Studi Perancangan Antena Susun Mikrostrip Patch Segiempat Dual-Band (2.4 GHz dan 3.3 GHz)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Antena

Antena merupakan bagian penting dalam sistem komunikasi radio, karena antena sebagai alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran tranmisi menjadi gelombang bebas di udara dan sebaliknya. Antena berfungsi untuk memancarkan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas atau sebaliknya menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas. Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas kemudian pada penerima gelombang elektromagnetik tersebut ditangkap lalu dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena.

Antena juga dapat dikatakan sebagai struktur transisi antara ruang bebas dengan alat pembimbing. Alat pembimbing yang dimaksud dapat berupa saluran koaksial ataupun pipa yang digunakan sebagai alat transportasi energi elektromagnetik dari sumber transmisi ke antena atau dari antena ke penerima. Pada sistem komunikasi radio, perancangan antena yang baik akan mempertinggi unjuk kerja dari keseluruhan sistem tersebut. Antena juga memiliki sifat resonansi artinya antena akan beroperasi pada daerah tertentu saja sesuai dengan frekuensi kerjanya. Kekuatan dalam memfokuskan sinyal radio satuannya dalam antena adalah dB. Semakin besar jumlah dBnya maka jangkauan jarak yang ditempuh antena semakin besar pula. Jenis antena yang digunakan harus sesuai dengan

sistem yang akan kita bangun dan disesuaikan dengan kebutuhan penyebaran sinyalnya.

2.2 Antena Mikrostrip

Salah satu antena yang terkenal saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini dikarenakan bentuk dan ukuran yang kecil sehingga cocok dengan perangkat telekomunikasi sekarang ini yang memperhatikan bentuk dan ukuran. Ukuran antena yang kecil, massa yang ringan dan mudah difabrikasi menjadikan antena ini sesuai dengan kebutuhan saat ini.

2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip

Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri dari dua kata, yaitu mikro

(sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip dapat didefinisikan sebagai salah satu antena yang berbentuk potongan atau bilah dengan ukuran yang sangat kecil. Secara umum, antena mikrostrip terdiri atas 3 bagian, yaitu patch, substrat, dan ground plane. Patch terletak diatas substrat dan ground plane terletak paling bawah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1[1].

Patch berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam (metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Substrat berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan, sedangkan ground plane berfungsi sebagai reflektor yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan dan terletak dilapisan paling bawah.

2.2.2 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip dikenal dalam beberapa bentuk sesuai dengan bentuk

patch-nya, diantaranya :

a) Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular) b) Antena mikrostrip patch persegi (square)

c) Antena mikrostrip patch elips (elliptical)

d) Antena mikrostrip patch segitiga (triangular)

e) Antena mikrostrip patch lingkaran (circular)

f) Antena mikrostrip patch cicular ring

Bentuk patch antena mikrostrip dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Jenis-Jenis Patch Antena Mikrostrip

Eliptical Square Circular

2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip mengalami kenaikan popularitas khususnya diaplikasi

wireless dikarenakan bentuknya yang kecil, mudah dibawa, sederhana, dan proses pembuatannya tidak membutuhkan biaya yang sangat mahal. Selain itu, antena ini juga kompatibel dan dapat diintegrasikan langsung dengan sirkuit utamanya, seperti telepon genggam, missile, dan peralatan lainnya.

Beberapa keuntungan dari antena mikrostrip adalah : a) Dimensi antena yang kecil.

b) Bentuknya sederhana memudahkan dalam proses perakitan. c) Dapat bekerja dalam dual-frekuency dan triple frekuency.

d) Dapat diintegrasikan pada Microwave Integrated Circuit (MIC).

e) Tidak membutuhkan biaya yang sangat besar dalam proses pembuatannya. Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti :

a) Efisiensi yang rendah. b) Gain yang rendah.

c) Memiliki daya (power) yang rendah.

d) Radiasi yang berlebih pada proses pencatuan. e) Bandwith yang sempit.

2.2.4 Teknik Pencatuan

Pada dasarnya saluran pencatu untuk antena mikrostrip dapat dibagi dua, yaitu pencatuan secara langsung (direct coupling) dan pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Awalnya teknik pencatuan langsung sering digunakan karena sangat sederhana dalam pencatuan. Tetapi disamping itu ada beberapa kekurangan yang terdapat pada pencatuan ini, contohnya mempunyai

kesulitan jika disusun secara array dan antena mikrostrip akan menghasilkan pita frekuensi atau bandwith yang sempit sekitar 2% - 5 %[2].

