Optimasi saluran pencatu antena mikrostrip patch segi empat dualband 2 elemen pada aplikasi band selular 1800 Mhz dan WLAN 2400 Mhz
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan dan peningkatan populasi pengguna teknologi wireless yang
signifikan, khususnya perangkat portable berupa handphone dan laptop, menuntut
adanya penggunaan frekuensi secara universal. Pada teknologi selular, band frekuensi
yang merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbaharui, tidak lagi dimiliki dan
dikhususkan pada implementasi generasi selular tertentu (2G GSM 900/ DCS 1800/
3G2100/ 4G-LTE). Pada akhirnya, rentang band frekuensi eksisting yang sudah
ditentukan, dapat juga digunakan oleh setiap generasi teknologi selular sesuai dengan
kebutuhan bisnis dan komunikasi Nasional, yang dalam pelaksanaannya tetap
menganut standarisasi global.
Frekuensi 1800 MHz yang sebelumnya ditempatkan khusus untuk komunikasi
selular 2G GSM/DCS1800, saat ini dapat juga digunakan sebagai band frekuensi
untuk teknologi mobile 4G/LTE. Hal ini didasarkan pada Surat Edaran Menteri
Komunikasi dan Informatika pada tanggal 13 Februari 2015, ditetapkan atas dasar
peraturan perundang-undangan dan dimaksudkan agar kebijakan menata industri
telekomunikasi menuju kondisi industri yang ideal, dan memberikan kepastian
sehingga dapat mempercepat persiapan langkah-langkah korporasi bagi para
1
Universitas Sumatera Utara
penyelenggara telekomunikasi. Penataan ini didasarkan pada hasil kesepahaman dan
kesepakatan para penyelenggara telekomunikasi yang dimediasi oleh Pemerintah [1].
(a)
(b)
Gambar 1.1. Kanal frekuensi 1800 MHz (a) Kondisi eksisting (b) Hasil penataan
Komunikasi WLAN termasuk teknologi komunikasi wireless yang cukup
banyak penggunaannya. Didukung dengan semakin terjangkaunya harga perangkat
hotspot / customer premise equipment (CPE) serta kemudahan dalam komunikasi
data fixed dengan koneksi wireless dengan mudahnya menggantikan koneksi kabel
yang ditarik untuk setiap perangkat/station pada gedung-gedung perkantoran bahkan
perumahan.
Sebagaimana telah ditetapkan pada Peraturan Menteri Perhubungan Nomor:
KM. 2 Tahun 2005 Tentang Penggunaan Pita Frekuensi 2400 – 2483,5 MHz.
Menyebutkan bahwa pita frekuensi 2400 – 2483.5 MHz digunakan untuk keperluan
akses data atau akses internet [2].
Dari kebutuhan band frekuensi kerja pada perangkat pengguna, maka dipilih
perancangan suatu antena dualband yang dapat ditempatkan pada handset portable
2
Universitas Sumatera Utara
yang mendukung kedua teknologi selular berbasis LTE dan WLAN. Antena yang
paling sesuai untuk keperluan ini adalah antena yang berdimensi kecil, ringan dan
mudah dalam penempatannya pada perangkat. Sehingga pada penelitian ini dipilih
suatu perancangan antena mikrostrip dualband yang dapat memenuhi kriteria
parameter untuk dapat bekerja pada band frekuensi 1800 MHz dan 2400 MHz secara
optimal.
Berikut ini, beberapa penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya terkait
antena mikrostrip dualband dan hasil optimal yang sudah diperoleh.
1. Perancangan dualband omnidirectional planar array yang dapat bekerja
pada band frekuensi 2,32 – 2,56 GHz dan 5,65 – 6,10 GHz dengan S11 < 10 dB dengan gain 7,0 – 7,6 dBi dan 6,9 – 7,9 dBi [3].
2. Perancangan suatu Compact Dual-Band Dual-Polarized Antenna for Base
Station Application, diperoleh antena yang dapat bekerja pada bandwidth
frekuensi 70 MHz - 960 MHz (19,4%) untuk lower band dan dari 1710
MHz - 2170 MHz (23,7%) untuk upper band [4].
