Simulasi Model Antena Yagi Untuk Aplikasi 3G Menggunakan Simulator Ansoft HFSS v10.0

(1)

TUGAS AKHIR

SIMULASI MODEL ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI 3G

MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v10

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Telekomunikasi

Oleh:

NIM : 090422028 ORNAL PUTRA PURBA

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Pada saat sekarang ini penggunaan teknologi komunikasi dengan menggunakan kabel sudah tergantikan oleh teknologi komunikasi tanpa kabel, dimana peran kabel digantikan oleh frekuensi radio. Pada teknologi dengan kabel daerah cakupan tidak sampai ke pelosok daerah. Untuk memperluas daerah cakupan tersebut digunakan antena Yagi yang dipasang pada sisi penerima sebagai salah satu solusi untuk memperluas daerah cakupan tersebut.

Antena Yagi mempunyai 3 komponen utama yaitu sebuah driven element yang merupakan dipole aktif, sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari driven element dan sebuah direktor yang memperkuat pola pancar dari driven element.

Pada Tugas Akhir ini, akan dibahas tentang simulasi model antena Yagi. Antena Yagi yang dibahas yaitu antena Yagi dengan 8 elemen untuk aplikasi 3G menggunakan Simulator Ansoft HFSS designer versi 10.0. Parameter-parameter pada antena yang dihasilkan adalah Gain antena : 10 dBi, pola radiasi antena, Impedansi antena : 50 Ω, dan VSWR : ≤ 1,5. Simulasi model antena Yagi ini diharapkan dapat menguji kebenaran data dari sistem objek tersebut.

Dari hasil simulasi didapat bahwa HFSS v10 dapat dipergunakan untuk memodelkan antena Yagi dengan baik.

(3)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmadNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini berjudul “SIMULASI MODEL ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI 3G MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v10.0”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu penyelesaian Tugas Akhir ini terutama kepada :

1. Kedua Orangtua tercinta atas segala kasih sayang, pengorbanan dan dukungan doa dan materi yang telah diberikan.

2. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST. MT selaku Dosen Wali dan Pembimbing Tugas Akhir yang selalu dengan ikhlas dan penuh kesabaran memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

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

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

(4)

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

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

7. Seluruh staf dan karyawan yang bekerja di PT. INDOSAT, Tbk Medan.

8. Buat abang Sumantri yang telah membantu saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

9. Teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, baik dari segi materi, pengolahan maupun penyajian. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun selalu penulis harapkan. Kiranya Tuhan selalu memberikan karuniaNya kepada kita semua. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan bagi yang memerlukannya.

Medan, Juli 2012 Penulis

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ……….i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ………...…… iv

DAFTAR GAMBAR ……….... viii

DAFTAR TABEL ………xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……….. 1

1.2 Rumusan Masalah ………. 3

1.3 Tujuan Penulisan ………... 3

1.4 Batasan Masalah ……… 3

1.5 Metode Penulisan ……….. 4

1.6 Sistematika Penulisan ……… 4

BAB II TEORI DASAR 2.1 Umum ……….... 6

2.2 Gelombang Elektromagnetik ………. 7

2.3 Pengertian Antena ………. 9

2.4 Daerah Antena ……….… 11

2.5 Parameter Antena ……….... 12

2.5.1 Impedansi Masukan ……….… 13

2.5.2 Voltage Standing Wave ratio (VSWR) ……….... 13

(6)

2.5.4 Bandwidth ……… 15

2.5.5 Keterarahan (Directivity) ………. 16

2.5.6 Penguatan (gain) ………. .17

2.5.7 Pola Radiasi ………. 18

2.5.8 Frekuensi Resonansi ……… 18

2.6 Antena Directional ………... 18

2.6.1 Antena Unidirectional ………. 19

2.6.2 Antena Omnidirectional ……….. 20

2.7 Antena Yagi ……….… 21

2.7.1 Driven Element, Reflector, dan Director ……… .22

2.7.2 Impedansi Bersama ……….… .24

2.7.3 Jarak antar Elemen ………... .. .25

2.7.4 Gain ………. 27

2.8 Simulasi Ansoft HFSS v10.0 ………28

2.9 Proses Pencarian Solusi Simulator HFSS v10.0 ……….. 29

2.10 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 ….………... 31

2.11 Cara kerja Ansoft HFSS v10.0 ……… .33

2.12 Third-Generation Technology (3G) ……….… 33

2.12.1 Sejarah 3G (Third-Generation Technologi) ...….. 34

2.12.2 Teknologi 3G (Third-Generation Technologi) .…35 2.12.3 Karakteristik 3G ……….. 36

(7)

BAB III PEMODELAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI 3G (Third-Generation Technologi) MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v10.0

3.1 Pemodelan Dasar pada Ansoft HFSS v10.0 ………..….. 38

3.2 Inisialisasi Model ………... 39

3.3 Menjalankan Hasil Rancangan …...……….. 41

3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v10.0 ……….... 42

3.5 Antena Yagi untuk aplikasi 3G ……….... 43

3.6 Perancangan Model Antena Yagi ………..…….. .44

3.6.1 Parameter Pemodelan ………... 45

3.6.2 Pembuatan model antena Yagi ………... 46

3.6.2.1 Memodelkan driven element ………....… 47

3.6.2.2 Memodelkan Reflector ……….… 50

3.6.2.3 Memodelkan director ………...… 51

3.6.2.4 Memodelkan Boom ……….. 53

3.6.3 Perancangan Saluran Pencatu ……….. 54

3.6.4 Perancangan Ruang Batasan (Boundaries) …….. 57

3.6.5 Menentukan Arah Pancaran ………. 58

BAB IV ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA YAGI 4.1 Umum ……….…. 59

4.2 Proses Validation Check ……… 59

4.3 Menampilkan Hasil Simulasi ………... 62

(8)

4.3.2 VSWR ……….. 64 4.3.3 Pola Radiasi ……….….… 66 4.4 Analisis Hasil Simulasi ……….... 69

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ……….. 71

5.2 Saran ……….… 72

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Peralatan Transisi ………... 10

Gambar 2.2 Daerah Antena ……….. 11

Gambar 2.3 Contoh Antena Unidirectional ………. 19

Gambar 2.4 Contoh Antena Omnidirectional ……….…. 20

Gambar 2.5 Dimensi dan Konstruksi Antena Yagi Uda ……….. 21

Gambar 2.6 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah director ……... 23

Gambar 2.7 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah elemen sebagai reflector ...………. 24

Gambar 2..8 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan gain pada Yagi 3 elemen ……… .26

Gambar 2.9 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½λ vs jumlah elemen pada antena Yagi ………..… 27

Gambar 2.10 Tampilan awal Ansoft HFSS v10.0 ………. 29

Gambar 2.11 Proses Pencarian Solusi HFSS v10.0 ………... 30

Gambar 2.12 Tampilan Awal Ansoft HFSS v10.0 ……….. . 32

Gambar 3.1 Geometri pada Ansoft HFSS v10.0 ………. 38

Gambar 3.2 Bentuk bidang tabung pada Ansoft HFSS v10.0 ………. 39

Gambar 3.3 Property Window yang tamppil setelah model dibuat ………... 39

Gambar 3.4 Property Window dengan tab Attribute ……….... 40

Gambar 3.5 Project Manager Window pada Ansoft HFSS v10.0 ………….. 41

Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena Mikrostrip Patch Sirkular ……….. 42

(10)

Gambar 3.7 Antena Yagi ……….… 43

Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena Yagi ……….. 45

Gambar 3.9 Variabel pemodelan antena Yagi ………... 47

Gambar 3.10 Tab Attribute pada driven element ………... 48

Gambar 3.11 Koordinat driven element ……….… 48

Gambar 3.12 Duplicate driven element ……….….49

Gambar 3.13 Model driven element pada Ansoft HFSS ………... 49

Gambar 3.14 Pemberian nilai reflector pada tab Attribute ……….…... 50

Gambar 3.15 Koordinat reflector ……….…...50

Gambar 3.16 Model reflector dan driven element pada Ansoft ……….... 51

Gambar 3.17 Pemberian nilai director pada tab Attribute ………. 52

Gambar 3.18 Koordinat director 1 ………. 52

Gambar 3.19 Koordinat boom ………... 53

Gambar 3.20 Model reflector, driven element,director dan boom pada Ansoft 54 Gambar 3.21 Koordinat rectangle ……….…. 55