Oleh karena kekurangan ini maka dalam perkembangan selanjutnya dikenalkan pencatuan tidak langsung (electromagnetic coupling). Keuntungannya adalah dapat memperlebar bandwith dan dapat mengurangi proses penyolderan. Beberapa teknik pencatuan yang sering digunakan, yaitu : coaxial probe, teknik

microstrip line, aperture coupling dan proximity coupling.

2.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Antena mikrostrip dalam perancangan ini menggunakan patch segiempat. Bentuk segiempat adalah bentuk antena mikrostrip yang paling banyak digunakan karena bentuknya sederhana. Selain itu, patch segiempat mudah dalam analisis dan proses fabrikasi. Gambar 2.3[3] menunjukkan bentuk geometri dari patch

mikrostrip segiempat dimana W dan L adalah lebar dan panjang dari patch, h adalah tebal substrat dan

ɛ

r merupakan nilai konstanta dielektrik dari substrat.

2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Unjuk kerja dari suatu antena mikrostrip dapat dilihat dari parameternya. Beberapa parameter utama yang dimaksud adalah bandwith, gain antena, pola radiasi, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) dan Return Loss.

2.4.1 Bandwith

Bandwith (Gambar 2.4) suatu antena didefinisikan sebagai besar rentang frekuensi kerja dari suatu antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR,

return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar [4].

Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang menjadi Bandwith

Berikut adalah rumus yang digunakan untuk mencari nilai bandwith[4] :

BW = �2_�−�1

� � 100% (2.1)

Dimana :

�2 = frekuensi atas (Hz)

�1 = frekuensi bawah (Hz)

2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min)[2]. 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 sebagai

koefisien refleksi tegangan (Γ)[2]:

Γ = �0

−

�0+ = ��−�0

��+�0 (2.2) Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi

saluran. Sedangkan rumus untuk mencari nilai Voltage Standing Wave Ratio

adalah [2] :

�

=

|V|max

|V|min

=

1+|Γ|

1−|Γ| (2.3)

Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR-nya sama dengan satu atau S=1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam matching sempurna tetapi pada prakteknya kondisi ini sulit didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diizinkan untuk simulasi dan pabrikasi antena mikrostrip adalah lebih kecil atau sama dengan 2.

2.4.3 Return Loss

Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return Loss

digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan gelombang yang dikirim (V0+).

Return Loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Besarnya return loss

bervariasi tergantung pada frekuensi [3].

Return Loss = 20 log10 |Γ | (2.4)

Nilai return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, sehingga dikatakan nilai gelombang yang dipantulkan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain saluran transmisi sudah dalam keadaan matching. Nilai ini menjadi acuan apakah antena sudah bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau belum.

2.4.4 Pola Radiasi

Pola radiasi adalah fungsi matematika atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi ruang [2]. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan fluks, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional. Parameter pola radiasi terdiri dari main lobe, side lobe, HPBW (Half Beamwidth), FNBW (First Null Beamwidth), SLL (Side Lobe Level) dan FBR (front to back ratio) seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Definisi dari istilah- istilah dari parameter pola radiasi adalah sebagai berikut : a) Major Lobe

Major lobe disebut juga main lobe didefinisikan sebagai radiation lobe

yang berisi arah radiasi maksimum. Major lobe merupakan daerah pancaran terbesar sehingga dapat menentukan arah radiasi dan mempunyai daya yang besar.

b) Side Lobe

Side Lobe terdiri dari :

1. first side lobe yaitu minor lobe yang posisinya paling dekat dengan

main lobe.

2. second side lobe yaitu minor lobe yang posisinya setelah first side lobe.

3. back lobe yaitu minor lobe yang posisinya berlawanan dengan main lobe.

c) Half Power Beamwidth ( HPBW)

Half Power Beamwidth adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik titik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama. d) First Null Beamwidth (FNBW)

First Null Beamwidth adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada

main lobe yang intensitas radiasinya nol. e) Side Lobe Level (SLL)

Side Lobe Level adalah perbandingan antara first lobe dan main lobe. Side Lobe Level menyatakan besar dari side lobe.

f) Front to Back Ratio (FBR)

Front to Back Ratio adalah perbandingan antara main lobe terhadap back lobe.

