Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Array Segiempat Triple-Band ( 2,3 Ghz, 3,3 Ghz Dan 5,8 Ghz )

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH ARRAY SEGIEMPAT TRIPLE-BAND (2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8GHz)

Disusun Oleh :

NIM : 110422007 RAMLI QADAR

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan gangguan network busy. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan

dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena

frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau.

Tugas Akhir ini merancang antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada tiga frekuensi yaitu 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz yang digunakan untuk aplikasi antena dengan bandwidth yang besar. Antena Mikrostrip ini terdiri dari tiga buah patch segiempat yang disusun secara array dan dihubungkan oleh junction pada saluran pencatunya

Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja pada frekuensi 2,3 GHz – 2,4GHz dengan gain pada simulasi 5,72 dB dan VSWR minimum 1,21 dan pola radiasi cenderung unidirectional. Frekuensi kedua bekerja dari 3,3 GHz – 3,4 GHz dengan gain pada simulasi 7,63 dB dan VSWR minimum 1,63 dan pola radiasi cenderung omniderctional. Frekuensi ketiga bekerja dari 5,7 GHz-5,8 GHz dengan gain pada simulasi 5,8 dB dan VSWR minimum pada simulasi 1,404.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan Kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, pertolongan dan kasih-Nya penulis diberi pengetahuan, kekuatan dan kesehatan hingga mampu menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya.

Tugas Akhir ini berjudul “ RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH ARRAY SEGIEMPAT TRIPLE-BAND ( 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz )”. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara.

Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini penulis banyak menemukan berbagai kesulitan dan hambatan. Namun berkat bantuan, bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing dan juga teman-teman. Oleh karena itu pada kesempatan ini dengan penuh rasa hormat dan hati yang tulus, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir atas bimbingan, dukungan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir.Arman Sani, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik selama mengikuti perkuliahan, dan Dosen Pembanding yang membantu dalam penyempurnaan tugas akhir ini.

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

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan sebagai dosen pembanding untuk penyempurnaan Tugas Akhir ini

5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah mengajar dan mendidik penulis.

6. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

7. Teman – teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011 Ibrahim Sinaga, Kak Eva, Ariswoyo, Chandra dan semua teman buat kebersamaan dalam mengikuti pendidikan. Serta untuk semua senior dan junior Ekstensi Teknik Telekomunikasi USU.

8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis, yang selalu membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Teristimewa penulis ucapkan banyak terima kasih kepada kedua Orangtua tercinta Mariani Nasution yang telah membesarkan, membimbing dan memberi dukungan sehingga dapat menyelesaikan gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara. 10. Terima kasih buat Abang dan Kakak yang selalu memberi Motivasi dalam

pembuatan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis menerima kritik dan saran untuk membangun demi kesempurnaan Laporan Tugas Akhir ini.

Akhirnya penulis kembali mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Besar harapan penulis semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.

Medan, Januari 2015 Penulis

RAMLI QADAR NIM: 110422007

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... i

ABSTRAK ... ... ii

KATA PENGANTAR ... ... iii

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena Mikrostrip ... 5

2.2 Parameter – Parameter Antena Mikrostrip ... 9

2.2.1 VSWR ………... 9

2.2.2 Frekuensi... 11

2.2.3 Bandwidth………... 12

2.2.4 Gain Antena………... 13

2.2.6 Return Loss ... 17

2.2.7 Impedansi Masukan... 17

2.3 Lokasi Titik Pencatu... 18

2.4 Teknik Array………... 19

2.5 Antena Triple-band……….…... 20

2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat …………..………….. 20

2.5.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat array……… 21

2.6 T-Junction... 22

2.7 Perangkat Lunak AWR Microwave Office 2004 ... 22

BAB III PERANCANGAN ANTENA 3.1 Perancangan Antena... 26

3.2 Perangkat yang Digunakan ... 27

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena ... 28

3.4 Perancangan Elemen Antena ... 29

3.5 Jenis Substrat yang Digunakan ... 31

3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu ... 32

3.7 Perancangan T-Junction ... 33

3.8 VNA Master Anritsu MS2034B 9KHz-4GHz……….. 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 35

4.2.1 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk

Frekuensi 2,3 GHz………...………… 35

4.2.2 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 3.3 GHz………...……… 36

4.2.3 Simulasi Pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 5.8 GHz………...……… 37

4.3 Hasil Simulasi Triple-band…… ... 38

4.3.1 Analisis Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi…... 44

4.4 Pengukuran antenna ... 45

4.5 Hasil dan Analisa antena setelah Fabrikasi………... 46

4.5.1 Pengukuran VSWR………. 46

4.5.2 Pengukuran Return Loss……….………. 48

4.5.3 PengukuranPola Radiasi……….……… 50

4.6 Analisis Pencpaian antena………....……….... 54

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 55

5.2 Saran ... 56

DAFTAR PUSTAKA ... xii LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima... 5

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ... 8

Gambar 2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 9

Gambar 2.4 Pola radiasi antena mikrostrip ... 16

Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip………... 22

Gambar 2.6 T-junction ... 23

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Triple Band ... 28

Gambar 3.2 Tampilan TXLine 2003 untuk Dimensi Saluran Pencatu ... 32

Gambar 4.1 Nilai VSWR hasil iterasi elemen tunggal frekuensi 2.3 GHz... 35

Gambar 4.2 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 2,3 GHz... 36

Gambar 4.3 Nilai VSWR rancangan awal elemen tunggal frekuensi 3.3 GHz ………... 36

Gambar 4.4 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 3,3 GHz... 37

Gambar 4.5 Nilai VSWR rancangan awal elemen tunggal frekuensi 5,8 GHz………... 37

Gambar 4.7 Model Antena Mikrostrip PatchArray

Segiempat Triple-Band ………... 38

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Triple - Band Patch Segiempat Array ………... 39

Gambar 4.9 Nilai VSWR yang optimal untuk bandwidth yang diinginkan………... 43

Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 2,3 GHz………... 44

Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 3,3 GHz……….... .. 44

Gambar 4.12 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 5,8 GHz………... 45

Gambar 4.13 Antena yang sudah di fabrikasi…………... 45

Gambar 4.14 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter………... 46

Gambar 4.15 Grafik VSWR…………... 48

Gambar 4.16 Pengukuran Return Loss dengan Menggunakan VNA meter………... 48

Gambar 4.17 Grafik Return Loss………. 50

Gambar 4.18 Pola Radiasi Frekuensi 2,3 GHz……… 51

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena... 27

Tabel 3.2 Spesifikasi Substrat... 32

Tabel 4.1 Data Pergeseran patch dengan mengurangi jarak patch…... 40

Tabel 4.2 Data Pergeseran patch dengan Menambahi jarak patch... 40

Tabel 4.3 Data Perubahan ukuran patch………... 41

Tabel 4.4 Data Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Elemen………... 43

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran VSWR………... 46

Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Return Loss………... 49

Tabel 4.7 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz……… 52

Tabel 4.8 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz……… 52

Tabel 4.9 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz……… 53

Tabel 4.10 Analisis Capaian Antena untuk Frekuensi 2,3 GHz... 53

Tabel 4.11 Analisis Capaian Antena untuk Frekuensi 3,3 GHz... 54

ABSTRAK

Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan gangguan network busy. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan

dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena

frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau.

Tugas Akhir ini merancang antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada tiga frekuensi yaitu 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz yang digunakan untuk aplikasi antena dengan bandwidth yang besar. Antena Mikrostrip ini terdiri dari tiga buah patch segiempat yang disusun secara array dan dihubungkan oleh junction pada saluran pencatunya

Hasil yang didapatkan dalam pengukuran antena ini adalah antena bekerja pada frekuensi 2,3 GHz – 2,4GHz dengan gain pada simulasi 5,72 dB dan VSWR minimum 1,21 dan pola radiasi cenderung unidirectional. Frekuensi kedua bekerja dari 3,3 GHz – 3,4 GHz dengan gain pada simulasi 7,63 dB dan VSWR minimum 1,63 dan pola radiasi cenderung omniderctional. Frekuensi ketiga bekerja dari 5,7 GHz-5,8 GHz dengan gain pada simulasi 5,8 dB dan VSWR minimum pada simulasi 1,404.

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan aktifitas manusia yang semakin mobile, maka dituntut pula pola komunikasi yang dapat dilakukan dimana saja, sehingga muncul sistem teknologi komunikasi wireless, di masa sekarang ini sangat dibutuhkan. Hal ini dikarenakan manusia ingin berkomunikasi dengan lainnya tanpa dibatasi oleh jarak dan tempat. Oleh karena itu, banyak muncul standar teknologi yang baru dan semakin canggih [1].

Kebutuhan manusia untuk dapat melakukan komunikasi dimana saja menyebabkan teknologi komunikasi wireless berkembang semakin pesat. Untuk mendukung mobilitas yang tinggi pada suatu perangkat wireless dibutuhkan suatu antena yang mempunyai ukuran kecil, dan ringan. Dari kebutuhan ini antena microstrip merupakan salah satu kandidat yang sangat cocok. Ukuran dari antena microstrip yang ringan dan kecil ini mendukung terjadinya mobilitas yang tinggi. Kelebihan dari antena ini adalah sederhana sehingga mudah dalam perakitannya dan proses pembuatannya tidak membutuhkan biaya yang sangat besar.

