Analisis Perbandingan Teknik Penyesuaian Impedansi Pada Saluran Mikrostrip Antara Metode Single Stub Dan Double Stub

TUGAS AKHIR

ANALISIS PERBANDINGAN TEKNIK PENYESUAIAN

IMPEDANSI PADA SALURAN MIKROSTRIP ANTARA

METODE SINGLE STUB DAN DOUBLE STUB

O L E H

ETERNAL DEAN REFISIS NIM : 050402006

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ANALISIS PERBANDINGAN TEKNIK PENYESUAIAN IMPEDANSI PADA SALURAN MIKROSTRIP ANTARA METODE SINGLE STUB DAN

DOUBLE STUB

Disusun oleh :

ETERNAL DEAN REFISIS NIM : 05 0402 006

Disetujui oleh :

DOSEN PEMBIMBING

ALI HANAFIAH RAMBE, ST,MT NIP. 19780826 200312 1 001

Diketahui oleh :

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP. 19540531 198601 1 002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Penyesuaian impedansi bisa dilakukan dengan menyisipkan suatu admitansi imajiner paralel dalam saluran transmisi.Admitansi ini bisa diperoleh dari potongan suatu saluran transmisi. Teknik penyesuaian impedansi seperti ini disebut dengan stub matching. Ujung dari stub bisa terbuka atau tertutup, tergantung dari admitansi imajiner yang diinginkan. Dua atau tiga stub juga bisa disisipkan pada lokasi tertentu untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Dengan adanya teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan double stub dapat memperbaiki nilai VSWR dan return loss. Pada antena mikrostrip patch segi empat untuk frekuensi 2,45 GHz yang mempunyai nilai VSWR = 1,2 dan return loss = -20,39 dB, setelah menggunakan teknik penyesuaian impedansi metode single stub maka diperoleh nilai VSWR = 1,1 dan return loss = -26,36 dB, yang berarti saluran mikrostrip tersebut menjadi lebih baik (antena mikrostrip dikatakan bekerja dengan baik jika memiliki nilai VSWR ≤ 2 danreturn loss ≤ -10dB). Dan setelah menggunakan metode double stub diperoleh nilai VSWR = 1,06 dan return loss = -30,46 dB (lebih baik lagi dari metode single stub).

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini berjudul :“ANALISIS PERBANDINGAN TEKNIK

PENYESUAIAN IMPEDANSI PADA SALURAN MIKROSTRIP ANTARA METODE SINGLE STUB DAN DOUBLE STUB”.Tugas Akhir ini merupakan

salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyampaikan rasa hormat, bangga, dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orangtua saya, Ayahanda Drs. Ridolf Sianturi dan Ibunda Arlene Manurung, S.Pd, yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan saya, serta rasa sayang kepada saudara-saudara saya Nice Rejoice Refisis, S.Pd, M.Si, Serenity Deliver Refisis, SH, MH, Ardent Perfervid Refisis, Harinuan Pity Mentor Refisis dan Fervent Worthy Refisis.

Dalam kesempatan ini juga penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, yang dengan ikhlas dan sabar memberikan masukan, dukungan, bimbingan dan motivasi dalam penulisan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain, selaku Dosen Wali selama saya mengikuti perkuliahan.

5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada saya selama mengikuti perkuliahaan.

6. Terimakasih kepada teman-teman stambuk ’05 yaitu:Herman Salim, ST, Mangiring Manurung, ST, Sadak Nainggolan, ST, Lutfi Abdurrahman dan yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang selalu mendukung dan memberikan masukan yang positif kepada saya.

7. Terimakasih kepada adik-adik junior stambuk’07 yaitu: Setia Sianipar, Kendri Malau, Cisco Ki, Noramitha Manurung, Putri Purba dan yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang selalu mendukung dan memberikan masukan yang positif kepada saya.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, baik dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan penulis.

Medan, April 2011 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR... vii

DAFTAR GRAFIK... viii

DAFTAR TABEL... ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Rumusan Masalah... 3

1.3 Tujuan Penulisan... 3

1.4 Batasan Masalah... 3

1.5 Metodologi Penulisan... 4

1.6 Sistematika Penulisan... 4

BAB II ANTENA MIKROSTRIP 2.1 Antena Mikrostrip... 6

2.2 Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 8

2.3 Parameter Pada Antena Mikrostrip... 9

2.3.1 Dimensi Antena... 9

2.3.2 Pola Radiasi... 11

2.3.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)... 12

2.3.4 Return Loss... 13

2.3.6 Bandwidth... 14

2.4 Teknik Pencatuan Pada Mikrostrip... 16

2.4.1 Lebar Pencatu (Feed Point)... 16

2.5 Ansoft High Frequency Structure Simulator v10... 17

2.6 Aplikasi Mikrostrip... 18

BAB III TEKNIK PENYESUAIAN IMPEDANSI 3.1 Umum... 21

3.2 Jenis-Jenis Teknik Penyesuaian... 22

3.2.1 Penyesuaian Impedansi Metode Single Stub... 22

3.2.2 Penyesuaian Impedansi Metode Double Stub... 25

BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN ANTARA METODE SINGLE STUB DAN DOUBLE STUB 4.1 Umum... 28

4.2 Perancangan Mikrostrip Patch Segi Empat... 28

4.2.1 Jenis Substrat Yang Digunakan... 29

4.2.2 Dimensi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 30

4.2.3 Lebar Saluran Pencatu... 31

4.3 Penyesuaian Impedansi Saluran Mikrostrip Dengan Metode Single Stub... 34

4.4 Penyesuaian Impedansi Saluran Mikrostrip Dengan Metode Double Stub... 37

4.5 Hasil Simulasi Dengan Metode Single Stub... 40

4.7 Analisis Perbandingan Teknik Penyesuaian Impedansi

Antara Metode Single StubDan Double Stub... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan... 45 5.2 Saran... 45

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip... 6

Gambar 2.2 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip... 7

Gambar 2.3 Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 8

Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwidth... 15

Gambar 2.5 Tampilan Awal Ansoft High Frequency Structure Simulator v10. 19 Gambar 2.6 Mikrostrip pada WiMAX... 20

Gambar 2.7 Mikrostrip pada WLAN... 20

Gambar 2.8 Mikrostrip pada Bandpass Filter... 21

Gambar 2.9 Mikrostrip pada Mobile Satellite... 21

Gambar 3.1 Prinsip Teknik Rangkaian Matching... 22

Gambar 3.2 Rangkaian Penyesuaian Impedansi dengan Single Stub... 24

Gambar 3.3 Perhitungan Admitansi Masukan dari Dua Struktur Terpisah... 25

Gambar 3.4 Diagram Smith pada Rangkaian Matching Single Stub... 26

Gambar 3.5 Rangkaian Penyesuaian Impedansi dengan Double Stub... 27

Gambar 3.6 Diagram Smith pada Rangkaian Matching Double Stub... 28

Gambar 4.1 Model Antena Mikrostrip Patch Segi Empat yang Dihasilkan... 35

Gambar 4.2 Smith Chart pada Single Stub = 2,2 Ω, = 50 Ω... 39

Gambar 4.3 Smith Chart pada Double Stub = 2,2 Ω, = 50 Ω... 41

Gambar 4.4 Model Antena Mikrostrip dengan Single Stub... 42

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Hasil VSWR Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 35

