Aplikasi Ansoft HFSS v10.0 Perhitungan Indoor Ceiling Mount Antenna secara teori

3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0

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

3.5 Spesifikasi Model Indoor Ceiling Mount Antenna sebagai Penguat Sinyal

Wi-Fi Pada Gambar 3.7 menunjukkan bentuk antena dan pada Tabel 3.1 menunjukkan spesifikasi dari antena Ceiling Indoor sebagai penguat sinyal Wi-Fi. Antena ini menyerupai lampu, yang bahan luarnya terbuat dari plastik dan bagian dalam antena terbuat dari aluminium dan juga tembaga pada waveguidenya. Gambar 3.7 Antena Indoor Ceiling Tabel 3.1 Spesifikasi antena Ceiling Indoor sebagai Penguat Sinyal Wi-Fi Electrical Specifications : Freq.Range MHz 1710 – 2500 Polarization Vertikal Half-Power Horizontal Beamwidth º 360 Electrical Down Tilt º 30 Gain dBi 4 VSWR ≤ 1,5 Impedance Ω 50 Maximum Input Power W 100 Ligthning Protection Direct ground Mechanical Spesifications : Connector Type N-Female Antenna Weigth kg 0,5 Weigth of Fixing Kits 0,1 Operating Temprature ºC -55 – 65 Material : Material Aluminium Alloy Installation Kits Plastic

3.5.1 Karakteristik Antena

Pada rancangan model antena ini, diinginkan mampu bekerja pada frekuensi 1710 MHz-2500 MHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya pada saat simulasi adalah 1710 MHz-2500 MHz 1,71 GHz-2,5 GHz dengan frekuensi tengahnya 2,105 GHz. Frekuensi tengah resonansi inilah yang selanjutnya akan menentukan parameter- parameter lainnya pada saat simulasi, seperti dimensi reflektor dan elemen antena, serta lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi tersebut diharapkan antena memiliki atau mendekati parameter VSWR ≤1,5 dan gain 4 dBi.

3.6 Perancangan Model Indoor Ceiling Mount Antenna

Perancangan model Indoor Ceiling Mount Antenna pada simulator Ansoft terdiri atas beberapa tahapan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Pembuatan Model Antena Pengaturan Nilai Saluran Pencatu Pengaturan Boundaries Menentukan Arah Pancaran Antena Analisis Model Hasil Apakah sesuai dengan Hasil yang diinginkan ? Kesimpulan Selesai Tidak ya Mulai mengukur dimensi antena dan menentukan frekuensi kerja,VSWR,gain Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan Indoor Ceiling Mount Antenna

3.6.1 Parameter Pemodelan

Model Indoor Ceiling Mount Antenna yang akan dimodelkan memiliki tinggi dan diameter elemen yang ditunjukkan pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Parameter Indoor Ceiling Mount Antenna Nama Elemen Tinggi cm Diameter Atas cm Diameter Bawah cm Reflektor Cone_1 Cone_2 Cone_3 Cylinder_1 0,12 6 3,82 1,3 0,7 18 10,11 4 0,5 0.6 18 0,5 10.11 0,5 0,6

3.6.2 Pembuatan Model Indoor Ceiling Mount Antenna

Sebelum melakukan pembuatan antena Ceiling Indoor 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 cm. Selanjutnya dilakukan pengisian parameter untuk memudahkan proses pemodelan. Untuk mengisi parameter tersebut pilih HFSS kemudian Design Properties. Pilih add untuk memasukkan nilai parameter dapat dilihat pada Gambar 3.9. Gambar 3.9 Variabel Pemodelan Indoor Ceiling Mount Antenna

3.6.2.1 Memodelkan Reflektor

Reflektor merupakan elemen yang terpanjang diantara elemen-elemen yang lain. Adapun langkah memodelkan reflektor adalah: a. Pilih menu Draw lalu Cylinder. b. Kemudian akan muncul Property Windows. Pada tab Attribute, diberi nama reflector pada bagian Name, lalu pada bagian Material ganti menjadi aluminum seperti pada Gambar 3.10. Gambar 3.10 Tab Attribute pada reflektor c. Pada tab Command pada bagian Center Position diberi nilai 0cm, 0cm, 0cm. Pada bagian Radius diberi nilai reflektor2, dan pada Height ditulis 0.12 cm seperti pada Gambar 3.11. Gambar 3.11 Koordinat Reflektor

