Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Pada Frekuensi 2,4 Ghz Dengan Metode Pencaruan Inset

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2,4 GHZ DENGAN METODE
PENCARUAN INSET

OLEH :

DENNY PASARIBU
NIM : 090402049

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

12
Universitas Sumatera Utara

RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH
SEGIEMPAT PADA FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN METODE
PENCATUAN INSET


Oleh :
DENNY PASARIBU
NIM : 090402049
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 8 bulan Januari tahun 2014 di depan penguji
1) Naemah Mubarakah, ST. MT

: Ketua Penguji

2) Ir. Arman Sani, MT

: Anggota Penguji


Disetujui Oleh :
Pembimbing Tugas Akhir

(Ali Hanafiah Rambe, ST.MT)
NIP : 197808262003121001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si)
NIP : 19540531 198601 1 002

12
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Antena menjadi perangkat yang sangat penting dalam komunikasi nirkabel.
Seiiring dengan kemajuan teknologi dan berkembangnya teknologi semikonduktor
memicu akan 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 patch segiempat
yang mampu bekerja pada frekuensi 2,45 GHz (2,4 GHz – 2,5GHz) untuk aplikasi
wifi. Perancangan antena menggunakan teknik pencatuan inset. Dimana pencatuan ini
merupakan turunan dari pencatuan microstrip feed line.
Berdasarkan hasil pengukuran, bandwidth antena yang diperoleh sebesar 112
MHz (2,388 – 2,5 GHz) pada VSWR≤ 2. Pada frekuensi tengah antena (2,45 GHz)
diperoleh return loss sebesar -14,77 dB, VSWR sebesar 1,45, pola radiasi
unidirectional, serta gain 6 dBi.

12
Universitas Sumatera Utara

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 MICROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PADA
FREKUENSI 2,4 GHZ DENGAN METODE PENCATUAN INSET”
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 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


12
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. Ibu Syiska Yana, ST.MT 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. Kak Lisna, Bang Franki dan Adek Donny yang turut 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.
10. Teman-teman PM, Huskar Marbun, Gondar Hutabarat, Kael
Simanjuntak, Venge Marpaung, Gyro Tohang, Zeus Tamba, Ursa

Tanzil, Slark Sitorus, Phoenix Sitompul, Traxex Simanjuntak,
Yurnero Napitupulu, Magi Sihombing, Weaver Tampubolon, Raijin
Pandiangan.
11. Bang Rumi, Kak Friska, dan Metha yang ikut membantu Penulis
dalam mengambil data simulasi maupun pengukuran.

12
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAK .....................................................................................................................

i

KATA PENGANTAR ................................................................................................ ..

ii

DAFTAR ISI ..................................................................................................................


iv

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL .......................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................................. 3
1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir ........................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ................................................................................................ 3
1.5 Metodologi Penelitian ........................................................................................ 4
1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI ................................................................................................... 6
2.1 Antena ................................................................................................................. 6
2.2 Antena Mikrostrip ................................................................................................ 7
2.2.1

Parameter-Parameter Antena Mikrostrip ................................................. 8

2.2.1.1 VSWR ..............................................................................................


9

2.2.1.2 Bandwidth ........................................................................................

10

2.2.1.3 Gain ..................................................................................................

11

2.2.1.4 Return Loss .......................................................................................

13

2.2.1.5 Pola Radiasi ......................................................................................

13

2.2.1.6 Directivity .........................................................................................


14

2.2.1.7 Impedansi Masukan ..........................................................................

15

2.2.2

Dimensi Antena ....................................................................................... 15

2.2.3

Metode Pencatuan ................................................................................... 18

12
Universitas Sumatera Utara

2.2.4

Rugi-rugi Saluran Mikrostrip .................................................................. 21


2.2.4.1 Rugi-rugi Dielektrik .........................................................................

22

2.2.4.2 Rugi-rugi Konduktor .......................................................................

22

2.2.4.3 Rugi-rugi Radiasi .............................................................................

23

2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi)
......................................................................................
2.3.1

24

Protokol Wireless ..................................................................................... 24