Sesuai Peraturan Menteri No.2 tahun 2005 tentang Penggunaan Pita frekuensi. Pita frekuensi 2,3 GHz dengan range frekuensi 2300–2390 MHz ditetapkan untuk alokasi frekuensi penyelenggaraan layanan BWA. Pita frekuensi 3,3 GHz sebelumnya telah dialokasikan untuk layanan BWA yaitu pada range frekuensi 3300 – 3400 MHz (100 MHz) dengan pembagian tiap kanal adalah 2 MHz. Sejak tahun 2000, Ditjen Postel telah mengalokasikan

pita frekuensi 5,8 GHz dengan range frekuensi 5725–5825 MHz untuk beberapa penyelenggara di sejumlah kota, dimana penggunaannya adalah secara bersama (sharing) antar pengguna BWA sesuai yang tertuang dalam Kepdirjen No. 74A/Dirjen/2000 tentang alokasi pita frekuensi 5725–5825 MHz untuk keperluan Broadband Wireless Access (BWA) [2].

Pada Tugas Akhir ini dirancang antena mikrostrip Triple-band dengan menggunakan patch segiempat, dimana tiga buah patch segiempat disusun dan dihubungkan dengan saluran mikrostrip. Software yang digunakan dalam mendesain antena ini adalah AWR 2004, software ini diperlukan untuk mengoptimasi antena agar didapatkan nilai VSWR yang diinginkan.

Adapun parameter-parameter yang akan diamati dari studi perancangan antena ini adalah nilai VSWR ≤ 2, pola radiasi, dan gain antena.

1.2Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip triple-band.

2. Bagaimana merancang antenna susun mikrostrip triple-band dengan patch

segiempat.

3. Bagaimana nilai VSWR, gain, dan bentuk pola radiasi dari antenna susun mikrostrip triple-band dengan patch segiempat.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk merancang bangun antena susun mikrostrip segiempat Triple-band (2,3 GHz , 3,3 GHz dan 5,8GHz).

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi oleh sebagai berikut:

1. Membahas masalah tentang antena mikrostrip arraypatch segiempat

2. Simulator yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip array patch

segiempat Triple-band dengan frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz dan 5,8 GHz. 3. Parameter yang dibahas adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena,

bandwidth, gain antena, dan pola radiasi.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, san sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II TEORI DASAR

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan penjelasan mengenai antena Mikrostrip, dan Triple-band, secara khusus.

BABIII Perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segiempat Triple-Band untuk frekuensi (2,3 GHz), (3,3 GHz) dan (5,8 GHz) Bab ini membahas mengenai perhitungan studi perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segiempat Triple Band untuk frekuensi 2,3

GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz dengan menggunakan software AWR Microwave Office 2004.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas mengenai pengujian dari perancangan antena mikrostrip array Patch segiempat Triple-band, dan analisa dari parameter antena.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.

BAB II

DASAR TEORI

2.1Antena Mikrostrip

Antena merupakan suatu alat yang digunakan untuk melepaskan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas, dan sebaliknya menerima gelombang elektromagnetik dari ruang bebas[3]. Fungsi antena adalah untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal elektromagnetik, lalu meradiasikannya (Pelepasan energi elektromagnetik ke udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena juga dapat berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik (Penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas ) dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Gambar 2.1 memperlihatkan Antena transceiver [4].

Antena Antena

Tx Gelombang elektromagnetik Rx

Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima

Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena yang mempunyai kelebihan dalam hal bentuk yang sederhana, ringan dan dapat dibuat sesuai kebutuhan. Konsep antena mikrostrip di usulkan pertama kali oleh Deschamps

Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern [1].

Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap elemen array berinterferensi secara membangun pada arah yang diinginkan dan berinterferensi secara merusak pada arah yang lain.

Antena mikrostrip array merupakan sebuah antena yang tersusun atas tiga elemen, yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrate dan elemen pentanahan (ground). Elemen peradiasi atau sering juga disebut sebagai patch

berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam yang memiliki ketebalan tertentu. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki jenis yang bermacam-macam yaitu: bujur sangkar (square), persegi panjang

(rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips dan segiempat[5].

Elemen substrat berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini memiliki jenis bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik dan ketebalannya. Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja,

bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang akan di buat. Semakin tebal

substrat maka bandwidth akan semakin meningkat, tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan. Gelombang permukaan pada antenna mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk meradiasikan gelombang

elektromagnetik ke arah yang di inginkan. Elemen pentanahan berfungsi sebagai pembumian bagian antena mikrostrip .

Antena mikrostrip mempunyai beberapa keuntungan, di bandingkan dengan antena lain, yaitu [1] :

1. Low profile ( mempunyai ukuran yang kecil dan ringan)

2. Mudah difabrikasi dan tidak memakan biaya yang besar

3. Dapat berdiri dengan kuat ketika diletakkan pada benda yang rigid

4. Polarisasi linier dan sirkular mudah didapat hanya dengan feeding yang sederhana

5. Dapat digunakan untuk aplikasi dual polarisasi, dual-frekuensi maupun tripel-frekuensi band

6. Feed line dan matching dapat difabrikasi langsung dengan struktur antena

Selain dari segala kelebihan yang dimiliki antenna mikrostrip, terdapat juga beberapa keterbatasan yaitu :

1. Gain yang lebih rendah (-6dB)

2. Bandwidth yang sempit, namun dapat diperbaiki dengan berbagai cara, salah

satunya yaitu dengan menambah ketebalan dari substrat.

3. Mempunyai kemurnian polarisasi yang rendah 4. Mempunyai efisiensi yang rendah

5. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed line-nya 6. Timbulnya surface wave (gelombang permukaan)

Perkembangan antena mikrosrtip didasarkan pada pemikiran untuk mendapatkan teknologi printed circuit yang tidak dapat diterapkan pada komponen rangkaian dan saluran transmisi, tetapi juga untuk elemen peradiasi

suatu sistem elektronik. Bentuk antena mikrostrip secara umum dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip

Adapun keterangan dari struktur gambar antena mikrostrip diatas yang terdiri dari lapisan dielektrik atau substrat dengan nilai permivitas tertentu yang berada diantara dua lapisan konduktor pada lapisan bawah dan lapisan atas. Lapisan konduktor atas dinamakan patch yang berfungsi sebagai elemen peradiasi sedangkan lapisan konduktor bawah berfungsi sebagai ground.

Bentuk patch dapat bermacam-macam. Patch antena terhubung dengan

feed line yang berfungsi sebagai saluran pancatu antena. Berdasarkan bentuknya,

patch antena mikrostrip memiliki bentuk yang bermacam-macam antara lain:

bujur sangkar (square), persegi panjang (rectangular), lingkaran (Circular),

Circular ring, elips (elliptical) dan segitiga (triangular). Gambar 2.3

Circular ring circular elliptical

triangular Rectangular square

Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip

2. 2 Parameter-parameter Antena

Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang digunakan, yaitu VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain antena, dan polaradiasi [3].

2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dilihat sebagai impedansi karakteristik saluran. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah sebagai perbandingan antara tegangan rms maksimum (|V|max) dan minimum (|V|min)

yang terjadi pada saluran yang tidak match. Apabila saluran transmisi dengan beban tidak sesuai (missmatch), dimana impedansi saluran tidak sama dengan

impedansi beban dan gelombang dibangkitkan dari sumber secara berkelanjutan, maka dalam saluran transmisi selain ada tegangan datang

V

0+ juga terjadi

tegangan pantul

V

0-

Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara

V

0+

dan

V

0- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave)

Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul datau koefisien refleksi yang

dinyatakan dengan simbol Г.

Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 samapi 1.jika bernilai 0, artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

Γ

=

��−

��+ (2.1)

Hubungan antara koefisien refleksi, imedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dinyatakan seperti persamaan berikut :

Γ

=

��−

��+

=

��−�0

��−�0 (2.2)

Dimana :

• ZL : impedansi beban (load)

• Zo : impedansi saluran lossess

Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai kompleks, untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajinerdari Г adalah nol, maka:

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

Г = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yng besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Secara sederhana rumus untuk menentukan VSWR adalah :

τ τ − + = =

1 1 min max

V V s

(2.3)

Besar nilai VSWR yang ideal adalah bernilai 1, yang artinya tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Nilai dari VSWR menjadi salah satu acuan untuk melihat, apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar.

Pengukuran VSWR dapat di lakukan dengan menggunakan SWR meter yang di hubungkan dengan antena menggunakan kabel koaxial. Pada transmisi daya RF apabila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dangan impedansi saluran beban, maka akn timbul daya pantulan, pada saluran transmisi.