Gambar 3.22 Nilai Resistansi pada saluran pencatu ……….…. 55

Gambar 3.23 Saluran pencatu pada driven element ……….….. 56

Gambar 3.24 Arah garis pada rectangle ……….…. . 56

Gambar 3.25 Koordinat ruang batasan (Boundaries) ……….….. 57

Gambar 3.26 Nilai sudut pancaran ……… 58

Gambar 4.1 Nilai Solusi frekuensi yang diinginkan ……….…... 60

Gambar 4.2 Pengaturan nilai awal dan akhir frekuensi ……….….. 61

Gambar 4.3 Validation Check tidak terdapat kesalaha ……….…... 62

(11)

Gambar 4.5 Pengaturan Window Traces untuk VSWR ………... 65

Gambar 4.6 Grafik VSWR antena Yagi yang dimodelkan ……….…. 66

Gambar 4.7 Pengaturan Window Traces untuk pola radiasi ………....… 67

Gambar 4.8 Pola radiasi pada antena Yagi 8 elemen ………... 67

Gambar 4.9 Pengaturan Window Traces untuk pola radiasi 2 Dimensi ……... 68

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik ……….... 9

Tabel 3.1 Spesifikasi antena Yagi untuk aplikasi 3G ………... 43

Tabel 3.2 Parameter antena Yagi yang akan dimodelkan ………... 46

(13)

ABSTRAK

Dari hasil simulasi didapat bahwa HFSS v10 dapat dipergunakan untuk memodelkan antena Yagi dengan baik.

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Internet pada saat ini sangat bermanfaat untuk kebutuhan bisnis, hobi ataupun usaha. Jika berada di kota besar, memang hampir tidak memiliki masalah dengan koneksi internet. Pada saat ini banyak pilihan untuk koneksi ke internet, baik dengan kabel atau pun tanpa kabel (mobile broadband). Akan tetapi untuk daerah yang tidak memungkinkan akses internet dengan kabel, tentu harus memiliki solusi lain agar dapat terus terhubung dengan internet.

Ada banyak solusi untuk koneksi internet tanpa kabel, salah satunya yaitu menggunakan teknologi seluler GSM (Global System for Mobile Communication) seperti Indosat dengan IM2 nya, Telkomsel dengan TelkomFlash nya, XL, Three dan lain sebagainya. Sedangkan untuk teknologi CDMA (Code Division Multiple Access) ada Smart dengan SmartFren nya, Flexi dan lai-lain. GSM hadir dengan

teknologi 3G sedangkan CDMA dengan teknologi EVDO.

Permasalahannya sekarang adalah tidak semua daerah mendapat cakupan sinyal 3G dari operator seluler diatas, karena lokasi di Indonesia yang begitu luas. Yang paling banyak tercover oleh sinyal ini biasanya hanya di kota-kota besar saja, itu pun masih bisa terhalang oleh gedung-gedung yang bertingkat. Untuk itu dapat digunakan antena Yagi sebagai penguat sinyal agar dapat menikmati layanan 3G di daerah-daerah yang tidak tercakup 3G.

(15)

Ada banyak model antena komersil yang dapat diaplikasikan untuk jaringan 3G, salah satunya adalah antena Yagi. Antena Yagi merupakan antena yang diproduksi ole Yang pada datasheetnya memiliki Gain antena : 10 dBi, Pola radiasi antena, Impedansi antena : 50 Ω, dan VSWR : ≤ 1,5.

Pada Tugas Akhir ini, akan dibahas tentang simulasi model antena Yagi untuk aplikasi 3G menggunakan Simulator Ansoft HFSS designer versi 10.0. Hasil simulasi ini diharapkan akan mendapatkan parameter-parameter yang sesuai dengan datasheet antena Yagi tersebut, berupa Gain antena, Polarisasi antena, Impedansi antena dan VSWR. Untuk jarak cakupan yang pendek, sebaiknya mengunakan antena yang berpenguatan rendah karena mempunyai daerah cakupan yang lebih lebar. Sedangkan untuk antena berpenguatan tinggi mempunyai radiasi yang lebih sempit.

Adapun simulator Ansoft HFSS versi 10.0 digunakan untuk memodelkan antena Yagi dengan 8 (delapan) elemen dalam Tugas Akhir ini karena simulator tersebut memiliki kemampuan memodelkan antena dalam bentuk 3 dimensi yang memiliki volume berubah-ubah, dan dapat menghitung parameter-parameter antena tersebut. HFSS ini juga dapat menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan kedalam suatu bentuk yang mudah untuk dianalisa. Tugas Akhir ini memperlihatkan bahwa simulator Ansoft HFSS v10 dapat digunakan untuk memodelkan antena Yagi dengan baik.

(16)

1.2 Rumusan Masalah

Yang menjadi rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan Antena Yagi?

2. Bagaimana spesifikasi Antena Yagi dengan Model untuk 3G?

3. Bagaimana memodelkan antena Yagi dengan 8 elemen untuk mendapatkan sinyal 3G menggunakan simulator Ansoft HFSS designer Versi 10.0?

4. Bagaimana spesifikasi antena yang diperoleh berdasarkan simulasi dibanding dengan spesifikasi pabrik?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mensimulasi model antena Yagi untuk aplikasi 3G dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS versi 10.0, dan membandingkannya dengan data pabrikan.

1.4 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan pada Tugas Akhir ini, maka dibuat pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Hanya membahas Antena Yagi

2. Parameter yang dibahas hanya gain antena, pola radiasi antena, impedansi antena dan VSWR.

3. Pemodelan dan simulasi antena dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ansoft HFSS designer versi 10.0.

4. Hanya membandingkan data yang diperoleh dari hasil simulasi dengan data pabrikan.

(17)

1.5 Metode Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi Literatur, yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet, dan lain-lain.

2. Studi Perhitungan, yaitu dengan melakukan perhitungan secara analitik yaitu parameter-parameter penting untuk antena Yagi.

3. Studi Analisis, yaitu perhitungan analitik dengan menggunakan perumusan ilmiah kemudian dilakukan perancangan antena dengan menggunakan software Ansoft HFSS designer versi 10.0.

1.6 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, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II : TEORI DASAR

Bab ini berisi tentang penjelasan antenna secara umum dan penjelasan mengenai antena Yagi secara khusus.

(18)

BAB III : ANSOFT HFSS

Bab ini membahas tentang cara pemasangan Simulator Ansoft HFSS, dan pembentukan model antena Yagi dengan menggunakan software Ansoft HFSS designer versi 10.0.

BAB IV : SIMULASI MODEL ANTENA YAGI

Bab ini membahas mengenai perancangan antena Yagi untuk aplikasi 3G dan membandingkan hasil parameter-parameter yang dicapai dengan parameter-parameter pabrikan menggunakan software Ansoft HFSS designer versi 10.0, serta mengetahui cara kerja dari antena tersebut.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari simulasi yang telah dilakukan.

(19)

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Umum

Model adalah rencana, representasi, atau deskripsi yang menjelaskan suatu objek, sistem, atau konsep, yang seringkali berupa penyederhanaan atau idealisasi. Bentuknya dapat berupa model fisik (maket, bentuk prototipe), model citra (gambar rancangan, citra komputer), atau rumusan matematis.

Pemodelan adalah deskripsi lengkap mengenai suatu sistem dari perspektif tertentu. Alasan pembangunan model adalah agar kita dapat memahami sistem yang akan dikembangkan secara lebih baik, atau dapat juga untuk menguji kebenaran data dari sistem objek tersebut[1].

Simulasi adalah suatu proses peniruan dari sesuatu yang nyata beserta keadaan sekelilingnya (state of affairs). Aksi melakukan simulasi ini secara umum menggambarkan sifat-sifat karakteristik kunci dari kelakuan sistem fisik atau sistem abstrak tertentu.

Antena adalah elemen sistem komunikasi radio yang berfungsi untuk mentransfer energi listrik ke bentuk radiasi elektromagnetik melalui udara dan sebaliknya untuk menerima radiasi elektromagnetik di udara ke bentuk sinyal listrik. Antena merupakan perangkat perantara antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan saluran pencatunya. Ada banyak model antena komersil yang dapat diaplikasikan untuk jaringan 3G, salah satunya adalah antena Yagi[2].