2.3.1.1 Protokol 802.11a ..............................................................................

25

2.3.1.2 Protokol 802.11b ..............................................................................

25

2.3.1.3 Protokol 802.11g ..............................................................................

25

2.4 AWR Microwave Office 2004 2537R v.6.51
.........................................................
BAB III PERANCANGAN

27

........................................................................................... 28

3.1 Umum ................................................................................................................. 28
3.2 Flowchart Perancangan Antena .......................................................................... 23
3.3 Alat Yang Digunakan ......................................................................................... 30
3.4 Jenis Substrat dan Frekuensi Kerja yang Digunakan .......................................... 31
3.5 Perancangan Ukuran Antena .............................................................................. 32
3.5.1

Menentukan Lebar Patch ...................................................................... 32

3.5.2

Menentukan Panjang Patch .................................................................. 33

3.5.3

Menentukan Lebar Saluran Pencatu ...................................................... 34

3.5.4

Menentukan Panjang Inset ..................................................................... 34

3.6 Hasil Perancangan Antena ................................................................................... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................... 38
4.1 Hasil Simulasi ....................................................................................................... 38
4.2 Hasil Pengukuran Antena Fabrikasi .................................................................... 40

12
Universitas Sumatera Utara

4.3 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran ............................................................. 46
4.4 Analisis Capaian Spesifikasi Antena .................................................................... 49
4.5 Persen Error ......................................................................................................... 50
4.6 Analisis Kesalahan Umum .................................................................................. 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 52
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 52
5.2 Saran .................................................................................................................... 52
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... vi
LAMPIRAN ...................................................................................................................... vii

12
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Macam-macam Antena ...............................................................................

6

Gambar 2.2 Antena Mikrostrip[1] ..................................................................................

8

Gambar 2.3 Bentuk Grafis Pola Radiasi Antena[1] .......................................................

14

Gambar 2.4 Antena Mikrostrip dengan Pencatuan Microstrip Line ............................... 19
Gambar 2.5 Antena Mikrostrip Dengan Pencatuan Coaxial Probe ................................ 19
Gambar 2.6 Antena mikrostrip dengan pencatuan aperture coupling ........................... 20
Gambar 2.7 Antena mikrostrip dengan pencatuan proximity coupling ............................ 20
Gambar 2.8 Antena mikrostrip dengan pencatuan microstrip inset line .......................... 21
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena ................................................................. 29
Gambar 3.2 Desain antena mukrostrip patch segiempat dengan pencatuan inset .............

36

Gambar 3.3 Hasil rancangan antena disimulator .............................................................

36

Gambar 4.1 Grafik hasil simulasi (a)return loss (b)VSWR (c)gain ................................. 39
Gambar 4.2 Hasil fabrikasi antena inset 8 mm (a)depan (b) belakang ............................. 41
Gambar 4.3 Grafik hasil pengukuran (a)return loss (b) VSWR ....................................... 42
Gambar 4.4 Pola radiasi antena fabrikasi pada inset 7 mm ............................................... . 44
Gambar 4.5 Level penerimaan kuat sinyal (a)Antena dipol (b)Antena mikrostrip ............ 45
Gambar 4.6 Perbandingan Grafik Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran .................. 47
Gambar 4.5 Perbandingan Grafik VSWR Hasil Simulasi dan Pengukuran ........................ 49

12
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pembagian kanal frekuensi jaringan wireless pada frekuensi 2.4 GHz
berdasarkan standar IEEE 802.11g [11] ........................................................ 26
Tabel 3.1 Spesifikasi substrat .......................................................................................... 31
Tabel 3.2 Ukuran dimensi antena ...................................................................................

35

Tabel 3.3 Pengaturan software untuk simulasi AWR ....................................................... 30
Tabel 4.1 Hasil iterasi ukuran inset antena mikrostrip pada AWR ................................... 40
Tabel 4.2 Hasil pengukuran S21 ...................................................................................... 43
Tabel 4.3 Perbedaan nilai return loss dari 2,

20 GHz sampai 2,60 GHz ..................... 46

Tabel 4.4 Perbedaan nilai VSWR dari 2,20 GHz sampai 2,60 GHz ................................. 48
Tabel 4.5 Capaian spesifikasi Antena ................................................................................ 49

12
Universitas Sumatera Utara