T1 612010006 BAB III

27

Pada skripsi ini akan dirancang antena mikrostrip persegi panjang elemen tunggal dan array dua elemen untuk mendapatkan karakteristik antena yang ditentukan. Jenis antena mikrostrip yang dirancang adalah antena patch persegi panjang dengan teknik pencatuan microstrip line feed. Perancangan antena ini dilakukan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v11.1.

Tahapan perancangan dimulai dari pemilihan jenis substrat, penentuan dimensi patch antena, penentuan teknik array, serta penentuan lebar saluran pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut kemudian disimulasikan dengan simulator Ansoft HFSS v11.1. Untuk mendapatkan rancangan antena yang optimal dilakukan beberapa karakterisasi berupa perubahann panjang saluran pencatu dan perubahann dimensi patch. Dengan melakukan beberapa simulasi selanjutnya diperoleh hasil rancangan yang lebih optimal tersebut. Dengan simulator Ansoft HFSS v11.1, yaitu dengan cara memasukkan ukuran patch dapat diperoleh parameter-parameter antena yang dihasilkan berupa nilai VSWR, gain antena dan pola radiasinya.

3.1. Peralatan yang Digunakan 3.1.1. Perangkat Keras

Perangkat keras yang digunakan dalam perancangan ini antara lain : a. Personal Computer (PC).

b. Network Analyzer digunakan untuk mengukur nilai VSWR, return loss dan impedansi. c. Spectrum Analyzer digunakan untuk mengukur daya yang diterima oleh antena

penerima.

d. Function Generator digunakan untuk menghasilkan gelombang. d. Konektor SMA 50 Ω dan Kabel Coaxial 50 Ω.

e. Substrat FR4, timah dan solder.

3.1.2. Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan ini antara lain :

a. Anshoft High Frequency Structural Simulator (Ansoft HFSS) v11.1 untuk proses simulasi antena yang sudah dirancang.

b. InkScape untuk menggambar bentuk antena yang akan difabrikasi.

3.2. Jenis Substrat Yang Digunakan

Dalam perancangan antena mikrostrip, langkah pertama adalah menentukan substrat yang digunakan. Pada skripsi ini digunakan substrat FR4 (epoxy) dengan ketebalan substrat 1,6 mm, dengan spesifikasi pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Spesifikasi substrat yang digunakan

Jenis Substrat FR4 (epoxy)

Permitivitas Relatif �_� 4,65

Ketebalan Substrat 1,6 mm

3.3. Perancangan Patch Persegi Panjang Elemen Tunggal

3.3.1. Diagram Alir Perancangan Elemen Tunggal

Dalam merancang antena diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu proses perancangan. Diagram alir perancangan antena pada skripsi ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.

MULAI

Menentukan karakteristik antena yang diinginkan

(frekuensi kerja, return

loss, VSWR)

Menentukan jenis substrat yang

digunakan (εr = 4,65

dan h = 1,6 mm)

Menentukan dimensi patch antena elemen tunggal

Menentukan lebar saluran pencatu

A

Simulasi dengan HFSS v.11

VSWR ≤ 2

Frekuensi 2,4 GHz

Insert Feed, mengatur

dimensi patch

SELESAI

Tidak

Ya

A

3.3.2. Menentukan Karakteristik Antena

Pada skripsi ini diinginkan antena mampu bekerja pada frekuensi operasi wifi yaitu 2,4 GHz. Kanal radio pada wifi bekerja pada frekuensi kerja 2,401 GHz – 2,495 GHz, dengan frekuensi tengah 2,448 GHz. Frekuensi kerja ini selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan parameter-parameter lain seperti dimensi patch dan lebar saluran pencatu. Antena bekerja pada frekuensi 2,401 GHz – 2,495 GHz, dan diharapkan memiliki parameter VSWR ≤ 2 serta mempunyai gain 3 dB.

3.3.3. Perancangan Dimensi Patch Persegi Panjang

Perhitungan dalam perancangan antena mikrostrip patch persegi panjang berdasarkan pada frekuensi antena serta substrat yang digunakan. Dimensi antena dapat ditentukan dengan memakai Persamaan (2.12) sampai Persamaan (2.16) pada Bab II. a. Menentukan lebar patch (W)

Menentukan lebar patch dengan menggunakan Persamaan (2.12), dengan = 3 ×

108 m s, ₀ = 2,448 � dan �_� = 4,4 maka akan didapatkan � = 36,46

b. Menentukan panjang patch (L)

 Menghitung konstanta dielektrik relatif efektif �_� dengan Persamaan (2.14), dengan = 1,6 dan �_� = 4,65, maka akan didapatkan �_� = 4,30206  Menghitung pertambahan panjang ∆ dengan Persamaan (2.13), dengan

= 1,6 dan �_� = 4,30206, maka akan didapatkan ∆ = 0,73311

 Menghitung panjang patch efektif dengan Persamaan (2.15), maka akan didapatkan = 29,542

 Menghitung panjang patch dengan Persamaan (2.16), maka akan didapatkan

= 28,07

Dari perhitungan akan diperoleh panjang dan lebar patch masing-masing sebesar 28,07 mm dan 36,46 mm.

