ketahui parameter bahan yang digunakan yaitu ketebalan

dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), dan dielektrik loss tangent (tan δ) sehingga dari nilai tersebut didapatlah dimensi antena mikrostrip (W dan L). Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka

bandwidth akan menjadi kecil sedangkan apabila panjang antena terlalu panjang

maka bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan semakin kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip impedansi juga akan

berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat dicari menggunakan Persamaan 2.19.

Dimana :

W : lebar konduktor

εr : 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]:

Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan adalah konstanta dielektrik relatif yang dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.21.

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

(2.22)

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

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].

Admintansi beban( didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25.

Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari

dengan menggunakan Persamaan 2.26 sampai Persamaan 2.29.

Dimana:

2.7 Aplikasi Microstrip

Antena microstrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini.

Umumnya aplikasi yg telah digunakan antara lain adalah WiMAX, WLAN,

bandpass filter, mobile satellite.

Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX

(World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang

menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi.

Dalam penggunaan mikrostrip untuk WiMAX yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX 2) WLAN

Contoh mikrostrip dalam penggunaan WLAN dilihat dari Gambar 2.12. Dalam Gambar 2.12 dapat dilihat, mikrostrip yang digunakan adalah antena mikrostrip array yang berfungsi untuk menambah penguatan pada WLAN.

Gambar 2.12 Microstrip pada WLAN

Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada di tengah,

sinyal rendah dan tinggi ditolak. Microstrip adalah teknologi yang paling fleksible untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz ditunjukkan pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Microstrip pada bandpass filter

4) Mobile Satellite

Pada gambar 2.14 terlihat antena microstrip array digunakan dalam system komunikasi mobile satellite pada rentang frekuensi 2,5-2,6 GHZ

Gambar 2.14 Microstrip pada Mobile Satellite 2.8 Aperture Coupled

Pada antena mikrostrip terdapat metode penyambungan yang dimana terdapat tempat teknik penyambungan yang populer digunakan yaitu secara penyambungan garis mikrostrip (microstrip line feed), penyambungan koaksial

(coaxial feed), penyambungan celah bergabung (aperture coupled feed),

Penyambungan proksimasi bergabung (proximity coupled feed).

Analisis Bidang Aperture Coupled Feed Pada bidang mikrostrip aperture coupled feed terdapat parameter nilai ukur yang sederhana dalam menentukan

nilai C (kapasitansi lapisan bahan) W (width of patch), åreff (konstanta dielektrik), Leff (Frekuensi resonansi), ÄL, L (Length of patch), Lg dan Wg adalah Lebar

saluran pencatu, B dan W adalah feed line. Gambar 2.15 Menunjukkan Bidang

antena mikrostrip aperture coupled feed.

Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed

Teknik Pencatuan pada antena mikrostrip merupakan teknik untuk mentransmisikan energi elektromagnetik ke antena mikrostrip. Terdapat berbagai konfigurasi teknik yang telah di kembangkan yang masing-masing tentu memiliki kelebihan dan kekurangan. Salah satu teknik yang populer sederhana dan mudah di pabrikasi adalah teknik line feed, tetapi teknik ini menghasilkan lebar pita yang

tidak lebar (biasanya 2-5%). Untuk kebutuhan mendapatkan lebar pita yang lebar, salah satu teknik yang dapat digunakan adalah dengan teknik aperture coupled

Pada konfigurasi teknik pencatuan aperture coupled , pengkopelan dari

digunakan, dapat bervariasi dengan susunan yang berlapis-lapis (multilayer) umumnya slot aperture tersebut ditempatkan dibawah patch.

Teknik Pencatuan jenis ini pertama sekali dibuat pada tahun 1985 yang bertujuan untuk meningkatkan bandwidth dari antenna mikrostrip. Dengan

pengoptimalan beberapa parameter termasuk dimensi slot aperture, maka dapat dicapai bandwidth mendekati 70%[3] . Untuk menentukan dimensi slot aperture

dari teknik pencatuan ini dapat digunakan persamaan (2.30) dan (2.31). Panjang slot aperture (La) :

La = (0,1-0,2) λ0 (2-30)

Lebar Slot aperture (Wa) :

Wa = 0,1 La (2.31)

2.9 WiMAX

Seiring dengan meningkatnya perekonomian, taraf hidup dan kemajuan teknologi , khususnya komunikasi tanpa kabel (radio), meningkat pula kebutuhan masyarakat akan jasa telekomunikasi yang cepat, mudah diakses kapan saja dan dimana saja serta mampu mendukung mobilitas yang tinggi. Sebuah teknologi

wireless yang saat ini dianggap mampu menyediakan kebutuhan tersebut adalah WiMAX.

Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX . WiMAX (World Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang

menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang

besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi . Dengan kemampuan yang mencakup area

yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight

(LOS) maupun Non-Line Of Sight (NLOS), teknologi WiMAX mampu menghemat

investasi perangkat untuk membangun suatu jaringan komunikasi yang handal. Standar-standar teknologi ini tentunya memiliki frekuensi pengoperasian yang berbeda-beda sesuai dengan lisensi yang mereka dapatkan dari pengelola atau pengatur ijin frekuensi dari pemerintah setempat. Untuk pengelolaan di Indonesia, pembagian ijin frekuensi ini sudah mulai diatur dalam white paper

“Penataan Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel” keluaran november 2006. Menurut white paper tersebut, DCS berlaku pada pita

frekuensi (1710-1885 MHz), PCS pada pita frekuensi (1907.5–1912.5 MHz), UMTS pada pita frekuensi (1920-2170MHz), WLAN 2.4 GHz pada pita frekuensi (2400-2483.5 MHz), BWA 5,2 pada pita frekuensi (5150-5350MHz), dan BWA 5,8 pada pita frekuensi (5725-5825MHz). Untuk Alokasi frekuensi WiMAX sendiri sudah diterapkan di beberapa negara adalah pada frekuensi 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz, bahkan sekarang ini sedang ingin ditambahkan alokasi frekuensi untuk WiMAXpada frekuensi 700 MHz.

Gambar 2.16 menunjukkan Gambaran pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara[3].

2.10 Tipe WiMAX

Keluarga Standar WiMAX berkaitan dengan dua tipe model penggunaan, yaitu model penggunaan tetap (IEEE 802.16-2004) dan portable (802.16 REV E) yang dijadwalkan untuk ratifikasi pada tahun selanjutnya. Tabel 2.1 menunjukkan Tipe model dalam penggunaan WiMAX.

Tabel 2.1 Tipe WiMAX Tipe

WiMAX

Aplikasi dan kegunaan dari tipe WiMAX

Mobile 802.16e membawa WiMAX ke portable dan mobile Smart antena dapat meningkatkan kemampuan ini Teknologi Navini yang digunakan oleh unwired dapat memberi peningkatan ini. Direncanakan tahun 2005

Portable 802.16a/c dan 802.16d (WiMAX) memberikan kemampuan non-line-of-sight

Fixed

802.16a dan implementasi sebelumnya Teknologi wireless local loop dan fixed wireless acces. Berakhir tahun 2001

Sistem akses Nirkabel diatas dibedakan berdasarkan kecepatan darat (ground speed) dalam tiga tipe yaitu fixed (tetap), mobile (bergerak) dan nomadic.

2.11 Cara Kerja WiMAX

Stasiun WiMAX dihubungkan ke jaringan publik dengan menggunakan serat optik, kabel, link gelombang mikro, atau konektivitas PP (Point to Point)

laju tinggi yang disebut back haul. Dalam beberapa kasus seperti jaringan mesh

(jala), konektivitas PMP (Point to Multi Point) juga digunakan sebagai back haul. Gambar 2.17 adalah Struktur jaringan dalam WiMAX.

Gambar 2.17 Jaringan WiMAX

Stasiun basis melayani stasiun pelanggan yang juga disebut CPE

(Customer Premise Equipment) menggunakan konektivitas PMP yang NLOS (Non Line Of Sight). Hubungan ini disebut . Idealnya WiMAX menggunakan antena PMP yang NLOS untuk menghubungkan pelanggan residensial atau bisnis ke stasiun basis (Gambar 2.17). Stasiun pelanggan biasanya melayani gedung (bisnis atau residens) dengan menggunakan LAN berkabel atau nirkabel.

2.12 A

nsoft High Frequency Structure Simulator v10

Ansoft HFSS versi 10.0 adalah software untuk program perancangan dan

pemodelan yang merupakan struktur simulator frekuensi tinggi. Ansoft HFSS v10.0 merupakan suatu tampilan full-wave electromagnetik (EM) yang dirancang dalam 3D untuk Microsoft Windows umumnya oleh pemakai. Ansoft HFSS v10.0

juga dapat mengkalkulasi atau menghitung parameter-parameter seperti frekuensi resonansi dan lainnya.

Ansoft HFSS versi 10.0 disini dipakai sebagai perancangan dan pemodelan untuk menggambar antena ceiling indoor dan memasukkan spesifikasinya, setelah

dapat hasilnya lalu dibandingkan dengan hasil spesifikasi antena dari pabrik, apakah perbandingan dari ke duanya sama atau hampir sama ataupun berbeda. Selanjutnya pada Gambar 2.18 ditunjukkan suatu contoh tampilan pemodelan 3D dari software Ansoft HFSS v10.0[8].

Gambar 2.18 Contoh Tampilan 3D Ansoft HFSS v10.0

Ansoft HFSS v10.0 dapat digunakan untuk menghitung parameter-parameter dari antena dan frekuensi resonansi. Software ini juga secara khusus digunakan dalam bidang, yaitu:

1. Package Modeling-BGA, QFP, Flip-chip

2. PCB Board Modeling-Power/Ground Plane, Mesh Grid Ground,

Backplane

3. Silicon/GaAs-Induktor Spiral dan transformator

4. EMC/EMI-Shield Enclousures, Coupling, Radiasi medan jauh atau radiasi

5. Komunikasi Antena-antena Dipole, antena Yagi, antena Mikrostrip,

antena Grid, Frequensi Selective Surface (FSS), dan sebagainya. 6. Konektor –Koaksial, SFP/XFP, dan sebagainya.

