Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)
STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY
PATCH SEGITIGA DUAL-BAND UNTUK APLIKASI
WLAN (2,45 GHZ) DAN WiMAX(3,35 GHZ)
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
NEVIA SIHOMBING
NIM : 110422045
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
WiMAX dan WLAN merupakan teknologi wireless yang sangat sering
digunakan saat sekarang. Pada aplikasi WiMAX dan
WLAN, untuk
menghubungkan antara sisi penyedia layanan dengan pelanggan, maka aplikasi
antena sangat penting. Antena mikrostrip sebagai salah satu perangkat komunikasi
yang memiliki bentuk yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima
sinyal secara baik, dengan demikian sangat mendukung.
Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR
Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip
segitiga yang disusun secara array berupa VSWR pada frekuensi 2,45 GHz
dengan nilai 1,74 dan gain dengan nilai 7,925 dB, pada frekuensi 3,35 GHz
diperoleh VSWR sebesar 1,73 dan gain dengan nilai 7,45 dB.
Kata kunci : antena mikrostrip, dual band, W-LAN, WiMAX
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmatNya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan
kesempatan kepada penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
“Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk
Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)” ini dengan baik.
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan
pendidikan Strata 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik
Elektro Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini membahas tentang studi perancangan antena mikrostrip
array patch segitiga dual band yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan
WiMAX.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua
pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain :
1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT, selaku Dosen pembimbing penulis yang
telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam penyusunan
laporan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Surya Tarmizi Kasim, M.Si
selaku Ketua
Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf dan pengajar Universitas Sumatera Utara, khususnya staf dan
pengajar di Program studi Teknik Elektro.
Universitas Sumatera Utara
5. Teristimewa kepada orang tua tercinta (J. Sihombing dan R. Tumanggor) yang
selalu mendoakan dan member motivasi dalam menyelesaikan penulisan
Tugas Akhir ini.
6. Saudara-saudara (K’Lastri, K’Juni. K’Eka, Santa, dan Eli Lolo) yang selalu
mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Sahabat dan juga sebagai saudara (B’Apli, K’Jojor, K’Beti, Hottery, Ema,
Meli, Deni, Indri, Resi, Amel, Mentari, Melisa, Nadia, Feby dan Yulantika)
yang selalu menolong, mendukung, dan memotivasi penulis menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
8. Teman-teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011, buat
kebersamaannya selama mengikuti pendidikan di Teknik Telekomunikasi
USU.
9. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang selalu
membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas
Akhir ini. Oleh karena itu, kritik dan saran penulis harapkan demi kesempurnaan
Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Maret 2014
Penulis
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ iii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................... viii
I.
II.
PENDAHULUAN............................................................................... 1
1.1
Latar Belakang Masalah.............................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah ....................................................................... 2
1.3
Tujuan Penulisan ......................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................... 3
1.5
Sistematika Penulisan ................................................................. 3
1.6
Hasil Simulasi ............................................................................. 4
1.7
Kesimpulan dan Saran................................................................. 4
Dasar Teori .........................................................................................
