Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)

(1)

STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

PATCH SEGITIGA DUAL-BAND UNTUK APLIKASI

WLAN (2,45 GHZ) DAN WiMAX(3,35 GHZ)

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

NIM : 110422045 NEVIA SIHOMBING

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

ABSTRAK

WiMAX dan WLAN merupakan teknologi wireless yang sangat sering digunakan saat sekarang. Pada aplikasi WiMAX dan WLAN, untuk menghubungkan antara sisi penyedia layanan dengan pelanggan, maka aplikasi antena sangat penting. Antena mikrostrip sebagai salah satu perangkat komunikasi yang memiliki bentuk yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima sinyal secara baik, dengan demikian sangat mendukung.

Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR

Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip

segitiga yang disusun secara array berupa VSWR pada frekuensi 2,45 GHz dengan nilai 1,74 dan gain dengan nilai 7,925 dB, pada frekuensi 3,35 GHz diperoleh VSWR sebesar 1,73 dan gain dengan nilai 7,45 dB.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatNya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan kesempatan kepada penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)” ini dengan baik.

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Strata 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini membahas tentang studi perancangan antena mikrostrip array patch segitiga dual band yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan WiMAX.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain : 1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT, selaku Dosen pembimbing penulis yang

telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

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

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

4. Seluruh staf dan pengajar Universitas Sumatera Utara, khususnya staf dan pengajar di Program studi Teknik Elektro.

(5)

5. Teristimewa kepada orang tua tercinta (J. Sihombing dan R. Tumanggor) yang selalu mendoakan dan member motivasi dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini.

6. Saudara-saudara (K’Lastri, K’Juni. K’Eka, Santa, dan Eli Lolo) yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Sahabat dan juga sebagai saudara (B’Apli, K’Jojor, K’Beti, Hottery, Ema,

Meli, Deni, Indri, Resi, Amel, Mentari, Melisa, Nadia, Feby dan Yulantika) yang selalu menolong, mendukung, dan memotivasi penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.

8. Teman-teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011, buat kebersamaannya selama mengikuti pendidikan di Teknik Telekomunikasi USU.

9. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang selalu membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, kritik dan saran penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Maret 2014

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

1.6 Hasil Simulasi ... 4

1.7 Kesimpulan dan Saran... 4

II. Dasar Teori ... 2.1 Antena Mikrostrip ... 5

2.2 Parameter antena ... 10

2.2.1 Volt Standing Wave Ratio (VSWR) ... 10

.2.2 Frekuensi ... 12

2.2.3 Bandwidth ... 12

2.2.4 Gain Antena ... 14

2.2.5 Pola Radiasi ... 16

2.2.6 Return Loss ... 17

(7)

2.3 Lokasi Titik Pencatu ... 18

2.4 Tekhnik Array ... 18

2.5 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ... 19

2.5.1 Antena Mikrostrip patch segitiga Array ... 19

2.5.2 Lokasi pencatuan Antena mikrostrip Patch segitiga ... 20

2.6 T-Junction ... 21

2.7 Power Divider ... 21

2.8 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ... 22

2.8.1 Proses Pencarian Solusi AWR Microwave Office ... 23

2.8.2 Spesifikasi Setting Parameter Untuk Pengambilan Data... 24

2.9 WLAN ... 27

2.10 WiMAX ... 28

2.10.1 Kelebihan WiMAX ... 30

2.10.2 Kekurangan WiMAX ... 30

2.11 Dual Band ... 31

III. PERANCANGAN ANTENA ... 32

3.1 Umum ... 32

3.2 Perangkat yang digunakan ... 32

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena ... 33

3.4 Perancangan Elemen Antena ... 34

3.5 Jenis Substrat yang digunakan ... 36

3.6 Perancangan Lebar Salura Pencatu ... 36

3.7 Pengaturan Jarak antar Elemen ... 37

(8)

IV. ANALISIS HASIL SIMULASI ... 39

4.1 Umum ... 39

4.2 Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz ... 39

4.3 Hasil Simulasi 3.35 GHz ... 42

4.4 Hasil Simulasi Dual Band ... 44

4.5 Analisi Hasil Simulasi ... 47

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 54

5.1 Kesimpulan ... 54

5.2 Saran ... 55 DAFTAR PUSTAKA

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 5

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ... 8

Gambar2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ... 9

Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena Mikrostrip ... 16

Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip ... 20

Gambar 2.6 T-Junction 50Ω ... 21

Gambar 2.7 N-way Wilkinson Combiner ... 21

Gambar 2.8 Tampilan Awal AWR Microwave 2004 ... 22

Gambar 2.9 Diagram Alir Perancangan Antena Menggunakan AWR ... 24

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Dual Band ... 30

Gambar 3.2 Ukuran Patch Antena Mikrostrip Patch Segitiga Array ... 32

Gambar 3.3 Tampila TXLine 2003 Mencari Dimensi Saluran Pencatu ... 33

Gambar 3.4 Tampila TXLine 2003 Mencari Perancangan T-Junction ... 35

Gambar 4.1 Nial VSWR Rancangan Awal WLAN ... 36

Gambar 4.2 Nilai VSWR Elemen Tunggal WLAN ... 38

Gambar 4.3 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal WLAN ... 38

Gambar 4.4 Niali VSWR Rancangan Awal WiMAX ... 39

Gambar 4.5 Nilai VSWR Optimal Elemen Tunggal WiMAX ... 40

Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX ... 41

Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band ... 41

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array ... 42

(10)

Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain WLAN ... 44 Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX ... 45 Gambar 4.12 Nilai Z pada Smith Chart ... 49 _in

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ... 32

Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga ... 36

Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga ... 39

Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu ... 41

(12)

ABSTRAK

Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR

Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Pada saat ini perkembangan teknologi wireless semakin meningkat, contohnya adalah jasa pelayanan internet yang berbasis frekuensi WLAN dan WiMAX. Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area lokal nirkabel yang menggunakan gelombang radio sebagai media tranmisinya, mobilitas dan produktivitas tinggi, dan bekerja pada frekuensi 2,45 GHz. WLAN memungkinkan client untuk mengakses informasi secara realtime sepanjang masih dalam jangkauan WLAN, sehingga meningkatkan kualitas layanan dan produktivitas. Adapun kelebihan dari jaringan WLAN adalah kemudahan dan kecepatan instalasi, fleksibel, menurunkan biaya kepemilikan.

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), merupakan

teknologi akses nirkabel pita lebar broadband wireless access (BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMax merupakan teknologi yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar. Teknologi ini juga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi.

