Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip WLAN

7 dari patch. Dalam perancangan antena mikrostrip, karakteristik substrate sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Ketebalan dielektrik substratememiliki pengaruh besar terhadap bandwidth antena mikrostrip, dengan menambah ketebalan substrate dapat memperbesar bandwidth [4]. 3. Ground plane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk memisahkan substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat menggangu radiasi sinyal.

2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Teknologi antena mikrostrip ini sampai sekarang masih merupakan salah satu topik yang menarik di dalam berbagai aplikasi gelombang mikro, baik di bidang akademis, industri, maupun penelitian. Berikut ini Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip yaitu [5] : 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. Universitas Sumatera Utara 8 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

2.4 Parameter Antena Mirostrip

Kualitas antena dapat dilihat dari kerja parameter antena tersebut. Dengan mengetahui nilai parameter antena, dapat ditentukan apakah suatu antena cocok digunakan pada aplikasi yang diinginkan. Ada beberapa parameter-parameter penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh far field [2].

2.4.1 Bandwidth

Bandwidth adalah daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana pada rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui[6]. Misalkan sebuah antena bekerja pada Universitas Sumatera Utara 9 frekuensi tengah sebesar f c , namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f 1 dibawah f c sampai dengan f 2 diatas f c , maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah f 1 – f 2 . Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.1 [7] �� = � 2 −� 1 � � × 100 2.1 Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu [6]: a. 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. b. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari. c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi linier atau melingkar masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah lebih kecil dari 3 dB.

2.4.2 Gain

Gain adalah karakteristik dari antena yang terkait dengan kemampuan suatu antena dalam mengarahkan radiasi sinyalnya atau penerima sinyal dari arah Universitas Sumatera Utara 10 tertentu. Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahuli harus di tentukan frekuensi kerja fr yang di gunakan, agar dapat mencari panjang gelombang di ruang bebas λ pada persamaan 2.2 [6] � = � � 2.2 Setelah nilai � di peroleh, maka � � dapat di hitung. Dimana � � merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan 2.3 [6] � � = � �ɛ�� 2.3 Gain diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.4 [6]. G = 4 � � 2 ��� 2 2.4 Dimana : G = Gain antena � � = Panjang gelombang bahan dielektrik ��� 2 = Luas Segitiga Ada dua jenis pnguatan gain pada antena, yaitu penguatan absolute dan penguatan relatif.Penguatan absolute di defenisikan sebgai perbandingan antara intensitas yang di peroleh jika daya yang di terima oleh antena radiasi secara isotropik. Intesitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang di radiasikan Universitas Sumatera Utara 11 secara isotropik sama dengan daya yang di terima oleh antena P in dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat di hitung dengan persamaan 2.5[6]: Gain = 4π ��.⌀ � �� 2.5 Dimana : ��. ⌀ : intensitas radiasi pada arah tertentu P in : intensitas radiasi yang di terima Selain penguatan absolute, ada juga penguatan relatif.Di defenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada antena referensi pada arah yang di referensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi antena referensi merupakan sumber isotropis yang lossless.Secara umum dapat dihubungkan dengan persamaan 2.6 [6]. G = d 4 ���.⌀ � �� �������� 2.6 Dimana :d :jarak antar antena P inlossless : intensitas radiasi diterima yang losslees

2.4.3 VSWR

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri standing wave maksimum │V│max dengan minimum │V│min.Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan V0+ dan tegangan yang direfleksikan V0-.Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan г [7]. Universitas Sumatera Utara 12 Persamaan 2.7 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S. � = │⊽│ ��� │⊽│ ��� = 1+ │г│ 1 −│г│ 2.7 Koefisien refleksi tegangan г memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi.Dimana besar г ditentukan dengan Persamaan 2.8. г = � − � + = � � −� � � + � 2.8 dimana Z adalah impedansi saluran lossless dan Z L adalah impedansi beban. Untuk beberapa kasus sederhana, ketika bagian imaginer dari г sama dengan nol, maka : 1. Г = -1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat 2. Г = 0 : Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna 3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijikankan untuk simulasi dan fabrikasi antena mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [6].

2.4.4 Return Loss

Universitas Sumatera Utara 13 Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban antena, sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss menunjukkan adanya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan [6]. Nilai return loss dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan [Г] ke dalam Persamaan 2.9: ���������� = 20 Log 10 │г│ 2.9 Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dalam keadaan matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

2.4.5 Pola Radiasi

Pola radiasi didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau representasi grafik dalam fungsi koordinat ruang dari sifat radiasi antena. Sifat radiasi dapat dilihat pada Gambar 2.1 yang meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting ialah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena [3]. Universitas Sumatera Utara 14 Gambar 2.1 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena

2.4.6 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan antara tegangan dan arus.Impedansi masukan disebut juga sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya.Impedansi masukan Z in terdiri dari bagian real R in dan imajiner X in dan dapat ditulis sesuai Persamaan 2.10. � �� = � �� + �� �� ٠2.10 Daya real R in merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner X in reaktansiinput mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan di sekitar antena [6].

