Analisa Antena Dipole- /2 Pada Modul Praktikum B4520 Menggunakan Simulator Ansoft Hfss Versi 10.0 Dan Cst Microwave Studio 2010

“ANALISA ANTEN

B4520 MEN

VERSI 10.

M

DEP

UN

TUGAS AKHIR

NTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL

ENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOF

10.0 DAN CST MICROWAVE STUDI

Oleh:

MUHAMMAD RUMI RAMADHAN

080402057

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

L PRAKTIKUM

SOFT HFSS

DIO 2010

“

N

TRO

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

ANALISA ANTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL PRAKTIKUM B4520 MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS

VERSI 10.0 DAN CST MICROWAVE STUDIO 2010

Oleh :

NAMA : MUHAMMAD RUMI RAMADHAN

NIM : 08 0402 057

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelarSarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 27 bulan Juli tahun 2013 di depan penguji

1) Ali Hanafiah Rambe, ST,MT : Ketua Penguji 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji

Diketahui oleh : Disetujui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si Ir. Arman Sani, MT

ABSTRAK

Untuk mengetahui parameter suatu antena diperlukan analisis yang didasarkan pada berbagai macam asumsi yang bisa diterima secara praktis. Saat ini terdapat sejumlah perangkat lunak yang dapat membantu analisa dalam perancangan antena yang diinginkan. Masing-masing perangkat lunak tersebut menggunakan formulasi pendekatan yang berbeda-beda yang sekaligus menjadi kelebihan masing-masingnya.

Dalam Tugas Akhir ini dianalisa Antena Dipole- /2 pada modul praktikum Antenna Trainer B4520 yang dimiliki oleh Laboratorium Sistem Komunikasi Radio (Lab. Antena dan Propagasi). Analisa menggunakan perangkat lunak Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) v10 dengan Computer Simulation Technology(CST)Microwave Studio 2010 dengan mengacu pada nilai parameter antena yang tercantum pada dokumen spesifikasi dan pengukuran langsung di laboratorium.

Dari hasil simulasi diperoleh nilai Gain dan pengarahan yaitu 2.115 dB dB dan 2.122 dB dengan menggunakan simulator CST dengan lama waktu simulasi 12 menit 56 detik. Sedangkan perangkat lunak HFSS 2.509999 dB dan 2.431961 dB dengan lama waktu simulasi 5 menit 14 detik.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah

memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan,

halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat

beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad

S.A.W.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

ayahanda Drs.H.Busra SH.MH dan ibunda Eldawati, S.Pd, serta kakanda Yulia

Fadilah, drg, Sukma Faizah, SKM dan Ika Andryas,drg yang senantiasa

mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“ANALISA ANTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL PRAKTIKUM B4520 MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS VERSI 10.0 DAN

CST MICROWAVE STUDIO 2010“

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Bapak Ir.Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir saya,

Akhir ini dan telah menjadi sosok inspirasi dalam kehidupan

perkuliahan penulis selama ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT

selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis

dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

4. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro : Habibi, Dina, Aulia, Syukur,

Harmoko, Rhivki, Pindo, Rama, Rizal, Razi, Aji, Siska, Dian, Ihsan,

Uki, Parlin, Ikbal, Muklis, Ari, Eka Rahmat, Edi, Eka, Rasyid, dan

segenap angkatan ’08 yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu,

semoga silaturahmi kita terus terjaga.

5. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio DTE USU.

6. Senior dan junior : Bg Roy, Bg Arif, Bg Komeni, Bg Ryan, Bg Fajar,

Bg Hirzi, Kak Fitri, Haditia, Teguh, Arif, serta semua senior dan junior

yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini.

7. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali

pembelajaran.

8. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik

dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan

tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini

bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Mei 2013 Penulis

M.Rumi Ramadhan NIM. 080402027

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

I. PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan Penulisan... 2

1.4 Batasan Masalah... 2

1.5 Metode Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan... 3

II. TEORI DASAR ... 6

2.1 Umum... 6

2.2 Gelombang Elektromagnetik... 7

2.3 Pengertian Antena ... 8

2.4 Parameter Karakteristik Antena ... 8

2.4.1 Direktivitas Antena ... 9

2.4.2 GainAntena ... 9

2.4.3 Pola Radiasi Antena ... 11

2.4.4 Polarisasi Antena... 11

2.4.6 BandwidthAntena... 15

2.4.7 Impedansi Antena... 16

2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) ... 17

2.5 Antena Isotropis ... 19

2.6 AntenaDirectional... 20

2.6.1 AntenaUnidirectional... 20

2.6.2 AntenaOmnidirectional... 21

2.7 Antena Dipole - /2... 22

2.8 Komponen pada Antena Dipole- /2 ... 23

2.8.1 Panjang Antena Dipole- /2 ... 24

2.8.2 Bahan Antena Dipole- /2... 24

2.9 Parameter Antena Dipole - /2... 25

2.10 Pola Radiasi Antena Dipole ... 28

2.11 Aplikasi Metoda Numerik pada Antena... 31

III. SIMULATOR DAN SUMBER DATA... 37

3.1 Umum... 37

3.2 HFSS ... 38

3.2.1 Instalasi Ansoft HFSS ... 38

3.2.2 Cara Kerja Ansoft HFSS ... 40

3.2.3 Perancangan Dasar Model pada Ansoft HFSS... 41

3.2.4 Aplikasi Ansoft HFSS ... 46

3.3 CST Microwave Studio... 47

3.3.1 Instalasi CST Microwave Studio... 47

3.3.3 Perancangan Dasar Model pada CST Microwave

Studio... 50

3.3.4 Aplikasi CST Microwave Studio ... 55

3.4 Antena Dipole Modul B4520Antenna Trainer... 55

3.4.1 Modul B4520Antenna Trainer... 56

3.4.2 Antena Dipole- /2 Modul B4520... 58

IV. DATA DAN ANALISA... 63

4.1 Prosedur Analisa ... 63

4.2 Blok Diagram Pengukuran... 64

4.3 Hasil Pengukuran ... 67

4.4 Spesifikasi Komputer Simulasi danSetting Simulator Antena... 69

4.5 Simulator Ansoft HFSS v.10 ... 70

4.6 Simulator CST Microwave Studio 2010 ... 75

4.7 Analisa Antena Dipole- /2 menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010 ... 80

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 83

5.1 Kesimpulan ... 83

5.2 Saran... 83

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 8

Gambar 2.2 Pola Radiasi AntenaDirectional... 11

Gambar 2.3 Polarisasi Linier ... 12

Gambar 2.4 Polarisasi Eliptis... 13

Gambar 2.5 Polarisasi Circular ... 14

Gambar 2.6 BeamwidthAntena ... 15

Gambar 2.7 BandwidthAntena... 16

Gambar 2.8 Voltage Standing Wave Ratio... 19

Gambar 2.9 Antena Isotropis ... 20

Gambar 2.10 Contoh AntenaUnidirectional... 21

Gambar 2.11 Contoh AntenaOmnidirectional... 22

Gambar 2.12 Struktur Antena Dipole /2... 23

Gambar 2.13 Beamwidth -3dB ... 26

Gambar 2.14 Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole ... 29

Gambar 2.15 Koordinat-koordinat Bola ... 30

Gambar 2.16 Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi ... 31

Gambar 2.17 Diskretisasi Elemen menggunakan Metode Elemen Hingga ... 34

Gambar 2.18 Diskretisasi Elemen pada CST Microwave Studio ... 35

Gambar 3.1 Tampilan Awal Ansoft HFSS ... 39

Gambar 3.2 Diagram Alir yang Menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS ... 41

Gambar 3.4 Bentuk yang Muncul Setelah Menekan Bidang Balok pada

Ansoft HFSS ... 43

Gambar 3.5 Property Window yang keluar setelah Model dibuat ... 43

Gambar 3.6 Property Window dengan tabattribute... 44

Gambar 3.7 Project Manager WindowPada Ansoft HFSS ... 45

Gambar 3.8 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu AntenaHorn... 46

Gambar 3.9 Tampilan Awal CST Studio Suite 2010... 48

Gambar 3.10 Diagram Alir yang menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator CST Microwave Studio ... 49

Gambar 3.11 Bentuk Dasar Model... 50

Gambar 3.12 Bentuk yang muncul setelah menekan bidang pada CST Microwave Studio... 51

Gambar 3.13 Window Unit... 52

Gambar 3.14 Geometri Model CST Microwave Studio ... 53

Gambar 3.15 Window Pengaturan Balok ... 53

Gambar 3.16 Model Balok pada CST Microwave Studio ... 54

Gambar 3.17 Navigation Tree CST Microwave Studio... 55

Gambar 3.18 Model Antena Horn... 55

Gambar 3.19 Model B4520Antenna Trainer... 56

Gambar 3.20 Dimensi Antena Dipole- /2 ... 58

Gambar 3.21 SWR Antena Dipole- /2 ... 59

Gambar 3.22 Return Loss ... 60

Gambar 4.1 Diagram Alir Analisa Antena Dipole- /2 ... 63

Gambar 4.3 Skema Modul B4520 ... 64

Gambar 4.4 Pola radiasi Pengukuran Antena Dipole- /2... 67

Gambar 4.5 Diagram Simulasi Antena Dipole /2 menggunakan Ansoft HFSS ... 69

Gambar 4.6 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi HFSS... 70

Gambar 4.7 Waktu Simulasi HFSS ... 74

Gambar 4.8 Diagram Simulasi Antena Dipole /2 menggunakan CST ... 75

Gambar 4.9 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi CST MWS ... 76

Gambar 4.10 Gain Antena Dipole- /2 pada CST MWS ... 77

Gambar 4.11 Data Direktivitas CST MWS ... 77

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Bahan Antena ... 25

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Dipole /2 B4520 ... 60

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Radiasi Antena ... 66

Tabel 4.2 Gain Antena pada Ansoft HFSS... 73

Tabel 4.3 Data Direktivitas HFSS ... 73

Tabel 4.4 Tabel Teoritis dan Pengukuran dan Simulasi ... 80

ABSTRAK

Untuk mengetahui parameter suatu antena diperlukan analisis yang didasarkan pada berbagai macam asumsi yang bisa diterima secara praktis. Saat ini terdapat sejumlah perangkat lunak yang dapat membantu analisa dalam perancangan antena yang diinginkan. Masing-masing perangkat lunak tersebut menggunakan formulasi pendekatan yang berbeda-beda yang sekaligus menjadi kelebihan masing-masingnya.