Seiring perkembangan teknologi wireless, salah satu bagian yang banyak dikembangkan dalam dunia telekomunikasi adalah antena. Antena berfungsi sebagai pengubah gelombang terbimbing menjadi gelombang bebas, maupun sebaliknya. Pada dasarnya antena memiliki banyak jenis, dari bentuk yang sederhana sampai bentuk yang sangat kompleks, yang setiap jenisnya memiliki karakteristik masing-masing. Salah satu nya adalah antena mikrostrip. Antena

(14)

jenis ini dapat difungsikan untuk menangkap sinyal termasuk yang berasal dari dua frekuensi dan dapat dipakai sekaligus, yaitu pada frekuensi 2,45 GHz (WLAN) dan 3,35 GHz (WiMAX).

Pada penelitian Tugas Akhir ini, akan dirancang antena susun mikrostrip segitiga dual-band. Adapun parameter antena mikrostrip yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena, bandwidth, gain antena, dan polaradiasi. Perancangan yang dilakukan dengan menggunakan simulator AWR Microwave office 2004, karena simulasi menggunakan AWR

Microwave 2004 lebih mudah merancanga patch antena segitiga daripada

menggunakan simulator lain.

2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan antena mikrostrip array segitiga

dual-band?

2. Bagaimana merancang antena mikrostrip array segitiga Dual-Band untuk aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX (3,35 GHZ) dengan simulator AWR Microwave office 2004?

3. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk melakukan studi perancangan antena mikrostrip array segitiga dual-band untuk aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX (3,35 GHz).

(15)

4. Batasan Masalah

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

1. Membahas masalah tentang antena mikrostrip array patch segitiga

2. Simulator yang digunakan pada perancangan antena mikrostrip array

patch segitiga dual-band dengan frekuensi 2,45 GHz dan 3,35 GHz

3. Parameter yang dibahas adalah bentuk antena, VSWR, frekuensi antena,

bandwidth, gain antena, dan polaradiasi.

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 DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan penjelasan mengenai antena Mikrostrip, WiMAX, WLAN dan

dual-band secara khusus.

BAB III Perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)

(16)

Bab ini membahas mengenai perhitungan dan perancangan antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual Band untuk aplikasi WLAN dan WiMAX dengan menggunakan software AWR Microwave

Office 2004

BAB IV HASIL SIMULASI

Bab ini membahas mengenai hasil dari perancangan antena mikrostrip array patch segitiga dual-band.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

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

(17)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena Mikrostrip

Antena merupakan komponen yang paling penting dalam antena komunikasi nirkabel dan strukturnya di rancang untuk meradiasikan dan menerima gelombang elektromagnetik. Antena adalah perangkat media transmisi

wireless yang memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar

antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas, seperti diilustrasikan pada Gambar 2.1.

Gelombang elektromagnetik

Tx Rx

Antena Antena

Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima

Antena mikrostrip merupakan salah satu dari beberapa jenis antena yang ada saat ini. Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena yang mempunyai kelebihan, bentuk yang sederhana, ringan dan dapat dibuat sesuai kebutuhan. Konsep antena mikrostrip diusulkan pertama kali oleh Deschamps pada awal tahun 1950 dan dibuat sekitar tahun 1970 oleh Munson dan Howell. Antena mikrostrip merupakan salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator pada sejumlah sistem telekomunikasi modern.

(18)

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 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 segitiga.

Hal yang harus dipertimbanga dalam merancang patch segitiga yaitu pertimbangan memilih substrat, yang dimulai dengan memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi-rugi garis singgung. Di dalam merancang antena mikrostrip 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, akan lebih kuat, mengurangi rugi-rugi konduktor dan memperbaiki impedansi

(19)

ketebalan substrat. Nilai εr yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya, nilai substrat sebesar εr ≥2.5 adalah niali yang lebih baik digunakan. Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang sama ketika menurunnya nial εr dari karakteristik antena.

Rugi-rugi garis singgung yang tinggi akan meningkatkan rugi-rugi dielektrik dan oleh karena itu akan menurunkan efisiensi antena. Gelombang permukaan pada antena mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik kearah yang diinginkan. Elemen pentanahan berfungsi sebagai pembumian bagian antena mikrostrip.

Antena mikrostrip mempunyai beberapa keuntungan, dibandingkan dengan antena lain, yaitu :

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 antena mikrostrip, terdapat juga beberapa keterbatasan yaitu :

(20)

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.

(21)

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 dapat dilihat seperti

Gambar 2.3.

Circular ring circular elliptical

triangular Rectangular square

(22)

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.

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 V0+ juga terjadi tegangan pantul V0-. Akibatnya, dalam saluran akan terjadi interferensi antara V0+ dan V0- yang membentuk gelombang berdiri (standing wave)

Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol Г.

Harga koefisien pantul dapat bervariasi antar 0 sampai 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[1].

Γ= �0−

�0+

(23)

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dinyatakan seperti persamaan berikut[1].

Γ= �0−

�0+

= ��−�0 ��−�0

(2.2)

Dimana : L

Z : impedansi beban (load)

Z : impedansi saluran lossess

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

Г = -1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat 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[1].

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. Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.

(24)

2.2.2 Frekuensi

Frekuensi resonansi adalah frekuensi dimana antena mikrostrip memiliki impedansi resitif (nilai reaktansi impedansi sama dengan nol). Tetapi sangat sulit untuk mendapatkan nilai reaktansi input nol, sehingga frekuensi resonansi antena 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 antena mikrostrip dapat diperoleh melalui persamaan berikut[1].

r Leff

Vo fr

(2.4)

Dimana :

fr = frekuensi resonansi

V = kecepatan cahaya di ruang bebas

L = panjang antena

ε = konstanta dielektrik

2.2.3 Bandwidth

Bandwidth suatu antena di defenisikan sebagai rentang frekuensi yang

berhubungan dengan beberapa karakteristik antena lain nya, seperti, impedansi masukan, bandwidth, polarisasi, gain. Bandwidth suatu antena ditentukan oleh parameter yang digunakan. Beberapa defenisi dari bandwidth yang berhubungan dengan antena mikrostrip adalah :

(25)

a. Impedance bandwidth, adalah rentang frekuesni tertentu dimana patch

antena mattching dengan saluran catunya. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya menurut frekuensi.

b. Pattern bandwidth, adalah rentang frekuensi dengan beamwidth, sidelobe,

atau gain memenuhi nilai tertentu.

c. Axial Ratio Bandwidth (ARBW), adalah rentang frekuensi dimana polarisi

(linier atau melingkar) masih terjadi.