3.3.4. Perancangan Panjang dan Lebar Saluran Pencatu

Pada skripsi ini, antena mempunyai impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan impedansi saluran pencatu sebesar 50 Ω dapat dilakukan dengan mengatur panjang dan lebar dari saluran pencatu. Untuk menentukan panjang saluran pencatu digunakan Persamaan (2.21) sampai Persamaan (2.23) pada Bab II sebagai berikut :

� = = 3 × 10

8

2,448 × 109= 122,549

� = �

� =

122,549

3,49 = 65,598

= �

4 =

65,589

4 = 16,399 = 16,4

Untuk menentukan lebar saluran pencatu yang memiliki impedansi 50 Ω digunakan Persamaan (2.18) dan Persamaan (2.20) pada Bab II sebagai berikut :

Karena nilai � > 2, maka :

= 60�

2 �� =

60�2

50 4,65= 5,4923

Perhitungan untuk menentukan lebar saluran pencatu � akan menghasilkan� = 2,936 mm = 2,94 mm.

3.3.5. Menyimulasikan Rancangan

Pada tahap ini antena disimulasikan dengan menggunakan Ansoft HFSS v11.1. Ansoft HFSS adalah suatu simulator medan elektromagnetik untuk pemodelan tiga dimensi perangkat pasif yang memiliki frekuensi tinggi. Dalam simulatornya terintegrasi visualisasi dan pemodelan volumetrik. Ansoft HFSS dapat digunakan untuk menghitung beberapa parameter diantaranya parameter �, frekuensi resonan dan medan elektromagnetik. Cara menyimulasikan rancangan antena yaitu dengan memasukkan nilai ukuran hasil perhitungan yang telah dihitung secara teoritis pada menu Ansoft HFSS v11.1.

Setelah memasukkan hasil perhitungan pada Sub Bab 3.3.3 dan Sub Bab 3.3.4 ke dalam software diperoleh hasil simulasi berupa VSWR, return loss dan impedansi. Hasil simulasi nilai VSWR ditunjukkan pada Gambar 3.3, nilai return loss ditunjukkan pada Gambar 3.4 dan impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 3.5 yang merupakan hasil rancang berdasarkan ukuran = 28,07 mm dan � = 36,46 mm. Gambar 3.2 menunjukkan bentuk hasil perancangan awal antena elemen tunggal.

(a). Tampilan atas (b). Tampilan samping Gambar 3.2. Bentuk hasil perancangan awal antena elemen tunggal

Gambar 3.3. Nilai VSWR simulasi elemen tunggal

Gambar 3.4. Return Loss simulasi elemen tunggal

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1 m2

Curve Info

Name X Y

m1 2.3500 2.0571 m2 2.4000 2.3051

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -10.00

-9.00 -8.00 -7.00 -6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m1 m2

Curve Info

Name X Y

m1 2.3500 -9.2237 m2 2.4000 -8.0707

Gambar 3.5. Smith Chart elemen tunggal

Dapat dilihat dari grafik nilai VSWR dan return loss belum sesuai dengan nilai yang diinginkan. Frekuensi kerja yang diinginkan adalah 2,4 GHz dengan nilai VSWR ≤ 2 dan nilai return loss sebesar -9,54 dB. Tetapi dari hasil simulasi pada Gambar 3.3 dan Gambar 3.4, frekuensi kerja bergeser ke frekuensi 2,35 GHz pada marker 1 (m1) dengan nilai VSWR = 2,05 dan nilai return loss sebesar -9,22 dB, sedangkan pada marker 2 (m2) untuk frekuensi 2,4 GHz mempunyai nilai VSWR = 2,3 dan nilai return loss sebesar -8,07 dB. Hal tersebut disebabkan ketidaksesuaian antara perhitungan dimensi patch persegi panjang dengan teknik pencatuan microstrip line feed. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hasil rancangan yang optimal perlu dilakukan pengkarakterisasian antena.

