Rancang Bangun Antena Mikrostrip Array Patch Segiempat Dual-Band (2,3 Ghz Dan 3,3 Ghz) Dengan Pencatuan Proximity Coupled

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP

ARRAY

PATCH

SEGIEMPAT

DUAL-BAND

(2,3 GHz dan 3,3 GHz) DENGAN

PENCATUAN

PROXIMITY COUPLED

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh

FELLIX DERIKO

NIM : 090402022

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP

ARRAY

PATCH

SEGIEMPAT

DUAL-BAND

(2,3 GHz dan 3,3 GHz) DENGAN

PENCATUAN

PROXIMITY COUPLED

Oleh:

FELLIX DERIKO

090402022

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 17 Bulan Januari Tahun 2015 di depan Penguji:

1. Ketua Penguji : Dr. Maksum Pinem, S.T., M.T. 2. Anggota Penguji : Naemah Mubarakah, S.T., M.T.

Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir

Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T., M.T. NIP. 1978082600312100101

Diketahui Oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP

ARRAY

PATCH

SEGIEMPAT

DUAL-BAND

(2,3 GHz dan 3,3 GHz) DENGAN

PENCATUAN

PROXIMITY COUPLED

Oleh:

FELLIX DERIKO

090402022

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 17 Bulan Januari Tahun 2015 di depan Penguji:

1. Ketua Penguji : Dr. Maksum Pinem, S.T., M.T. ……… 2. Anggota Penguji : Naemah Mubarakah, S.T., M.T. ………

Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir

Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T., M.T. NIP. 1978082600312100101

Diketahui Oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.

ABSTRAK

Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel. Seiiring dengan berkembangnya teknologi semikonduktor maka akan memicu kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.

Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip array patch

segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2.3 GHz dan 3.3 GHz untuk aplikasi

WiMAX. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan proximity coupled. Berdasarkan hasil pengukuran, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,39 untuk frekuensi 2,3 GHz dan 2,20 untuk frekuensi 3.3 GHz dengan pola radiasi yang didapat adalah omnidirectional.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya memberikan pengetahuan dan kesempatan kepada Penulis untuk mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan guna memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata 1 di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY PATCH SEGIEMPAT DUAL-BAND (2,3 GHz dan 3,3 GHz) DENGAN

PENCATUAN PROXIMITY COUPLED”

Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan untuk Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan kasih sayang bagi anak-anaknya. Semoga Tuhan membalasnya dengan memberikan kemudahan dalam segala urusan yang dilakukannya.

Selama menempuh masa pendidikan di Universitas Sumatera Utara hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis menerima banyak banyak bantuan berupa bimbingan, pengajaran, pendidikan, serta perhatian dari orang sekitar Penulis. Untuk itu dalam kesempatan ini Penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar dalam membimbing Penulis hingga Tugas Akhir ini terselesaikan.

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

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

4. Dosen pembanding yang ikut membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir.Syamsul Amien, M.S selaku dosen pembimbing akademik Penulis. 6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

8. Saudara-saudara ku tercinta yang memberikan dukungan moral bagi Penulis. 9. Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan

satu persatu, terutama sendok community dan do TA community.

Medan, Januari 2015

Fellix Deriko NIM : 090402022

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1Antena ... 5

2.2ParameterAntenaMikrostrip... 8

2.2.1 VSWR ... 8

2.2.2 Bandwidth ... 9

2.2.3 Return Loss ... 10

2.2.4 Gain ... 11

2.2.5 Pola Radiasi ... 12

2.2.6 Directivity... 12

2.3Dimensi Antena Mikrostrip ... 14

2.4Teknik Pencatuan ... 16

2.4.1 Proximity Coupled ... 16

2.4.2 Microstrip Line ... 18

2.4.3 Coaxial Probe ... 18

2.4.4 Aperture Coupling ... 19

2.5Antena Mikostrip Dual-band ... 20

2.6Rugi-rugi Saluran Mikrostrip ... 21

2.6.1 Rugi-rugi dielektrik ... 21

2.6.2 Rugi-rugi Konduktor ... 21

2.6.3 Rugi-rugi Radiasi ... 22

2.7WiMAX ... 23

2.8Impedance Matching ... 25

2.9 Power Divider ... 25

2.10 T-Junction ... 26

2.11 Ansoft ... 26

BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI ... 28

3.1Umum ... 28

3.2Alat Yang Digunakan ... 29

3.3Flowchart Perancangan Antena ... 29

3.4Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan ... 30

3.5Perancangan Antena ... 31

3.5.1 Menentukan Dimensi Patch 2.3 GHz ... 32

3.6Pengaturan Jarak Antar Elemen ... 36

3.7Perancangan T-Junction ... 37

3.8Rancangan Antena Mikrostrip Dual Band ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39

4.1Hasil Simulasi ... 39

4.2Hasil Pengukuran ………... 44

4.3Analsis Hasil Simulasi dan Pengukuran ... 46

4.4Analisis Capaian Spesifikasi Antena... 50

4.5Analsisi Kesalahan Umum ... 51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 52

5.1 Kesimpulan ... 52

5.2 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

ABSTRAK

Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel. Seiiring dengan berkembangnya teknologi semikonduktor maka akan memicu kebutuhan perangkat antena dengan dimensi kecil, mudah difabrikasi serta mudah diintegrasikan dengan perangkat komunikasi yang semakin kecil. Antena mikrostrip dapat menjadi solusi memenuhi kebutuhan antena tersebut.

Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip array patch

segiempat yang mampu bekerja pada frekuensi 2.3 GHz dan 3.3 GHz untuk aplikasi

WiMAX. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan proximity coupled. Berdasarkan hasil pengukuran, didapatkan nilai VSWR sebesar 1,39 untuk frekuensi 2,3 GHz dan 2,20 untuk frekuensi 3.3 GHz dengan pola radiasi yang didapat adalah omnidirectional.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi komunikasi nirkabeltelah berkembang sangat pesatseiring dengan kebutuhan pengguna akan kualitas sistem komunikasi yang berkecepatan tinggi, efisien, handal dan berkualitas. Salah satu teknologi komunikasi yang berkembang saat ini adalah WiMAX (Worldwide Interpoperability for Microwave Access)

dimana teknologi ini dapat mengatasi masalah pada jaringan nirkabel seperti rendahnya laju data dan keterbatasan jangkuan penyedia layanan. Teknologi WiMAX sangat didukung oleh perkembangan antena. Antena mikrostrip merupakan antena yang berkembang sangat pesat saat ini. Sehingga antena ini banyak digunakan untuk perangkat komunikasi nirkabel modern karena memiliki beberapa kelebihan seperti bentuknya yang kecil, efisien, dan mudah diintegrasikan. Tetapi , antena mikrostrip memiliki kelemahan seperti gain yang agak rendah dan lebar bandwidth yang sempit. Oleh karena itu diperlukan beberapa cara untuk meminimalisasi beberapa kelemahan tersebut.

Salah satu cara untuk mengatasi gain yang rendah adalah dengan menggunakan struktur patch array sedangkan untuk mengatasi lebar bandwidth

yang sempit adalah dengan menggunakan teknik pencatuan proximity coupled. Teknik pencatuan pada antena mikrostrip merupakan teknik untuk mentransmisikan energi elektromagnetik ke antena mikrostrip. Teknik pencatuan antena mikrostrip yang sering digunakan ada empat macam, yaitu dengan feed line, probe coaxial, aperture coupling, dan proximity coupled. Teknik pencatuan

proximity coupled adalah salah satu teknik yang dapat menghasilkan bandwidth

yang cukup besar.

Antena mikrostrip yang dirancang adalah sebuah antena mikrostrip array patch

segiempat dual-band yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz untuk aplikasi WiMAX. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan proximity coupled.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana merancang antena mikrostrip array patch segiempat dual-band

dengan teknik pencatuan proximity coupled pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz menggunakan perangkat lunak HFSS v.10?

2. Bagaimana kinerja VSWR, return loss, bandwidth dan bentuk pola radiasi pada simulator HFSS v.10?

3. Bagaimana kinerja VSWR, return loss, bandwidth pada pengukuran?

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan dari tulisan ini ialah merancang bangun antena mikrostrip arraypatch

segiempat yang dapat bekerja pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz dengan teknik pencatuan proximity coupled.

1.4 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Perancangan antena menggunakan bahan substrat epoxy FR-4 dengan konstanta dielektrik 4.4.

2. Hanya membahas tentang antena mikrostrip arraypatch segiempat dual-band

dengan teknik pencatuan proximity coupled.

3. Parameter antena yang akan dibahas VSWR, return loss, bandwidth, dan pola radiasi.

4. Perancangan antena dilakukan dengan menggunakan software simulator Ansoft HFSS v.10

5. Antena mikrostrip bekerja pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisikan penejelasan tentang antena mikrostrip secara umum dan penjelasan tentang antena mikrostrip

patch segiempat secara khusus, teknik pencatuan yang digunakan, parameter antena, rugi-rugi pada antena mikrostrip

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan tentang perancangan antena mikrostrip

simulator yang diterapkan pada band frekuensi 2.3 GHz dan 3.3 GHz.