Grafik 4.2 Hasil Return Loss Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 36

Grafik 4.3 Hasil VSWR Antena Mikrostrip dengan Single Stub... 42

Grafik 4.4 Hasil Return Loss Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 43

Grafik 4.5 Hasil VSWR Antena Mikrostrip dengan Double Stub... 44

Grafik 4.6 Hasil Return Loss Antena Mikrostrip Patch Segi Empat... 44

Grafik 4.7 Perbandingan VSWRPatch Segi Empat, Single Stub dan Double Stub... 45

Grafik 4.8 Perbandingan Return LossPatch Segi Empat, Single dan Double Stub... 46

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai Konstanta Dielektrik Beberapa Bahan Dielektrik... 7 Tabel 4.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan... 31

ABSTRAK

Penyesuaian impedansi bisa dilakukan dengan menyisipkan suatu admitansi imajiner paralel dalam saluran transmisi.Admitansi ini bisa diperoleh dari potongan suatu saluran transmisi. Teknik penyesuaian impedansi seperti ini disebut dengan stub matching. Ujung dari stub bisa terbuka atau tertutup, tergantung dari admitansi imajiner yang diinginkan. Dua atau tiga stub juga bisa disisipkan pada lokasi tertentu untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

Dengan adanya teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan double stub dapat memperbaiki nilai VSWR dan return loss. Pada antena mikrostrip patch segi empat untuk frekuensi 2,45 GHz yang mempunyai nilai VSWR = 1,2 dan return loss = -20,39 dB, setelah menggunakan teknik penyesuaian impedansi metode single stub maka diperoleh nilai VSWR = 1,1 dan return loss = -26,36 dB, yang berarti saluran mikrostrip tersebut menjadi lebih baik (antena mikrostrip dikatakan bekerja dengan baik jika memiliki nilai VSWR ≤ 2 danreturn loss ≤ -10dB). Dan setelah menggunakan metode double stub diperoleh nilai VSWR = 1,06 dan return loss = -30,46 dB (lebih baik lagi dari metode single stub).

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Penyesuaian impedansi (matching impedance) adalah suatu upaya untuk menyesuaikan impedansi antena dengan impedansi karakteristik saluran.Agar transfer energi dari pemancar ke antena lewat kabel dapat berlangsung secara efisien (tidak ada energi yang terbuang atau terpantul), impedansi antena harus sesuai. Efek terburuk dari impedansi yang tidak sama adalah timbulnya daya pantul (reflected power) dari antena. Daya pantul yang kembali ke pemancar akan merusak rangkaian pemancar. Agar tidak terjadi kerusakan, perlu dilakukan penyesuaian impedansi (matching impedance) pada antena sehingga sesuai dengan impedansi pemancar.Nilai voltage standing wave ratio (VSWR) mengindikasikan seberapa baik penyesuaian impedansi yang dilakukan.VSWR atau SWR yang tinggi menunjukkan bahwa sinyal yang dipantulkan masih lebih besar daripada sinyal yang dipancarkan antena.

Teknik penyesuaian impedansi yang dapat digunakan untuk impedansi antena yaitu feeding methods, stub dan baluns. Pada umumnya feeding methods diuraikan menjadi dua, yaitu folded dipole dan shunt feed methods. Sedangkan stub terdiri atas single stub, balanced stubs, double dan triple stub matching. Beberapa jenis baluns yaitu bazooka balun, colinear balun, folded balun. Teknik penyesuaian impedansi single stub mungkin yang paling banyak digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dalam saluran transmisi.

Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang pengembangannya dimulai sejak tahun 1970an dan hingga kini masih menjadi

jenis antena yang terus dikembangkan.Berbagai aplikasi komunikasi radio tidak luput dari penggunaan antena ini.Hal yang menjadi alasan dalam pemilihan antena mikrostrip pada berbagai aplikasi adalah bahannya yang sederhana dan murah tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik. Antena mikrostrip pada umumnya memiliki saluran yang telah terintegrasi dengan patchnya, sehingga dapat digunakan untuk menghubungkan piranti-piranti elektronika yang berjarak cukup dekat.

Saluran mikrostrip merupakan saluran transmisi yang bentuk fisiknya tidak berupa kabel yang berupa lentur akan tetapi bersifat kaku. Jenis saluran transmisi ini umumnya dipergunakan untuk bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro (GHz). Sebuah antena mikrostrip dapat dikatakan bekerja dengan baik jika memiliki nilai VSWR ≤ 2 atau return loss ≤ -10dB. Nilai VSWR yang paling ideal adalah VSWR = 1. Semakin baik nilai VSWR (semakin mendekati 1) maka sinyal yang akan dilewatkan ke antenanya akan semakin optimal. Untuk memperbaiki nilai VSWR ada banyak teknik penyesuaian impedansi yang dipergunakan, diantaranya adalah teknik penyesuaian impedansi dengan metode single stub dan double stub.

Pada Tugas Akhir ini, membahas tentang analisis perbandingan teknik penyesuaian impedansi pada saluran mikrostrip antara metode single stub dan double stub untuk memperbaiki nilai VSWR dan return loss dari antena mikrostrip tertentu.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu:

1. Apa yang dimaksud dengan penyesuaian impedansi? 2. Apa yang dimaksud dengan saluran mikrostrip? 3. Apa yang dimaksud dengan metode single stub? 4. Apa yang dimaksud dengan metode double stub?

5. Bagaimana menyesuaikan impedansi saluran mikrostrip dengan metode single stub dan double stub untuk memperbaiki nilai VSWR dan return loss?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah menganalisis perbandingan teknik penyesuaian impedansi pada saluran mikrostrip dengan metode single stub dan double stub untuk memperbaiki nilai VSWR dan return loss dari antena mikrostrip.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Saluran transmisi yang dibahas hanya saluran mikrostrip patch segi

empat dengan frekuensi kerja 2.45 GHz (2,4 – 2,5 GHz) dan Z0 = 50 Ω. 2. Teknik penyesuaian impedansi yang digunakan hanya single stub dan

double stub.

3. Parameter antena mikrostrip yang hendak diperbaiki dengan menggunakan metode single stub dan double stub hanya VSWR dan return loss.

1.5 Metodologi Penulisan

Metode 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. Diskusi

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul pada tugas akhir ini.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tugas akhir ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II ANTENA MIKROSTRIP

Bab ini berisi penjelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip patchsegi empat, parameter pada antena mikrostrip, teknik pencatuan, softwareAnsoft High Frequency Structure Simulator v10, dan aplikasi mikrostrip.