3.3.6. Karakterisasi Antena Elemen Tuggal

VSWR dan return loss yang diperoleh dari rancangan awal elemen tunggal belum sesuai dengan nilai yang diinginkan. Nilai impedansi antena tidak sesuai yang diinginkan, dan frekuensi kerja bergeser dari frekuensi yang diinginkan. Oleh karena itu nilai VSWR harus diperbaiki dan digeser ke frekuensi 2,4 GHz. Pada hasil simulasi elemen tunggal nilai impedansi antena mempunyai hasil yang berbeda dari impedansi masukan yang diinginkan yaitu 50 Ω. Sehingga antara impedansi masukan dan impedansi antena tidak matching, yang mengakibatkan transfer daya yang kurang baik. Hal ini akan mempengaruhi nilai VSWR. Untuk mendapatkan nilai impedansi antena yang mendekati nilai impedansi masukan digunakan metode insert feed pada saluran pencatu. Untuk mendapatkan nilai insert feed digunakan Persamaan 2.24 pada Bab II.

5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.00

5.00

-5.00 2.00

-2.00 1.00

-1.00 0.50

-0.50 0.20

-0.20

0.00 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

180

-170

-160 -150

-140 -130

-120 -110

-100 -90 -80 -70 -60

-50 -40

-30 -20

-10

Smith Chart Smith Plot 1 HFSSDesign1

m1

Curve Info

Name Freq Ang Mag RX

Sehingga diharapkan adanya matching impedance karena pengaruh insert feed yang akan memperbaiki nilai VSWR dan return loss dari antena yang dirancang. Dengan nilai permitivitas relatif substrat sebesar 4,65 maka didapatkan panjang insert feed = 8,78 mm. Gambar 3.6 menunjukkan bentuk hasil perancangan awal antena elemen tunggal dengan insert feed.

Gambar 3.6. Bentuk hasil perancangan awal antena elemen tunggal dengan insert feed

(a) (b) 5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.00 5.00 -5.00 2.00 -2.00 1.00 -1.00 0.50 -0.50 0.20 -0.20 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110_-100

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

Smith Chart Smith Plot 1 HFSSDesign1

m1

Curve Info

Name Freq Ang Mag RX

m1 2.3600 -158.7184 0.0339 0.9385 - 0.0231i

5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.00 5.00 -5.00 2.00 -2.00 1.00 -1.00 0.50 -0.50 0.20 -0.20 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110_-100

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

Smith Chart Smith Plot 1 HFSSDesign1

m2

Name Freq Ang Mag RX

m2 2.3800 -73.1058 0.1752 1.0435 - 0.3610i

(c)

Gambar 3.7. Smith Chart elemen tunggal (a). panjang insert feed = 5 mm, (b). panjang insert feed = 8.78 mm, (c). panjang insert feed = 10 mm

Gambar 3.7 memperlihatkan karakteristik perancangan antena dengan mengubah panjang insert feed saluran pencatu. Panjang insert feet saluran pencatu divariasikan mulai 5 mm sampai 10 mm dengan perubahan tiap 0,5 mm dan lebar saluran pencatu dibuat 1,8 mm. Data karakterisasi insert feed saluran pencatu elemen tunggal dapat dilihat pada Lampiran B.

Dari Gambar 3.7 dapat dilihat bahwa dengan melakukan karakterisasi pada insert feed saluran pencatu akan mempengaruhi impedansi antena. Pada marker 1 (m1) diatur insert feed sepanjang 5 mm, maka diperoleh impedansi antena sebesar 46,92-j1,155 pada frekuensi 2,36 GHz yang mendekati nilai impedansi masukan yaitu 50 Ω. Sedangkan pada marker 2 (m2) diatur insert feed sepanjang 8,78 mm, maka diperoleh impedansi antena sebesar 52,17-j18,05 pada frekuensi 2,38 GHz. Pada marker 3 (m3) diatur insert feed sepanjang 10 mm, maka diperoleh impedansi antena sebesar 48,78-j22,15 pada frekuensi 2,37 GHz.

Secara umum frekuensi kerja dipengaruhi oleh dimensi patch antena. Semakin kecil dimensi antena akan berbanding terbalik dengan frekuensi kerjanya. Dengan insert feed sepanjang 5 mm didapatkan frekuensi kerja 2,36 GHz. Maka untuk menggeser frekuensi kerja menjadi frekuensi yang diinginkan yaitu 2,4 GHz harus mengatur dimensi patch. Dengan demikian parameter yang digunakan untuk pengkarakterisasian antena adalah dimensi patch, dan dalam hal ini dilakukan dengan cara mengubah panjang patch.