2.1
Antena Mikrostrip ...................................................................... 5
2.2
Parameter antena ........................................................................ 10
2.2.1 Volt Standing Wave Ratio (VSWR) ................................ 10
.2.2 Frekuensi ............................................................................ 12
2.2.3 Bandwidth ........................................................................ 12
2.2.4 Gain Antena ..................................................................... 14
2.2.5 Pola Radiasi ...................................................................... 16
2.2.6 Return Loss ...................................................................... 17
2.2.7 Impedansi Masukan .......................................................... 18
Universitas Sumatera Utara
2.3
Lokasi Titik Pencatu .................................................................. 18
2.4
Tekhnik Array ............................................................................ 18
2.5
Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ............................. 19
2.5.1
Antena Mikrostrip patch segitiga Array ............................... 19
2.5.2
Lokasi pencatuan Antena mikrostrip Patch segitiga............. 20
2.6
T-Junction .................................................................................. 21
2.7
Power Divider ............................................................................ 21
2.8
Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ...................... 22
2.8.1 Proses Pencarian Solusi AWR Microwave Office.............. 23
2.8.2 Spesifikasi Setting Parameter Untuk Pengambilan Data... 24
2.9
WLAN ........................................................................................ 27
2.10 WiMAX...................................................................................... 28
2.10.1 Kelebihan WiMAX ......................................................... 30
2.10.2 Kekurangan WiMAX ...................................................... 30
2.11 Dual Band................................................................................... 31
III. PERANCANGAN ANTENA .............................................................. 32
3.1 Umum ......................................................................................... 32
3.2
Perangkat yang digunakan ......................................................... 32
3.3
Diagram Alir Perancangan Antena ............................................ 33
3.4
Perancangan Elemen Antena ..................................................... 34
3.5
Jenis Substrat yang digunakan ................................................... 36
3.6
Perancangan Lebar Salura Pencatu............................................ 36
3.7
Pengaturan Jarak antar Elemen.................................................. 37
3.8
Perancangan T-Junction ............................................................ 38
Universitas Sumatera Utara
IV. ANALISIS HASIL SIMULASI......................................................... 39
V.
4.1
Umum.......................................................................................... 39
4.2
Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz ............................................... 39
4.3
Hasil Simulasi 3.35 GHz ............................................................. 42
4.4
Hasil Simulasi Dual Band ........................................................... 44
4.5
Analisi Hasil Simulasi ................................................................. 47
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 54
5.1
Kesimpulan ................................................................................. 54
5.2
Saran............................................................................................ 55
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ................................... 5
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ..................................................................... 8
Gambar2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ............................................... 9
Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena Mikrostrip ................................................ 16
Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip ....................................................... 20
Gambar 2.6 T-Junction 50Ω ......................................................................... 21
Gambar 2.7 N-way Wilkinson Combiner ...................................................... 21
Gambar 2.8 Tampilan Awal AWR Microwave 2004..................................... 22
Gambar 2.9 Diagram Alir Perancangan Antena Menggunakan AWR ......... 24
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Dual Band ......................... 30
Gambar 3.2 Ukuran Patch Antena Mikrostrip Patch Segitiga Array .......... 32
Gambar 3.3 Tampila TXLine 2003 Mencari Dimensi Saluran Pencatu ........ 33
Gambar 3.4 Tampila TXLine 2003 Mencari Perancangan T-Junction.......... 35
Gambar 4.1 Nial VSWR Rancangan Awal WLAN ...................................... 36
Gambar 4.2 Nilai VSWR Elemen Tunggal WLAN ...................................... 38
Gambar 4.3 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal WLAN ....................... 38
Gambar 4.4 Niali VSWR Rancangan Awal WiMAX................................... 39
Gambar 4.5 Nilai VSWR Optimal Elemen Tunggal WiMAX ..................... 40
Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX .................... 41
Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band............... 41
Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array ... 42
Gambar 4.9Nilai VSWR yang Optimal Dual-Band...................................... 43
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain WLAN ................................................ 44
Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX .............................................. 45
Gambar 4.12 Nilai Z in pada Smith Chart ..................................................... 49
Gambar 4.13 Menentukan Bandwith Antena ................................................ 48
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ....................................................................... 32
Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga ........... 36
Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga ................... 39
Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu ....................... 41
Tabel 4.4 Hasil Simulasi Sebelum dan Sesudah Iterasi ................................ 50
Universitas Sumatera Utara
PATCH SEGITIGA DUAL-BAND UNTUK APLIKASI
WLAN (2,45 GHZ) DAN WiMAX(3,35 GHZ)
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
NEVIA SIHOMBING
NIM : 110422045
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
WiMAX dan WLAN merupakan teknologi wireless yang sangat sering
digunakan saat sekarang. Pada aplikasi WiMAX dan
WLAN, untuk
menghubungkan antara sisi penyedia layanan dengan pelanggan, maka aplikasi
antena sangat penting. Antena mikrostrip sebagai salah satu perangkat komunikasi
yang memiliki bentuk yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima
sinyal secara baik, dengan demikian sangat mendukung.
