Perancangan Antena Microstrip Patch Segiempat Array 8x1 Untuk Aplikasi Sistem Komunikasi 60 Ghz
TUGAS AKHIR
PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY
8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
IKHYAR ABADI SIREGAR
NIM : 110402051
P
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Spektrum frekuensi radio merupakan sumber daya alam terbatas yang
tersedia di setiap Negara di dunia. Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan akan
spektrum frekuensi semakin bertambah namun ketersediaan spektrum tidak
bertambah. Salah satu solusi yang ditawarkan oleh para peneliti adalah dengan
memanfaatkan spektrum frekuensi tinggi yang belum digunakan yaitu pada
spektrum frekuensi 60 GHz. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang
memiliki frekuensi kerja pada band 60 GHz. Metode perancangan yang
digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan antena array
sebanyak 8 elemen yang mampu bekerja dengan parameter antena yang
dibutuhkan.
Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa antena mikrostrip dengan 8
elemen susun memiliki return loss -14,67 dB, VSWR antena 1,54, lebar bandwith
antena 0,8 GHz dan gain antena 16,8 dB.
Kata kunci : Array, Spektrum Frekuensi, 60 GHz, Return Loss, Bandwith, Gain,
VSWR.
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 :
“PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY
8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda Syawaluddin Siregar dan ibunda Purnama Harahap yang senantiasa
memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga sekarang, serta
saudara-saudara tercinta 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 Hanfiah Rambe, S.T., M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas
Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T., selaku Penasehat Akademis penulis, atas
bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini.
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Emerson P. Sinulingga, S.T., M.Sc., Ph.D dan Bapak Rahmat Fauzi,
S.T, M.T selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
5.
Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6.
Temen - teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU,
Wahyudi, Hasan, Rido, Dhani, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang
selama ini membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
7.
Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
8.
Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi
masukan selama menjalani perkuliahan.
9.
Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali
pembelajaran.
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,
Mei 2016
Penulis
Ikhyar Abadi Siregar
NIM. 110402050
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum .................................................................................................... 5
2.2 Penggolongan Pita Frekuensi ................................................................ 5
2.3 Prospek Penggunaan Pita Frekuensi 60 GHz ........................................ 6
2.4 Antena Mikrostrip .................................................................................. 8
v
Universitas Sumatera Utara
2.5 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ..................................................... 9
2.6 Parameter Antena................................................................................... 11
2.7 Mikrostrip dalam Array ......................................................................... 13
2.8 Teknik Pencatuan Antena dan Penyesuaian Impedansi......................... 14
BAB III PERANCANGAN ANTENA
3.1 Umum…………………………………………………….. .................. 16
3.2 Diagram Alir Perancangan Antena ....................................................... 17
3.3 Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal ................................... 18
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan .................................................... 19
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch Segiempat Elemen
Tunggal ........................................................................................ 19
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1............... 23
3.4.1 Perancangan Skematik Antena Mikrostrip Patch
Segiempat Array 8x1 pada Simulator......................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum .................................................................................................... 29
4.2 Analisis Antena Patch Antena ............................................................... 29
4.3 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Arrary 8x1 .................... 32
vi
Universitas Sumatera Utara
4.4 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 Optimal ........ 35
4.5 Analisis Perbandingan Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan
Antena Array 8x1 Optimal .................................................................... 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 40
5.2 Saran ...................................................................................................... 40
DAFTAR PUSTAKA
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ..................................................... 8
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ................................................. 9
Gambar 3.1 Tahapan Perancangan Antena Mikrostrip ......................................... 17
Gambar 3.2 Pembuatan Workspace ...................................................................... 22