Besarnya bandwidth dapat dinyatakan dalam persamaan berikut[1].

BW = 2 1 100%

x f

f f

−

2.5)

Dimana :

BW = bandwidth (%)

f = frekuensi tertinggi (Hz)

f = frekuensi terendah (Hz)

f = frekuensi tengah (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.

(26)

2.2.4 Gain Antena

Gain adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena

mengarahkan radiasi sinyal nya atau penerima sinyal dari arah tertentu. Satuan yang digunakan untuk gain, adalah besar suatu gain antena merupakan besaran relatif terhadap acuan gain antena yang mudah di hitung.

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

λ ) pada Persamaan 2.6 [3].

f c

λ (2.6) Setelah nilai (

λ )diperoleh, maka λ_gdapat dihitung. Dimana λg merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan Persamaan 2.7 [3].

eff g

ε λ

λ = 0

(2.7)

Gain didapat dengan menggunakan Persamaan 2.8 [3].

     = 2 4 2 axt G g λπ (2.8) Dimana : G = gain antena

λ = panjang gelombang bahan dielektrik

      2 axt

(27)

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

gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan

antara intesitas 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 diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan

rumus [1].

( )

Pin U Gain=4π θφ

(2.9)

Selain absolute gain juga ada relative gain. 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 diantara kedua antena. Akan tetapi, antena refensi merupakan sumber

isotroppic yang lossless (Pin (lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada

persamaan[1].

( )

s Pinlossles

U d

Gain= 4π θφ

(2.10)

Besar suatu gain antena merupakan besaran relatif terhadap acuan gain antena sesuai standart.

(28)

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. Sifat dari radiasi yang paling diutamakan adalah penyebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola radiasi antena seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4, biasanya terdiri dari [1]:

a. Lobe utama(mainlobe), yang memiliki arah radiasi maksimum. Mainlobe

merupakan gambaran kualitas antena yang menunjukkan energi yang tersalurkan sesuai dengan yang diharapkan.

b. Side lobe(cuping)

c. Back lobe, merupakan minor lobe yang keberadaannya tidak diharapkan

(29)

Beberapa macam pola radasi, diantaranya [1]: 1. Pola Isotropik

Antena isotropik adalah sebagai sebuah antena tanpa rugi-rugi secara hipotesis yang mempunyai radiasi sama besar ke setiap arah.

2. Pola Directiol

Pola antena yang menerima gelombang elektromagnetik yang lebih efektif pada arah-arah tertentu.

3. Pola radiasi lobe (cuping)

Bagian-bagian dari polaradiasi ditujukkan sebagai cuping-cuping yang dapat diklasifikasikan menjadi main, side dan back.

2.2.6 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitude dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirim. Return loss digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direfleksikan (Vo-) sebanding dengan gelombang yang dikirim (Vo+). Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban. Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas

(mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan

menggunakan Persamaan [1].

(30)

2.2.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan dari suatu antena dapat dilihat sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan, (Z

in) terdiri dari bagian

real (R

in) dan imajiner (Xin) dengan Persaamaan 2.12 [1].

(

)

Ω

= in in

in R jX

Z (2.12)

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 frekuensi radio dicatukan secara langsung ke

patch radiator dengan menggunakan elemen penghubung. Untuk metode tidak

terhubung, dilakukan pengkopelan medan elektromagnetik untukk menyalurkan daya di antena saluran mikrostrip dengan patch. Beberapa teknik pencatu yang sering digunakan, yaitu : teknik microstrip line, coaxial probe, aperature coupling dan proximity coupling.

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. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri, pararel

(31)

atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara

array adalah bagian patch.

2.5 Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi

Dalam Tugas Akhir ini, akan dibahas mengenai perancangan antena mikrostrip segitiga sama sisi, yang merupakan salah satu bentuk antena

mikrostrip. Bentuk ini berdasarkan besar ketiga sudut nya yaitu, 450,-450, -900, 300, -600, -900 dan 600, -600. Bentuk segitiga memiliki kelebihan

dibandingkan dengan bentuk segi empat, yaitu untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil dibandingkan luas yang dibutuhkan pada mikrostrip berbentuk segiempat.

Panjang sisi bidang segitiga sama sisi dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut [1].

r fr

c a

3 2

= (2.13)

2.5.1 Antena Mikrostrip Patch Segitiga 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. 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. Proses pendesainan ini dilakukan dengan

(32)

menggunakan frekuensi 2,45 GHz dan 3,35 GHz. Bentuk patch antena segitiga elemen tunggal dan segitiga array dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6.

(a) (b)

Gambar 2.6 Struktur Antena Mikrostrip (a) patch segitiga elemen tunggal, (b) patch segitiga dua elemen

2.5.2 Lokasi Pencatuan Antena mikrostrip Patch Segitiga

Setelah diperoleh panjang sisi segitiga dari patch untuk substrat yang telah diberikan, langkah selanjutnya adalah menentukan feed point (feed line) atau titik pencatu dimana dalam hal ini harus ada kesesuaian antara impedansi input dari

patch dan impedansi generator.

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tiak mendekati impedansi masukan sebesar 50. Untuk mendapatkan nilai impedasni sebesar 50 dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan persamaan berikut :

          ₋ ₊ ₋ − + − − − = r B r r B B h W ε ε ε π 61 , 0 39 , 0 ) 1 ln( 2 1 ) 1 2 ln( 1 2 (2.14)

(33)

r Z B

ε π 0

= (2.15)

2.6 T-Junction

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan

pada konfigurasi antena array. Berikut ini adalah jenis T-junction 50 Ω yang dapat digunakan sebagai power divider.

Gambar 2.7 T-junction 50Ω 2.7 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array adalah power divider

(combiner). Dalam hal ini metoda Wilkinson merupakan teknik yang umum

digunakan. Gambar 2.8 merupakan power divider metoda Wilkinson [2].