Dalam Tugas Akhir ini dianalisa Antena Dipole- /2 pada modul praktikum Antenna Trainer B4520 yang dimiliki oleh Laboratorium Sistem Komunikasi Radio (Lab. Antena dan Propagasi). Analisa menggunakan perangkat lunak Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) v10 dengan Computer Simulation Technology(CST)Microwave Studio 2010 dengan mengacu pada nilai parameter antena yang tercantum pada dokumen spesifikasi dan pengukuran langsung di laboratorium.

Dari hasil simulasi diperoleh nilai Gain dan pengarahan yaitu 2.115 dB dB dan 2.122 dB dengan menggunakan simulator CST dengan lama waktu simulasi 12 menit 56 detik. Sedangkan perangkat lunak HFSS 2.509999 dB dan 2.431961 dB dengan lama waktu simulasi 5 menit 14 detik.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Untuk mengetahui parameter suatu antena diperlukan analisis yang

didasarkan pada berbagai macam asumsi yang bisa diterima secara praktis. Saat

ini terdapat sejumlah perangkat lunak yang dapat membantu analisa dalam

perancangan antena yang diinginkan. Masing-masing perangkat lunak tersebut

menggunakan formulasi pendekatan yang berbeda-beda yang sekaligus menjadi

kelebihan masing-masingnya.

Dalam Tugas Akhir ini dilakukan kajian terhadap perangkat lunak

simulator antena yang menggunakan metode elemen hingga atau biasa disebut

denganFinite Element Method dan metode perbedaan hingga wilayah waktu atau

Finite Difference Time Domain. Metode elemen hingga digunakan oleh simulator

Ansoft HFSS sedangkan metode perbedaan hingga wilayah waktu digunakan oleh

simulator CST Microwave Studio (Transient Solver).

Pada Tugas Akhir ini dilakukan kajian tentang analisa terhadap Antena

Dipole- /2 menggunakan perangkat lunak Ansoft HFSS dengan CST Microwave

Studio dengan cara mengacu pada nilai parameter antena yang terdapat pada

spesifikasi dan hasil dari pengukuran langsung di laboratorium.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan teknik simulasi?

2. Apa saja parameter karakteristik antena?

3. Bagaimana hasil simulasi Antena Dipole- /2 menggunakan Ansoft HFSS

versi 10.0 dan CST Microwave 2010?

4. Berapa lama waktu simulasi yang diperlukan oleh masing-masing

simulator tersebut?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisa parameter

Antena Dipole- /2 modul praktikum Antenna Trainer B4520 menggunakan

simulator Ansoft HFSS versi 10.0 dan CST Microwave Studio 2010.

1.4 Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah dan dapat

mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis perlu membuat batasan masalah

yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini

adalah sebagai berikut :

1. Antena yang dianalisis adalah Antena Dipole- /2 dari module Antenna

Trainer B4520 Laboratorium Antena dan Propagasi Departemen Teknik

Elektro Universitas Sumatera Utara.

2. Parameter karakteristik antena yang dianalisa adalah SWR, Return Loss,

Gain, Direktivitas dan pola radiasi.

3. Analisis dilakukan dengan cara simulasi menggunakan perangkat lunak

4. Simulasi menggunakan adaptif mesh refinement dengan setting: delta S =

0.02 (default), min Pass = 2 dan max Pass = 8

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 Perangkat

Untuk mengetahui spesifikasi antena dan perangkat lunak yang digunakan.

3. Simulasi dan Analisa

Berupa simulasi dan analisa terhadap parameter antena dengan

menggunakan kedua perangkat lunak simulasi simulatorAnsoft HFSS

versi 10.0 dan CST Microwave Studio 2010.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan

masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan dari

Tugas Akhir ini.

BAB II TEORI DASAR

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan

penjelasan mengenai Antena Dipole- /2.

BAB III SIMULATOR DAN SUMBER DATA

Bab ini berisi tentang Antena Dipole modul B4520, cara

pemasangan Simulator Ansoft HFSS dan CST Microwave 2010,

cara kerja Ansoft HFSS dan CST Microwave 2010, dan

pembentukan model dengan menggunakan Ansoft HFSS dan CST

Microwave 2010.

BAB IV DATA DAN ANALISA

Bab ini membahas mengenai hasil pengukuran, simulasi dan hasil

analisa parameter Antena Dipole - /2 menggunakan software

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Umum

Pada tahun 1600, William Gilbert dari Inggris yang membuat eksperimen

sistematis pertama tentang fenomena listrik dan medan magnet. Gilbert jugalah

yang pertama menyatakan bahwa bumi sendiri adalah sebuah magnet yang sangat

besar. Beberapa penemu juga ikut memberikan andil yang besar pada proses

penemuan antena seperti Benjamin Franklin (Amerika Serikat, 1750), Charles

Augustin de Coulomb (Prancis), Karl Fried Gauss (Jerman), Alessandro Volta

(Italia, 1800), Michael Faraday (Inggris, 1831) dan James C. Maxwell (1873),

walaupun penemuan Maxwell sangat penting bagi pengetahuan elektromagnetik

modern, tetapi banyak scientist pada masanya yang meragukan kebenaran

teorinya tersebut. Memerlukan lebih dari satu dekade hingga teori Maxwell

diperhatikan kembali oleh Heinrich Rudolf Hertz (Jerman) [1].

Ketertarikan Hertz pada gelombang dihargai, dan pada tahun 1886,

sebagai salah seorang profesor pada Technical Institute in Karlshure, dia

mengumpulkan alat yang akan menyempurnakan sistem radio dengan end loaded

dipolesebagai antena pengirim dan resonant square lopsebagai antena penerima.

Selama dua tahun, dia memperluas percobaannya dan mulai mendemonstrasikan

refleksi, refraksi dan polarisasi, yang menunjukkan bahwa selain perbedaan

panjang gelombang, gelombang radio adalah sama dengan cahaya yaitu

sama-sama gelombang elektromagnetik dan percobaan Hertz tersebut mengubah

Walaupun Hertz sering disebut sebagai ‘bapak radio’, namun selama

hampir satu dekade, penemuannya hanya tertinggal di laboratorium,

keingintahuan Guglielmo Marconi (yang pada saat itu berusia 20 tahun) yang

melihat majalah tentang eksperimen Hertz, apakah gelombang Hertz itu bisa

digunakan untuk mengirimkan pesan. Dia menjadi terobsesi dan melakukan

penelitian di rumahnya. Dia mengulang eksperimen Hertz dan berhasil. Setelah

itu ia mencobanya dengan antena yang lebih besar untuk jarak yang lebih jauh.

Pada tahun 1901, ia mengumumkan kepada dunia bahwa ia telah menerima sinyal

radio di Newfoundland, Canada, yang dikirimkan dari seberang samudera atlantik

dari sebuah stasiun yang telah dibangun nya dari Cornwall, Inggris [1].

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat

listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian

dari gelombang elektromagnetik padaspectrumfrekuensi radio.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.

Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [2] :

= (2.1)

Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa

v = c = 3 x 108m/s (2.2)

2.3 Pengertian Antena

Antena adalah perangkat media transmisi wireless (nirkabel) yang

memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar. Antena

mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi

gelombang elektromagnetik ruang bebas (gelombang mikro) yang merupakan

fungsi antena sebagai transmitter (Tx). Energi listrik dari transmitter dikonversi

menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian

gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada receiver (Rx) akhir

gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan

menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan

penerima.

Gambar 2.1Antena Sebagai Pengirim dan Penerima

2.4 Parameter Karakteristik Antena

Parameter karakteristik antena digunakan untuk menguji atau mengukur

performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter

antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi

Antena Antena

Tx Rx

antena, polarisasi antena, beamwidthantena, bandwidth antena, impedansi antena

danvoltage standing wave ratio(VSWR).

2.4.1 Direktivitas Antena

Direktivitas, pengarahan dari sebuah antena adalah perbandingan

kerapatan daya maksimum terhadap daya rata-rata yang menembus seluruh kulit

bola yang diamati pada medan jauh. NilaiDdiperoleh melalui persamaan [3] :

= = ( , )

( , ) (2.3)

2.4.2 GainAntena

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan

kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya atau penerimaan sinyal dari

arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada

umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan.

Oleh karena itu, satuan yang digunakan untukgainadalahdecibel[4].

Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil

daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [5] :

Gain = G = k. D (2.4)

Dimana :

Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur powerpada main lobedan

membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena

diukur dalam satuandecibel.Decibeldapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [6] :

a. Ketika mengacu pada pengukuran daya (power)

= 10 (2.5)

b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan (volt)

= 20 (2.6)

Gainantena biasanya diukur relatif pada :

1) dBi (relatif pada radioatorisotropic)

2) dBd (relatif pada radioatordipole)

Hubungan antara dBi dan dBd adalah sebagai berikut [6] :

0 dBd = 2,15 dBi (2.7)

Umumnya dBi digunakan untuk mengukurgainsebuah antena.

Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum

antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat

dituliskan pada persamaan [3]:

= ( )

( ) × ( ) (2.8)

Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh persamaan [3] :

Dimana :

Gt =Gaintotal antena.

Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm).

Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm). Gs =Gainantena referensi.

2.4.3 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antena pada umumnya terdiri dari sebuah lobe utama (main

lobe) dan beberapa lobe kecil (minor lobe). Lobe utama merupakan gambaran

kualitas antena yang menunjukkan energi yang tersalurkan sesuai dengan yang

diinginkan (Gambar 2.2). Diagram arah sebenarnya tiga dimensi, tetapi biasa

digambarkan sebagai dua dimensi, yaitu dua penampangnya saja yang saling

tegak lurus berpotongan pada porosmain lobe[1].

Gambar 2.2Pola Radiasi AntenaDirectional

2.4.4 Polarisasi Antena

Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang

terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless,

polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang

diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak

diinginkan.

Polarisasi dari sebuah antena menginformasikan ke arah mana medan

listrik memiliki orientasi dalam perambatannya. Ada tiga macam polarisasi secara

garis besarnya yaitu polarisasi linier, eliptis dancircular.

a. Polarisasi Linier

Polarisasi linier terdiri dari polarisasi vertikal dan polarisasi horisontal.

Arah dari polarisasi ditentukan oleh arah dari medan listrik. Polarisasi linier,

artinya, dengan berjalannya waktu arah dari medan listrik tidak berubah, hanya

orientasinya saja.

Gambar 2.3 menunjukkan sebuah gelombang yang memiliki polarisasi

linier yang vertikal. Medan listrik terletak secara vertikal. Di gambar, arah medan

listrik selalu menunjuk ke arah sumbu x positif atau negatif (Ex) dan arah medan

magnet-nya selalu ke sumbu y positif atau negatif (Hy). Polarisasi linier yang

horisontal merupakan kebalikan dari vertikal. Medan listrik terletak horisontal

(arah sumbu y) [7].

b. Polarisasi Eliptis

Berbeda dengan polarisasi linier, pada gelombang yang mempunyai

polarisasi eliptis, dengan berjalannya waktu dan perambatan, medan listrik dari

gelombang itu melakukan putaran dengan ujung panah-panahnya terletak pada

sebuah permukaan silinder dengan penampang elips.

Pada kasus tertentu panjang sumbu utama dari penampang elips tersebut

sama, sehingga berbentuk lingkaran. Gambar 2.4 menunjukkan orientasi dari

medan listrik (E) yang terpolarisasi eliptis [7].

Gambar 2.4 Polarisasi Eliptis

c. Polarisasi Circular

Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless.

Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik berputar secara

Ada dua jenis

membuatnya yaitu

elektromagnetik pada

meninggalkan antena

berlawanan arah jarum

2.4.5 BeamwidthAn

Beamwidth ada

radio utama (main lobe

utama [5]. Besarnyabe

= , .

Gambar 2.5PolarisasiCircular

nis turunan pada antena polarisasi circular be

u left hand circular dan right hand ci

pada right hand circular berputar searah jar

na. Medan elektromagnetik pada left hand ci

rum jam ketika meninggalkan antena.

Antena

adalah besarnya sudut berkas pancaran gelom

n lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun da

abeamwidthadalah sebagai berikut [8] :

= , .

berdasarkan cara

circular. Medan

jarum jam ketika

circular berputar

lombang frekuensi

un dari puncak lobe

= ,

Dimana :

B = 3 dBbeamwidth(

= frekuensi (GHz)

d = diameter antena (m

Gambar 2.6 m

lobe, nomor 1), lobe

(back lobe, nomor 3).

dibatasi oleh titik-titik se

pada lobe utama. Fi

diantara dua arah pada

2.4.6 BandwidthAn

Bandwidth sua

kerja yang berhubunga dth(derajat)

)

(m)

2.6 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lob

obe sisi samping (side lobe, nomor 2) dan lobe

3). Half Power Beamwidth (HPBW) adalah da

itik setengah daya atau -3 dB atau 0.707 dari me

First Null Beamwidth (FNBW) adalah besa

h padamain lobeyang intensitas radiasinya nol.

Gambar 2.6BeamwidthAntena

Antena

suatu antena didefinisikan sebagai rentang fr

hubungan dengan berapa karakteristik (seperti impe

lobe utama (main

lobe sisi belakang

daerah sudut yang

medan maksimum

esar sudut bidang

ng frekuensi dimana

pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio)

memenuhi spesifikasi standar [9].

Gambar 2.7Bandwidth Antena

Dari Gambar 2.7 diketahui f1 adalah frekuensi bawah, f2 adalah frekuensi

atas dan fc merupakan frekuensi tengah. Dengan melihat Gambar 2.7 bandwidth

dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [8] :

% = × 100% (2.11)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan

untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band).

Sedangkan untukbandyang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio

antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

2.4.7 Impedansi Antena

Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan

elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [5]. Dengan kata lain pada

sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai

I V

ZT  (2.12)

Dimana :

ZT= impedansi terminal

V= beda potensial terminal

I= arus terminal

2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)

Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka

perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dipandang sebagai impedansi

karakteristik saluran. Akan tetapi setelah sinyal mencapai ujung saluran dimana

beban berada, keadaan akan lain tergantung pada kondisi beban tersebut.

Bila besar impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik

saluran, maka daya sinyal yang datang ke beban akan diserap seluruhnya oleh

beban. Tetapi bila besar impedansi beban tidak sama dengan impedansi

karakteristik saluran, maka sebagian sinyal yang datang ke beban itu akan

memantul dan kembali menuju ke sumbernya semula. Besarnya sinyal yang

dipantulkan kembali menuju sumber ini bergantung kepada bagaimana

ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban.

Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang

kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang

Harga koefisien pantul ini dapat bervariasi antara 0 sampai 1. Jika bernilai

0 artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke

beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Hal ini dinyatakan dalam

persamaan [8] :

    V V (2.13)

Hubungan antara koefisien refleksi,impedansi karakteristik dan impedansi

beban dapat dituliskan [8] :

o l o L Z Z Z Z     (2.14)

Pantulan daya pada saluran yang direpresentasikan dengan adanya

tegangan pantul dan arus pantul di sepanjang saluran akan bertemu dengan

gelombang datang dan menimbulkan gelombang resultan yang disebut dengan

gelombang berdiri (standing wave). Gelombang berdiri memiliki tegangan

maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan

maupun arus pantul. Perbandingan antara tegangan maksimum terhadap tegangan

minimum ini disebut voltage standing wave ratio (VSWR). Secara sederhana

VSWR dapat dituliskan sebagai [8] :

min max

V V

VSWR _ (2.15)

VSWR merupakan parameter yang menentukan kualitas dari transmisi

suatu sinyal dari sumber ke beban. Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang

diradiasikan antena pe

besar nilai VSWR m

2.8 menunjukkan gam

dapat dituliskan [8] :

     s G

2.5 Antena Isotrop Antena isotropi

segala arah dengan i

dikatakan pola radiasi

dunia nyata dan ha

menganalisa struktur

gambar antena isotropi Amplitudo

t a pemancar diterima semua oleh antena pene

menunjukkan daya yang dipantulkan semakin

gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koe

:      1 1 VSWR s

Gambar 2.8Voltage Standing Wave Ratio

a Isotropis

sotropis merupakan sumber titik yang memanc

n intensitas yang sama, seperti permukaan bol

asi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini

hanya digunakan sebagai dasar untuk m

uktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.9

ropis [10]. Amplitudo

t

enerima. Semakin

kin besar. Gambar

n koefisien refleksi

 

 

 (2.16)

ancarkan daya ke

bola. Karena itu

ni tidak ada dalam

uk merancang dan

2.9 menunjukkan Amplitudo

Gambar 2.9Antena Isotropis

2.6 AntenaDirectional

Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena

unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena

yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena

omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari

segala arah.

2.6.1 Antena Unidirectional

Antenaunidirectionalmemancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu

arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. Antena

unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan

jenis-jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih

banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini

membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan

tinggi tetapibeamwidthkecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnyabeamwidth

menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil

bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal

wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut.

Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena

parabola, antena Helix, antena log-periodic, dan lain-lain [1]. Gambar 2.10

memperlihatkan contoh antenaunidirectional.

Gambar 2.10Contoh AntenaUnidirectional

2.6.2 Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala

arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain

antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan

mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan

dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak

dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya

adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi

interferensi. Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang

pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat

(doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi

vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horisontal. Antena omnidirectional

dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang

lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena

Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena ground plane, antena

collinear, antenaslot wave guide, dan lain-lain [1]. Gambar 2.11 memperlihatkan

beberapa contoh antenaomnidirectional.