Gambar 3.3 Penyimpanan Workspace pada Library............................................. 22
Gambar 3.4 Skema Rancangan Antena Mikrostrip Elemen Tunggal ................... 23
Gambar 3.5 Rancangan Awal Antena pada Simulator.......................................... 24
Gambar 3.6 Pengisisan Karakteristik Antena Mikrostrip ..................................... 24
Gambar 3.7 Perancangan Saluran Pencatu 2 Antena Array.................................. 27
Gambar 3.8 Perancangan Saluran Pencatu 4 Antena Array.................................. 27
Gambar 3.9 Perancangan Saluran Pencatu 8 Antena Array.................................. 28
Gambar 3.10 Rangkaian Antena Mikrostrip Patch Segiempat Linear Array
8x1 ................................................................................................... 28
Gambar 4.1 Grafik S11 Antena Mikrostrip Patch Tunggal ................................... 29
Gambar 4.2 Menentukan Bandwith Antena .......................................................... 30
Gambar 4.3 Nilai Simulasi VSWR Antena ........................................................... 31
Gambar 4.4 Parameter Antena .............................................................................. 32
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Pola Radiasi Antena .......................................................................... 32
Gambar 4.6 Grafik S11 Antena Array 8x1 ........................................................... 33
Gambar 4.7 Menentukan Bandwith dan VSWR Antena Array 8x1 ..................... 33
Gambar 4.8 Parameter Antena Array 8x1 ............................................................. 34
Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Array 8x1 ......................................................... 34
Gambar 4.10 Perbandingan Grafik S11 Beberapa Optimasi Antena .................... 35
Gambar 4.11 Grafik S11 Rancangan Antena Array 8x1 Optimal ........................ 36
Gambar 4.12 Mencari VSWR dan Bandwith Rancangan Antena Optimal .......... 37
Gambar 4.13 Nilai Simulasi VSWR Antena Array 8x1 Optimal ......................... 37
Gambar 4.14 Parameter Antena Array 8x1 Optimal ............................................. 38
Gambar 4.15 Pola Radiasi Antena Array 8x1 Optimal ......................................... 38
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Frekuensi dan Panjang Gelombang....................................................... 5
Tabel 2.2 Berbagai Jurnal Penelitian Antena Mikrostrip yang Bekerja pada
Frekuensi 60 GHz ................................................................................. 6
Tabel 3.1 Karakteristik Antena yang Dibutuhkan................................................. 17
Tabel 4.1 Optimasi Dengan Perubahan pada Jarak Antara Patch ....................... 35
Tabel 4.2 Parameter Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan Antena Array
8x1 ........................................................................................................ 39
10
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY
8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
IKHYAR ABADI SIREGAR
NIM : 110402051
P
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Spektrum frekuensi radio merupakan sumber daya alam terbatas yang
tersedia di setiap Negara di dunia. Seiring berkembangnya zaman, kebutuhan akan
spektrum frekuensi semakin bertambah namun ketersediaan spektrum tidak
bertambah. Salah satu solusi yang ditawarkan oleh para peneliti adalah dengan
memanfaatkan spektrum frekuensi tinggi yang belum digunakan yaitu pada
spektrum frekuensi 60 GHz. Tugas akhir ini membahas antena mikrostrip yang
memiliki frekuensi kerja pada band 60 GHz. Metode perancangan yang
digunakan pada tugas akhir ini adalah dengan menggunakan antena array
sebanyak 8 elemen yang mampu bekerja dengan parameter antena yang
dibutuhkan.
Hasil yang diperoleh dari pengujian bahwa antena mikrostrip dengan 8
elemen susun memiliki return loss -14,67 dB, VSWR antena 1,54, lebar bandwith
antena 0,8 GHz dan gain antena 16,8 dB.
Kata kunci : Array, Spektrum Frekuensi, 60 GHz, Return Loss, Bandwith, Gain,
VSWR.
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 :
“PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT ARRAY
8X1 UNTUK APLIKASI SISTEM KOMUNIKASI 60 GHZ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda Syawaluddin Siregar dan ibunda Purnama Harahap yang senantiasa
memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga sekarang, serta
saudara-saudara tercinta 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 Hanfiah Rambe, S.T., M.T., selaku dosen Pembimbing Tugas
Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T., selaku Penasehat Akademis penulis, atas
bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini.
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Emerson P. Sinulingga, S.T., M.Sc., Ph.D dan Bapak Rahmat Fauzi,
S.T, M.T selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
5.
Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6.
Temen - teman Sub-Jurusan Telekomunikasi Teknik Elektro USU,
Wahyudi, Hasan, Rido, Dhani, Ferdi, Ari, Surya, Faisal, dan Oktri yang
selama ini membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
7.
Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2011 atas
dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
8.
Abang-abang senior yang selalu membantu, mendukung dan memberi
masukan selama menjalani perkuliahan.
9.
Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali
pembelajaran.