5.00 2.00 1.00 0.50 0.20 0.00

5.00

-5.00 2.00

-2.00 1.00

-1.00 0.50

-0.50 0.20

-0.20

0.00 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 -170 -160

-150 -140

-130 -120

-110_-100

-90 -80 -70 -60

-50 -40

-30 -20

-10

Smith Chart Smith Plot 1 HFSSDesign1

m3

Curve Info

Name Freq Ang Mag RX

Karakterisasi pada simulasi dilakukan dengan cara mengubah-ubah ukuran panjang patch ( ) mulai dari 26 mm sampai 29 mm dengan perubahan tiap 0,05 mm. Dari Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 dapat dilihat bahwa dengan memperkecil panjang patch maka frekuensi kerja antena semakin tinggi, dan demikian sebaliknya. Data karakterisasi panjang patch elemen tunggal dapat dilihat pada Lampiran B.

Gambar 3.8. Grafik nilai VSWR elemen tunggal

Gambar 3.9. Grafik nilai return loss elemen tunggal

Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 memperlihatkan grafik nilai VSWR dan return loss. Pada marker 1 (m1) dengan panjang patch sebesar 26 mm, maka didapatkan nilai VSWR = 1,115 dan return loss sebesar -25,225 dB pada frekuensi 2,55 GHz. Pada marker 2 (m2) dengan panjang patch sebesar 28 mm, maka didapatkan nilai VSWR = 1,072 dan return loss sebesar -29,149 dB pada frekuensi 2,38 GHz. Pada marker 3 (m3) dengan panjang patch sebesar 29 mm, maka didapatkan nilai VSWR = 1,035 dan return

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1 m2

m3 m4

Curve Info patch_length='26mm' patch_length='27.1mm' patch_length='28mm' patch_length='29mm'

Name X Y

m1 2.5500 1.1159 m2 2.3700 1.0517 m3 2.2900 1.0363 m4 2.4500 1.0348

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -40.00

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m1

m2

m3 m4

Curve Info patch_length='26mm' patch_length='27.1mm' patch_length='28mm' patch_length='29mm'

Name X Y

m1 2.5500 -25.2252 m2 2.3700 -31.9740 m3 2.2900 -34.9755 m4 2.4500 -35.3319

loss sebesar -34,975 dB pada frekuensi 2,29 GHz, sedangkan pada marker 4 (m4) dengan panjang patch sebesar 27,1 mm, maka didapatkan nilai VSWR = 1,034 dan return loss sebesar -35,331 dB pada frekuensi 2,45 GHz yang merupakan frekuensi resonansi yang diinginkan pada skripsi ini.

3.3.7. Hasil Simulasi Elemen Tunggal

Simulasi elemen tunggal menghasilkan dimensi patch dengan ukuran panjang patch sebesar 27,1 mm dan lebar patch 36,46 mm. Panjang saluran pencatu sebesar 21,4 mm dan lebar saluran pencatu sebesar 1,8 mm. Dimensi substrat dan groundplane sebesar 40 mm × 50 mm. Gambar 3.10 menunjukkan bentuk hasil perancangan antena elemen tunggal.

Gambar 3.10. Bentuk hasil perancangan antena elemen tunggal

Hasil rancangan yang optimal didapatkan dengan cara mengubah-ubah dimensi antena, yaitu panjang patch antena dan panjang insert feed saluran pencatu. Dengan melakukan karakterisasi maka didapatkan parameter VSWR, return loss dan pola radiasi dari hasil simulasi yang optimal.

Gambar 3.11. Hasil simulasi VSWR elemen tunggal

Gambar 3.12. Hasil simulasi return loss elemen tunggal

Gambar 3.11 dan Gambar 3.12 memperlihatkan impedance bandwidth. Impedance bandwidth antena berada pada rentang 2,4 GHz (m1) sampai dengan 2,49 GHz (m3), dengan frekuensi puncak pada 2,45 GHz (m2). Nilai VSWR = 1.974 pada frekuensi 2,4 GHz, nilai VSWR = 1,79 pada frekuensi 2,49 GHz dan nilai VSWR = 1,034 pada frekuensi tengah 2,45 GHz. Hasil rancangan antena elemen tunggal dapat bekerja pada nilai VSWR ≤ 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ -9,54 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 2 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut :

� � = 2− 1× 100 %

� � =2,49−2,4

2,45 × 100 %

� � = 3,67 % 90 �

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1 m2 m3

Curve Info VSWR(LumpPort1) Setup1 : Sw eep1 patch_length='27.1mm'

Name X Y

m1 2.4000 1.9742 m2 2.4500 1.0348 m3 2.4900 1.7908

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -40.00

-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m1

m2 m3

Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1

patch_length='27.1mm'

Name X Y

m1 2.4000 -9.6942 m2 2.4500 -35.3319 m3 2.4900 -10.9535

Gambar 3.13. Hasil simulasi gain elemen tunggal

Gambar 3.14. Hasil simulasi normalisasi pola radiasi elemen tunggal

Pada Gambar 3.13 dapat dilihat hasil simulasi gain pada elemen tunggal menghasilkan gain sebesar 3,82 dB pada sudut 0º pada marker 1 (m1). Gambar 3.14 menunjukkan hasil simulasi normalisasi pola radiasi elemen tunggal.

