ANALISIS PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA ARRAY UNTUK APLIKASI WLAN 2,4 GHZ | Sarfina | 8059 17930 1 SM
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
Analisis Perancangan Antena Mikrostrip Patch
Segitiga Array untuk Aplikasi WLAN 2,4 GHz
Ega Aulia Sarfina#1, Syahrial#2, Muhammad Irhamsyah#3
#)
Jurusan Teknik Elektro dan Komputer, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
Jl. Tgk. Syech Abdul Rauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111 Indonesia
1egalia.sarfina@gmail.com
2syahrial@gmail.com
3irham.ee@unsyiah.ac.id
Abstrak—Antena merupakan bagian penting dalam sistem
komunikasi wireless. Antena mikrostrip array memiliki
bandwidth dan gain yang lebih besar dibandingkan antenna
mikrostrip tunggal. Pada penelitian ini membahas tentang
bagaimana menghitung dan mendesain antena mikrostrip
patch segitiga array untuk aplikasi WLAN 2,4 GHz. Antena
mikrostrip ini dibuat menggunakan Bahan Epoxy fiberglass
FR-4 dengan konstanta dielektrik (εr)=4,4, ketebalan lapisan
dielektrik (h) = 1,6 mm dan loss tangent = 0,02. Teknik
pencatuan yang digunakan adalah teknik Microstrip Line
Feed. Perancangan dan simulasi menggunakan bantuan
software Advanced Design System (ADS). Pada hasil
penelitian, menunjukan perancangan antena mikrostrip
patch segitiga array yang dilakukan sudah memenuhi syarat
untuk diaplikasikan pada WLAN 2,4 GHz dengan syarat
VSWR 1 sampai < 2, return loss < -9.54 dB.
murah dan mampu memberikan unjuk kerja yang cukup
baik. Namun walaupun memiliki banyak kelebihan, antena
mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti gain yang
rendah dan bandwidth yang sempit [2].
Salah satu bentuk patch antena mikrostrip adalah
segitiga. Bentuk segitiga ini terbagi berdasarkan besar
ketiga sudutnya yaitu segitiga sama sisi, segitiga siku-siku
dan segitiga sama kaki. Bentuk segitiga memiliki
keunggulan dibandingkan dengan bentuk segi empat, yaitu
untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang sama, luas
yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil
dibandingkan dengan luas yang dibutuhkan oleh segi
empat. Hal ini sangat menguntungkan dalam fabrikasi
antena [3].
Antena mikrostrip array adalah pengembangan dari
antena mikrostrip tunggal dan merupakan gabungan dari
beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu
jaringan. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri,
paralel atau gabungan keduanya [4].
Pada Tugas Akhir ini, membahas tentang bagaimana
merancang suatu antena miskrostrip patch triangular atau
segitiga dengan teknik mikrostrip array secara simulasi
yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz agar dapat digunakan
pada aplikasi Wireless LAN. Adapun parameter-parameter
utama yang akan dianalisis yaitu Voltage Standing Wave
Ratio (VSWR), return loss, bandwidth , gain dan pola
radiasi
Kata Kunci— Antena, Mikrostrip Array, Patch Segitiga, ADS,
WLAN.
I. PENDAHULUAN
Teknologi komunikasi nirkabel yang berkembang pesat
dan kebutuhan komunikasi antar komputer dengan medium
gelombang mikro yang semakin luas menjadikan
bertambahnya popularitas sistem nirkabel untuk
pengembangan antena. Di dalam penggunaanya, antena
mempunyai peran yang sangat penting dalam menjaga
komunikasi antar pengguna, karena antena berfungsi untuk
meradiasikan dan menerima gelombang elektromagnetik
yang berisi informasi yang dikirim dan diterima oleh
pengguna. Banyak jenis antena yang biasanya digunakan
dalam komunikasi nirkabel, salah satunya antena
mikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan suatu antena konduktor
yang menempel pada groundplane dan dipisahkan oleh
bahan dielektrik. Antena ini terdiri dari tiga bagian yakni
patch , substrate dan groundplane [1]. Antena mikrostrip
banyak digunakan pada peralatan telekomunikasi modern
seperti Wi-Fi, WIMAX, RFID dan lain-lain karena
bentuknya yang kecil dan harga pabrikasi yang murah.
Dengan adanya antena mikrostrip akan sangat
membantu dalam pengembangan komunikasi nirkabel,
karena bahannya yang sederhana, bentuk dan ukuran
dimensi antenanya lebih kecil, harga produksinya lebih
Vol.2 No.2 2017
II. DASAR TEORI
A. Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless merupakan suatu sistem komunikasi tanpa
kabel yang lebih flexible dibandingkan dengan
komunikasi yang menggunakan kabel. Awal dari sistem
komunikasi wireless yaitu saat Marconi menunjukan
transmisi radio pertama pada kapal yang berjarak 18 mil
jauhnya di Isle Of Wight pada tahun 1897 [5].
Saat ini Wireless berkembang sangat pesat untuk
transmisi jarak jauh dengan daya yang lebih rendah dan
kualitas yang lebih baik, awalnya radio ditransmisikan
secara analog dengan perkembangan teknologi sekarang
sebagian besar sudah menggunakan transmisi digital
yang terdiri dari bit biner yang dikirim. Berikut adalah
6
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
2.400 GHz
2.496 GHz
Gambar 1. Pembagian bandwidth pada band frekuensi 2,4 GHz dengan lebar kanal 20 MHz [8]
konfigurasi jaringan wireless menurut luas cakupanya
[5].
1. Wireless Personal Area Network (WPAN) untuk
cakupan yang singkat kurang dari 10 m atau lebih;
2. Wireless Local Area Network (WLAN) daerah cakupan
sampai 100-m;
3. Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) untuk
rentang yang lebih luas, seperti di perkotaan, dengan
luas kisaran 10 km atau lebih;
4. Wireless Wide Area Network (WWAN) dengan kisaran
luas 50 km;
Gambar 2. Pembagian bandwidth pada band frekuensi 2,4 GHz dengan
lebar kanal 40 MHz [9]
Gambar 2 menunjukkan sinyal 802.11n 40 MHz. Sinyal
ini ditunjuk dengan nomor saluran pusat ekuivalennya.
Pada juni 1997 IEEE merilis standar 802.11 untuk
WLAN pada frekuensi unlicensed 2,4 GHz. Pada akhir
tahun 1999 IEEE menerbitkan dua tambahan pada standar
802.11, yaitu 802.11a dan 802.11b sedangkan untuk
standar 802.11g dikeluarkan pada tahun 2003 [6]. Berikut
adalah tabel standar WLAN.
B. Antena
Antena merupakan sebuah perangkat yang biasanya
terbuat dari logam (sebagai tongkat atau kawat) yang
mempunyai fungsi untuk memancarkan dan menerima
gelombang radio. Antena bekerja dengan memancarkan
gelombang elektromagnetik dalam arah radial yang
terkoordinasi [10].
Tipe antena menurut pancaran radiasinya dibagi menjadi
dua tipe yaitu directional dan omnidirectional [11]. Antena
directional merupakan tipe antena yang memancarkan dan
menerima sinyal dari satu atau dua arah saja. Sedangkan
antena omnidirectional merupakan tipe antena yang
memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.