(34)

2.8 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004

Dalam tugas akhir ini, simulator yang digunakan adalah AWR Microwave

2004. Microwave Office memungkinkan untuk merancang sirkuit terdiri dari

skema dan elektromagnetik ( EM ) struktur dari database model listrik yang luas , kemudian menghasilkan tata letak representasi dari perancangan ini. Simulasi dapat digunakan menggunakan salah satu mesin simulasi Microwave Office, simulator linear, keseimbangan harmonik simulator canggih, 3D-planar EM simulator yang menampilkan output dalam berbagai grafis bentuk berdasarkan analisis kebutuhan, dapat menyesuaikan atau mengoptimalkan perancangan dan perubahan secara otomatis dan langsung tercermin dalam tata letak. Adapun tampilan dari AWR Microwave 2004 adaalh seperti terlihat pada Gambar 2.9

Gambar 2.9 Tampilan Awal AWR Microwave 2004

Elektromagnetik (EM) simulator menggunakan persamaan Maxwell untuk menghitung respon struktur geometri dari fisiknya. Simulasi EM ideal karena dapat mensimulasikan struktur yang sangat sewenang-wenang dan masih memberikan hasil yang sangat akurat. Selain itu, EM simulator tidak terpengaruh

(35)

terhadap banyak kendala model sirkuit karena menggunakan persamaan dasar untuk menghitung respon. Salah satu keterbatasan EM simulator adalah simulasi waktu berjalan secara eksponensial dengan ukuran masalah, sehingga penting untuk meminimalkan kompleksitas masalah untuk mencapai hasil yang tepat waktu. Mekanisme dari AWR Microwave ini, adalah mensimulasikan rancangan dan data yang masukkan kedalam simulator dengan memberikan hasil yang sesuai dengan parameter yang kita inginkan. Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan hasil perancangan antena mikrostrip patch segitiga array menggunakan simulator AWR Microwave 2004, adalah:

1. Menyediakan layout baru untuk meracang antena, seperti terlihat pada Gambar 2.9

2. Membuat struktur EM.

Dalam perancangan struktur EM tersebut, hal yang perlu diperlu diperhatikan adalah melengkapi enclouser pada EM structure, untuk mendapatkan ukuran substrat, patch , bounderies dari antena yang akan dirancang. Setelah setiap elemen dilengkapi, perancangan antena mikrostrip segitiga dapat dirancang pada lembar kerja EM sturktur yang tersedia.

3. Setelah perancanga selesai dilakukan, simulator AWR akan memperoleh hasil simulasi parameter yang ingin dihasilkan, yaitu frekuensi, VSWR, Pola radiasi dari menu graph.

Untuk menghasilkan parameter yang diinginkan simulator AWR melakukan proses simulasi samapi beberapa waktu, dimana dalam proses simulasi tersebut, tidak terjadi perubahan data apabila simulasi dilakukan berulang-ulang dengan

(36)

bentuk, susunan dan data yang sama, namun apabila dilakukan perubahan bentuk, susunan, dan data hasil simulasi akan berubah sesuai dengan perubahan yang dilakukan.

2.9 WLAN

Jaringan lokal tanpa kabel atau WLAN adalah suatu jaringan area lokal tanpa kabel dimana media transmisi nya menggunakan frekuensi radio (RF) dan infrared (IR), untuk memberi sebuah koneksi jaringan keseluruh pengguna dalam area disekitarnya. Pada tahun 1997, sebuah lembaga independen bernama IEEE membuat spesifikasi/standar WLAN pertama yang diberikode 802.11. Peralatan yang sesuai standar 802.11 dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, dan kecepatan transfer data (throughput) teoritis maksimal 2Mbps [4].

Standar 802.11b saat ini yang paling banyak digunakan satu. Menawarkan thoroughput maksimum dari 11 Mbps (6 Mbps dalam praktek) dan jangkauan hingga 300 meter di lingkungan terbuka. Standar ini menggunakan rentang frekuensi 2,4 GHz, dengan 3 saluran radio yang tersedia.

Spesifikasi yang digunakan dalam WLAN adalah 802.11 dari IEEE dimana ini juga sering disebut dengan WiFi (wireless fidelity) standar yang berhubungan dengan kecepatan akses data.

(37)

WiMAX merupakan singkatan dari Worldwide Interoperability for

Microwave Access (WiMAX) adalah teknologi telekomunikasi dengan transmisi

data nirkabel yang juga dapat digunakan untuk akses internet.

Teknologi yang dikembangkan sesuai dengan standart spesifikasi IEEE 802.16 ini juga dikenal dengan sebutan Broadband Wireless Access (BWA). Sebutan WiMAX sendiri diperkenalkan oleh WiMAX forum yang berdiri pada tahun 2001 untuk menentukan standarisasi teknologi dan perangkat yang digunakan. Standar WiMax pada awalnya dirancang untuk rentang frekuensi 10 s.d. 66 GHz. 802.16a, diperbaharui pada 2004 menjadi 802.16-2004 (dikenal juga dengan 802.16d) menambahkan rentang frekuensi 2 sampai dengan 11 GHz dalam spesifikasi. 802.16d dikenal juga dengan fixed WiMax, diperbaharui lagi menjadi 802.16e pada tahun 2005 (yang dikenal dengan mobile WiMax) dan menggunakan orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) yang lebih memiliki skalabilitas dibandingkan dengan standar 802.16d yang menggunakan OFDM 256 sub-carriers.

Spesifikasi WiMax membawa perbaikan atas keterbatasan-keterbatasan standar WiFi dengan memberikan lebar pita yang lebih besar dan enkripsi yang lebih bagus. Standar WiMax memberikan koneksi tanpa memerlukan Line of

Sight (LOS) dalam situasi tertentu. Alokasi frekuensi WiMAX secara global di

implementasikan pada pita 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz, 3,5 GHz, 5,8 GHz dan 10,5 GHz. Alokasi frekuensi tersebut dibagi atas regional-regional negara[5].

WiMAX forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication

(38)

mobile WiMAX ditetapkan 4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz dan 3,5 GHz.

Secara umum terdapat beberapa alternative frekuensi untuk teknologi WiMAX sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternative tersebut band frekuensi 3,5 GHz menjadi frekuensi mayoritas fixed WiMAX di beberapa negara, terutama untuk negara-negara di Eropa, Kanada, Timur-Tengah, Australia dan sebagian Asia. Sementara frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile WiMAX adalah 2,5 GHz. Frekuensi fixed WiMAX di band 3,3 GHz hanya muncul di negara-negara Asia. Hal ini terkait dengan penggunaan band 3,5 GHz untuk komunikasi satelit, demikian juga dengan di Indonesia. Band 3,5 GHz di Indonesia digunakan oleh satelit Telkom. Dengan demikian penggunaan secara bersamaan antara satelit dan wireless terrestrial di frekuensi 3,5 GHz akan menimbulkan potensi interferensi terutama di sisi satelit.