3.4. Perancangan Array Patch Persegi panjang Dua Elemen 3.4.1. Pengaturan Jarak Antar Elemen

Antena mikrostrip array merupakan antena yang tersusun dari beberapa patch yang identik. Pada skripsi ini tersusun dua patch yang identik. Kedua patch tersebut dipisahkan oleh jarak antar elemen. Jarak antar elemen pada antena yang dirancang pada skripsi ini sebesar seperempat panjang gelombang ( =� 4). Jarak antar elemen untuk frekuensi 2,4 GHz didapat jarak 30,64 mm.

-15.00 -10.00 -5.00 0.00

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Gain Radiation Pattern 3 HFSSDesign1

m1

Curve Info dB(GainTotal)

Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' patch_length='27.1mm' Phi='90.0000000000002deg' Name Theta Ang Mag

m1 0.0000 0.0000 3.8262

0.20 0.40 0.60 0.80

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Pola Radiasi Radiation Pattern 4 HFSSDesign1

m2 m3

m1 Curve Info

normalize(rETotal) Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' patch_length='27.1mm' Phi='90.0000000000002deg' Name Theta Ang Mag

m1 0.0000 0.0000 1.0000 m2 40.0000 40.0000 0.7723 m3 320.0000 -40.0000 0.7421

Penyusunan antena secara array dimaksudkan untuk mendapatkan peningkatan gain dari antena. Pengaturan jarak antar elemen yang lebih optimal digunakan untuk peningkatan magnitudo hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar daripada elemen tunggal.

3.4.2. Perancangan T-Junction

Perancangan elemen tunggal menggunakan saluran pencatu 50 Ω, sehingga untuk merancang antena dua elemen dibutuhkan T-Junction 50 Ω yang berfungsi sebagai power divider. Pada skripsi ini digunakan T-Junction yang memiliki impedansi 70,711 Ω. Impedansi 70,711 Ω tersebut berfungsi sebagai transformator � 4. Gambar 3.15 menunjukkan bentuk T-Junction impedansi 70,711 Ω.

Gambar 3.15. Perancangan T-Junction impedansi 70,711 Ω

Teknik pencatuan yang digunakan adalah microstrip line feed. Ada dua buah impedansi saluran pencatu yang digunakan untuk merancang array dua elemen, yaitu saluran 50 Ω dan 70,711 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi 50 Ω dan 70,711 Ω dilakukan dengan pengaturan lebar saluran pencatu. Impedansi 50 Ω telah didapatkan pada Sub Bab 3.3.4 dan dari hasil karakterisasi pada Sub Bab 3.3.7. Cara menentukan lebar saluran pencatu yang memiliki impedansi 70,711 Ω dijelaskan sebagai berikut : Karena nilai � > 2, maka dengan Persamaan (2.18) dan Persamaan (2.20) pada Bab II :

= 60�

2 �� =

60�2

70,711 4,65= 5,4923

Perhitungan untuk menentukan lebar saluran pencatu � akan didapatkan �= 1,2 mm.

3.4.3. Desain Antena Array Dua Elemen

Antena yang dirancang menjadi bentuk array adalah berdasar elemen patch tunggal yang telah dirancang, yaitu dengan dimensi patch34,6 mm × 27,1 mm, panjang saluran pencatu 16,4 mm, panjang insert feed 5 mm dengan jarak antar elemen sebesar

� 4= 30,64 mm , dan menggunakan T-Junction dengan impedansi 70,711 Ω.

Gambar 3.16 merupakan desain antena array dua elemen. Gambar (a) merupakan bentuk rancangan antena array dua elemen dan Gambar (b) merupakan bentuk rancangan line feed array dua elemen.

(a) (b)

Gambar 3.16. (a). Bentuk rancangan array dua elemen, (b). Bentuk rancangan line feed array dua elemen

3.4.4. Karakterisasi Antena Array Dua Elemen

Untuk mendapatkan parameter antena yang diinginkan pada simulasi antena array dua elemen, dilakukan dengan cara mengubah ukuran panjang patch. Panjang patch ( ) divariasikan dari 26 mm hingga 29 mm dengan perubahan tiap 0,1 mm. Parameter yang tetap adalah lebar patch �= 36,46 mm . Dari Gambar 3.17 dapat diketahui bahwa dengan memperbesar panjang patch maka frekuensi kerja antena menjadi lebih kecil, dan demikian sebaliknya. Data karakterisasi panjang patch antena array dua elemen dapat dilihat pada Lampiran B.