BAB IV : HASIL DAN ANALISIS

Bab ini berisikan tentang hasil simulasi menggunakan simulator dan hasil pengukuran setelah antena difabrikasi. Dan membahas hasil yang diperoleh untuk pengambilan kesimpulan.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian Tugas Akhir ini.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip adalah salah satu antena gelombang mikro yang digunakan sebagai radiator yang efisien untuk sistem telekomunikasi modern saat ini, seperti radar, global positioning system (GPS), WiFi(Wireless Fidelity), dan WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Antena mikrostrip menjadi pilihan didalam berbagai aplikasi gelombang mikro karena bentuknya yang sederhana, efisien, ekonomis dan dapat diintegrasikan dengan microwave integrated circuits (MIC) serta mudah dalam pembuatannya.

Antena mikrostrip tersusun atas 3 bagian yaitu : bagian peradiasi (patch), bagian substrat (substrate), dan bagian pentanahan (ground). Bagian-bagian tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.1 [1] :

Gambar 2.1Antena Mikrostrip

Adapun fungsi dari setiap elemen yang ada pada antena mikrostrip adalah sebagai berikut :

1. Pacth, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi sebagai elemen peradiasi gelombang elektromagnetik ke ruang bebas yang terletak

dibagian paling atas antena. Bentuk patch antena mikrostrip bermacam-macam, diantaranya segiempat, lingkaran, segitiga, circular ring dan lain sebagainya.

2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch. Dalam perancangan antena mikrostrip, karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Ketebalan dielektrik substrat memiliki pengaruh besar terhadap bandwidth antena mikrostrip, dengan menambah ketebalan substrate dapat memperbesar bandwidth namum dengan penambahan ini akan menimbulkan surface wave (gelombang permukaan).

3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk memisahkan antena substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat menggangu radiasi sinyal.

Dielektrik substrat yang biasa digunakan untuk perancangan antena

mikrostrip berkisar 2.2 ≤ r ≤12. Jenis substrat yang paling baik digunakan untuk

antena ialah yang memiliki konstanta dielektrik yang paling rendah dari rentang tersebut karena akan menghasilkan efisiensi yang lebih baik, bandwidth yang lebar serta radiasi yang lebih bebas. Namun, dengan penggunaan bahan dielektrik substrat yang paling rendah tersebut menjadikan ukuran antena yang lebih besar.

Prinsip dari antena adalah mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi merupakan alat yang memiliki fungsi untuk menghantar atau menyalurkan energi gelombang elektromagnetik. Sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi

yang memilki panjang tak berhingga menimbulkan gelombang berjalan yang seragam sepanjang saluran itu. Apabila saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri (standing wave) yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang direfleksikan. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi magnet total dua kali setiap periode gelombang. Gambar 2.2 [1] memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan sebuah saluran transmisi ke antena. Jika saluran transmisi disesuaikan dengan impedansi antena, maka hanya akan ada gelombang berjalan ke arah antena saja. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas.

gelombang berdiri gelombang datang

gelombang pantul

(a) Gelombang berdiri pada antena

(b)Transisi gelombang elektromagnetik

2.2 Parameter-Parameter Antena Mikrostrip

Kualitas antena dapat dilihat dari unjuk kerja parameter antena tersebut. Dengan mengetahui nilai parameter antena, dapat ditentukan apakah suatu antena cocok digunakan pada aplikasi yang diinginkan. Ada beberapa parameter-parameter penting sebagai karakteristik antena yang biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh (far field) [2].

2.2.1 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 tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi

tegangan (г). Persamaan 2.1 digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S.

=

│⊽│ �� │⊽│ �

=

+ │г│

− │г│ (2.1)

Koefisien refleksi tegangan (г) memiliki nilai kompleks, yang

merepresentasikan besarnya magnitudo dan phasa dari refleksi. Dimana besar г

ditentukan dengan Persamaan 2.2 [3].

г =

₊ −

=

� − �

� + � (2.2)

dimana Z0 adalah impedansi saluran lossless dan ZL adalah impedansi beban. Untuk

1. Г = -1 : Merefleksikan negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

2. Г = 0 : Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched

sempurna

3. Г = +1 : Refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 atau S = 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit didapatkan. Oleh karena itu nilai standar VSWR yang diijikankan untuk simulasi dan pabrikasi antena mikrostrip adalah VSWR lebih kecil sama dengan 2 [4].

2.2.2 Bandwidth

Bandwidth merupakan daerah rentang frekuensi kerja dari suatu antena, dimana pada rentang tersebut antena dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian dapat bekerja dengan efektif adalah distribusi arus dan impedansi dari antena pada

range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan.

Nilai Bandwidth dapat diketahui apabila nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari suatu antena sudah diketahui. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fc, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1(dibawah fc) sampai dengan f2 (diatas fc), maka lebar bandwidth dari

antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka

bandwidth antena tersebut dinyatakan dengan Persamaan 2.3 [3].

= − × % (2.3)

Pada antena mikrostrip, ada beberapa jenis bandwidth yang biasanya digunakan dalam perancangan ataupun pengukuran, yaitu :

1. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. 2. Pattern Bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe,

atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai

bandwidth dapat dicari.

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

2.2.3 Return Loss

Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena), sehingga tidak semua daya yang diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return loss

menunjukkan adaya perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Nilai return loss

dapat dicari dengan cara memasukkan koefisien tegangan [Г] ke dalam Persamaan

2.4 [4]

� � = Log │г│ (2.4)

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

2.2.4 Gain

Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya masukan yang sama dan dinyatakan dengan Persamaan 2.5 [4].

� = . (2.5) Dengan D adalah directivity dan η adalah efisiensi antena. Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain ( atau gain saja) didefenisikan sebagai 4π kali ratio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan persamaan 2.6[5].

� , ∅ = � �,∅

2.2.5 Pola Radiasi

Pola radiasi didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau representasi grafik dalam fungsi koordinat ruang dari sifat radiasi antena. Sifat radiasi dapat dilihat pada Gambar 2.3 [1] yang meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting ialah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena.

Gambar 2.3 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena

2.2.6 Directivity

Keterarahan dari sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada satu arah. Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya yang

diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Dengan demikian, keterarahan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.7.

= = �

Jika arah tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.8 [4].

= = ��= � ��

��� (2.8)

Dimana :

D : Keterarahan

D0 : Keterarahan maksimum

U : Intensitas radiasi

Umax : Intensitas radiasi maksimum

U0 : Intensitas radiasi pada sumber isotropik

Prad : Daya total radiasi

Keterarahan biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 Log D0 dB. Dimana

Do merupakan maximum directivity dari sebuah antena. Directivity sebuah antena

isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif

yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis.

2.2.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah perbandingan antara tegangan dan arus. Impedansi masukan disebut juga sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan (Zin) terdiri dari bagian real (Rin) dan imajiner

(Xin) dan dapat ditulis sesuai Persamaan 2.9 [4].

Daya real (Rin) merupakan daya terdisipasi yang menggambarkan hilangnya

daya akibat dari panas atau radiasi. Sedangkan komponen imajiner Xin (reaktansi

input) mewakili reaktansi antena serta daya yang tersimpan dekat antena.

2.3 Dimensi Antena Mikrostrip

Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), frekuensi kerja yang diharapkan (f Hz).

Pengaturan panjang dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil.

Pendekatan yang digunakan untuk mancari panjang dan lebar antena mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.10 [1].

=

�

√

��+ (2.10)

Dimana :

W : lebar patch (m)

r : konstanta dielektrik

c : kecepatan cahaya diruang bebas (3×108 m/s2)

fr : frekuensi kerja antena (Hz)

Untuk menentukan lebar patch (L) diperlukan parameter Δδ yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek pada elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya.

Pertambahan panjang dari δ (Δδ) tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.11 [1].

∆� = . ℎ (�� + . )

� ℎ+ .

(�_� − . )�_ℎ+ . (2.11)

dimana h merupakan tebal substrat dan r eff merupakan konstanta dielektrik relatif

yang ditentukan dengan Persamaan 2.12 [1].

� = ��+ + ��− [ + ℎ]− ⁄ (2.12)

lebar patch (L) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.13 [1].

� = � − ∆� (2.13)

dimana Leff merupakan lebar patch efektif yang dapar dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.14 [1].

� =

�√�� (2.14)

Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch

segiempat perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal dengan istilah infinite ground plane namun dalam prakteknya tidak mungkin terealisasi hanya bisa disiasati sesuai kebutuhan.

Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi

feeder sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor

SεA 50 Ω dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh ukuran panjang dan lebar feeder dengan cara mengubah ukuran secara iterasi sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.