2.4.7 Keterarahan

Directivity Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan rasio intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata- rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang Universitas Sumatera Utara 15 diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Dengan demikian, keterarahan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.11 [3]. � = � � = 4 �� � ��� 2.11 Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.12 [3]. � = � = � ��� � = 4 �� ��� � ��� 2.12 dimana : D : Keterarahan D : Keterarahan maksimum U : Intensitas radiasi U max : Intensitas radiasi maksimum U : Intensitas radiasi pada sumber isotropik P rad : Daya total radiasi Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D dB.Dimana D o merupakan maximum directivity dari sebuah antena.Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis [3]. Universitas Sumatera Utara 16

2.5 Rugi-Rugi Saluran Mikrostrip

Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrate dan elemen peradiasi antena yang dinyatakan dalam faktor pe lemahan α. Faktor pelemahan yang paling domian pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari substrate dan konduktor, serta frekuensi yang digunakan .Ada 3 jenis rugi-rugi yang utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi [10].

2.5.1 Rugi-Rugi Dielektrik

Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik α d .Besarnya rugi-rugi dielektrik pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.13 [3]. � � = 4.34 � � �� ��� � � ��� −1 � � −1 � � � � � ��� �� � � 2.13 dimana: α d : rugi-rugi dielektrik dBcm σ d : konduktivitas dielektrik mhom ε eff : permitivitas dilektrik relatif efektif Fm ε r : permitivitas dielektrik relatif substrat Fm ε o : permitivitas ruang hampa 8.854×10 -12 Fm µ o : permeabilitas ruang hampa 4π×10 -7 Hm Universitas Sumatera Utara 17

2.5.2 Rugi-Rugi Konduktor

Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.14 dan 2.15[3]. � � = 8.686 �.� � � � ��� �� � � 2.14 � � = � �.�.� � � Ω 2.15 dimana: α c : rugi-rugi konduktor dBcm R s : resistansi permukaan Ω Zo : impedansi karakteristik saluran Ω w : lebar saluran mikrostrip mm µ : permeabilitas bahan σ c : konduktivitas konduktor mhocm Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan α merupakan penjumlahan antara rugi- rugi dielektrik α d dan rugi-rugi konduktor α c yang dinyatakan dengan Persamaan 2.16 [3]. � = � � + � � ��� �� � � 2.16 dengan: α : koefisien pelemahan dBcm α d : rugi-rugi dielektrik dBcm α c : rugi-rugi konduktor dBcm Universitas Sumatera Utara 18

2.5.3 Rugi-Rugi Radiasi

Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik substrate. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.17 dan 2.18 [3]. � ��� � � = 240. � 2 � � � ℎ � � � 2 � � ��� +1 � ��� − � ��� −1 2 � ��� �� ��� �� � �� ��� +1 �� ��� −1 �� 2.17 � ��� � � = � � � � 2.18 dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.19. � � = 240. � 2 � ℎ � � � 2 � � ��� +1 � ��� − � ��� −1 2 � ��� �� ��� �� � �� ��� +1 �� ��� −1 ��2.19 dimana : R r : rugi-rugi radiasi dBcm P t : daya total yang diberikan saluran dB P rad : daya yang diradiasikan dB � o : panjang gelombang di udara m h : tebal substrat mm ε eff : permitivitas dielektrik relatif efektif Fm

2.6 Antena Mikrostrip

Patch Segitiga Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern. Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang tersusun atas tiga elemen, yaitu: elemen peradiasi radiator, elemen substrate dan elemen pentanahan Universitas Sumatera Utara 19 ground.Salah satu bentuk patch antena mikrostrip adalah segitiga. Dalam Tugas Akhir ini, akan dibahas mengenai perancangan antena mikrostrip segitiga sama sisi dengan menggunakan slot[9]. Bentuk segitiga memiliki keunggulan dibandingkan dengan bentuk segi empat : yaitu untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil dibandingkan dengan luas yang dibutuhkan oleh antena mikrostrip bentuk segi empat. Bentuk antena mikrostrip patch segitiga dapat dilihat pada Gambar 2.2[9] Gambar 2.2 Antena Mikrostrip patch Segitiga Panjang sisi patch antena segitiga sama sisi dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 2.20 [3]. ɑ = 2 � 3 � �√ ɛ� dan ɑe= ɑ+h ɛ�-12 2.20

2.6.1 Antena Mikrostrip

Slot Bentuk Celah slot pada antena mikrostrip sebenarnya sama seperti bentuk segi empat panjang dan lebar. Celah slot merupakan bagian alternatif dari fungsi elemen peradiasi. Untuk bentuk geometri dasar antena mikrostrip terdiri dari elemen konduktor peradiasi slot yang di cetak pada substrat. Elemen Universitas Sumatera Utara 20 peradiasi dapat di eksitasi oleh saluran transmisi koaksial,saluran mikrostrip,atau kopling elektromagnetik. Bentuk antena mikrostip celah slot tunggal dapat di lihat pada gambar 2.3. Gambar 2.3. Antena celah slot tunggal. Pada antena mikrostrip celah slot meliputi suatu slot yang memotong pada bidang tanah dengan saluran mikrostrip, sehingga slot akan tegak lurus dengan konduktor pada saluran mikrostrip.[10] Penambahan slot pada patch bentuk segitiga membuat luas yang dibutuhkan akan semakin kecil dikarenakan salah satu fungsinya celah slot yaitu untuk mereduksi ukurannya.

