BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI
3.1 Umum
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan simulasi antena mikrostrip patch rectangular 2,45 GHz dengan menggunakan metode pencatuan
Electro Magnetic coupled EMC, teknik ini merupakan bagian dari teknik pencatuan tak langsung, dan antena ini digunakan sebagai penguat pada sistem
wireless LAN. Adapun tahapan awal dari perancangan antena dimulai dengan penentuan
bahan antena yang digunakan untuk patch, groundplane dan substrate pada antena yang akan dibuat selanjutnya menghitung dimensi patch antena serta lebar saluran
pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator ansoft HFSS v.9.
Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa iterasi berupa perubahan panjang saluran pencatu dan perubahan dimensi patch.
Dengan simulator Ansoft HFSS v.9, dapat diperoleh parameter – parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR dan Gain antena.
3.2 Penentuan Bahan Antena
Dalam penentuan bahan antena yang akan digunakan sangatlah penting dalam perancangan antena patch rectangular. Penentuan bahan antena
dilakukan pada jenis substrate, patch dan groundplane. Pada perancangan antena patch rectangular akan direncanakan menggunakan bahan dielektrik
substrate berupa udara dan bahan logam menggunakan tembaga pada patch dan
Universitas Sumatera Utara
groundplane karena tembaga termasuk logam yang baik dalam penghantar listrik. Berikut ini adalah spesifikasi bahan antena yang ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Bahan Antena Bahan yang digunakan
Bahan konduktor Cu , udara dan Teflon Permitivitas relative udara
ε
r
1 Ketebalan dielektrik tinggi Teflon 14 mm
Ketebalan tembaga Cu 1 mm
Feeder stripline Tembaga dengan lebar 5 mm dan tebal 1 mm
Penyangga Teflon dengan diameter 10 mm dan tinggi 14 mm
3.3 Perancangan Antena Patch Rectangular
Dalam melakukan proses perancangan antena patch rectangular, yang dilakukan terlebih dahulu adalah membentuk flowchart kerja dalam pelaksanaan
realisasi antena. Pada flowchart ini terdapat tahapan-tahapan kerja yang dilakukan dalam proses perancangan antena mikrostrip patch yang bertujuan untuk
menghasilkan antena patch rectangular yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Pada Gambar 3.1 diperlihatkan rencana konstruksi antena mikrostrip
patch rectangular yang akan dirancang.
Gambar 3.1 Konstruksi Antena Patch Rectangular, a tampak depan, b tampak samping
Universitas Sumatera Utara
3.3.1 Flowchart Realisasi Antena
Pada Tugas akhir ini, antena mikrostrip patch segiempat rectangular patch dirancang untuk mendapatkan hasil simulasi dan hasil pengukuran sesuai
dengan spesifikasi antena yang direncanakan. Berikut ini adalah flowchart kerja pelaksanaan realisasi antena seperti pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Flowchart Realisasi Antena
Mulai
Menentukan frekuensi kerja serta vswr dan gain yang
diinginkan
Penentuan Ukuran Dimensi Antena
Simulasi
Hasil Simulasi Sesuai Dengan Spesifikasi
Realisasi Desain Antena Hasil
Simulasi Pengujian
Antena
Perbandingan Dengan Hasil Simulasi
Optimasi Dimensi Antena
Optimasi Dimensi Antena
Selesai
Tidak Ya
Tidak Ya
Universitas Sumatera Utara
3.3.2 Menentukan Frekuensi Antena Pada perancangan antena mikrostrip ini, frekuensi kerja berada pada
frekuensi 2,4 - 2,5 GHz. Hal ini berarti, frekuensi resonansinya adalah 2,4 - 2,5 GHz dengan frekuensi tengah 2,45 GHz. Frekuensi tengah resonansi ini,
selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan parameter-parameter lainnya seperti dimensi patch, lebar saluran pencatu. Pada
rentang frekuensi kerja tersebut 2,4-2,5 GHz, diharapkan antena memiliki parameter VSWR
≤ 2 serta gain ≥ 6.
3.3.3 Perancangan Ukuran Patch Antena
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip patch segiempat dengan frekuensi kerja 2,4 - 2,5 GHz. Untuk perancangan
dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch segiempat dengan menggunakan Persamaan 2-5 sampai 2-10,maka didapat:
a. Menentukan Lebar patch Adapun hasil perhitungan lebar patch dapat diperoleh dengan
menggunakan Persamaan 2-5, sebagai berikut :
W =
+1 2
2
r r
f c
ε
= mm
x 5
, 61
1 1
2 10
45 ,
2 2
10 .