3.6.2.2 Memodelkan Driven Elemen

Indoor Ceiling Mount Antenna ini memiliki 3 driven elemen, yaitu Cone_1, Cone_2, Cone_3. Adapun langkah-langkah memodelkan elemen tersebut adalah: a. Pilih Draw lalu pilih Cone b. Pada Property Window terdapat 2 dua buah tab Attribute dan tab Command. Pada tab Attribute, bagian Name diisi dengan nama Cone_1, pada bagian Material diganti bahan vaccum menjadi Aluminum seperti Gambar 3.12. Gambar 3.12 Pemberian nilai Driven Elemen pada tab Attribute c. Pada tab Command, bagian Center, Position diisi nilai 0,0,0.7 cm, UpperRadius diisi nilai 10.112, Lower Radius 0.52 cm, dan Height 62 cm seperti pada Gambar 3.13. Gambar 3.13 Koordinat Driven Elemen 1 d. Untuk elemen lainnya seperti driven elemen 2, driven elemen 3, dilakukan cara yang sama kecuali driven elemen 3, materialnya diubah menjadi copper dan dilakukan cara yang sama tetapi dengan nama dan jarak yang berbeda. Jarak antar driven elemennya dapat dilihat pada Tabel 3.2 sebelumnya.

3.6.3 Perancangan Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Saluran pencatu ini diletakkan diantara reflektor dan elemen pertama Langkah-langkah untuk merancang saluran pencatu adalah sebagai berikut. a. Pilih menu 3D modeler kemudian Grid Plane lalu pilih YZ. b. Selanjutnya pilih menu Draw kemudian Rectangle. c. Kemudian akan muncul Property Window yang terdiri dari 2 buah tab. Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama Rectangle_1. Kemudian pada tab Command, dimasukkan pada bagian Position, diisi nilai 0,-0.25,0 cm, dan pada Ysize diisi dengan nilai 0.62 cm, selanjutnya Zsize dengan nilai 0.7 cm seperti pada Gambar 3.14. Gambar 3.14 Koordinat Saluran Pencatu d. Selanjutnya pada Project Manager pilih Excitation, klik kanan pada bagian tersebut kemudian dipilih Assign lalu Lumped Port, kemudian dimasukkan nilai pada Resistance sebesar 50 Ohm, seperti Gambar 3.15. Gambar 3.15 Nilai Resistansi pada Saluran pencatu e. Kemudian dipilih Next dan dipilih New Line seperti pada Gambar 3.16. Gambar 3.16 Saluran Pencatu Pada Driven Elemen f. Selanjutnya tarik arah garis pada persegi yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.17. Gambar 3.17 Arah garis pada Saluran Pencatu

3.6.4 Perancangan Ruang Batasan Boundaries

Boundaries atau ruang batasan ini dibuat untuk mendapatkan hasil pola radiasi yang maksimal. Ruang batasan juga diibaratkan medium penghantaran sinyal seperti udara ataupun hampa udara. Pada pemodelan ini menggunakan ruang udara. Langkah-langkah perancangan ruang batasan ini adalah: a. Dipilih menu Draw lalu dipilih Cylinder. b. 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 0,8, seperti pada Gambar 3.18. Gambar 3.18 Koodinat ruang batasan pada tab Attibute c. Pada tab Command, diberi nilai pada Position yaitu 0,0,-0.15 cm dan Radiusnya 18 cm, dan Heightnya 6 cm seperti pada Gambar 3.19. Gambar 3.19 Koordinat ruang batasan pada tab Command d. Selanjutnya pada menu HFSS dipilih Boundaries, lalu dipilih Assign dan terakhir pilih Radiation.

3.6.5 Menentukan Arah Pancaran

Fungsi dari Arah pancaran disini adalah untuk mengetahui bentuk pancaran dari Indoor Ceiling Mount Antenna yang dimodelkan. Untuk menentukan arah pancaran tersebut terdapat beberapa langkah-langkah, yaitu: a. Dipilih menu HFSS, selanjutnya dipilih Radiation kemudian Insert Far FieldSetup lalu Infinite Sphere. b. Diatur nilai sudut pancaran pada Phi dan Theta. Pada Phi diisi nilai Start dengan 0 deg, Stop dengan nilai 360 deg, dan Stop size dengan 90 deg. Pada Theta dimasukkan nilai seperti pada gambar 3.20. Gambar 3.20 Nilai Sudut Pancaran Hasil akhir dari perancangan simulasi diatas akan menghasilkan sebuah bangunan antena Ceiling Indoor yang telah kompleks, ditunjukkan seperti gambar 3.21 dibawah ini. Gambar 3.21 Hasil Rancangan Antena Ceiling Indoor

