Rancang Bangun Antena Mikrostrip Spiral Archimedean Untuk Aplikasi Ultra Wideband (UWB) Pada Daerah Pita Frekuensi UltraTinggi (UHF)
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL ARCHIMEDEAN
UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA DAERAH PITA
FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
RIDO ASANDY SIREGAR
NIM : 110402011
P
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pada rentang frekuensi
300 MHz – 3 GHz terdapat berbagai aplikasi yang bekerja, diantaranya adalah
pendeteksian partial discharge, televisi, GPS, CDMA, GSM, WiMAX, WiFi dan
High Frequency Detector (HFD). Bandwidth pita frekuensi UHF adalah sebesar
2700 MHz. Dari beragam jenis antena, Spiral Archimedean merupakan antena
yang mempunyai bandwidth yang lebar. Oleh karena itu, maka dilakukan rancang
bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean sehingga dapat beroperasi pada
aplikasi-aplikasi didaerah pita frekuensi UHF. Pengukuran antena dilakukan
dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) Anritsu MS2034B dengan
parameter yang dianalisis adalah VSWR < 2 dan return loss (RL) ≤ -10 dB.
Hasil pengukuran VSWR dan RL beragam diberbagai frekuensi. Diperoleh
total bandwidth sebesar 1859,1 MHz pada pengukuran VSWR< 2 dengan
persentase pencapaian sebesar 68,86% dari total bandwidth keseluruhan. Pada
pengukuran RL didapatkan perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya
yang datang (Pi) dengan rata-rata sebesar 0,0789. Berdasarkan harapan impedansi
sebesar 50 ohm, didapatkan nilai impedansi terbaik sebesar (48,44 - j0,43) ohm
yang berada pada frekuensi 1823,61 MHz.
Kata kunci : Spiral Archimedean, UHF, antena mikrostrip
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan
kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat
beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad
S.A.W.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL
ARCHIMEDEAN UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA
DAERAH PITA FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda Muhammad Dong Siregar dan ibunda Ernawati Harahap yang
senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga
sekarang, serta adik-adik tercinta Wiwik Ripla Siregar, Ratih Muftadi Siregar dan
Sari Amalia Siregar yang senantiasa mendukung dan memberi semangat.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1.
Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir,
atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Arman Sani M.T dan Ibu Naemah Mubarakah S.T., M.T selaku
dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam
penyempurnaan Tugas Akhir ini.
4.
Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
5.
Temen-teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU, Wahyudi,
Hasan, Dhani, Ikhyar, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang selama ini
membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6.
Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
7.
Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi
masukan selama menjalani perkuliahan.
8.
Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali
pembelajaran.
9.
Sahabat juga teman yang tercinta Ayu Fianita yang selalu hadir membantu
memberikan dukungan dalam proses penyusunan dan penyempurnaan
Tugas Akhir ini.
10.
Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik
dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan
iii
Universitas Sumatera Utara
tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat
penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Juni 2016
Penulis
Rido Asandy Siregar
NIM. 110402011
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .................................................................................
ii
DAFTAR ISI ................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah............................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................
3
1.4 Manfaat ............................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ..............................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Ultra Wideband................................................................................
6
2.2 Antena Mikrostrip............................................................................
6
2.3 Parameter Antena ............................................................................
9
2.4 Antena Spiral Archimedean............................................................. ...13
2.5 Aplikasi-aplikasi Telekomunikasi pada Level UHF ....................... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum .............................................................................................. 20
3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 20
v
Universitas Sumatera Utara
3.3 Variabel yang diamati ...................................................................... 21
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Spiral Archimedean .................... 22
3.4.1 Menentukan Jari-Jari Spiral Sebelah Dalam (r1) dan Luar (r2) .... 22
3.4.2 Menentukan Banyaknya Jumlah Putaran pada Spiral ................... 23
3.4.3 Menentukan Lebar Bidang dan Jarak antara Lengan - Lengan Spiral ...
......................................................................................................... 23
3.5 Metode Pengukuran .........................................................................
24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum .............................................................................................. 26
4.2 Pengukuran Antena.......................................................................... 26
4.3 Analisis Hasil Pengukuran............................................................... 28
4.3.1 Analisis Impedansi ........................................................................ 28
4.3.2 Analisis VSWR ............................................................................. 29
4.3.3 Analisis Return Loss ..................................................................... 36
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 40
5.2 Saran ................................................................................................ 41
DAFTAR PUSTAKA
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Struktur Dasar Antena Mikrostrip ............................................