Ansoft HFSS v10.0 merupakan simulator yang interaktif, dimana elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Tetrahedron membuat penyelesaian persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri tiga dimensi yang dapat disesuaikan bentuknya dengan keinginan pengguna, terutama bentuk yang memliki kelengkungan dan bentuk yang kompleks.

2.12.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0

Ansoft HFSS v10.0 memiliki syarat minimum untuk instalasi ke dalam komputer. Adapun syarat untuk instalasi ke dalam komputer adalah sebagai berikut[8].

1.Sistem Operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003.

2.Komputer ber-pentium (diusahakan Pentium 4 keatas). 3.RAM minimum 128 Mb.

4.Memiliki minimum 8 Mb Video card. 5.Mouse.

6.CD/DVD-ROM.

Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut.

1. Dibuka folder Ansoft, jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan

HFSS Instalation Shell, lalu akan muncul beberapa opsi, maka yang pertama

langkah-langkah seterusnya dengan menekan tombol next dan dipilih direktori, dimana akan dipasang libraries tersebut.

2. Setelah dilakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan menekan install software. Lalu diikuti

perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut, kemudian pilih lokasi pemasangan Ansoft HFSS dan diikuti langkahnya dan proses instalasi dimulai dan siap digunakan.

2.12.2 Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0

Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan model peralatan frekuensi radio secara tiga dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah:

1. Membuat parameter dari suatu model – perancangan bidang, boundaries,

dan excitation pada model yang dibuat.

2. Menganalisis model – pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan.

3. Hasil – menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi ( gambar, tabel, grafik ) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi.

4. Penyelesaian loop – proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

2.12.3 Perancangan dasar model pada Ansoft HFSS v10.0

Perancangan model pada Ansoft dapat menggunakan bidang dua dimensi atau tiga dimensi tergantung dari model yang akan dibuat. Semakin kompleks

model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS.

Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat. Misalkan membuat model kubus atau balok. Maka diarahkan kursor ke bentuk balok, lalu ditekan. Pada bidang koordinat Ansoft HFSS v10.0 yang akan digambarkan bentuk bidang balok tersebut.

2.12.4 Proses pencarian solusi Simulator Ansoft HFSS v10.0

Untuk mendapatkan grafik SWR suatu antena, bisa dicari dari nilai koefisien pantul ( Г ) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan parameter S. Sebelum mengkomputasi nilai SWR kedalam grafik, maka HFSS menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema seperti Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Proses pencarian solusi HFSS 10.0

Dari Gambar 2.19 dapat dijelaskan bahwa:

1. Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS v10.0 ada 3, yaitu driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan

tentang antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe

solusi driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator.

2. Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan

material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasan lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak

pencatuan model (Excitation).

3. Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus diiinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup).

Parameter ini meliputi:

a. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.

b. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria

nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive.

c. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan. Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang

BAB III

PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT

PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK APLIKASI

WiMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR

ANSOFT HFSS V 10.0

3.1 Pemodelan Dasar pada Ansoft HFSS v10.0

Ansoft HFSS v10.0 disini dapat dimodelkan menggunakan dua dimensi atau tiga dimensi tergantung dari model yang kita rancang. Semakin kompleks model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang akan digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang kita inginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Satu dimensi dua dimensi tiga dimensi Gambar 3.1 Geometri pada Ansoft HFSS v10.0

Apabila model yang dibuat telah sesuai dengan bidang yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah memasukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat.

Pada bidang koordinat Ansoft HFSS akan digambarkan bentuk bidang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS v10.0

3.2 Inisialisasi Model

Inisialisasi model adalah pemberian nilai awal dalam angka maupun koordinat dari model yang akan dimodelkan. Satuan model yang dibuat dapat diatur dengan cara menekan 3D Modeler kemudian Units lalu pilih mm. Setelah model dibuat maka akan muncul Property window yang memiliki dua jenis tab,

yaitu tab Command dan tab Attribute pada Gambar 3.3.

Pada tab Command, akan ada beberapa opsi, yaitu Coordinate System Center Position, Xsize, Ysize, dan Zsize. Prinsip dari pengaturan koordinat ini

sama dengan yang dipelajari pada pembuatan grafik pada aplikasi sehari-hari.

Position berfungsi untuk meletakkan model pada koordinat yang dinginkan pada

sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Xsize berfungsi untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu X dalam artian ini berarti menentukan panjang dari kotak (Box),dan Ysize untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada

sumbu Y dalam artian menentukan lebar dari kotak (Box), sedangkan Zsize untuk memasukkan tinggi/tebal garis yang bekerja pada sumbu Z. Property window

pada Gambar 3.3 hanya muncul ketika akan dibuat suatu model dalam bentuk balok (Box). Jika model lainnya seperti kerucut atau tabung yang akan dibuat,

maka akan muncul parameter yang lain.