3. Perancangan suatu dual-band microstrip patch antenna with defected
ground plane for modern wireless applications, yang merupakan
perancangan antena microstrip dualband patch segi empat dengan defected
ground plane untuk komunikasi pada frekuensi 2,5 GHz dan 3.5 GHz
dengan band frekuensi pada 2,3 – 2,7 GHz dan 3,3 – 3,7 GHz [5].
4. Perancangan suatu dual-band dual-polarized microstrip array antenna for
base station, dengan hasil penelitian untuk port 1 bekerja pada band
3
Universitas Sumatera Utara
GSM900, DCS1800, dan band UMTS yang setara dengan 90MHz (10%),
220MHz (12,2%), dan 490MHz (22,4%). Sedangkan pada port 2, diperoleh
nilai 100MHz (11,9%) di band GSM, 460MHz (26,8%) di band DCS dan
740MHz (31%) di band UMTS [6].
5. Design and analysis of minkowski fractal antenna, yaitu suatu perancangan
antena mikrostrip dualband dengan frekuensi kerja pada band 1,8 GHz dan
2,4 GHz. Dengan bandwidth 22,03 MHz pada band 1,8 GHz dan 21,67
MHz pada band 2,4 GHz [7].
6. Perancangan suatu dual-band antenna with compact radiator for
2.4/5.2/5.8 GHz WLAN Applications. Dari penelitian ini diperoleh
frekuensi kerja pada lower band dari 2,39 sampai 2,51 GHz dan untuk
higher band dari 5 - 6,1 GHz [8].
Keseluruhan penelitian antena mikrostrip dualband yang sudah dilakukan
sebelumnya, dilakukan dengan proses perhitungan secara teoritis, disimulasikan
dengan bantuan software simulator dan dilakukan pabrikasi untuk proses pengukuran.
Dari penelitian-penelitian yang sudah disebutkan, dapat diambil beberapa hal
penting dalam mendukung penelitian selanjutnya, sebagai berikut:
1. Antena mikrostrip dapat dirancang dengan bentuk patch segi empat.
2. Rancangan antena mirostrip dapat disesuaikan dengan kebutuhan band
frekuensi kerja dan lebar band (bandwidth) pada teknologi tertentu.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Rancangan antena mikrostrip dapat disimulasikan dengan program berbasis
komputer.
4. Rancangan antena mikrostrip dapat dipabrikasi dan dilakukan pengukuran
untuk menentukan kinerja dari antena.
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
a) Bagaimana merancang antena mikrostrip yang diaplikasikan pada
frekuensi dualband selular 1800 MHz dan Wireless LAN 2400 MHz
menggunakan antena mikrostrip rectangular patch.
b) Bagaimana merancang saluran pencatu untuk kebutuhan antena
mikrostrip 2 elemen yang dapat diaplikasikan pada frekuensi dualband
selular 1800 MHz dan BWA/Wireless LAN 2400 MHz untuk
meningkatkan bandwidth frekuensi kerja.
c) Bagaimana merancang antena mikrostrip yang dimodelkan pada software
Microwave Office AWR 2004 untuk mendapatkan kinerja terbaik.
d) Bagaimana menganalisis hasil rancangan antena mikrostrip antara hasil
pengukuran dengan pemodelan software simulasi.
e) Bagaimana proses pengujian hasil pabrikasi antena mikrostrip, dengan uji
coba pada perangkat yang bekerja di teknologi LTE 1800 MHz dan
WLAN
2400
MHz
serta
dilakukan
analisis
keseluruhan
hasil
pencapaiannya.
5
Universitas Sumatera Utara
1.3.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah:
a) Menghasilkan rancangan antena mikrostrip patch segi empat 1 elemen
yang dapat bekerja pada rentang frekuensi dualband selular 1800 MHz
dan WLAN 2400 MHz, dengan spesifikasi parameter yang dibutuhkan.
b) Menghasilkan rancangan antena mikrostrip patch segi empat 2 elemen
yang dapat bekerja pada rentang frekuensi dualband selular 1800 MHz
dan WLAN 2400 MHz, dengan peningkatan spesifikasi parameter
bandwidth dan gain.
c) Mendapatkan hasil pengujian dari rancangan antena mikrostrip dualband
yang diuji coba pada perangkat 4G-LTE 1800 MHz dan WLAN 2400
MHz.
d) Menganalisis hasil rancangan simulasi, pengukuruan dan pengujian dari
antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen dan 2 elemen.