8
Gambar 2.2
Beberapa Bentuk Patch Antena Mikrostrip .............................
8
Gambar 2.3
Geometri Antena Spiral Archimedean .....................................
14
Gambar 2.4
Gelombang Elektromagnetik pada GIS ....................................
17
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ...........................................................
21
Gambar 3. 2 Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal ....................................
24
Gambar 4.1
Pengukuran antena menggunakan VNA Anritsu MS 2034B
……………………………….........................................……..
27
Gambar 4.2 Hasil pengukuran VSWR antena …………….. .......................
27
Gambar 4.3 Hasil pengukuran RL antena ………….. .................................
28
Gambar 4.4 Impedansi pada frekuensi 1823, 61 MHz …………….. ..........
29
Gambar 4.5 Hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 300 MHz – 1 GHz
…………….. ............................................................................
30
Gambar 4.6 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 1 GHz – 2 GHz
…………….. ............................................................................
32
Gambar 4.7 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 2 GHz – 3 GHz
………….. ................................................................................
34
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel
4.1
Nilai RL pada frekuensi 300 MHz – 3 GHz …………….. ......
36
Tabel
4.2
Nilai Pr/Pi pada rentang frekuensi 300 MHz – 3 GHz ………..
38
viii
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL ARCHIMEDEAN
UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA DAERAH PITA
FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
RIDO ASANDY SIREGAR
NIM : 110402011
P
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pada daerah pita frekuensi ultra tinggi (UHF) yaitu pada rentang frekuensi
300 MHz – 3 GHz terdapat berbagai aplikasi yang bekerja, diantaranya adalah
pendeteksian partial discharge, televisi, GPS, CDMA, GSM, WiMAX, WiFi dan
High Frequency Detector (HFD). Bandwidth pita frekuensi UHF adalah sebesar
2700 MHz. Dari beragam jenis antena, Spiral Archimedean merupakan antena
yang mempunyai bandwidth yang lebar. Oleh karena itu, maka dilakukan rancang
bangun antena mikrostrip Spiral Archimedean sehingga dapat beroperasi pada
aplikasi-aplikasi didaerah pita frekuensi UHF. Pengukuran antena dilakukan
dengan menggunakan Vector Network Analyzer (VNA) Anritsu MS2034B dengan
parameter yang dianalisis adalah VSWR < 2 dan return loss (RL) ≤ -10 dB.
Hasil pengukuran VSWR dan RL beragam diberbagai frekuensi. Diperoleh
total bandwidth sebesar 1859,1 MHz pada pengukuran VSWR< 2 dengan
persentase pencapaian sebesar 68,86% dari total bandwidth keseluruhan. Pada
pengukuran RL didapatkan perbandingan daya yang dipantulkan (Pr) dengan daya
yang datang (Pi) dengan rata-rata sebesar 0,0789. Berdasarkan harapan impedansi
sebesar 50 ohm, didapatkan nilai impedansi terbaik sebesar (48,44 - j0,43) ohm
yang berada pada frekuensi 1823,61 MHz.
Kata kunci : Spiral Archimedean, UHF, antena mikrostrip
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan
kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat
beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad
S.A.W.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP SPIRAL
ARCHIMEDEAN UNTUK APLIKASI ULTRA WIDEBAND (UWB) PADA
DAERAH PITA FREKUENSI ULTRA TINGGI (UHF)”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda Muhammad Dong Siregar dan ibunda Ernawati Harahap yang
senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga
sekarang, serta adik-adik tercinta Wiwik Ripla Siregar, Ratih Muftadi Siregar dan
Sari Amalia Siregar yang senantiasa mendukung dan memberi semangat.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1.
Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir,
atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Arman Sani M.T dan Ibu Naemah Mubarakah S.T., M.T selaku
dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam
penyempurnaan Tugas Akhir ini.
4.
Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
5.
Temen-teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU, Wahyudi,
Hasan, Dhani, Ikhyar, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang selama ini
membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6.
Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
7.
Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi
masukan selama menjalani perkuliahan.
8.
Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali
pembelajaran.
9.
Sahabat juga teman yang tercinta Ayu Fianita yang selalu hadir membantu
memberikan dukungan dalam proses penyusunan dan penyempurnaan
Tugas Akhir ini.
10.
Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik
dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan
iii
Universitas Sumatera Utara
tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat
penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Juni 2016
Penulis
Rido Asandy Siregar
NIM. 110402011
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .................................................................................
ii
DAFTAR ISI ................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
vii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah............................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................
3
1.4 Manfaat ............................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ..............................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Ultra Wideband................................................................................
6
2.2 Antena Mikrostrip............................................................................
6
2.3 Parameter Antena ............................................................................
9
2.4 Antena Spiral Archimedean............................................................. ...13
2.5 Aplikasi-aplikasi Telekomunikasi pada Level UHF ....................... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum .............................................................................................. 20
3.2 Diagram Alir Penelitian ................................................................... 20
v
Universitas Sumatera Utara
3.3 Variabel yang diamati ...................................................................... 21
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Spiral Archimedean .................... 22
3.4.1 Menentukan Jari-Jari Spiral Sebelah Dalam (r1) dan Luar (r2) .... 22
3.4.2 Menentukan Banyaknya Jumlah Putaran pada Spiral ................... 23
3.4.3 Menentukan Lebar Bidang dan Jarak antara Lengan - Lengan Spiral ...
......................................................................................................... 23
3.5 Metode Pengukuran .........................................................................
24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum .............................................................................................. 26
4.2 Pengukuran Antena.......................................................................... 26
4.3 Analisis Hasil Pengukuran............................................................... 28
4.3.1 Analisis Impedansi ........................................................................ 28
4.3.2 Analisis VSWR ............................................................................. 29
4.3.3 Analisis Return Loss ..................................................................... 36
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 40
5.2 Saran ................................................................................................ 41
DAFTAR PUSTAKA
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Struktur Dasar Antena Mikrostrip ............................................
8
Gambar 2.2
Beberapa Bentuk Patch Antena Mikrostrip .............................
8
Gambar 2.3
Geometri Antena Spiral Archimedean .....................................
14
Gambar 2.4
Gelombang Elektromagnetik pada GIS ....................................
17
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ...........................................................
21
Gambar 3. 2 Konfigurasi Pengukuran Port Tunggal ....................................
24
Gambar 4.1
Pengukuran antena menggunakan VNA Anritsu MS 2034B
……………………………….........................................……..
27
Gambar 4.2 Hasil pengukuran VSWR antena …………….. .......................
27
Gambar 4.3 Hasil pengukuran RL antena ………….. .................................
28
Gambar 4.4 Impedansi pada frekuensi 1823, 61 MHz …………….. ..........
29
Gambar 4.5 Hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 300 MHz – 1 GHz
…………….. ............................................................................
30
Gambar 4.6 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 1 GHz – 2 GHz
…………….. ............................................................................
32
Gambar 4.7 hasil pengukuran VSWR antena pada frekuensi 2 GHz – 3 GHz
………….. ................................................................................
34
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel
4.1
Nilai RL pada frekuensi 300 MHz – 3 GHz …………….. ......
36
Tabel
4.2
Nilai Pr/Pi pada rentang frekuensi 300 MHz – 3 GHz ………..
38
viii
Universitas Sumatera Utara