2.2.2 Frekuensi

Frekuensi resonansi adalah rekuensi dimana antena mikrostrip memiliki impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangatlah sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi antenna mikrostrip dianggap terjadi ketika nilai reaktansi input minimum dengan nilai resistansi maksimum. Frekuensi resonansi tidak selalu sama dengan frekuensi kerja yang diinginkan sehingga pada frekuensi kerja nilai reaktansi

memiliki nilai yang berpengaruh pada impedansi input antena mikrostrip. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan frekuensi kerja antena. Frekuensi resonansi antenna mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan:

r Leff

Vo fr

ε

2 =

(2.4)

Dimana :

fr = frekuensi resonansi

Vo = kecepatan cahaya di ruang bebas L = panjang antena

r

ε = konstanta dielektrik

2.2.3 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi yang

berhubungan dengan beberapa karakteristik antena lain nya, seperti, impedansi masukan, bandwidth, polarisasi, gain. Besarnya bandwidth dapat dinyatakan dalam persamaan[6] :

BW= 2 1x100%

fc f

f −

(2.5)

Dimana :

BW = bandwidth (%)

f2 = frekuensi tertinggi (Hz)

f1 = frekuensi terendah (Hz)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti pada rumus di atas biasanyadigunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan defenisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah. 2.2.4 Gain Antena

Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama [3]. Gain antena mikrostrip

patchrectangular diperoleh dengan menggunakan persamaan [7]:

�

=

4�

��2

(

���

) (2.6)

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (fr) yang digunakan, agar dapat mencari panjang

gelombang di ruang bebas (λ0) pada Persamaan 2.6 [8]:

�

₀

=

�

�

(2.7)

Setelah nilai (λ0) diperoleh, maka (λg) dapat dihitung. Dimana λg merupakan

panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan Persamaan 2.7 [8]:

�

_�

=

�0

�

�

����

(2.8)

dimana : G = gain antena

λ

0

Ada dua jenis parameter penguatan (gain), yaitu absolute gain dan relative

gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan 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 isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan

persamaan [7]:

���� = 4��(�,∅)

��� (2.9) Sedangkan relative gain didefenisikan 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. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless

(Pin(lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada persamaan [4]:

���� = 4� �(�,�)

���(��������) (2.10)

Pengukuran dapat di lakukan dengan dua cara yaitu dengan pengukuran absolut dan pengukuran banding relatif. Pengukuran absolut menggunakan pembanding dengan antena isotropis yaitu dengan dua antena, tiga antena, ekstrapolasi medan dekat dan menggunakan medan refleksi tanah. Sedangkan pengukuran banding relatif menggunakan antena pembanding yang sudah

2.2.5 Pola Radiasi

Pola radiasi adalah fungsi matematika dari sifat radiasi antena sebagai fungsi ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan. Pola radiasi antena mikrostrip memiliki fenomena yang sama dengan antena konvensional [6]. Sifat dari radiasi yang paling diutamakan adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola radiasi antena seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4 terdiri dari:

3.1 Main lobe

Major lobe disebut juga main lobe didefinisikan sebagai radiation lobe yang berisi

arah radiasi maksimum. Major lobe merupakan daerah pancaran terbesar sehingga dapat menentukan arah radiasi dan mempunyai daya yang besar.

3.2 Side lobe

Side lobe terdiri dari :

1. first side lobe yaitu minor lobe yang posisinya paling dekat dengan main lobe.

2. second side lobe yaitu minor lobe yang posisinya setelah first side lobe.

3. Back lobe yaitu minor lobe yang posisinya berlawanan dengan main lobe

dimana keberadaannya tidak diharapkan.

3.3 Half Power Beamwidth ( HPBW)

Half Power Beamwidth adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½

Gambar 2.4: Pola radiasi antena mikrostrip

Terdapat dua jenis pengukuran pola radiasi yang pertama adalah pengukuran representasi secara rectangular yang kedua adalah polar plot. Polar plot adalah pengukuran yang paling sering di pakai karena plot ini menyediakan visualisasi baik pada distribusi visualisasi pada ruang bebas. Biasanya rekaman dirancang untuk grafik pola relatif. Pola pada antena dalam berbagai ruangan, peralatan rekaman yang biasanya ditempatkan anechoic. Untuk menyediakan ruangan bebas interferensi biasanya ruangn di tutup selama pengukuran. Alat rekaman yang di sebut test posisioner merupakan suatu penyangga yang dapat di putar (azimuth dan elevasi), di kontrol dengan indikator posisi. Pola radiasi ditentukan dalam daerah medan jauh untuk jarak radial dan frekuensi yang konstan

2.2.6 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). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi. Persamaan return loss dapat didefinisikan sebagai berikut [1]:

���������� = 20 ��� |�| (2.11) Nilai return loss yang baik adalah di bawah – 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

matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan apakah antena sudah bekerja

pada frekuensi yang diharapkan atau tidak [3].

2.2.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan merupakan impedansi yang direpresentasikan oleh antena pada terminalnya. Terminal yang sesuai sangat dibutuhkan untuk sebuah antena. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang ada di sekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah terisolasi. Secara matematis impedansi masukan dirumuskan sebagai berikut [3]:

dimana:

Zin = impedansi masukan Rin = tahanan terminal antena Xin = reaktansi masukan

Dari persamaan Zin di atas, komponen yang diharapkan adalah daya real

(Rin) yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui panas atau radiasi.

Komponen imajiner (Xin) mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan

pada medan dekat antena. Adapun Zin untuk antena mikrostrip patch rectangular

untuk nilai VSWR ≤ 2 dapat dirumuskan sebagai [1]:

�_�� = 90 �� 2

��−1�

� ��

2

(Ohm) (2.13)

2.3 Lokasi Titik Pencatu

Teknik pencatuan pada antena mikrostrip dapat dilakukan dengan beberapa metode. Metode-metode yang dapat digunakan di bagi dalam dua kategori, yaitu terhubung (contacting) dan tidak terhubung (non-contacting).

Untuk metode terhubung, daya RF dicatukan secara langsung ke patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung[5]. Untuk metode tidak terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untukk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatu yang sering dugunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperature coupling dan

2.4 Teknik Array

Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, namun juga memiliki kelemahan yang sangat mendasar, yaitu bandwidth yang sempit keterbatasan gain dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.

Antena array merupakan gabungan dari beberap eleman peradiasi yang membentuk suatu jaringn. Antenamikrostrip array dapat berbentuk seri, pararel atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch[5].

Pada antenna array terdapat array factor yang merupakan factor pengali medan elektrik dari elemen tunggal. Array factor inilah yang menentukan bagaimana bagaimana pola radiasi dan seberapa besar daya yang di radiasikan oleh antena tersebut. Antena array yang terdiri dari elemen dan magnitude yang identik serta setiap elemen memiliki fasa progresif yang disebut uniform array.

Untuk menghasilkan pola radiasi yang mengarah pada sudut tertentu pada berkas aksimumnya dan nilai null pada berkas minimumnya diperlukan pengaturan jarak dan beda fasa eksitasi pada masing-masing element antena

array. Pengaturan jarak antar elemen dilakukan dengan cara mengeser

elemen-elemen pada antena array dengan jarak pisah tertentu, sedangkan untuk memberikan perbedaan fasa eksitasi antar elemen antena array dapat dilakukan dengan beberapa cara salah satunya dengan memberikan perbadaan ukuran dan panjang saluran mikrostrip pada masing-masing elemen.

2.5 Antena Triple – Band

Antena triple band merupakan suatu jenis antena yang dapat bekerja secara bersamaan pada 3 range frekuensi yang berbeda tanpa memerlukan 3 buah antena yang berbeda fisik. Kelebihan lainnya dapat mengurangi drop call dan gangguan network busy[5]. Jenis antena ini dapat menjangkau lebih jauh lagi frekuensi gelombang elektromagnetik dibanding dengan antena single band dan

dual band sehingga hubungan internasional akan semakin meningkat karena

frekuensi akan semakin mudah untuk dijangkau. Antena tiple-band merupakan solusi untuk mencakup daerah yang berbeda frekuensi jaringannya[5].

2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat

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 bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil[5]. 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 [5]:

� = �

2�0� (_��+1)

2

(2.14)

dimana :

W : lebar konduktor

c : kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108)

fo : frekuensi kerja antenna

Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dirumuskan dengan [8]:

∆� = 0,412ℎ������+0,3��

�

ℎ+0,264�

������−0,258���_ℎ+0,8� (2.15)

dimana h merupakan tinggi substrat atau tebal substrat, dan �_���� adalah konstanta dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai berikut [8]:

�_���� =��+1

2 +

��−1 2 �

1

�1+12ℎ�_��

(2.16)

dengan panjang patch (L) dirumuskan oleh [8]:

� =�_��� −2∆� (2.17) dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan [6]:

�_��� = �

2�0������

(2.18)

2.5.2 Antena Mikrostrip patch segiempat Array

Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam antena mikrostrip yang di susun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen tunggal[5]. Proses perancangan antena yang dilakukan untuk mendapatkan antena array pada dasarnya sama dengan pendesainan antena

elemen tunggal. Hal yang membedakan pada sistem array adalah peletakan masing-masing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan panjang gelombang yang merambat pada bidang dielektrik[8]. Proses pendesainan ini dilakukan dengan menggunakan frekuensi 2.35 GHz, 3.35 GHz dan 5.8 GHz. Bentuk patch

antena segiempat elemen tunggal dan segiempat array dapat dilihat seperti pada Gambar 2.5 :

(a) (b)

Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip (a) patch segiempat elemen tunggal, (b) patch segiempat tiga elemen

2.6 T-Junction

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum

digunakan pada konfigurasi antena array. Gambar 2.5 Menunjukkan bentuk T-junction pada AWR 2004.