3
9 8
= +
b. Menentukan panjang patch Adapun hasil perhitungan panjang patch dapat diperoleh dengan
menggunakan Persamaan 2-6 sampai 2-10, sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
L = L
f c
e r
∆ − 2
2 ε
dengan
h L
∆
= 0,412
+ −
+ +
813 ,
258 .
264 ,
3 .
h W
h W
e e
ε ε
ε
e
=
−
+
+ −
+ +
− 2
2 1
1 04
. 12
1 2
1 2
1 h
W W
h
r r
ε ε
ε
e
=
−
+
+
− +
+
− 2
2 1
14 5
, 61
1 04
. 5
, 61
14 12
1 2
1 1
2 1
1
ε
e
=
−
+
+
+
− 2
2 1
14 5
, 61
1 04
. 5
, 61
14 12
1 2
1
ε
e
= 1
ΔL = 0,412 x h x
+ −
+ +
813 ,
258 ,
264 ,
3 ,
h W
h W
e e
ε ε
ΔL = 0,412 x 14 x
+ −
+ +
813 ,
14 5
, 61
258 ,
1 264
, 14
5 ,
61 3
, 1
ΔL = 9,06 mm
L = L
f c
e r
∆ − 2
2 ε
L = 06
, 9
2 1
10 45
, 2
2 10
. 3
9 8
− x
L = 61,5 – 18,12
L = 43,38 mm
L
≈
43,5 mm
Universitas Sumatera Utara
Dari nilai diatas didapatkanlah nilai lebar dan panjang patch adalah 61,5 mm dan 43,38 mm untuk memudahkan proses simulasi maka nilai panjang patch
dilakukan pembulatan menjadi 43,5 mm.
3.3.4 Penentuan Panjang Saluran Pencatu
Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip ini adalah menggunakan bahan tembaga Cu dengan tebalnya 1 mm. Dalam
penentuan panjang saluran pencatu dilakukan dengan mengatur panjang saluran pencatu dan perbandingan lebar saluran pencatu terhadap lebar elemen peradiasi
serta ketebalan substrat h. Saluran pencatu yang akan dirancang dibuat dalam bentuk L-strip. Untuk panjang saluran pencatu L-Strip ditentukan dengan
melihat Gambar 3.3 Konstruksi Antena Patch Rectangular.
Gambar 3.3 Konstruksi Antena Patch Rectangular Dari Gambar 3.3, dapat ditentukan nilai-nilai dari tiap bagian pencatu L-
Strip pada antena patch rectangular yang ditunjukkan pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Saluran Pencatu L-Strip
Dimensi Pencatu L-Strip Nilai
Tebal Subtrat h 14 mm
Panjang L-Strip A1 x A2 x A3 46 x 9 x 11 mm
Jarak Pangkal L-strip ke pangkal patch D 6 mm
Tinggi antara L- strip ke Groundplane h2 1 mm
Tinggi antara L- strip ke Patch h3 2 mm
Universitas Sumatera Utara
3.3.5 Penentuan Dimensi Groundplane
Dalam penentuan dimensi umum groundplane pada desain antena mikrostrip patch rectangular dilakukan dengan pendekatan dimensi minimum
groundplane menggunakan Persamaan 2-17, sehingga dapat diperoleh : Ag = 6t + a
Ag = 6 1 + 61,5 Ag = 67,5 mm
≈ 70 mm Berdasarkan prosedur perancangan patch rectangular untuk frekuensi
kerja 2,45 GHz dan tinggi dielektrik udara 14 mm maka diperoleh data – data berikut seperti pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Dimensi Pada Tiap Elemen Antena Hasil Perhitungan
Dimensi Antena Hasil yang diperoleh
Ukuran patch antena W x L 61,5 x 43,5 mm
Permitivitas relatif bahan udara ε
r
1 Ketebalan substrat h
14 mm Tinggi antara L- strip ke Groundplane h2
1 mm Tinggi antara L- strip ke Patch h3
2 mm Jarak Pangkal L-strip ke pangkal patch D
6 mm Panjang L – strip A1 x A2 x A3
46 x 9 x 11 mm Minimum Dimensi Groundplane Antena
67,5 mm ≈ 70 mm
3.4 Simulasi
Kategori