(20)

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat. Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak terhadap benda lain (yang mungkin juga bersifat magnet).

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik ditemukan ole Hertz, kita mengenal istilah nirkabel atau pengiriman paket-paket energi dalam medan listrik dan medan magnet tanpa menggunakan perantara atau disebutnya sebagai point to point electric jumper. Yang kemudian dikenal dengan sebutan

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan, yaitu:

1. Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi adalah kecepatan cahaya : 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz.

2. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1 µeV/GHz.

3. Panjang gelombang dikalikan dengan energi per foton adalah 1.24 µeVm.

(21)

Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau ekuivalen dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik. Inti dari teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah :

1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.

2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ) zat.

Jika perubahan medan magnetiknya sinusoida maka dibangkitkan medan listrik yang juga berubah secara sinusoida. Selanjutnya perubahan medan listrik secara sinusoida ini membangkitkan medan magnetik yang berubah secara sinusoida. Demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetik ke segala arah inilah yang disebut gelombang elektromagnetik.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.

λ=

(2.1)

Dimana :

λ = panjang gelombang ( m) c = cepat rambat cahaya ( m/s ) ƒ = frekuensi ( Hz )

(22)

Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Medium rambat adalah hampa udara (free space) dengan kecepatan rambatan c = 3 x m/s. Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik

2.3 Pengertian Antena

Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting

Nama Band Singkatan Band ITU

Frekuensi(f) Panjang Gelombang ( λ) Extremely Low

Frequency

ELF 1 3-30 Hz 100.000km – 10.000km

Super Low Frequency

SLF 2 30-300 Hz 10.000km – 1000km

Ultra Low Frequency

ULF 3 300 – 3000 Hz 1000 km – 100 km Very Low

Frequency

VLF 4 3 – 30 KHz 100 km – 10 km

Low Frequency

LF 5 30 – 300 KHz 10 km – 1 km

Medium Frequency

MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m

High Frequency

HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m

Very High Frequency

VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m

Ultra High Frequency

UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm

Super High Frequency

SHF 10 3 – 30 GHz 100 mm – 10 mm

Extremely High Frequency

(23)

dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain.

Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik[3].

Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena. Jika saluran transmisi disesuaikan dengan impedansi antena, maka hanya ada gelombang berjalan ke arah B saja. Pada A ada saluran transmisi yang dihubungkan singkat dan merupakan resonator. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[4].

Gambar 2.1 Antena Sebagai Peralatan Transisi E

(24)

2.4 Daerah Antena

Daerah antena merupakan pembatas dari karakteristik gelombang elektromagnetika yang dipancarkan oleh antena. Pembagian daerah disekitar antena dibuat untuk mempermudah pengamatan struktur medan dimasing-masing darah antena tersebut. Gambar 2.2 menjelaskan tentang daerah-daerah di sekitar antena [4].

Gambar 2.2 Daerah Antena

Ruang-ruang di sekitar antena dibagi ke dalam 3 daerah, yaitu : 1. Daerah medan dekat reaktif

Daerah ini didefenisikan sebagai bagian dari daerah medan dekat di sekitar antena, dimana daerah reaktif lebih dominan. Apabila λ adalah panjang gelombang dan D adalah dimensi terluar antena, untuk kebanyakan antena batas terluar daerah ini, diperlihatkan oleh persamaan 2.3[4].

(2.2) R

Medan Jauh (Fraunhofer (Freshnel)

Medan Dekat Radiasi

Medan Dekat Reaktif

(25)

2. Daerah medan dekat radiasi

Daerah ini didefenisikan sebagai daerah medan antena antara medan dekat reaktif dan daerah medan jauh dimana medan radiasi dominan dan distribusi medan bergantung pada jarak dari antena. Daerah ini sering juga disebut daerah Freshnel dimana [4] :

(2.3)

3. Daerah medan jauh

Daerah medan jauh merupakan daerah antena dimana distribusi medan tidak lagi bergantung kepada jarak dari antena. Di daerah ini, komponen medan transversal dan distribusi angular tidak bergantung pada jarak radial dimana pengukuran dibuat. Semua spesifikasi diperoleh dari pengukuran yang dilakukan di daerah ini, dengan syarat [4] :

(2.4)

2.5 Parameter Antena

Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter-parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan penguatan.

(26)

2.5.1 Impedansi masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu [4].

(2.5)

dimana Zin merupakan perbandingan antara jumlah tegangan (tegangan masuk dan tegangan refleksi (V) terhadap jumlah arus (I) pada setiap titik z pada saluran, berbeda dengan karakteristik impedansi saluran (Z0) yang berhubungan dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang.

Pada saluran transmisi, nilai z diganti dengan nilai , sehingga persamaan di atas menjadi [4] :

(2.6)

2.5.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ), yaitu[4] :

(27)

Di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi.

Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :

a. : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat. b. : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna. c. : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [4] :

(2.8)

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

2.5.3 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh [4]. :

(28)

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

2.5.4 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana

kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwith dapat dicari dengan rumus berikut ini [4] :

(2.10)

Keterangan :

= frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth diantaranya :

a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan

(29)

b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai

tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.

c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.5.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini [4] :

(2.11)

Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan rumus [4] :

(2.12)

Keterangan :

D = keterarahan

D0 = keterarahan maksimum U = intensitas radiasi maksimum

(30)

Umax = intensitas radiasi maksimum

U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic Prad = daya total radiasi

2.5.6 Penguatan (gain)

Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan rumus [4] :

(2.13)

Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif 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 itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut [5] :

(2.14)

Keterangan : π = 3,14

D = Aperture antena ( ) λ = panjang gelombang (meter)

(31)

Untuk antena Yagi aperturenya adalah 0.015472 meter², dimana frekuensi tengah adalah 2.045 MHz. Berdasarkan persamaan (2.1) maka didapat lambda (λ) sebesar :

λ =

=

= 0, 147 meter

Berdasarkan persamaan (2.14) besarnya gain dapat dihitung seperti dibawah, yaitu :

= = 9,9403 dBi

2.5.7 Pola Radiasi

Pola radiasi pada sebuah antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematis atau sebuah gambaran grafis dari komponen-komponen radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional.

2.5.8 Frekuensi Resonansi

Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja antena dimana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena.

2.6 Antena Directional

Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidiretional adalah antena

(32)

yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.

2.6.1 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenis

– jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut.

Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi (Yagi Uda), antena parabola, antena helix, antena log-periodic, dan lain – lain. Gambar 2.3 memperlihatkan contoh antena unidirectional.

(33)

2.6.2 Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi.

Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena collinear, antena slotwave guide, dan lain – lain. Gambar 2.4 memperlihatkan beberapa contoh antena

omnidirectional.

(34)

2.7 Antena Yagi

Sejak ditemukan oleh S. Uda dan H. Yagi di Universitas Tohoku pada tahun 1926, antena Yagi yang lebih tepat disebut antena Yagi-Uda banyak dibahas secara percobaan dan teori. Antena ini banyak sekali digunakan pada komunikasi radio amatir, dan kemudian sebagai antena penerima televisi, karena unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadap variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena Yagi Uda merupakan antena susun parasitik dari antena dipole. Antena ini umumnya terdiri dari sebuah reflektor, sebuah driven element, dan beberapa direktor. Hal ini bermuara pada berbagai bentuk elemen antena Yagi seperti yang dapat dilihat di pasaran[5].

Panjang elemen Yagi dipengaruhi oleh diameter elemen dan adanya sambungan-sambungan. Baik diameter elemen maupun banyaknya sambungan akan memberikan pengaruh terhadap kapasitansi antar elemen, seperti kita ketahui bahwa dua logam yang terletak sejajar tersebut akan merupakan suatu kapasitor. Pada Gambar 2.5 memperlihatkan dimensi serta kontruksi dari antena yagi.