2.10.1 Kelebihan WiMAX

Adapun beberapa kelebihan WiMAX, antara lain [3] :

1. WiMAX merupakan teknologi broadband wireless acess yang menawarkan standar open, dengan aplikasi fixed dan mobile (portable). 2. Lisensi WiMAX berbasis regional, bukan nasional seperti 3G sehingga

biaya lisensi lebih murah dan akhirnya mudah di terima pasar.

3. Terminal WiMAX akan banyak digunakan seperti komputer notebook, smart phone, karena didukung oleh banyak pihak yang setingkat otorisasinya kemungkinan WiMAX lebih cepat diterima pasar.

(39)

2.10.2 Kekurangan WiMAX

Ada beberapa kekurangan WiMAX, antara lain [3]:

1. Karena menggunakan pita spektrum frekuensi tinggi, maka cakupan layanan WiMAX lebih kecil dibanding 3G sehingga jumlah base station yang dibutuhkan untuk mencakup luas yang sama dibutuhkan lebih banyak jumlah base station.

2. Alokasi spektrum frekuensi WiMAX memerlukan penyesuaian terhadap alokasi frekuensi eksisting di setiap negara. Ketidak seragamana lokasi frekuensi menyebabkan harga perangkat menjadi mahal.

3. Kemampuan WiMAX untuk mobilitas tidak sebagus sistem seluler dan konsumsi baterai akan lebih boros.

2.11 Dual Band

Dual band memiliki dua frekuensi gelombang radio. Kelebihan dual band

dibandingkan dengan single band adalah dapat mengurangi drop call dan gangguan network busy. Karena jangkauannnya yang lebih luas dibanding single

band, dengan dual band hubungan international meningkat sebab frekuensi

semakin mudah dijangkau. Kelebihan dual band dibandingkan dengan single

band adalah dapat mengurangi

dibandingkan single band, dan mengurangi ganggua jangkauannnya yang lebih luas dibanding single band, dengan dual band hubunga

(40)

BAB III

PERANCANGAN ANTENA

3.1 Umum

Pada skripsi ini, akan dirancang antena mikrostrip untuk mendapatkan karakteristik antena yang ditentukan. Jenis antena mikrostrip yang dirancang adalah antena mikrostrip array patch segitiga yang bekerja pada frekuensi 2,45 GHz dan 3,35 GHz, yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan WiMAX. Tahapa pertama adalah perancangan antena mikrostrip patch segitiga elemen tunggal. Pada tahap ini dilakukan penentuan frekuensi kerja 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 pada dua buah patch antena elemen tunggal yang disusun, sehingga menghasilkan antena mikrostrip patch array.

3.2 Perangkat yang Digunakan

Perancangan antena ini menggunakan perangkat lunak untuk melakukan simulasi untuk mengetahui karakteristik atau kinerja antena yang dirancang. Adapun perangkat lunak yang digunakan adalah AWR Microwave office 2004, perangkat ini digunakan untuk merancang dan mensimulasikan antena yang akan dibuat. TXLine 2003, digunakan untuk menentukan impedansi karakteristik dan lebar saluran dari saluran mikrostrip, Microsoft Visio, Microsoft excel.

(41)

3.3 Diagram Alir Perancangan Antena

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

(42)

3.4 Perancangan Elemen Antena

Pada perancangan antena segitiga array dilakukan terlebih dahulu merancang antena elemen tunggal. Pada perancangan patch segitiga elemen tunggal, ada beberapa tahapan yang diawali dengan menetukan frekuensi kerja yang diinginkan beserta spesifikasi yang telah ditentukan. Setelah disimulasi akan diperoleh beberapa karakteristik antena yang diinginkan, selanjutnya menentukan jenis substrat yang digunakan. Dalam pemilihan jenis substrat, harus mempertimbangkan kesesuaian antara karakteristik substrat dengan spesifikasi antena yang dirancang, untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Sebelum simulasi dilakukan, terlebih dahulu menentukan parameter dari antena, yaitu dimensi patch dan lebar saluran pencatu.

Setelah perancangan san simulasi pada elemen tunggal dilakukan, selanjutnya dilakukan proses perancangan antena mikrostrip dengan penggabungan dua elemen. Pada proses simulasi, dimungkinkan untuk memodifikasi beberapa parameter yang telah ditentukan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, diantaranya adalah dengan mengatur lebar patch, yang dapat mengatur frekuensi resonansi, sedangkan pengaturan atau panjang saluran pencatu, untuk mendapatkan VSWR yang diinginkan. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mendapatkan antena mikrostrip dengan dimensi patch dan lebar pencatu yang optimal, yaitu VSWR ≤ 2.

Antena yang dirancang pada Tugas Akhir ini adalah antena mikrostrip

patch segitiga array dengan frekuensi kerja 2,45 GHz dan 3,35 GHz. Untuk

perancangan awal dari dimensi digunakan perhitungan antena mikrostrip patch segitiga, dengan menggunakan Persamaan (2.10).

(43)

Untuk frekuensi 2,45 GHz, panjang patch adalah : r fr c a ε 3 2 =

3 2,45 4,4 10 3 2 8 x x x a=

= 38,9 mm ≈ 39 mm Untuk frekuensi 3,35 GHz, panjang patch adalah :

r fr c a ε 3 2 =

3 3,35 4,4 10 3 2 8 x x x a=

= 28,46 mm ≈28 mm

Dari perhitungan di atas di peroleh ukuran sisi patch segitiga untuk frekuensi 2,45 GHz sebesar 39 mm, dan untuk frekuensi 3,35 GHz ukuran sisi patch segitiga adalah 27 mm.

a= 39 mm a= 27 mm

d = 4

λ = 31mm

17mm 17 mm

17 mm

Gambar 3.2 Ukuran Patch dan Lebar Pencatu Antena Mikrostrip Patch Segitiga

Array

(44)

3.5 Jenis Substrat yang Digunakan

Dalam pemlihan jenis substrat sangat dibutuhkan pengenalan tentang spesifikasi umum dari substrat tersebut yaitu kualitasnya. Berikut adalah spesifikasi substrat yang digunakan adalah:

Tabel 3.1 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 segitiga diharapakna 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.