Semakin besar sudut yang membentuk main lobe-nya maka keterarahan antena semakin kecil, sedangkan lobe-lobe kecil didekat main lobe yang disebut

minor lobe merupakan berkas radiasi yang tidak terarah dan sebenarnya tidak dibutuhkan.

2.4.5 Direktivitas Antena

Direktivitas antena merupakan parameter yang menunjukkan kemampuan antena untuk memfokuskan energi kearah tertentu dibandingkan ke arah yang lain. Keterarahan sebuah antena merupakan perbandingan intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Direktivitas antena dapat dituliskan dalam persamaan berikut [2] :

�

=

�

�0

=

4��

�_��� (2.4)

Dimana :

D = keterarahan U = Intensitas Radiasi

U0 = Intensitas radiasi pada sumber isotropik

Prad = daya total radiasi

Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan

2.4.6 Gain

Gain menunjukkan seberapa efisien sebuah antena dapat mentransformasi daya yang ada pada terminal masukan menjadi daya yang teradiasi pada arah tertentu[2]. Gain antena mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.5[5].

G

(

LxW

)

g

2 4

λ π

= (2.5)

Dengan

r g

ε λ λ = 0

(2.6)

Dimana λ₀merupakan panjang gelombang pada frekuensi resonansi

( )

f_r .

2.4.7 Impedansi Masukan

Impedansi masukan adalah impedansi yang dipresentasikan oleh antena pada terminalnya. Terminal yang sesuai sangat dibutuhkan untuk sebuah antena. Impedansi masukan biasanya dipengaruhi oleh antena lain atau objek yang ada disekitarnya, tetapi pada umumnya sebuah antena diasumsikan sudah terisolasi. Secara matematis impedansi masukan dapat dirumuskan sebagai berikut [2]:

Zin = (Rin + j Xin) Ω (2.7)

Dimana :

Zin = impedansi masukan

Rin = tahanan terminal antena

Xin = reaktansi masukan

Dari persamaan Zin tersebut diatas, komponen yang diharapkan adalah

atau radiasi. Komponen imajiner (Xin) mewakili reaktansi dari antena dan daya

yang tersimpan pada medan dekat antena. Adapun Zin untuk antena mikrostrip

patch segiempat untuk nilai VSWR ≤ 2 dapat dirumuskan sebagai[5].

2 2 1 90       − = W L Z r r in _ε ε

(Ohm) (2.8)

2.5 Dimensi Antena Mikrostrip

Dalam perancangan antena mikrostrip terlebih dahulu kita harus menghitung dimensi antena yang akan dibuat yang meliputi panjang dan lebar

patch-nya. Untuk mencari dimensi antena mikrostrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang akan digunakan yaitu tebal dielektrik (h),

konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi-rugi bahan (rugi-rugi tangensial). Persamaan yang dapat digunakan untuk mencari lebar dan panjang antena mikrostrip adalah sebagai berikut[2] :

Lebar patch

� = �

2�_� ���₂+1

(2.9)

Dimana :

W = lebar patch (mm)

r

f = frekuensi resonansi (Hz)

�r = konstanta dielektrik relative c = kecepatan cahaya (m2/s)

Sedangkan untuk mencari nilai Panjang patch diperlukan parameter ΔL yang

Δ�=0,412 ℎ

�εeff + 0,3� ( �

ℎ+ 0,264)

�εeff −0,258� ( �

ℎ+ 0,8)

(2.10)

Panjang elemen peradiasi efektif dirumuskan sebagai :

L = L _eff – 2 ΔL (2.11) Jika dihubungkan dengan frekuensi resonansi adalah :

Leff =

� 2�� �ε_eff

(2.12)

Dengan nilai konstanta dielektrik efektif adalah Persamaan 2.13.

ε_eff = ��+1 2 +

��−1 2 �

1

�1+12 _�ℎ

� (2.13) Dimana :

L = panjang patch (mm)

eff

L = panjang patch efektif (mm)

h = ketebalan substrat

r

ε = konstanta dielektrik relatif

eff

ε = konstanta dielektrik efektif

2.6 Antena Susun Mikrostrip

Antena susun mikrostrip (array)adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Antena mikrostrip array dapat berbentuk seri, paralel, atau gabungan dari keduanya. Dalam antena mikrostrip array, yang disusun secara array adalah bagian patch. Medan total dari antena array ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang diradiasikan oleh elemen tunggal [2].