1 1

1 1

Gambar 2.6 T-junction

T-junction berfungsi untuk menggabungkan pencatu pada patch tiap-tiap

frekuensi, baik dua frekuensi maupun tiga frekuensi menjadi satu pencatu yang akan dihubungkan ke konektor[5]. Power divider adalah salah satu teknik yang dapat mendukung impedansi matching pada saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array[5]. Untuk mendukung impedansi matching pada saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip diperlukan tekhnik power devider.

2.7 Perangkat Lunak AWR

AWR Microwave 2004 adalah penggabungan dari microwave office dan

office analog yang merupakan perangkat lunak untuk mendesain dan menganalisis

alat integrasi yang kuat untuk RF, microwave, millimeterwave, analog dan desain RFIC [9]. Microwave office dan office analog digunakan untuk merancang desain sirkuit yang linear dan non-linear dan struktur EM serta menghasilkan tata letak representasi dari hasil desain tersebut.

Metode yang digunakan dalam menganalisis antena antena adalah method

of moment (MoM). Metode MoM pertama kali diperkenalkan pada metode

1 1

50Ω 50Ω

50Ω

50Ω 86,6Ω

matematika dimana ide dasarnya adalah untuk mengubah satu persamaan integral kedalam suatu persamaan matriks yang kemudian dapat diselesaikan dengan persamaan numerik [3]. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwaeve Office

adalah sebagai berikut :

a. Perancangan schematic/layout.

b. Simulasi rangkaian linier dan non linier. c. Analisa EM

d. Sintesis, optimasi, dan analisis hasil e. DRC/L vs skematik

f. Process designskits (PDKs) dari berbagai perancangan

g. Microwave Integrated Circuits (MIC).

h. Papan cetak perancangan RF (PCB). i. Rakitan microwave terpadu.

Dalam menggunakan simulator AWR Microwave Office 2004 diperlukan beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun setting simulator yang digunakan dalam menjalankan simulasi adalah sebagai berikut :

1. Melakukan setting rentang frekuensi simulasi dengan menentukan frekuensi awal dan batas frekuensi serta step frekuensi. Ini dilakukan dengan cara memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih langsung dari Project Option.

2. Menggunakan fitur Harmonic Balance yang merupakan salah satu fitur pada

diinginkan. Untuk mendapatkan settingan Harmonic Balance dilakukan dengan memilih Option > Default Circuit Option.

3. Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 terdapat 3 spesifikasi mesh

yang ditawarkan dalam perancangan yaitu; low, normal dan high. Spesifikasi tersebut akan mempengaruhi keakuratan hasil simulasi yang didapatkan[9].

BAB III

PERANCANGAN ANTENA

3.1 Perancangan Antena

Pada tugas akhir ini, akan dirancang antena mikrostrip untuk mendapatkan karakteristik antena yang ditentukan. Jenis antena mikrostrip yang dirancang adalah antena mikrostrip array patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz 3,3 GHz dan 5.8 GHz. Tahapan pertama adalah perancangan antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal. Yang dilakukan pada tahap ini adalah penentuan frekuensi resonansi yang diinginkan, penentuan spesifikasi substrate

yang akan digunakan, penentuan dimensi patch antena dan penentuan dimensi saluran pencatunya.

Setelah proses pada tahap pertama selesai dilakukan, dilanjut dengan tahap kedua yaitu perancangan untuk tiga buah patch antena elemen tunggal yang disusun, sehingga menghasilkan antena mikrostrip patch array. Pada perancangan tiga buah patch yang disusun akan ditentukan jarak masing-masing patch dan menentukan ukuran junction yang menghubungkan saluran pencatu masing-masing patch[11]. Hal ini dilakukan agar antenna dapat memenuhi spesifikasi yang diinginkan

Sesuai dengan peraturan Direktur Jendral Pos dan Telekomunikasi No. 96 tahun 2008 tentang persyaratan teknis alat dan perangkat telekomunikasi harus memiliki spesifikasi yaitu rentang frekuensi 100 MHz gain maksimum 15 dBi impedansi sebesar 50 ohm dan nilai VSWR lebihkecil atau sama dengan dua. Adapun spesifikasi antena yang dibutuhkan dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena

Parameter

Frekuensi

2,3-2,4 GHz 3,3-3,4 GHz 5,7-5,8 GHz

VSWR ≤ 2 ≤ 2 ≤ 2

Bandwidth 100 MHz 100 MHz 100 MHz

Gain Maksimum 15 dBi - -

Impedansi 50 Ω 50 Ω 50 Ω

Pola radiasi Unidirectional/ omnidirectional

- -

3.2 Perangkat yang Digunakan

Perancangan antena menggunakan perangkat lunak dalam melakukan simulasi. Adapun perangkat lunak yang digunakan adalah AWR Microwave office

2004, perangkat ini digunakan merancang dan mensimulasikan antena yang dibuat. TXLine 2003 digunakan untuk menentukan impedansi karakteristik dan lebar saluran dari saluran mikrostrip, Microsoft Visio digunakan untuk membantu memvisualisasikan diagram alir dan beberapa visualisasi yang digunakan dalam tugas akhir ini serta Microsoft excel untuk mengolah data hasil simulasi. Perangkat lainnya yang digunakan antara lain

1. Laptop untuk melakukan simulasi antena 2. FR4-Epoxy untuk substrat antena

3. Solder dan timah

4. VNA master & Spectrum Analyzer Anritsu MS2034B (9kHz – 4Ghz). Untuk

pengukuran VSWR, Return Loss, dan pola radiasi. 5. Konektor SMA 50 ohm dan kabel Coaxial 50 ohm.

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena

Dalam merancang antena diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu dalam proses perancangan. Gambar 3.1 merupakan diagram alir dari perancangan antena.

Mulai

Jenis Substrat : FR4-Epoxy εr = 4.4 tan δ = 0.02

h = 1.6 mm

Return Loss ≤ -10 dB dan VSWR ≤ 2 untuk kedua frekuensi dengan bandwidth ≥

100 MHz

Fabrikasi Antena

Karakterisasi antena Melakukan simulasi dengan program simulator

termasuk melakukan pengaturan besar dan jarak untuk menciptakan frekuensi ganda pada antena

Menghitung panjang dan lebar antena untuk frekuensi 2.3 Ghz 3,3 GHz dan

5,8 GHz Menentukan lebar saluran

pencatu

Menentukan frekuensi kerja yang diinginkan

Ya

Tidak

Pengukuran Antena _{Optimalisasi antena}

Sudah sesuai dengan karakteristik

Selesai Ya

Tidak

3.4 Perancangan Elemen Antena

Pada perancangan antena segiempat array dilakukan terlebih dahulu merancang antena elemen tunggal. Pada perancangan patch segiempat elemen tunggal, tahapan yang diawali dengan pemilihan jenis substrat, harus mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrat dengan spesifikasi antena yang dirancang untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Selanjutnya menentukan dimensi patch dan lebar saluran pencatu, menetukan frekuensi kerja yang diinginkan beserta spesifikasi yang telah ditentukan. Setelah perancangan dan simulasi pada elemen tunggal untuk ketiga frekuensi dilakukan, selanjutnya dilakukan proses perancangan antena mikrostrip dengan penggabungan tiga elemen. Pada proses simulasi, dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, diantaranya adalah menggeser saluran pencatu, mengatur lebar patch. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan dimensi patch

dan lebar pencatu yang optimal, yaitu VSWR ≤ 2, untuk mengetahui pola radiasi,gain dan bandwidth antena.

Antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip

patch segiempat array dengan frekuensi kerja 2,35 GHz, 3,35 GHz dan 5,85 GHz.

Untuk perancangan awal dari dimensi digunakan perhitungan antena mikrostrip

patch segiempat, dengan menggunakan Persamaan (2.10).

Berdasarkan Persamaan (2.14) dengan frekuensi kerja pertama 2,35 GHz diperoleh lebar patch sebesar 37,26 mm.

� = 3�10

8

2 × (2,45�109₎�(4,4 + 1)

2

Kemudian, untuk memperoleh ukuran panjang patch L digunakan Persamaan (2.14) sampai dengan persamaan (2.18). Sehingga diperoleh panjang patch

sebesar 28.83 mm.