Perancangan antena mikrostrip ini menggunakan perangkat lunak AWR
Microwave 2004. Hasil yang diperoleh dari studi perancangan antena mikrostrip
segitiga yang disusun secara array berupa VSWR pada frekuensi 2,45 GHz
dengan nilai 1,74 dan gain dengan nilai 7,925 dB, pada frekuensi 3,35 GHz
diperoleh VSWR sebesar 1,73 dan gain dengan nilai 7,45 dB.
Kata kunci : antena mikrostrip, dual band, W-LAN, WiMAX
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmatNya memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan
kesempatan kepada penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
“Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga Dual-Band untuk
Aplikasi WLAN (2,45 GHz) dan WiMAX(3,35 GHz)” ini dengan baik.
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan
pendidikan Strata 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik
Elektro Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini membahas tentang studi perancangan antena mikrostrip
array patch segitiga dual band yang digunakan untuk aplikasi WLAN dan
WiMAX.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua
pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain :
1. Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST. MT, selaku Dosen pembimbing penulis yang
telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam penyusunan
laporan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Surya Tarmizi Kasim, M.Si
selaku Ketua
Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf dan pengajar Universitas Sumatera Utara, khususnya staf dan
pengajar di Program studi Teknik Elektro.
Universitas Sumatera Utara
5. Teristimewa kepada orang tua tercinta (J. Sihombing dan R. Tumanggor) yang
selalu mendoakan dan member motivasi dalam menyelesaikan penulisan
Tugas Akhir ini.
6. Saudara-saudara (K’Lastri, K’Juni. K’Eka, Santa, dan Eli Lolo) yang selalu
mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Sahabat dan juga sebagai saudara (B’Apli, K’Jojor, K’Beti, Hottery, Ema,
Meli, Deni, Indri, Resi, Amel, Mentari, Melisa, Nadia, Feby dan Yulantika)
yang selalu menolong, mendukung, dan memotivasi penulis menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
8. Teman-teman Ekstensi Teknik Telekomunikasi angkatan 2011, buat
kebersamaannya selama mengikuti pendidikan di Teknik Telekomunikasi
USU.
9. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang selalu
membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas
Akhir ini. Oleh karena itu, kritik dan saran penulis harapkan demi kesempurnaan
Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Maret 2014
Penulis
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ iii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................... viii
I.
II.
PENDAHULUAN............................................................................... 1
1.1
Latar Belakang Masalah.............................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah ....................................................................... 2
1.3
Tujuan Penulisan ......................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................... 3
1.5
Sistematika Penulisan ................................................................. 3
1.6
Hasil Simulasi ............................................................................. 4
1.7
Kesimpulan dan Saran................................................................. 4
Dasar Teori .........................................................................................
2.1
Antena Mikrostrip ...................................................................... 5
2.2
Parameter antena ........................................................................ 10
2.2.1 Volt Standing Wave Ratio (VSWR) ................................ 10
.2.2 Frekuensi ............................................................................ 12
2.2.3 Bandwidth ........................................................................ 12
2.2.4 Gain Antena ..................................................................... 14
2.2.5 Pola Radiasi ...................................................................... 16
2.2.6 Return Loss ...................................................................... 17
2.2.7 Impedansi Masukan .......................................................... 18
Universitas Sumatera Utara
2.3
Lokasi Titik Pencatu .................................................................. 18
2.4
Tekhnik Array ............................................................................ 18
2.5
Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi ............................. 19
2.5.1
Antena Mikrostrip patch segitiga Array ............................... 19
2.5.2
Lokasi pencatuan Antena mikrostrip Patch segitiga............. 20
2.6
T-Junction .................................................................................. 21
2.7
Power Divider ............................................................................ 21
2.8
Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ...................... 22
2.8.1 Proses Pencarian Solusi AWR Microwave Office.............. 23
2.8.2 Spesifikasi Setting Parameter Untuk Pengambilan Data... 24
2.9
WLAN ........................................................................................ 27
2.10 WiMAX...................................................................................... 28
2.10.1 Kelebihan WiMAX ......................................................... 30
2.10.2 Kekurangan WiMAX ...................................................... 30
2.11 Dual Band................................................................................... 31
III. PERANCANGAN ANTENA .............................................................. 32
3.1 Umum ......................................................................................... 32
3.2
Perangkat yang digunakan ......................................................... 32
3.3
Diagram Alir Perancangan Antena ............................................ 33
3.4
Perancangan Elemen Antena ..................................................... 34
3.5
Jenis Substrat yang digunakan ................................................... 36
3.6
Perancangan Lebar Salura Pencatu............................................ 36
3.7
Pengaturan Jarak antar Elemen.................................................. 37
3.8
Perancangan T-Junction ............................................................ 38
Universitas Sumatera Utara
IV. ANALISIS HASIL SIMULASI......................................................... 39
V.