2.4 Teknik Pencatuan

Dalam perancangan antena, teknik pencatuan merupakan hal yang sangat penting karena salah satu syarat antena yang baik ialah apabila impedansi input sesuai (matched) dengan impedansi karakteristik kabel pencatunya serta dapat memancarkan dan menerima energi gelombang radio dengan arah polarisasi yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan. Teknik pencatuan yang digunakan pada antena mikrostrip diklasifikasikan menjadi dua yaitu pencatuan secara langsung (direct coupled) dan secara tidak langsung (proximity coupled). Pada teknik pencatuan langsung (direct coupled), power RF langsung dicatu ke patch

menggunakan elemen penghubung pada jalur mikrostrip tersebut. Kelebihan pencatuan secara langsung adalah sangat sederhana dalam proses pencatuannya tetapi sulit jika antena mikrostrip disusun secara array dan bandwidth yang dihasilkan sempit.Dengan kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya diperkenalkan apa yang disebut pencatuan tidak langsung atau electromagnetic coupling. Keuntungan dari teknik pencatuan ini adalah dapat memperlebar bandwidth dan dapat mengurangi proses penyolderan. Ada 4 macam teknik pencatuan yang paling populer digunakan, yakni proximity coupling, microstrip line, coaxial probe,dan aperture coupling [1].

2.4.1 Proximity Coupled

Proximity coupled seperti yang terlihat pada Gambar 2.4 [4] merupakan teknik pencatuan yang memiliki keunggulan pada bandwidth yang dihasilkan paling besar dan radiasi tambahan (spurious radiation) yang kecil.

Ground plane Patch

Sustrate bawah Saluran pencatu

Substrate atas

Gambar 2.4 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupled

Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang popular adalah model cavity.

Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar 2.5

Leff > L

L Patch Antena

Substrat 2 Substrat 1 Groundplane Gambar 2.5 Model Cavity untuk pencatuan proximity coupled

Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrat tipis (h ≪λo) : a. Medan elektrik hanya terdiri atas komponen transverse di dalam daerah

yang dibatasi oleh patch dan bidang pentanahan.

b. Medan-medan dalam daerah ini tidak berubah-ubah (bebas) terhadap koordinat z untuk semua frekuensi yang digunakan.

c. Komponen tangensial H sepanjang tepi diabaikan.

d. Memasukkan medan tepi (fringing field) dalam perhitungan dengan sedikit memperlebar tepi-tepi.

2.4.2 Microstrip Line

Teknik microstrip line sangat mudah untuk difabrikasi, memiliki model yang sederhana serta mudah untuk match hanya dengan mengatur posisi feed

tersebut. Teknik ini menggunakan strip kecil sebagai line tambahan yang langsung dihubungkan ke patch antena seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 [1].

Ground plane Substrate Patch

Microstrip feed

Gambar 2.6 Antena Mirostrip dengan Pencatuan Microstrip Line

2.4.3 Coaxial Probe

Pada teknik pencatuan coaxial probe seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 [1], bagian dalam konduktor dari coax ditambahkan kedalam patch radiasi sementara bagian luar konduktornya dihubungkan dengan ground plane. Teknik

pencatuan ini juga sering digunakan karena mudah difabrikasi dan memiliki radiasi palsu yang kecil.

patch

substrate Ground

plane _Coaxial

connector

Gambar 2.7 Antena Mikrostrip Dengan Pencatuan Coaxial Probe

2.4.4 Aperture Coupling

Dari keempat jenis teknik pencatuan, teknik aperture coupling merupakan yang paling sulit untuk difabrikasi dan memiliki bandwidth yang sempit. Untuk mengoptimalkan desain, aperture coupling terdiri atas dua buah substrat yang terpisahkan oleh sebuah ground plane seperti Gambar 2.8 [4]. Pada dasar substrat yang bawah terdapat sebuah mikrostrip line feed yang memiliki energi terkopel dengan patch melalui suatu slot pada ground plane yang memisahkan kedua substrat tersebut.

patch

Saluran pencatu

Slot / aperture Ground plane

Substrate 1

Substrate 2

2.5 Antena Mikostrip Dual-band

Antena mikrostrip dual-band merupakan suatu jenis antena mikrostrip yang dapat bekerja pada dua buah frekuensi yang berbeda. Terdapat tiga jenis teknik untuk mendapatkan antena mikrostrip dual-band, yaitu :

a. Orthogonal mode dual-frequency patch antennas

b. Multi-patch dual-frequency antennas

c. Reactively-loaded dual-frequency patch antennas

Orthogonal mode dual-frequency patch antennas adalah satu jenis antena mikrostrip yang dicatu oleh dua mode dominan yang orthogonal satu dengan lainnya. Sedangkan Multi-patch dual-frequency antennas adalah satu jenis antena mikrostrip yang mempergunakan lebih dari satu elemen antena dimana masing-masing elemen mempunyai frekuensi resonansi yang berbeda – beda. Adapaun jenis yang ketiga adalah Reactively-loaded dual-frequency patch antennas, yaitu satu jenis antena mikrostrip yang diberi beban reaktif tambahan sehingga secara keseluruhan antena tersebut akan beresonansi pada dua frekuensi yang berbeda.

2.6 Rugi-rugi Saluran Mikrostrip

Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrat dan elemen peradiasi

antena yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α). Faktor pelemahan yang paling

dominan pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari substrat dan kondukton, serta frekuensi yang digunakan . Ada 3 jenis rugi-rugi yang utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi.

2.6.1 Rugi-rugi dielektrik

Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan

dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (αd). Besarnya rugi-rugi

dielektrik pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.15.

� = . _√�� �_� −

�− √� ⁄ (2.15)

dimana:

αd : rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

σd : konduktivitas dielektrik (mho/m)

eff : permitivitas dilektrik relatif efektif (F/m) r : permitivitas dielektrik relatif substrat (F/m) o : permitivitas ruang hampa (8.854×10-12 F/m)

µo : permeabilitas ruang hampa (4π×10-7 H/m) 2.6.2 Rugi-rugi Konduktor

Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.16 dan 2.17

� = .

�.� � ⁄ (2.16)

� = √�. .

� Ω (2.17)

dimana:

αc : rugi-rugi konduktor (dB/cm)

Rs : resistansi permukaan (Ω)

w : lebar saluran mikrostrip (mm) µ : permeabilitas bahan

σc : konduktivitas konduktor (mho/cm)

Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan (α)

merupakan penjumlahan antara rugi-rugi dielektrik (αd) dan rugi-rugi konduktor

(αc) yang dinyatakan dengan Persamaan 2.18 [ ]

� = � + � ⁄ (2.18) dimana :

α : koefisien pelemahan (dB/cm)

αd : rugi-rugi dielektrik (dB/cm)

αc : rugi-rugi konduktor (dB/cm)

2.6.3 Rugi-rugi Radiasi

Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik substrat. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.19 dan 2.20 :

���

��

=

.� �

ℎ

[

�_� +

−

_�� −

√�

(

√� +

√� −

)]

(2.19)

���

��

=

��

� (2.20)

Dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.21:

dimana :

Rr : rugi-rugi radiasi (dB/cm)

Pt : daya total yang diberikan saluran (dB)

Prad : daya yang diradiasikan (dB)

�o : panjang gelombang di udara (m)

h : tebal substrat (mm)

εeff : permitivitas dielektrik relatif efektif (F/m)

2.7 WiMAX

WiMAX adalah singkatan dari Worldwide Interoperability for Microwave Access yang merupakan perkembangan dari teknologi WiFi. Salah satu kelebihan dari teknologi WiMAX adalah memiliki kapasitas yang tinggi sehingga mampu melayani banyak pengguna dengan jarak mencapai 50 km dan laju transmisi lebih dari 100 Mbps.

Kesuksesan WiMAX sangat bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi. WiMAX Forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada

certication profile untuk Fixed WiMAX (band 3,5 GHz dan 5,8 GHz), sementara untuk Mobile WiMAX ditetapkan 4 band frekuensi pada sistem profile release-1, yaitu band 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,3 GHz dan 3,5 GHz. Sistem WiMAX terdiri atas 2 bagian yaitu :

a. WiMAX Tower, memiliki konsep yang sama dengan tower telepon seluler. Menara WiMAX dapat terhubung secara langsung ke internet dengan mempergunakan koneksi kabel berkecepatan tinggi.

b. WiMAX receiver, perangkat receiver atau antena dapat berupa sebuah kotak kecil atau PCMCIA card, atau bisa juga build-in dalam laptop seperti WiFi access saat ini.

Untuk mengakses jaringan WiMAX , maka setiap perangkat yang dimiliki

costumer station harus dilengkapi peralatan yang disebut dengan Costumer Premises Equipment (CPE) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. Perangkat CPE tersusun atas komponen sistem radio yang terdiri atas antena, filter, mixer, amplifier, dan alat modulator/demodulator.

(a) (b)

Gambar 2.9 (a) Indoor CPE (b) Outdoor CPE

Agar dapat diintegrasikan pada perangkat CPE dengan mudah, maka dibutuhkan suatu struktur antena yang memiliki desain kompak dan memiliki performa yang baik seperti low-profile, berukuran kecil serta memiliki biaya produksi yang rendah. Antena mikrostrip dapat memenuhi persyaratan tersebut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 [7].