1.4.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, dibatasi permasalahan hanya yang berkaitan pada:
a) Antena mikrostrip dengan patch segi empat dan metode dalam
mendapatkan hasil optimal.
b) Proses iterasi dilakukan dengan bantuan simulator microwave office
AWR 2004.
6
Universitas Sumatera Utara
c) Jenis substrat yang digunakan adalah FR4 (epoxy) dengan ketebalan 1,6
mm dan konstanta dielektrik (εr ) sebesar 4,4.
d) Frekuensi kerja antena yang diteliti adalah pada band frekuensi Selular
DCS/LTE 1800 MHz (1710/1880) dan WLAN 802.11b 2400 MHz
(2400/2483,5).
e) Alat ukur yang digunakan adalah Anritsu MT8222A.
f)
Parameter yang diukur dan dianalisis adalah VSWR, return loss (RL),
gain dan pola radiasi/beamwidth.
g) Pengujian antena mikrostrip menggunakan perangkat android smartphone
dan aksesoris pendukung.
1.5.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat bermanfaat pada:
a) Efisiensi penggunaan antena mikrostrip pada band frekuensi selular/LTE
sebagai lower-band dengan penggabungan pada band WLAN sebagai
upper-band pada perangkat komunikasi portable.
b) Penggunaan antena mikrostrip sebagai penguat sinyal pasif (antena
tambahan) untuk meningkatkan kuat sinyal LTE 1800 MHz pada
perangkat 4G/LTE dan sebagai coverage improvement terhadap hotspot
wireless LAN 2400 MHz pada perangkat CPE dan portable devices.
c) Pengembangan lebih jauh dan terintegrasi pada desain perangkat
komunikasi SDR (Software Defined Radio).
7
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan dan peningkatan populasi pengguna teknologi wireless yang
signifikan, khususnya perangkat portable berupa handphone dan laptop, menuntut
adanya penggunaan frekuensi secara universal. Pada teknologi selular, band frekuensi
yang merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbaharui, tidak lagi dimiliki dan
dikhususkan pada implementasi generasi selular tertentu (2G GSM 900/ DCS 1800/
3G2100/ 4G-LTE). Pada akhirnya, rentang band frekuensi eksisting yang sudah
ditentukan, dapat juga digunakan oleh setiap generasi teknologi selular sesuai dengan
kebutuhan bisnis dan komunikasi Nasional, yang dalam pelaksanaannya tetap
menganut standarisasi global.
Frekuensi 1800 MHz yang sebelumnya ditempatkan khusus untuk komunikasi
selular 2G GSM/DCS1800, saat ini dapat juga digunakan sebagai band frekuensi
untuk teknologi mobile 4G/LTE. Hal ini didasarkan pada Surat Edaran Menteri
Komunikasi dan Informatika pada tanggal 13 Februari 2015, ditetapkan atas dasar
peraturan perundang-undangan dan dimaksudkan agar kebijakan menata industri
telekomunikasi menuju kondisi industri yang ideal, dan memberikan kepastian
sehingga dapat mempercepat persiapan langkah-langkah korporasi bagi para
1
Universitas Sumatera Utara
penyelenggara telekomunikasi. Penataan ini didasarkan pada hasil kesepahaman dan
kesepakatan para penyelenggara telekomunikasi yang dimediasi oleh Pemerintah [1].
(a)
(b)
Gambar 1.1. Kanal frekuensi 1800 MHz (a) Kondisi eksisting (b) Hasil penataan
Komunikasi WLAN termasuk teknologi komunikasi wireless yang cukup
banyak penggunaannya. Didukung dengan semakin terjangkaunya harga perangkat
hotspot / customer premise equipment (CPE) serta kemudahan dalam komunikasi
data fixed dengan koneksi wireless dengan mudahnya menggantikan koneksi kabel
yang ditarik untuk setiap perangkat/station pada gedung-gedung perkantoran bahkan
perumahan.
