Return Loss Impedansi Masukan

dimana: Z in = impedansi masukan R in = tahanan terminal antena X in = reaktansi masukan Dari persamaan Z in di atas, komponen yang diharapkan adalah daya real R in yang menggambarkan banyaknya daya yang hilang melalui panas atau radiasi. Komponen imajiner X in mewakili reaktansi dari antena dan daya yang tersimpan pada medan dekat antena. Adapun Z in 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 proximity coupling [4].

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 ε r , 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 � � ��+1 2 2.14 dimana : W : lebar konduktor � � : konstanta dielektrik c : kecepatan cahaya di ruang bebas 3x10 8 f o : 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 L eff merupakan panjang patch efektif yang dapat dirumuskan dengan [6]: � ��� = � 2 � �� ���� 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 50 Ω 50 Ω 50 Ω 50 Ω 86,6 Ω 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 schematiclayout. b. Simulasi rangkaian linier dan non linier. c. Analisa EM d. Sintesis, optimasi, dan analisis hasil e. DRCL 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 AWR Microwave Office berfungsi meningkatkan akurasi hasil simulasi yang 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 ε r = 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 Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Triple Band