(45)

Pada gambar diatas, setelah dimasukkan semua parameter yang digunakan, maka program ini akan menampilkan nilai lebar dari saluran pencatu agar menghasilkan nilai impedansi 50Ω. Melalui perangkat lunak TXLine 2003 ini,

diperoleh bahwa untuk menghasilkan impedansi 50Ω dibutuhkan lebar saluran pencatu sebesar 3 mm. Setelah proses penghitungan besar patch, lebar pencatu maka dilakukan proses simulasi dengan menggunakan simulator AWR Microwave

office 2004.

Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar saluran pencatu dengan menggunakan Persamaan 2.14 dan 2.15, untuk nilai

Zo= 50, r=4,4 dan h= 1,6 mm, maka:

64 , 5 4 , 4 50 ) 14 , 3 ( 60 2 = = B mm W 3 4 , 4 61 , 0 39 , 0 ) 1 64 , 5 ln( ) 4 , 4 ( 2 1 4 , 4 ) 1 64 , 5 ( 2 ln( 1 64 , 5 14 , 3 ) 6 , 1 ( 2 ≈           ₋ ₊ ₋ − + − − − =

3.7 Pengaturan Jarak Antar Elemen

Adapun jarak antar elemen pada antun meningkatkan tuena yang dirancang adalah sekitar seperempat panjang gelombang (d=

λ ). Jarak antar elemen ini dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal. Adapun jarak antar elemen diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

mm x x x xf c d 31 10 45 , 2 2 10 3 2 9 8 ≈ = =

(46)

Dari persamaan diatas diperoleh jarak antar elemen adalah 31mm, setelah diketahui jarak anatar elemen hal ini akan memudahkan untuk meletakkan posisi tiap elemen yang akan dirancang.

3.8 Perancangan T-Junction

Pada hasil rancangan elemen tunggal diketahui bahwa saluran pencatu yang digunakan adalah 50Ω. Untuk merancang antena segitiga array, dibutuhkan

T-Junction 50Ω yang berfungsi sebagai power divider. Pada pengerjaan Tugas

Akhir ini, T-Junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70Ω, karena penggunaannya dapat mendukung untuk meminimalisir ukuran antena. Impedansi 70 Ω tersebut, berfungsi sebagai transformator

λ . Untuk mendapatkan panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70 Ω digunakan program TXLine 2003. Tampilan program TXLine 2003 untuk mencari panjang dan lebar saluran pencatu agar mempunyai impedansi 70 Ω dapat dilihat pada Gambar 3.4. berikut:

(47)

BAB IV

ANALISIS HASIL SIMULASI 4.1 Umum

Pada Tugas Akhir ini, akan dirancang dua buah antena mikrostrip patch segitiga, yang masing-masing dapat digunakan untuk aplikasi WLAN dan Wi-MAX. Proses perancangan ini menggunakan simulator AWR Microwave office

2004. Adapun parameter yang akan dibahas adalah frekuensi, bandwidth, VSWR,

dan pola radiasi.

4.2 Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz

Berdasarkan perancangan antena mikrostrip patch segitiga elemen tunggal untuk frekuensi 2,45 GHz pada bab sebelumnya, dilakukan simulasi menggunakan simulator AWR Microwave 2004, berikut adalah hasil simulasi VSWR antena mikrostrip patch array segitiga elemen tunggal, seperti pada Gambar 4.1.

(48)

Hasil simulasi yang diperoleh tidak memenuhi nilai VSWR yang diinginkan. Untuk mendapatkan hasil yang optimal maka dilakukan cara mengubah-ubah panjang sisi patch segitiga. Simulasi yang dilakukan adalah mengubah panjang sisi patch segitiga agar nilai VSWR mendekati 2, Adapun hasil iterasi mengubah panjang sisi patch dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga Panjang sisi segitiga (mm) Nilai VSWR

41 38,09

40 34,42

39 30,74

38 22,30

37 17,72

36 12,10

35 6,060

34 2,640

33 2.302

32 4.800

31 9.250

30 17.83

29 19.07

Dari hasil iterasi diperoleh bahwa panjang sisi segitiga yang optimal yaitu ukuran patch 33 mm dengan nilai VSWR sebesar 2,30 terlihat pada Gambar 4.2.

(49)

Oleh karena itu, ukuran patch inilah yang digunakan pada perancangan antena

(50)

Gambar 4.2 Nilai VSWR Awal Frekuensi 2,45 GHz

Adapun hasil gain untuk elemen tunggal 2,45 GHz adalah 6,016 dB dapat dilihat pada Gambar 4.3.

(51)

4.3 Hasil Simulasi Elemen 3,35 GHz

Setelah dilakukan simulasi elemen tunggal untuk frekuensi 2,45 GHz, selanjutnya dilakukan simulasi untuk elemen tunggal dengan frekuensi 3,35 GHz. Hasil simulasi VSWR antena mikrostrip patch segitiga array untuk elemen tunggal pada frekuensi 3,35 GHz, dengan panjang patch sebesar 28 mm (sesuai dengan perhitungan) dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Nilai VSWR Rancangan Awal Elemen Tunggal pada Frekuensi 3,35 GHz

Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada gambar diatas, belum sesuai dengan yang diinginkan, oleh karena itu dilakukan beberapa kali iterasi sama hal nya dengan iterasi pada frekuensi 2,45 GHz yaitu dengan mengubah panjang sisi

patch segitiga. Simulasi yang pertama dilakukan adalah mengubah panjang sisi patch segitiga dari 27 mm menjadi 26 mm, dan seterusnya dengan memperkecil

ukuran patch sebesar 1 mm sampai VSWR mendekati 2, hasil iterasi dapat dilihat pada Tabel 4.2.

(52)

Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga Panjang sisi segitiga

(mm)

Nilai VSWR

29 34,24

28 23,69

27 14,22

26 9,17

25 3,93

24 2,93

23 6,05

22 11,31

Dari hasil iterasi nilai VSWR yang optimal adalah 2,90 dengan ukuran

patch 24 mm terlihat pada Gambar 4.5. Oleh karena itu, ukuran patch inilah yang

digunakan pada antena array patch segitiga mikrostrip dual-band.

(53)

Adapun hasil gain yang diperoleh dari rancangan ini adalah 6,389 dB terlihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX

4.4 Hasil Simulasi Dual Band

Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada masing-masing elemen tunggal maka diperolehlah model antena array patch segitiga mikrostrip

(54)

Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band Adapun nilai VSWR yang diperoleh setelah disimulasikan adalah 1,223 untuk frekuensi 2,45 GHz dan VSWR bernilai 13,66 untuk frekuensi 3,35 GHz.

Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array Hasil VSWR yang diperoleh seperti pada Gambar 4.5, belum sesuai dengan yang diinginkan, oleh karena itu dilakukan iterasi dengan menggeser letak

(55)

titik pencatu. Adapun hasil iterasi dari perubahan letak titik pencatu dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu Setiap Elemen

X (mm) Y (mm)

Nilai VSWR Frekuensi

2,45 GHz

Frekuensi 3,35 GHz

14 9 1,19 13,5

14 10 1,34 13,87

14 11 1,51 13,99

15 9 1.09 13.97

15 10 1.22 13,66

15 11 1,39 13,44

16 9 1,23 8,92

16 10 1,24 8,78

16 11 1,35 8,93

17 9 1,45 4,83

Tabel 4.3 Lanjutan

X (mm) Y (mm)

Nilai VSWR Frekuensi

2,45 GHz

Frekuensi 3,35 GHz

17 10 1.39 4,60

17 11 1,41 4,74

(56)

18 10 1,59 2,71

18 11 1,55 2,63

19 9 2,00 2,47

19 10 1,84 1,99

19 11 1,74 1,73

20 9 2,34 2,28

20 10 2,45 1,90

20 11 1,98 1,46

21 9 2,71 2,29

21 10 2,45 1,90

21 11 2,25 1,58

Dari hasil iterasi diperoleh bahwa nilai VSWR yang optimal adalah ketika letak titik pencatu berada pada jarak X = 19 mm, dan jarak Y = 11 mm dengan nilai VSWRnya adalah 1,74 untuk frekuensi 2,45 GHz dan 1,73 untuk frekuensi 3,35 GHz terlihat pada Gambar 4.9.

(57)

Gambar 4.9 Nilai VSWR yang Optimal Dual-Band 4.5 Analisis Hasil Simulasi

Adapun hasil simulasi yang dibahas adalah gain dan pola radiasi, VSWR dan bandwith.

a) Gain dan Pola Radiasi

Setelah dilakukan simulasi pada antena array patch segitiga mikrostrip

dual-band diperoleh bahwa pola radiasinya adalah unidirectional dan gain

mengalami peningkatan sebesar 31,7% dari elemen tunggal WLAN dan peningkatan sebesar 16,6% untuk WiMAX terlihat pada Gambar 4.10 dan Gambar 4.11.

(58)

Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX

Untuk mencari gain dari antena mikrostrip patch segitiga array dapat digunakan Persamaan 2.6 sampai 2.8. Adapun hasil perhitungan gain pada frekuensi 2,45 GHz sebagai berikut:

mm mm x x fr c 122 49 , 122 10 45 , 2 10 3 9 8

0 = = = =

λ 78 , 2 33 ) 6 , 1 ( 12 1 1 2 1 4 , 4 2 1 4 , 4 12 1 1 2 1 2 1 =           + − + + =           + − + + = a h r r eff ε ε ε mm ff

g 73,17

78 , 2 122

0 = =

= ε λ λ

(

73,17

) (

471,5

)

1,10

14 . 3 4 2 1 4 2

2 = =

    

= axt x

(59)

Hasil perhitungan pada frekuensi 3,35 GHz adalah sebagai berikut: . mm x x fr c 5 , 89 10 35 , 3 10 3 9 8

0 = = =

λ 27 , 3 24 ) 6 , 1 ( 12 1 1 2 1 4 , 4 2 1 4 , 4 12 1 1 2 1 2 1 =           + − + + =           + − + + = a h r r eff ε ε ε mm ff

g 49,49

27 , 3 5 , 89

0 = =

= ε λ λ

(

49,49

) (

471,5

)

2,14

14 . 3 4 2 1 4 2

2 = =

    

= axt x

λπ

b) VSWR

Nilai VSWR yang diperoleh pada perancangan awal untuk antena array

patch segitiga tidak memenuhi syarat yaitu VSWR ≤ 2 sehingga saluran transmisi

tidak dalam kondisi matching. Oleh karena itu dilakukan iterasi dengan mengubah jarak letak titik pencatu setiap elemen antena. Dari hasil iterasi diperolehlah nilai VSWR ≤ 2, sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk merancang antena array patch segitiga mikrostrip dual-band posisi letak titik pencatu berpengaruh kepada

nilai VSWR. Untuk mencari nilai VSWR dari antena mikrostrip patch segitiga

array terlebih dahulu ditentukan nilai Zin, dari smith chart seperti terlihat pada

gambar 4.12, dan menggunakan Persamaan 2.1 sampai 2.3 adapun hasil VSWR yang diperoleh sebagai berikut:

(60)

Gambar 4.12 Nilai Z_in pada Smith Chart

Dari gambar diatas, di peroleh nilai Zin sebesar 0,74+(-0,4j), pada frekuensi 2,45 GHz. Sehingga nilai VSWR yang diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

Z_in =0,74+(−0,4j) 50 ) 4 , 0 ( 74 , 0 50 ) 4 , 0 ( 74 , 0 + − + − − + = j j τ τ j j x j j 4 , 0 74 , 50 4 , 0 74 , 50 4 , 0 74 , 50 4 , 0 26 , 49 − − −− − = τ 16 , 0 54 , 2574 16 , 0 29 , 20 70 , 19 49 , 2 − + − − −

= j j

τ 38 , 2574 99 , 39 33 ,

2 − j

− = τ j 38 , 2574 99 , 39 3 , 2574 33 , 2 − − =

(61)

j 015 , 0 05 , 9 − − = τ j j j

VSWR 1,36 0,12 015 , 0 05 , 9 1 015 , 0 05 , 9 1 − − = − − − + = j j j x j j 12 , 0 36 , 1 98 , 0 05 , 8 98 , 0 05 , 8 98 , 0 805 , 0 985 , 0 05 , 10 − − = + − + − − − − =

VSWR = 1,362 −0,122j =1,365∠−50

Dari smith chart diperoleh nilai Z_in sebesar 1,47+0,48j pada frekuensi 3,35 GHz, sehingga nilai VSWR diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

j Z_in =1,47+0,48 50 48 , 0 47 , 1 50 48 , 0 47 , 1 + ++ − = j j τ j j x j j 48 , 0 47 , 51 48 , 0 47 , 51 48 , 0 47 , 51 48 , 0 53 , 48 − − ++ − = τ 23 , 0 1 , 2649 23 , 0 70 , 24 23 , 0 8 , 2497 ++ + − −

= j j

τ j j 33 , 2649 47 , 24 33 , 2649 57 , 2497 33 , 2649 47 , 24 57 , 2497 + − = + − = τ j 018 , 0 942 , 0 + − = τ j j j

VSWR 0,9 1,81 018 , 0 942 , 0 1 018 , 0 942 , 0 1 + − = + − + + =

( ) (

2 2

)

63 2 81 , 1 9 ,

0 + ≈ ∠−

= j

(62)

c) Bandwith

Adapun nilai bandwith yang diperoleh hasil simulasi adalah 3,1% untuk frekuensi 2,45 GHz dan 1% untuk frekuensi 3,35 GHz seperti terlihat pada Gambar 4.12.