4.1
Umum.......................................................................................... 39
4.2
Hasil Simulasi Elemen 2,45 GHz ............................................... 39
4.3
Hasil Simulasi 3.35 GHz ............................................................. 42
4.4
Hasil Simulasi Dual Band ........................................................... 44
4.5
Analisi Hasil Simulasi ................................................................. 47
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 54
5.1
Kesimpulan ................................................................................. 54
5.2
Saran............................................................................................ 55
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ................................... 5
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip ..................................................................... 8
Gambar2.3 Bentuk Patch Antena Mikrostrip ............................................... 9
Gambar 2.4 Pola Radiasi Antena Mikrostrip ................................................ 16
Gambar 2.5 Struktur Antena Mikrostrip ....................................................... 20
Gambar 2.6 T-Junction 50Ω ......................................................................... 21
Gambar 2.7 N-way Wilkinson Combiner ...................................................... 21
Gambar 2.8 Tampilan Awal AWR Microwave 2004..................................... 22
Gambar 2.9 Diagram Alir Perancangan Antena Menggunakan AWR ......... 24
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena Dual Band ......................... 30
Gambar 3.2 Ukuran Patch Antena Mikrostrip Patch Segitiga Array .......... 32
Gambar 3.3 Tampila TXLine 2003 Mencari Dimensi Saluran Pencatu ........ 33
Gambar 3.4 Tampila TXLine 2003 Mencari Perancangan T-Junction.......... 35
Gambar 4.1 Nial VSWR Rancangan Awal WLAN ...................................... 36
Gambar 4.2 Nilai VSWR Elemen Tunggal WLAN ...................................... 38
Gambar 4.3 Pola Radiasi dan Gain Elemen Tunggal WLAN ....................... 38
Gambar 4.4 Niali VSWR Rancangan Awal WiMAX................................... 39
Gambar 4.5 Nilai VSWR Optimal Elemen Tunggal WiMAX ..................... 40
Gambar 4.6 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX .................... 41
Gambar 4.7 Model Antena Array Segitiga Mikrostrip Dual-Band............... 41
Gambar 4.8 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array ... 42
Gambar 4.9Nilai VSWR yang Optimal Dual-Band...................................... 43
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Pola Radiasi dan Gain WLAN ................................................ 44
Gambar 4.11 Pola Radiasi dan Gain WiMAX .............................................. 45
Gambar 4.12 Nilai Z in pada Smith Chart ..................................................... 49
Gambar 4.13 Menentukan Bandwith Antena ................................................ 48
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi substrat ....................................................................... 32
Tabel 4.1 Data Hasil Iterasi Mengubah Panjang Sisi Patch Segitiga ........... 36
Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah Ukuran Patch Segitiga ................... 39
Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Jarak Letak Titik Pencatu ....................... 41
Tabel 4.4 Hasil Simulasi Sebelum dan Sesudah Iterasi ................................ 50
Universitas Sumatera Utara