Pada tab Attribute terdapat beberapa pilihan. Pada kolom Name berfungsi untuk menamai model, pada kolom material berisi jenis bahan yang digunakan

oleh model. Color berfungsi untuk mengubah warna model, sedangkan

Transparent berfungsi membuat model menjadi transparan. Transparent dapat

diatur sesuai dengan kebutuhan, seperti pada Gambar 3.4

Setelah proses inisialisasi selesai, maka langkah selanjutnya adalah memasukkan beberapa pengaturan yang mendukung model. Pada Project Manager seperti Gambar 3.5 berisi pengaturan-pengaturan model yang sesuai dengan yang diinginkan.

Gambar 3.5

Project Manager Windows pada Ansoft HFSS v10.0

3.3 Menjalankan Hasil Rancangan

Setelah hasil rancangan model yang dibuat telah selesai, maka rancangan harus dijalankan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan baik maka harus menekan HFSS lalu Validation Check. Jika terjadi kesalahan / error, dilakukan pengecekan pada Project Manager. Setelah rancangan dapat

berjalan dengan lancar, maka selanjutnya yang dilakukan adalah menganalisa rancangan tersebut dengan cara menekan HFSS kemudian Analyze All. Lalu

program ini akan melakukan perhitungan terhadap model yang dibuat dengan lama waktu tergantung kerumitan model yang dibuat.

3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0

Pemodelan pada Ansoft dapat digunakan untuk berbagai antena seperti antena Mikrostrip, Ceiling Indoor, antena Yagi, antena Horn, dan lain sebagainya. Pada Gambar 3.6 memperlihatkan salah satu dari aplikasi Ansoft HFSS untuk antena mikrostrip patch circular.

Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostri

patch circular

3.5 Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX

Pada Gambar 3.7 menunjukkan bentuk antena dan pada Tabel 3.1 menunjukkan spesifikasi dari antena mikrostrip patch segiempat untuk aplikasi

WiMAX. Antena ini tersusun atas 3 elemen yaitu : elemen peradiasi (radiator) yang terbuat dari lapisan logam (metal), elemen (substrate), dan elemen

Gambar 3.7 Antena Mikrostrip patch segiempat

Tabel 3.1 Spesifikasi antena Mikrostrip Patch Segiempat untuk aplikasi WiMAX Antena Specifications :

Freq.Range (MHz) 2,3 – 2,4 GHz

Polarization Vertikal

Ukuran patch (LxW) (52x41 mm)

Ukuran Saluran pencatu (3x1,9 mm)

Substrat (74x69,5 mm)

Slot aperture (46x3 mm)

Gain 6,428 dBi

VSWR 1,058

Impedance(Ω) 50

Connector Type N-Female

Substrat yang digunakan :

Jenis Substrate FR-4 epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif(εr) 4,4 Dielektrik Loss Tangent (tanδ) 0,02

Ketebalan Substrate(h) 1,6 mm

3.5.1 Karakteristik Antena

Pada rancangan model antena ini, diinginkan mampu bekerja pada frekuensi 2,3 GHz - 2,4 GHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya adalah 2,3

GHz - 2,4 GHz (2,3 GHz - 2,4 GHz) dengan frekuensi tengahnya 2,35 GHz. Frekuensi tengah resonansi inilah yang selanjutnya akan menentukan parameter-parameter lainnya, seperti dimensi patch, dan aperture slot, serta lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi tersebut diharapkan antena memiliki parameter VSWR ≤2 dan gain ≥2 dBi.

3.6 Perancangan Model Antena Mikrostrip patch Segiempat

Perancangan model Antena Mikrostrip patch segiempat pada simulator Ansoft terdiri atas beberapa tahapan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Mulai

Memodelkan Frekuensi(Kerja) Tengah 2,35 GHz

Memodelkan jenis substrat yang digunakan yaitu: FR4 (_��=4,4; Tanδ=0,02)

h = 1,6 mm

Memodelkan dimensi patch antena mikrostrip patch segiempat (LxW)

Memodelkan lebar saluran pencatu (Wf)

Memodelkan dimensi slot aperture (LaxWa)

Simulasi dengan Ansoft HFSS v10.0

Apakah Parameter Antena Sudah Sesuai dengan yang Dimodelkan

Selesai

Mengatur Boundaries atau mengatur Mesh

Operations

ya

tidak

3.6.1 Parameter Pemodelan

Model Antena Mikrostrip patch segiempat yang akan dimodelkan

memiliki panjang, lebar dan tinggi/tebal antar elemen yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Parameter AntenaMikrostrip Patch Segiempat

Nama Elemen Panjang(mm)

Lebar (mm) Tinggi/Tebal (mm) Substrat 1 Substrat 2 Patch Saluran Pencatu Aperture Couple 74 74 52 3 46 69,5 69,5 41 1,9 3 18 0,5 0,2 0,2 1,9

3.6.2 Pembuatan model Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Sebelum melakukan pembuatan antena mikrostrip patch segiempat ini, terlebih dahulu dilakukan pemilihan solusi penyelesaian, dengan cara dipilih HFSS kemudian Solution type lalu dipilih Driven Modal. Kemudian dilakukan pengaturan satuan dengan cara pilih Unit lalu pilih mm. Selanjutnya dilakukan

pengisian parameter untuk memudahkan proses pemodelan. Untuk mengisi parameter tersebut pilih HFSS kemudian Design Properties.