TABEL I
STANDAR WLAN 802.11 a, b DAN g [7]
Protocol
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Tahun Rilis
1999
1999
2003
2009
Frekuensi Range (GHz)
5,7
2,4
2,4
2,4 / 5
23
4,3
19
74
Indoor
35
38
38
75
Outdoor
120
140
140
250
Lebar Kanal (MHz)
20
20
20
20/40
Kompatibilitas
a
b
b,g
b,g,n
Throughput Umum
(Mbps)
Jangkauan
(m)
Berikut adalah pembagian bandwidth pada frekuensi
2,4 GHz dengan lebar kanal 20 MHz. Gambar 1
menunjukan gambar pembagian bandwidth pada frekuensi
2,4 GHz yang dibagi menjadi 14 kanal dengan rentang
bandwidth sebesar 22 MHz perkanal, tapi antar kanal
hanya berbeda 5 MHz. Hal ini berarti bahwa antar kanal
yang bersebelahan saling overlap dan dapat saling
berinterferensi.
Gambar 3. Jenis-jenis Antena [12]
C. Parameter Antena
Parameter-parameter umum antena merupakan sesuatu
yang paling penting untuk menjelaskan bagaimana
Vol.2 No.2 2017
7
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
performa antena. Kinerja dan daya guna suatu antena dapat
dilihat dari nilai parameter tersebut. Paramater-paramater
antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu
antena adalah Voltage Wave Standing Ratio (VSWR),
return loss, bandwidth, gain dan polaradiasi.
1) Voltage Standing Wave Ratio (VSWR): VSWR
adalah perbandingan antara amplitudo gelombang
gelombang berdiri (standing wave ) maksimum (|Vmax|)
dengan minimum (|Vmin|). Pada saluran transmisi ada dua
komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang
dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-).
Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan
tegangan yang dikirimkan disebut koefisien refleksi
tegangan (Γ) [13].
a.
b.
Gambar 4. Struktur antena mikrostrip a. Tampak samping, b. Tampak
menyeluruh [15].
E. Mikrostrip Patch Segitiga
Bentuk segitiga memiliki keunggulan dibandingkan
dengan bentuk segi empat, yaitu untuk menghasilkan
karakteristik radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan oleh
bentuk segitiga lebih kecil dibandingkan dengan luas yang
dibutuhkan oleh segi empat. Hal ini sangat menguntungkan
dalam fabrikasi antena [3].
Distribusi medan pada patch segitiga dapat dicari
dengan model cavity, dimana segitiga dikelilingi oleh
medan magnet disekelilingnya seperti yang diperlihatkan
pada Gambar 5 berikut.
2) Return loss: Return loss adalah perbandingan antara
gelombang amplitudo yang direfleksikan terhadap
amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari
gelombang yang direfleksikan ( − ) dibandingkan dengan
gelombang yang dikirim ( + ) terjadi akibat adanya
diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena) [12].
3) Bandwidth: Bandwidth antena didefinisikan sebagai
rentang frekuensi kinerja antena yang berhubungan dengan
beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola
radiasi, bandwidth, polarisasi, gain , efisiensi VSWR,
return loss dan axial ratio) [2].
[[
[[[[
4) Penguatan (gain): Penguatan (gain) didefinisikan
sebagai parameter yang erat kaitannya dengan directivity
(keterarahan) antena. Keterarahan adalah seberapa banyak
energi antena terkonsentrasi dalam satu arah dan
berinterferensi radiasi dari arah lain. Oleh karena itu, jika
antena sudah sempurna 100% efisien, maka keterarahan
akan sama dengan gain antena dan daya yang diterima
berasal dari antena isotropik [12].
Gambar 5. Antena Mikrostrip Patch Segitiga [1]
Untuk menentukan dimensi awal dari slot segitiga yang
akan disimulasikan, maka digunakan rumus perhitungan
frekuensi resonansi untuk patch segitiga. Adapun frekuensi
resonansi untuk antena mikrostrip dengan patch segitiga
samasisi sesuai dengan rumus [1]:
5) Pola radiasi: Pola radiasi suatu antena didefinisikan
sebagai gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu
antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak
keadaan, pola radiasi ditentukan pada pola daerah medan
jauh dan digambarkan sebagai fungsi koordinat-koordinat
arah sepanjang radius konstan, dan digambarkan pada
koordinat ruang. Sifat-sifat radiasi ini mencakup intensitas
radiasi, kekuatan medan (field strength ) dan polarisasi [2].
=
Dimana
=
�
√
�√��
+
+
(1)
c = kecepatan cahaya (3x 8 m/s)
� = konstanta relatif dielektrik
a = panjang segitiga samasisi
Subskrip mn mengacu pada mode �
, sehingga
bila �
, frekuensi resonansi pada persamaan dapat
disederhanakan menjadi :
D. Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan suatu antena konduktor
yang menempel pada grounplane dan dipisahkan oleh
bahan dielektrik. Antena mikrostrip terdiri dari tiga bagian
yaitu patch, substrat dan groundplane. Bentuk dan susunan
antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 4.
Vol.2 No.2 2017
�
�√��
=
F. Antena Mikrostrip Array
�
� √��
(2)
Umumnya antena mikrostrip dengan patch elemen
tunggal memiliki pola radiasi yang sangat lebar dan
menghasilkan keterarahan dan perolehan gain yang kurang
baik[2]. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, maka antena
8
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
mikrostrip disusun dengan beberapa konfigurasi. Susunan
antena ini sering disebut sebagai antena susun (array).
Antena mikrostrip array adalah pengembangan dari
antena mikrostrip yang merupakan gabungan dari beberapa
elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena
mikrostrip array memiliki bandwidth dan gain yang lebih
besar dari antena mikrostrip biasa [5].
Proses perancangan antena yang dilakukan untuk
mendapatkan antena array pada dasarnya sama dengan
pendesainan antena elemen tunggal. Hal yang
membedakan pada sistem array adalah peletakan masingmasing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan
panjang gelombang yang merambat pada bidang dielektrik.
Bentuk patch antena segitiga elemen tunggal dan segitiga
array dapat dilihat seperti pada Gambar 6 berikut [13].
Mulai
Studi Literatur
Menentukan Frekuensi Kerja, Model
Antena, Substrat dan Saluran Pencatu
Menghitung Dimensi Antena
Simulasi Menggunakan
Software ADS
Nilai VSWR < 2,
RL < -9.54 dB pada
frekuensi kerja?
Iterasi letak
saluran
pencatu
Tidak
Ya
Analisis Kinerja
a.
b.
Gambar 6. Struktur Antena Mikrostrip a. antena patch segitiga tunggal,
b. antena patch segitiga array
Selesai
G. Saluran Mikrostrip (Microstrip Feed Line)
Pemilihan saluran pencatu dengan saluran mikrostrip
adalah karena kemudahan dalam hal fabrikasi dan
penentuan matching dari saluran mikrostrip dapat dengan
mudah dilakukan. Untuk me-matching -kan antena, hal
yang perlu dilakukan cukup dengan mengubah-ubah
panjang dari elemen pencatu atau dengan memberikan stub
dan mengubah-ubah posisinya.
Geometri saluran pencatu mikrostrip ditunjukkan pada
Gambar 7. Pada microstrip feed slot antena, terdapat
saluran pencatu yang akan meradiasikan gelombang
elektromagnetik ke bidang pentanahan yang telah diberi
slot.
Gambar 8. Diagram Alir Tahapan Penelitian
A. Menentukan Frekuensi Kerja dan Jenis Substrat
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini
adalah antena mikrostrip patch segitiga array untuk
Aplikasi WLAN 2,4 GHz. Perancangan akan mengikuti
jumlah kanal (channel) yang tersedia pada WLAN 2,4 GHz
yaitu pada lebar kanal 20 MHz dan lebar kanal 40 MHz..