Gambar 4.12 Nilai VSWR Hasil Simulasi

Adapun hasil dari seluruh simulasi antena dual band yang dilakukan sebelum dan setelah iterasi dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Simulasi

No Parameter Antena

Sebelum Iterasi Setelah Iterasi

Frekuensi Frekuensi

2,45 GHz 3,35 GHz 2,45 GHz 3,35 GHz

1 VSWR 1,22 13,66 1,74 1,73

2 Gain Antena 7,925dB 7,45dB

(63)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip array patch segitiga, dari hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan :

1. Perancangan antena dual band dengan teknik array patch segitiga dapat diperoleh dengan baik dengan cara mengatur letak titik pencatu pada masing-masing patch.

2. Dari hasil simulasi nilai VSWR elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz adalah 2,30 dan pada frekuensi 3,35 GHz adalah 2,88 Nilai VSWR dari perancangan antena array patch segitiga pada frekuensi 2,45 GHz diperoleh menjadi 1,74 dan pada frekuensi 3,35 GHz menjadi 1,73. Menunjukkan nilai hasil perancangan memiliki nilai mismatch yang tidak terlalu besar, karena nilainya mendekati 1 yang merupakan nilai VSWR yang sempurna.

3. Dari hasil simulasi nilai gain elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz adalah 6,016 dB dan pada frekuensi 3,35 GHz adalah 6,389 dB. Nilai gain dari perancangan antena array patch segitiga pada frekuensi 2,45 GHz diperoleh menjadi 7,925 dB dan pada frekuensi 3,35 GHz menjadi 7,45dB.

(64)

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah :

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

2. Apabila memungkinkan, setelah melakukan perancangan antena akan lebih baik bila dilanjutkan pada tahap proses produksi, sehingga antena dapat langsung digunakan pada aplikasi WLAN dan WiMAX.

(65)

DAFTAR PUSTAKA

1) Dwi Cahyo, Rahmat, 2012, Perancangan dan Analisis Antena Mikrostrip

Array dengan Frekuensi 850 MHz untuk Aplikasi Praktikum Antena,

Semarang, Universitas Diponegoro 2) Mahendra Adi , 2008, Modul Antena

3) Zalwwits, Fahmi, 14 September 2010, Modul Dual Tone

4) Woredpress, 07 Februari 2009, Modul Dual band

5) Surjati, Indra/Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya,2010, Universitas Trisakti, Jakarta, Juni 2010

6) Huang and Boyle - Antennas From Theory To Practice, 2008

7) AWR Microwave Office 2004.

(1)

Gambar 4.12 Nilai Z_in pada Smith Chart

Dari gambar diatas, di peroleh nilai Zin sebesar 0,74+(-0,4j), pada frekuensi 2,45 GHz. Sehingga nilai VSWR yang diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

= j j

τ 38 , 2574 99 , 39 33 ,

2 − j

− =

(2)

j 015 , 0 05 , 9 − − = τ j j j

VSWR 1,36 0,12

015 , 0 05 , 9 1 015 , 0 05 , 9 1 − − = − − − + = j j j x j j 12 , 0 36 , 1 98 , 0 05 , 8 98 , 0 05 , 8 98 , 0 805 , 0 985 , 0 05 , 10 − − = + − + − − − − =

VSWR = 1,362 −0,122j =1,365∠−50

Dari smith chart diperoleh nilai Z_in sebesar 1,47+0,48j pada frekuensi 3,35 GHz, sehingga nilai VSWR diperoleh secara perhitungan sebagai berikut:

= j j

τ j j 33 , 2649 47 , 24 33 , 2649 57 , 2497 33 , 2649 47 , 24 57 , 2497 + − = + − = τ j 018 , 0 942 , 0 + − = τ j j j

VSWR 0,9 1,81

018 , 0 942 , 0 1 018 , 0 942 , 0 1 + − = + − + + =

( ) (

2 2

)

63 2 81 , 1 9 ,

0 + ≈ ∠−

= j

(3)

c) Bandwith

Adapun nilai bandwith yang diperoleh hasil simulasi adalah 3,1% untuk frekuensi 2,45 GHz dan 1% untuk frekuensi 3,35 GHz seperti terlihat pada Gambar 4.12.

Gambar 4.12 Nilai VSWR Hasil Simulasi

Adapun hasil dari seluruh simulasi antena dual band yang dilakukan sebelum dan setelah iterasi dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Simulasi

No Parameter Antena

Sebelum Iterasi Setelah Iterasi Frekuensi Frekuensi 2,45 GHz 3,35 GHz 2,45 GHz 3,35 GHz

1 VSWR 1,22 13,66 1,74 1,73

2 Gain Antena 7,925dB 7,45dB

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang antena mikrostrip array patch segitiga, dari hasil perancangan simulasi diperoleh beberapa kesimpulan :

1. Perancangan antena dual band dengan teknik array patch segitiga dapat diperoleh dengan baik dengan cara mengatur letak titik pencatu pada masing-masing patch.

(5)

5.2 Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan adalah :

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

2. Apabila memungkinkan, setelah melakukan perancangan antena akan lebih baik bila dilanjutkan pada tahap proses produksi, sehingga antena dapat langsung digunakan pada aplikasi WLAN dan WiMAX.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1) Dwi Cahyo, Rahmat, 2012, Perancangan dan Analisis Antena Mikrostrip Array dengan Frekuensi 850 MHz untuk Aplikasi Praktikum Antena, Semarang, Universitas Diponegoro

2) Mahendra Adi , 2008, Modul Antena

3) Zalwwits, Fahmi, 14 September 2010, Modul Dual Tone

4) Woredpress, 07 Februari 2009, Modul Dual band

5) Surjati, Indra/Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya,2010, Universitas Trisakti, Jakarta, Juni 2010

6) Huang and Boyle - Antennas From Theory To Practice, 2008

7) AWR Microwave Office 2004.

Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)