3.6.2.1 Memulai HFSS V 10.0

Pertama double-click di HFSS V 10.0 di desktop window sehingga

Gambar 3.9 Tampilan awal HFSS

Lalu klik kanan pada Project manager kemudian dipilih Save As pada sub menu tersebut sehingga tampilan akan menjadi seperti Gambar 3.10

Gambar 3.10Menu save as

3.6.2.2 Memodelkan Substrat

Untuk membuat substrate, pada item Draw pilih box atau dengan

langsung memilih draw Box pada toolbar kemudian data diisi seperti pada Gambar 3.11 dengan memilih bahan FR4- epoxy kemudian mengganti nama box

tersebut dengan Substrate.

Gambar 3.11Tab attribute pada Substrat

Setelah itu pada tab Command pada bagian Position diberi nilai 0mm, 0mm, 4.7mm. Pada bagian Xsize diberi nilai 69, 5mm, Ysize 74 dan pada Zsize ditulis 1.5mm seperti pada Gambar 3.12

Gambar 3.12Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate

Dengan nilai kordinat seperti pada Tabel 3.3

Tabel 3.3Data Substrate

Starting Point (mm) Full Lenght (mm)

x=0 dx = 69,5

y= 0 dy = 74

z= 0 dz = 1.5

3.6.2.3 Memodelkan Patch

Tahapan setelah setelah perancangan Substrate adalah patch. Adapun

langkah-langkah memodelkan elemen tersebut adalah: 1. Pilih Draw lalu pilih Box

2. Pada Property Window terdapat 2 (dua) buah tab Attribute dan tab Command. Pada tab Attribute, bagian Name diisi dengan nama patch,

pada bagian Material diganti bahan vaccum menjadi Cooper seperti

Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab Attribute

3. Pada tab Command, bagian Position diisi nilai 11,11,62 (mm), Xsize diisi

nilai 41, Ysize 52 (mm), dan Zsize 0.2 (mm) seperti pada Gambar 3.14.

Dengan nilai koordinat seperti pada table 3.4 Tabel 3.4 Data Patch

Starting Point (mm) Full Lenght (mm)

x = 11 dx = 41

y = 11 dy = 52

z = 62 dz = 0.2

3.6.3 Memodelkan Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Adapun Langkah-langkah untuk merancang saluran pencatu adalah sebagai berikut.

1. Pilih menu 3D modeler kemudian Grid Plane lalu pilih YZ. 2. Selanjutnya pilih menu Draw kemudian Rectangle.

3. Kemudian akan muncul Property Window yang terdiri dari 2 buah tab.

Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama saluran pencatu. Kemudian pada tab Command, dimasukkan pada bagian Position, diisi nilai

69.5,35.5,0 (mm), dan pada Xsize diisi dengan nilai 3 mm, selanjutnya Ysize dengan nilai 1.9mm seperti pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Memodelkan Saluran Pencatu

Setelah itu nilai koordinat dimasukan seperti pada Gambar 3.16

Gambar 3.16Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu Dengan nilai koordinat seperti pada table 3.5

Tabel 3.5 Data Saluran Pencatu

Starting Point (mm) Full Length (mm)

Axix X

Xsize dx = 3

3.6.4 Memodelkan Slot aperture

Pada konfigurasi teknik pencatuan aperture coupled, pengkopelan dari

saluran pencatu (feed-line) ke patch melalui sebuah aperture kecil yang berupa

slot pada bidang pertanahan. Bentuk, ukuran, dan lokasi penempatan slot aperture

dapat mempengaruhi pengkopelan dari saluran pencatu ke patch, dan umumnya slot aperture ditempatkan di tengah bawah dari patch. Langkah-langkah perancangan slot aperture adalah:

1. Dipilih menu Draw lalu dipilih Box.

2. Kemudian akan muncul kotak Property Window. Terdiri dari 2 buah tab. Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama elemen. Bagian material

diganti dari vaccum menjadi copper. seperti pada Gambar 3.18.

Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture

3. Pada tab Command, diberi nilai pada Position yaitu 23.5,35.5,0. (mm) dan

Xsizenya 46mm,Ysizenya 3 mm dan Zsizenya 0.2 mm seperti pada Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab Command

3.6.5 Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries)

Ruang batasan disini dimaksud berupa hampa udara dan pada pemodelan ini menggunakan ruang udara. Langkah-langkah perancangan ruang batasan ini adalah :

1. Dipilih menu Draw, selanjutnya dipilih Createbox.

2. Kemudian akan muncul kotak Property Window. Terdiri dari 2 buah tab.

Pada tab Attribute, bagian name diberi nama udara. Bagian material diganti dari vaccum menjadi air. Diatur besarnya Transparent dengan nilai

Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab attribute.