BAB III TEKNIK PENYESUAIAN IMPEDANSI

Bab ini berisi tentang teknik penyesuaian impedansi, jenis-jenis teknik penyesuaian, dan penyesuaian impedansi dengan menggunakan metode single stub dan double stub.

BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN ANTARA METODE SINGLE

STUB DAN DOUBLE STUB

Bab ini berisi tentang analisis perbandingan teknik penyesuaian impedansi pada saluran mikrostrip dengan metodesingle stub dan double stub, perhitungan single stub dan double stub, analisis VSWR dan return loss sebelum dan setelah menggunakan single stub dan double stub, dan hasil simulasi menggunakan software Ansoft High Frequency Structure Simulator v10.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.

BAB II

ANTENA MIKROSTRIP 2.1 Antena Mikrostrip

Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu micro (sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena Mikrostrip dapat didefinisikan sebagai salah satu jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran sangat tipis/kecil [1].

Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip

Gambar 2.1 menunjukkan struktur dari sebuah antena mikrostrip.Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan ground plane.Patch terletak di atas substrat, sementara ground plane terletak pada bagian paling bawah.

Pada umumnya, patch terbuat dari logam konduktor seperti tembaga atau emas dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam. Bentuk patch antena mikrostrip yang sering dibuat, misalnya segi empat, segi tiga, rectangular, dan lain-lain. Patch berfungsi sebagai pemancar (radiator). Patch dan saluran pencatu biasanya terletak di atas substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis ( ; t = ketebalan patch). Substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat biasanya

mempunyai tinggi (h) antara . Jenis-jenis antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip

Tabel 2.1 Nilai Konstanta Dielektrik Beberapa Bahan Dielektrik Bahan Dielektrik Nilai Konstanta Dielektrik ( )

Alumina 9,8

Material Sintetik – Teflon 2,08

Material Komposit – Duroid 2,2 – 10,8

Ferimagnetik – Ferrite 9 – 16

Semikonduktor – Silikon 11,9

Fiberglass 4,882

Tabel 2.1 menunjukkan nilai permeativitas relatif bahan dielektrik yang sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip. Tampak bahwa semikonduktor (silikon) memiliki nilai yang lebih tinggi dan teflon memiliki nilai yang lebih rendah.

Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling kuat terutama pada daerah pinggiran di antara tepi patch.Untuk performa antena yang baik, biasanya substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu sendiri. Oleh sebab itu, kejelian dalam menetapkan spesifikasi, ukuran, dan performa akan menghasilkan

antena mikrostrip yang mempunyai ukuran yang kompak dengan performa yang masih dalam batas toleransi.

2.2 Antena Mikrostrip Patch Segi Empat

Antena mikrostrip patch segi empat lebih umum digunakan karena memiliki bentuk yang sederhana. Gambar 2.3 memperlihatkan bentuk dari antena mikrostrip patch segi empat.

Gambar 2.3 Antena Mikrostrip Patch Segi Empat

Dimana dan adalah lebar dan panjang dari patch antena yang terpasang pada grounded dielektrik substrat dengan relative permitivity . Pada dasarnya antena mikrostrip terdiri dari sebuah substrat, yang disebut sebagai pembawa dari antena tersebut (secara mekanis), yang di atas substrat ini dibentuk macam-macam form dari antena itu sendiri (patch) melalui proses etching, dan di balik substrat ini terdapat metalisasi bawah.

Pada awalnya fenomena pemancaran yang terdiri pada struktur mikrostrip dicoba untuk direduksi, karena memang sebuah rangkaian mikrostrip tidak boleh memancarkan gelombang elektromagnetik, hal ini akan mempunyai potensi untuk mengganggu komponen lain. Cara untuk mereduksi pancaran adalah dengan menggunakan konstanta dielektrika (permitivitas relatif) yang besaran dan juga

substrat yang tidak terlalu tebal dibandingkan panjang gelombang. Sehingga dengan demikian medan elektromagnetikanya akan terkonsentrasi pada sekitar rangkaian mikrostrip.

Antena mikrostrip memiliki kelebihan yang melampaui kelemahan yang dimiliki, sehingga antena mikrostrip menjadi prioritas untuk diaplikasikan.Di bidang militer mendapatkan bidang aplikasi yang sangat besar (pada pesawat terbang, satelit, roket, dll).

Antena mikrostrip aplikasinya juga semakin banyak untuk aplikasi sipil, misalnya sistem komunikasi mobil dan satelit, global positioning system (GPS) pada radar, kedokteran dan masih banyak lagi lainnya.

Antena mikrostrip patch segi empat adalah bentuk mikrostrip paling sederhana. Hanya dengan menyisakan metal yang berbentuk segi empat pada proses etching telah kita dapatkan antena ini. Dengan menggunakan substrat yang tebal dan permitivitas yang relatif kecil, akan didapatkan medan listrik ‘fringing’ yang memancar ke udara. Medan listrik yang seperti ini akan memberikan kontribusi pada pemancar.

2.3 Parameter-Parameter Umum Antena

Parameter antena merupakan suatu hal yang penting dalam merancang dan menganalisis sebuah antena dikarenakan parameter antena juga sebagai tolak ukur dari performansi antena itu sendiri. Beberapa parameter antena mikrostrip antara lain, yaitu [1] :

2.3.1 Dimensi Antena

Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik (h),

konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang antena mikrostrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka bandwidthakan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antena mikrostrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan persamaan :

... (2.1)

dimana :

W : lebar konduktor : konstanta dielektrik

c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x108) fo : frekuensi kerja antena

Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L ( ) tersebut dirumuskan dengan [2] :

... (2.2)

Dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan adalah konstanta dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai [3] :

... (2.3)

Dengan panjang patch (L) dirumuskan oleh:

... (2.4) Dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan:

... (2.5)

2.3.2 Pola Radiasi

Pola radiasi adalah representasi grafis sifat-sifat pemancaran antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Dengan menggunakan model slot peradiasi di atas, maka berlaku persamaan medan elektrik:

untuk ... (2.6) Ada dua jenis pola radiasi, yaitu:

a) Mutlak

Pola radiasi mutlak ditampilkan dalam satuan-satuan mutlak kekuatan atau daya medan.

b) Relatif

Pola radiasi relatif merujuk pada satuan-satuan relatif kekuatan atau daya medan. Kebanyakan ukuran pola radiasi relatif kepada antena isotropic dan metode transfer gain dipergunakan untuk menentukan gain mutlak antena.

Pola radiasi di daerah dekat antena tidaklah sama seperti pola radiasi pada jarak jauh. Istilah medan dekat merujuk pada pola medan yang berda dekat antena, sedangkan istilah medan jauh merujuk pada pola medan yang berada di jarak jauh. Medan jauh juga disebut sebagai medan radiasi, dan merupakan hal yang diinginkan. Biasanya, daya yang dipancarkan adalah yang kita inginkan, dan oleh karena itu pola antena biasanya diukur di daerah medan jauh. Untuk pengukuran pola sangatlah penting untuk memiliki jarak yang cukup besar untuk berada di medan jauhm jauh di luar medan dekat. Jarak dekat minimum yang

diperbolehkan bergantung pada dimensi antena berkaitan dengan panjang gelombang.

