BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI 2.1 Umum - Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Circular (2,45 Ghz) Dengan Teknik Planar Array Sebagai Penguat Sinyal WI-FI

BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI

2.1 Umum

Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain.

Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik. Suatu sumber yang dihubungkan dengan saluran transmisi yang tak terhingga panjangnya menimbulkan gelombang berjalan yang uniform sepanjang saluran itu. Jika saluran ini dihubung singkat maka akan muncul gelombang berdiri yang disebabkan oleh interferensi gelombang datang dengan gelombang yang dipantulkan. Jika gelombang datang sama besar dengan gelombang yang dipantulkan akan dihasilkan gelombang berdiri murni. Konsentrasi-konsentrasi energi pada gelombang berdiri ini berosilasi dari energi listrik seluruhnya ke energi magnet total dua kali setiap periode gelombang itu.

Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena[1]. Jika saluran transmisi disesuaikan

dengan impedansi antena, maka hanya ada gelombang berjalan ke arah B saja. Pada A ada saluran transmisi yang dihubungkan singkat dan merupakan

resonator . Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini

merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[1].

E Gambar 2.1 _{sumber sal. transmisi antena Gel. ruang bebas teradiasi} Antena sebagai peralatan transisi

2.2 Model Cavity

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

2.2. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrat tipis (h ≪

λo)[2]:

a. Medan elektrik E hanya terdiri atas komponen z, dan medan magnetik H terdiri atas komponen transverse (komponen x dan y) 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.

Dengan peninjauan seperti diatas, maka Persamaan 2.1-2.4 Maxwel untuk daerah diantara patch dengan bidang pentanahan dituliskan sebagai berikut:

2.1 = −

2.2 = +

2.3 . =

. = 2.4 Dimana adalah permitivitas dari substrat, adalah permeabilitas ruang hampa,dan J adalah rapat arus.

Gambar 2.2 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch

Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah permukaan elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.2). Distribusi muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik–menarik terjadi antara dua muatan yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan menyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan menyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi.

Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrat dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan menyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin menurun arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna. Hal ini menyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang sempurna karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat)

lossless

, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impedansi masukannya akan murni reaktif [2].

2.3 Antena Mikrostrip Patch Circular

Antena mikrostrip dengan patch circular memilki performa yang sama dengan antena mikrostrip patch segiempat. Pada aplikasi tertentu, seperti array,

patch circular ini akan menghasilkan keuntungan dibandingkan dengan patch

yang lainnya. Antena mikrostrip dengan patch circular ini akan lebih mudah dimodifikasi untuk menghasilkan jarak nilai impedansi, pola radiasi, dan frekuensi kerja. Untuk menganalisis antena mikrostrip patch circular ini banyak metode yang telah digunakan, termasuk diantaranya dengan menggunakan model rongga (cavity model). Untuk lebih memahami antena mikrostrip patch circular ini dapat dilihat pada Gambar 2.3.[3].

patch Substrate 1

patch feed

feed

Substrate 2 grounplane

a. Tampilan mikrostrip circular dari atas

b. Tampilan mikrostrip circular dari samping

Gambar 2.3 Antena mikrostrip patch circular Di dalam merancang antena mikrostrip patch circular ada pertimbangan yang harus di perhatikan, yaitu pertimbangan memilih substrat untuk antena mikrostrip patch circular sama seperti antena mikrostrip patch persegi panjang, yaitu dimulai dengan memilih bahan dielektrik yang cocok dengan menyesuaikan tingkat ketebalan h dan rugi-rugi garis singgung. Semakin tebal substrat, di samping secara mekanik akan lebih kuat, akan meningkatkan daya radiasi, mengurangi rugi-rugi konduktor, dan memperbaiki impedansi bandwidth. Bagaimanapun hal ini juga akan meningkatkan berat, rugi-rugi dielektrik, rugi- rugi gelombang permukaan, dan radiasi yang tidak berhubungan dari penyulang pemeriksa. Konstanta substrat dielektrik r memiliki fungsi yang sama seperti

ketebalan substrat. Nilai r yang rendah akan meningkatkan daerah pinggir dari

keliling patch, sehingga akan meradiasikan daya. Oleh karena itu substrat dengan nilai r

ε ≤ 2.5 lebih baik kecuali jika diinginkan ukuran patch yang lebih kecil.