3. Pada tab Command, diberi nilai pada position yaitu -2,-2,-1.8 (mm) dan X sizenya 74 mm, Y sizenya 80 mm, dan Z sizenya 12 mm seperti pada Gambar 3.20

Gambar 3.20 Koordinat ruang batasan pada tab Command

3.7 Hasil perancangan

Hasil akhir dari perancangan simulasi diatas akan menghasilkan sebuah bangunan antena mikrostrip patch segiempat yang telah kompleks, ditunjukkan

Gambar 3.21 Hasil Rancangan Antena mikrostrip patch segiempat

3.8 Proses Validation Check

Setelah antena mikrostrip patch segiempat dimodelkan maka dilakukan proses validation check. Didalam proses Validation Check akan diperiksa

kebenaran bentuk model antena, ruang batasan, dan lainnya. Apabila terdapat kesalahan, maka proses selanjutnya tidak dapat dilanjutkan.

Langkah selanjutnya adalah menganalisis model antena yang dibuat. Untuk menjalankan simulasi dari model yang dibuat, yaitu dengan cara dipilih menu HFSS lalu dipilih Add Solution Setup, maka akan muncul Window Solution Setup. Pada Setup Name diberi nama Setup1, lalu pada bagian Solution Frequency

dimasukkan nilai 2.35 GHz, kemudian dimasukkan nilai 20 pada Maximum Number of Passes seperti pada Gambar 3.22.

Gambar 3.22 Nilai Solusi frekuensi yang diinginkan

Setelah dimasukkan nilai frekuensi yang diinginkan, kemudian dipilih OK,

ini adalah Setup1. Langkah selanjutnya adalah mengatur nilai awal dan akhir frekuensi. Pembatasan nilai frekuensi ini bertujuan untuk membatasi rentang frekuensi antena agar lebih mudah dalam menganalisa. Untuk membatasi nilai tersebut dilakukan dengan cara memilih menu HFSS lalu Analisys Setup

kemudian Add Sweep.

Selanjutnya dipilih Setup1 kemudian pilih OK. Setelah proses ini, maka pilih Edit window Sweep, kemudian dipilih Fast pada bagian Sweep Type, lalu

pada bagian Frequency Setup Type dipilih Linear Count. Frequency Start diatur

pada 2,3 GHz dan Stop pada 2,5 GHz seperti pada Gambar 3.23.

Gambar 3.23 Pengaturan nilai awal dan akhir frekuensi

Lalu kemudian dipilh OK. Selanjutnya model yang telah dibuat akan dianalisis, ini bertujuan untuk mengetahui apakah model yang telah dibuat telah benar atau tidak. Langkah untuk menganalisa model ini dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Validation Check. Ada beberapa hal yang akan di-check

untuk menandakan semua model yang dibuat telah benar dan dapat dilanjutkan untuk dianalisa hasilnya. Jika semua check list berwarna hijau , maka model yang dibuat telah benar. Jika semua check list telah benar semua, maka model antena

yang telah dibuat telah benar. Gambar 3.24 menunjukkan tidak terjadi kesalahan pada antena yang dimodelkan dapat dibuktikan dari hasil Validation Check yang

telah benar.

Gambar 3.24 Validation check tidak terdapat kesalahan

Jika terdapat error (kesalahan) dalam pengecekan tersebut, maka langkah selanjutnya tidak dapat dilanjutkan. Setelah melewati Validation Check, langkah

selanjutnya adalah menganalisa keseluruhan semua model yang telah dibuat. Untuk menganalisa keseluruhan model ini dengan cara memilih HFSS kemudian dipilih Analize All. Proses Analize All akan berlangsung lebih dari 30 menit.

3.9 Menampilkan Hasil Simulasi

Setelah proses analisa tersebut telah selesai, maka dapat ditampilkan hal yang ingin dibuktikan. Dalam Tugas Akhir ini akan ditampilkan gain, grafik VSWR.

3.9.1 Gain

Untuk menampilkan Gain, langkahnya adalah dengan memilih menu

HFSS kemudian dipilih Result lalu dipilih Create Report. Pada Report type diatur

OK. Lalu muncul Window Trace, pada Solution diatur menjadi Setup1 : Last Adaptive kemudian pada Geometry dipilih Infinite Sphere1. Selanjutnya pada tab

Y, diatur Category menjadi Gain Total dan Function menjadi dB, seperti pada Gambar 3.25.

Gambar 3.25 Pengaturan Window Traces untuk Gain

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian Done. Maka akan muncul Tabel Gain. 3.9.2 VSWR

Untuk menampilkan grafik VSWR, langkahnya adalah dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Result, lalu dipilih Create Report. Pada Report Type

diatur menjadi Modal Solution Data dan pada Display Set menjadi Rectangular Plot, lalu dipilih OK. Maka akan muncul Window Trace, pada bagian Solution

diatur menjadi Setup1:Sweep1. Kemudian pada tab Y diatur Category menjadi VSWR, selanjutnya pada bagian quantity menjadi VSWR(lumpport1) seperti pada

Gambar 3.26 Pengaturan Window Traces untuk VSWR

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian dipilih Done. Maka akan muncul

BAB IV

ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA

MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT

4.1 Hasil Simulasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Pada bagian ini akan dibahas hasil simulasi dari dimensi antena yang dimodelkan. Telah disebutkan diatas bahwa antena rancangan ini bekerja pada frekuensi 2,35 GHz, dan ada beberapa karakteristik dari antena yang di modelkan untuk mempermudah memperoleh simulasi yang optimal.