2.3.3 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Bila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dengan transceiver maka akan timbul daya refleksi (reflected power) pada saluran yang berinterferensi dengan daya maju (forward power). Interferensi ini menghasilkan gelombang berdiri (standing wave) yang besarnya bergantung pada besarnya daya refleksi.VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum max dengan minimum 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 tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan [4][8] :

|Γ| ... (2.7) atau

... (2.8)

Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran

lossless.Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, yang

mempresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka:

Γ = − 1: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat.

Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah[5][8] :

... (2.9) Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR = 1), yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan.Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diizinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR ≤ 2.

2.3.4 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0+). Return loss dapat terjadi

akibat adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena).

Dari faktor refleksi yang sering juga dinyatakan dalam bentuk logaritma (desiBell/dB), nilai negatifnya didefinisikan sebagai return loss[6].

... (2.10) ... (2.11)

Nilai dari return loss yang baik adalah di bawah -9,54 dB, nilai ini diperoleh untuk nilai VSWR ≤ 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran tranmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

2.3.5 Gain

Gain adalah perbandingan antara rapat daya per satuan unit antena terhadap rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan persamaan:

... (2.12) Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute gain dan relative gain.Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan rumus:

... (2.13) Selain absoulute gain juga ada relative gain. Relative gain didefeinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropik yang lossles (Pin(lossles)). Secara rumus dapat dihubungkan

sebagai berikut:

... (2.14)

2.3.6 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kerja yang berhubungan dengan berapa karakteristik (seperti impedansi masukan,

-10dB

return loss minimum f

f1 2

bandwidth

c

f

-20dB

pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi,VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar.

Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwidth

Dengan melihat Gambar 2.4, bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [1] [7] :

... (2.15) dimana : f2 = frekuensi tertinggi

f1 = frekuensi terendah fc = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya:

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. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,5 dB dan 2, secara berurutan[4].

b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana beamwidth, sidebole 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 adalah rentang frekuensi dimana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.4 Teknik Pencatuan Pada Mikrostrip

Antena mikrostrip dapat dicatu dengan beberapa metode.Metode-metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting).Pada metode terhubung, daya RF dicatukan secara langsung ke patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung. Pada metode tidak terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untuk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperture coupling dan proximity coupling. Dalam hal ini dilakukan dengan teknik pencatu microstrip line.

2.4.1 Lebar Pencatu (Feed Point)

Setelah menghitung panjang dan lebar dari patch untuk substrate yang telah diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan lebar pencatu, panjang pencatu dimana dalam perancangan ini besarnya panjang pencatu sangat mempengaruhi nilai VSWR dan besarnya lebar (W) sangat mempengaruhi nilai panjang pencatu dapat dituliskan dalam persamaan:

... (2.16) Dan untuk lebar pencatu sangat dipengaruhi dengan tinggi bahan substrate dan jenis bahan substrate yang digunakan. Dapat dituliskan dalam persamaan[3] :

dimana[3] :

... (2.18) Untuk mencari dimana letak posisi pencatu dapat dicari dengan rumus:

... (2.19)

dimana :

... (2.20)

2.5 Ansoft High Frequency Structure Simulator v10

Banyak perangkat lunak (software) simulasi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik antena mikrostrip.Salah satunya adalah Ansoft High Frequency Structure Simulator v10. Dalam Tugas Akhir ini menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 untuk menganalisis karakteristik antena mikrostrip patch segi empat. Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 adalah software yang mempunyai skematik terintegrasi dan manajemen disain front-end dalam teknologi simulasi.

Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 juga merupakan dasar dari perancangan disain yang menyarankan pemakai untuk mendisain model dan mensimulasikannya secara analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan sirkuit, dan memperformasikan sinyal tersebut.Software simulasi ini sangat fleksibel dan mudah untuk digunakan.Dalam software ini terdapat bentuk-bentuk skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam bentuk visualisasi dan analisis data.

Adapun tampilan awal dari Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Tampilan Awal Ansoft High Frequency Structure Simulator v10

2.6 Aplikasi Mikrostrip

Antena mikrostrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini. Umumnya aplikasi yang telah digunakan antara lain adalah WiMAX, WLAN, bandpass filter, mobile satellite.

a) WiMAX

Dalam penggunaan mikrostrip untuk WiMAX yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Mikrostrip pada WiMAX b) WLAN

Contoh mikrostrip dalam penggunaan WLAN dapat dilihat dari Gambar 2.7. Dalam Gambar 2.7 dapat dilihat, mikrostrip yang digunakan adalah antena mikrostrip array yang berfungsi untuk menambah penguatan pada WLAN.

c)Bandpass Filter

Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada di tengah, sinyal rendah dan tinggi ditolak. Mikrostrip adalah teknologi yang paling fleksible untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz. Contoh penggunaan mikrostrip untuk bandpass filter ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Mikrostrip pada Bandpass Filter d)Mobile Satellite

Pada Gambar 2.9 terlihat antena microstrip array digunakan dalam sistem komunikasi mobile satellite pada rentang frekuensi 2,5 - 2,6 GHz.

BAB III

TEKNIK PENYESUAIAN IMPEDANSI 3.1 Umum

Perancangan suatu saluran transmisi tidak terlepas dari penyesuaian impedansi (impedance matching). Suatu jalur atau saluran transmisi dikatakan matched apabila karakteristik impedansi Z0 = ZL, atau dengan kata lain tidak ada

refleksi yang terjadi pada ujung saluran beban. Z0 merupakan karakteristik

impedansi suatu saluran transmisi dan biasanya bernilai 50 ohm, ZL merupakan

impedansi beban. Beban dapat berupa antena atau rangkaian lain yang mempunyai impedansi ekivalen ZL. Karena kegunaan utama saluran transmisi adalah untuk

mentransfer daya secara sempurna, maka beban yang matched sangat diperlukan. Pada banyak sekali aplikasi, diinginkan kondisi tak adanya refleksi pada sambungan saluran transmisi.Oleh sebab itu untuk mengeliminasi refleksi akibat perbedaan impedansi beban dengan impedansi gelombang, dipakai teknik penyamaan/penyesuaian impedansi (impedance matching techniques). Prinsip kerjanya adalah menyisipkan sebuah rangkaian matching di antara beban dan saluran transmisi yang akan dipasangkan (Gambar 3.1).

3.2 Jenis-jenis Teknik Penyesuaian

Metode pencatuan secara langsung untuk mendapatkan polarisasi melingkar sulit untuk mencapai kondisi matching. Oleh karena itu dibutuhkan suatu cara untuk mendapatkan kondisi yang matching, yaitu dengan cara menambahkan transformator , pemberian single stub, dan double stub. Pada tugas akhir ini yang dibahas adalah metode single stub dan double stub.