Meningkatnya ketebalan substrat akan memiliki dampak yang sama ketika menurunnya nilai r dari karakteristik antena. Rugi-rugi garis singgung yang

tinggi akan meningkatkan rugi-rugi dielektrik dan oleh karena itu hal ini akan menurunkan efisiensi antena. Bahan yang biasa digunakan sebagai substrat diantaranya adalah honeycomb ( r = 1.07 ), duroid ( r = 2.32 ), quartz ( r = 3.8 ),

ε ε ε

dan alumina ( ε r = 10). Jadi substrat yang digunakan haruslah memiliki konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini bertujuan agar diperoleh efisiensi radiasi yang lebih tinggi. Selain itu substrat yang semakin tebal akan meningkatkan impedansi bandwidth .

Metalisasi patch dengan jari-jari ditentukan oleh kondisi resonansi dengan Persamaan 2.5 di bawah ini :

2.5 Dimana untuk mencari nilai jari-jari patch (a) digunakan Persamaan dibawah ini:

2.6 nilai dari a yang diinginkan pada frekuensi kerja (f ) dan konstanta dielektrik

relatif ( εr) didapatkan dengan menggunakan Persamaan 2.7 berikut ini[3]:

9 8.794 10

2.7

r √

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja (f ) yang digunakan untuk mencari panjang gelombang

diruang bebas ( ) pada Persamaan 2.8:

2.8

) Setelah nilai ( diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip (

△ ) dapat dihitung dengan Persamaan 2.9:

2.9

△ =

√

Impedansi karakteristik antena mikrostrip ditentukan dengan Persamaan 2.10 sebagai berikut[3]:

△

= 60

2.10 Dimana : W : Diameter elemen peradiasi (mm).

2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter- parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan menganalisis suatu antena adalah Bandwidth, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), Gain antena, Impedansi masukan, Retrun loss, Pola radiasi dan Keterarahan (Directivity) [2].

2.4.1 Bandwith Antena

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana

kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti Voltage

Standing Wave Ratio (VSWR), Gain Antena, Impedansi Masukan, Retrun loss,

Pola radiasi dan Keterarahan (Directivity) memenuhi spesifikasi standar. Gambar 2.4 memperlihatkan grafik rentang frekuensi yang menjadi bandwidth[4].

bandwith _{Return loss} -10dB

Gambar 2.4 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith

Dalam menentukan bandwidth antena penting untuk menspesifikasikan kriteria apa saja yang digunakan karena tidak terdapat definisi yang baku dari

bandwidth. Jadi, bandwidth suatu antena ditentukan oleh parameter apa yang

digunakan. Beberapa definisi dari bandwidth yang berhubungan dengan antena mikrostrip adalah [4]: a. Impedance bandwidth adalah rentang frekuensi tertentu dimana patch antena matching dengan saluran catunya. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena (patch dan saluran pencatu) bervariasi nilainya menurut frekuensi. Kondisi matching dari suatu elemen antena dapat dilihat dari retrun loss atau VSWR. Pada umumnya nilai retrun loss yang diminta < -9,54 dBi atau VSWR <2, namun pada beberapa sistem ada yang meminta retrun loss < -15 dBi atau VSWR<1,5.

b. Pattern bandwidth adalah rentang frekuensi dengan beamwidth, sidelobe, atau gain memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus kita tentukan sehingga besarnya bandwidth dapat ditentukan. Seperti property antena lainnya, beamwidths, sidelobe, dan gain juga bervariasi menurut frekuensi.

c. Axial Ratio Bandwidth (ARBW) adalah rentang frekuensi dimana polarisi (linier atau melingkar) masih terjadi. Dengan menentukan nilai maksimum dari cross-polarization atau axial ratio, maka bandwidth antena dengan polarisasi linier atau melingkar dapat ditentukan. Pada umumnya nilai batas ARBW <3. Nilai ARBW yang semakin mendekati 1 menunjukkan polarisasi antena yang semakin melingkar.