Setelah dilakukan simulasi menggunakan perangkat lunak ansoft HFSS v 10.0 maka dihasilkan nilai VSWR dan gain seperti yang ada di dalam Tabel 4.1

dibawah ini :

Gambar 4.1 Grafik VSWR Hasil Simulasi antena mikrostrip patch

segiempat yang dimodelkan.

Dari Gambar 4.1 diatas, Grafik VSWR nilai yang diperoleh dapat dilihat pada frekuensi kerjanya atau frekuensi tengah antenanya 2,35 GHz adalah 1,30. Sedangkan pada frekuensi 2,3 GHz terlihat VSWR nya 1,19 dan VSWR nya

terlihat menaik pada frekuensi 2,4 GHz sebesar 1,45. Hasilnya telah memenuhi karena VSWR simulasi berada dibawah VSWR data pabrikan, yaitu ≤2.

Tabel 4.1 Gain Hasil Simulasi

Dari Tabel 4.1 yang ditunjukkan, dapat dilihat bahwa pencapaian gain tertinggi

dari hasil simulasi model antena yang dibuat adalah sebesar 1.354407 dBi pada posisi 360 derajat.

4.2VSWR Untuk Boundaries Yang Berubah-ubah

Dalam usaha untuk memperoleh suatu spesifikasi antena yang diinginkan dibutuhkan percobaan secara berulang-ulang dalam iterasi ukuran dimensi antena salah satu bagian secara bergantian dengan variabel dimensi bagian yang lain tetap.. iterasi-iterasi tersebut diuraikan sebagai berikut :

1. Iterasi Boundaries terhadap Zsize

pada modifikasi boundaries dicoba untuk mengubah ukuran Zsize yaitu ukuran tinggi(tebal), dimana ukuran Xsize dan Ysize pada

boundaries tetap. Hasil iterasi Boundaries dapat ditunjukkan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Hasil simulasi dimensi Xsize Boundaries diubah dengan radius 10 mm.

Zsize Ysize Xsize Nilai VSWR Pada Frekuensi 2,3 GHz 2,35 GHz 2,4 GHz

12 80 74 1,64 1,30 1,47

22 80 74 1,43 1,27 1,50

32 80 74 1,66 1,52 1,51

42 80 74 1,19 1,30 1,45

52 80 74 1,50 1,64 1,50

Pada Tabel 4.2 menunjukkan perubahan ukuran Xsize dengan radius 10 mm yaitu,12mm,22mm,32mm,42mm,dan 52mm, dan Ysize tetap 80mm dan Xsize tetap 74 mm menghasilkan VSWR yang baik pada tiap-tiap ukuran tinggi(tebal) boundaries.

2. Iterasi Boundaries terhadap Xsize

Pada modifikasi boundaries diubah ukuran Xsize yaitu ukuran

Panjang, dimana ukuran Ysize dan Zsize pada boundaries tetap. Hasil iterasi Boundaries dapat ditunjukkan pada table 4.3.

Tabel 4.3 Hasil simulasi dimensi Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm dan Ysize atau panjang terhadap koordinat sumbu Y tetap.

Zsize Ysize Xsize Nilai VSWR Pada Frekuensi 2,3 GHz 2,35 GHz 2,4 GHz

12 80 74 1,19 1,30 1,47

12 80 84 1,20 1,30 1,47

12 80 94 1,15 1,24 1,40

12 80 104 1,18 1,28 1,44

12 80 114 1,18 1,26 1,41

Pada Tabel 4.3 menunjukan perubahan ukuran Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm yaitu 74 mm, 84 mm, 94 mm, 104 mm,

114 mm, Y size dan Zsize tetap menghasilkan VSWR yang paling baik pada ukuran lebar boundaries 74 mm.

4.3 Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Patch segiempat Secara teori

Setelah semua langkah perancangan dilakukan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10.0 dan telah disimulasikan, maka didapat parameter yang diinginkan pada Tugas Akhir ini antara lain besar nilai VSWR dan Gain,

dilakukanlah perhitungan parameter antena secara teori.

Perhitungan ini menggunakan frekuensi kerja 2,35 GHz . Dan Perhitungan antena mikrostrip patch segi empat ini telah dijelaskan pada Bab 2, dimana frekuensi kerjanya 2,35 GHz. Sebelum melakukan perhitungan VSWR dan Gain,

dilakukan pencarian impedansi beban dengan menggunakan persamaan 2.1 sampai Persamaan 2.4 , hasilnya sebagai berikut.

�₀

=

=

=

0,127659 m = 128mm

Setelah nilai panjang gelombang di ruang bebas diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi dan impedansi dengan Persamaan sebagai berikut.

= 0,06592 x 1,1211 cm = 0,07390 cm = 73,90 mm

maka, dimana,

mm Maka Impedansi beban adalah:

Dari nilai impedansi beban diatas maka dicari koefisien refleksi (_�) dengan menggunakan Persamaan 2.8 dan hasilnya adalah sebagai berikut.