2.8 Impedance Matching

Impedance matching adalah teknik yang digunakan untuk menyesuaikan dua impedansi yang berbeda, yaitu impedansi karateristik saluran (Zo) dan impedansi beban (ZL). Beban dapat berupa antena atau rangkaian yang mempunyai

impedansi ekivalen.

Impedance matching mempunyai peranan penting untuk mengoptimalkan transfer daya dari sumber sinyal ke beban. Kondisi yang sesuai (match) antara impedansi karateristik saluran dengan beban akan menghasilkan transfer daya yang optimal, sebab redaman yang diakibatkan daya pantul akan diminimalkan. Ada beberapa teknik penyesuaian impedansi ini, diantaranya adalah balun (balance to unbalance) transformator, transformator λ/4, single stub tuner, double stub tuner, dan lumped circuit

2.9 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada saluran transmisi khusunya untuk antena mikrostrip array adalah power divider. Dalam hal ini metode Wilkinson merupakan teknik yang umum digunakan. Gambar 2.11 memperlihatkan power divider metode Wilkinson.

Nilai impedansi Z diberikan dengan persamaan berikut :

Z = Zo√� (2.22) Dimana N adalah jumlah titik percabangan dan Zo adalah impedansi masukkan awal.

2.10 T-Junction 50 Ohm

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Terdapat dua jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai power divider seperti ditunjukkan pada Gambar 2.12 [5].

Gambar 2.12 T-Junction 50 Ohm

2.11 Ansoft High Frequency Structure Simulator v.10

HFSS ialah simulator yang digunakan untuk menghitung kinerja medan gelombang penuh elektromagnetik dalam bentuk pemodelan bangun ruang 3 dimensi. Ansoft HFSS menggunakan metode Finite Element Method (FEM),

adaptive meshing, dan brilliant graphics untuk memberikan performa yang lebih baik dalam penyelesaian masalah gelombang elektromagnetik secara 3 dimensi. Ansoft dapat digunakan untuk menghitung parameter-parameter antena seperti

Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS 10.0 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 sumbergenerator. Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi:

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

2. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi

BAB III

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Umum

Pada bab ini akan dirancang dan disimulasikan antena mikrostrip array

patch segiempat dual-band yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz dengan menggunakan metode pencatuan proximity coupled.

Sebelum melakukan perancangan antena mikrostrip dengan pencatuan

proximity coupled, dilakukan studi literatur mengenai antena itu sendiri termasuk parameter antena seperti VSWR, return loss, bandwidth. Ada beberapa tahap dalam perancangan antena ini, diantaranya ialah penentuan spesifikasi substrat yang akan digunakan , penentuan dimensi antena, penentuan dimensi saluran pencatu. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 untuk memperoleh parameter-paremeter antena yang dihasilkan seperti nilai VSWR, return loss, bandwidth dan pola radiasi. Adapun spesifikasi antena mikrostrip array patch segiempat yang akan dirancang ditunjukkan pada Tabel 3.1 berikut.

Tabel 3.1 Spesifikasi antena mikrostrip yang akan dirancang

Frekuensi Bandwidth VSWR Return loss

2.3 GHz – 2.4 GHz 100 MHz ≤ 2 ≤ -9,54

3.3 GHz – 3.4 GHz 100 MHz ≤ 2 ≤ -9,54 .

3.2 Alat Yang Digunakan

Untuk melakukan perancangan antena pada Tugas Akhir ini digunakan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).

Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan antena antara lain: 1. Ansoft HFSS v.10

2. Microsoft Visio 2007 3. Microsoft Excel 2007

4. TXLine 203

Perangkat keras digunakan untuk fabrikasi dan pengukuran antena setelah difabrikasi, diantaranya :

1. Substrat FR4-Epoxy

2. Connector SMA 50 ohm 3. Kabel coaxial 50 ohm

4. Network Analyzer Anritsu MS2034B

5. Adapter (female) 50 0hm dari n-connector ke konekstor SMA 6. Solder

7. Timah

3.3 Flowchart Perancangan Antena

Gambar 3.1 menggambarkan diagram alir dalam perancangan antena hingga pengukuran parameter antena. Perancangan dimulai dengan menentukan jenis substrat yang digunakan serta frekuensi kerja yang ingin dicapai. Kemudian melakukan simulasi hingga memeperoleh hasil parameter yang baik sesuai standar, lalu melakukan fabrikasi antena agar dapat melakukan pengukuran dan membandingkan dengan hasil simulasi.

Mulai

Menentukan frekuensi kerja, substrat yang

digunakan

Simulasi rancangan antena menggunakan simulator ansoft v.10

Hasil simulasi sesuai dengan spesifikasi

Penentuan ukuran dimensi antena

Optimasi posisi saluran pencatu menggunakan metode

trial and error tidak

Fabrikasi desain antena hasil simulasi

ya

Pengujian antena

Selesai

Membandingkan hasil simulasi dan pengukuran

3.4 Jenis Substrat yang Digunakan

Substrat merupakan bahan utama pembuatan antena mikrostrip. Dalam penentuan jenis substrat perlu dilakukan pengkajian karena akan berpengaruh pada

kualitas spesifikasi antena tersebut. Substrat memiliki nilai konstanta dielektrik ( r),

dielectric loss tangent (tan ) dan ketebalan (h) tertentu. Ketiga nilai tersebut

mempengaruhi nilai efisiensi antena yang akan dibuat. Ukuran dimensi patch dan

feeder berbanding terbalik dengan konstanta dielektrik. Semakin kecil konstanta dielektrik, maka dimensi patch dan feeder yang dibutuhkan akan semakin luas. Ketebalan substrat berpengaruh pada besarnya bandwidth. Semakin tebal substrat maka bandwidth bandwidth yang dihasilkan akan semakin lebar, namun akan timbul gelombang permukaan (surface wave) [1].

Pada Tugas Akhir ini digunakan dielektrik substrat FR4 evoksi dengan spesifikasi seperti Tabel 3.2.

Tabel 3.2Spesifikasi substrat

Jenis substrat FR4 evoksi

Konstanta dielektrik relatif ( r) 4.4

Dielectric loss tangent(tan ) 0.02

Ketebalan substrat (h) 1.6 mm

3.5 Perancangan Ukuran Antena

Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini ialah antena mikrostrip

patch segiempat dengan motede pencatuan proximity coupled pada frekuensi kerja 2.3 Ghz dan 3.3 GHz. Pada perancangan ini digunakan substrat Epoxy-FR4 dengan

konstanta dielektrik 4.4 dan ketebalan substrat 1.6 serta impedansi masukan (Z0)

nya bernilai 50 Ω.

3.5.1 Menentukan Dimensi Patch 2.3 GHz

Perhitungan lebar patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.10),

= √ � +

= _{. ×}× √ _{. +}

= ,

Perhitungan panjang patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.11) sampai Persamaan(2.14).

� = . + + . − [ + ._{. ]}− ⁄

� = .

∆� = . . . + .

, . + .

. − . _{. + .},

∆� = .

� = ×

× . √ .

� = .

Sehingga diperoleh nilai panjang patch menggunakan Persamaan (2.14),

� = � − ∆�

� = . − × . � = ,

Saluran pencatu yang digunakan pada perancangan ini diharapkan mempunyai atau paling tidak mendekati impedansi masukan sebesar 50 Ω. Untuk mendapatkan nilai impedansi tersebut dilakukan pengaturan lebar dari saluran pencatu dengan menggunakan bantuan perangkat lunak TXLine 2003. Untuk nilai

Zo = 50 Ω, ɛr = 4.4, dan h = 1.6 mm, maka didapat lebar pencatu 3 mm.. Adapun perhitungan lebar saluran pencatu ditunjukkan pada Gambar 3.2 berikut

Gambar 3.2Perhitungan Lebar dan Panjang Pencatu Mikrostrip 2,3 GHz

Dengan demikian saluran pencatu mikrostrip 50 Ω didapat 3 mm, tahapan

berikutnya adalah mencari panjang saluran pencatu mikrostrip 50 Ω. Sebelumnya periksa terlebih dahulu perbandingan lebar saluran pencatu mikrostrip 50 Ω terhadap tebal substrat (W/h).

ℎ = + . = , >

Karena ⁄_ℎ> 1, maka dengan menggunakan persamaan 2.11 didapatkan nilai konstanta dielektrik efektif � = 4,097

� = � √� � = = � =

√ , = ,

Maka panjang saluran mikrostrip 50 Ω adalah :

= � = , = ,

Dari perhitungan tersebut diperoleh lebar dan panjang patch masing – masing adalah 30,6 mm dan 39,7 mm. untuk memudahkan dalam perancangan awal maka panjang dan lebar patch dibulatkan menjadi 30 mm dan 40 mm. Kemudian untuk lebar dan panjang pencatu menjadi 3 mm dan 32 mm.

3.5.2 Menentukan Dimensi Patch 3.3 GHz

Perhitungan lebar patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.10),

= _{. ×}× √

. +

= ,

Perhitungan panjang patch diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.11) sampai Persamaan(2.14).