Gambar 3.17. Hasil simulasi nilai VSWR array dua elemen

Gambar 3.18. Hasil simulasi nilai return loss array dua elemen

Gambar 3.17 dan Gambar 3.18 masing-masing menunjukkan hasil simulasi nilai VSWR array dua elemen dan hasil simulasi nilai return loss array dua elemen. Pada marker 1 (m1) dengan panjang patch sebesar 26 mm, maka diperoleh nilai VSWR dan return loss masing-masing sebesar 1,072 dan -29,143 dB pada frekuensi 2,58 GHz. Pada marker 2 (m2) dengan panjang patch sebesar 29 mm, maka diperoleh nilai VSWR dan return loss masing-masing sebesar 1,302 dan -17,64 dB pada frekuensi 2,34 GHz. Sedangkan pada marker 3 (m3) dengan panjang patch sebesar 27,7 mm, maka diperoleh nilai VSWR dan return loss masing-masing sebesar 1,157 dan -22,72 dB pada frekuensi 2,45 GHz yang merupakan frekuensi resonansi yang diinginkan pada skripsi ini.

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1

m2 m3

Curve Info length='26mm' length='27.7mm' length='28mm' length='28.5mm' length='29mm'

Name X Y

m1 2.5800 1.0723 m2 2.3400 1.3021 m3 2.4500 1.1578

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -30.00

-25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m1 m2

m3

Name X Y

m1 2.5800 -29.1438 m2 2.3400 -17.6406

m3 2.4500 -22.7201 Curve Info

length='26mm' length='27.7mm' length='28mm' length='28.5mm' length='29mm'

3.4.5. Hasil Simulasi Antena Array Dua Elemen

Hasil simulasi antena array dua elemen ditunjukkan pada Gambar 3.20 sampai Gambar 3.22. Hasil simulasi yang optimal ini dilakukan dengan cara mengubah-ubah panjang patch ( ). Gambar 3.19 menunjukkan bentuk hasil rancangan array dua elemen.

Gambar 3.19. Bentuk hasil rancangan array dua elemen

Gambar 3.20. Hasil simulasi nilai VSWR array dua elemen

Gambar 3.21. Hasil simulasi nilai return loss array dua elemen

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1 m2m3

Curve Info VSWR(LumpPort1) Setup1 : Sw eep1 length='27.7mm'

Name X Y

m1 2.4000 1.9349 m2 2.4500 1.1578 m3 2.4900 1.9733

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -25.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m3

m2 m1

Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1

length='27.7mm'

Name X Y

m1 2.4000 -9.9366 m2 2.4500 -22.7201 m3 2.4900 -9.6998

Gambar 3.20 dan Gambar 3.21 memperlihatkan impedance bandwidth dari antena array dua elemen. Dari gambar tersebut impedance bandwidth antena berada pada rentang 2,4 GHz (m1) sampai dengan 2,49 GHz (m3), dengan frekuensi puncak pada 2,45 GHz (m2). Dari Gambar 3.20 dapat dilihat nilai VSWR = 1,93 pada frekuensi 2,4 GHz, nilai VSWR = 1,97 pada frekuensi 2,49 GHz dan nilai VSWR = 1,15 pada frekuensi tengah 2,45 GHz. Dari Gambar 3.21 dapat dilihat nilai return loss sebesar -9,93 dB pada frekuensi 2,4 GHz, nilai return loss sebesar -9,69 dB pada frekuensi 2,9 GHz dan nilai return loss sebesar -22,72 dB pada frekuensi tengah 2,45 GHz.

Dari hasil rancangan antena array dua elemen dapat bekerja pada nilai VSWR ≤ 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ -9,54 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 2 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut :

� � = 2− 1× 100 %

� � =2,49−2,4

2,45 × 100 %

� � = 3,67 % 90 �

Gambar 3.22. Hasil simulasi gain array dua elemen

-14.00 -8.00 -2.00 4.00

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Gain Radiation Pattern 3 HFSSDesign1

m1

Curve Info dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' length='27.7mm' Phi='90.0000000000002deg' Name Theta Ang Mag

Gambar 3.23. Hasil simulasi normalisasi pola radiasi array dua elemen

Pada Gambar 3.22 dapat dilihat hasil simulasi gain pada array dua elemen menghasilkan gain sebesar 5,72 dB pada sudut 0º pada marker 1 (m1). Gambar 3.23 menunjukkan hasil simulasi normalisasi pola radiasi array dua elemen.