����� =4,4+1₂ +4,4₂−1� 1

�_{1+121,6 37,26}� � = 4,081

∆� = 0,412 × 1,6

(4,081+ 0,3)�37,26

1,6 + 0,264�

(4,081−0,258)�37,26

1,6 + 0,8�

= 0,7386

���� =

3�108

2 × (2,45 × 109_)√4,081

= 30,31 ��

� = 30,31 −2 × (0,7386)

= 28,83 ��

Untuk jarak antar elemen antena yang dirancang adalah sekitar seperempat panjang gelombang (d=λ/4). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal. Adapun jarak antar elemen diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Jarak antara elemen pada frekuensi 2,35 GHz ke elemen pada frekuensi 5,85 GHz

mm x x x xf c d 32 10 35 , 2 4 10 3 4 9 8 ≈ = =

mm x

x x xf

c

d 23

10 35 , 3 4

10 3

4 9

8

≈ =

=

Dari perhitungan di atas di peroleh ukuran sisi patch segiempat untuk frekuensi 2,35 GHz sebesar 40 mm, untuk frekuensi 3,35 GHz ukuran sisi patch

segempat adalah 31 mm dan untuk frekuensi 5,85 GHz ukuran sisi patch

segiempat adalah 15 mm. Jarak antara elemen pada frekuensi 2,35 GHz ke elemen pada frekuensi 5,85 GHz adalah 33mm dan jarak antara elemen pada frekuensi 3,35 GHz ke elemen pada frekuensi 5,85 GHz adalah 23 mm, seperti diperlihatkan pada Gambar 3.2.

3.5Jenis Substrat yang Digunakan

Dalam pemilihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengenalan tentang spesifikasi umum dari substrat tersebut. Pemilihan substrat yaitu memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi – rugi garis singgung. Semakin tebal substrat disamping secara fisik terlihat lebih kuat dan kokoh, akan meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi – rugi konduktor dan memperbaiki impedansi bandwidth. Namun hal ini akan meningkatkan berat, rugi – rugi dielektrik dan rugi – rugi gelombang permukaan.

Konstanta dielektrik substrat

ε

r memiliki fungsi yang sama seperti

ketebalan substrat. Nilai

ε

r yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari

sekeliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Adapun spesifikasi substrat yang digunakan dalam perancangan dapat dilihat pada Tabel 3.2:

Tabel 3.2 Spesifikasi Substrat.

Jenis substrat FR-4 epoxy

Konstanta Dielektrik relative (εr) 4,4 Dielektrik Loss Tangent ( tanδ) 0,02 Ketebalan substrat (h) 1,6

3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip

patch segiempat diharapkan mendekati nilai impedansi masukan sebesar 50Ω.

Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan bantuan program TXLine 2003 untuk mencari lebar pencatu agar mempunyai impedansi 50Ω. Dengan bantuan txline ini panjang dan lebar saluran pencatu sebesar 17,3607 mm dan lebar sebesar 3,0509 mm seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

3.7 Perancangan T-Junction

Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu yang digunakan adalah 50Ω. Untuk merancang antena segiempat array, dibutuhkan T-Junction yang berfungsi sebagai power divider. Pada pengerjaan Tugas Akhir ini, T-Junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 86.6Ω, karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena. Impedansi 86,6Ω tersebut, berfungsi sebagai transformator λ/4.

Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 86,6Ω digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine

2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 86,6Ω.

3.8 VNA Master Anritsu MS2034B 9KHz-4GHz

Sitem radio frekuensi dan gelombang mikro mendorong adanya alat yang bekerja dengan spesifikasi yang akurat dan lebih tinggi. Anritsu memperkenalkan solusi yang terjangkau dan efisien namun komperhensif pada industri. Anritsu dapat menganalisa vector jaringan, spectrum, daya dan tegangan hanya dengan satu perangkat yang praktis yang bias dibawa ke lapangan pengujian. VNA master pabrikan Anritsu ini juga dapat bekerja dengan akurasi yang tinggi untuk menentukan parameter S dan sensor listrik sehingga dapat membantu dalam pemilihan perangkat penghubung yang tepat dalam sauatu sistem telekomunikasi.

Dalam pengujian sistem memiliki pemancar dan penerima yang canggih dan membutuhkan karakteristik yang kompleks untuk kinerja yang tepat. Kinerja VNA master buatan anritsu ini dapat bekerja dengan kecepatan yang tinggi dalam

mengolah data frekuensi dalan cakupan yang luas dengan fase kinerja noise dari 9 KHz sampai 4GHz[10].

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini, perancangan antena mikrostri patch segiempat, yang untuk aplikasi Wi-MAX. Pada saat simulasi, dilakukan pergeseran pencatu, perubahan jarak antara elemen dan juga perubahan dimensi substrat agar mendapatkan hasil yang diinginkan. Proses perancangan ini menggunakan simulator AWR Microwave office 2004. Adapun parameter yang akan dibahas adalah gain, frekuensi, bandwidth, VSWR, dan pola radiasi.

4.2 Hasil Simulasi Pada Masing-Masing Patch Tunggal

Pada bagian ini akan dibahas hasil simulasi patch tunggal untuk frekuensi 2,3 GHz, 3,3 GHz, dan 5,8 GHz.

4.2.1 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 2.3 GHz

Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal untuk frekuensi 2,3 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004. Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Nilai VSWR hasil iterasi elemen tunggal frekuensi 2,3 GHz

2.2 2.3 2.4 2.5

Frequency (GHz) VSWR

0 2 4 6 8

2.35 GHz 1.725

2.4 GHz 2.473 2.3 GHz

2.523

VSWR(1) MTB231

Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi 2,3 GHz adalah 6,08 dB dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.2 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal frekuensi 2.3 GHz

4.2.2 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 3.3 GHz

Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal untuk frekuensi 3,3 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004. Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.3

Gambar 4.3 Nilai VSWR rancangan awal Patch Tunggal Frekuensi 3.3 GHz

0

-45

-90

-135 180

135 90 45 Graph 1 Mag Max 10 dB Mag Min -20 dB 10 dB Per Div

Mag 6.15 dB Ang 0.0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|) MTB231

3.2 3.3 3.4 3.5

Frequency (GHz) VSWR 2.5 3 3.5 4 4.5 5 3.35 GHz 2.568 3.4 GHz 2.787 3.3 GHz 2.813 VSWR(1) MTB 33

Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi 3.3 GHz adalah 1,906 dB dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Pola Radiasi dan Gain Patch Tunggal Frekuensi 3,3 GHz

4.2.3 Simulasi pada Patch Tunggal untuk Frekuensi 5.8 GHz

Berdasarkan hasil simulasi antena mikrostrip patch segiempat elemen tunggal untuk frekuensi 5,8 GHz menggunakan simulator AWR Microwave 2004. Hasil awal simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segiempat elemen tunggal diperlihatkan pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Nilai VSWR rancangan awal Patch Tunggal Frekuensi 5,8 GHz

0

-45

-90

-135 180

135 90 45 Graph 1 Mag Max 10 dB Mag Min -30 dB 10 dB Per Div

Mag 6.459 dB Ang 0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|) MTB 33

5.6 5.7 5.8 5.9 6

Frequency (GHz) VSWR 2 3 4 5 6 5.7 GHz 2.928 5.75 GHz 3.072 5.8 GHz 3.326 VSWR(1) MTB 58

Adapun bentuk pola radiasi dan hasil gain untuk elemen tunggal frekuensi 5,8 GHz adalah 6,81 dB dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Pola Radiasi dan Gain Patch Tunggal Frekuensi 5,8 GHz

4.3 Hasil Simulasi Triple Band

Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada masing-masing elemen tunggal maka iperolehlah model antena array patch segiempat mikrostrip triple-band, terlihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Model Antena Mikrostrip PatchArray

Segiempat Triple-Band

0

-45

-90

-135 1

80

135 90

45 Graph 1

Mag Max 10 dB

Mag Min -15 dB 5 dB

Per Div

Mag 6.236 dB Ang 0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|)[*] MTB 581

1 1

Setelah penggabungan tiap-tiap elemen menjadi satu substrat dimana disatukan menggunakan T-junction telah di sumulasikan, Adapun nilai VSWR yang diperoleh setelah disimulasikan adalah 1,084 untuk frekuensi 2,3 GHz, VSWR bernilai 1,484 untuk frekuensi 3.3 GHz dan VSWR bernilai 2,009 untuk frekuensi 5,8 GHz seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.8

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena

Triple - Band Patch Segiempat Array

Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada Gambar 4.11, belum sesuai dengan yang diinginkan, oleh karena itu dilakukan iterasi dengan menggeser jarak antar patch. Untuk selanjutnya pergeseran ke kanan atau kekiri akan dilakukan dengan menambah atau mengurangi jarak antar patch. Pergeseran dilakukan secara bertahap, disini telah di hitung jarak antar patch yaitu 32mm dan 22mm dimana patch untuk frekuensi 5,8 GHz sebagai patokan, maka perubahan jarak patch akan di lakukan dengan hanya menggeser ke kanan atau ke kiri yang artinya

2 3 4 5 6

Frequency (GHz)

VSWR

0 10 20 30 40

5.7 GHz 3.194

5.8 GHz 4.029 3.4 GHz

1.603 2.4 GHz

1.4 2.3 GHz 3.705

3.3 GHz 7.083

VSWR(1) EM Structure 1

menambah atau mengurang jarak patch masin-masing patch tunggal 2,3 GHz dan 3,3 GHz terhadap patch 5,8 GHz. Data hasil pergerseran dengan mengeser patch

mendekati patch untuk frekuensi 5.8 GHz dapat di lihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data Pergeseran Patch dengan Mengurangi Jarak Patch.