� = . + + . − [ + ._{, ]}− ⁄

� = .

∆� = . . . + .

, . + .

∆� = .

� = ×

× . √ .

� = ,

Sehingga diperoleh nilai panjang patch menggunakan Persamaan (2.14),

� = � − ∆�

� = , − × . � = ,

Saluran pencatu antena mikrostrip frekuensi 3.3 GHz mempunyai impedansi masukan sebesar 50 Ω, dengan bantuan TXδine 2003 diperoleh lebar saluran pencatu sebesar 3,01. Adapun perhitungan lebar saluran pencatu ditunjukkan pada Gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3 Perhitungan Lebar dan Panjang Pencatu Mikrostrip 3,3 GHz

Dengan demikian saluran pencatu mikrostrip 50 Ω didapat 3 mm, tahapan

periksa terlebih dahulu perbandingan lebar saluran pencatu mikrostrip 50 Ω terhadap tebal substrat (W/h).

ℎ = + . = , >

Karena ⁄_ℎ> 1, maka dengan menggunakan persamaan 2.11 didapatkan nilai konstanta dielektrik efektif � = 4,003

Dari persamaan diatas maka diperoleh :

� = �

√� � = = � =

√ , = ,

Maka panjang saluran mikrostrip 50 Ω adalah :

= � = , = ,

Dari perhitungan tersebut diperoleh lebar dan panjang patch adalah 30,6 mm dan 39,7 mm. Untuk memudahkan dalam perancangan awal maka panjang dan lebar patch dibulatkan menjadi 21 mm dan 27 mm. Kemudian untuk lebar dan panjang pencatu menjadi 3 mm dan 23 mm.

3.6 Pengaturan Jarak Antar Elemen

Pada perancangan antena susun mikrostrip dual band jarak antar elemen antena perlu diperhatikan. Jarak antar elemen pada antena adalah

= ɽ = = _{× . ×} × ₌ ,

3.7 Perancangan T-junction

Untuk merancang antena susun mikrostrip dibutuhkan T-junction yang berfungsi sebagai power divider. Pada tugas akhir ini digunakan salah satu jenis T-junction seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.4 berikut.

Gambar 3.4 T-Junction

Penggunaan T-junction dapat meminimalisir ukuran antena. Untuk mendapatkan T-junction digunakan program TXLine 2003. Dari hasil perhitungan dengan program TXLine 2003 diperoleh lebar dan panjang pencatu sebesar 3 mm dan 18,3 mm yang ditunjukkan pada Gambar 3.5

3.8 Rancangan Antena Mikrostrip Dual Band (2.3 GHz dan 3.3 GHz)

Setelah melakukan perhitungan dimensi dari patch dan saluraan pencatu maka didapatkan gambar rancangan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6

13 mm 40 mm 32 mm 21 mm 13 mm

13 mm

30 mm

32 mm

(a) Tampak atas (patch) substrat 1

3 mm

3 mm

32 mm

18 mm 23 mm

36 mm 10 mm 26 mm

(b) Tampak atas (feedline) substrat 2

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil simulasi

Kinerja suatu antena dapat dilihat berdasarkan spesifikasi atau nilai-nilai dari parameter antena itu sendiri. Parameter yang dapat diuji pada dasarnya cukup banyak seperti yang di jelaskan pada Bab 2 sebelumnya. Pada Antena mikrostrip yang dirancang, dilakukan pengujian untuk memperoleh VSWR, return loss, bandwidth, dan pola radiasi.

Pada tahap awal, hasil rancangan disimulasikan menggunakan perangkat lunak / simulator Ansoft HFSS v.10. Gambar 4.1 menunjukkan grafik nilai S-parameter (return loss) dan VSWR setelah simulator dijalankan.

Gambar 4.2 Grafik VSWR hasil simulasi

Pada hasil rancangan awal diperoleh nilai return loss yang beresonansi pada frekuensi 2.61 GHz dengan nilai S-parameter sebesar -15,58 dB dan VSWR 1.40 dan pada frekuensi 3,74 GHz nilai S-parameter sebesar -16,39 dan VSWR sebesar 1,37. Hasil ini belum sesuai dengan spesifikasi awal yang diinginkan yaitu bekerja pada frekuensi 2.3 GHz dan 3.3 GHz. Untuk itu perlu dilakukan iterasi pada dimensi antena agar diperoleh hasil yang maksimal. Iterasi dilakukan dengan mengubah posisi saluran pencatu pada antena ini. Berdasarkan rancangan awal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.3

arah b arah a arah d arah c

Posisi saluran pencatu antena berada pada titik tengah masing-masing patch dan dilakukan iterasi dengan mengeser posisi saluran pencatu untuk tiap 2 mm seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2

Proses iterasi dilakukan dengan menggeser saluran pencatu ke arah a dan ke arah b untuk frekuensi 2.3 GHz serta ke arah c dan ke arah d untuk frekuensi 3.3 GHz. Sehingga di dapatkan hasil proses iterasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan 4.2.

Tabel 4.1 Hasil iterasi posisi saluran pencatu untuk frekuensi 2.3 GHz

Posisi Pencatu (mm) Frekuensi Resonansi Return Loss (dB) VSWR 14 mm ke arah a 2,61 -15,58 1,40 12 mm ke arah a 2,53 -23,37 1,15 10 mm ke arah a 2,50 -13,98 1,50 8 mm ke arah a 2,48 -14,91 1,46 6 mm ke arah a 2,55 -14,06 1,49 4 mm ke arah a 2,53 -14,99 1,43 2 mm ke arah a 2,48 -12,06 1,66 20 mm ke arah b 2,20 -12,60 1,64 18 mm ke arah b 2,14 -9,94 1,87 16 mm ke arah b 2,32 -11,24 1,75 14 mm ke arah b 2,30 -11,50 1,72 12 mm ke arah b 2,12 -10,11 1,91 10 mm ke arah b 2,15 -9,83 1,95 8 mm ke arah b 2,53 -15,48 1,40 6 mm ke arah b 2,55 -15,12 1,43 4 mm ke arah b 2,38 -10,79 1,81 2 mm ke arah b 2,28 -28,68 1,08

Tabel 4.2 Hasil iterasi posisi saluran pencatu untuk frekuensi 3.3 GHz

Posisi Pencatu (mm) Frekuensi Resonansi Return Loss (dB) VSWR 10 mm ke arah c 3,33 -15,88 1,42

8 mm ke arah c 3,54 -10,39 1,87 6 mm ke arah c 3,46 -15.90 1.37 4 mm ke arah c 3.30 -11,23 1,76 2 mm ke arah c 3.37 -9,96 1,93 10 mm ke arah d 2,42 -13,61 1,53 8 mm ke arah d 2,40 -12,96 1,58 6 mm ke arah d 3,50 -10,30 1,88 4 mm ke arah d 3,33 -10,50 1,85 2 mm ke arah d 3,54 -10,39 1,53

Setelah melakukan perbaikan rancangan dengan melakukan iterasi posisi saluran pencatu antena mikrostrip, maka diperoleh rancangan antena mikrostrip dual-band pada simualator Ansoft v.10 seperti pada Gambar 4.4

Setelah mendapatkan rancangan antena mikrostip yang sesuai, selanjutnya rancangan dijalankan pada simulator Ansoft v.10 sehingga didapatkan return loss

antena seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.5

Gambar 4.5 Grafik return loss hasil simulasi

Selain parameter return loss, dari hasil simulasi didapatkan juga parameter VSWR dari antena mikrostrip yang telah diiterasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.6

4.2 Hasil pengukuran

Pengukuran antena dilakukan di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara menggunakan alat ukur Network Analyzer Anritsu MS2034B. Hasil fabrikasi antena mikrostrip array patch segiempat dual-band (2,3 GHz dan 3.3 GHz) dengan pencatuan proximity coupled dapat dilihat pada Gambar 4.7

(a) Tampak Atas Substrat 1 (patch)

(b) Tampak Atas Substrat 2 (feedline)

Setelah dilakukan pengukuran, diperoleh hasil seperti grafik pada Gambar 4.8 dimana nilai VSWR pengukuran adalah 1.39 pada frekuensi 2.3 GHz dan 2.20 pada frekuensi 3.3 GHz dan nilai return loss yang diperoleh dari pengukuran adalah -15,63 dB pada frekuensi 2,3 GHz dan -9,67 pada frekuensi 3,3 GHz.