(35)

Antena Yagi yang termasuk dalam jenis antena-antena kanal gelombang berjalan, dalam bentuk bakunya terdiri dari sejumlah antena kawat dipole yang diletakkan sejajar dalam suatu bidang. Satu diantaranya merupakan dipole aktif, sedangkan yang lainnya adalah pasif. Satu dari dipole pasif ini berada dibelakang dipole aktif dan berfungsi sebagai pemantul, dipole pasif lainnya terletak di depan dipole aktif sebagai pengarah. Dalam konfigurasi ini arah depan merupakan arah pancaran antena. Diketahui dari teori – teori dipole gandeng bahwa dipole pasif akan berfungsi sebagai pemantul bila tahanan reaktifnya adalah indukitf. Karena itu panjang pemantul lebih besar dari setengah panjang gelombang.

Dipole pasif akan berlaku sebagai pengarah kalau tahanannya kapasitif, karena itu panjangnya kurang dari setengah panjang gelombang. Biasanya satu dipole cukup sebagai pemantul karena pemantul tambahan tidak banyak pengaruhnya terhadap pola pancaran antena. Sebaliknya karena arah pancar antena sesuai dengan kedudukan pengarah, eksitasi intensif secara seri yang membentuk kanal gelombang berjalan ditunjang oleh jumlah pengarah, sehingga jumlah pengarahnya antara 2 hingga 12 merupakan hal yang umum.

2.7.1 Driven Elemen, Reflektor dan Direktor

Sebuah elemen dalam sebuah antena susun mempunyai sebuah radiator yang memiliki panjang ½λ. Elemen array tersebut tidak selalu memiliki panjang ½ λ karena beberapa tipe dari array memiliki panjang yang disesuaikan / diinginkan yang menunjukkan elemen tersebut memiliki reaktansi kapasitif atau reaktansi induktif [7].

Driven Element adalah suatu elemen yang menyediakan daya dari

(36)

elemen yang memperoleh daya secara sendirinya melalui penggandengan dengan elemen lain pada array dikarenaan karena jarak antar elemen yang berdekatan antara elemen[8].

Driven Element mempunyai panjang ½ λ. Sehingga rumus untuk menghitung total panjang Driven Element Yagi ditunjukkan pada Persamaan 2.16 sebagai berikut :

L = 0.5 x K x λ (2.15)

Keterangan:

L : Panjang Driven Element

K : Velocity Factor ( pada logam 0.95 ) Λ : Panjang gelombang (m)

Sebuah elemen parasit pada Gambar 2.6 disebut sebagai pengarah / direktor ketika pengarah tersebut menghasilkan pola pancar maksimum disepanjang garis perpendicular dari driven ke elemen parasit.

Gambar 2.6 Sistem element array yang menggunakan 1 buah director

Ketika radiasi maksimumnya berlawanan arah dengan pengarah/direktor dari elemen parasit melalui driven elemen seperti pada Gambar 2.7 maka elemen parasit itu dinamakan reflektor[7].

(37)

Gambar 2.7 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah elemen sebagai reflector

Jika antena Yagi dibandingkan dengan beberapa antena, seperti antena Sektoral maupun antena Grid ataupun Parabola ada beberapa faktor yang mempengaruhi baik buruknya antena. Pada antena Grid baik digunakan karena antena yagi vertikal beam nya kecil, ditambah omni atau sektoral dengan vertikal beam kecil kelemahannya memang kalau jarak terlalu dekat dengan perbedaan ketinggian yang signifikan, link menjadi tidak stabil, solusinya yang benar menggunakan Grid di sisi pelanggan. Untuk daerah yang dekat, sebaiknya menggunakan penguatan rendah, karena memiliki beam yang cukup lebar begitu juga sebaliknya.

2.7.2 Impedansi Bersama

Jika ada dua buah elemen yang memiliki panjang ½ λ yang saling berdekatan satu sama lain. Jadi jika berasumsi bahwa daya yang dicatu pada salah satu elemen yang menyebabkan timbulnya arus. Ini menciptakan medan elektromagnetik yang menyebabkan terinduksinya tegangan ke elemen kedua yang menyebabkan arus mengalir di dalamnya pula. Arus yang mengalir pada

(38)

elemen ke dua akan menginduksi kembali elemen pertama, yang menyebabkan penambahan arus yang mengalir pada elemen pertama. Jadi total arus pada elemen pertama merupakan hasil penjumlahan arus mula-mula dengan arus yang diinduksikan. Dengan kehadiran elemen kedua, amplitudo dan phasa dari arus yang dihasilkan dari elemen pertama akan berbeda dengan elemen kedua ini yang dinamakan pengkopelan bersama (mutual coupling). Pengkopelan bersama (mutual coupling) akan menghasilkan impedansi bersama diantara 2 elemen. Impendansi bersama memiliki sifat yang reaktif dan resistif.

Sifat dan besar impendansi feed point dari antena/elemen pertama tergantung pada amplitudo dari arus yang diinduksikan pada antena/elemen kedua, dan hubungan phasa antara arus sumber dengan arus yang diinduksikan. Amplituda dan phasa dari arus yang diinduksikan tergantung pada jarak antara elemen dan pada antena/elemen kedua menyebabkan terjadinya resonansi pada elemen kedua tersebut.

2.7.3 Jarak antar Elemen

(39)

Jarak antar elemen sangat mempengaruhi pengkopelan bersama (mutual coupling) antara elemen yang satu dengan elemen yang lain. Untuk saat sekarang

ini belum ada formula khusus untuk merancang antena Yagi terbaik untuk band manapun. Tetapi dari hasil percobaan para ahli antena amatir didapatkan data- data yang menunjang untuk merancang antena Yagi. Menurut G.H. Brown Gain terbesar dari sebuah elemen parasit tunggal didapatkan dari penempatan jarak antara elemen dari 2 buah elemen. Pada Gambar 2.8 diperlihatkan sebuah kurva yang merupakan hasil analisa dari G.H. Brown yang menunjukkan pengaruh jarak

antara elemen parasit terhadap perolehan gain[6]. Pada Gambar 2.8 Gain yang diperoleh dengan menentukan jarak elemen didapatkan apabila elemen parasitnya beresonansi sendiri (self resonance). Hal ini terjadi pada jarak antara elemen 0,1 λ dan 0,25 λ.

Gambar 2.8 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan Gain pada yagi 3 elemen

Pada operasi reflektor, reflektor bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari pada frekuensi feed point/driven element (dengan cara memanjangkan sedikit lebih panjang daripada panjang driven element) dan agar memperoleh gain

(40)

maksimum, jarak antara elemen dijaga agar tidak melebihi 0.25λ. Syarat jarak antara reflektor dengan driven element yang diizinkan adalah 0.15λ sampai 0.25 λ[7].

Direktor/pengarah dikonfigurasi pada frekuensi tinggi (dengan memendekkan elemen sedikit lebih pendek daripada driven element) dan untuk memperoleh gain maksimum, jarak antara driven element dengan direktor diusahakan melebihi 0.1 λ dan tidak melebihi 0.15 λ. Jadi syarat jarak antara driven element dan direktor yang diizinkan adalah 0.1 λ sampai 0.15 λ.

2.7.4 Gain

Perolehan Gain pada antena Yagi berdasarkan buku Arrl Antenna Book (1976). Perolehan gain yang diperoleh dari banyaknya jumlah elemen pada antena Yagi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 dimana semakin banyak elemen pada Yagi semakin besar pula Gain yang dihasilkan.

Gambar 2.9 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi.

(41)

2.8 Simulator Ansoft HFSS v10.0

Dalam Tugas Akhir ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS 10.0. Pada HFSS, model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar tetrahedron. HFSS adalah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan

performa yang baik untuk pemodelan benda 3 dimensi yang memiliki volume yang berubah-ubah. HFSS ini menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan kedalam suatu bentuk yang mudah untuk dipelajari. Simulator ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung parameter seperti S parameter, frekuensi resonansi, dan medan. Simulator ini khususnya digunakan pada bidang:

a. Package Modeling  BGA, QFP, Flip-Chip

b. PCB Board Modeling  Power/Ground planes, Mesh Grid Grounds,Backplanes

c. Silicon/GaAs  Spiral Inductors, Transformers

d. EMC/EMI  Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation e. Antennas/Mobile Communications  Patches, Dipoles, Horns, ConformalCell

Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption Rate(SAR), Infinite

Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency Selective Surfaces(FSS)

f. Connectors  Coax, SFP/XFP, Backplane, Transitions

HFSS adalah simulator interaktif yang elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Hal ini membuat kita dapat menyelesaikan persoalan yang

berhubungan dengan bentuk geometri 3 dimensi yang berubah-ubah khususnya yang memilki bentuk dan kurva yang kompleks.