Pada perancangan ini digunakan substrat FR4 dengan
konstanta dielektrik (� ) 4,4,loss tangent = 0.02 dan
ketebalan substrat 1,6 mm.
B. Dimensi Patch Antena
Antena yang dirancang adalah antenna mikrostrip patch
segitiga array. Sebelum simulasi dilakukan, terlebih
dahulu menentukan dimensi dari antenna mikrostrip patch
segitiga.Untuk memperoleh dimensi patch segitiga
digunakan Persamaan 2.
� =
Gambar 7. Geometri Saluran Pencatu [1]
√��
C. Perancangan T-Junction
III. METODE PENELITIAN
1) Menentukan Lebar Patch: Lebar saluran mikrostrip
(W) tergantung dari impedansi karakteristik (Zo) yang
diinginkan. Adapun hasil perhitungan lebar saluran
mikrostrip dapat menggunakan persamaan 3.
Pada perancangan antena mikrsotrip array patch
segitiga, langkah – langkah yang dilakukan dalam
perancangan antena ini dapat dilihat pada Gambar 8.
Vol.2 No.2 2017
�
9
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
=
ℎ
{�
�
− − ln � −
, 9−
,6
��
+
]}
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
�� −
��
[ln � −
+
TABEL II
DATA HASIL ITERASI MENGUBAH PANJANG DAN LEBAR
SALURAN PENCATU
(3)
2) Menentukan Panjang Patch: Adapun hasil
perhitungan panjang patch didapat menggunakan
Persamaan 4, 5, 6 dan 7.
△l=
�
�
√ �
� =
Kemudian
�
=
�� +
+
�
�� −
Maka panjang saluran pencatu :
=
△l
(5)
[
√ +
∞
=ℒ{
�
(4)
}= ∫−
ℎ/�
]
−
Nilai VSWR
34.25 mm
3.056 mm
2.025
31.4 mm
2.96 mm
2.001
28.55 mm
2.86 mm
1.900
25.7 mm
2.76 mm
1.543
22.85 mm
2.66 mm
1.672
Dari hasil iterasi pada Tabel II diperoleh panjang (L)
dan lebar (W) yang optimal yaitu pada panjang (L) = 25.7
mm dan lebar (W) = 2.76 mm dengan nilai VSWR 1.543.
(7)
B. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga array
pada lebar kanal 20 MHz
Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada antena
mikrostrip elemen tunggal, maka diperoleh model antena
mikrostrip patch segitiga array yang di simulasi dengan
menggunakan software ADS (Advanced Design System),
seperti terlihat pada Gambar 10.
D. Pengaturan Jarak Antar Elemen
Jarak antar elemen ini dapat di atur untuk mendapatkan
hasil yang optimal. Adapun jarak antar elemen diperoleh
dengan menggunakan persamaan 8.
�
�
Lebar (W)
(6)
Dari hasil pencarian diatas, nilai yang didapat kemudian
di masukan dalam software ADS untuk merancang bentuk
patch dan saluran pencatu dari antena mikrostripnya
=
Panjang (L)
(8)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga elemen
tunggal
1) VSWR: Hasil simulasi yang diperoleh pada Gambar
9 tidak memenuhi nilai VSWR yang diinginkan. Untuk
mendapatkan hasil yang optimal maka dilakukan cara
mengubah-ubah panjang (L) dan lebar (W) saluran pencatu
agar nilai VSWR mendekati 2. Adapun hasil iterasi dengan
mengubah panjang (L) dan lebar (W) saluran pencatu dapat
dilihat pada Tabel II.
Gambar 10. Bentuk antena mikrostrip patch segitiga array 2x1
Adapun hasil yang didapatkan pada simulasi antena
mikrostrip patch segitiga array sebagai berikut :
1) VSWR: Gambar 11 adalah grafik VSWR
menunjukan nilai sebesar 1,073 pada frekuensi
GHz. Dalam simulasi ini VSWR yang didapatkan
batas yang masih di sarankan. Nilai VSWR
disarankan yaitu VSWR ≤ 2
yang
2,430
dalam
yang
Gambar 9. Grafik VSWR hasil dari perhitungan pada antena
mikrostrip patch segitiga tunggal
Vol.2 No.2 2017
10
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
Gambar 11. Grafik VSWR
2) Return loss dan Bandwidth: Dari Gambar 12 grafik
pada frekuensi center (fc) yaitu 2,430 GHz didapat nilai
return loss sebesar -29,028 dB. Untuk batas frekuensi low
(fl) dan frekuensi high (fh) ditentukan pada titik return
loss = -9,54 dB karena untuk nilai return loss yang bagus
agar antena dapat bekerja dengan baik yaitu dibawah 9,54 dB. Nilai return loss frekuensi low pada -10 dB
adalah sebesar 2,400 GHz, dan frekuensi high pada -10 dB
sebesar 2,460 GHz. Untuk menghitung besar bandwidth
dapat menggunakan persamaan 9.
�
=
ℎ−
�
�
%
a.
b.
c.
d.
Gambar 13. Pola radiasi dalam bentuk 3-Dimensi a. Tampak dari bawah,
b. Tampak dari atas, c. Tampak dari samping dan d. Tampak menyeluruh.
4) Gain: Gambar 14 menunjukkan besarnya nilai gain
o
yaitu sebesar 2.951 dBi pada posisi sudut 0 , semakin
tinggi nilai gain maka desain antena semakin bagus.
(9)
Gambar 14. Grafik gain
C. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga array
pada lebar kanal 40 MHz
Berdasarkan perancangan antena mikrostrip patch
segitiga array untuk WLAN frekuensi 2,4 GHz yang di
desain dengan menggunakan software ADS, berikut adalah
hasil yang didapatkan pada simulasi antena mikrostrip
patch segitiga array pada lebar kanal 40 MHz sebagai
berikut:
Gambar 12. Grafik return loss
3) Pola Radiasi: Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa
bentuk
pola
radiasi
yang
dihasilkan
adalah
omnidireksional karena cakupan yang dihasilkan hampir
mencakup 3600.
Vol.2 No.2 2017
1) VSWR: Pada Gambar 15 adalah grafik VSWR
yang menunjukan nilai VSWR sebesar 1,061 pada
frekuensi 2,440 GHz. Dalam simulasi ini VSWR yang
didapatkan dalam batas yang masih di sarankan. Nilai
VSWR yang disarankan yaitu VSWR ≤ 2.
11
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
omnidireksional karena cakupan yang dihasilkan hampir
mencakup 3600.
a.
b.
c.
d.
Gambar 15. Grafik VSWR
2) Return loss dan Bandwidth: Dari Gambar 16 grafik
pada frekuensi center (fc) yaitu 2,440 GHz didapat nilai
return loss sebesar -30,623 dB. Untuk batas frekuensi low
(fl) dan frekuensi high (fh) ditentukan pada titik return
loss = -9,54 dB karena untuk nilai return loss yang bagus
agar antena dapat bekerja dengan baik yaitu dibawah 9,54 dB. Nilai return loss frekuensi low adalah sebesar
2,410 GHz, dan frekuensi high sebesar 2,470 GHz. Untuk
menghitung besar bandwidth dapat menggunakan
persamaan 9.
�
=
ℎ−
�
�
[
Gambar 17. Pola radiasi dalam bentuk 3-Dimensi a. Tampak dari bawah,
b. Tampak dari atas, c. Tampak dari samping dan d. Tampak menyeluruh.
4) Gain: Gambar 18 menunjukkan besarnya nilai gain
o
yaitu sebesar 3.006 dBi pada posisi sudut 0 , semakin
tinggi nilai gain maka desain antena semakin bagus.
%
Gambar 18. Gain
Gambar 16. Grafik return loss
Untuk lebih lengkapnya dari hasil percobaan selanjutnya
dapat
dilihat
pada
tabel
pengukuran
berikut.
3) Polaradiasi: Pada Gambar 17 dapat dilihat bahwa
bentuk
pola
radiasi
yang
dihasilkan
adalah
TABEL III
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP SEGITIGA ELEMEN TUNGGAL
Dimensi Antena
No
Hasil
Saluran pencatu
Patch
Channel
a (mm)
W (mm)
L (mm)
VSWR
Return loss
(dB)
Gain
(dBi)
1
39.72
Umum 2.4 GHz
3.056
34.25
2.025
-10.296
-0.057
2
39.72
Umum 2.4 GHz
2.76
26
1.543
-12.941
0.013
Vol.2 No.2 2017
12
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
TABEL IV
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA ARRAY PADA WLAN 2,4 GHZ YAITU PADA LEBAR KANAL 20 MHZ
Patch
No
Dimensi Antena
Hasil
Saluran pencatu
a
(mm)
Channel
1
39.72
2
VSWR
Return
loss
(dB)
Gain
(dBi)
Bandwidth
(MHz)
W (mm)
L (mm)
Umum 2.4 GHz
2.76
25.7
1.073
-29.028
2.951
54,24
39.52
Channel 1 2,412 GHz
2.76
25.7
1.063
-30.333
2.634
51.6
3
39.44
Channel 2 2,417 GHz
2.76
25.7
1.074
-28.925
2.917
59.2
4
39.36
Channel 3 2,422 GHz
2.76
25.7
1.061
-30.623
3.006
59.3
5
39.28
Channel 4 2,427 GHz
2.76
25.7
1.060
-30.763
2.972
54.3
6
39.20
Channel 5 2,432 GHz
2.76
25.7
1.050
-32.260
2.918
47.4
7
39.12
Channel 6 2,437 GHz
2.76
25.7
1.057
-31.081
2.947
54.5
8
39.04
Channel 7 2,442 GHz
2.76
25.7
1.064
-30.233
3.068
57.3
9
38.96
Channel 8 2,447 GHz
2.76
25.7
1.064
-30.179
3.080
59.4
10
38.88
Channel 9 2,452 GHz
2.76
25.7
1.091
-27.181
3.028
49.5
11
38.80
Channel 10 2,457 GHz
2.76
25.7
1.121
-24.876
2.992
69.2
12
38.72
Channel 11 2,462 GHz
2.76
25.7
1.066
-29.824
2.948
43.5
13
38.64
Channel 12 2,467
2.76
25.7
1.074
-28.925
2.949
47.6
14
38.57
Channel 13 2,472
2.76
25.7
1.056
-31.346
2.950
54.6
15
38.38
Channel 14 2,484
2.76
25.7
1.071
-29.335
2.920
43.9
TABEL V
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA ARRAY PADA WLAN 2,4 GHZ YAITU PADA LEBAR KANAL 40 MHZ
Dimensi Antena
Patch
No
Hasil
Saluran pencatu
a
(mm)
Channel
1
39.36
2
38.72
Return
loss
(dB)
Gain
(dBi)
Bandwidth
(MHz)
W (mm)
L (mm)
Channel 3 2,422 GHz
2.76
25.7
1.061
-30.623
3.006
59.3
Channel 11 2,462
2.76
25.7
1.066
-29.824
2.948
43.5
V. KESIMPULAN
Antena mikrostrip patch segitiga array dapat digunakan
untuk pengaplikasian WLAN 2.4 GHz karena hasil yang di
dapat dari simulasi menunjukkan kinerja yang bagus. Dari
hasil simulasi elemen tunggal berdasarkan perhitungan di
dapatkan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz adalah
2.025, return loss -10.296 dB dan gain -0.057 dBi. Dari
hasil percobaan, didapatkan nilai W = 2.76 mm dan L = 26
mm yang lebih kecil dari hasil perhitungan menghasilkan
nilai yang lebih bagus dengan nilai VSWR 1.543, return
loss -12.941 dB dan gain -0.025 dBi. Nilai W dan L ini
Vol.2 No.2 2017
VSWR
yang digunakan untuk perancangan antena mikrostrip
patch segitiga array pada frekuensi 2,4 GHz menghasilkan
nilai VSWR 1.073, return loss -29.028 dB, gain 2.951 dBi
dan bandwidth 54.24 MHz. Hasil Percobaan untuk antena
mikrostrip patch segitiga array dengan lebar kanal 40 MHz
menghasilkan nilai VSWR 1.061, return loss -30.623 dB,
gain 3.006 dBi dan bandwidth 59.3 MHz.
13
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Rahmadyanto, Heri. “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Slot
Triangular Array 8 Elemen Dengan Pencatuan Microstrip Feed Line
Secara Tidak Langsung Untuk Aplikasi CPE WiMAX”. Jurnal IT
Telkom 2009.
Balanis, Constantine A. “Antenna Theory Analysis and Design 2nd
Edition”. United State of America: John Wiley and Sons, Inc. 1997
Lumban Tobing, M Raymond. “Perancangan Antena Mikrostrip
Patch Segitiga Sama Sisi Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan
Simulator ANSOFT HFSS v10”. Jurnal IT Telkom 2011
Ayuningtyas, B. dan Muliyaningsih, T. “Perbandingan Analisa dan
Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga dengan Antena
Mikrostrip Array Pada Aplikasi GPS”. Seminar Ilmiah Nasional
Komputer dan Sistem Intelijen. Vol. 8. Universitas Gunadarma.
Depok. 2014
J. Ariga, "Simulasi Perancangan Dan Analisa Antena Mikrostrip
Patch Circular Pada Frekuensi 2,4 GHz Untuk Aplikasi WLAN,"
Tugas Akhir Sarjana, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Syiah
Kuala, Banda Aceh, 2015.
Cisco Systems. 2007. Cisco Wireless LAN Controller Configuration
Guide. San Jose, USA: Cisco Systems, Inc.
Vol.2 No.2 2017
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
14
Sendra, Sandra. Miguel Garcia, Carlos Turro and Jaime Lloret.
2011. WLAN IEEE 802.11a/b/g/n Indoor Coverage and
Interference
Performance Study. International Journal on
Advances in Networks and Services, vol 4 no 1 and 2.
Hacker Friendly LLC. 2007. Wireless Networking in the
Developing World Second Edition. http://hackerfriendly.com/.
"IEEE 802.11n Standard," 8 Juni 2017. [Online]. Available:
http://www.radio-electronics.com/info/wireless/wi-fi/ieee-80211n.php. [Accessed 16 Mei 2017].
Milligan, Thomas A. “Modern Antenna Design Second Edition”.
Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. 2005.
Carr, Joseph J. “Practical Antena Handbook 4th edition”. United
State of America: The McGraw-Hill Companies, Inc. 2001
Milligan, Thomas A. “Modern Antenna Design Second Edition”.
Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. 2005
Sihombing, Nivea. “Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array
Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 Ghz) dan
WiMax(3,35 Ghz)” Tugas Akhir Sarjana. Universitas Sumatera
Utara. Medan. 2014.
@2017 kitektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
Analisis Perancangan Antena Mikrostrip Patch
Segitiga Array untuk Aplikasi WLAN 2,4 GHz
Ega Aulia Sarfina#1, Syahrial#2, Muhammad Irhamsyah#3
#)
Jurusan Teknik Elektro dan Komputer, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
Jl. Tgk. Syech Abdul Rauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111 Indonesia
1egalia.sarfina@gmail.com
2syahrial@gmail.com
3irham.ee@unsyiah.ac.id
Abstrak—Antena merupakan bagian penting dalam sistem
komunikasi wireless. Antena mikrostrip array memiliki
bandwidth dan gain yang lebih besar dibandingkan antenna
mikrostrip tunggal. Pada penelitian ini membahas tentang
bagaimana menghitung dan mendesain antena mikrostrip
patch segitiga array untuk aplikasi WLAN 2,4 GHz. Antena
mikrostrip ini dibuat menggunakan Bahan Epoxy fiberglass
FR-4 dengan konstanta dielektrik (εr)=4,4, ketebalan lapisan
dielektrik (h) = 1,6 mm dan loss tangent = 0,02. Teknik
pencatuan yang digunakan adalah teknik Microstrip Line
Feed. Perancangan dan simulasi menggunakan bantuan
software Advanced Design System (ADS). Pada hasil
penelitian, menunjukan perancangan antena mikrostrip
patch segitiga array yang dilakukan sudah memenuhi syarat
untuk diaplikasikan pada WLAN 2,4 GHz dengan syarat
VSWR 1 sampai < 2, return loss < -9.54 dB.
murah dan mampu memberikan unjuk kerja yang cukup
baik. Namun walaupun memiliki banyak kelebihan, antena
mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti gain yang
rendah dan bandwidth yang sempit [2].
Salah satu bentuk patch antena mikrostrip adalah
segitiga. Bentuk segitiga ini terbagi berdasarkan besar
ketiga sudutnya yaitu segitiga sama sisi, segitiga siku-siku
dan segitiga sama kaki. Bentuk segitiga memiliki
keunggulan dibandingkan dengan bentuk segi empat, yaitu
untuk menghasilkan karakteristik radiasi yang sama, luas
yang dibutuhkan oleh bentuk segitiga lebih kecil
dibandingkan dengan luas yang dibutuhkan oleh segi
empat. Hal ini sangat menguntungkan dalam fabrikasi
antena [3].
Antena mikrostrip array adalah pengembangan dari
antena mikrostrip tunggal dan merupakan gabungan dari
beberapa elemen peradiasi yang membentuk suatu
jaringan. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri,
paralel atau gabungan keduanya [4].
Pada Tugas Akhir ini, membahas tentang bagaimana
merancang suatu antena miskrostrip patch triangular atau
segitiga dengan teknik mikrostrip array secara simulasi
yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz agar dapat digunakan
pada aplikasi Wireless LAN. Adapun parameter-parameter
utama yang akan dianalisis yaitu Voltage Standing Wave
Ratio (VSWR), return loss, bandwidth , gain dan pola
radiasi
Kata Kunci— Antena, Mikrostrip Array, Patch Segitiga, ADS,
WLAN.
I. PENDAHULUAN
Teknologi komunikasi nirkabel yang berkembang pesat
dan kebutuhan komunikasi antar komputer dengan medium
gelombang mikro yang semakin luas menjadikan
bertambahnya popularitas sistem nirkabel untuk
pengembangan antena. Di dalam penggunaanya, antena
mempunyai peran yang sangat penting dalam menjaga
komunikasi antar pengguna, karena antena berfungsi untuk
meradiasikan dan menerima gelombang elektromagnetik
yang berisi informasi yang dikirim dan diterima oleh
pengguna. Banyak jenis antena yang biasanya digunakan
dalam komunikasi nirkabel, salah satunya antena
mikrostrip.
Antena mikrostrip merupakan suatu antena konduktor
yang menempel pada groundplane dan dipisahkan oleh
bahan dielektrik. Antena ini terdiri dari tiga bagian yakni
patch , substrate dan groundplane [1]. Antena mikrostrip
banyak digunakan pada peralatan telekomunikasi modern
seperti Wi-Fi, WIMAX, RFID dan lain-lain karena
bentuknya yang kecil dan harga pabrikasi yang murah.
Dengan adanya antena mikrostrip akan sangat
membantu dalam pengembangan komunikasi nirkabel,
karena bahannya yang sederhana, bentuk dan ukuran
dimensi antenanya lebih kecil, harga produksinya lebih
Vol.2 No.2 2017
II. DASAR TEORI
A. Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless merupakan suatu sistem komunikasi tanpa
kabel yang lebih flexible dibandingkan dengan
komunikasi yang menggunakan kabel. Awal dari sistem
komunikasi wireless yaitu saat Marconi menunjukan
transmisi radio pertama pada kapal yang berjarak 18 mil
jauhnya di Isle Of Wight pada tahun 1897 [5].
Saat ini Wireless berkembang sangat pesat untuk
transmisi jarak jauh dengan daya yang lebih rendah dan
kualitas yang lebih baik, awalnya radio ditransmisikan
secara analog dengan perkembangan teknologi sekarang
sebagian besar sudah menggunakan transmisi digital
yang terdiri dari bit biner yang dikirim. Berikut adalah
6
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
2.400 GHz
2.496 GHz
Gambar 1. Pembagian bandwidth pada band frekuensi 2,4 GHz dengan lebar kanal 20 MHz [8]
konfigurasi jaringan wireless menurut luas cakupanya
[5].
1. Wireless Personal Area Network (WPAN) untuk
cakupan yang singkat kurang dari 10 m atau lebih;
2. Wireless Local Area Network (WLAN) daerah cakupan
sampai 100-m;
3. Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) untuk
rentang yang lebih luas, seperti di perkotaan, dengan
luas kisaran 10 km atau lebih;
4. Wireless Wide Area Network (WWAN) dengan kisaran
luas 50 km;
Gambar 2. Pembagian bandwidth pada band frekuensi 2,4 GHz dengan
lebar kanal 40 MHz [9]
Gambar 2 menunjukkan sinyal 802.11n 40 MHz. Sinyal
ini ditunjuk dengan nomor saluran pusat ekuivalennya.
Pada juni 1997 IEEE merilis standar 802.11 untuk
WLAN pada frekuensi unlicensed 2,4 GHz. Pada akhir
tahun 1999 IEEE menerbitkan dua tambahan pada standar
802.11, yaitu 802.11a dan 802.11b sedangkan untuk
standar 802.11g dikeluarkan pada tahun 2003 [6]. Berikut
adalah tabel standar WLAN.
B. Antena
Antena merupakan sebuah perangkat yang biasanya
terbuat dari logam (sebagai tongkat atau kawat) yang
mempunyai fungsi untuk memancarkan dan menerima
gelombang radio. Antena bekerja dengan memancarkan
gelombang elektromagnetik dalam arah radial yang
terkoordinasi [10].
Tipe antena menurut pancaran radiasinya dibagi menjadi
dua tipe yaitu directional dan omnidirectional [11]. Antena
directional merupakan tipe antena yang memancarkan dan
menerima sinyal dari satu atau dua arah saja. Sedangkan
antena omnidirectional merupakan tipe antena yang
memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.
TABEL I
STANDAR WLAN 802.11 a, b DAN g [7]
Protocol
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Tahun Rilis
1999
1999
2003
2009
Frekuensi Range (GHz)
5,7
2,4
2,4
2,4 / 5
23
4,3
19
74
Indoor
35
38
38
75
Outdoor
120
140
140
250
Lebar Kanal (MHz)
20
20
20
20/40
Kompatibilitas
a
b
b,g
b,g,n
Throughput Umum
(Mbps)
Jangkauan
(m)
Berikut adalah pembagian bandwidth pada frekuensi
2,4 GHz dengan lebar kanal 20 MHz. Gambar 1
menunjukan gambar pembagian bandwidth pada frekuensi
2,4 GHz yang dibagi menjadi 14 kanal dengan rentang
bandwidth sebesar 22 MHz perkanal, tapi antar kanal
hanya berbeda 5 MHz. Hal ini berarti bahwa antar kanal
yang bersebelahan saling overlap dan dapat saling
berinterferensi.
Gambar 3. Jenis-jenis Antena [12]
C. Parameter Antena
Parameter-parameter umum antena merupakan sesuatu
yang paling penting untuk menjelaskan bagaimana
Vol.2 No.2 2017
7
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
performa antena. Kinerja dan daya guna suatu antena dapat
dilihat dari nilai parameter tersebut. Paramater-paramater
antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu
antena adalah Voltage Wave Standing Ratio (VSWR),
return loss, bandwidth, gain dan polaradiasi.
1) Voltage Standing Wave Ratio (VSWR): VSWR
adalah perbandingan antara amplitudo gelombang
gelombang berdiri (standing wave ) maksimum (|Vmax|)
dengan minimum (|Vmin|). Pada saluran transmisi ada dua
komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang
dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-).
Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan
tegangan yang dikirimkan disebut koefisien refleksi
tegangan (Γ) [13].
a.
b.
Gambar 4. Struktur antena mikrostrip a. Tampak samping, b. Tampak
menyeluruh [15].
E. Mikrostrip Patch Segitiga
Bentuk segitiga memiliki keunggulan dibandingkan
dengan bentuk segi empat, yaitu untuk menghasilkan
karakteristik radiasi yang sama, luas yang dibutuhkan oleh
bentuk segitiga lebih kecil dibandingkan dengan luas yang
dibutuhkan oleh segi empat. Hal ini sangat menguntungkan
dalam fabrikasi antena [3].
Distribusi medan pada patch segitiga dapat dicari
dengan model cavity, dimana segitiga dikelilingi oleh
medan magnet disekelilingnya seperti yang diperlihatkan
pada Gambar 5 berikut.
2) Return loss: Return loss adalah perbandingan antara
gelombang amplitudo yang direfleksikan terhadap
amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari
gelombang yang direfleksikan ( − ) dibandingkan dengan
gelombang yang dikirim ( + ) terjadi akibat adanya
diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena) [12].
3) Bandwidth: Bandwidth antena didefinisikan sebagai
rentang frekuensi kinerja antena yang berhubungan dengan
beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola
radiasi, bandwidth, polarisasi, gain , efisiensi VSWR,
return loss dan axial ratio) [2].
[[
[[[[
4) Penguatan (gain): Penguatan (gain) didefinisikan
sebagai parameter yang erat kaitannya dengan directivity
(keterarahan) antena. Keterarahan adalah seberapa banyak
energi antena terkonsentrasi dalam satu arah dan
berinterferensi radiasi dari arah lain. Oleh karena itu, jika
antena sudah sempurna 100% efisien, maka keterarahan
akan sama dengan gain antena dan daya yang diterima
berasal dari antena isotropik [12].
Gambar 5. Antena Mikrostrip Patch Segitiga [1]
Untuk menentukan dimensi awal dari slot segitiga yang
akan disimulasikan, maka digunakan rumus perhitungan
frekuensi resonansi untuk patch segitiga. Adapun frekuensi
resonansi untuk antena mikrostrip dengan patch segitiga
samasisi sesuai dengan rumus [1]:
5) Pola radiasi: Pola radiasi suatu antena didefinisikan
sebagai gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu
antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak
keadaan, pola radiasi ditentukan pada pola daerah medan
jauh dan digambarkan sebagai fungsi koordinat-koordinat
arah sepanjang radius konstan, dan digambarkan pada
koordinat ruang. Sifat-sifat radiasi ini mencakup intensitas
radiasi, kekuatan medan (field strength ) dan polarisasi [2].
=
Dimana
=
�
√
�√��
+
+
(1)
c = kecepatan cahaya (3x 8 m/s)
� = konstanta relatif dielektrik
a = panjang segitiga samasisi
Subskrip mn mengacu pada mode �
, sehingga
bila �
, frekuensi resonansi pada persamaan dapat
disederhanakan menjadi :
D. Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan suatu antena konduktor
yang menempel pada grounplane dan dipisahkan oleh
bahan dielektrik. Antena mikrostrip terdiri dari tiga bagian
yaitu patch, substrat dan groundplane. Bentuk dan susunan
antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 4.
Vol.2 No.2 2017
�
�√��
=
F. Antena Mikrostrip Array
�
� √��
(2)
Umumnya antena mikrostrip dengan patch elemen
tunggal memiliki pola radiasi yang sangat lebar dan
menghasilkan keterarahan dan perolehan gain yang kurang
baik[2]. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, maka antena
8
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
mikrostrip disusun dengan beberapa konfigurasi. Susunan
antena ini sering disebut sebagai antena susun (array).
Antena mikrostrip array adalah pengembangan dari
antena mikrostrip yang merupakan gabungan dari beberapa
elemen peradiasi yang membentuk suatu jaringan. Antena
mikrostrip array memiliki bandwidth dan gain yang lebih
besar dari antena mikrostrip biasa [5].
Proses perancangan antena yang dilakukan untuk
mendapatkan antena array pada dasarnya sama dengan
pendesainan antena elemen tunggal. Hal yang
membedakan pada sistem array adalah peletakan masingmasing patch pada jarak tertentu yang sesuai dengan
panjang gelombang yang merambat pada bidang dielektrik.
Bentuk patch antena segitiga elemen tunggal dan segitiga
array dapat dilihat seperti pada Gambar 6 berikut [13].
Mulai
Studi Literatur
Menentukan Frekuensi Kerja, Model
Antena, Substrat dan Saluran Pencatu
Menghitung Dimensi Antena
Simulasi Menggunakan
Software ADS
Nilai VSWR < 2,
RL < -9.54 dB pada
frekuensi kerja?
Iterasi letak
saluran
pencatu
Tidak
Ya
Analisis Kinerja
a.
b.
Gambar 6. Struktur Antena Mikrostrip a. antena patch segitiga tunggal,
b. antena patch segitiga array
Selesai
G. Saluran Mikrostrip (Microstrip Feed Line)
Pemilihan saluran pencatu dengan saluran mikrostrip
adalah karena kemudahan dalam hal fabrikasi dan
penentuan matching dari saluran mikrostrip dapat dengan
mudah dilakukan. Untuk me-matching -kan antena, hal
yang perlu dilakukan cukup dengan mengubah-ubah
panjang dari elemen pencatu atau dengan memberikan stub
dan mengubah-ubah posisinya.
Geometri saluran pencatu mikrostrip ditunjukkan pada
Gambar 7. Pada microstrip feed slot antena, terdapat
saluran pencatu yang akan meradiasikan gelombang
elektromagnetik ke bidang pentanahan yang telah diberi
slot.
Gambar 8. Diagram Alir Tahapan Penelitian
A. Menentukan Frekuensi Kerja dan Jenis Substrat
Antena yang akan dirancang pada Tugas Akhir ini
adalah antena mikrostrip patch segitiga array untuk
Aplikasi WLAN 2,4 GHz. Perancangan akan mengikuti
jumlah kanal (channel) yang tersedia pada WLAN 2,4 GHz
yaitu pada lebar kanal 20 MHz dan lebar kanal 40 MHz..
Pada perancangan ini digunakan substrat FR4 dengan
konstanta dielektrik (� ) 4,4,loss tangent = 0.02 dan
ketebalan substrat 1,6 mm.
B. Dimensi Patch Antena
Antena yang dirancang adalah antenna mikrostrip patch
segitiga array. Sebelum simulasi dilakukan, terlebih
dahulu menentukan dimensi dari antenna mikrostrip patch
segitiga.Untuk memperoleh dimensi patch segitiga
digunakan Persamaan 2.
� =
Gambar 7. Geometri Saluran Pencatu [1]
√��
C. Perancangan T-Junction
III. METODE PENELITIAN
1) Menentukan Lebar Patch: Lebar saluran mikrostrip
(W) tergantung dari impedansi karakteristik (Zo) yang
diinginkan. Adapun hasil perhitungan lebar saluran
mikrostrip dapat menggunakan persamaan 3.
Pada perancangan antena mikrsotrip array patch
segitiga, langkah – langkah yang dilakukan dalam
perancangan antena ini dapat dilihat pada Gambar 8.
Vol.2 No.2 2017
�
9
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
=
ℎ
{�
�
− − ln � −
, 9−
,6
��
+
]}
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
�� −
��
[ln � −
+
TABEL II
DATA HASIL ITERASI MENGUBAH PANJANG DAN LEBAR
SALURAN PENCATU
(3)
2) Menentukan Panjang Patch: Adapun hasil
perhitungan panjang patch didapat menggunakan
Persamaan 4, 5, 6 dan 7.
△l=
�
�
√ �
� =
Kemudian
�
=
�� +
+
�
�� −
Maka panjang saluran pencatu :
=
△l
(5)
[
√ +
∞
=ℒ{
�
(4)
}= ∫−
ℎ/�
]
−
Nilai VSWR
34.25 mm
3.056 mm
2.025
31.4 mm
2.96 mm
2.001
28.55 mm
2.86 mm
1.900
25.7 mm
2.76 mm
1.543
22.85 mm
2.66 mm
1.672
Dari hasil iterasi pada Tabel II diperoleh panjang (L)
dan lebar (W) yang optimal yaitu pada panjang (L) = 25.7
mm dan lebar (W) = 2.76 mm dengan nilai VSWR 1.543.
(7)
B. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga array
pada lebar kanal 20 MHz
Berdasarkan perancangan yang dilakukan pada antena
mikrostrip elemen tunggal, maka diperoleh model antena
mikrostrip patch segitiga array yang di simulasi dengan
menggunakan software ADS (Advanced Design System),
seperti terlihat pada Gambar 10.
D. Pengaturan Jarak Antar Elemen
Jarak antar elemen ini dapat di atur untuk mendapatkan
hasil yang optimal. Adapun jarak antar elemen diperoleh
dengan menggunakan persamaan 8.
�
�
Lebar (W)
(6)
Dari hasil pencarian diatas, nilai yang didapat kemudian
di masukan dalam software ADS untuk merancang bentuk
patch dan saluran pencatu dari antena mikrostripnya
=
Panjang (L)
(8)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga elemen
tunggal
1) VSWR: Hasil simulasi yang diperoleh pada Gambar
9 tidak memenuhi nilai VSWR yang diinginkan. Untuk
mendapatkan hasil yang optimal maka dilakukan cara
mengubah-ubah panjang (L) dan lebar (W) saluran pencatu
agar nilai VSWR mendekati 2. Adapun hasil iterasi dengan
mengubah panjang (L) dan lebar (W) saluran pencatu dapat
dilihat pada Tabel II.
Gambar 10. Bentuk antena mikrostrip patch segitiga array 2x1
Adapun hasil yang didapatkan pada simulasi antena
mikrostrip patch segitiga array sebagai berikut :
1) VSWR: Gambar 11 adalah grafik VSWR
menunjukan nilai sebesar 1,073 pada frekuensi
GHz. Dalam simulasi ini VSWR yang didapatkan
batas yang masih di sarankan. Nilai VSWR
disarankan yaitu VSWR ≤ 2
yang
2,430
dalam
yang
Gambar 9. Grafik VSWR hasil dari perhitungan pada antena
mikrostrip patch segitiga tunggal
Vol.2 No.2 2017
10
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
Gambar 11. Grafik VSWR
2) Return loss dan Bandwidth: Dari Gambar 12 grafik
pada frekuensi center (fc) yaitu 2,430 GHz didapat nilai
return loss sebesar -29,028 dB. Untuk batas frekuensi low
(fl) dan frekuensi high (fh) ditentukan pada titik return
loss = -9,54 dB karena untuk nilai return loss yang bagus
agar antena dapat bekerja dengan baik yaitu dibawah 9,54 dB. Nilai return loss frekuensi low pada -10 dB
adalah sebesar 2,400 GHz, dan frekuensi high pada -10 dB
sebesar 2,460 GHz. Untuk menghitung besar bandwidth
dapat menggunakan persamaan 9.
�
=
ℎ−
�
�
%
a.
b.
c.
d.
Gambar 13. Pola radiasi dalam bentuk 3-Dimensi a. Tampak dari bawah,
b. Tampak dari atas, c. Tampak dari samping dan d. Tampak menyeluruh.
4) Gain: Gambar 14 menunjukkan besarnya nilai gain
o
yaitu sebesar 2.951 dBi pada posisi sudut 0 , semakin
tinggi nilai gain maka desain antena semakin bagus.
(9)
Gambar 14. Grafik gain
C. Hasil simulasi antena mikrostrip patch segitiga array
pada lebar kanal 40 MHz
Berdasarkan perancangan antena mikrostrip patch
segitiga array untuk WLAN frekuensi 2,4 GHz yang di
desain dengan menggunakan software ADS, berikut adalah
hasil yang didapatkan pada simulasi antena mikrostrip
patch segitiga array pada lebar kanal 40 MHz sebagai
berikut:
Gambar 12. Grafik return loss
3) Pola Radiasi: Pada Gambar 13 dapat dilihat bahwa
bentuk
pola
radiasi
yang
dihasilkan
adalah
omnidireksional karena cakupan yang dihasilkan hampir
mencakup 3600.
Vol.2 No.2 2017
1) VSWR: Pada Gambar 15 adalah grafik VSWR
yang menunjukan nilai VSWR sebesar 1,061 pada
frekuensi 2,440 GHz. Dalam simulasi ini VSWR yang
didapatkan dalam batas yang masih di sarankan. Nilai
VSWR yang disarankan yaitu VSWR ≤ 2.
11
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
omnidireksional karena cakupan yang dihasilkan hampir
mencakup 3600.
a.
b.
c.
d.
Gambar 15. Grafik VSWR
2) Return loss dan Bandwidth: Dari Gambar 16 grafik
pada frekuensi center (fc) yaitu 2,440 GHz didapat nilai
return loss sebesar -30,623 dB. Untuk batas frekuensi low
(fl) dan frekuensi high (fh) ditentukan pada titik return
loss = -9,54 dB karena untuk nilai return loss yang bagus
agar antena dapat bekerja dengan baik yaitu dibawah 9,54 dB. Nilai return loss frekuensi low adalah sebesar
2,410 GHz, dan frekuensi high sebesar 2,470 GHz. Untuk
menghitung besar bandwidth dapat menggunakan
persamaan 9.
�
=
ℎ−
�
�
[
Gambar 17. Pola radiasi dalam bentuk 3-Dimensi a. Tampak dari bawah,
b. Tampak dari atas, c. Tampak dari samping dan d. Tampak menyeluruh.
4) Gain: Gambar 18 menunjukkan besarnya nilai gain
o
yaitu sebesar 3.006 dBi pada posisi sudut 0 , semakin
tinggi nilai gain maka desain antena semakin bagus.
%
Gambar 18. Gain
Gambar 16. Grafik return loss
Untuk lebih lengkapnya dari hasil percobaan selanjutnya
dapat
dilihat
pada
tabel
pengukuran
berikut.
3) Polaradiasi: Pada Gambar 17 dapat dilihat bahwa
bentuk
pola
radiasi
yang
dihasilkan
adalah
TABEL III
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP SEGITIGA ELEMEN TUNGGAL
Dimensi Antena
No
Hasil
Saluran pencatu
Patch
Channel
a (mm)
W (mm)
L (mm)
VSWR
Return loss
(dB)
Gain
(dBi)
1
39.72
Umum 2.4 GHz
3.056
34.25
2.025
-10.296
-0.057
2
39.72
Umum 2.4 GHz
2.76
26
1.543
-12.941
0.013
Vol.2 No.2 2017
12
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
TABEL IV
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA ARRAY PADA WLAN 2,4 GHZ YAITU PADA LEBAR KANAL 20 MHZ
Patch
No
Dimensi Antena
Hasil
Saluran pencatu
a
(mm)
Channel
1
39.72
2
VSWR
Return
loss
(dB)
Gain
(dBi)
Bandwidth
(MHz)
W (mm)
L (mm)
Umum 2.4 GHz
2.76
25.7
1.073
-29.028
2.951
54,24
39.52
Channel 1 2,412 GHz
2.76
25.7
1.063
-30.333
2.634
51.6
3
39.44
Channel 2 2,417 GHz
2.76
25.7
1.074
-28.925
2.917
59.2
4
39.36
Channel 3 2,422 GHz
2.76
25.7
1.061
-30.623
3.006
59.3
5
39.28
Channel 4 2,427 GHz
2.76
25.7
1.060
-30.763
2.972
54.3
6
39.20
Channel 5 2,432 GHz
2.76
25.7
1.050
-32.260
2.918
47.4
7
39.12
Channel 6 2,437 GHz
2.76
25.7
1.057
-31.081
2.947
54.5
8
39.04
Channel 7 2,442 GHz
2.76
25.7
1.064
-30.233
3.068
57.3
9
38.96
Channel 8 2,447 GHz
2.76
25.7
1.064
-30.179
3.080
59.4
10
38.88
Channel 9 2,452 GHz
2.76
25.7
1.091
-27.181
3.028
49.5
11
38.80
Channel 10 2,457 GHz
2.76
25.7
1.121
-24.876
2.992
69.2
12
38.72
Channel 11 2,462 GHz
2.76
25.7
1.066
-29.824
2.948
43.5
13
38.64
Channel 12 2,467
2.76
25.7
1.074
-28.925
2.949
47.6
14
38.57
Channel 13 2,472
2.76
25.7
1.056
-31.346
2.950
54.6
15
38.38
Channel 14 2,484
2.76
25.7
1.071
-29.335
2.920
43.9
TABEL V
HASIL PERCOBAAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA ARRAY PADA WLAN 2,4 GHZ YAITU PADA LEBAR KANAL 40 MHZ
Dimensi Antena
Patch
No
Hasil
Saluran pencatu
a
(mm)
Channel
1
39.36
2
38.72
Return
loss
(dB)
Gain
(dBi)
Bandwidth
(MHz)
W (mm)
L (mm)
Channel 3 2,422 GHz
2.76
25.7
1.061
-30.623
3.006
59.3
Channel 11 2,462
2.76
25.7
1.066
-29.824
2.948
43.5
V. KESIMPULAN
Antena mikrostrip patch segitiga array dapat digunakan
untuk pengaplikasian WLAN 2.4 GHz karena hasil yang di
dapat dari simulasi menunjukkan kinerja yang bagus. Dari
hasil simulasi elemen tunggal berdasarkan perhitungan di
dapatkan nilai VSWR pada frekuensi 2,4 GHz adalah
2.025, return loss -10.296 dB dan gain -0.057 dBi. Dari
hasil percobaan, didapatkan nilai W = 2.76 mm dan L = 26
mm yang lebih kecil dari hasil perhitungan menghasilkan
nilai yang lebih bagus dengan nilai VSWR 1.543, return
loss -12.941 dB dan gain -0.025 dBi. Nilai W dan L ini
Vol.2 No.2 2017
VSWR
yang digunakan untuk perancangan antena mikrostrip
patch segitiga array pada frekuensi 2,4 GHz menghasilkan
nilai VSWR 1.073, return loss -29.028 dB, gain 2.951 dBi
dan bandwidth 54.24 MHz. Hasil Percobaan untuk antena
mikrostrip patch segitiga array dengan lebar kanal 40 MHz
menghasilkan nilai VSWR 1.061, return loss -30.623 dB,
gain 3.006 dBi dan bandwidth 59.3 MHz.
13
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.2 2017: 6-14
REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Rahmadyanto, Heri. “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Slot
Triangular Array 8 Elemen Dengan Pencatuan Microstrip Feed Line
Secara Tidak Langsung Untuk Aplikasi CPE WiMAX”. Jurnal IT
Telkom 2009.
Balanis, Constantine A. “Antenna Theory Analysis and Design 2nd
Edition”. United State of America: John Wiley and Sons, Inc. 1997
Lumban Tobing, M Raymond. “Perancangan Antena Mikrostrip
Patch Segitiga Sama Sisi Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan
Simulator ANSOFT HFSS v10”. Jurnal IT Telkom 2011
Ayuningtyas, B. dan Muliyaningsih, T. “Perbandingan Analisa dan
Simulasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga dengan Antena
Mikrostrip Array Pada Aplikasi GPS”. Seminar Ilmiah Nasional
Komputer dan Sistem Intelijen. Vol. 8. Universitas Gunadarma.
Depok. 2014
J. Ariga, "Simulasi Perancangan Dan Analisa Antena Mikrostrip
Patch Circular Pada Frekuensi 2,4 GHz Untuk Aplikasi WLAN,"
Tugas Akhir Sarjana, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Syiah
Kuala, Banda Aceh, 2015.
Cisco Systems. 2007. Cisco Wireless LAN Controller Configuration
Guide. San Jose, USA: Cisco Systems, Inc.
Vol.2 No.2 2017
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
14
Sendra, Sandra. Miguel Garcia, Carlos Turro and Jaime Lloret.
2011. WLAN IEEE 802.11a/b/g/n Indoor Coverage and
Interference
Performance Study. International Journal on
Advances in Networks and Services, vol 4 no 1 and 2.
Hacker Friendly LLC. 2007. Wireless Networking in the
Developing World Second Edition. http://hackerfriendly.com/.
"IEEE 802.11n Standard," 8 Juni 2017. [Online]. Available:
http://www.radio-electronics.com/info/wireless/wi-fi/ieee-80211n.php. [Accessed 16 Mei 2017].
Milligan, Thomas A. “Modern Antenna Design Second Edition”.
Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. 2005.
Carr, Joseph J. “Practical Antena Handbook 4th edition”. United
State of America: The McGraw-Hill Companies, Inc. 2001
Milligan, Thomas A. “Modern Antenna Design Second Edition”.
Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, Inc. 2005
Sihombing, Nivea. “Studi Perancangan Antena Mikrostrip Array
Patch Segitiga Dual-Band untuk Aplikasi WLAN (2,45 Ghz) dan
WiMax(3,35 Ghz)” Tugas Akhir Sarjana. Universitas Sumatera
Utara. Medan. 2014.
@2017 kitektro