Sebagaimana telah ditetapkan pada Peraturan Menteri Perhubungan Nomor:
KM. 2 Tahun 2005 Tentang Penggunaan Pita Frekuensi 2400 – 2483,5 MHz.
Menyebutkan bahwa pita frekuensi 2400 – 2483.5 MHz digunakan untuk keperluan
akses data atau akses internet [2].
Dari kebutuhan band frekuensi kerja pada perangkat pengguna, maka dipilih
perancangan suatu antena dualband yang dapat ditempatkan pada handset portable
2
Universitas Sumatera Utara
yang mendukung kedua teknologi selular berbasis LTE dan WLAN. Antena yang
paling sesuai untuk keperluan ini adalah antena yang berdimensi kecil, ringan dan
mudah dalam penempatannya pada perangkat. Sehingga pada penelitian ini dipilih
suatu perancangan antena mikrostrip dualband yang dapat memenuhi kriteria
parameter untuk dapat bekerja pada band frekuensi 1800 MHz dan 2400 MHz secara
optimal.
Berikut ini, beberapa penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya terkait
antena mikrostrip dualband dan hasil optimal yang sudah diperoleh.
1. Perancangan dualband omnidirectional planar array yang dapat bekerja
pada band frekuensi 2,32 – 2,56 GHz dan 5,65 – 6,10 GHz dengan S11 < 10 dB dengan gain 7,0 – 7,6 dBi dan 6,9 – 7,9 dBi [3].
2. Perancangan suatu Compact Dual-Band Dual-Polarized Antenna for Base
Station Application, diperoleh antena yang dapat bekerja pada bandwidth
frekuensi 70 MHz - 960 MHz (19,4%) untuk lower band dan dari 1710
MHz - 2170 MHz (23,7%) untuk upper band [4].
3. Perancangan suatu dual-band microstrip patch antenna with defected
ground plane for modern wireless applications, yang merupakan
perancangan antena microstrip dualband patch segi empat dengan defected
ground plane untuk komunikasi pada frekuensi 2,5 GHz dan 3.5 GHz
dengan band frekuensi pada 2,3 – 2,7 GHz dan 3,3 – 3,7 GHz [5].
4. Perancangan suatu dual-band dual-polarized microstrip array antenna for
base station, dengan hasil penelitian untuk port 1 bekerja pada band
3
Universitas Sumatera Utara
GSM900, DCS1800, dan band UMTS yang setara dengan 90MHz (10%),
220MHz (12,2%), dan 490MHz (22,4%). Sedangkan pada port 2, diperoleh
nilai 100MHz (11,9%) di band GSM, 460MHz (26,8%) di band DCS dan
740MHz (31%) di band UMTS [6].
5. Design and analysis of minkowski fractal antenna, yaitu suatu perancangan
antena mikrostrip dualband dengan frekuensi kerja pada band 1,8 GHz dan
2,4 GHz. Dengan bandwidth 22,03 MHz pada band 1,8 GHz dan 21,67
MHz pada band 2,4 GHz [7].
6. Perancangan suatu dual-band antenna with compact radiator for
2.4/5.2/5.8 GHz WLAN Applications. Dari penelitian ini diperoleh
frekuensi kerja pada lower band dari 2,39 sampai 2,51 GHz dan untuk
higher band dari 5 - 6,1 GHz [8].
Keseluruhan penelitian antena mikrostrip dualband yang sudah dilakukan
sebelumnya, dilakukan dengan proses perhitungan secara teoritis, disimulasikan
dengan bantuan software simulator dan dilakukan pabrikasi untuk proses pengukuran.
Dari penelitian-penelitian yang sudah disebutkan, dapat diambil beberapa hal
penting dalam mendukung penelitian selanjutnya, sebagai berikut:
1. Antena mikrostrip dapat dirancang dengan bentuk patch segi empat.
2. Rancangan antena mirostrip dapat disesuaikan dengan kebutuhan band
frekuensi kerja dan lebar band (bandwidth) pada teknologi tertentu.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Rancangan antena mikrostrip dapat disimulasikan dengan program berbasis
komputer.