Jarak patch (mm) VSWR

2,3GHz(mm) 3,3GHz(mm) 2,3GHz 3,3GHz 5,8GHz

32 22 3,75 7,083 4,029

31 21 4,451 8,219 3,471

30 20 5.243 8,995 4,139

29 19 6,069 9,958 4,183

28 18 6,941 10,581 4,42

Setelah melakukan iterasi dengan mengurangi jarak patch 2,3 GHz dan 3,3 GHz terhadap patch tengah atau 5,8 GHz, didapatkan hasil vswr yang semakin besar. Hasil yang di dapatkan setelah melakukan lima kali iterasi ternyata hasil VSWR yang didapat semakin besar dari hasil yang diinginkan, dengan demikian maka dilakukan kembali pergeseran dengan menambah kan ajrak patch, data penambahan patch dapat dilihat pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Data Pergeseran Patch dengan Menambah Jarak Patch.

Jarak patch(mm) VSWR

2,3GHz 3,3GHz 2,3GHz 3,3GHz 5,8GHz

Tabel 4.2 Lanjutan

Jarak patch (mm) VSWR

34 24 2,54 4,688 1,499

35 25 2.157 3.875 1,21

36 26 2,034 2,031 1,277

37 27 2,124 2,341 1,312

Hasil yang didapat setelah melakukan pergeseran dengan menambahkan jarak patch, yaitu jarak patch 2,3 GHz adalah 37 mm dengan patch 5,8 GHz dengan VSWR 2,124. Jarak patch 3,3 GHz adalah 27mm dengan patch 5,8 GHz dengan VSWR 2,341. Patch 5.8 GHz didapat VSWR 1,312. Hasil yang didapat belom optimal, sehingga dilakukan kembali iterasi dengan merubah besar masing-masing pacth. Data perubahan besar masing-masing patch dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Data Perubahan Ukuran Patch

Patch 2,3GHz Patch 3,3GHz Patch 5,8GHz

x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR

43 30 2,124 28 21 2,341 20 12 1,312

43 30 2,127 28 21 2,336 21 12 1,336

43 30 2,075 28 21 1,964 22 12 1,653

43 30 2,086 28 21 2,166 23 12 1,475

43 30 2,086 28 21 2,424 24 12 1,14

Tabel 4.3 Lanjutan

Patch 2,3GHz Patch 3,3GHz Patch 5,8GHz

x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR x(mm) y(mm) VSWR

43 30 1,568 29 21 2,361 25 12 1,962

43 30 1,753 30 21 2,278 25 12 2,029

43 30 3,58 31 21 2,159 25 12 2,059

43 30 3,569 32 21 2,081 25 12 2,068

43 30 2,581 32 20 2,461 25 12 2,06

43 30 2,585 32 19 4,389 25 12 2,132

43 30 2,585 32 28 5,688 25 12 2,135

Setelah melakukan iterasi dengan merubah ukuran patch didapat hasil untuk frekuensi 2,3 GHz dengan VSWR 2,581 dengan ukuran patch 43 x 30 mm, untuk frekuensi 3,3 GHz dengan VSWR 2,461 dengan ukuran patch 32 x 20 mm dan untuk frekuensi 5,8 GHz didapat VSWR 2,135 dengan ukuran 25 x 12 mm. urutan data yang diambil berdasarkan kesamaan hasil data yang didapat dan jarak patch yang sudah kembali ke jarak awal setelah penambahan panjang patch untuk frekuensi 5,8 GHz dan 3,3 GHz.

Dengan hasil ini maka harus dilakukan kembali iterasi dengan merubah letak titik pencatu pada masing masing patch, data perubahan letak pencatu dapat dilihat pada Tabel 4.4

Tabel 4.4 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Patch

X (mm) Y (mm) Z (mm) Nilai VSWR Frekuensi 2,3 GHz Frekuensi 2,4 GHz Frekuensi 3,3 GHz Frekuensi 3,4 GHz Frekuensi 5,7 GHz Frekuensi 5,8 GHz

13 16 2,581 1,634 2,461 1,107 2,536 2,068

21 14 17 1,999 1,509 2,096 1,091 2,380 1,341

22 15 18 1,598 1,588 1,893 1,065 1,278 1,404

23 16 19 1,818 1,494 2,237 1,143 1,901 1,034

24 17 20 1,828 1.622 2,427 1,200 1,836 1,318

Stelah dilakukan pergeseran maka didapat vswr yang dibutuhkan untuk mempabrikasi antena mikrostrip patch segiempat tripleband. Dengan VSWR yang maksimal didapat untuk frekuensi 2,3-2,4 GHz adalah 1,598 dan, untuk frekuensi 3,3-3,4 GHz adalah 1,893 dan untuk frekuensi 5,7-5,8 GHz adalah 1,404 dapat dilihat pada Gambar 4.9

Gambar 4.9 Nilai VSWR yang Optimal untuk

bandwidth yang Diinginkan

2 3 4 5 6

Frequency (GHz) VSWR 0 5 10 15 20 5.7 GHz 1.278 2.4 GHz 1.588 3.4 GHz 1.065 3.3 GHz 1.893 5.8 GHz 1.404 2.3 GHz 1.598 VSWR(1) Gabung

4.3.1 Analisis Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi

Setelah dilakukan simulasi pada antena array patch segiempat mikrostrip

triple-band diperoleh bahwa pola radiasinya adalah unidirectional dengan nilai

gain 5,32 dB untuk frekuensi 2,3 GHz, nilai gain 8,03 dB untuk frekuensi 3.3

GHz dan nilai gain 3,12 dB untuk frekuensi 5.8 GHz. Hasil simulasi diperlihatkan pada Gambar 4.10,4.11 dan 4.12.

Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain Frekuensi 2,3 GHz

Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain Frekuensi 3,3 GHz

0

-45

-90

-135 180

135 90 45 Graph 2 Mag Max 10 dB Mag Min -10 dB 5 dB Per Div

Mag 5.72 dB Ang 0.0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|) 23 GHz

0

-45

-90

-135 180

135 90 45 Graph 2 Mag Max 8 dB Mag Min -2 dB 2 dB Per Div

Mag 7.63 dB Ang 0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|) 33GHz

Gambar 4.12 Pola Radiasi dan Gain frekuensi 5,8GHz

4.4 Pengukuran Antena

Setelah hasil dari simulasi antena menggunakan perangkat lunak AWR telah selesai dan mendapatkan hasil yang diinginkan, maka antena dapat difabrikasi. Adapun antena yang di fabrikasi sesuai dengan antena yang sudah disimulasikan. Bentuk antena yang sudah di fabrikasi dapat dilihat pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Antena yang sudah di Fabrikasi

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130 -140 -150 -160 -170 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Graph 2 Mag Max 10 dB Mag Min -10 dB 5 dB Per Div

Mag 5.684 dB Ang 0 dB

DB(|PPC_TPwr(0,1)|) 58GHz

4.5 Hasil dan Analisa antena setelah Fabrikasi

Pengukuran antena fabrikan ini menggunakan alat ukur VNA meter. Antena dihubungkan dengan kabel coaxial ke port yang terdapat pada VNA meter untuk mendapatkan hasil VSWR, return loss dan pola radiasi antena.

4.5.1 Pengukuran VSWR

Dari pengukuran antena dengan menggunakan VNA meter maka di dapatkan hasil 1,21 untuk frekuensi 2,3 GHz dan 1,14 untuk frekuensi 3,3 GHz. Hasil dari pengukuran dapat di lihat pada Gambar 4.14

Gambar 4.14 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter

Data dan hasil VSWR yang diperoleh setelah dilakukan pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4.5

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran VSWR

Frekuensi (GHz) VSWR

2 3.62

2.05 3.29

2.1 2.95

2.15 2.37

Tabel 4.5 Lanjutan

Frekuensi (GHz) VSWR

2.25 1.69

2.3 1.21

2.35 1.23

2.4 1.14

2.45 1.91

2.5 2.52

2.55 3.08

2.6 3.36

2.65 2.59

2.7 1.29

2.75 2.01

2.8 3.32

2.85 3.31

2.9 2.94

2.95 2.82

3 2.61

3.05 2.4

3.1 2.29

3.15 2.23

3.2 1.95

3.25 1.35

3.3 1.14

3.35 1.37

3.4 1.63

3.45 1.71

3.5 1.4

3.55 1.08

3.6 1.56

3.65 2.16

3.7 2.61

3.75 2.54

3.8 1.99

3.85 1.93

3.9 2.13

3.95 2.03

4 2.13

Data dan hasil dari pengukuran kemudian dituliskan ke dalam grafik menggunakan software microsoft excel2007. Grafik dari data yang diperoleh dapat dilihat pada gambar 4.15

Gambar 4.15 Grafik VSWR 4.5.2 Pengukuran Return Loss

Dari pengukuran antena dengan menggunakan VNA meter maka didapatkan hasil -20,08dB untuk frekuensi 2,3 GHz dan -26,77 untuk frekuensi 3,3 GHz. Hasil dari pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.16.