Gambar 2.11Contoh AntenaOmnidirectional

2.7. Antena Dipole- /2

Antena Dipole adalah bentuk yang sangat penting dari antena RF yang sangat banyak digunakan untuk transmisi radio dan menerima aplikasi. Dipol sering digunakan sendiri sebagai antena RF, tetapi juga membentuk elemen

penting dalam banyak penting dari RF antena

Dipole- /2 a gelombang pada freku paling sering diperguna yang sangat dekat de transmisi, sehingga transmisi ke antena, struktur Antena Dipol

2.8 Komponen Pad

Dalam pembua

komponen penunjang

antena yang akan diguna

dalam pembuatan Ant

yak jenis antena RF. Karena itu adalah mungki ntena.

adalah dipole dengan panjang setengah rekuensi kerjanya, dipole ini adalah salah sa rgunakan. Hal ini dikarenakan resistansi masuka

dengan impedansi karakteristik 75 Ω dari be gga memudahkannya untuk me-match sambung

na, terutama pada saat resonansi. Gambar 2.12 pole- /2.

Gambar 2.12Struktur Antena Dipole - /2

Pada Antena Dipole- /2

buatan atau perancangan suatu antena di

ng yang digunakan untuk menguji atau menguk

digunakan. Berikut penjelasan dari komponen y

ntena Dipole.

ungkin bentuk paling

ngah dari panjang satu dipole yang asukannya 73 Ω , beberapa saluran mbungan saluran 2.12 menunjukkan

/2

diperlukan suatu

engukur performa

2.8.1 Panjang Antena Dipole- /2

Dalam menentukan panjang dari Antena Dipole- /2, terdapat beberapa hal

yang mempengaruhinya yaitu panjang gelombang dari elemen Antena Dipole- /2,

panjang gelombang dalam ruang bebas dan frekuensi kerja dari antena. Berikut

rumus dalam menentukan panjang dari Antena Dipole- /2.

= λ = kλ = k (2.17 )

Dimana:

l = panjang Antena Dipole- /2

d = panjang gelombang elemen dipole- /2

0 = panjang gelombang pada ruang bebas

c = cepat rambat cahaya f = frekuensi kerja antena

2.8.2 Bahan Antena Dipole- /2

Untuk analisis yang dilakukan dalam pengujian Antena Dipole- /2,

dipakai beberapa bahan pembuat sebagai perbandingannnya. Bahan logam yang

dipakai dalam perbandingan yaitu perak, tembaga, emas, aluminium, kuningan

dan besi. Salah satu parameter yang diperlukan yaitu nilai konduktivitas dan luas

penampang dari bahan tersebut. Bahan antena yang dipakai dapat dilihat pada

Tabel 2.1Bahan Antena

No. Bahan Konduktivitas (σ)

1 Perak _{6,17 x 10}7

Ω /m 2 Tembaga _{5,80 x 10}7

Ω /m 3 Emas _{4,10 x 10}7

Ω /m 4 Aluminium _{3,82 x 10}7

Ω /m 5 Kuningan _{1,50 x 10}7

Ω /m 6 Besi _{1,03 x 10}7

Ω /m

Adapun pemilihan bahan-bahan untuk pembuatan suatu antena didasarkan

atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:

- Ketahanan bahan terhadap korosi

- Kekuatan mekanisnya

- Harganya relatif murah

- Ketersediaan bahan dipasaran

Diantara bahan-bahan diatas dipilih bahan aluminium dan tembaga sebagai

bahan dasar antena. Aluminium dan tembaga dipilih karena memiliki

konduktivitasyang bagus.

2.9 Parameter Antena Dipole- /2

Parameter yang bisa mempengaruhi kualitas Antena Dipole- /2, antara

lain impedansi, beamwidth, direktivitas, gain, daya radiasi antena, dan pola

a. Impedansi antena diketahui dari Persamaan (2.18).

= (2.18)

b. Beamwidth(lebar berkas) pada suatu pola radiasi antena merupakan besar

sudut antena antara 2 buah titik pada pola radiasi, yang mempunyai rapat

daya ½ (-3dB) dari nilai rapat daya maximum. Secara teoritis diketahui

bahwabeamwidth(HPBW) dari antena dipole- /2 adalah 78o.[10]

Gambar 2.13Beamwidth-3 dB

Gambar 2.13 menunjukkan cara penentuan beamwidth. Dari Gambar 2.13,

dapat dihitung nilaibeamwidthmelalui Persamaan (2.19).

θ = θ2 – θ1 (2.19)

θ1 : sudut pada saat E di kuadran 1 atau 3 sama dengan 0,707 θ2 : sudut pada saat E dikuadran 2 atau 4 sama dengan 0,707

c. Direktivitas(keterarahan) ialah perbandingan intensitas radiasi maksimum (U(θ,φ)max) dengan intensitas radiasi rata-rata (Uav), sesuai Persamaan (2.20)

Berikut direktivitas dari Dipole- /2:

D = =

, = 1,64 (2.20)

Atau sama dengan 2,15 dB.[10]

d. Gain(G), dengan nilai k (faktor efisiensi) ditentukan, misalnya 0,9.

Nilai Gain atau penguatan antena dihasilkan dari persamaan (2.21).

G = k.D (2.21)

k adalah faktor efisiensi Antena (0≤ k ≤ 1).

Secara teoritis, Gain Antena Dipole- /2 adalah 2.15 dBi yang dijelaskan

pada persamaan (2.22)[10].

= = = =

( ) 1.64 2.15 (2.22)

e. Panjang fisik antena (L) adalah fungsi panjang gelombang (λ) yang

tergantung pada frekuensi.

Panjang fisik - /2 pada Persamaan (2.17) dan untuk panjang

gelombang sesuai dengan Persamaan (2.1) dapat dihitung untuk panjang

antena dipole yang beroperasi pada frekuensi :

1. 3 MHz (pada siaran AM) dapat dihitung yaitu :

Untuk f = 3MHz, maka :

2. 300 MHz (pada siaran FM) dapat dihitung yaitu :

Untuk f = 300 MHz, maka :

= = 1 meter , makal = =0,5meter = 50 cm

3. 10 GHz (pada band microwave) dapat dihitung yaitu :

Untuk f = 10 GHz, maka :

= = 0,03meter , makal = , = 0,015meter = 1,5 cm

2.10 Pola Radiasi Pada Antena Dipole

Pola radiasi merupakan gambaran sifat-sifat radiasi (medan jauh) oleh

suatu antena. Pola radiasi terjadi karena arus listrik dalam suatu kawat selalu

dikelilingi oleh medan magnetis. Arus listrik bolak balik (alternating current)

menyebabkan muatan-muatan listrik bebas dalam kawat akan mendapat

percepatan, sehingga timbul suatu medan elektromagnetik bolak balik yang akan

berjalan menjauhi antena dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan

terbentuklah medan elektromagnetik. Medan radiasi terbagi menjadi tiga, yaitu

medan dekat reaktif, medan dekat, dan medan jauh. Sketsa medan radiasi dapat

a. Pembagian Medan Radiasi b. Aliran Energi pada Antena Dipole

Gambar 2.14Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole

Pada Gambar 2.14 (b), dapat dilihat pola radiasi antena dipole ke berbagai arah

dalam medan radiasi. Daerah medan antena yang mempunyai kriteria jarak

minimum pengamatan medan jauh dihasilkan dari persamaan (2.23).

=

. (2.23)

Dimana:

r : jarak minimum pengamatan medan jauh (m)

Batas maksimum daerah medan jauh ini tak terhingga. Pola radiasi dapat

digambarkan dengan sistem koordinat 3 (tiga) dimensi, sebab pola radiasi antena

Gambar 2.15Koordinat-koordinat Bola (spherical coordinates)

Gambar 2.15 menunjukkan bahwa posisi masing-masing koordinat bola

(r,θ,φ) bisa digunakan untuk menggambarkan pola radiasi pada suatu jarak tertentu (r) dari antena. Pola radiasi sering digambarkan dengan pola dua dimensi

dengan koordinat kutub maupun koordinat xy (absis : x, ordinat : y), seperti pada

Gambar 2.16.

(b)

Gambar 2.16Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi a ) Polar plot/koordinat kutub

b) Rectangular plot / koordinat–xy

Pada umumnya, pola radiasi antena mempunyai berkas atau cuping utama

(major lobe) maupun berkas atau cuping pada arah yang lain (minor lobe). Major

lobe adalah berkas yang arah radiasinya ke depan (arah tujuan). Sedangkan minor

lobe ialah berkas radiasi yang sebenarnya tidak diinginkan, yaitu berkas yang

berada di sebelah major lobe (disebut side lobe) dan berkas yang berlawanan

denganmajor lobe(disebutback lobe).

2.11 Aplikasi Metoda Numerik pada Antena

Solusi problematika antena, berupa diagram radiasi, gain, faktor refleksi,

dsb sangat sulit didapatkan secara eksak, yang dilakukan pada bab-bab sebelum

adalah dengan melakukan berbagai macam asumsi yang secara praktis sering bisa

diterima. Yang menjadi pertanyaan adalah, sejauh mana formulasi pendekatan ini

memberikan hasil yang masih bisa diterima akurasinya. Untuk menjawab hal ini,

perlu diketahui prosedur pensolusian masalah dengan cara yang lebih akurat,

lebih akurat dilakukan dengan menggunakan metode komputasi yang berbasiskan

pada perhitungan numerik dari Maxwell dan turunannya. Ada banyak metode

numerik yang diperkenalkan selama ini. Misalnya, metode persamaan integral,

yang biasanya dijawab dengan metode momen (method of moment/MoM), metode

elemen hingga (finite element methode/FEM), metode diferensi hingga wilayah

waktu (finite difference time domain/FDTD), metode frekuensi tinggi (seperti

geometrical optics/GO, physical optics/PO, dan uniform theory of

diffraction/UTD) dan metode kombinasi beberapa buah metode single diatas yang

dikenal dengan metode hybrid.[7]

1. Metode Elemen Hingga (Finite Element Method)

Metode Elemen Hingga adalah metode numerik untuk

mendapatkan solusi persamaan differensial, baik persamaan differensial

biasa (Ordinary Differential Equation) maupun persamaan differensial

parsial (Partial Differential Equation). Karena persamaan differensial

seringkali digunakan sebagai model permasalahan enjineering maka

penting bagi para insinyur untuk dapat memahami dan mampu

menerapkan MEH. Saat ini MEH merupakan salah satu metode numerik

paling versatile untuk memecahkan problem dalam domain

kontinuum.[12].