3.2.1 Penyesuaian Impedansi Metode Single Stub

Rangkaian matching bisa dibuat dengan menyisipkan sebuah saluran transmisi yang lain (stub) seperti ditunjukkan pada Gambar 3.2. Saluran transmisi stub adalah saluran transmisi dengan panjang tertentu yang ujungnya dihubungkan singkat (short)[6].

Untuk melakukan perancangan rangkaian matching tersebut, dilakukan variasi parameter-parameter :

- Lokasi stub (jarak stub ke impedansi beban) : - Panjang stub :

Keuntungan dari teknik matching dengan stub tunggal ini mempunyai sifat bisa me-matching impedansi beban dengan nilai apapun. Tetapi, jika beban diganti, maka posisi stub harus diubah untuk mendapatkan kembali kondisi matching yang baru.

Tetapi yang menjadi keuntungan utama teknik ini dibandingkan dengan transformator adalah impedansi saluran transmisi yang dipakai dalam proses matching ini mempunyai nilai yang bisa ditetapkan oleh perancang (misalnya 50 ohm atau 75 ohm), yang pada teknik transformator biasanya tidak terjadi.

Gambar 3.2 Rangkaian Penyesuaian Impedansi dengan Single Stub

Impedansi gelombang dari saluran transmisi stub biasanya sama dengan saluran transmisi utama, yaitu , tetapi tidak harus demikian. Ujung dari saluran transmisi stub ini dibuat open atau short (pada Gambar 3.2 short), sehingga transformasi akan menghasilkan besaran impedansi yang reaktif (kapasitif atau induktif) di posisi AA.

Dalam analisanya, karena saluran transmisi akan mentransformasikan impedansi beban (impedansi ujung) ke impedansi depan, pada Gambar 3.2 akan terdapat dua impedansi yang saling paralel. Dengan kondisi sambungan paralel, perhitungan akan dilakukan dalam besaran admitansi.

Gambar 3.3, admitansi yang dilihat ke arah stub adalah dan admitansi yang dilihat ke arah beban didapatkan admitansi .

Admitansi totalnya pada posisi stubmenjadi[6] :

= + ...(3.1) Supaya tidak terjadi refleksi, nilai admitansi ini harus sama dengan nilai admitansi saluran transmisi utama, yang kepadanya rangkaian ini dihubungkan.

(bernilai riil)...(3.2) Saluran transmisi stub dengan akhir yang short atau open, akan mentransformasikan impedansi ke depan dalam bentuk imajiner, atau bisa dituliskan dengan[6] :

...(3.3) Supaya terjadi matching, kasus di atas harus terpenuhi, sehingga dengan bantuan persamaan (3.2), admitansi beban ter-transformasi menjadi[6] :

Prosedur dari perancangan rangkaian matching dengan stub ini divisualisasikan pada Gambar 3.4. Jika sebuah beban akan di-matching dengan saluran transmisi [6].

1). Gambarkan impedansi ter-normalisasi di diagram Smith. 2). Admitansi ter-normalisasi adalah putaran titik ini sejauh 1800.

3). Admitansi ini harus ditransformasikan melalui panjang sehingga di posisi saluran transmisi stub didapatkan komponen riilnya bernilai 1 (atau ). Yang pada Gambar 3.4 ada dua kemungkinan (titik potong dua buah lingkaran di atas). Hal ini dibedakan oleh dua sudut putaran ( dan ) atau beda panjang dan .

4) Menemui nilai komponen imajiner dari admitansi di atas, yang bisa digunakan untuk menentukan panjang stub .

Gambar 3.4 Diagram Smith pada Rangkaian Matching Single Stub

3.2.2 Penyesuaian Impedansi Metode Double Stub

Rangkaian single stub mempunyai kekurangan: jika beban mengalami perubahan, tindakan yang perlu diambil untuk mengantisipasinya tidaklah sederhana. Karena alasan tersebut, diperkenalkan rangkaian double stub.Rangkaian penyesuaian impedansi dengan double stub seperti yang tampak pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian Penyesuaian Impedansi dengan Double Stub

Target dari rangkaian matching ini adalah mentransformasikan admitansi (impedansi) sedemikian rupa, sehingga pada sisi saluran transmisi penyambung,

yaitu di posisi 2L (sebelah kiri stub 2) memiliki admitansi (impedansi) yang sama

dengan admitansi (impedansi) gelombang saluran transmisi tersebut. Impedansi di 2L di Diagram Smith (Gambar 3.6) terletak di titik matching.Stub 2 yang memiliki

panjang bertugas untuk mengkompensasikan komponen reaktif yang ada pada admitansi di posisi sebelah kanannya, yaitu di 2R. Berapa nilai komponen reaktif

di sana tidaklah dikenal, tetapi secara umum admitansi di 2R terletak di lingkaran

matching (lingkaran dengan komponen riil konstan yaitu 1), karena stub 2 seperti yang telah dipelajari pada ateknik stub tunggal hanya mengubah nilai imajiner dari suatu admitansi. Pada Gambar 3.5 kita terus bergerak ke arah kanan rangkaian. Admitansi di posisi sebelah kiri stub 1, atau posisi 1L, bisa dihasilkan

dari impedansi di 2R dengan cara memutarnya berlawanan arah dengan jarum jam.

Jadi secara umum lingkaran matching tadi akan diputar berlawanan arah jarum jam sejauh 1800 , sebagai titik putar yaitu titik tengah dan menghasilkan

lingkaran terputar 1L. Apa yang dilakukan berlaku untuk semua kasus dengan

jarak antar stub L.

Sekarang harus melalui stub 1 untuk sampai ke beban. Admitansi di posisi 1L didapat dari penjumlahan admitansi stub 1, yang bersifat reaktif, dengan

admitansi beban. Jadi antara admitansi beban dan admitansi di posisi 1L hanya

berbeda di komponen imajinernya saja. Jika titik admitansi beban diketahui, titik admitansi 1L berada di atas lingkaran dengan konduktansi yang sama.

Dengan lingkaran terputar, titik posisi admitansi beban akan digeser di sepanjang lingkaran konduktansi yang konstan, menuju ke lingkaran terputar untuk mendapatkan 1L. Setelah itu akan balik menuju ke sumber.

BAB IV

ANALISIS PERBANDINGAN ANTARA METODE SINGLE STUB DAN

DOUBLE STUB

4.1 Umum

Penyesuaian impedansi adalah hal yang penting dalam rentang frekuensi gelombang mikro. Suatu saluran transmisi yang diberi beban yang sama dengan impedansi karakteristik mempunyai standing wave ratio (SWR) sama dengan satu, dan mentransmisikan sejumlah daya tanpa adanya pantulan. Juga efisiensi transmisi menjadi optimum jika tidak ada daya yang dipantulkan.