Selanjutnya dari nilai koefisien diatas maka dicari VSWR secara teori dengan menggunakan Persamaan 2.9. dan adapun hasilnya sebagai berikut.

Adapun besar gain yang diperoleh dari antena mikrostrip patch segiempat secara perhitungan dengan menggunakan persamaan yang ada di bab 2, namun terlebih dahulu harus dihitung pengarahan (directivity) dari antena inu. Untuk

mencari directivity dari antena mikrostrip patch segiempat dapat digunakan persamaan 2.7 dan 2.8.

dB

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.

dB

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

dB

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

dB

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

dBi

Dari perhitungan antena secara teori telah didapatkan hasil parameter-parameter dari Antena Mikrostrip patch Segiempat, yaitu perolehan untuk Gain sebesar 5,98 dBi, dan VSWR sebesar 1,898.0

4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi dengan Perhitungan Secara Teori Tabel 4.4 memperlihatkan perbandingan antara nilai parameter yang dibutuhkan pada spesifikasi antena yang telah disimulasikan dengan nilai perhitungan secara teori yang telah dicapai.

Tabel 4.4 Perbandingan hasil simulasi dengan hasil perhitungan secara teori PARAMETER

ANTENA

NILAI

Spesifikasi Pabrikan Simulasi Teori

Frekuensi Kerja (GHz) (2,3GHz-2,4GHz) 2,35 GHz 2,35 GHz

VSWR 1,058 1,30 1,89856

Gain (dBi) 6,428 dBi 1,354407 dBi 5,98 dBi

Dari tabel 4.4, dapat diketahui bahwa antena mikrostrip patch segi empat dengan teknik pencatuan aperture couple yang dirancang pada Tugas Akhir ini telah mampu memenuhi pencapaian parameter yang diinginkan. Pada saat simulasi , nilai VSWR sebesar 1,30 dan secara teori 1,89856 telah memenuhi hasil pencapaian parameter yang diinginkan. Diketahui sebelumnya bahwa nilai VSWR 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 sesuai pabrikasi adalah saat nilai VSWR ≤ 2. Nilai VSWR yang didapatkan dari simulasi disebabkan perubahan yang terjadi pada dimensi patch, aperture slot dan saluran pencatu. Pada gain, hasil yang didapatkan pada saat simulasi adalah sebesar 1,354407 dBi sedangkan gain dari pabrikan yaitu 6,428 dBi, dan beda selisih 5,073593 dBi dari hasil pabrikasi. Hal ini disebabkan karena simulasi masih kurang teliti dan tidak memperhitungkan

tingkat temperatur dan kelembapan udara, tetapi pada saat pengukuran pabrikan temperatur dan tingkat kelembapan berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara yang dapat mempengaruhi gain, Sedangkan pada perhitungan secara teori didapatkan gain sebesar 5,98 dBi sedangkan gain dari pabrikan yaitu 6,428 dBi, dan hanya berbeda 0,448 dari hasil pabrikasi dan sudah mendekati nilai yang bagus untuk gain dalam keadaan sempurna.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas akhir ini telah dirancang antena mikrostrip mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan aperture couple untuk aplikasi WiMAX 2,35 GHz. Dari hasil perancangan, simulasi, dan pengukuran diperoleh kesimpulan, yaitu :

1. Antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2,35 GHz. Teknik pencatuan yang digunakan adalah teknik pencatuan aperture coupled, teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung (elektromagnetik coupling).

2. Keuntungan Menggunakan teknik aperture coupled adalah tidak ada kontak langsung antara patch antena dengan feed line, hal ini disebabkan karena pada aperture struktur pabrikasinya menggunakan dua atau lebih substrate.

3. Antena mikrostrip patch segiempat pada umumnya memiliki nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah saat nilai VSWR ≤ 2. Hasil VSWR simulasi adalah 1.30 sudah dapat memenuhi pencapaian spesifikasi antena mikrostrip patch segiempat , untuk gainnya didapat hasil simulasi adalah 1,354407 dBi dan gain yang dianggap masih baik adalah saat nilai gainnya ≥ 2, hal ini disebabkan alat penguji yang digunakan pada pabrikasi lebih canggih dan bagus ketelitiannya.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan setelah melaksanakan Tugas akhir ini adalah :

1. Dapat dikembangkan untuk simulasi, atau rancang bangun antena mikrostrip dengan bentuk yang lain, seperti lingkaran, dan segitiga sama sisi.

2. Dapat dikembangkan untuk simulasi pemodelan dan rancang bangun antena mikrostrip dengan metode penyambungan selain aperture coupled.

3. Pada Tugas akhr ini parameter yang dilakukan penelitian hanya gain dan VSWR, Sebaiknya dilakukan pengembangan dengan menambah parameter-parameter lain untuk penelitian selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Indani, Wira. 2012. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Teknik Planar Array untuk Aplikasi Wireless-LAN. Medan : Universitas Sumatera Utara.

[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] Putra, Ornal. 2012. Simulasi Model antena yagi Untuk Aplikasi 3G Menggunakan Simulator Ansoft HFSS V10.0. Medan : Universitas Sumatera Utara.