Pada awalnya MEH dikembangkan untuk memecahkan problem di

bidang mekanika benda padat (solid mechanic), tetapi kini MEH sudah

merambah hampir ke semua problem enjineering seperti mekanika fluida

(electro magnetism), getaran (vibration), analisis modal (modal analysis),

dan banyak lagi problem enjineering lainnya[12].

Proses inti MEH adalah membagi problem yang kompleks menjadi

bagian-bagian kecil atau elemen-elemen dari mana solusi yang lebih

sederhana dapat dengan mudah diperoleh. Solusi dari setiap elemen jika

elemen digabungkan akan menjadi solusi problem secara keseluruhan.

Gambar 2.17 menjelaskan cara kerja MEH dimana solusi suatu problem

yang kompleks diaproksimasikan oleh solusi elemen. Untuk mendapatkan

solusi elemental, MEH menggunakan fungsi interpolasi untuk

mengaproksimasikan solusi elemen. Untuk contoh ini suatu fungsi linier

yang sederhana dipergunakan sebagai fungsi interpolasi. Setelah solusi

setiap elemen diperoleh, dengan menggabungkan solusi-solusi elemen

maka solusi keseluruhan problem dapat diperoleh. Dengan menggunakan

fungsi polinomial seperti fungsi kuadratik sebagai fungsi interpolasi,

solusi yang lebih akurat bisa diperoleh [12].

Untuk aplikasi antena secara umum, MEH bisa memodelkan

problem yang memiliki dielektrika yang beraneka-ragam. MEH

mendiskretisasikan volume yang dimilikinya ke dalam volume yang

kecil-kecil, biasanya digunakan tetrahedral. Diskritisasi elemen MEH tampak

Gambar 2.17Diskretisasi Elemen menggunakan Metode Elemen Hingga

MEH adalah metode yang bekerja pada problem tertutup. Sehingga

untuk aplikasi antena, haruslah digunakan batasan fiktif, yang bertugas

untuk menutup ruangan yang akan diamati dan didiskretisasi. Permukaan

penutup wilayah kerja ini adalah bidang yang memiliki sifat absorbsing

boundary condition (ABC), atau permukaan yang berbentuk

lapisan-lapisan yang mampu menyerap gelombang datang (perfectly matched

layer/PML). Atau sebagai alternatif, MEH dikombinasikan dengan metode

persamaan integral sebagai metode hibrida.

Metode komersial yang berbasiskan MEH misalnya program High

Frequency Structure Simulator (HFSS) yang dikembangkan oleh

perusahaan Ansoft (www.ansoft.com). Sedangkan program yang

disebarkan secara bebas di internet contohnya ElectroMagnetic Analysis

2. Metode Diferensi Hingga Wilayah Waktu (Finite Difference Time

Domain)

Metode diferensi hingga adalah metode yang sangat mudah

dimengerti. Dasar dari metode ini adalah penggunaan diferensi

(pengurangan) sebagai pengganti differensiasi.

Finite-Difference Time-Domain (FDTD) termasuk dalam metode

pemodelan numerik berbasis diferensial berdomain waktu. Persamaan

Maxwell (dalam bentuk diferensial parsial) yang dimodifikasi menjadi

persamaan diferensial center, didiskritisasi, dan diimplementasikan dalam

perangkat lunak. Diskritisasi FDTD dapat dilihat pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18Diskritisasi Elemen pada CST Microwave Studio

Persamaan dipecahkan secara siklik: medan listrik diselesaikan

pada suatu saat, lalu medan magnet diselesaikan di detik berikutnya, dan

proses ini diulang lagi dan lagi.

Software komersial yang berbasiskan FDTD misalnya XFDTD

Selain itu CST Microwave Studio Suite yang dapat ditemui di alamat

www.cst.com. Empire yang dikembangkan oleh perusahaan IMST

BAB III

SIMULATOR DAN SUMBER DATA

3.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini digunakan Antena Dipole- /2 modul B4520antenna

trainer yang terdapat pada Laboratorium Antena dan Propagasi (Sistem

Komunikasi Radio) Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara

sebagai sumber data yang digunakan untuk menganalisa perangkat lunak

simulator Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010.

Dalam kajian ini parameter antena yang akan dikaji adalah gain,

direktivitas, SWR, return loss dan pola radiasi. Untuk mendapatkan parameter

antena tersebut maka dilakukan dengan cara pengukuran dan simulasi.

Pada Tugas Akhir ini akan dilakukan simulasi untuk memperoleh

informasi tentang parameter antena dengan menggunakan simulator CST

Microwave Studio 2010 dan Ansoft HFSS v.10. Analisa menggunakan perangkat

lunak Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) v10 dengan Computer

Simulation Technology(CST)Microwave Studio 2010 dengan mengacu pada nilai

parameter antena yang tercantum pada dokumen spesifikasi dan pengukuran

langsung di laboratorium.

Adapun ulasan mengenai perangkat lunak simulator Ansoft HFSS v.10

dan CST Microwave Studio serta spesifikasi antena Dipole B4520 akan dijelaskan

3.2 HFSS

High Frequency Structure Simulator (HFSS) adalah sebuah perangkat

lunak komersil dari perusahaan Ansys untuk pemecahan masalah-masalah Finite

Element Method (FEM) pada struktur elektromagnetik. HFSS adalah salah satu

perangkat lunak yang sangat populer dan bermanfaat untuk merancang antena,

dan untuk merancang rangkaian RF elektronik kompleks yang termasuk filter,

saluran transmisi dan semua yang berkenaan dengannya. Perangkat lunak ini

awalnya dikembangkan oleh Profesor Zoltan Cendes dan para mahasiswanya di

Carnegie Mellon University. Dan kemudian Profesor Cendes dan saudara

laki-lakinya Nicholas Csendes mendirikan dan memasarkan HFSS pertama kali pada

tahun 1989 yang dilakukan berdasarkan kerjasama pemasaran dengan perusahaan

Hewlett-Packard (HP) yang di bundle menjadi produk Ansoft. Setelah sekian

lama bekerja sama pada periode tahun 1996-2006, HP (yang kemudian menjadi

Agilent EEs dari divisi EDA) dan Ansoft berpisah, Agilent dengan produk FEM

Element sedangkan Ansoft dengan produk HFSS mereka. Dan kemudian Ansoft

akhirnya diakusisi oleh perusahaan Ansys [14].

3.2.1 Instalasi Ansoft HFSS

Ansoft HFSS memiliki syarat minimum untuk di instalasi ke dalam

komputer. Adapun syarat minimum untuk instalasi Ansoft adalah :

1. Sistem operasi WindowsXP (32/64 bit),Windows2000, atauWindows Server2003.

2. Komputer dengan prosesorPentium(diusahakanPentium4 keatas). 3. Kapasitas RAM (Random Access Memory)minimum 128 Mb.

4. Memiliki minimum 8 MbVideo Card. 5. Mouse.

6. CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) atau DVD-ROM (Digital Video Disc Read-Only Memory).

Adapun cara instalasi dari Ansoft adalah sebagai berikut :

1. Buka folder Ansoft jalankan autorun.exesehingga akan muncul tampilan

seperti pada Gambar 3.1. lalu akan muncul beberapa opsi. Maka yang

pertama dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu ikuti

langkah-langkah yang seterusnya dengan menekan tombol next. dan

pilihlah direktori dimana akan dipasanglibrariestersebut.

Gambar 3.1Tampilan Awal Ansoft HFSS

2. Setelah lakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan

memasang simulator Ansoft HFSS dengan cara menekan install software.

Lalu ikuti perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut. Lalu

pilih lokasi untuk pemasangan Ansoft HFSS. Ikuti semua langkahnya dan

3.2.2 Cara Kerja Ansoft HFSS

Ansoft HFSS adalah program yang sangat interaktif 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, boundries,danexcitationpada 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. Penyelesaianloop- proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

Adapun diagram alir dari proses pencarian solusi Ansoft HFSS

Gambar 3.2Diagram Alir yang Menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS

3.2.3 Perancangan Dasar Model pada Ansoft

Pada Ansoft HFSS, perancangan model dapat menggunakan bidang dua

dimensi atau bidang 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 atau dengan

menekan kursor pada menu draw lalu pilih bentuk geometri yang diinginkan

Gambar 3.3Geometri yang disediakan oleh Simulator Ansoft HFSS

Setelah memilih salah satu bentuk geometri yang diinginkan maka yang

dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai untuk menentukan ukuran

dan posisi model yang ingin dibuat.