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,
Mei 2016
Penulis
Ikhyar Abadi Siregar
NIM. 110402050
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum .................................................................................................... 5
2.2 Penggolongan Pita Frekuensi ................................................................ 5
2.3 Prospek Penggunaan Pita Frekuensi 60 GHz ........................................ 6
2.4 Antena Mikrostrip .................................................................................. 8
v
Universitas Sumatera Utara
2.5 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ..................................................... 9
2.6 Parameter Antena................................................................................... 11
2.7 Mikrostrip dalam Array ......................................................................... 13
2.8 Teknik Pencatuan Antena dan Penyesuaian Impedansi......................... 14
BAB III PERANCANGAN ANTENA
3.1 Umum…………………………………………………….. .................. 16
3.2 Diagram Alir Perancangan Antena ....................................................... 17
3.3 Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal ................................... 18
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan .................................................... 19
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch Segiempat Elemen
Tunggal ........................................................................................ 19
3.4 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1............... 23
3.4.1 Perancangan Skematik Antena Mikrostrip Patch
Segiempat Array 8x1 pada Simulator......................................... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum .................................................................................................... 29
4.2 Analisis Antena Patch Antena ............................................................... 29
4.3 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Arrary 8x1 .................... 32
vi
Universitas Sumatera Utara
4.4 Analisis Antena Mikrostrip Patch Segiempat Array 8x1 Optimal ........ 35
4.5 Analisis Perbandingan Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan
Antena Array 8x1 Optimal .................................................................... 39
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 40
5.2 Saran ...................................................................................................... 40
DAFTAR PUSTAKA
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip ..................................................... 8
Gambar 2.2 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ................................................. 9
Gambar 3.1 Tahapan Perancangan Antena Mikrostrip ......................................... 17
Gambar 3.2 Pembuatan Workspace ...................................................................... 22
Gambar 3.3 Penyimpanan Workspace pada Library............................................. 22
Gambar 3.4 Skema Rancangan Antena Mikrostrip Elemen Tunggal ................... 23
Gambar 3.5 Rancangan Awal Antena pada Simulator.......................................... 24
Gambar 3.6 Pengisisan Karakteristik Antena Mikrostrip ..................................... 24
Gambar 3.7 Perancangan Saluran Pencatu 2 Antena Array.................................. 27
Gambar 3.8 Perancangan Saluran Pencatu 4 Antena Array.................................. 27
Gambar 3.9 Perancangan Saluran Pencatu 8 Antena Array.................................. 28
Gambar 3.10 Rangkaian Antena Mikrostrip Patch Segiempat Linear Array
8x1 ................................................................................................... 28
Gambar 4.1 Grafik S11 Antena Mikrostrip Patch Tunggal ................................... 29
Gambar 4.2 Menentukan Bandwith Antena .......................................................... 30
Gambar 4.3 Nilai Simulasi VSWR Antena ........................................................... 31
Gambar 4.4 Parameter Antena .............................................................................. 32
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 Pola Radiasi Antena .......................................................................... 32
Gambar 4.6 Grafik S11 Antena Array 8x1 ........................................................... 33
Gambar 4.7 Menentukan Bandwith dan VSWR Antena Array 8x1 ..................... 33
Gambar 4.8 Parameter Antena Array 8x1 ............................................................. 34
Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Array 8x1 ......................................................... 34
Gambar 4.10 Perbandingan Grafik S11 Beberapa Optimasi Antena .................... 35
Gambar 4.11 Grafik S11 Rancangan Antena Array 8x1 Optimal ........................ 36
Gambar 4.12 Mencari VSWR dan Bandwith Rancangan Antena Optimal .......... 37
Gambar 4.13 Nilai Simulasi VSWR Antena Array 8x1 Optimal ......................... 37
Gambar 4.14 Parameter Antena Array 8x1 Optimal ............................................. 38
Gambar 4.15 Pola Radiasi Antena Array 8x1 Optimal ......................................... 38
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Frekuensi dan Panjang Gelombang....................................................... 5
Tabel 2.2 Berbagai Jurnal Penelitian Antena Mikrostrip yang Bekerja pada
Frekuensi 60 GHz ................................................................................. 6
Tabel 3.1 Karakteristik Antena yang Dibutuhkan................................................. 17
Tabel 4.1 Optimasi Dengan Perubahan pada Jarak Antara Patch ....................... 35
Tabel 4.2 Parameter Antena Mikrostrip Patch Tunggal dan Antena Array
8x1 ........................................................................................................ 39
10
Universitas Sumatera Utara