0.20 0.40 0.60 0.80

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Pola Radasi Radiation Pattern 2 HFSSDesign1

m2 m3

m1 Curve Info

normalize(rETotal) Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' length='27.7mm' Phi='90.0000000000002deg' Name Theta Ang Mag

m1 0.0000 0.0000 0.9898 m2 40.0000 40.0000 0.8032 m3 320.0000 -40.0000 0.6538

Penyusunan antena secara array dimaksudkan untuk mendapatkan peningkatan

gain dari antena. Pengaturan jarak antar elemen yang lebih optimal digunakan untuk peningkatan magnitudo hasil simulasi pola radiasi agar lebih besar daripada elemen tunggal.

3.4.2. Perancangan T-Junction

Perancangan elemen tunggal menggunakan saluran pencatu 50 Ω, sehingga untuk merancang antena dua elemen dibutuhkan T-Junction 50 Ω yang berfungsi

sebagai power divider. Pada skripsi ini digunakan T-Junction yang memiliki impedansi 70,711 Ω. Impedansi 70,711 Ω tersebut berfungsi sebagai transformator � 4. Gambar 3.15 menunjukkan bentuk T-Junctionimpedansi 70,711 Ω.

Gambar 3.15. Perancangan T-Junctionimpedansi 70,711 Ω

Teknik pencatuan yang digunakan adalah microstrip line feed. Ada dua buah impedansi saluran pencatu yang digunakan untuk merancang array dua elemen, yaitu saluran 50 Ω dan 70,711 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi 50 Ω dan 70,711 Ω dilakukan dengan pengaturan lebar saluran pencatu. Impedansi 50 Ω telah didapatkan pada Sub Bab 3.3.4 dan dari hasil karakterisasi pada Sub Bab 3.3.7. Cara menentukan lebar saluran pencatu yang memiliki impedansi 70,711 Ω dijelaskan sebagai berikut : Karena nilai � > 2, maka dengan Persamaan (2.18) dan Persamaan (2.20) pada Bab II :

= 60�

2

�� =

60�2

70,711 4,65= 5,4923 Perhitungan untuk menentukan lebar saluran pencatu � akan didapatkan �= 1,2 mm.

3.4.3. Desain Antena Array Dua Elemen

Antena yang dirancang menjadi bentuk array adalah berdasar elemen patch

tunggal yang telah dirancang, yaitu dengan dimensi patch 34,6 mm × 27,1 mm, panjang saluran pencatu 16,4 mm, panjang insert feed 5 mm dengan jarak antar elemen sebesar

� 4= 30,64 mm , dan menggunakan T-Junctiondengan impedansi 70,711 Ω.

Gambar 3.16 merupakan desain antena array dua elemen. Gambar (a) merupakan bentuk rancangan antena array dua elemen dan Gambar (b) merupakan bentuk rancangan line feed array dua elemen.

(a) (b)

Gambar 3.16. (a). Bentuk rancangan array dua elemen, (b). Bentuk rancangan line feed

array dua elemen

3.4.4. Karakterisasi Antena Array Dua Elemen

Untuk mendapatkan parameter antena yang diinginkan pada simulasi antena

array dua elemen, dilakukan dengan cara mengubah ukuran panjang patch. Panjang

patch ( ) divariasikan dari 26 mm hingga 29 mm dengan perubahan tiap 0,1 mm.

Parameter yang tetap adalah lebar patch �= 36,46 mm . Dari Gambar 3.17 dapat diketahui bahwa dengan memperbesar panjang patch maka frekuensi kerja antena menjadi lebih kecil, dan demikian sebaliknya. Data karakterisasi panjang patch antena

Gambar 3.17. Hasil simulasi nilai VSWRarray dua elemen

Gambar 3.18. Hasil simulasi nilai return loss array dua elemen

Gambar 3.17 dan Gambar 3.18 masing-masing menunjukkan hasil simulasi nilai

VSWR array dua elemen dan hasil simulasi nilai return loss array dua elemen. Pada

marker 1 (m1) dengan panjang patch sebesar 26 mm, maka diperoleh nilai VSWR dan

return loss masing-masing sebesar 1,072 dan -29,143 dB pada frekuensi 2,58 GHz.

Pada marker 2 (m2) dengan panjang patch sebesar 29 mm, maka diperoleh nilai VSWR

dan return loss masing-masing sebesar 1,302 dan -17,64 dB pada frekuensi 2,34 GHz.