Misalkan dalam membuat model kubus atau balok, maka arahkan kursor

ketiga arah koordinat sehingga terbentuk balok seperti pada Gambar 3.4 lalu tekan

klik. Dan pada bidang koordinat Ansoft HFSS yang akan digambarkan bentuk

bidang tersebut. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4Bentuk yang Muncul Setelah Menekan Bidang Balok Pada Ansoft HFSS

Berikut adalah tahap-tahap dalam mensimulasikan suatu model pada

simulator Ansoft HFSS.

a. Inisialisasi Model

Inisialisasi model adalah pemberian nilai awal dalam angka maupun

koordinat dari model yang akan dirancang. Satuan model yang dibuat dapat diatur

dengan cara menekan 3D modeler>units.Setelah modeldibuat maka akan muncul

property windowyang memiliki 2 jenis tab seperti yang ditunjukkan Gambar 3.5.

Gambar 3.5Property Windowyang Keluar Setelah Model Dibuat

Pada tab Command, akan ada beberapa opsi yaitu Coordinate System,

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 diinginkan pada sumbu x,

sumbu y, dan sumbu z. XSize berfungsi untuk memasukkan panjang garis yang

bekerja pada sumbu X dalam artian ini berarti menentukan lebar dari kubus,

Sedangkan YSize untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu y,

Property windowpada Gambar 3.6 hanya muncul ketika akan dibuat suatu

model dalam bentuk kubus atau balok. Jika model lainnya seperti bola atau

tabung yang akan dibuat, maka parameter yang lain akan muncul seperti radius

atau diameter danlength(tinggi atau panjang) model.

Gambar 3.6Property Window dengan Tab Attribute

Pada tab attribute seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 terdapat

beberapa opsi yang bisa diatur. Misalkan kolom name berfungsi untuk menamai

model yang dibuat, sedangkan kolom material berisi bahan yang digunakan oleh

model tersebut. Dengan menekan vaccum maka akan muncul beberapa pilihan

material yang dapat disesuaikan dengan keinginan. Color berfungsi untuk

mewarnai model, dan transparent berfungsi untuk membuat model menjadi

transparan.Transparentbisa diatur sesuai dengan keinginan.

Setelah proses inisialisasi model dengan memberikan nilai-nilai dan

besaran pada model maka hal yang perlu dilakukan adalah memasukkan beberapa

pengaturan yang mendukung model yang dibuat. Project manager seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 3.7 berisi pengaturan-pengaturan model yang sesuai

window dapat dilihat selengkapnya pada e-book penuntun Ansoft HFSS yang

terdapat di dalam CD (Compact Disc)[15].

Gambar 3.7Project Manager WindowPada Ansoft HFSS

b. Mensimulasikan Hasil Rancangan

Setelah hasil rancangan berhasil dibuat, maka rancangan harus

disimulasikan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan

baik maka harus menekan HFSS pada toolbar lalu Validation Check. Jika ada

yang mengalami kesalahan (error) lakukan pengecekan pada project manager.

Setelah rancangan sudah berjalan dengan baik maka yang harus dilakukan adalah

menganalisa rancangan tersebut dengan cara menekan HFSS kemudian Analyze

dengan lama waktu yang tidak terbatas tergantung dari kerumitan model dan

banyaknya jumlahpassingin dibuat. Dan setelah selesai dilakukan penganalisaan,

hasil program akan ditunjukkan pada bagianresultpadaproject manager.

3.2.5 Aplikasi Ansoft HFSS

Ansoft dapat digunakan untuk berbagai aplikasi antena. Seperti antena

Yagi, antena Dipole, antenaHorn, dan sebagainya. Gambar 3.8 memperlihatkan

salah satu dari aplikasi Ansoft HFSS [14].

Gambar 3.8Salah Satu Aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu AntenaHorn

3.3. CST Microwave Studio

CST Microwave Studio (CST MWS) adalah software yang dapat

digunakan untuk membuat desain dan menganalisis dari semua jenis sistem

antena. Alat ini sangat membantu seorang perancang antena melakukan analisa

parameter antena, perhitungan SAR, perhitungan fasa, directivity atau mengkaji

antena tunggal atau array dalam 3D, polar dan koordinat cartesius. fitur yang

disajikan pada perangkat lunak ini memudahkan dalam analisis elektromagnetik. Waveguide

3.3.1 Instalasi CST Microwave Studio

CST MWS memiliki syarat minimum untuk diinstalasi ke dalam

komputer. Adapun syarat minimum untuk instalasi CST MWS adalah:

1. Sistem operasiWindowsXP (32/64 bit),atau Windows Vista. 2. Komputerdengan prosesor Pentium(diusahakanPentium4 keatas). 3. Kapasitas RAM (Random Access Memory)minimum 1GB.

4. Memiliki minimum 8 MbVideo Card. 5. Kapasitas harddisk untuk instalasi 8 GB 6. Mouse.

7. DVD-ROM (Digital Video Disc Read-Only Memory).

Adapun cara instalasi dari Ansoft adalah sebagai berikut :

1. Buka folder CST jalankan Setup.exe sehingga akan muncul tampilan

seperti pada Gambar 3.9. lalu akan muncul beberapa opsi. Maka yang

pertama dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu ikuti

langkah-langkah yang seterusnya dengan menekan tombol next. dan

Gambar 3.9Tampilan Awal CST Studio Suite 2010

2. Setelah lakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan

memasang simulator CST Studio Suite dengan cara menekan install

software. Lalu ikuti perintah-perintah pemasangan perangkat lunak

tersebut. Lalu pilih lokasi untuk pemasangan CST Studio Suite. Ikuti

semua langkahnya dan proses instalasi dimulai. Dan perangkat lunak

siap digunakan.

3.3.2 Cara Kerja CST Microwave Studio

CST MWS merupakan perangkat lunak simulator yang menampilkan

model peralatan frekuensi tinggi secara tiga dimensi. Beberapa tahapan dalam

CST MWS diantaranya adalah

1. Membuat model beserta parameternya: perancangan model, boundaries condition,mesh generation dan excitation pada model

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. Penyelesaianloop- proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

Adapun diagram alir dari proses pencarian solusi CST Microwave Studio

ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10Diagram Alir yang Menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator CST Microwave Studio

3.3.3 Perancangan dasar model pada CST

Pada CST Microwave Studio, perancangan model dapat menggunakan

Semakin rumit model yang dibuat maka semakin banyak bidang yang dibuat pada

CST Microwave Studio.

Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan maka dilakukan

dengan menekan kursor ke arah geometri pada CST atau dengan menekan kursor

pada menu Object_Basic Shape lalu pilih bentuk geometri yang diinginkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11Bentuk Dasar Model

Setelah memilih salah satu bentuk geometri yang diinginkan maka yang

dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai untuk menentukan ukuran

dan posisi model yang ingin dibuat.

Misalkan dalam membuat model kubus atau balok, maka arahkan kursor

ketiga arah koordinat sehingga terbentuk balok seperti pada Gambar 3.11 lalu

tekan klik dan pada bidang koordinat CST yang akan digambarkan bentuk bidang

Gambar 3.12Bentuk yang muncul setelah menekan bidang pada CST Microwave Studio

Berikut adalah tahap-tahap dalam mensimulasikan suatu model pada

simulator CST Microwave Studio.

a. Inisialisasi model

Inisialisasi model adalah pemberian nilai awal dalam angka maupun

koordinat dari model yang akan dirancang. Untuk membuat rancangan model

dasar, hal-hal yang dilakukan adalah

1. Penetapan satuan

Hal yang pertama yang harus dilakukan adalah menetapkan satuan yang

akan digunakan. Satuan dapat diatur dengan menekan Solve>Units.

Kemudian akan muncul Units Window yang ditunjukkan pada Gambar

3.13:

PadaUnits Windowyang dapat diatur adalah:

1. Dimensions yaitu satuan dari dimensi yang akan digunakan seperti m, mm, cm, um, ataupun nm.

2. Temperature yaitu satuan dari suhu yang akan digunakan seperti Celcius, Kelvin atau Fahrenheit.

3. Frequencyyaitu satuan dari frekuensi yang akan digunakan seperti Hz, MHz, GHz, dll.

4. Timeyaitu satuan dari waktu yang akan digunakan seperti s, us, ns, ms, dll.

2. Membuat model

Untuk membuat model awal yang dilakukan adalah dengan menekan

kursor ke arah bentuk geometri yang diinginkan. Adapun bentuk geometri

yang digunakan dalam membuat model pada Gambar 3.14.

Misalkan ingin membuat balok, maka pilih brick kemudian tekan

Esc maka akan muncul tampilan window seperti pada Gambar 3.15 dan

tentukan koordinat dari balok tersebut. Xmin merupakan titk awal pada

sumbu X sedangkan Xmax adalah titik akhir pada sumbu X. Begitu pula

dengan Ymin, Ymax, Zmin, dan Zmax. Kemudian menetapkan Material

yang digunakan dengan memilih pilihanMaterialmisalnya Aluminium.

Gambar 3.15Window Pengaturan Balok

Gambar 3.16 merupakan tampilan model balok yang dihasilkan

dari pengaturan sebelumnya.

b. Mensimulasikan Hasil Rancangan

Setelah hasil rancangan berhasil dibuat, maka rancangan harus

disimulasikan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan

baik maka harus menekan Solve Transient Solver. Lalu program akan

melakukan perhitungan terhadap model yang telah buat dengan lama waktu yang

tidak terbatas tergantung dari kerumitan model dan banyaknya jumlah pass ingin

dibuat. Dan setelah selesai dilakukan penganalisaan, hasil program akan

ditunjukkan pada bagian result pada Navigation Tree yang ditunjukkan pada

Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Navigation Tree CST Microwave Studio 3.3.4 Aplikasi CST

CST Microwave Studio dapat digunakan dalam perancangan antena, filter,

konektor, Resonator, RFID dan sebagainya. Gambar 3.18 memperlihatkan salah

Gambar 3.18Model Antena Horn

3.4 Antena Dipole Modul B4520Antenna Trainer

Salah satu modul praktikum yang dimiliki oleh Laboratorium Sistem

Komunikasi Radio (Laboratorium Antena dan Propagasi) Departemen Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara adalah modul B4520 Antena

trainer. Pada modul ini terdapat Antena Dipole- yang dijadikan objek dari

penelitian ini.