(a)

(b)

4.3 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran

Hasil pengukuran return loss antena yang diperoleh dari rancangan antena fabrikasi dapat dilihat pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4

Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2.2 GHz sampai 2.4 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

2,200 -13,50 -8,73

2,225 -11,90 -8,52

2,250 -11,50 -8,65

2,275 -12,33 -9,64

2,300 -15,63 -11,50

2,325 -16,67 -11,26

2,350 -19,24 -11,12

2,375 -12,62 -10,78

2,400 -9,56 -10,36

Tabel 4.4 Perbedaan nilai return loss dari 3.2 GHz sampai 3.4 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

3.200 -10,31 -8,68

3.225 -9,50 -9,42

3.250 -9,05 -10,05

3.275 -8,65 -10,53

3.300 -9,67 -11,23

3.325 -9,47 -10,97

3.350 -8,57 -10,63

3.375 -9,99 -10,52

Perbandingan grafik return loss simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Perbandingan grafik return loss hasil simulasi Ansoft dan pengukuran

Hasil pengukuran VSWR antena yang diperoleh dari rancangan antena fabrikasi dapat dilihat pada Tabel 4.5

Tabel 4.5 Perbedaan nilai VSWRdari 2.2 GHz sampai 2.4 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

2,200 1,55 2,16

2,225 1,68 2,21

2,250 1,72 2,19

2,275 1,65 1,92

2,300 1,39 1,72

2,325 1,10 1,75

2,350 1,24 1,78

2,375 1,61 1,79

2,400 2,00 1,86

-25 -20 -15 -10 -5 0

2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4

RE T U RN LOSS (d B) FREKUENSI (GHz)

RETURN LOSS PENGUKURAN RETURN LOSS SIMULASI

Tabel 4.6 Perbedaan nilai VSWRdari 3.2 GHz sampai 3.4 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

3.200 1,87 2,15

3.225 1,99 2,02

3.250 2,09 1,93

3.275 2,17 1,87

3.300 2,20 1,76

3.325 2,21 1,79

3.350 2,18 1,84

3.375 1,92 1,83

3.400 1,85 1,88

Perbandingan VSWR simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Perbandingan VSWR hasil simulasi Ansoft dan pengukuran

Dari data yang diperoleh bahwa frekuensi kerja antena saat simulasi dan pengukuran tidak sama, namun memiliki karakteriktik yang mirip. Hal ini dapat dikarenakan pada saat simulasi, antena yang diukur memiliki kondisi yang ideal

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4

VSWR

FREKUENSI (GHz)

VSWR PENGUKURAN VSWR SIMULASI

tanpa ada pengaruh ruang sekitar. Sedangkan pada saat pengukuran, terdapat banyak losses yang disebabkan oleh ruang sekitar saat pengukuran, ataupun nilai substrat yang sedikit berbeda. Dan pola radiasi antena mikrostrip array patch

segiempat yang diperoleh berupa pola omnidirectional yaitu memancarakan dan menerima gelombang secara merata pada semua sudut seperti diperlihatkan pada Gambar 4.11 dan Gambar 4.12.

Gambar 4.11 Pola radiasi antena mikrostrip 2.3 GHz

Gambar 4.12 Pola radiasi antena mikrostrip 3.3 GHz

-80 -75 -70 -65 -60 -55 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330340 350360

POLA RADIASI 2.3 GHz

Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

-100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320330 340350360

POLA RADIASI 3.3 GHz

4.4 Analisis Capaian Spesifikasi Antena

Berdasarkan hasil simulasi menggunakan simulator Ansoft dan pengukuran antena mikrostrip patch segiempat dengan pencatuan proximity coupled dapat dilihat perbandingannya dengan antena standar depkominfo seperti diperlihatkan pada Tabel 4.7 dan Tabel 4.8

Tabel 4.7 Analisis Perbandingan Antena untuk frekuensi 2,3 GHz

Parameter Standar Depkominfo

Spesifikasi yang diperoleh dari hasil

simulasi

Spesifikasi yang diperoleh dari hasil pengukuran Frekuensi kerja 2,3 GHz–

2,390 GHz

2,47 GHz – 2,26 GHz

2,299 GHz – 2,400 GHz

VSWR ≤ 1.9 1,72 1,39

Bandwidth 90 MHz 210 MHz 101 MHz

Return loss - -15,63 -9,67

Pola Radiasi - omnidirectional omnidirectional

Tabel 4.8 Analisis Perbandingan Antena untuk frekuensi 3,3 GHz

Parameter Standar Depkominfo

Spesifikasi yang diperoleh dari hasil

simulasi

Spesifikasi yang diperoleh dari hasil pengukuran Frekuensi kerja 3,3 GHz– 3,4

GHz

3.22 GHz – 3.44 GHz

3.300 GHz – 3,401 GHz

VSWR ≤ 2 1,86 2,20

Bandwidth 100 MHz 220 MHz 101 MHz

Return loss - -11,23 -11,50

4.5. Analsisis kesalahan umum

Berdasarkan hasil pengukuran dengan hasil simulasi menggunakan

software simulator, diperoleh hasil pengukuran yang kurang akurat. Hal ini dapat disebabkan oleh:

1. Pada simulasi menggunakan software Ansoft HFSS v.10 R tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran dilakukan temperatur dan tingkat kelembaban berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara.

2. Terdapat rugi-rugi pada kabel penghubung, tembaga/konduktor pada substrat, port SMA, Adapter dari n-connector ke konektor SMA, dan konektor pada Network Analyzer.

3. Terdapat udara diantara subtrat pertama dan substrat yang kedua.

4. Adanya interferensi dan refleksi gelombang yang dipancarkan antena yang disebabkan oleh frekuensi-frekuensi atau benda-benda yang ada disekitar antena saat pengukuran.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Pada Tugas Akhir ini telah dirancang dan realisasi antena mikrostrip array patch segiempat dengan metode pencatuan proximity coupled. Dari hasil perancangan, simulasi, dan pengukuran diperoleh kesimpulan, yaitu:

1. Pada simulasi dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 diperoleh nilai return loss terbaik pada frekuensi 2.3 GHz sebesar -11,50 dB dan pada frekuensi 3.3 GHz sebesar -11,23 dB, sedangkan hasil pengukuran setelah simulasi yaitu -15,63 dB pada frekuensi 2.3 GHz dan -8,51 dB pada frekuensi 3.3 GHz.

2. Nilai VSWR yang diperoleh pada simulator Ansoft HFSS v.10 sebesar 1,72 pada frekuensi 2.3 GHz dan 1,76 pada frekuensi 3.3 GHz, sedangkan pada saat pengukuran diperoleh nilai VSWR sebesar 1,39 pada frekuensi 2.3 GHz dan 2.20 pada frekuensi 3.3 GHz.

3. Pola radiasi yang diperoleh dari perancangan dan pengukuran antena adalah

omnidirectional.

5.2 Saran

Saran yang dapat Penulis sampaikan setelah mengerjakan Tugas Akhir ini antara lain :

1. Pada penelitian selanjutnya, pengukuran parameter antena ditambahkan dengan gain.

2. Dapat memengganti bentuk patch menjadi segitiga, trapesium ataupun lingkaran.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Balanis, Constantine . 2005. Antenna Theory Analysis and Design, 3rd edition, Willey Inc.

[2] Alaydrus,M.2011. Antena: Prinsip dan Aplikasi. Jakarta:Graha Ilmu. [3] Misra,D.K. 2004. Radio Frequency And Microwave Communication

Circuit: Analysis and Design,Second edition,Wiley-Interscince:New Jersey. [4] Surjati, I. 2010. Antena Mikrostrip Konsep dan Aplikasinya.

ISBN:978-979-26-8952-0,Universitas Trisakti: Jakarta.

[5] Kumar,G & Ray,K.P. 2003.”Broadband Microstrip Antennas” ,ISBN:1-58053-244-6, Artech House.Inc:London.

[6] Ramesh Garge. 2000. Microstrip Antenna Design Handbook. Artech House, Boston, London.

[7] Sweeney Daniel. 2006. WiMAX Operator’s Manual. Apress, New York, United States of Amerika.

[8] Rambe, Ali Hanafiah. 2008. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Plannar Array 4 Elemen Dengan Pencatuan Aperture-Coupled Untuk Aplikasi CPE pada WIMAX. Jakarta, Universitas Indonesia.

[9] Pasaribu, Denny. 2014. Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pada Frekuensi 2,4 GHz Dengan Metode Pencatuan Inset.

Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, Medan.

[10] Balemurli. 2010. Perancangan Antena Mikrostrip Patch Sirkular Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan Simulator Ansoft HFSS v10. Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, Medan.