4. Rancangan antena mikrostrip dapat dipabrikasi dan dilakukan pengukuran
untuk menentukan kinerja dari antena.
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
a) Bagaimana merancang antena mikrostrip yang diaplikasikan pada
frekuensi dualband selular 1800 MHz dan Wireless LAN 2400 MHz
menggunakan antena mikrostrip rectangular patch.
b) Bagaimana merancang saluran pencatu untuk kebutuhan antena
mikrostrip 2 elemen yang dapat diaplikasikan pada frekuensi dualband
selular 1800 MHz dan BWA/Wireless LAN 2400 MHz untuk
meningkatkan bandwidth frekuensi kerja.
c) Bagaimana merancang antena mikrostrip yang dimodelkan pada software
Microwave Office AWR 2004 untuk mendapatkan kinerja terbaik.
d) Bagaimana menganalisis hasil rancangan antena mikrostrip antara hasil
pengukuran dengan pemodelan software simulasi.
e) Bagaimana proses pengujian hasil pabrikasi antena mikrostrip, dengan uji
coba pada perangkat yang bekerja di teknologi LTE 1800 MHz dan
WLAN
2400
MHz
serta
dilakukan
analisis
keseluruhan
hasil
pencapaiannya.
5
Universitas Sumatera Utara
1.3.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah:
a) Menghasilkan rancangan antena mikrostrip patch segi empat 1 elemen
yang dapat bekerja pada rentang frekuensi dualband selular 1800 MHz
dan WLAN 2400 MHz, dengan spesifikasi parameter yang dibutuhkan.
b) Menghasilkan rancangan antena mikrostrip patch segi empat 2 elemen
yang dapat bekerja pada rentang frekuensi dualband selular 1800 MHz
dan WLAN 2400 MHz, dengan peningkatan spesifikasi parameter
bandwidth dan gain.
c) Mendapatkan hasil pengujian dari rancangan antena mikrostrip dualband
yang diuji coba pada perangkat 4G-LTE 1800 MHz dan WLAN 2400
MHz.
d) Menganalisis hasil rancangan simulasi, pengukuruan dan pengujian dari
antena mikrostrip patch segi empat dualband 1 elemen dan 2 elemen.
1.4.
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, dibatasi permasalahan hanya yang berkaitan pada:
a) Antena mikrostrip dengan patch segi empat dan metode dalam
mendapatkan hasil optimal.
b) Proses iterasi dilakukan dengan bantuan simulator microwave office
AWR 2004.
6
Universitas Sumatera Utara
c) Jenis substrat yang digunakan adalah FR4 (epoxy) dengan ketebalan 1,6
mm dan konstanta dielektrik (εr ) sebesar 4,4.
d) Frekuensi kerja antena yang diteliti adalah pada band frekuensi Selular
DCS/LTE 1800 MHz (1710/1880) dan WLAN 802.11b 2400 MHz
(2400/2483,5).
e) Alat ukur yang digunakan adalah Anritsu MT8222A.
f)
Parameter yang diukur dan dianalisis adalah VSWR, return loss (RL),
gain dan pola radiasi/beamwidth.
g) Pengujian antena mikrostrip menggunakan perangkat android smartphone
dan aksesoris pendukung.
1.5.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dapat bermanfaat pada:
a) Efisiensi penggunaan antena mikrostrip pada band frekuensi selular/LTE
sebagai lower-band dengan penggabungan pada band WLAN sebagai
upper-band pada perangkat komunikasi portable.
b) Penggunaan antena mikrostrip sebagai penguat sinyal pasif (antena
tambahan) untuk meningkatkan kuat sinyal LTE 1800 MHz pada
perangkat 4G/LTE dan sebagai coverage improvement terhadap hotspot
wireless LAN 2400 MHz pada perangkat CPE dan portable devices.
c) Pengembangan lebih jauh dan terintegrasi pada desain perangkat
komunikasi SDR (Software Defined Radio).
7
Universitas Sumatera Utara