3.4.1 Modul B4520Antenna Trainer

Modul B4520 Antenna Trainer merupakan suatu alat bantu praktikum

yang digunakan untuk memahami prinsip kerja dan parameter antena. Modul ini

diproduksi oleh Electron SRL yaitu suatu perusahaan yang telah menjadi

produsen serta penyedia peralatan pendidikan sejak tahun 1991. Perusahaan ini

berasal dari kota Milan, Italia [16].

Modul B4520 Antenna Trainer ini terdiri dari sebuah panel generator,

1. Generator Panel

Generator panel merupakan bagian yang berfungsi sebagai tempat

pemancar. Bagian-bagiannya dapat dilihat pada Gambar 3.19 dan

dijelaskan sebagai berikut.

Gambar 3.19Modul B4520Antenna Trainer a. Sumber daya

Sumber daya yang dibutuhkan adalah 220_–250 V/50-60Hz.

b. RF Generator

Sebagai penghasil sinyal yang akan dicatu ke antena.

c. Test tone generator

Bagian ini berfungsi sebagai penghasil sinyal sinusoidal dengan

amplitudo yang dapat diatur.

d. Directional Coupler

Bagian ini dihubungkan dengan RF generator dan berfungsi untuk

memisahkan pengukuran arus pada arah maju (generator ke

digunakan untuk melakukan matching antara saluran dan antena

(standing wave ratio/SWR)

e. Power meter

Bagian ini berfungsi untuk melihat nilai dari arus keluaran pada

directional coupler.

f. Slot line/ Matching Stub

Bagian ini dapat digunakan sebagai elemen matching antena

dengan menggunakan kursor geser yang memperpendek saluran

yang telah ditetapkan sebelumnya.

g. Protractor

Bagian ini merupakan skala lingkaran yang dibagi menjadi 360

bagian yang bagian tengahnya merupakan catuan dari RF

Generator ke tiang antena.

2. Aksesoris

Aksesoris modul B4520 terdiri dari.

a. Tiang antena

Bagian ini berfungsi sebagai tempat antena dan juga sebagai

pencatu antara RF generator ke antena.

b. Antena

Antena_–antena yang tersedia di dalam modul B4520 ini adalah

-

Dipole-- Folded Dipole

- Yagi/Uda

- Horizontal End Fed

- Slot

- Loop

c. Detektor Radiasi

Alat ini berfungsi untuk mendeteksi dan mengukur pola radiasi

dari antena yang diuji.

3.4.2 Antena Dipole- Modul B4520

Berikut spesifikasi Antena Dipole- dari modul B4520antenna trainer.

1. Dimensi Antena

Dipole-Dimensi dari Antena Dipole- diukur menggunakan jangka sorong

digital (caliper) dengan ketepatan 0.01 mm. Berikut dimensi antena

dipole B4520 pada Gambar 3.20.

(a)

(b)

Gambar 3.20Dimensi Antena Dipole- (a) tampak depan, (b) tampak samping

Keterangan Gap (g) : 4.26 mm

Panjang (l) : 170.39 mm

Jari-jari (R) : 1.99 mm

2. Jenis bahan Antena Dipole- /2 adalah aluminium

3. SWR Antena Dipole- /2 diketahui berdasarkan hasil pengukuran

menggunakan VNA (Vector Network Analyzer) Anritsu MS2034B.

Hasil pengukuran SWR Antena dapat dilihat pada Gambar 3.21.

Gambar 3.21SWR Antena Dipole- /2 Dari Gambar 3.21 dapat dilihat nilai SWR yang diberikan:

Marker 1 = 1.01 pada frekuensi 791,5 MHz.

Marker 2 = 1.98 pada frekuensi 756,2 MHz.

Marker 3 = 2.00 pada frekuensi 834,4 MHz.

Oleh karena itu, dapat diambil kesimpulan bahwa Antena Dipole- /2

4. Return Loss Antena Dipole- /2 diketahui berdasarkan hasil

pengukuran menggunakan VNA (Vector Network Analyzer) Anritsu

MS2034B. Hasil pengukuran Return Loss Antena dapat dilihat pada

Gambar 3.22.

Gambar 3.22Return Loss

Dari Gambar 3.22 dapat dilihat nilai SWR yang diberikan:

Marker 1 = -43.9 dB pada frekuensi 791,5 MHz.

Marker 2 = -9.71 dB pada frekuensi 756,2 MHz.

Marker 3 = -9.53 dB pada frekuensi 834,4 MHz.

5. Direktivitas

Direktivitas Antena Dipole- /2 secara teoritis adalah 2.15dBi atau

1.64 (10).

6. Gain

Gain Antena Dipole- /2 secara teoritis adalah 1.64 atau 2.15 dBi (10).

7. Pola radiasi dari Antena Dipole- /2 B4520

Gambar 3.23Pola radiasi Antena Dipole

Dari Gambar 3.23 dapat dilihat bahwa antena dipole merupakan

antena omnidireksional atau antena yang memancar lebih dari satu

arah pancaran.

Spesifikasi lengkap dari Antena Dipole- /2 dapat dilihat pada Tabel

3.1.

Tabel 3.1Spesifikasi Antena Dipole- /2 B4520 Parameter Antena Dipole- /2

Panjang 170.39 mm

Jari-jari 1.99 mm

Gap 4.26 mm

Tabel 3.1Lanjutan

Parameter Antena Dipole- /2

Jenis Bahan Aluminium

Bandwidth 756.2_–834.4 MHz

Frekuensi Resonansi 791.5 MHz

Gain 2.15 dB

Direktivitas 2.15 dB

Dalam melakukan simulasi terdapat hal-hal yang harus disepakati

sehingga dapat dikatakan bahwa model antena yang terdapat pada modul B4520

adalah sama dengan model simulasi yang akan dibuat di simulator. Hal-hal

tersebut adalah sebagai berikut:

a. Model antena yang akan disimulasikan harus sama dalam hal dimensi dan

juga jenis dari bahan model tersebut.

b. Komputer yang digunakan simulasi merupakan komputer yang sama.

c. Parameter yang digunakan harus sama.

d. Kedua simulator menggunakanadaptive mesh generationdengan delta S =

BAB IV

DATA DAN ANALISA 4.1 Prosedur Analisa

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengambilan data dan analisa dari Antena Dipole- /2 modul B4520. Parameter antena diambil secara teoritis, simulasi dan pengukuran. Parameter antena diambil secara teoritis dikarenakan oleh keterbatasan dari modul B4520 dalam memberikan informasi karakteristik antena yang diperlukan. Adapun parameter yang diambil secara teoritis adalah Gain dan Direktivitas. Sedangkan parameter yang diambil secara pengukuran yaitu pola radiasi, dimensi,Return Lossdan SWR. Parameter yang diambil secara teoritis dan pengukuran akan menjadi referensi dalam analisa hasil simulasi dari simulator Ansoft HFSS dan CST Microwave Studio.

Adapun diagram alir dalam analisa Antena Dipole- /2 modul B4520 Antenna Trainer menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010 seperti terlihat pada Gambar 4.1 berikut. Gambar 4.1 akan menjelaskan tentang langkah-langkah yang harus dilakukan dalam analisa Antena Dipole- /2.

- Return Loss - SWR - Pola Radiasi

- Return Loss - SWR - Pola Radiasi - Gain - Direktivitas

- Return Loss - SWR - Pola Radiasi - Gain - Direktivitas

Selesai

A B C

Gambar 4.1 Diagram Alir Analisa Antena Dipole- /2

4.2 Blok Diagram Pengukuran

Pada subbab ini akan dijelaskan mengenai blok diagram pengukuran modul B4520. Blok diagram pengukuran dari modul B4520 dapat dijelaskan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2Blok Diagram Modul B4520

Prosedur dalam mendapatkan parameter-parameter Antena Dipole- /2 dari modul B4520 adalah sebagai berikut.

1. Hubungkan perangkat modul B4520 dengan sumber daya. (220-250V~,50/60 Hz).

TEST TONE GENERATOR RF GENERATOR DIRECTIONAL COUPLER DETEKTOR RADIASI

2. Susun perangkat modul B4520 dengan Antena Dipole- /2 dan aksesorisnya serta atur jarak antara pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3Skema Modul B4520

3. Hidupkan modul B4520, kemudian atur level RF generator ke ½ skala maksimum dan atur level detektor radiasi menjadi maksimum.

4. Atur Directional Coupler pada posisi FWD (forward). Kemudian atur FS.Adjust agar nilai arusnya menjadi 50 μ A.

5. Kemudian ubah posisinya menjadi REV (reverse). Catat hasil yang terdapat pada amperemeter.

Dengan data arus balik (reverse), analisa SWR dengan menggunakan Persamaan 3.1:

= + = 50 + 50

6. Catat hasil pengukuran besar arus yang terdeteksi oleh detektor radiasi. Lalu putar antena dengan selang 10odan catat hasilnya.