Gambar 4.16 Pengukuran Return Loss dengan menggunakan VNA meter

Adapun hasil dari pengukuran return loss yang diukur dengan menggunakan VNA meter dapat dilihat pada Tabel 4.6.

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 2 2, 1 2, 2 2, 3 2, 4 2, 5 2, 6 2, 7 2, 8 2, 9 3 3, 1 3, 2 3, 3 3, 4 3, 5 3, 6 3, 7 3, 8 3, 9 4 VSWR Frekuensi (GHz) VS WR

Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Return Loss

Frekuensi (GHz) Return Loss (dB)

2 -4.96

2.05 -5.39

2.1 -6.13

2.15 -7.81

2.2 -17.06

2.25 -11.07

2.3 -20.08

2.35 -19

2.4 -24.73

2.45 -10.86

2.5 -7.7

2.55 -6.19

2.6 -5.54

2.65 -7.02

2.7 -15.73

2.75 -10.57

2.8 -6.01

2.85 -5.72

2.9 -6.33

2.95 -6.53

3 -7.04

3.05 -7.69

3.1 -8.09

3.15 -8.39

3.2 -9.77

3.25 -15.2

3.3 -26.77

3.35 -17.21

3.4 -13.07

3.45 -11.76

3.5 -14.64

3.55 -27.51

3.6 -16.36

3.65 -10.78

3.7 -8.43

3.75 -8.13

3.8 -10.3

3.85 -10.91

3.9 -9.53

3.95 -9.66

Dari data yang di dapat maka bisa di lihat terdapat nilai return loss -20,08dB untuk frekuensi 2,3GHz, dan -26,77dB untuk frekuensi 3.3GHz. Hasil pengukuran di atas dapat dilihat pada Gambar 4.17.

Gambar 4.17 Grafik Return Loss

4.5.3 Pengukuran Pola Radiasi

Pengukuran Pola Radiasi untuk frekuensi 2,3GHz dan 3,3GHz dilakukan dengan cara mengukur dua buah antena yang sudah difabrikasi, yang di letakkan sejajar dan saling berhadapan. Salah satu antena kemudaian di putar sebesar 360 derajat pada dan diukur gainnya pada interval 10 derajat, data yang dihasilkan pada frekuensi 2,3GHz dan 3,3GHz dapat dilihat pada Gambar 4.18 dan 4.19.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 2 2, 1 2, 2 2, 3 2, 4 2, 5 2, 6 2, 7 2, 8 2, 9 3 3, 1 3, 2 3, 3 3, 4 3, 5 3, 6 3, 7 3, 8 3, 9 4 Return Loss Frekuensi (GHz) R et u rn los ss (d B )

Gambar 4.18 Pola Radiasi Frekuensi 2,3 GHz

Gambar 4.19 Pola Radiasi Frekuensi 3,3 GHz

-80 -60 -40 -20 0 0 10 ₂₀ 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340350 360 Pengukur… -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340350 360 Pengukuran

Perbandingan hasil antara simulasi dengan pengukuran pada antena dengan frekuensi 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 5,8 GHz dapat dilihat pada Tabel 4.7,4.8 dan 4.9.

Tabel 4.7 Perbandingan hasil untuk frekuensi 2,3 GHz

Parameter Hasil Simulasi Patch Tunggal Hasil Simulasi Patch Array Hasil Pengukuran Patch Array Bandwidth

2,3 GHz – 2,4 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 2,52

2,3 GHz – 2,4 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 1,59

2,3 GHz – 2,4 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 1,21 Gain Frekuensi 2,3 GHz

6,18 dBi

Frekuensi 2,3 GHz 5,72 dBi Return Loss -10,24 dB pada

frekueni 2,3 GHz

-12,76 dB pada frekueni 2,3 GHz

-20,8 dB pada frekuensi 2,3 GHz VSWR

Minimum

2,52 pada frekuensi 2,3 GHz

1,59 pada frekuensi 2,3 GHz

1,21 pada frekuensi 3,3 GHz Pola radiasi unidirectional unidirectional unidirectional

Tabel 4.8 Perbandingan hasil untuk frekuensi 3,3 GHz Parameter Hasil Simulasi

Patch Tunggal

Hasil Simulasi Patch Array

Hasil Pengukuran Patch Array Bandwidth 3,3 GHz – 3,4 GHz

(100 MHz) pada VSWR ≤2 ,81

3,3 GHz – 3,4 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 1,89

3,3 GHz – 3,4 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 1,14 Gain _{Frekuensi 3,3 GHz}

6,45 dBi

Frekuensi 3,3 GHz

7,63 dBi -

Return Loss

minimum _{frekueni 3,3 GHz} -6,45 dB pada _{frekueni 3,3 GHz} -10,21 dB pada _{frekuensi 3,3 GHz} -26,77 dB pada VSWR

Minimum 2,81 pada frekuensi _{3,3 GHz} 1,89 pada frekuensi _{3,3 GHz} 1,14 pada frekuensi _{3,3 GHz} Pola radiasi

Tabel 4.9 Perbandingan hasil untuk frekuensi 5,8 GHz Parameter Hasil Simulasi

Patch Tunggal

Hasil Simulasi Patch Array Bandwidth 5,7 GHz – 5,8 GHz

(100 MHz) pada VSWR ≤ 3,32

5,7 GHz – 5,8 GHz (100 MHz) pada

VSWR ≤ 1,40 Gain _{Frekuensi 5,8 GHz}

6,23 dBi

Frekuensi 5,8 GHz 5,68 dBi Return Loss

minimum _{frekueni 5.8 GHz} -4,61 dB pada _{frekueni 3,3 GHz} -15,49 dB pada VSWR _{2,81 pada frekuensi}

5,8 GHz

1,40 pada frekuensi 5,8 GHz Pola radiasi

unidirectional unidirectional

4.6 Analisis Pencapaian Antena

Berdasarkan hasil yang dicapai pada pengukuran antena hasil

perancangan, maka dapat dilihat perbandingannya dengan antena lain seperti terlihat pada Tabel 4.10 dan Tabel 4.11.

Tabel 4.10 Analisis Capaian Antena untuk frekuensi 2,3 GHz

Parameter Standar depkominfo Antena 1 (Jurnal Internasional) [12] Antena 2 (Pabrikan) Antena Hasil Perancangan Frekuensi kerja

2,3 GHz– 2,39 GHz

1,83 GHz – 2,34 GHz

2300MHz – 2500 MHz

2,3 GHz – 2,4 GHz

VSWR ≤ 1,9 ≤ 2 ≤ 2,5 1,21

Bandwidth 90 Mb 510 MHz 830 MHz 100 MHz

Impedansi 50 ohm - 50 ohm 50 ohm

Pola Radiasi Unidirecitional/

omnidirectional omnidirectional - unidirectional

Gain BS : ≥ 9dBi

Tabel 4.11 Analisis Capaian Antena untuk frekuensi 3,3 GHz

Parameter Standar depkominfo

Antena 1 (Jurnal Internasional)

[12]

Antena 2 (Pabrikan)

Antena Hasil Perancangan Frekuensi

kerja

3,3 GHz– 3,4 GHz

3,23 GHz – 5,76 GHz

3,3 GHz – 3,5 GHz

3,3 GHz – 3,4 GHz

VSWR ≤ 1,9 ≤ 2 ≤ 2 1,14

Bandwidth 100 MHz 2530 MHz 200 MHz 100 MHz

Impedansi 50 ohm - 50 ohm 50 ohm

Pola Radiasi - omnidirectional unidirectional omnidirectional

Gain BS : ≥ 9dBi

SS : ≤ 15 dBi 2,85 dBi 11 dBi -

Keterangan : BS = Base Station

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip array patch

segiempat, dari hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan :

1. Perancangan antena triple band dengan teknik array patch segiempat dapat diperoleh dengan baik dengan cara mengatur jarak, ukuran, letak titik pencatu pada masing-masing patch.

2. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa rancangan antenna mampu memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan yaitu pada frekuensi 2,3-2,4 GHz menghasilkan VSWR ≤ 1,598, pada frekuensi 3,3-3,4 GHz menghasilkan VSWR ≤ 1,893 dan pada frekuensi 5,7-5,8 GHz menghasilkan VSWR ≤ 1,404

3. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh untuk frekuensi 2,3-2,4 GHz menghasilkan VSWR ≤ 1,21 dan untuk frekuensi 3,3 -3,4 GHz menghasilkan VSWR ≤ 1,63, sed angkan untuk frekuensi 5,8 GHz tidak dapat diukur karena keterbatasan alat ukur.

4. Berdasarkan simulasi gain antenna di peroleh pada frekuensi 2,3 GHz adalah 5,72 dB, pada frekuensi 3,3 GHz adalah 7,63 dB dan untuk frekuensi 5,8 GHz adalah 5,684 dB.

5. Pola radiasi yang dihasilkan pada pengukuran di frekuensi 2,3 GHz cenderung unidirectional dan pada frekuensi 3,35 GHz cenderung mengarah ke segala arah (omnidirectional).