Bandwidth (BW) antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth

karena bersifat relative lebih konstan terhadap fekuensi dan dirumuskan pada Persamaan 2.11[4]:

−

2.11

= 100%

Dengan : f 1 = frekuensi tertinggi dalam band (GHz). f = frekuensi terendah dalam band (GHz).

f c = frekuensi tengah dalam band (GHz),

2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara ampiltudo gelombang berdiri (standing

wave ) maksimum (|V| max ) dengan minimum (|V| min ). Pada saluran transmisi ada

dua komponen (Vo ) dan tegangan yang direfleksikan (Vo ). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan

(Γ) menggunakan Persamaan 2.12[5]:

− −

2.12

Γ = =

Dimana Z L adalah impedansi beban (load) dan Zo adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan Γ (Γ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian i majiner dari Γ adalah nol, maka:

Γ = − 1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat. •

Γ = :tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. •

Γ = +

1 • : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah dengan Persamaan 2.13[5]:

| �| 1+|Γ|

2.13 =

| �| 1−|Γ|

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR

≤ 2.

2.4.3 Return Loss

Retrun loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirim. Retrun loss digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan

(Vo ) sebanding dengan gelombang yang dikirim (Vo ). Retrun loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya Retrun loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan menggunakan Persamaan 2.14-2.15[2].

| �| 1+ |Γ| −1 = =

2.14

= | �| 1− |Γ| +1

2.15 = 20 Γ|

2.4.4 Pola Radiasi Antena Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat.

Disebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan diluasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional. Pola radiasi antena adalah plot-3 dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena atau plot-3 dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena[5].

2.4.4.1 Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena Omnidirectional mempunyai sifat umum radiasi atau pancaran sinyal yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughout) dengan pusat berimpit. Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 gain sekitar 3-12 dBi, yang digunakan untuk hubungan Point-To-Multi-Point (P2Mp) atau satu titik ke banyak titik di sekitar daerah pancaran. Yang bekerja dari jarak 1-5 km, akan menguntungkan jika client atau penerima menggunakan antena directional atau antena yang terarah. Gambar 2.5 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional[6].

Gambar 2.5 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional

2.4.4.2 Pola Radiasi Antena Sectoral

Antena Sectoral hampir mirip dengan antena omnidirectional, yang juga digunakan untuk hubungan Point-to Multi-Point (P2Mp) links. Beberapa antena sectoral dibuat vertikal dan ada juga yang horizontal. Antena ini mempunyai gain yang lebih besar dibandingkan dengan antena omnidirectional yaitu 10-20 dBi,

yang bekerja pada jarak atau area 6-8 km. Sudut pancaran antena ini adalah 45 180 dan tingkat ketinggian pemasangannya harus diperhatikan agar tidak terdapat kerugian dalam penangkapan sinyal. Gambar 2.6 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena sectoral [6].

Gambar 2.6 Bentuk pola radiasi antena sectoral

2.4.4.3 Pola Radiasi Antena Directional

Antena directional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relatif jauh. Jenis antena ini digunakan pada sisi client (penerima) dan mempunyai gain yang sangat tinggi yang diarahkan ke titik sumber pancaran sinyal. Contoh yang biasa digunakan dari jenis antena ini yaitu yagi digunakan untuk jarak pendek karena penguatannya rendah dan mempunyai penguatan antara 7-19 dBi, parabolic (parabola) digunakan untuk jarak menengah atau sedang dan mempunyai penguatan antara 18-28 dBi, wajan bolic jenis antena ini sering digunakan di sisi client (penerima) pada jaringan RT/RW-net. Gambar 2.7 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena directional[6].

2.4.5 Impedansi Masukan

Impedansi masukan dari suatu antena dapat dilihat sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan, ( ) terdiri dari bagian real (R in ) dan imajiner (X in ) dengan Persaamaan 2.16 [2].

Z in = ( R in + j X in )

Ω 2.16 Resistansi masukan (R in ) mewakili disisipi yang terjadi karena dua hal.

Pertama karena daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali lagi (radiasi), yang kedua karena rugi-rugi ohmic yang terkait dengan panas pada struktur antena. Namun pada banyak antena, rugi-rugi ohmic sangat kecil bila dibandingkan dengan rugi-rugi akibat radiasi tersimpan pada medan dekat antena.

Kondisi matching harus dibuat sedemikian rupa sehingga mendekati 50 + j0Ω.

2.4.6 Gain Antena Gain adalah perbandingan antara rapat daya per satuan unit antena terhadap

rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan Persamaan 2.17[6] :

G = x D 2.17

Dimana : G : Gain antena (dBi) Efisiensi antena

η :

D : Directivity Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute gain dan relative antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya diterima oleh antena (P in ) dibagi 4 π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaan2.18[7]:

( , )

2.18

= 4

Dimana : ( , ) : Intensitas radiasi pada arah tertentu

P in : Intensitas radiasi yang diterima Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena refensi merupakan sumber isotropic yang lossless (P in (lossless)). Secara rumus dapat dihubungkan pada Persamaan 2.19[7] :

4 ( , )

2.19

Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan menggunakan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan level penerimaan sinyal. Untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.20 berikut ini:

2.20 ( ) = ( ) − ( ) + ( ) Dimana: Ga : Gain total antena Pa : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm) Ps : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm) Gs : Gain antena referensi

2.4.7 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang dir adiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.21 berikut ini [2] :

4 =

2.21 =

Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.22[2] :

4 = = =

2.22 Keterangan :

D = keterarahan D = keterarahan maksimum U = intensitas radiasi maksimum U max = intensitas radiasi maksimum U

= intensitas radiasi pada sumber isotropic

P rad = daya total radiasi

Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.23 berikut ini:

2.23 =

1 Dimana nilai dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.24 berikut

ini:

120 =

2.24 �

90 Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25 sebagai berikut: = 2

2.25 Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persama- an 2.26 sebagai berikut:

= ×

2.26 Keterangan: = banyak elemen yang akan dirancang

2.5 Teknik Pencatuan

Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada awalnya pencatuan secara langsung banyak digunakan karena mempunyai kelebihan, yaitu sangat sederhana dalam terdapat pada pencatuan ini, seperti sangat sulit jika antena mikrostrip akan disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau bandwidth yang sempit sekitar 2% - 5% [3].

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. Dengan teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling) tidak ada kontak langsung antara saluran transmisi dengan elemen peradiasinya.

Ada dua teknik teknik pengkopelan yang biasanya digunakan pada pencatuan ini, yaitu proximity coupling yang diperkenalkan oleh Oltman dan Huebner pada tahun 1981 dan aperture coupling yang diperkenalkan oleh Pozar, Grunoa dan Wolf pada tahun 1986[3].

Untuk rancang bangun antena mikrostrip ini digunakan teknik pencatuan

proximity coupling . Pada teknik pencatuan ini saluran transmisi (feedline)

diletakan pada posisi yang lebih rendah dari patch, lebih tepatnya dibawah patch, mekanisme penggandengan yang akan timbul akan,seperti terlihat pada Gambar

2.8. Pendekatan ini digunakan dua buah substrat, dimana patch pada substrat bagian atas dengan bidang pentanahannya dihilangkan seluruhnya dan substrat yang berada pada bagian bawah merupakan saluran transmisinya (feedline).

Gambar 2.8

Teknik pencatuan metode proximity coupling

2.6 Teknik Array

Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan seperti memiliki bentuk yang sederhana, efisien, ekonomis, dan mudah pembuatannya. Namun demikian antena mikrostrip ini juga memiliki kelemahan yang sangat mendasar, yaitu

bandwidth

yang sempit, keterbatasan gain, dan daya yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan menambah patch secara array.

Antena mikrostrip array merupakan gabungan dari beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri, paralel, atau gabungan keduanya. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen tunggal. Untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap elemen array berinterferensi secara konstruktif pada arah yang diinginkan dan berinterferensi secara destruktif pada arah lain.

Ada beberapa macam konfigurasi antena array, diantaranya linear, planar, dan circular. Masing masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear

planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola

radiasi.

Antena mikrostrip bentuk array memiliki beberapa kelebihan dibanding dengan antena mikrostrip konvensional. Kelebihannya yaitu memiliki bandwidth dan gain yang lebih besar. Disamping memiliki kelebihan, antena jenis ini juga memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan suatu jalur transmisi/pencatu antara elemen peradiasi dan input connector untuk mengurangi rugi-rugi sehingga mengurangi efisiensi antena.

Pada antena array terdapat Array Factor (AF) yang merupakan pengali dari medan elektrik dari elemen tunggal. Array Factor inilah yang menentukan bagaimana pola radiasi dan seberapa besar tingkat daya yang diradiasikan oleh antena tersebut. Gambar 2.9 menunjukkan antena mikrostrip dengan teknik array.