7. Ubah posisi detektor radiasi dari posisi horizontal menjadi vertikal. Lalu ulangi langkah ke-6.

8. Ubah data radiasi menjadi grafik dengan koordinat polar. Modul Transmitter

Antena TX

Tiang antena

Detektor (receiver)

9. Analisa pola radiasi antena tersebut

10. Turunkan level RF generator ke minimum. 11. Percobaan selesai

Dari percobaan didapat hasil sebagai berikut.

1. Arus balik = 12 µA 2. Tabel pola radiasi

Tabel 4.1 menunjukkan hasil dari pengukuran radiasi Antena Dipole /2.

Tabel 4.1Hasil Pengukuran Radiasi Antena

Sudut

Horizontal Vertikal

µA dB = 20 log

A µA

dB =20 log A

00 30 29.54 0 -∞

100 28 28.94 0 -∞

200 25 27.95 0 -∞

300 20 26.02 0 -∞

400 5 13.97 0 -∞

500 0 -∞ _{0 -}∞

600 0 -∞ _{0 -}∞

700 0 -∞ _{0 -}∞

800 0 -∞ _{0 -}∞

900 0 -∞ _{0 -}∞

1000 0 -∞ _{0 -}∞

1100 0 -∞ _{0 -}∞

1200 0 -∞ _{0 -}∞

1300 0 -∞ _{0 -}∞

1400 5 13.97 0 -∞

1600 25 27.95 0 -∞

1700 28 28.94 0 -∞

1800 30 29.54 0 -∞

1900 28 28.94 0 -∞

2000 25 27.95 0 -∞

2100 20 26.02 0 -∞

2200 5 13.97 0 -∞

2300 0 -∞ _{0 -}∞

2400 0 -∞ _{0 -}∞

2500 0 -∞ _{0 -}∞

2600 0 -∞ _{0 -}∞

2700 0 -∞ _{0 -}∞

2800 0 -∞ _{0 -}∞

2900 0 -∞ _{0 -}∞

3000 0 -∞ _{0 -}∞

3100 0 -∞ _{0 -}∞

3200 5 13.97 0 -∞

3300 20 26.02 0 -∞

3400 25 27.95 0 -∞

3500 28 28.94 0 -∞

3600 30 29.54 0 -∞

4.3 Hasil Pengukuran

Dari hasil pengukuran di atas, maka dapat kita ambil beberapa parameter antena sebagai berikut.

1. SWR

Berdasarkan pengukuran yang dilakukan , didapatkan arus balik sebesar 12 µA. Maka SWR antena dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 3.1.

= 50 + 12

50 12= 1.63

Dari pengukuran tersebut dapat diketahui bahwa antena itu sedang bekerja dalam kondisi yang baik karena antena itu bekerja dengan baik apabila SWR antenanya berada diantara 1 dan 2.

2. Pola Radiasi

Pola radiasi antena dapat dihasilkan dengan membuat grafik dari Tabel 4.1 hasil pengukuran radiasi Antena Dipole- /2. Grafik yang dibuat merupakan grafik koordinat polar. Gambar 4.4 yang menampilkan grafik dari hasil pengukuran radiasi Antena Dipole- /2.

Gambar 4.4Pola radiasi Pengukuran Antena Dipole- /2

Dari pola radiasi di atas maka dapat kita ambil kesimpulan bahwa Antena Dipole- /2 merupakan antena omnidirectional. Karena dari gambar pola

5. Waktu Simulasi

Waktu simulasi dari Antena Dipole- /2 menggunakan simulator CST MWS dijelaskan pada Gambar 4.15. Dari Gambar 4.15 diketahui bahwa HFSS memerlukan waktu sebanyak 12 menit 56 detik dalam mensimulasikan Antena Dipole- /2 B4520.

Gambar 4.15Waktu Simulasi CST Microwave Studio 2010

4.7 Analisa Antena Dipole- /2 menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010

Pada bagian ini akan dibahas bagaimana hasil dari simulasi menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010 dengan hasil dari pengukuran Antena Dipole- /2. Hasil pengukuran digunakan sebagai acuan terhadap hasil simulasi dari kedua simulator seperti yang diperlihatkan pada Tabel 4.6.

81

Tabel 4.4Tabel Teoritis dan Pengukuran dan Simulasi

Parameter yang diamati

Teoritis dan pengukuran

Simulasi CST Microwave

Studio Ansoft HFSS

Pola Radiasi Omnidireksional Omnidireksional Omnidireksional

Gain 2.15 dB 2.115 dB 2.509999 dB

Direktivitas 2.15 dB 2.122 dB 2.431961dB

Return loss

-43.9 dB pada frekuensi 791.5 MHz

-43.848 dB pada frekuensi 784.76 MHz

-27.39 pada frekuensi 800 MHz

SWR

1.01 pada frekuensi 791.5 MHz

1.0136 pada frekuensi 785.51 MHz

1.09 pada frekuensi 800 MHz

Bandwidth 756.2–_{834.4 MHz 740.2}–_{867.69 MHz 728.68}–_{864.82 MHz.}

Dari Tabel 4.4 menunjukkan pola radiasi yang dihasilkan oleh kedua perangkat lunak sama dengan pola radiasi berdasarkan pengukuran yaitu pola

radiasi omnidireksional atau antena tersebut dapat memancar ataupun menerima lebih dari satu arah pancaran.

Gain yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 2010 adalah 2.115 dB. Sedangkan Gain yang dihasilkan oleh Ansoft HFSS v.10 adalah 2.509999 dB.

Direktivitas yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 2010 adalah 2.122 dB. Sedangkan Direktivitas yang dihasilkan oleh Ansoft HFSS v.10 adalah 2.431961 dB.

Return loss dan SWR digunakan untuk mengetahui bandwidth dan untuk mengetahui frekuensi resonansi dari Antena Dipole- /2. Bandwidth yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 740.2–_867.69 MHz dengan frekuensi resonansi 784.76 MHz. Sedangkan Bandwidth yang dihasilkan Ansoft HFSS adalah 728.68 –_{864.82 MHz dengan frekuensi resonansi} 800 MHz.

Dari Tabel 4.5 terlihat bahwa HFSS memerlukan waktu simulasi selama 5 menit 14 detik sedangkan CST Microwave Studio memerlukan waktu simulasi selama 12 menit 56 detik.

Tabel 4.5 Waktu Simulasi

Ansoft HFSS CST Microwave Studio

83 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari analisa Antena Dipole- /2 yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan : 1. Untuk mendapatkan parameter karakteristik dari Antena Dipole- /2 pada Modul

B4520 dapat juga menggunakan cara alternatif dengan menggunakan CST Microwave Studio dan Ansoft HFSS.

2. Hasil simulasi Gain dari CST MWS dan HFSS adalah 2.115 dB dan 2.509999 dB 3. Hasil simulasi Direktivitas dari CST MWS dan HFSS adalah 2.122 dB dan 2.431961

dB.

4. Pola radiasi yang dihasilkan sama yaitu pola radiasi omnidireksional.

5. CST Microwave Studio dan Ansoft HFSS memerlukan waktu yaitu 12 menit 56 detik dan 5 menit 14 detik.

6. Hasil simulasi Bandwidth dari CST MWS dan HFSS adalah 740.2_–867.69 MHz dan 728.68_–864.82 MHz.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah :

1. Dalam melakukan simulasi sebaiknya menggunakan komputer atau laptop dengan prosesor berkecepatan tinggi untuk mempersingkat waktu simulasi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Yudhanto, Muhammad Teddy. 2009.Rancang Bangun Antena Payungbolik 2,4 GHz Untuk Komunikasi Wireless LAN (WLAN). Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara.

[2] Program Teknisi Jardiknas, 25 Februari 2011,Antena Dan Propagasi Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158. [3] Anonim, 04 Maret 2011,Teori dasar antena,

dono.blog.unsoed.ac.id/files/2009/06/antena-bab1.doc. [4] Anonym. 05 Februari 2011.Karakter Antena.

http://id.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio). [5] Angga Timothy, 03 Maret 2010,Karakteristik Antena,

http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=1

2%3Aantena&id=267%3Akarakteristik-antena&option=com_content&Itemid=15 [6] Anonim, 03 Maret 2011,Teori Penunjang,

http://digilib.petra.ac.id/viewer.php?submit.x=0&submit.y=0&page =1&qual=high&submitval=prev&fname=%2Fjiunkpe%2Fs1%2Fel kt%2F2006%2Fjiunkpe-ns-s1-2006-23402103-4605-antena-chapter2.pdf, Hal 19.

[7] Alaydrus, Mudrik, 2011, Antena Prinsip & Aplikasi, Graha Ilmu, Yogyakarta.

[8] Siregar, Mutiara Sofia. 2009. Rancang Bangun Antena Wajanbolik 2,4 Ghz Untuk Jaringan Wireless Lan. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara.

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

[10] Kraus, John D. 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, NewYork.

[11] Hayt, Jr, William H.1992. Elektromagnetika Teknologi. Jakarta: Erlangga, Hal 102 - 109, 411 (A)

[12] Kosasih, PB., 2012.Teori dan Aplikasi Metode Elemen Hingga.Penerbit Andi, Wollongong

[13] Anonim, 30 November 2011,HFSS,

http://en.wikipedia.org/wiki/HFSS.

[14] Anonim. 2005.User’s Guide High Frequency Structure Simulator.Ansoft Corporation, Pittsburgh.

[15] Firmanto. 2010.Simulasi Perancangan Antena Yagi Untuk Aplikasi WLAN. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara