Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat Dengan Tipe Polarisasi Melingkar Menggunakan Metode Slot Diagonal
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT
DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR MENGGUNAKAN
METODE SLOT DIAGONAL
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
RAFAEL PANDAPOTAN SIDABUTAR
NIM : 130422035
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang pesat
perkembangannya. Hal ini disebabkan karena desainnya yang cukup kecil,
ringkas, praktis dan masih dapat dikembangkan lagi untuk teknologi maju lainnya.
Salah satu teknologi yang dapat menggunakan perangkat ini adalah GPS (Global
Positioning System). Akan tetapi GPS membutuhkan polarisasi melingkar untuk
memiliki hasil yang lebih baik dan lebih akurat. Polarisasi melingkar diperoleh
dengan cara memberi slot diagonal pada patch antena tersebut.
Dalam tugas akhir ini dirancang bangun sebuah antena mikrostrip patch
segiempat dengan tipe polarisasi melingkar menggunakan metode slot diagonal.
Dan untuk simulasi menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004
dengan frekuensi GPS sebesar 1,575 GHz (1575 MHz).
Dari hasil fabrikasi diperoleh axial ratio antena sebesar 1,82 dB, VSWR sebesar
1,24 dan return loss sebesar 19,85 dB.
Kata kunci antena mikrostrip, slot diagonal, GPS, VSWR, Return Loss, Axial
Ratio
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat, karunia dan kasih yang telah diberikan-Nya, sehingga penulis mampu
melewati tahapan yang penuh rintangan agar dapat menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada orang teristimewa, yaitu
Ibunda Erlina Sinaga. Serta kepada kakak dan abang, Veronika, Sahat Tua, dan
Lasmei Cresentia yang senantiasa menguatkan, dan memberikan bantuan kepada
penulis hingga saat 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 MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT
DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR
MENGGUNAKAN METODE SLOT DIAGONAL”
Selama menempuh pendidikan di Universitas Sumatera Utara hingga
terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis menerima banyak bantuan berupa
bimbingan, pengajaran, pendidikan, serta perhatian dari berbagai pihak. Untuk itu
dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih 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.
3. Bapak Rahmat Fauzi, ST., MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Kasmir Tanjung, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis,
atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.
5. Seluruh staf pengajar yang telah member bekal ilmu kepada penulis dean
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro, khususnya stambuk 2013
program ekstensi.
7. Dan semua pihak yang tidak dapat dituliskan namanya satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak
kekurangan. Oleh sebab itu sangat diharapkan saran dan kritik dengan tujuan
mengembangkan kajian dalam bidang ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Medan, Agustus 2016
Penulis
Rafael P Sidabutar
NIM. 130422035
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL .......................................................................................... viii
BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 5
2.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ......................................................... 5
2.2 Parameter Antena ...................................................................................... 9
2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ........................................ 9
2.2.2 Return Loss (RL) ........................................................................... 10
2.2.3 Polarisasi ....................................................................................... 10
2.2.4 Axial Ratio(AR)............................................................................. 13
2.2.5 Gain ............................................................................................... 14
2.3 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ....................................................... 16
2.3.1
Perhitungan Lebar Saluran Mikrostrip.......................................... 16
2.3.2
Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line)
untuk Wz/h < 1.............................................................................. 16
2.3.3
Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line)
untuk W/h > 1 ............................................................................... 17
2.4 Teknik Slot Diagonal ................................................................................ 17
2.5 Sistem GPS ............................................................................................... 18
Universitas Sumatera Utara
2.6 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ................................... 18
BAB 3 METODE PENELITIAN .................................................................. 21
3.1 Umum ....................................................................................................... 21
3.2 Peralatan yang Digunakan ........................................................................ 21
3.3 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan
Metode Slot Diagonal ............................................................................. 22
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan ..................................................... 23
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch.......................................................... 23
3.3.3 Perancangan Saluran Pencatu........................................................ 25
3.3.4 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Slot Diagonal ................................................................................. 27
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 28
4.1 Umum ....................................................................................................... 28
4.2 Hasil Simulasi Perancangan Antena Mikrostrip ....................................... 28
4.2.1 Hasil Simulasi Awal ...................................................................... 28
4.2.2 Hasil Simulasi Optimal ................................................................. 33
4.3 Hasil Pengukuran ...................................................................................... 35
4.3.1 Pengukuran VSWR ....................................................................... 36
4.3.2 Pengukuran Return Loss................................................................ 38
4.3.3 Pengukuran Polarisasi ................................................................... 40
4.4 Analisis Capaian Antena ........................................................................... 43
4.5 Analisis Kesalahan Umum ........................................................................ 43
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 45
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 45
5.2 Saran ......................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Umum Antena Mikrostrip................................................ 5
Gambar 2.2 Geometri Antena Mikrostrip Segiempat ...................................... 6
Gambar 2.3 Polarisasi Linier............................................................................ 11
Gambar 2.4 Polarisasi Melingkar..................................................................... 12
Gambar 2.5 Polarisasi Elips ............................................................................. 12
Gambar 2.6 Arah propagasi polarisasi elips .................................................... 14
Gambar 2.7 Bentuk Antena Mikrostrip Patch Segiempat
dengan Slot Diagonal.................................................................. 17
Gambar 2.8 Tampilan awal AWR Microwave 2004 ........................................ 19
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena mikrostip patch segiempat
dengan metode slot diagonal....................................................... 22
Gambar 3.2 Tampilan program TXLine 2003 ................................................. 25
Gambar 3.3 Desain Antena Slot Diagonal yang akan Dirancang .................... 27
Gambar 4.1 Nilai VSWR Rancangan Awal Mikrostrip Patch Segiempat
Tanpa Slot Diagonal.................................................................... 28
Gambar 4.2 Nilai Return Loss Rancangan Awal Mikrostrip
Patch SegiempatTanpa Slot Diagonal ........................................ 29
Gambar 4.3 Nilai Axial Ratio Rancangan Awal Mikrostrip
Patch SegiempatTanpa Slot Diagonal ........................................ 29
Gambar 4.4 Nilai VSWR Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip ............... 30
Gambar 4.5 Nilai return loss Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip.......... 31
Gambar 4.6 Nilai axial ratio Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip .......... 32
Gambar 4.7 Hasil Simulasi Gain Antena Mikrostrip Patch Segiempat........... 34
Gambar 4.8 Antena patch segiempat slot diagonal 3 x 12 mm ...................... 35
Gambar 4.9 Hasil Fabrikasi Antena Mikrostrip
Slot Diagonal 3 x 12 mm ............................................................ 35
Gambar 4.10 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter ............ 36
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan VSWR Hasil Pengukuran
dan Simulasi ................................................................................ 37
Gambar 4.12 Pengukuran return loss dengan Menggunakan
VNA meter .................................................................................. 38
Gambar 4.13 Perbandingan returnloss Hasil Simulasi dan Pengukuran ......... 39
Gambar 4.14 Pengukuran Polarisasi Kedua Antena Co Polarization.............. 40
Gambar 4.15 Pengukuran Polarisasi Antena dengan CrossPolarization ......... 41
Gambar 4.16 Grafik Pola Radiasi Medan Co Polarization dan Cross Polarization
pada Antena ............................................................................... 42
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jenis Substrat yang Digunakan ........................................................ 23
Tabel 4.1 Hasil Data Iterasi Simulasi antena Desain A ................................... 33
Tabel 4.2 Hasil pengukuran VSWR Antena Mikrostrip slot diagonal
3 x 12 mm ........................................................................................ 36
Tabel 4.3 Hasil pengukuran return loss Antena 3 x 12 mm ............................ 38
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Polarisasi Antena ................................................ 41
Tabel 4.5 Analisis capaian antena 3 x 12 mm.................................................. 39
Tabel 4.6 Analisis capaian antena 3 x 12 mm.................................................. 43
Tabel 4.7 Perbandingan antena tanpa slot dan dengan slot diagonal ............... 43
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT
DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR MENGGUNAKAN
METODE SLOT DIAGONAL
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
RAFAEL PANDAPOTAN SIDABUTAR
NIM : 130422035
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang pesat
perkembangannya. Hal ini disebabkan karena desainnya yang cukup kecil,
ringkas, praktis dan masih dapat dikembangkan lagi untuk teknologi maju lainnya.
Salah satu teknologi yang dapat menggunakan perangkat ini adalah GPS (Global
Positioning System). Akan tetapi GPS membutuhkan polarisasi melingkar untuk
memiliki hasil yang lebih baik dan lebih akurat. Polarisasi melingkar diperoleh
dengan cara memberi slot diagonal pada patch antena tersebut.
Dalam tugas akhir ini dirancang bangun sebuah antena mikrostrip patch
segiempat dengan tipe polarisasi melingkar menggunakan metode slot diagonal.
Dan untuk simulasi menggunakan perangkat lunak AWR Microwave Office 2004
dengan frekuensi GPS sebesar 1,575 GHz (1575 MHz).
Dari hasil fabrikasi diperoleh axial ratio antena sebesar 1,82 dB, VSWR sebesar
1,24 dan return loss sebesar 19,85 dB.
Kata kunci antena mikrostrip, slot diagonal, GPS, VSWR, Return Loss, Axial
Ratio
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat, karunia dan kasih yang telah diberikan-Nya, sehingga penulis mampu
melewati tahapan yang penuh rintangan agar dapat menyelesaikan Tugas Akhir
ini.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada orang teristimewa, yaitu
Ibunda Erlina Sinaga. Serta kepada kakak dan abang, Veronika, Sahat Tua, dan
Lasmei Cresentia yang senantiasa menguatkan, dan memberikan bantuan kepada
penulis hingga saat 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 MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT
DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR
MENGGUNAKAN METODE SLOT DIAGONAL”
Selama menempuh pendidikan di Universitas Sumatera Utara hingga
terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis menerima banyak bantuan berupa
bimbingan, pengajaran, pendidikan, serta perhatian dari berbagai pihak. Untuk itu
dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih 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.
3. Bapak Rahmat Fauzi, ST., MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Kasmir Tanjung, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis,
atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.
5. Seluruh staf pengajar yang telah member bekal ilmu kepada penulis dean
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro, khususnya stambuk 2013
program ekstensi.
7. Dan semua pihak yang tidak dapat dituliskan namanya satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak
kekurangan. Oleh sebab itu sangat diharapkan saran dan kritik dengan tujuan
mengembangkan kajian dalam bidang ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini
bermanfaat bagi pembaca sekalian.
Medan, Agustus 2016
Penulis
Rafael P Sidabutar
NIM. 130422035
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vi
DAFTAR TABEL .......................................................................................... viii
BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 5
2.1 Antena Mikrostrip Patch Segiempat ......................................................... 5
2.2 Parameter Antena ...................................................................................... 9
2.2.1 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ........................................ 9
2.2.2 Return Loss (RL) ........................................................................... 10
2.2.3 Polarisasi ....................................................................................... 10
2.2.4 Axial Ratio(AR)............................................................................. 13
2.2.5 Gain ............................................................................................... 14
2.3 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ....................................................... 16
2.3.1
Perhitungan Lebar Saluran Mikrostrip.......................................... 16
2.3.2
Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line)
untuk Wz/h < 1.............................................................................. 16
2.3.3
Karakteristik Saluran Mikrostrip (Microstrip Line)
untuk W/h > 1 ............................................................................... 17
2.4 Teknik Slot Diagonal ................................................................................ 17
2.5 Sistem GPS ............................................................................................... 18
Universitas Sumatera Utara
2.6 Applied Wave Research (AWR) Microwave 2004 ................................... 18
BAB 3 METODE PENELITIAN .................................................................. 21
3.1 Umum ....................................................................................................... 21
3.2 Peralatan yang Digunakan ........................................................................ 21
3.3 Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan
Metode Slot Diagonal ............................................................................. 22
3.3.1 Jenis Substrat yang Digunakan ..................................................... 23
3.3.2 Perancangan Dimensi Patch.......................................................... 23
3.3.3 Perancangan Saluran Pencatu........................................................ 25
3.3.4 Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat
Slot Diagonal ................................................................................. 27
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 28
4.1 Umum ....................................................................................................... 28
4.2 Hasil Simulasi Perancangan Antena Mikrostrip ....................................... 28
4.2.1 Hasil Simulasi Awal ...................................................................... 28
4.2.2 Hasil Simulasi Optimal ................................................................. 33
4.3 Hasil Pengukuran ...................................................................................... 35
4.3.1 Pengukuran VSWR ....................................................................... 36
4.3.2 Pengukuran Return Loss................................................................ 38
4.3.3 Pengukuran Polarisasi ................................................................... 40
4.4 Analisis Capaian Antena ........................................................................... 43
4.5 Analisis Kesalahan Umum ........................................................................ 43
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 45
5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 45
5.2 Saran ......................................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk Umum Antena Mikrostrip................................................ 5
Gambar 2.2 Geometri Antena Mikrostrip Segiempat ...................................... 6
Gambar 2.3 Polarisasi Linier............................................................................ 11
Gambar 2.4 Polarisasi Melingkar..................................................................... 12
Gambar 2.5 Polarisasi Elips ............................................................................. 12
Gambar 2.6 Arah propagasi polarisasi elips .................................................... 14
Gambar 2.7 Bentuk Antena Mikrostrip Patch Segiempat
dengan Slot Diagonal.................................................................. 17
Gambar 2.8 Tampilan awal AWR Microwave 2004 ........................................ 19
Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena mikrostip patch segiempat
dengan metode slot diagonal....................................................... 22
Gambar 3.2 Tampilan program TXLine 2003 ................................................. 25
Gambar 3.3 Desain Antena Slot Diagonal yang akan Dirancang .................... 27
Gambar 4.1 Nilai VSWR Rancangan Awal Mikrostrip Patch Segiempat
Tanpa Slot Diagonal.................................................................... 28
Gambar 4.2 Nilai Return Loss Rancangan Awal Mikrostrip
Patch SegiempatTanpa Slot Diagonal ........................................ 29
Gambar 4.3 Nilai Axial Ratio Rancangan Awal Mikrostrip
Patch SegiempatTanpa Slot Diagonal ........................................ 29
Gambar 4.4 Nilai VSWR Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip ............... 30
Gambar 4.5 Nilai return loss Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip.......... 31
Gambar 4.6 Nilai axial ratio Hasil Iterasi Simulasi Antena Mikrostrip .......... 32
Gambar 4.7 Hasil Simulasi Gain Antena Mikrostrip Patch Segiempat........... 34
Gambar 4.8 Antena patch segiempat slot diagonal 3 x 12 mm ...................... 35
Gambar 4.9 Hasil Fabrikasi Antena Mikrostrip
Slot Diagonal 3 x 12 mm ............................................................ 35
Gambar 4.10 Pengukuran VSWR dengan Menggunakan VNA meter ............ 36
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan VSWR Hasil Pengukuran
dan Simulasi ................................................................................ 37
Gambar 4.12 Pengukuran return loss dengan Menggunakan
VNA meter .................................................................................. 38
Gambar 4.13 Perbandingan returnloss Hasil Simulasi dan Pengukuran ......... 39
Gambar 4.14 Pengukuran Polarisasi Kedua Antena Co Polarization.............. 40
Gambar 4.15 Pengukuran Polarisasi Antena dengan CrossPolarization ......... 41
Gambar 4.16 Grafik Pola Radiasi Medan Co Polarization dan Cross Polarization
pada Antena ............................................................................... 42
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jenis Substrat yang Digunakan ........................................................ 23
Tabel 4.1 Hasil Data Iterasi Simulasi antena Desain A ................................... 33
Tabel 4.2 Hasil pengukuran VSWR Antena Mikrostrip slot diagonal
3 x 12 mm ........................................................................................ 36
Tabel 4.3 Hasil pengukuran return loss Antena 3 x 12 mm ............................ 38
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Polarisasi Antena ................................................ 41
Tabel 4.5 Analisis capaian antena 3 x 12 mm.................................................. 39
Tabel 4.6 Analisis capaian antena 3 x 12 mm.................................................. 43
Tabel 4.7 Perbandingan antena tanpa slot dan dengan slot diagonal ............... 43
Universitas Sumatera Utara