(42)

HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator. Ansoft merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method (FEM) untuk simulasi elektromagnetik dengan mengembangkan serta

menerapkan teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing, dan Adaptive Lanczos-Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan dari HFSS dapat dilihat pada Gambar 2.10.

(43)

2.9 Proses Pencarian Solusi Simulator HFSS v10.0

Sebelum mengkomputasi nilai VSWR kedalam grafik, maka HFSS Menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema Gambar 2.11 :

Gambar 2.11 Proses Pencarian Solusi HFSS v10.0

Dari Gambar 2.11 dapat dijelaskan bahwa :

1. Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS v10.0 ada 3 yaitu driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan tentang

antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe solusi driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator.

(44)

2. Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasaan. lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak pencatuan model (Excitation).

3. Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi:

a. Frekuensi unit : Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.

b. Nilai maksimum jumlah siklus mesh : Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive.

c. Delta S : Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan

Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya.

2.10 Instalasi Ansoft HFSS v 10.0

Ada beberapa syarat minimum yang harus dipenuhi untuk menginstal Ansoft HFSS v10.0 ke dalam komputer. Adapun syarat minimumnya adalah :

1. Sistem operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003.

(45)

3. RAM minimum 128 Mb.

4. Memiliki minimum 8 Mb Video Card . 5. Mouse.

6. CD/DVD-ROM.

Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut : 1. Buka folder Ansoft jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan

seperti pada Gambar 2.12 lalu akan muncul beberapa opsi. Maka yang pertama dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu ikuti langkah-langkah yang seterusnya dengan menekan tombol next. dan pilihlah direktori dimana akan dipasang libraries tersebut.

Gambar 2.12 Tampilan Awal Ansoft HFSS v.10.0

2. Setelah lakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan cara menekan install software. Lalu ikutin perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut. Lalu pilih lokasi untuk pemasangan Ansfot HFSS. Ikuti semua langkahnya dan proses instalasi dimulai. Dan perangkat lunakpun siap digunakan.

(46)

2.11 Cara Kerja Ansoft HFSS v.10.0

Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan model peralatan frekuensi radio secara 3 (tiga) dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah :

1. Membuat parameter dari suatu model yaitu perancangan bidang, boundries, dan excitation pada model yang dibuat.

2. Menganalisis model yaitu pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan.

3. Hasil yaitu menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi (gambar, tabel, grafik) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi.

4. Penyelesaian loop yaitu proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

2.12 Third-Generation Technology (3G)

Lebih dari lima tahun Teknologi 3G hadir di Indonesia sejak diluncurkan oleh operator telepon seluler pada tahun 2006. Ada beberapa hal yang terkait dengan 3G (Third-Generation Technology) yaitu sejarah singkat mengenai Perkembangan, Teknologi dan Karakteristik pada 3G (Third-Generation Technology)[2].

2.12.1 Sejarah 3G (Third-Generation Technology)

Pada dasarnya perkembangan teknologi komunikasi ini disebabkan oleh keinginan untuk selalu memperbaiki kinerja, kemampuan dan efisiensi dari teknologi generasi sebelumnya. Ada pun perkembangan teknologi nirkabel dapat dirangkum sebagai berikut:

(47)

1. Generasi Pertama low-speed), cukup untuk suara. Contoh: NMT (Nordic Mobile Telephone) dan AMPS (Analog Mobile Phone System). Dimulai pada awal

Menggunakan format FDMA (Frequency Division Multiple Access) yang membawa suara analog sebesar

2. Generasi Kedua

Contoh: operator seluler mengeluarkan 2 macam standar suara digital

(Time Division Multiple

Access) yang mampu mengirimkan panggilan sampai 8 saluran di pita 900 dan

(Code Division Multiple Access) yang mampu mengirimkan sinyal panggilan sampai 16

saluran di pita frekuensi

3. Generasi ketiga: digital, kecepatan tinggi (high-speed), untuk pita lebar (broadband).

Contoh: DO. 3G merupakan terobosan dalam pengiriman paket data yang memungkinkan berbagai aplikasi jaringan diterapkan. Dengan kata lain, 3G menghadirkan sebuah perubahan evolusioner dalam kecepatan pemindahan data.[2]

2.12.2 Teknologi 3G (Third-Generation Technology)

3G (third-generation technology) merupakan sebuah standar yang ditetapkan oleh International Telecommunication Union (ITU) yang diadopsi dari

(48)

digunakan mengacu kepada perkembanga tiga. Melalui 3G, pengguna telepon selular dapat memiliki akses cepat k denga pada kondisi diam atau bergerak secepat pejalan kaki. Akses yang cepat ini merupakan andalan dari 3G yang tentunya mampu memberikan fasilitas yang

beragam pada pengguna seperti menont

berbicara denga

pendahulunya, bai

menjadikan 3G sebagai standar baru jaringan nirkabel yang beredar di pasaran ataupun negara berkembang.

Teknologi 3G terbagi menjadi GSM dan CDMA. Teknologi 3G sering disebut denga internet yang dapat dibawa ke mana saja. Secara umum, ITU, sebagaimana dikutip oleh FCC mendefinisikan 3G sebagai sebuah solusi nirkabel yang bisa memberikan kecepatan akses:

• Sebesar 144 Kbps untuk kondisi bergerak cepat atau menggunakan kendaraan bermotor.

• Sebesar 384 Kbps untuk kondisi bergerak.

• Paling sedikit sebesar 2 Mbps untuk kondisi statik atau pengguna stasioner.

(49)

Sistem 3G dibutuhkan untuk memberikan layanan bit rate tinggi yang memungkinkan gambar dan video dengan kualitas tinggi dikirim dan diterima melalui wireless network, 3G juga diharapkan untuk memberikan akses ke internet dengan bit rate yang tinggi pula. Layanan 3G berada pada frekuensi 1.900 Mhz. ITU-T memang mendefinisikan layanan 3G untuk GSM pada frekuensi 1.900 Mhz dengan lebar pita sebesar 60 Mhz.

2.12.3 Karakteristik 3G

Terdapat beberapa karakteristik 3G, yaitu :

1. Layanan suara dan data dengan bit rate tinggi, termasuk layanan multimedia.

2. Packet-switch.

3. Campuran dari berbagai layanan. 4. Enhanced Multiple Access Techniques. 5. Pola modulasi dengan efisiensi yang tinggi. 6. Bisa berdampingan dengan 2G.

Adapun cara untuk menguatkan sinyal 3G pada antena Yagi ini dapat dilakukan dengan menggunakan perpanjangan konektor. Konektor yang dapat digunakan adalah N konektor yang dihubungkan dengan internet modem atau pun wireless. Cara ini sama seperti kita memasang pada antena TV dimana ada

konektor dari kabel antena yang harus dihubungkan ke TV. Cara ini sangat aman dan dapat menguatkan sinyal 3G dengan sangat signifikan tetapi dengan syarat-syarat tertentu, adapun syarat-syarat-syarat-syarat tersebut adalah :

(50)

Pertama : Antena harus sesuai dengan frekuensi kerja Device dan Impedansi Device, karena apabila tidak ada kesesuaian maka sinyal bisa-bisa malah drop dan terjadi VSWR tinggi di dalam Device sehingga device cepat panas dan bisa berakibat kerusakan.

Kedua : Device (perangkat penerima) harus memiliki soket untuk antena luar. Masalahnya tidak semua modem internet memiliki fasilitas tersebut apalagi USB Wireless atau konektor L sebagai pasangan konektor N.

Ketiga : Harga sebuah antena eksternal yang bagus sangatlah mahal. Bahkan mungkin lebih mahal dari Internet Modem/Wireless.

(51)

BAB III

PEMODELAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI 3G

MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS v 10.0

3.1 Pemodelan Dasar pada Ansoft HFSS v 10.0

Pemodelan pada Ansoft dapat menggunakan bidang dua dimensi atau tiga dimensi tergantung dari model yang akan dibuat. Semakin kompleks model yang akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Geometri pada Ansoft HFSS v 10.0

Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah memasukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat. Misalkan membuat model tabung (cylinder). Arahkan kursor ke bentuk tabung pada geometri seperti pada Gambar 3.1 lalu dipilih. Pada bidang koordinat Ansoft HFSS akan digambarkan bentuk bidang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.

(52)

Gambar 3.2 Bentuk bidang tabung pada Ansoft HFSS v 10.0

3.2 Inisialisasi Model

` Yang dimaksud dengan inisialisasi model adalah pemberian nilai awal dalam angka maupun koordinat dari model yang akan dimodelkan. Satuan model yang dibuat dapat diatur dengan cara menekan 3D Modeler kemudian Units lalu pilih cm . Setelah model dibuat maka akan muncul Property window yang memiliki 2 jenis tab, yaitu tab Command dan tab Attribute seperti pada Gambar 3.3.

(53)

Pada tab Command, akan ada beberapa opsi yaitu Coordinate System, Center Position, Axis, Radius, dan Height. Prinsip dari pengaturan koordinat ini sama dengan yang dipelajari pada pembuatan grafik pada aplikasi sehari – hari. Position berfungsi untuk meletakkan model pada koordinat yang diinginkan pada

sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Radius berfungsi untuk memasukkan panjang garis yang bekerja pada sumbu X dalam artian ini berarti menentukan lebar dari tabung, sedangkan Height untuk memasukan panjang garis yang bekerja pada sumbu z. Property window pada Gambar 3.3 hanya muncul ketika akan dibuat suatu model dalam bentuk tabung (cylinder). Jika model lainnya seperti balok atau kubus yang akan dibuat, maka parameter lain yang akan muncul.

Pada tab Attribute terdapat beberapa pilihan. Pada kolom Name berfungsi untuk menamai model, pada kolom Material berisi jenis bahan yang digunakan oleh model. Color berfungsi untuk merubah warna model, sedangkan Transparent berfungsi membuat model menjadi transparan. Transparent dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, seperti pada Gambar 3.4.

(54)

Setelah proses inisialisasi model selesai, langkah selanjutnya adalah memasukkan beberapa pengaturan yang mendukung model. Pada Project Manager seperti pada Gambar 3.5 berisi pengaturan – pengaturan model yang sesuai dengan yang diinginkan. Segala kondisi perancangan melalui Project Manager Window dapat dilihat selengkapnya pada e-book penuntun Ansoft HFSS.

Gambar 3.5 Project Manager Window pada Ansoft HFSS v 10.0

3.3 Menjalankan Hasil Rancangan

Setelah hasil rancangan model dibuat, maka rancangan harus dijalankan. Untuk mengecek apakah hasil rancangan sudah berjalan dengan baik maka harus menekan HFSS lalu Validation Check. Jika terdapat kesalahan / error lakukan pengecekan pada Project Manager. Setelah rancangan dapat berjalan dengan baik

(55)

selanjutnya yang dilakukan adalah menganalisa rancangan tersebut dengan cara menekan HFSS kemudian Analyze All. Lalu program akan melakukan perhitungan terhadap model yang dibuat dengan lama waktu tergantung dari kerumitan model yang dibuat.

3.4 Aplikasi Ansoft HFSS v 10.0

Ansoft dapat digunakan untuk berbagai rancangan antena. Seperti antena Yagi, antena dipole, antena horn, dan sebagainya. Gambar 3.6 memperlihatkan salah satu dari aplikasi Ansoft HFSS untuk antena mikrostip Patch Sirkular.

Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena Mikrostrip Patch Sirkular

(56)

3.5 Antena Yagi Untuk Aplikasi 3G

Antena Yagi cukup banyak digunakan pada jaringan komunikasi wireless. Salah satu diantaranya adalah untuk aplikasi 3G, yang digunakan sebagai penguat pada sebuah operator 3G di kota Medan. Antena Yagi tersebut seperti diperlihatkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Antena Yagi

Adapun spesifiksi dari antena Yagi untuk aplikasi 3G tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi antena Yagi untuk aplikasi 3G Electrical Specification :

Freq.Range-Mhz 1920 to 2170

Gain-dBi 10

Polarization Vertical

Beamwidth-° H plane 48

Beamwidth-° E plane 40

VSWR ≤1.5

Impedance-Ω 50

Power Capacity-W 100

Mechanical & Environmental Specifications :

Connector N female or cuctomized

(57)

Tabel 3.1 lanjutan

Mechanical & Environmental Specification :

Length-m 0.52

Weight-Kg 0.32

Mounting Mast

Mast Diameter-mm Φ35 to Φ50

Operating Temperatur-°C -40 to +60

Relative Humadity 5% to 95%

Rated Wind Velocity-m/s 60

3.6 Perancangan Model Antena Yagi

Perancangan model antena Yagi pada simulator Ansoft HFSS terdiri atas beberapa tahapan. Tahapan-tahapan perancangan antena Yagi ditunjukkan pada Gambar 3.8.

(58)

Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena Yagi

3.6.1 Parameter Pemodelan

Model antena Yagi yang akan dimodelkan memiliki panjang dan jarak antar elemen yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.

Mulai

Pembuatan Model Antena

Pengaturan Nilai Saluran Pencatu

Pengaturan Boundaries Parameter Pemodelan

Pengaturan Arah Pancaran Antena

Analisis Model Antena

Hasil

Kesimpulan

(59)

Tabel 3.2 Parameter antena Yagi yang akan dimodelkan

Nama Elemen Panjang (cm) Jarak

(cm)

Diameter Elemen (cm)

Reflektor (R) Driven Element (DE)

Direktor_1 (D1) Direktor_2 (D2) Direktor_3 (D3) Direktor_4 (D4) Direktor_5 (D5) Direktor_6 (D6) 9 5,6 5,54 5,44 5,32 5,25 4,74 4,31 3,84 2,2 6,34 10,98 15,88 21,18 26,36 0,6 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

Antena Yagi ini menggunakan bahan aluminium dengan ukuran elemen (diameter) sebesar 0.6 cm pada Reflector, Director 1, Director 2, sampai Director 6. Sedangkan pada driven element ukuran diameternya sebesar 0.5 cm.

3.6.2 Pembuatan Model Antena Yagi

Antena yang dimodelkan terdiri atas 4 (empat) bagian yaitu reflector, driven element , director dan boom. Dimana direktor terdiri dari 6 (enam) bagian yaitu director 1, director 2 sampai director 6.

Sebelum melakukan pembuatan model antena Yagi, terlebih dahulu dilakukan pemilihan solusi penyelesaian, dengan cara dipilih HFSS kemudian Solution Type lalu dipilih Driven Modal. Kemudian dilakukan pengaturan satuan

dengan cara pilih 3D Modeler lalu pilih Unit lalu pilih cm. Selanjutnya dilakukan pengisian parameter untuk memudahkan proses pemodelan. Untuk mengisi

(60)

parameter tersebut pilih HFSS kemudian Design Properties. Pilih add untuk memasukkan nilai, nilai parameter dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Variabel pemodelan antena Yagi

3.6.2.1 Memodelkan Driven Element

Driven element memiliki ukuran yang lebih pendek dibanding dengan

reflector, dan lebih panjang dibandingkan dengan director. Adapun langkah memodelkan driven element adalah :

a. Pilih menu Draw lalu Cylinder.

b. Kemudian akan muncul Property Window. Pada tab Attribute, diberi nama driven_element_1 pada bagian Name. Lalu pada bagian Material ganti menjadi aluminum seperti Gambar 3.10.

(61)

Gambar 3.10 Tab Attribute pada driven element

c. Pada tab Command pada bagian Center Position diberi nilai 0cm, 0cm, gap_src/2. Pada bagian Radius diberi nilai 0.25cm, dan pada Height ditulis dip_length seperti Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Koordinat driven element

Dari hasil pemodelan tersebut akan terbentuk driven ¼λ. Driven element merupakan dipole ½λ, untuk itu harus dibuat dengan cara memilih menu Edit lalu

(62)

Duplicate kemudian Around Axis. Lalu akan muncul sebuah kotak, kemudian isi

seperti Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Duplicate driven element

Setelah itu akan menghasilkan model driven element. Driven element ini adalah dipole ½λ. Gambar 3.13 menunjukkan driven element yang dimodelkan.