Penyesuaian dalam saluran transmisi mempunyai pengertian yang berbeda dengan dalam teori rangkaian. Dalam teori rangkaian, transfer daya maksimum membutuhkan impedansi beban sama dengan konjugasi kompleks sumber. Penyesuaian seperti ini disebut dengan penyesuaian konjugasi. Dalam saluran transmisi, penyesuaian mempunyai pengertian memberikan beban yang sama dengan impedansi karakteristik saluran.

Pada sistem komunikasi radio, teknik penyesuaian impedansi sering dipakai untuk menyesuaikan impedansi antena dengan saluran transmisi.Selain itu juga dipakai pada rangkaian-rangkaian komunikasi elektronik, misalnya untuk menyesuaikan impedansi keluaran penguat akhir suatu pemancar dengan bebannya yakni saluran transmisi, atau bisa juga sebaliknya untuk menyesuaikan impedansi masukan penguat RF penerima dengan impedansi saluran transmisi.

4.2 Perancangan Mikrostrip Patch Segi Empat

Pada perancangan ini, ada beberapa tahapan untuk merancang antena mikrostrippatch segi empat, di antaranya adalah penentuan spesifikasi substrat

yang akan digunakan, penentuan dimensi antena dan serta penentuan dimensi saluran pencatu.

Saluran transmisi yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah saluran mikrostrip dengan frekuensi kerja 2.45 GHz (2,4 – 2,5 GHz) dan Z0 = 50 Ω.

4.2.1 Jenis Substrat yang Digunakan

Dalam pemilihan jenis substrate sangat dibutuhkan pengetahuan tentang spesifikasi umum dari substrate tersebut, kualitasnya, ketersediaannya dan yang lebih penting lagi adalah harga atau biaya yang harus dikeluarkan untuk mendapatkannya, karena akan mempengaruhi nilai jual ketika akan dipabrikasi secara massal untuk dipasarkan.

Pemilihan substrate untuk antena mikrostrippatch segi empat yaitu memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi-rugi garis singgung. Semakin tebal substrate, disamping secara fisik terlihat lebih kuat dan kokoh, akan meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan memperbaiki impedansi bandwidth. Bagaimanapun hal ini juga akan meningkatkan berat, rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi gelombang permukaan. Konstanta substrate dielektrik memiliki fungsi yang sama seperti ketebalan susbtrate. Nilai yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu substrate dengan nilai lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil. Meningkatnya ketebalan substrateakan memiliki dampak yang sama ketika menurunnya nilai dari karakteristik antena. Rugi-rugi garis singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi-rugi dielektrik dan oleh karena itu hal ini akan menurunkan efisiensi antena.

Jenis substrate pada perancangan antena ini adalah 1 (satu) buah bahan fiber dengan ketebalan 0,16 cm. Adapun parameter substrat dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan

Jenis Substrat FR4 epoxy

Konstanta Dielektrik Relatif ( ) 4,4

Dieletric Loss Tangent (tan δ) 0,02

Ketebalan Substrat (h) 0,16 cm

4.2.2 Dimensi Antena Mikrostrip Patch Segi Empat

Untuk perancangan awal dari dimensi antena digunakan perhitungan pada antena mikrostrip dengan patch berbentuk segi empat dengan menggunakan Persamaan (2.1) sampai (2.5) maka persamaan sebagai berikut:

Didapatkan hasil dimana panjang dan lebar patch masing-masing 3,7234261 cm dan 2,8890929 cm. Nilai masing-masing dari dimensi patch segi empat dibulatkan dengan nilai sebesar 3,72 cm dan 2,89 cm.

4.2.3 Lebar Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan Persamaan (2.18), maka:

Dengan menggunakan Persamaan (2.17) maka:

Dan untuk mengetahui panjang pencatu dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.16) :

Untuk mengetahui letak posisi saluran pencatu digunakan Persamaan (2.20) dan Persamaan (2.19) :

Dengan menggunakan Persamaan (2.16) dan (2.19) dapat dilihat perubahan W dan L sangat mempengaruhi panjang dan letak pencatu.Dan nilai

mm dan mm.

Setelah mendapatkan panjang dan letak pencatu maka model antena patch segi empat seperti pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Model Antena MikrostripPatch Segi Empat yang Dihasilkan Dari hasil simulasi diperoleh nilai VSWR untuk frekuensi 2,4-2,5 GHz adalah sebesar ≤ 2,22 dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai VSWR = 1,2 , ditunjukkan pada Grafik 4.1.

Grafik 4.2 Hasil Return Loss Antena Mikrostrip Patch Segi Empat Dari Grafik 4.2, dapat dilihat bahwa nilai return loss diperoleh untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar ≤ -8,0 dB dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai return loss = -20,39 dB.

4.3 Penyesuaian Impedansi Saluran Mikrostrip Dengan Metode Single Stub

Metode ini dilakukan dengan memberi sebuah stub yang ujungnya dihubung singkat atau dibuka dan dipasang secara paralel (shunt) ataupun seri dengan saluran utama. Prinsipnya hanya mencari panjang letak stub terhadap beban dengan panjang stub baik stub dihubung singkat atau terbuka. Berikut ini diberikan permasalahan untuk dianalisa dengan mengerjakan secara manual dan dengan bantuan komputer (software).

Saluran transmisi tanpa rugi-rugi 50 Ω terhubung dengan beban dengan impedansi = 110 . Untuk menganalisis penyesuaian impedansi dengan single

stub agar beban tersebut sesuai (matched) dengan saluran transmisi dilakukan langkah-langkah perancangan sebagai berikut (mengacu pada Gambar 4.2) :

1. Menghitung impedansi ternormalisasi terhadap impedansi gelombang 50

Ω.

= 110 / 50 = 2,2 Ω.

2. Setelah menggambar pada diagram smith, kita bisa menentukan lokasi yang didapat dengan memutar sejauh 1800.

3. Langkah ketiga adalah dengan memutar posisi searah jarum jam, sampai menuju lingkaran riil 1.

Langkah ini memberikan dua nilai sudut, yaitu dan sehingga nilai riil dari y, = 1.