Teknik Linier Array Teknik Planar Array Teknik Circular Array

2.7 Impedance Matching

Impedance matching

merupakan cara atau teknik yang dipakai untuk menyesuaikan dua impedansi yang tidak sama, yaitu impedansi karakteristik saluran (Z o ) dan impedansi beban (Z L ). Beban dapat berupa antena atau rangkaian lain yang mempunyai impedansi ekivalen. Impedance matching mempunyai peranan yang sangat penting untuk memaksimalkan transfer daya dari sumber sinyal ke beban. Kondisi yang sesuai (match) antara impedansi karakteristik saluran dengan beban akan menghasilkan transfer daya yang maksimal karena redaman yang disebabkan daya pantul akan diminimalkan. Pada prinsipnya, untuk menyesuaikan impedansi saluran dengan impedansi beban dilakukan dengan menyisipkan suatu “transformator impedansi” yang berfungsi mengubah impedansi beban sama dengan impedansi karakteristik saluran. Ada beberapa bentuk atau model teknik penyesuaian impedansi ini, diantaranya adalah, transformator λ/4, single stub tuner, double stub tuner, dan lumped circuit. Pada Tugas Akhir ini digunakan teknik transformator λ/4[2].

Transformator λ/4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi Z T di antara dua saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transformato r ini λ/4 adalah sebesar

= dimana λg merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang

4 besarnya dapat dihitung dengan Persamaan 2.27.

2.27

�

adalah panjang gelombang pada ruang bebas. Nilai impedansi Z T dapat dimana λ dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.28[2].

2.28

�

2.8 Power Divider

Salah satu teknik yang dapat mendukung impedance matching pada saluran transmisi khususnya untuk antena mikrostrip array adalah power divider (combiner). Dalam hal ini, metoda Wilkinson merupakan teknik yang umum digunakan. Gambar 2.10 memperlihatkan power divider metoda Wilkinson [8]. ₁ _Z _Z Z R ₂ _R _{R = Z} _Z ₁

3 R _R _Z N

Gambar 2.10 N-way Wilkinson Combiner

Pada metoda Wilkinson, nilai impedansi Z diberikan dengan Persamaan 2.29 berikut [8].

2.29

= √

dimana N adalah jumlah titik pencabangan.

2.9 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 2.11 [8].

Gambar 2.11

T-junction 50 ohm

2.10 WI-FI (Wireless Fidelity)

Wireless adalah koneksi suatu perangkat dengan perangkat lainnya tanpa

menggunakan kabel. Wireless internet merupakan koneksi internet yang menggunakan frekuensi radio dan bekerja pada kecepatan tinggi yaitu 11-54 Mbps, jauh lebih cepat daripada layanan internet melalui telepon yang hanya kecepatan maksimum 56 Kbps (milik telkom). Pemakaian wireless internet memungkinkan akses internet selama 24 jam dengan biaya sangat murah karena wireless internet tidak akan dikenakan pulsa, sehingga pemakai hanya dikenakan biaya pembayaran kepada Internet Service Provider (ISP).[9]

Wifi kependekan dari Wireless fidelity, adalah sekumpulan standar yang digunakan untuk jaringan lokal nirkabel (Wireless Local Area Network – WLAN).

Secara teknis operasional, wifi merupakan salah satu varian teknologi komunikasi dan informasi yang bekerja pada jaringan dan perangkat WLAN (Wireless Local

Area Network) . Dengan kata lain, wifi adalah nama dagang (certification) yang

diberikan pabrikan kepada perangkat telekomunikasi (internet) yang bekerja di jaringan W-lan dan sudah memenuhi kualitas interoperability yang dipersyaratkan.

Wifi adalah koneksi tanpa kabel seperti handphone dengan menggunakan

teknologi radio sehingga pemakainya dapat mentransfer data dengan cepat dan aman. wifi hanya dapat di akses dengan komputer, laptop, PDA atau Cellphone yang telah dikonfigurasi dengan wifi certified Radio.

Karena sistem wifi mengunakan transmisi frekuensi secara bebas, maka pancaran sinyal yang ditransmit pada unit wifi dapat ditangkap oleh komputer lain sesama pemakai wifi. Tentu kita tidak seseorang masuk kedalam jaringan Network tanpa izin. Pada teknologi wifi ditambahkan juga sistem pengaman misalnya WEP

(Wired Equivalent Privacy)

untuk pengaman sehingga antar komputer yang telah memiliki otorisasi dapat saling berbicara. Pada frekuensi wifi, ada beberapa

channel yang diizinkan beroperasi masing-masing 5 MHz, diperlihatkan pada

Tabel 2.1[9].