3.7 Perhitungan Indoor Ceiling Mount Antenna 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. Untuk melakukan perhitungan VSWR dan gain secara teori maka ada beberapa parameter antena yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13, yaitu : a. Diameter corong antena yang lebih luas atau B 1 10,11 cm b. Jari-jari tengah corong antena B 2 2 cm c. Jarak dari bidang Waveguide ke corong antena B 1 3,5 cm Sebelum melakukan perhitungan VSWR dan gain secara teori, maka dilakukan pencarian panjang gelombang di ruang bebas secara teori dengan menggunakan Persamaan 2.1, hasilnya sebagai berikut. � = � 1 2 2. � = 0,1011 2 m 2.0,035 m = 0,01022121 m 0,07 m = 0,146017285 m = 14,6 mm Keterangan : � 1 = Parameter dari antena yaitu diameter bidang corong antena yang paling luas untuk perhitungan secara teori R = Parameter dari antena yaitu Jarak dari bidang Waveguide ke corong antena B 1 Setelah didapatkan panjang gelombang di ruang bebas, maka dilakukanlah pencarian frekuensi kerja antena secara teori dengan menggunakan Persamaan 2.2, sebagai berikut ini. � = � � = 3 �10 8 0,146017285 m = 20,54551281 �10 8 = 2,054. 10 9 Setelah nilai frekuensi kerja secara teori diperoleh, maka dihitung panjang gelombang pada saluran transmisi dengan Persamaan 2.3 sebagai berikut. ∆� = λ₀ √� � = 14,6 √9,8 = 4,664536741 m = 4,6 mm dan untuk mencari impedansi masukannya menggunakan Persamaan 2.4 berikut ini. � � = 50 ∆� � dimana, � = � 2 �� � ��+1 2 � = � 2. ��. �� �+1 2 = 3. 10 8 2. 2,054 �10 9 . �9,8+1 2 = 0,031751407 m = 3,17 mm Maka impedansi beban adalah: � � = 50 ∆� � = 50 4,6 3,17 = 72,55520505 Ω Dari nilai impedansi beban diatas maka dicari koefisien refleksi � dengan menggunakan Persamaan 2.8, dan hasilnya adalah sebagai berikut. � = � � −� � � � + � � = 72,55520505 −50 72,555520505 +50 = 0,184041184 Ω Selanjutnya dari nilai koefisien diatas maka dicari VSWR secara teori dengan menggunakan Persamaan 2.9, dan adapun hasilnya sebagai berikut. ���� = 1 + | �| 1 − |�| ���� = 1 + |0,184041184| 1 − |0,184041184| = 1,184041184 0,815458816 = 1,451493848 Sedangkan untuk pencarian direktivitas, yaitu dengan cara menggunakan Persamaan 4.0, dan hasilnya sebagai berikut. � � �� = 10 ��� 10 �� �� 4 � � 2 �. � 2 � � � �� = 10 ��� 10 �70 4.3,14 14,6 2 3,14. 2 2 � = 10 �0,7 12,56 213,16 12,56 � = 10[0,7.0,058922874.12,56] = 5,180499156 Keterangan : a = Parameter dari antena yaitu jari-jari tengah bidang corong antena B 2 Setelah direktivitas didapatkan, maka dilakukanlah pencarian untuk gain dengan menggunakan Persamaan 3.7 , dan hasilnya sebagai berikut ini. � = е. � 100 = 70 � 5,180499156 100 = 3,62634949409 dBi Dari perhitungan antena secara teori telah didapatkan hasil parameter- parameter dari Indoor Ceiling Mount Antenna, yaitu perolehan untuk gain sebesar 3,62634949409 dBi dan VSWR sebesar 1,451493848.

BAB 4 ANALISIS SIMULASI MODEL INDOOR CEILING MOUNT

ANTENNA

4.1 Umum

Pada Bab ini akan ditampilkan hasil simulasi dari model indoor ceiling mount antenna untuk aplikasi penguat sinyal wireless yang dirancang pada bab sebelumnya. Adapun hasil yang akan dibahas adalah gain dan VSWR.

4.2 Proses Validation Check

Didalam proses Validation Check akan diperiksa kebenaran bentuk model antena, radiasi, 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 2.105 GHz, kemudian dimasukkan nilai 20 pada Maximum Number of Passes seperti pada Gambar 4.1.