LAMPIRAN 1 Pengukuran VSWR

Gambar 1 Pengukuran VSWR

Adapun langkah-langkah pengukuran VSWR menggunakan Networ Analyzer Anritsu MS2034B adalah

1. Hubungkan antena ke salah satu port, pada Networ Analyzer Anritsu MS2034B seperti Gambar 1

2. Pilih tombol ON untuk menghidupkan Network Analyzer Anritsu MS2304B

3. Tekan tombol MODE dan pilih VSWR

4. Pilih range frekuensi yang akan diukur misalnya frekuensi kerja yang akan diukur 2.3 GHz dan 3.3 GHz, maka frekuensi yang akan di atur adalah dari 2.2 GHz sampai 3.6 GHz

a. Pilih F1, masukan range frekuensi terbawah dan tekan ENTER

b. Pilih F2, masukan range frekuensi teratas dan tekan ENTER

5. Mengambil data untuk nilai VSWR berupa gambar yang ditampilkan Networ Analyzer Anritsu MS2034B

6. Bila ingin melihat nilai VSWR pada titik tertentu, gunakan tombol

MARKER (M1 s/d M6) untuk menandai 4 titik berbeda pada tampilan layar

Hasil pengukuran VSWR antena yang diperoleh dari rancangan antena fabrikasi dapat dilihat pada Tabel 1

Tabel 1 Perbedaan nilai VSWRdari 2.2 GHz sampai 3.5 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

2,200 1,55 2,16

2,225 1,68 2,21

2,250 1,72 2,19

2,275 1,65 1,92

2,300 1,39 1,72

2,325 1,10 1,75

2,350 1,24 1,78

2,375 1,61 1,79

2,400 2,00 1,86

2,425 2,36 1,90

2,475 3,07 2,01

2,500 3,37 2,06

2,525 3,61 2,14

2,550 3,71 2,17

2.575 3,68 2,24

2,600 3,55 2,28

2,625 3,20 2,34

2,650 2,87 2,31

2,675 2,80 2,20

2,700 2,34 1,98

2,725 2,12 1,91

2,750 1,87 1,90

2,775 1,91 1,94

2,800 1,54 1,98

2,825 1,41 1,99

2,850 1,33 1,97

2,875 1,41 1,91

2,900 1,54 1,84

2.925 1,67 1,83

2.950 1,73 1,86

2.975 1,75 1,93

3.000 1,71 2,04

3.025 1,64 2,08

3.050 1,53 1,96

3.075 1,44 1,91

3.100 1,40 1,96

3.125 1,46 2,00

3.150 1,59 2,10

3.175 1,73 2,16

3.200 1,87 2,15

3.225 1,99 2,02

3.250 2,09 1,93

3.275 2,17 1,87

3.300 2,20 1,76

3.325 2,21 1,79

3.350 2,18 1,84

3.375 1,92 1,83

3.400 1,85 1,88

3.425 1,43 1,93

3.450 1,33 2,02

3.475 1,33 2,07

LAMPIRAN 2 Pengukuran Return Loss

Gambar 2 Pengukuran Return Loss

Adapun langkah-langkah pengukuran return loss menggunakan Networ Analyzer Anritsu MS2034B adalah

1. Hubungkan antena ke salah satu port, pada Networ Analyzer Anritsu MS2034B seperti Gambar 2

2. Pilih tombol ON untuk menghidupkan Network Analyzer Anritsu MS2304B

4. Pilih range frekuensi yang akan diukur misalnya frekuensi kerja yang akan diukur 2.3 GHz dan 3.3 GHz, maka frekuensi yang akan di atur adalah dari 2.2 GHz sampai 3.6 GHz

a. Pilih F1, masukan range frekuensi terbawah dan tekan ENTER

b. Pilih F2, masukan range frekuensi teratas dan tekan ENTER

5. Mengambil data untuk nilai return loss berupa gambar yang ditampilkan Networ Analyzer Anritsu MS2034B

6. Bila ingin melihat nilai return loss pada titik tertentu, gunakan tombol

MARKER (M1 s/d M6) untuk menandai 4 titik berbeda pada tampilan layar

Hasil pengukuran return loss antena yang diperoleh dari rancangan antena fabrikasi dapat dilihat pada Tabel 2 berikut.

Tabel 2 Perbedaan nilai return loss dari 2.2 GHz sampai 3.5 GHz.

Frekuensi Hasil Pengukuran Hasil simulasi

2,200 -13,50 -8,73

2,225 -11,90 -8,52

2,250 -11,50 -8,65

2,275 -12,33 -9,64

2,300 -15,63 -11,50

2,325 -16,67 -11,26

2,350 -19,24 -11,12

2,375 -12,62 -10,78

2,400 -9,56 -10,36

2,425 -7,81 -10,12

2,450 -6,71 -9,75

2,475 -5,84 -9,52

2,500 -5,15 -9,21

2,550 -4,79 -8,62

2.575 -4,83 -8,33

2,600 -5,03 -8,16

2,625 -5,65 -7,87

2,650 -6,24 -8,00

2,675 -7,03 -8,58

2,700 -7,91 -9,74

2,725 -8,87 -10,10

2,750 -10,00 -10,02

2,775 -11,56 -9,84

2,800 -13,41 -9,63

2,825 -15,78 -9,54

2,850 -16,83 -9,73

2,875 -15,32 -10,05

2,900 -13,43 -10,57

2.925 -11,94 -10,69

2.950 -11,52 -10,39

2.975 -11,31 -10,03

3.000 -11,68 -9,32

3.025 -12,30 -9,12

3.050 -13,54 -10,05

3.075 -14,87 -10,18

3.100 -15,51 -9,70

3.125 -14,56 -9,55

3.150 -12,78 -8,45

3.175 -11,44 -8,59

3.200 -10,31 -8,68

3.225 -9,50 -9,42

3.250 -9,05 -10,05

3.275 -8,65 -10,53

3.300 -9,67 -11,23

3.325 -9,47 -10,97

3.350 -8,57 -10,63

3.375 -9,99 -10,52

3.400 -12,41 -10,27

3.425 -15,09 -9,96

3.450 -17,02 -9,39

3.475 -17,07 -9,16

LAMPIRAN 3 Pengukuran Pola Radisasi

Gambar 2 Pengukuran Pola Radiasi

Adapun langkah langkah dari pengukuran pola radiasi ini adalah

1. Antena yang ingin diukur dihubungkan dengan port-2 dan antena lain tersebut dihubungkan dengan port-2 dan antena lain tersebut dihubungkan dengan port-1 diperlihatkan pada Gambar 3

2. Menghidupkan Network Analyzer Anritsu MS2304B

4. Memastikan bahwa semua alat berfungsi sebagaimana mestinya

5. Mencatat nilai level sinyal yang tertera pada Network Analyzer Anritsu MS2304B pada posisi 00

6. Memutar posisi antena dengan perubahan masing-masing 100 sampai dengan 3600

7. Mencatat nilai level sinyal yang tertera pada Network Analyzer Anritsu MS2304B setiap perubahan 100

LAMPIRAN 4

LAMPIRAN : PERATURAN

DIREKTUR JENDERAL POS DAN TELEKOMUNIKASI

NOMOR : 96 /DIRJEN/ 2008 TANGGAL : 26 PEBRUARI 2008

PERSYARATAN TEKNIS ALAT DAN PERANGKAT TELEKOMUNIKASI

ANTENA BROADBAND WIRELESS ACCESS _(BWA) MODE TIME DIVISION DUPLEX _(TDD) NOMADIC _{PADA PITA FREKUENSI 2.3 GHz}

BAB I

KETENTUAN UMUM 1 Ruang Lingkup

Persyaratan teknis ini meliputi ruang lingkup, definisi, singkatan, karakteristik sistem, alat dan perangkat telekomunikasi Antena Broadband Wireless Access Nomadic pada pita frekuensi 2.3 GHz, yang selanjutnya disebut Antena BWA 23.

2 Definisi

Yang dimaksud dengan alat dan perangkat Antena BWA 23 dalam standar ini adalah bagian dari sistem komunikasi radio BWA 23 yang merupakan antarmuka antara sistem radio dan lingkungan eksternal yang bekerja pada

pita frekuensi 2.300 – 2.390 MHz.

3 Singkatan

a. BS : Base Station

b. BWA : Broadband Wireless Access

c. CPE : Customer Premises Equipment

d. dB : Decibell

e. dBi : Decibell Isotropic

f. dBm : Decibell Milliwatt

h. EIRP : Effective Isotropically Radiated Power

i. Mbps : Mega byte per second

j. MHz : Mega Hertz

k. N : Jenis konektor

l. PMP : Point-to-Multi Point

m. PTP : Point-to-Point

n. RF : Radio Frequency

o. SMA : Jenis konektor

p. SS : Subscriber Station

q. TDD : Time Division Duplex

r. VSWR : Voltage Standing Wave Ratio

s. XPD : Cross Polarization Discrimination

4 Istilah

Untuk tujuan standardisasi ini beberapa istilah didefinisikan sebagai berikut : a. Base

Station

: Suatu set perangkat yang yang berfungsi untuk menyediakan konektivitas, manajemen dan kontrol terhadap SS.

b. Broadband : Kemampuan untuk transfer data melebihi 1.5 Mbps dan atau menggunakan total bandwith minimal 1 MHz.

c. BWA : Jaringan akses nirkabel pita lebar.

d. Daya : Daya yang keluar dari perangkat pemancar.

e. CPE : Perangkat terminasi jaringan di sisi pelanggan.

f. dBi : Gain suatu antena terhadap antena isotropic sebagai referensi

g. EIRP : Level daya terukur yang dipancarkan oleh antena

h. Jaringan BWA

: Kumpulan elemen jaringan akses nirkabel pita lebar yang terdiri dari BS dan SS

i. Nomadic : Penerapan wireless access dimana lokasi terminal end user dapat berpindah tempat dan pada saat digunakan terminal end user tidak boleh bergerak

j. Subscriber : Perangkat BWA yang berada di sisi pelanggan. k. Telekomuni

kasi

: Setiap pemancaran, pengiriman, atau penerimaan tiap jenis tanda, gambar, suara dan informasi dalam bentuk apapun melalui sistem kawat, optik, radio atau sistem elektromagnetik lainnya.

l. XPD : Perbandingan antara radiasi maksimum co-polar dengan minimum

cross-polar.