Tabel 2.1 Channel pada wifi

Channel Frekuensi 1 2,412 MHz 2 2,417 MHz 3 2,422 MHz 4 2,427 MHz 5 2,432 MHz 6 2,437 MHz 7 2,442 MHz 8 2,447 MHz 9 2,452 MHz

10 2,457 MHz 11 2,462 MHz 12 2,467 MHz 13 2,472 MHz 14 2,477 MHz 15 2,482 MHz 16 2,487 MHz 17 2,492 MHz

2.10.1 Keunggulan dan Kelemahan Jaringan Wireless

Jaringan wireless memiliki beberapa keunggulan dan kelemahan. Beberapa keunggulannya diantaranya biaya pemeliharannya murah, infrastrukturnya ber- dimensi kecil, pembangunannya cepat, mudah dikembangkan, mudah dan murah untuk direlokasi dan mendukung portabelitas.

Sedangkan kelemahannya adalah biaya peralatan mahal, delay yang besar, adanya masalah propagasi radio (terhalang bangunan, interferensi), kapasitas jaringan terbatas, dan keamanan data (kerahasiaan) kurang terjamin[9].

2.11 Ansoft High Frequency Structure Simulator V.10

Banyak perangkat lunak (Software) simulasi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah Ansoft High

Structure Simulator V.10. Dalam Tugas Akhir ini, penulis menggunakan Ansoft

High Structure Simulator V.10 untuk menganalisis karakteristik antena mikrostrip

yang penulis buat dalam Tugas Akhir ini.

Ansoft High Structure Simulator V.10 juga merupakan dasar dari perancangan desain yang menyarankan pemakai untuk mendesain model dan mensimulasikan secara analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan sirkuit, dan memperformasikan sinyal tersebut. Dalam software ini terbentuk- bentuk skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam bentuk visualisasi dan analisis data.

Ansoft

HFSS V.10 menggunakan teknik Finite Elemen Method (FEM) dalam menghitung parameter antena. FEM adalah sebuah teknik penyelesaian dengan cara mendiskretisasi (membagi-bagi) volume dari antena menjadi bagian Ukuran panjang sisi dari bagian-bagian tersebut maksimal harus lebih pendek dari 1/10 panjang gelombang. Sehingga jika struktur yang akan dihitung mempunyai dimensi yang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombang, maka jumlah segitiga yang digunakan juga akan banyak, dan ini berarti jumlah

unknown atau dimensi matrix yang akan diinversikan juga akan bertambah.

2.12 Aplikasi Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip sudah banyak digunakan dalam era informasi saat ini.Umumnya aplikasi yang telah digunakan antara lain adalah Wimax, W-LAN,

bandpass filter, mobile satellite [4].

A. Wimax Dalam penggunaan mikrostrip untuk Wimax yang bekerja pada frekuensi 2,3 GHz yang ditunjukkan pada Gambar 2.12[4].

Gambar 2.12 Mikrostrip pada Wimax B. W-LAN Antena mikrostrip yang digunakan adalah antenna mikrostrip planar array yang berfungsi untuk menambah penguatan pada W-LAN.Antena mikrostrip dalam penggunaan W-LAN dapat dilihat pada Gambar 2.13[4].

Gambar 2.13

Mikrostrip pada W-LAN

c. Bandpass Filter Bandpass filter bertugas untuk menyaring sinyal yang berada ditengah, sinyal rendah dan tinggi ditolak.Antena mikrostrip adalah teknologi yang paling fleksible untuk merancang filter. Filter Hairpin berikut ini bekerja pada frekuensi 2,45 GHz yang ditunjukkan pada gambar 2.14[10].

D. Mobile Satelite Antena mikrostrip array ini digunakan pada sistem komunikasi mobile satellite pada rentang frekuensi 2,5-2,6 GHz dapat dilihat pada gambar 2.15[4].

Gambar 2.15

Mikrostrip pada Mobile Satelite

BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI 2.1 Umum - Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Circular (2,45 Ghz) Dengan Teknik Planar Array Sebagai Penguat Sinyal WI-FI