(63)

3.6.2.2Memodelkan Reflector

Reflector merupakan elemen yang terpanjang diantara elemen-elemen

yang lain. Adapun langkah memodelkan reflector adalah :

a. Ulangi langkah a dan b yang sama seperti pada driven element, kemudian pada bagian Name diberi nama reflektor. Pada bagian Material pilih aluminum seperti pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Pemberian nilai reflector pada tab Attribute

b. Pada tab Command, bagian Center Position diberi nilai 0cm, 3.84cm, -reflektor/2. Pada bagian Height diberi nilai reflektor seperti Gambar 3.15.

(64)

Reflector membelakangi driven elemen dapat dilihat pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Model reflector dan driven element pada Ansoft

3.6.2.3Memodelkan Director

Antena Yagi yang akan dimodelkan memiliki 6(enam) buah director. Yaitu director 1,director 2 sampai director 6. Adapun langkah-langkah memodelkan director adalah :

a. Pilh menu Draw lalu pilih Cylinder

b. Pada Property Window terdapat 2(dua) buah tab yaitu tab Attribute dan tab Command. Pada tab Attribute, bagian Name isi dengan direktor_1, pada bagian Material ganti bahan vaccum menjadi aluminum seperti Gambar 3.17.

(65)

Gambar 3.17 Pemberian nilai director pada tab Attribute

c. Pada tab Command, bagian Center Position isi nilai 0 cm, 2,2 cm, -direktor_1/2. Pada bagian Heigth beri nilai direktor_1 seperti pada Gambar 3.18.

(66)

d. Untuk director lainya seperti director 2, director 3 sampai director 6, dilakukan cara yang sama tetapi dengan nama dan jarak yang berbeda. Jarak antar elemen dapat dilihat pada Tabel 3.2 sebelumnya.

3.6.2.4Memodelkan Boom

Boom Yagi digunakan sebagai pengikat elemen-elemen. Adapun langkah memodelkan boom adalah :

a. Pilih menu Draw lalu pilih Box

b. Pada Property Window terdapat 2 (dua) buah tab yaitu tab Attribute dan tab Command. Pada tab Attribute, bagian Name isi dengan Box_1, selanjutnya pada tab Command, bagian Position isi dengan nilai -gap_src/1,5, -4,4 cm, dan -gap_src/2. Pada bagian YSize isi dengan nilai 31,38 cm, seperti pada Gambar 3.19.

(67)

Setelah semua langkah dilakukan maka akan didapat model antena Yagi seperti pada Gambar 3.20.

Gambar 3.20 Model Reflector, driven element, director dan boom pada Ansoft

3.6.3 Perancangan Saluran Pencatu

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Saluran pencatu ini diletakkan diantara kedua driven element. Langkah – langkah untuk merancang saluran pencatu adalah sebagai berikut :

a. Pilih menu 3D modeler kemudian Grid Plane lalu pilih YZ. b. Selanjutnya pilih menu Draw kemudian Rectangle.

c. Kemudian akan muncul Property Window yang terdiri dari 2 buah tab. Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama Rectangle1. Kemudian pada tab Command, masukkan bagian Position isi nilai 0cm, -0,25cm, -gap_src/2 cm, pada bagian YSize isi dengan nilai 0.5cm seperti pada Gambar 3.21.

(68)

Gambar 3.21 Koordinat rectangle

d. Selanjutnya pada Project Manager pilih Excitation, klik kanan pada bagian tersebut kemudian pilih Assign lalu Lumped Port. Masukkan nilai pada Resistance sebesar 50 Ohm, seperti Gambar 3.22.

Gambar 3.22 Nilai Resistansi pada saluran pencatu

(69)

Gambar 3.23 Saluran pencatu pada driven element

f. Selanjutnya tarik arah garis pada persegi yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.24.

(70)

3.6.4 Perancangan Ruang Batasan (Boundaries)

Ruang batasan ini dibuat untuk mendapatkan hasil pola radiasi yang maksimal. Ruang batasan yang dimaksud dapat berupa udara ataupun ruang hampa udara. Pada pemodelan ini menggunakan ruang udara. Langkah – langkah perancangan ruang batasan ini adalah :

a. Pilih menu Draw lalu pilih Cylinder.

b. Kemudian akan muncul kotak Property Window. Terdiri dari 2 buah tab. Pada tab Attribute, bagian Name diberi nama udara. Bagian Material ganti dari vaccum menjadi air. Atur besarnya Transparent dengan nilai 0,85, seperti Gambar 3.25.

Gambar 3.25 Koordinat ruang batasan (Boundaries)

c. Selanjutnya pada menu HFSS pilih Boundaries, lalu pilih Assign dan terakhir pilih Radiation.

(71)

3.6.5 Menentukan Arah Pancaran

Arah pancaran yang dimaksud untuk mengetahui bentuk pancaran dari antena Yagi yang dimodelkan. Untuk menentukan arah pancaran tersebut terdapat beberapa langkah – langkah, adapun langkah – langkah tersebut adalah :

a. Pilih menu HFSS selanjutnya dipilih Radiation kemudian dipilih Insert Far Field Setup lalu Infinite Sphere.

b. Atur nilai sudut pancaran pada Phi dan Theta. Pada Phi isi nilai Start dengan 90 deg, Stop dengan 90 deg, dan Step Size dengan 90 deg. Pada Theta masukkan nilai seperti Gambar 3. 26.

Gambar 3.26 Nilai sudut pancaran

(72)

BAB IV

ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA YAGI

4.1 Umum

Pada Bab ini akan ditampilkan hasil simulasi dari model antena Yagi untuk aplikasi 3G yang dirancang pada Bab sebelumnya. Adapun hasil yang akan dibahas adalah gain, VSWR, dan pola radiasi.

4.2 Proses Validation Check

Didalam proses akan diperiksa baik bentuk model antena, radiasi, ruang batasan dan lainnya. Apabila terdapat kesalahan maka proses selanjutnya tidak dapat dilanjutkan.

Langkah selanjutnya adalah menganalisis model antena yang dibuat. Untuk menjalankan simulasi dari model yang dibuat yaitu dengan cara dipilih menu HFSS lalu dipilih Analisys Setup, selanjutnya dipilih Add Solution Setup, maka akan muncul Window Solution Setup,pada Setup Name diberi nama Setup1, lalu pada bagian Solution Frequency dimasukkan nilai 2.045 GHz, kemudian masukkan nilai 20 pada Maximum Number of Passes seperti pada Gambar 4.1.

(73)

Gambar 4.1 Nilai Solusi frekuensi yang diinginkan

Setelah dimasukkan nilai frekuensi yang diinginkan, kemudian pilih OK. Ini adalah Setup 1. Langkah selanjutnya adalah mengatur nilai awal dan akhir frekuensi. Pembatasan nilai frekuensi ini bertujuan untuk membatasi rentang frekuensi antena agar lebih mudah dalam menganalisa. Untuk membatasi nilai tersebut dilakukan dengan cara memilih menu HFSS lalu Analisys Setup kemudian Add Sweep. Pilih Setup 1 kemudian pilih OK. Selanjutnya pada Edit Window Sweep, pilih Fast pada bagian Sweep Type, lalu pada bagian Frequency Setup Type pilih Linear Count. Frequency Start diatur pada 1,9 GHz dan Stop pada 2,3 Ghz seperti pada Gambar 4.2.

(74)

Gambar 4.2 Pengaturan nilai awal dan akhir frekuensi

Kemudian pilih OK. Selanjutnya model yang telah dibuat akan dianalisis, ini bertujuan untuk mengetahui apakah model yang telah dibuat benar atau tidak. Langkah untuk menganalisa model ini dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Validation Check. Ada beberapa hal yang akan di-check untuk menandakan semua model yang dibuat telah benar dan dapat dilanjutkan untuk dianalisa hasilnya. Jika semua check list berwarna hijau, maka model antena yang dibuat telah benar. Gambar 4.3 menunjukkan tidak terjadi kesalahan pada antena yang dimodelkan dapat dibuktikan dari hasil Validation Check yang telah benar.