Perputaran sejauh = 180 – 68 = 1120, atau panjang dari

dengan nilai komponen imajinernya 0,8.

dan , atau panjang dari

dengan nilai komponen imajinernya -0,8. 4. Penentuan panjang rangkaian stub

Zs = jZ .tan (β.L)

Untuk mengkompensasikan nilai komponen imajiner dari transformasi saluran transmisi, maka nilai impedansi stub ini harus komplemen dengan nilai di atas. Untuk alternatif pertama, nilai admitansi short harus -0,8, sehingga

Stub1 : -j4,5 /Z =

= arc tan(1/0,8) = arc tan(1,25)

= 51,340

= 0,2852π

[8]

2 . = 0,2852π

= 0,1426

Untuk alternatif kedua nilai admitansi short harus 0,8 . Stub2 : j4,5 /Z =

= arc tan(1/-0,8) = arc tan(-1,25) = 128,660

= 0,715π

2 . = 0,715π

Smith Chart untuk langkah-langkah perancangan penyesuaian impedansi saluran mikrostrip dengan metode single stub ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Smith Chart pada Single Stub = 2,2 Ω, = 50 Ω

4.4 Penyesuaian Impedansi Saluran Mikrostrip Dengan Metode Double

Stub

Metode ini dilakukan dengan memberi stub ganda yang ujungnya dihubung singkat atau dibuka dan dipasang secara paralel (shunt) ataupun seri dengan saluran utama. Prinsipnya hanya mencari panjang letak antar stub dan panjang masing-masing stub baik stub dihubung singkat atau terbuka.

YL

θ1 θ2

ZL

Berikut ini diberikan permasalahan untuk dianalisis dengan mengerjakan secara manual dan dengan bantuan komputer (software).Sebuah rangkaian matching dengan double stub. Struktur yang dibuat dengan teknik koaksial ini terdiri dari dua buah stub yang ujungnya di-short, dengan sebuah katup yang sliding short. Jarak antara kedua stub 0,68 cm. Tuner dipergunakan untuk frekuensi 2,45 GHz. Jika = 110 Ω dan = 50 Ω. Untuk merancang penyesuaian impedansi dengan double stub agar beban = 110 Ω sesuai (matched) dengan saluran transmisi adalah sebagai berikut (mengacu pada Gambar 4.3) :

1. Impedansi beban = 110 / 50 = 2,2 Ω, diletakkan di diagram Smith ditunjukkan oleh titik (1).

2. Admitansi dari nilai didapatkan dengan perputaran 1800 ditunjukkan oleh

titik (2), dengan nilai 0,445.

3. Stub 1 harus bisa membawa titik (2) ke atas lingkaran terputar, dengan

mengambil nilai yang pertama di titik (3), yaitu j0,154, berarti dari j0 di titik (2), secara keseluruhan harus memberikan nilai +j0,154.

= 0,0378, atau = 0,2 cm

4. Jarak L menyebabkan nilai di titik (3) berputar ke titik (4) dengan nilai imajiner sekitar j0,85, yang harus dikompensasikan oleh stub 2 dengan besar –j0,85

= 0,0548, atau = 0,29 cm

Smith Chart untuk langkah-langkah perancangan penyesuaian impedansi saluran mikrostrip dengan metode single stub ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Smith Chart pada Double Stub = 2,2 Ω, = 50 Ω (1 )

(2 ) (3 )

4.5 Hasil Simulasi Dengan Metode Single Stub

Hasil simulasi menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 pada penyesuaian impedansi saluran mikrostrip dengan metode single stub terlihat seperti pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Model Antena Mikrostrip dengan Single Stub

Dari hasil simulasi didapatkan nilai VSWR untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar ≤ 2,075 dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz ) dicapai VSWR = 1,1 , ditunjukkan pada Grafik 4.3.

Grafik 4.4 Hasil Return Loss Antena Mikrostrip dengan Single Stub Dari Grafik 4.4, dapat dilihat bahwa nilai return loss diperoleh untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar ≤ -9,0 dB dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai return loss = -26,36 dB.

4.6 Hasil Simulasi Dengan Metode Double Stub

Hasil simulasi dengan menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 pada metode double stub terlihat seperti pada Gambar 4.5.

Dari hasil simulasi didapatkan nilai VSWR untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar≤ 1,95 diman a pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai VSWR = 1,06 , ditunjukkan pada Grafik 4.5.

Grafik 4.5 Hasil VSWR Antena Mikrostrip dengan Double Stub

Dari hasil simulasi diperoleh juga nilai return loss untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar ≤ -9,0 dB dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai return loss = -30,46 dB, ditunjukkan pada Grafik 4.6.

4.7 Analisis Perbandingan Teknik Penyesuaian Impedansi Antara Metode

Single Stub Dan Double Stub

Perbandingan antara teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan double stub adalah sebagai berikut :

1. Teknik penyesuaian impedansi dengan metode single stub memberikan nilai VSWR = 1,1 sedangkan metode double stub nilai VSWR = 1,06.

Grafik 4.7 Perbandingan VSWR Patch Segi Empat, Single Stub dan Double Stub Pada Grafik 4.7, nilai VSWR yang dihasilkan dengan metode double stub lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20

2,40 2,42 2,44 2,46 2,48 2,50

VSWR Antena Mikrostrip Patch Segi Empat VSWR Antena Mikrostrip dengan Single Stub VSWR Antena Mikrostrip dengan Double Stub

2. Teknik penyesuaian impedansi dengan metode single stub memberikan nilai return loss = -26,36 dB sedangkan metode double stub memberikan nilai return loss = -30,46 dB.

Grafik 4.8 Perbandingan Return LossPatch Segi Empat, Single dan Double Stub Pada Grafik 4.8, nilai return loss yang dihasilkan dengan metode double stub juga lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

-30,70 -25,70 -20,70 -15,70 -10,70 -5,70

2,40 2,42 2,44 2,46 2,48 2,50

Return Loss Antena Mikrostri p Patch Segi Empat Return Loss Antena Mikrostri p dengan Single Stub Return Loss Antena Mikrostri p dengan Double Stub

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dan pengujian antena mikrostrip patch segi empat dengan metode single stub dan double stub, maka diambil kesimpulan :

1. Teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan double stub dapat memperbaiki nilai VSWR dan return loss.

2. Pada metode single stub memberikan nilai VSWR = 1,1 sedangkan metode double stub nilai VSWR = 1,06.

Nilai VSWR yang dihasilkan dengan metode double stub lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

3. Pada metode single stub memberikan nilai return loss = -26,36 dB sedangkan metode double stub nilai return loss = -30,46 dB.

Nilai return loss yang dihasilkan dengan metode double stub juga lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk penelitian selanjutnya dapat dianalisis perbandingan metode single

stub dan double stub pada jenis medium saluran pencatu yang berbeda-beda. 2. Simulasi menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 perlu

dilakukan pengaturan panjang dan lebar saluran pencatu.

3. Simulasi menggunakan Ansoft High Frequency Structure Simulator v10 juga perlu dilakukan pengaturan panjang, lebar, dan posisi stub.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine A. 2005. Antena Theory Analysis and Design, third edition. Willey, Inc. Hal. 1 – 84.

[2] Hammerstad, Erik O. 1975. Equation for Microstrip Circuit Design. Hamburg, Germany. Hal. 270.

[3] Hong, Jia Sheng and M. J. Lancaster. 2001. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. John Wiley and Sons, Inc. New York. Hal. 79-80.

[4] Carr, Joseph C. 2001. Practical Antenna Handbook, fourth Edition. McGraw Hill Companies, Inc. United States of America. Hal. 74, 89.