Untuk membentuk pola yang memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap elemen array berinterferensi secara konstruksi pada arah yang diinginkan dan berinterferensi secara destruktif pada arah yang lain. Ada beberapa macam konfigurasi antena array, di antaranya: linear, planar, dan circular, seperti terlihat pada Gambar 2.6[4].

Antena array linear adalah array dengan titik pusat elemen array berada pada satu garis lurus. Antena array planar adalah array dengan susunan elemen

array membentuk sebuah area yang berbentuk kotak. Antena array circular

adalah array dengan elemen array terletak pada suatu lingkaran dengan radius tertentu. Masing-masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear array

memiliki kelebihan dalam perhitungan yang tidak terlalu rumit, sedangkan planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi[4].

2.7 Antena Susun Mikrostrip Dual -Band

Antena susun mikrostrip dual-band adalah antena yang patchnya disusun dengan teknik array supaya antena dapat bekerja di dua frekuensi berbeda. Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena yang dapat bekerja pada frekuensi 2,45 GHz dan frekuensi 3,35 GHz.

2.8 Impedance Matching

Impedance Matching merupakan cara atau teknik yang dipakai untuk menyesuaikan dua impedansi yang tidak sama, yaitu impedansi karakteristik saluran (Z0) dan impedansi beban (ZL). Beban dapat berupa antena atau rangkaian lain yang mempunyai impedansi ekivalen [2]. 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 �/4, single stub tuner, double stub tuner, dan

lumped circuit. Pada Tugas Akhir ini digunakan teknik transformator �/4 untuk memperoleh keadaan impedance matching seperti pada Gambar 2.7[4].

Gambar 2.7 Transformator λ/4

Transformator �/4 adalah suatu teknik impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi ZT di antara dua saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transformator �/4 ini adalah sebesar

l= ¼ �g. Nilai impedansi ZT dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.14[4].

��=��₁�₃ (2.14) 2.9 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, metode Wilkinson merupakan teknik yang umum digunakan. Gambar 2.8 memperlihatkan power divider metoda Wilkinson [4].

Pada metoda Wilkinson, nilai impedansi Z diberikan dengan Persamaan 2.15 berikut [4].

�= �₀√� (2.15) Dimana N adalah jumlah titik pencabangan.

2.10 T-Junction 50 Ohm

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai power divider terlihat pada Gambar 2.9[4]. Pada Tugas Akhir ini T-junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70,7 ohm.

Gambar 2.9 T-Junction Untuk Antena Mikrostrip

2.11 Perangkat Lunak AWR Microwave Office

Microwave Office merupakan solusi perangkat lunak yang paling komprehensif dalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan RF.

Microwave office terkenalkarena memiliki user interface yang intutitif. Keunikan dari arsitekturnya membuat perangakat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yang lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwave Office adalah sebagai berikut:

Kemampuan :

• Perancangan schematic/layout.

• Simulasi rangkaian linier dan non linier.

• Analisa EM

• Sintesis, optimasi, dan analisis hasil

• DRC/L vs skematik

• Process designs kits (PDKs) dari berbagai perancangan Aplikasi :

• Microwave Integrated Circuits (MIC).

• Papan cetak perancangan RF (PCB).

• Rakitan microwave terpadu.

2.12 Proses Pencarian Solusi Simulator AWR Microwave Office

AWR Microwave Office dapat mensimulasikan struktur berupa 3D planar

yang berbahan metal dan lapisan dielektrik. Simulator ini menggunakan metode Galerkin moments (MoM) dalam domain spectral, metode yang sangat akurat untuk menganalisa mikrostrip, stripline, struktur coplanar serta media yang lainnya.

Berdasarkan proses pemberhentiannya, simulasi dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu : terminating simulation dan non terminating simulation. Pada simulasi ini sistem pemberhentian simulasi menggunakan non terminating simulation. Simulasi ini akan berhenti berdasarkan absolute error dan relative error. Simulasi akan berhenti apabila error telah berada dibawah absolute error

dan relative error yang telah ditetapkan. Adapun besar dari absolute error dan

2.13 Spesifikasi Setting Parameter Simulasi Untuk Pengambilan Data

Dalam menggunakan simulator diperlukan beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun setting simulator yang digunakan dalam menjalankan simulasi adalah sebagai berikut.