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah :

1. Dapat dicoba melakukan analisa dengan menggunakan simulator lain, seperti ansoft.

2. Hasil simulasi ini merupakan langkah awal untuk tahap proses produksi. Sehingga dibutuhkan penyempurnaan hasil simulasi antena agar dapat dilanjutkan ke tahap produksi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] I. Surjati, “Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya”, Universitas Trisakti, 2010.

[2] Deris, White Paper: Penataan Spektrum Frekuensi Radio Layanan Akses

Pita Lebar Berbasis Nirkabel (Broadband Wireless Access / WBA). From

[3] M. Alaydrus, “Antena: Prinsip & Aplikasi”, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2011. [4] P. S. Nakar, “Design or a Compact Mikrostrip Patch Antenna for Use in

Wireless/Cellular Devices”, Master Thesis, The Florida State University, 2004.

[5] Muhammad, Fahrazal. “ Rancang Bangun Antena Mikrostrip Triple-Band Linear Array 4 Elemen untuk Aplikasi Wimax”. Tesis Teknik Elektro Universitas Indonesia, 2008

[6] R. Garg, et al, “ Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House Inc, London, 2001.

[7] Balanis, Constantine A., “Antenna Theory : Analysis and Design”, New York : Harper & Row Publisher Inc, 1982.

[8] Rambe, Ali Hanafiah . “Rancang bangun antena mikrostrip patch segi empat planar array 4 elemen dengan pencatuan aperture-coupled untuk aplikasi CPE pada WiMAX”. Tesis Teknik Elektro Universitas Indonesia, 2008.

[9]. AWR Microwave office 2004.

[10] VNA Master MS2034B “Features and Spesification”.

[11]. Wijaya A, B., “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Rectangular Array 8 Elemen dengan Pencatuan Electromagnetically Coupled Untuk Aplikasi WiMAX”, Skripsi Sarjana, Universitas Indonesia, 2009.

[12] G. Augustin, et al., “A Compact Dual-Band Planar Antenna for DCS-1900/PCS/PHS, WCDMA/IMT-2000, and WLAN Applications”, IEEE

Lampiran A Data hasil Pengukuran

A1. Pengukuran Pola Radiasi antena 2,35 GHz

Sudut ( o ) Pola Radiasi

(dB) Normalisasi

0 -47.46 -4.25

10 -49.12 -5.91

20 -50.13 -6.92

30 -56.15 -12.94

40 -52.94 -9.73

50 -51.28 -8.07

60 -51.16 -7.95

70 -52.78 -9.57

80 -52.36 -9.15

90 -57.56 -14.35

100 -57.63 -14.42

110 -57.65 -14.44

120 -60.44 -17.23

130 -58.45 -15.24

140 -58.25 -15.04

150 -56.43 -13.22

160 -64.26 -21.05

170 -74.17 -30.96

180 -61.94 -18.73

190 -54.26 -11.05

210 -54.91 -11.7

220 -61.65 -18.44

230 -60.55 -17.34

240 -55.79 -12.58

250 -55.29 -12.08

260 -55.57 -12.36

270 -51.18 -7.97

280 -48.87 -5.66

290 -48.13 -4.92

300 -47.33 -4.12

310 -43.21 0

320 -42.37 0.84

330 -43.15 0.06

340 -43.4 -0.19

350 -44.98 -1.77

Nilai Maksimum -43.21

A2. Pengukuran pola radiasi antena 3,35 GHz

Sudut ( o ) Pola Radiasi

(dB) Normalisasi

0 -49.23 -0.43

10 -48.8 0

20 -51.82 -3.02

30 -57.51 -8.71

50 -57.24 -8.44

60 -57.53 -8.73

70 -60.75 -11.95

80 -57.4 -8.6

90 -55.64 -6.84

100 -56.74 -7.94

110 -66.46 -17.66

120 -62.47 -13.67

130 -63.03 -14.23

140 -65.8 -17

150 -68.01 -19.21

160 -64.68 -15.88

170 -52.51 -3.71

180 -66.51 -17.71

190 -67.57 -18.77

200 -62.27 -13.47

210 -64.41 -15.61

220 -69.85 -21.05

230 -60.55 -11.75

240 -63.05 -14.25

250 -68.87 -20.07

260 -59.05 -10.25

270 -65.89 -17.09

280 -69.07 -20.27

300 -69.5 -20.7

310 -73.98 -25.18

320 -62.8 -14

330 -64.41 -15.61

340 -56.23 -7.43

350 -54.33 -5.53

Nilai Maksimum -48,8

Ket: Normalisasi adalah nilai pola radiasi tertinggi dikurang nilai pola radiasi.

Lampiran B Spesifikasi Antena Pabrikan

B1. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 2,3 GHz Antena Grid Kenbotong TDJ 2325SPL9a

Model TDJ-2325SPL9A

Frequency Range-MHz 2300-2500

Bandwidth-MHz 83

Gain-dBi 24

Vertical Beamwidth-� 14

Horizontal Beamwidth-� 10

VSWR ?1.5

F/B Ratio-dB ?31

Impedance 50

Polarization. Vertical or Horizontal

Maximum Power-W 100

Rated Wind Velocity-m/s 60

Connector N Female or Customized

Dimensions-m 0.6�0.9

Weight-Kg 3.6

Mounting Mast Diameter-mm 40 to 50

B2. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 3,3 GHz Antena Dipolar SRA 33019 dual H&V

Electrical Properties

Frequency 3.3 -3.5 GHz

Gain 2x19dBi

Polarization dual H&V

Beamwidth deg horizontal 20° Beamwidth deg vertical 20°

VSWR <1.8

Impedance 50 ohm

Front to back ratio > 35 dB Lightning protection: DC ground

B3. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 5,8 GHz Antena dual pol JHS-5159-16D90A

Electrical

Model JHS-5159-16D90A

Frequency range 5150-5850 MHz

Gain (V port) 16 dBi (H port) 15 dBi

Vswr ≤1.8

Polarization Vertical & Horizontal

Impedance 50Ω

Connector 2 x N Female

210 -54.91 -11.7

220 -61.65 -18.44

230 -60.55 -17.34

240 -55.79 -12.58

250 -55.29 -12.08

260 -55.57 -12.36

270 -51.18 -7.97

280 -48.87 -5.66

290 -48.13 -4.92

300 -47.33 -4.12

310 -43.21 0

320 -42.37 0.84

330 -43.15 0.06

340 -43.4 -0.19

350 -44.98 -1.77

Nilai Maksimum -43.21

A2. Pengukuran pola radiasi antena 3,35 GHz

Sudut ( o ) Pola Radiasi

(dB) Normalisasi

0 -49.23 -0.43

10 -48.8 0

20 -51.82 -3.02

30 -57.51 -8.71

50 -57.24 -8.44

60 -57.53 -8.73

70 -60.75 -11.95

80 -57.4 -8.6

90 -55.64 -6.84

100 -56.74 -7.94

110 -66.46 -17.66

120 -62.47 -13.67

130 -63.03 -14.23

140 -65.8 -17

150 -68.01 -19.21

160 -64.68 -15.88

170 -52.51 -3.71

180 -66.51 -17.71

190 -67.57 -18.77

200 -62.27 -13.47

210 -64.41 -15.61

220 -69.85 -21.05

230 -60.55 -11.75

240 -63.05 -14.25

250 -68.87 -20.07

260 -59.05 -10.25

270 -65.89 -17.09

280 -69.07 -20.27

300 -69.5 -20.7

310 -73.98 -25.18

320 -62.8 -14

330 -64.41 -15.61

340 -56.23 -7.43

350 -54.33 -5.53

Nilai Maksimum -48,8

Ket: Normalisasi adalah nilai pola radiasi tertinggi dikurang nilai pola radiasi.

Lampiran B Spesifikasi Antena Pabrikan

B1. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 2,3 GHz Antena Grid Kenbotong TDJ 2325SPL9a

Model TDJ-2325SPL9A

Frequency Range-MHz 2300-2500

Bandwidth-MHz 83

Gain-dBi 24

Vertical Beamwidth-� 14

Horizontal Beamwidth-� 10

VSWR ?1.5

F/B Ratio-dB ?31

Impedance 50

Polarization. Vertical or Horizontal

Maximum Power-W 100

Rated Wind Velocity-m/s 60

Connector N Female or Customized

Dimensions-m 0.6�0.9

Weight-Kg 3.6

Mounting Mast Diameter-mm 40 to 50

B2. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 3,3 GHz Antena Dipolar SRA 33019 dual H&V

Electrical Properties

Frequency 3.3 -3.5 GHz

Gain 2x19dBi

Polarization dual H&V

Beamwidth deg horizontal 20°

Beamwidth deg vertical 20°

VSWR <1.8

Impedance 50 ohm

Front to back ratio > 35 dB

B3. Spesifikasi Antena Pabrikan pada frekuensi 5,8 GHz Antena dual pol JHS-5159-16D90A

Electrical

Model JHS-5159-16D90A

Frequency range 5150-5850 MHz

Gain (V port) 16 dBi (H port) 15 dBi

Vswr ≤1.8

Polarization Vertical & Horizontal

Impedance 50Ω

Connector 2 x N Female