2.7 Dimensi Antena

Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segitiga, terlebih dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik h, konstanta dielektrik ε r , frekuensi kerja yang diharapkan f Hz . Universitas Sumatera Utara 21 Pengaturan panjang dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang antena mikrostrippatch segitiga,dapat menggunakan Persamaan 2.21 [3]. � = 2 � 3 � � √ɛ� 2.21 dimana : ε r : konstanta dielektrik c : kecepatan cahaya diruang bebas 3×10 8 ms 2 f r : frekuensi kerja antena Hz

2.7.1 Menentukan Lebar Saluran Pencatu

Dalam perancangan antena mikrostrip terlebih dahulu kita harus menghitung dimensi antena yang akan di buat yang meliputi panjang sisi patch- nya. Setelah di peroleh panjang sisi segitiga dari patch, langkah selanjunya adalah menentukan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset di hitung dengan persamaan 2.22 [3] � ℎ = 8 � � � 2 � −2 2.22 Persamaan 2.22 berlaku untuk nilai � ℎ 2, sedangkan untuk � ℎ 2 nilai W ditunjukkan oleh Persamaan 2.23 [5]. � ℎ = 2 � �� − 1 − ln2� − 1 + � � −1 2 � � ���� − 1 + 0.39 − 0.61 � � �� 2.23 Universitas Sumatera Utara 22 dengan A dan B bernilai seperti Persamaan 2.24 dan 2.25. � = � 60 � � � +1 2 + � � −1 2 � � �0.23 + 0.11 � � � 2.24 � = 377 � 2 � √� � 2.25 Untuk menghitung panjang saluran pencatu y digunakan Persamaan 2.26, dimana persamaan ini valid untuk nilai 2 ≤ ε r ≤ 10 [8]. � = 10 −4 0.001699 � � 7 + 0.13761 � � 6 − 6.1783� � 5 + 93.187 � � 4 − 682.69� � 3 + 2561.9 � � 2 − 4043� � + 6697 � ℎ 2.26

2.8 WLAN

Perkembangan komunikasi wireless di abad ini sangat dibutuhkan. Hal ini dikarenakan manusia ingin berkomunikasi dengan sesamanya tanpa dibatasi oleh jarak dan tempat. Komunikasi wireless yang sedang berkembang saat ini adalah WLAN dan WiMAX dimana kelebihan dari kedua teknologi ini adalah mobilitas dan produktivitas tinggi, kemudahan dan kecepatan instalasi serta fleksibel. WLAN adalah suatu jaringan area lokalnirkabel 802.11 adalah sebuah standart yang digunakan dalam jaringan Wireless jaringan Nirkabel dan di implementasikan di seluruh peralatan Wireless yang ada. 802.11 di keluarkan oleh IEEE sebagai standart komunikasi untuk bertukar data di udara nirkabel. yang menggunakan gelombang radio sebagai media tranmisinya. IEEE 802.11b merupakan pengembangan dari standar IEEE 802.11 yang asli, yang bertujuan untuk meningkatkan kecepatan hingga 5.5 Mbs atau 11 Mbs tapi tetap menggunakan frekuensi 2.45 GHz. Dikenal juga dengan IEEE 802.11 Universitas Sumatera Utara 23 HR. Padaprakteknya, kecepatan maksimum yang dapat diraih oleh standar IEEE 802.11b mencapai 5.9 Mbs pada protokol TCP, dan 7.1 Mbs pada protokol UDP. Metode transmisi yangdigunakannya adalah DSSS . Standard ini sempat diterima oleh pemakai didunia dan masih bertahan sampai saat ini.Tetapi sistem b bekerja pada band yang cukup kacau, seperti gangguan pada Cordless dan frekuensi Microwave dapat saling menganggu bagi daya jangkaunya. Standard 802.11b hanya memiliki kemampuan tranmisi standard dengan 11Mbps atau rata rata 5MBbits yang dirasakan lambat, mendouble turbo mode kemampuan wireless selain lebih mahal tetapi tetap tidak mampu menandingi kemampuan tipe a dan g. Tabel 2.1 Chanel WLAN Frekuensi 2.4Ghz mungkin frekuensi yang paling banyak digunakan dalam WLAN.2.4Ghz digunakan oleh 802.11, 802.11b, 802.11g, dan 802.11n standart IEEE. Frekuensi 2.4Ghz yang dapat digunakan oleh WLAN dibagi b agi menjadi channel yang berkisar dari 2.4000 sampai 2.4835 Ghz. Di US memiliki 11 Channel, dan setiap channel mempunyai lebar pita 22 Mhz. Beberapa Channel overlap tumpang tindih dengan yang lainnya dan menyebabkan interferensi. Universitas Sumatera Utara 24 Karena alasan ini, Channel 1, 6, dan 11 adalah channel yang sering digunakan karena sinyalnya tidak overlap.

2.9 AWR Microwave Office 2004