1. Rentang frekuensi simulasi adalah 2.2-2.6 GHz dengan frekuensi resonansinya sebesar 2.45 GHz. Adapun cara untuk settingan nilai frekuensi dijelaskan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Settingan Nilai Frekuensi Pada Simulator

Untuk mendapatkan tab seperti pada Gambar 2.10 dapat dilakukan dengan cara memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih langsung dari Project Option. Dari Gambar 2.10 dapat diketahui bahwa frekuensi pada simulasi dimulai pada 2.3 GHz dan berakhir pada 2.6 GHz dengan frekuensi tingkatan 0.01 GHz.

2. Menggunakan fitur Harmonic Balance yang merupakan salah satu fitur pada AWR Microwave Office yang berfungsi untuk meningkatkan akurasi

dari hasil simulasi yang diinginkan. Untuk mendapatkan settingan

Harmonic Balance dapat dilakukan dengan memilih Option > Default Circuit Option. Adapun cara untuk melakukan settingan pada Harmonic Balance dijelaskan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Settingan Pada Harmonic Balance

Dari Gambar 2.11 dapat diketahui bahwa nilai default yang digunakan pada absolute error dan relative error adalah masing-masing sebesar 1�−9 dan 1�−5 dengan jumlah maksimum dari iterasinya adalah sebesar 25. 3. Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 terdapat 3 spesifikasi

mesh yang ditawarkan dalam perancangan, yaitu : low, normal dan high. Spesifikasi tersebut akan mempengaruhi keakuratan hasil simulasi yang didapatkan. Gambar 2.12 menunjukkan contoh model simulasi dengan menggunakan spesifikasi low mesh.

Gambar 2.12 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Low Mesh

Dari Gambar 2.12 dapat diketahui bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi low dalam perancangan akan akan memiliki ukuran jaring yang lebih besar dan akan memiliki nilai akurasi yang lebih rendah. Gambar 2.13 menunjukkan contoh model simulasi dengan menggunakan spesifikasi normal mesh.

Gambar 2.13 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Normal Mesh

Dari gambar 2.13 dapat dilihat bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi normal memiliki ukuran jaring yang lebih kecil dibandingkan dengan spesifikasi low. Sedangkan hasil yang diperoleh akan memiliki nilai keakuratan

yang lebih baik dibandingkan dengan spesifikasi low mesh. Gambar 2.14 menunjukkan suatu model simulasi yang menggunakan spesifikasi high. Dari gambar dapat dilihat bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi high memiliki ukuran jaring yang paling kecil dibandingkan dengan spesifikasi

low dan normal.

Gambar 2.14 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi High Mesh

Pada perancangan ini, mesh yang digunakan (dipilih) adalah yang bertipe high. Hal ini dikarenakan hasil simulasi yang diperoleh dengan menggunakan spesifikasi high memiliki tingkat keakuratan yang paling baik dibandingkan dengan mesh yang berspesifikasi low dan normal.

Pada metoda Wilkinson, nilai impedansi Z diberikan dengan Persamaan 2.15 berikut [4].

�= �₀√� (2.15) Dimana N adalah jumlah titik pencabangan.

2.10 T-Junction 50 Ohm

T-junction merupakan sebuah teknik power divider yang umum digunakan pada konfigurasi antena array. Jenis T-junction 50 Ohm yang dapat digunakan sebagai power divider terlihat pada Gambar 2.9[4]. Pada Tugas Akhir ini T-junction yang digunakan adalah yang memiliki impedansi 70,7 ohm.

Gambar 2.9 T-Junction Untuk Antena Mikrostrip

2.11 Perangkat Lunak AWR Microwave Office

Microwave Office merupakan solusi perangkat lunak yang paling

komprehensif dalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan RF. Microwave office terkenal karena memiliki user interface yang intutitif. Keunikan dari arsitekturnya membuat perangakat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yang lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwave Office adalah sebagai berikut :

Kemampuan :

• Perancangan schematic/layout.

• Simulasi rangkaian linier dan non linier.

• Analisa EM

• Sintesis, optimasi, dan analisis hasil

• DRC/L vs skematik

• Process designs kits (PDKs) dari berbagai perancangan Aplikasi :

• Microwave Integrated Circuits (MIC).

• Papan cetak perancangan RF (PCB).

• Rakitan microwave terpadu.

2.12 Proses Pencarian Solusi Simulator AWR Microwave Office

AWR Microwave Office dapat mensimulasikan struktur berupa 3D planar yang berbahan metal dan lapisan dielektrik. Simulator ini menggunakan metode Galerkin moments (MoM) dalam domain spectral, metode yang sangat akurat untuk menganalisa mikrostrip, stripline, struktur coplanar serta media yang lainnya.

Berdasarkan proses pemberhentiannya, simulasi dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu : terminating simulation dan non terminating simulation. Pada simulasi ini sistem pemberhentian simulasi menggunakan non terminating simulation. Simulasi ini akan berhenti berdasarkan absolute error dan relative error. Simulasi akan berhenti apabila error telah berada dibawah absolute error dan relative error yang telah ditetapkan. Adapun besar dari absolute error dan relative error adalah masing-masing sebesar 1�−9 dan 1�−5 (default).

2.13 Spesifikasi Setting Parameter Simulasi Untuk Pengambilan Data

Dalam menggunakan simulator diperlukan beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun setting simulator yang digunakan dalam menjalankan simulasi adalah sebagai berikut.

1. Rentang frekuensi simulasi adalah 2.2-2.6 GHz dengan frekuensi resonansinya sebesar 2.45 GHz. Adapun cara untuk settingan nilai frekuensi dijelaskan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Settingan Nilai Frekuensi Pada Simulator

Untuk mendapatkan tab seperti pada Gambar 2.10 dapat dilakukan dengan cara memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih langsung dari Project Option. Dari Gambar 2.10 dapat diketahui bahwa frekuensi pada simulasi dimulai pada 2.3 GHz dan berakhir pada 2.6 GHz dengan frekuensi tingkatan 0.01 GHz.

2. Menggunakan fitur Harmonic Balance yang merupakan salah satu fitur pada AWR Microwave Office yang berfungsi untuk meningkatkan akurasi

dari hasil simulasi yang diinginkan. Untuk mendapatkan settingan Harmonic Balance dapat dilakukan dengan memilih Option > Default Circuit Option. Adapun cara untuk melakukan settingan pada Harmonic Balance dijelaskan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Settingan Pada Harmonic Balance

Dari Gambar 2.11 dapat diketahui bahwa nilai default yang digunakan pada absolute error dan relative error adalah masing-masing sebesar 1�−9 dan 1�−5 dengan jumlah maksimum dari iterasinya adalah sebesar 25. 3. Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 terdapat 3 spesifikasi

mesh yang ditawarkan dalam perancangan, yaitu : low, normal dan high. Spesifikasi tersebut akan mempengaruhi keakuratan hasil simulasi yang didapatkan. Gambar 2.12 menunjukkan contoh model simulasi dengan menggunakan spesifikasi low mesh.

Gambar 2.12 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Low Mesh

Dari Gambar 2.12 dapat diketahui bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi low dalam perancangan akan akan memiliki ukuran jaring yang lebih besar dan akan memiliki nilai akurasi yang lebih rendah. Gambar 2.13 menunjukkan contoh model simulasi dengan menggunakan spesifikasi normal mesh.

Gambar 2.13 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Normal Mesh Dari gambar 2.13 dapat dilihat bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi normal memiliki ukuran jaring yang lebih kecil dibandingkan dengan spesifikasi low. Sedangkan hasil yang diperoleh akan memiliki nilai keakuratan

yang lebih baik dibandingkan dengan spesifikasi low mesh. Gambar 2.14 menunjukkan suatu model simulasi yang menggunakan spesifikasi high. Dari gambar dapat dilihat bahwa sebuah model simulasi yang menggunakan spesifikasi high memiliki ukuran jaring yang paling kecil dibandingkan dengan spesifikasi low dan normal.

Gambar 2.14 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi High Mesh Pada perancangan ini, mesh yang digunakan (dipilih) adalah yang bertipe high. Hal ini dikarenakan hasil simulasi yang diperoleh dengan menggunakan spesifikasi high memiliki tingkat keakuratan yang paling baik dibandingkan dengan mesh yang berspesifikasi low dan normal.