Sedangkan pada marker 3 (m3) dengan panjang patch sebesar 27,7 mm, maka diperoleh nilai VSWR dan return loss masing-masing sebesar 1,157 dan -22,72 dB pada frekuensi 2,45 GHz yang merupakan frekuensi resonansi yang diinginkan pada skripsi ini.

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 VS W R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1 m2 m3 Curve Info length='26mm' length='27.7mm' length='28mm' length='28.5mm' length='29mm'

Name X Y

m1 2.5800 1.0723

m2 2.3400 1.3021

m3 2.4500 1.1578

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 R e tu rn L o ss (d B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m1 m2

m3

Name X Y

m1 2.5800 -29.1438

m2 2.3400 -17.6406

m3 2.4500 -22.7201 Curve Info

length='26mm' length='27.7mm' length='28mm' length='28.5mm' length='29mm'

3.4.5. Hasil Simulasi Antena Array Dua Elemen

Hasil simulasi antena array dua elemen ditunjukkan pada Gambar 3.20 sampai Gambar 3.22. Hasil simulasi yang optimal ini dilakukan dengan cara mengubah-ubah panjang patch ( ). Gambar 3.19 menunjukkan bentuk hasil rancangan array dua elemen.

Gambar 3.19. Bentuk hasil rancangan array dua elemen

Gambar 3.20. Hasil simulasi nilai VSWR array dua elemen

Gambar 3.21. Hasil simulasi nilai return loss array dua elemen

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] 0.00

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

VS

W

R

Grafik VSWR XY Plot 1 HFSSDesign1

m1

m2m3

Curve Info VSWR(LumpPort1) Setup1 : Sw eep1 length='27.7mm'

Name X Y

m1 2.4000 1.9349

m2 2.4500 1.1578

m3 2.4900 1.9733

1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Freq [GHz] -25.00

-20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

R

e

tu

rn

L

o

ss

(d

B)

Grafik Return Loss XY Plot 2 HFSSDesign1

m3

m2 m1

Curve Info dB(S(LumpPort1,LumpPort1)) Setup1 : Sw eep1

length='27.7mm'

Name X Y

m1 2.4000 -9.9366

m2 2.4500 -22.7201

Gambar 3.20 dan Gambar 3.21 memperlihatkan impedance bandwidth dari antena array dua elemen. Dari gambar tersebut impedance bandwidth antena berada pada rentang 2,4 GHz (m1) sampai dengan 2,49 GHz (m3), dengan frekuensi puncak pada 2,45 GHz (m2). Dari Gambar 3.20 dapat dilihat nilai VSWR = 1,93 pada frekuensi 2,4 GHz, nilai VSWR = 1,97 pada frekuensi 2,49 GHz dan nilai VSWR = 1,15 pada frekuensi tengah 2,45 GHz. Dari Gambar 3.21 dapat dilihat nilai return loss sebesar -9,93 dB pada frekuensi 2,4 GHz, nilai return loss sebesar -9,69 dB pada frekuensi 2,9 GHz dan nilai return loss sebesar -22,72 dB pada frekuensi tengah 2,45 GHz.

Dari hasil rancangan antena arraydua elemen dapat bekerja pada nilai VSWR ≤

2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR≤ 2 dan nilai return loss ≤ -9,54 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 2 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut :

� � = 2− 1× 100 %

� � =2,49−2,4

2,45 × 100 %

� � = 3,67 % 90 �

Gambar 3.22. Hasil simulasi gain array dua elemen

-14.00 -8.00 -2.00 4.00

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Gain Radiation Pattern 3 HFSSDesign1

m1

Curve Info dB(GainTotal) Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' length='27.7mm' Phi='90.0000000000002deg'

Name Theta Ang Mag

Gambar 3.23. Hasil simulasi normalisasi pola radiasi array dua elemen

Pada Gambar 3.22 dapat dilihat hasil simulasi gain pada array dua elemen menghasilkan gain sebesar 5,72 dB pada sudut 0º pada marker 1 (m1). Gambar 3.23 menunjukkan hasil simulasi normalisasi pola radiasi array dua elemen.

0.20 0.40 0.60 0.80

90 60 30 0

-30

-60

-90

-120

-150

-180

150 120

Pola Radasi Radiation Pattern 2 HFSSDesign1

m2 m3

m1 Curve Info

normalize(rETotal) Setup1 : LastAdaptive

Freq='2.45GHz' length='27.7mm' Phi='90.0000000000002deg'

Name Theta Ang Mag

m1 0.0000 0.0000 0.9898

m2 40.0000 40.0000 0.8032