(75)

Gambar 4.3 Validation Check tidak terdapat kesalahan

Jika terdapat error (kesalahan) dalam penggecekkan tersebut, maka langkah selanjutnya tidak dapat dilanjutkan. Setelah melewati Validation Check, langkah selanjutnya adalah menganalisa keseluruhan semua model yang dibuat. Untuk menganalisa keseluruhan model ini dengan cara memilih menu HFSS kemudian dipilih Analize All. Proses Analize All akan berlangsung lebih dari 30 menit.

4.3 Menampilkan Hasil Simulasi

Setelah proses analisa tersebut selesai, maka dapat ditampilkan hal yang ingin dibuktikan. Dalam Tugas Akhir ini akan ditampilkan gain, grafik VSWR dan pola radiasinya.

(76)

4.3.1 Gain

Untuk menampilkan Gain, langkahnya adalah dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Result lalu dipilih Create Report. Pada Report Type atur menjadi Far Field dan pada Display Set menjadi Data Table, kemudian dipilih OK. Lalu muncul Window Trace, pada bagian Solution diatur menjadi Setup1 : LastAdaptive kemudian pada Geometry dipilih Infinite Sphere1. Selanjutnya pada

tab Y, atur Category menjadi Gain, Quantity menjadi Gain Total dan Function menjadi dB, seperti pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Pengaturan Window Traces untuk gain

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian dipilih Done. Maka akan muncul Tabel Gain. Tabel 4.1 menunjukkan nilai gain yang didapat dari model yang telah

(77)

Tabel 4.1 Gain yang didapat

Dari Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa pencapaian gain dari model antena yang dibuat adalah sebesar 9.965 dB.

4.2.2 VSWR

Untuk menampilkan grafik VSWR, langkahnya adalah dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Result lalu dipilih Create Report. Pada Report Type atur menjadi Modal Solution Data dan pada Display Set menjadi Rectangular Plot, lalu dipilih OK. Maka akan muncul Window Trace, pada bagian Solution

(78)

diatur menjadi Setup1:Sweep1. Lalu pada tab Y atur Category menjadi VSWR, selanjutnya pada bagian quantity menjadi VSWR(lumpport1) seperti pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Pengaturan Window Traces untuk VSWR

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian dipilih Done. Maka akan muncul Grafik VSWR. Gambar 4.6 menunjukkan grafik VSWR yang didapat dari model yang dibuat.

(79)

Gambar 4.6 Grafik VSWR antena Yagi yang dimodelkan

Dari grafik VSWR yang diperoleh dapat dilihat bahwa VSWR yang dihasilkan adalah sebesar 1,10 untuk frekuensi 1,90 GHz, dan pada frekuensi 2,04 GHz didapat nilai 1,54.

4.2.3 Pola Radiasi

Untuk menampilkan Pola radiasi, langkahnya adalah dengan memilih menu HFSS kemudian dipilih Result lalu dipilih Create Report. Pada Report Type atur menjadi Far Field dan pada Display Set menjadi 3D Polar Plot, lalu pilih OK. Maka akan muncul Window Trace. Atur Window Trace, pada bagian Solution

atur menjadi Setup1:LastAdaptive, pada tab Mag atur Category menajdi Directivity dan Quantity menjadi Dir Total, seperti pada Gambar 4.7.

(80)

Gambar 4.7 Pengaturan Window Traces untuk pola radiasi

Selanjutnya pilih Add Trace, kemudian dipilih Done. Maka akan muncul gambar Pola radiasi. Gambar 4.8 menunjukkan Pola radiasi 3Dimensi yang didapat dari model yang telah dibuat.

(81)

pilih OK. Maka akan muncul Windows Traces. Atur Window Traces, pada bagian Solution atur menjadi Setup1:LastAdaptive. Pada tab Sweeps, pilih Use current Design and Project variabel pilih Phi. Selanjutnya pilih sweep Design and Project

variabel value, lalu pilih Theta. Kemudian pada tab Mag, bagian Category pilih gain dan pada Function pilih dB seperti pada Gambar 4.9.

(82)

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian pilih Done. Maka akan muncul

grafik pola radiasi 2 Dimensi, seperti pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Pola radiasi 2 Dimensi

4.3 Analisis Hasil Simulasi

Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dapat terlihat bahwa perolehan nilai simulasi mendekati nilai spesifiksi pabrikan sebenarnya. Tabel 4.1 memperlihatkan perbandingan data hasil simulasi dengan spesifikasi pabrikan.

(83)

Tabel 4.1 Perbandingan spesifikasi pabrikan dengan hasil simulasi

Parameter

Spesifikasi Pabrikan

Hasil / Simulasi

Frekuensi kerja

1920 – 2140 MHz 1920 – 2140 MHz

Gain 10 dBi 9,965 dBi

VSWR ≤ 1,5 ≤ 1,54

Impedansi Masukkan

50 Ω 50 Ω

Pola radiasi

Berdasarkan Tabel 4.1 dapat dilihat frekuensi berdasarkan data pabrikan dan simulasi sama yaitu 1920-2140 MHz. Gain dan VSWR yang didapat dari hasil simulasi mendekati data pabrikan. Impedansi masukan sebesar 50Ω berdasarkan data pabrikan dan simulasi, sedangkan pola radiasi yang didapat memiliki kemiripan.

(84)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis pemodelan dapat diambil beberapa kesimpulan, sebagai berikut :

1. Gain berdasarkan data pabrikan adalah 10 dBi. Sedangkan berdasarkan hasil pemodelan menggunakan Ansoft HFSS v 10.0 didapat 9.965 dBi ≈ 10 dBi, ini membuktikan hasil simulasi yang telah dilakukan mendekati data pabrikan yang sebenarnya.

2. Berdasarkan data pabrikan didapat nilai VSWR adalah ≤ 1,5 sedangkan berdasarkan hasil pemodelan didapat nilai VSWR adalah ≤ 1,54 (sebanding dengan ≤ 1,5). Ini membuktikan bahwa ha sil simulasi yang dilakukan mendekati data pabrikan sebenarnya.

3. Pola radiasi berdasarkan data pabrikan bila dibandingkan dengan data hasil simulasi model memiliki kesamaan.

4. Ansoft HFSS v.10 dapat digunakan sebagai tool dalam mendesain antena Yagi.

(85)

5.2 SARAN

Saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini, yaitu :

Untuk lebih meyakinkan bahwa simulator Ansoft HFSS v.10 dapat digunakan sebagai tool dalam mendesain antena, perlu dicoba untuk memodelkan antena komersil lainnya seperti antena grid atau parabola.

(86)

DAFTAR PUSTAKA

1. Suhadinet.12 Desember 2011. Pemodelan

2. Anonim. 8 Desember 2011. 3G

3. Yasdinulhuda.8 Desember 2011. Antenna

4. Balanis, Constantine A, 2005. Antena Theory Analysis and Design, third edition, Willey inc, hal 1 - 84.

5. Collin, Robert E.1985. Mc Graw-Hill Book Company : Antenna and Radio Propagation. Hal : 225-227

6. Yolycom. 12 Desember 2011. Log Priodik Yagi Antena.

7. Arrl.1974.The Arll Antenna Book.Newington: American Radio Relay League.Hal: 145 - 158.

8. Arrl.2000.The ARRL antenna Book 19th edition. Newington : American Radio Relay League. Hal: 186 - 190.

(1)

Untuk menampilkan pola radiasi 2 Dimensi, langkahnya adalah dengan memilih menu HFSS kemudian pilih Result lalu pilih Create Report.Pada Report Type atur menjadi Far Field dan pada Display Set menjadi Radiation Pattern, lalu pilih OK. Maka akan muncul Windows Traces. Atur Window Traces, pada bagian Solution atur menjadi Setup1:LastAdaptive. Pada tab Sweeps, pilih Use current Design and Project variabel pilih Phi. Selanjutnya pilih sweep Design and Project variabel value, lalu pilih Theta. Kemudian pada tab Mag, bagian Category pilih gain dan pada Function pilih dB seperti pada Gambar 4.9.

(2)

Selanjutnya dipilih Add Trace, kemudian pilih Done. Maka akan muncul grafik pola radiasi 2 Dimensi, seperti pada Gambar 4.10.