[5] Kumar Girish and Ray K.P. 2003. Broadband Microstrip Antennas. Artech House, Inc. Boston, London. Hal. 11-12.

[6] Alaydrus Mudrik. 2009. Saluran Transmisi Telekomunikasi, Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta. Hal. 112-124.

[7] R.C Johnson and H.Jasik. 1984 Antenna Engineering Handbook,second Edition. Mc.Graw Hill. New York.

[8] Boyle, Kevin and Huang, Yi. 2008. Antennas From Theory To Practice. John Wiley and Sons, Ltd. United Kingdom. Hal. 29, 32, 38.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine A. 2005. Antena Theory Analysis and Design, third edition. Willey, Inc. Hal. 1 – 84.

[2] Hammerstad, Erik O. 1975. Equation for Microstrip Circuit Design. Hamburg, Germany. Hal. 270.

[3] Hong, Jia Sheng and M. J. Lancaster. 2001. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. John Wiley and Sons, Inc. New York. Hal. 79-80.

[4] Carr, Joseph C. 2001. Practical Antenna Handbook, fourth Edition. McGraw Hill Companies, Inc. United States of America. Hal. 74, 89.

[5] Kumar Girish and Ray K.P. 2003. Broadband Microstrip Antennas. Artech House, Inc. Boston, London. Hal. 11-12.

[6] Alaydrus Mudrik. 2009. Saluran Transmisi Telekomunikasi, Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta. Hal. 112-124.

[7] R.C Johnson and H.Jasik. 1984 Antenna Engineering Handbook,second Edition. Mc.Graw Hill. New York.

[8] Boyle, Kevin and Huang, Yi. 2008. Antennas From Theory To Practice. John Wiley and Sons, Ltd. United Kingdom. Hal. 29, 32, 38.

Dari hasil simulasi didapatkan nilai VSWR untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar≤ 1,95 diman a pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai VSWR = 1,06 , ditunjukkan pada Grafik 4.5.

Grafik 4.5 Hasil VSWR Antena Mikrostrip dengan Double Stub

Dari hasil simulasi diperoleh juga nilai return loss untuk frekuensi 2,4 - 2,5 GHz adalah sebesar ≤ -9,0 dB dimana pada frekuensi tengah (2,45 GHz) dicapai

return loss = -30,46 dB, ditunjukkan pada Grafik 4.6.

4.7 Analisis Perbandingan Teknik Penyesuaian Impedansi Antara Metode Single Stub Dan Double Stub

Perbandingan antara teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan

double stub adalah sebagai berikut :

1. Teknik penyesuaian impedansi dengan metode single stub memberikan nilai VSWR = 1,1 sedangkan metode double stub nilai VSWR = 1,06.

1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20

2,40 2,42 2,44 2,46 2,48 2,50

VSWR Antena Mikrostrip Patch Segi Empat

VSWR Antena Mikrostrip dengan Single Stub

VSWR Antena Mikrostrip dengan Double Stub

2. Teknik penyesuaian impedansi dengan metode single stub memberikan nilai

return loss = -26,36 dB sedangkan metode double stub memberikan nilai return loss = -30,46 dB.

Grafik 4.8 Perbandingan Return LossPatch Segi Empat, Single dan Double Stub Pada Grafik 4.8, nilai return loss yang dihasilkan dengan metode double stub juga lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

-30,70 -25,70 -20,70 -15,70 -10,70 -5,70

2,40 2,42 2,44 2,46 2,48 2,50

Return Loss Antena Mikrostri p Patch Segi Empat Return Loss Antena Mikrostri p dengan Single Stub Return Loss Antena Mikrostri p dengan Double Stub

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dan pengujian antena mikrostrip patch segi empat dengan metode single stub dan double stub, maka diambil kesimpulan :

1. Teknik penyesuaian impedansi metode single stub dan double stub dapat memperbaiki nilai VSWR dan return loss.

2. Pada metode single stub memberikan nilai VSWR = 1,1 sedangkan metode

double stub nilai VSWR = 1,06.

Nilai VSWR yang dihasilkan dengan metode double stub lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

3. Pada metode single stub memberikan nilai return loss = -26,36 dB sedangkan metode double stub nilai return loss = -30,46 dB.

Nilai return loss yang dihasilkan dengan metode double stub juga lebih kecil dibandingkan dengan metode single stub.

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk penelitian selanjutnya dapat dianalisis perbandingan metode single

stub dan double stub pada jenis medium saluran pencatu yang berbeda-beda.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine A. 2005. Antena Theory Analysis and Design, third edition. Willey, Inc. Hal. 1 – 84.

[2] Hammerstad, Erik O. 1975. Equation for Microstrip Circuit Design. Hamburg, Germany. Hal. 270.

[3] Hong, Jia Sheng and M. J. Lancaster. 2001. Microstrip Filters for

RF/Microwave Applications. John Wiley and Sons, Inc. New York. Hal.

79-80.

[4] Carr, Joseph C. 2001. Practical Antenna Handbook, fourth Edition. McGraw Hill Companies, Inc. United States of America. Hal. 74, 89.

[5] Kumar Girish and Ray K.P. 2003. Broadband Microstrip Antennas. Artech House, Inc. Boston, London. Hal. 11-12.

[6] Alaydrus Mudrik. 2009. Saluran Transmisi Telekomunikasi, Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta. Hal. 112-124.

[7] R.C Johnson and H.Jasik. 1984 Antenna Engineering Handbook,second Edition. Mc.Graw Hill. New York.

[8] Boyle, Kevin and Huang, Yi. 2008. Antennas From Theory To Practice. John Wiley and Sons, Ltd. United Kingdom. Hal. 29, 32, 38.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine A. 2005. Antena Theory Analysis and Design, third edition. Willey, Inc. Hal. 1 – 84.

[2] Hammerstad, Erik O. 1975. Equation for Microstrip Circuit Design. Hamburg, Germany. Hal. 270.

[3] Hong, Jia Sheng and M. J. Lancaster. 2001. Microstrip Filters for

RF/Microwave Applications. John Wiley and Sons, Inc. New York. Hal.

79-80.

[4] Carr, Joseph C. 2001. Practical Antenna Handbook, fourth Edition. McGraw Hill Companies, Inc. United States of America. Hal. 74, 89.

[5] Kumar Girish and Ray K.P. 2003. Broadband Microstrip Antennas. Artech House, Inc. Boston, London. Hal. 11-12.

[6] Alaydrus Mudrik. 2009. Saluran Transmisi Telekomunikasi, Edisi Pertama. Graha Ilmu. Yogyakarta. Hal. 112-124.

[7] R.C Johnson and H.Jasik. 1984 Antenna Engineering Handbook,second Edition. Mc.Graw Hill. New York.

[8] Boyle, Kevin and Huang, Yi. 2008. Antennas From Theory To Practice. John Wiley and Sons, Ltd. United Kingdom. Hal. 29, 32, 38.