5 Model Referensi

6 Entitas Model

Berikut penjelasan dari entitas-entitas yang terdapat dalam model referensi. 6.1 BS

- Merupakan perangkat yang berfungsi sebagai pusat transmisi data. - Berfungsi sebagai pusat koordinasi manajemen sumber daya (radio). 6.2 SS

- Merupakan perangkat terminasi jaringan di sisi pelanggan (CPE). - Berfungsi sebagai sarana transmisi data pelanggan.

6.3 Antenna BS dan Antenna SS

- Merupakan perangkat transmisi yang berfungsi mengubah energi elektrik menjadi gelombang radio elektromagnetik.

7 Titik Referensi

7.1 U

- Radio Interface BWA. 7.2 U’

- Titik referensi antara BS atau SS dengan antena.

Base Station _Subscriber

Station U Antena SS U’ Antena BS U’ Cakupan Standardisasi

LAMPIRAN 4

LAMPIRAN : PERATURAN DIREKTUR JENDERAL POS DAN TELEKOMUNIKASI

NOMOR : 96 /DIRJEN/ 2008 TANGGAL : 26 PEBRUARI 2008 PERSYARATAN TEKNIS ALAT DAN PERANGKAT TELEKOMUNIKASI

ANTENA

BROADBAND WIRELESS ACCESS

_(BWA)

MODE TIME DIVISION

DUPLEX

_(TDD)

NOMADIC

_{PADA PITA FREKUENSI 2.3 GHz}

BAB I

KETENTUAN UMUM

1 Ruang Lingkup

Persyaratan teknis ini meliputi ruang lingkup, definisi, singkatan, karakteristik sistem, alat dan perangkat telekomunikasi Antena Broadband Wireless Access Nomadic pada pita frekuensi 2.3 GHz, yang selanjutnya disebut Antena BWA 23.

2 Definisi

Yang dimaksud dengan alat dan perangkat Antena BWA 23 dalam standar ini adalah bagian dari sistem komunikasi radio BWA 23 yang merupakan antarmuka antara sistem radio dan lingkungan eksternal yang bekerja pada pita frekuensi 2.300 – 2.390 MHz.

3 Singkatan

a. BS : Base Station

b. BWA : Broadband Wireless Access c. CPE : Customer Premises Equipment d. dB : Decibell

e. dBi : Decibell Isotropic f. dBm : Decibell Milliwatt g. DC : Direct Current

h. EIRP : Effective Isotropically Radiated Power i. Mbps : Mega byte per second

j. MHz : Mega Hertz k. N : Jenis konektor l. PMP : Point-to-Multi Point m. PTP : Point-to-Point n. RF : Radio Frequency o. SMA : Jenis konektor p. SS : Subscriber Station q. TDD : Time Division Duplex

r. VSWR : Voltage Standing Wave Ratio s. XPD : Cross Polarization Discrimination

4 Istilah

Untuk tujuan standardisasi ini beberapa istilah didefinisikan sebagai berikut : a. Base

Station

: Suatu set perangkat yang yang berfungsi untuk menyediakan konektivitas, manajemen dan kontrol terhadap SS.

b. Broadband : Kemampuan untuk transfer data melebihi 1.5 Mbps dan atau menggunakan total bandwith minimal 1 MHz.

c. BWA : Jaringan akses nirkabel pita lebar.

d. Daya : Daya yang keluar dari perangkat pemancar. e. CPE : Perangkat terminasi jaringan di sisi pelanggan.

f. dBi : Gain suatu antena terhadap antena isotropic sebagai referensi g. EIRP : Level daya terukur yang dipancarkan oleh antena

h. Jaringan BWA

: Kumpulan elemen jaringan akses nirkabel pita lebar yang terdiri dari BS dan SS

i. Nomadic : Penerapan wireless access dimana lokasi terminal end user dapat berpindah tempat dan pada saat digunakan terminal end user tidak boleh bergerak

j. Subscriber : Perangkat BWA yang berada di sisi pelanggan. k. Telekomuni

kasi

: Setiap pemancaran, pengiriman, atau penerimaan tiap jenis tanda, gambar, suara dan informasi dalam bentuk apapun melalui sistem kawat, optik, radio atau sistem elektromagnetik lainnya.

l. XPD : Perbandingan antara radiasi maksimum co-polar dengan minimum cross-polar.

5 Model Referensi

6 Entitas Model

Berikut penjelasan dari entitas-entitas yang terdapat dalam model referensi.

6.1 BS

- Merupakan perangkat yang berfungsi sebagai pusat transmisi data. - Berfungsi sebagai pusat koordinasi manajemen sumber daya (radio).

6.2 SS

- Merupakan perangkat terminasi jaringan di sisi pelanggan (CPE). - Berfungsi sebagai sarana transmisi data pelanggan.

6.3 Antenna BS dan Antenna SS

- Merupakan perangkat transmisi yang berfungsi mengubah energi elektrik menjadi gelombang radio elektromagnetik.

7 Titik Referensi

7.1 U

- Radio Interface BWA.

7.2 U’

- Titik referensi antara BS atau SS dengan antena.

Base Station _Subscriber

Station U

Antena SS

U’ Antena

BS U’

BAB II

KARAKTERISTIK UMUM DAN OPERASIONAL

1. Sistem Antena BWA 23 mempunyai kemampuan untuk memungkinkan terselenggaranya komunikasi nirkabel pita lebar yang handal, baik untuk daerah urban, sub-urban maupun rural.

2. Antena BWA 23 diklasifikasikan berdasarkan pola radiasi menjadi, - omni

- directional - sectoral

3. Antena BWA 23 diklasifikasikan berdasarkan aplikasi menjadi, - Point-to-point (PTP)

- Point-to-mutipoint (PMP)

4. Antena BWA 23 diklasifikasikan berdasarkan jenis perangkat BWA 23 - Antena BS

- Antena SS

BAB III

PERSYARATAN TEKNIS ALAT DAN PERANGKAT TELEKOMUNIKASI

1 _{Base Station}

Parameter Elektrikal Nilai

Frequency Range 2.300 – 2.390 MHz Gain

Sectoral : Minimum 15 dBi Omni : Minimum 9 dBi

Impedansi 50 Ω

Polarisasi (rambatan) Vertikal

VSWR Maksimum 1.9 : 1

Daya maksimum input 50 W

XPD Minimum 20 dB

Daya tahan terhadap kecepatan angin Maksimum 200 Km/jam

Beban angin muka 110 Newton

Beban angin lateral 75 Newton Grounding / Lightning Protection DC grounded

Temperatur Maksimum 650 _C

Kelembaban 100 %

2 Subscriber Station

Parameter Elektrikal Nilai

Frequency Range 2.300 – 2.390 MHz

Gain Maksimum 15 dBi

Impedansi 50 Ω

Polarisasi (rambatan) Vertikal

VSWR Maksimum 1.9 : 1

Daya maksimum input 50 W

XPD Minimum 20 dB

Konektor N-Female atau SMA-female

Parameter Lingkungan Nilai Daya tahan terhadap

kecepatan angin

Outdoor : maksimum 100 km/jam

Beban angin muka

Outdoor : maksimum 55 Newton

Grouding/Lighting

Kelembaban

Outdoor : maksimum 100 % Indoor : maksimum 95 %

Temperatur

Outdoor : maksimum 65 C Indoor : maksimum 40 C

3 Dokumentasi

Perangkat dilengkapi dokumentasi teknik mengenai petunjuk penggunaan dan spesifikasi yang terkait dalam bahasa Indonesia.

BAB IV

PERSYARATAN PENGUJIAN

1 Cara Pengambilan Contoh Uji

Pengambilan perangkat yang diuji dilakukan menurut prosedur uji dengan jumlah sampel minimal 2 unit.

2 Cara Pengujian

Tata-cara pengujian perangkat diatur dalam dokumen terpisah. Cara pengujian harus mampu memperlihatkan secara kualitatif dan kuantitatif bahwa perangkat yang diuji memenuhi persyaratan dalam standar ini.

3 Syarat Keselamatan dan Kesehatan

Perangkat Antena BWA 23 ini harus dirancang bangun sedemikian rupa sehingga pemakai terlindungi dari gangguan listrik dan elektromagnetik.

4 Syarat Kompatibilitas Elektromagnetik

Mengacu pada Standar CISPR-22 dan CISPR-24.

5 Syarat Penandaan

Setiap Perangkat Antena BWA 23 wajib ditandai dengan memuat nama pabrik dan negara pembuat, merk / tipe dan nomor seri.

Ditetapkan di : JAKARTA Pada tanggal : 26 PEBRUARI 2008