BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Umum Antena mikrostrip telah dikembangkan diseluruh dunia secara khusus untuk

memenuhi kebutuhan antena yang low-profile. Banyak penelitian dimulai pada awal 1970, walaupun antena mikrostrip sudah mulai terindikasi pada tahun 1953 dan dipatenkan pada tahun 1955. Antena mikrostrip secara terus menerus diteliti dan dikembangkan sampai pada akhirnya mulai dipabrikasi pada awal tahun 1980. Perkembangan material substrat juga menambah khasanah dari penelitian antena mikrostrip [9]. 2.2.

Karakteristik Antena Mikrostrip Antena mikrostrip adalah jenis antena yang memiliki kelebihan dan

kekurangan sebagai berikut [9][10][11]. Tabel 2.1. Kelebihan dan kekurangan antena mikrostrip Kelebihan

Kekurangan

Profil Tipis

Efisiensi rendah

Ringan

Bandwidth relatif kecil

Mudah di pabrikasi

Pengaruh radiasi tambahan dari pencatu, percabangan dan gelombang permukaan. Pengaruh dari berbagai toleransi yang tinggi.

Mudah untuk dibentuk

8 Universitas Sumatera Utara

Lanjutan Tabel 2.1 Kelebihan

Kekurangan

Biaya murah

Kebutuhan akan kualitas substrat dan toleransi terhadap suhu yang baik

Dapat di-integrasikan dengan circuits

Kebutuhan akan kualitas susunan yang tinggi, membutuhkan sistem pancatuan yang kompleks

Mudah untuk membuat tambahan array

Kemurnian dari polarisasi sangat sulit dicapai.

Terdapat sejumlah substrat dalam merancang antena mikrostrip, dengan konstanta dielektrik berada pada rentang 2,2 < εr < 12. Salah satu hal penting lainnya adalah ketebalan dari jenis substrat, dengan dielectric constant yang lebih rendah, maka akan memiliki efisiensi lebih baik, bandwidth lebih lebar dan cukup baik dalam loncatan radiasi medan ke ruang bebas, namun menjadi cukup mahal untuk ukuran elemen yang besar. Substrat yang tipis dengan dielectric constant yang lebih besar dibutuhkan dalam rangkaian microwave untuk kebutuhan menahan loncatan medan dan mengurangi radiasi dan kopling yang tidak diperlukan. Kebutuhan akan ukuran elemen yang lebih kecil dapat mengakibatkan rugi-rugi yang tinggi, sehingga menjadi tidak efisien dan memiliki bandwidth yang relatif lebih kecil. Semakin banyaknya penggunaan antena mikrostrip yang terintegrasi dengan rangkaian microwave lainnya, maka dibutuhkan suatu kombinasi terbaik yang harus dicapai antara kebutuhan kinerja antena dengan rancangan dari rangkaian secara keseluruhan [10]. Pada umumnya, antena mikrostrip direpresentasikan sebagai suatu antena patch. Elemen peradiasi dan pencatu yang menyatu pada permukaan dielectric 9 Universitas Sumatera Utara

substrate seperti pada Gambar 2.1. Patch peradiasi biasanya square, rectangular, strip tips (dipole), circular, elliptical, triangular atau konfigurasi lainnya seperti pada Gambar 2.2 [10].

Gambar 2.1. Patch antena mikrostrip Elemen peradiasi (patch) merupakan sebuah lempengan bahan konduktor tipis yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara.

Gambar 2.2. Representasi bentuk-bentuk patch


Elemen substrat (substrate) merupakan bahan dielektrik yang memisahkan antara patch dan bidang pentanahan (ground plane). Tabel 2.2 memperlihatkan nilai konstanta dielektrik dan loss tangent dari beberapa jenis bahan dielektrik [12][13]. Tabel 2.2. Konstanta bahan dielektrik Jenis Bahan (material)

Konstanta Dielektrik

Loss Tangent

Udara

1

0

Foam

1,07

0,0009

Epoxy FR 4

4,4

0,02

RT/Duroid 5880

2,2

0,0009

Polysterene-quartz

2,6

0,0005

Teflon-ceramic

2,3

0,001

Polyolefin-ceramic

3 – 10

0,001

Polyester-ceramic

6

0,017

3 – 25

0,000

Silicon

Elemen substrat ini memiliki jenis yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik (εr) dan loss tangent. 2.3.

Saluran Mikrostrip Saluran mikrostrip (microstrip line) merupakan saluran transmisi yang bentuk

fisiknya bersifat kaku (rigid). Saluran jenis ini biasanya digunakan untuk bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro (orde GHz) dan digunakan untuk menghubungkan piranti-piranti elektronik yang berjarak dekat. Saluran mikrostrip biasanya dibuat dari bahan dielectric dan metal track dengan bahan khusus yang


mempunyai rugi-rugi rendah pada frekuensi gelombang mikro. Bentuk fisik dan pola medannya dapat dilihat pada Gambar 2.3 [14].

Gambar 2.3. Bentuk fisik dan pola medan saluran mikrostrip Impedansi karakteristik dari saluran mikrostrip untuk lebar saluran yang sempit dengan w/h ≤ 2 dapat dinyatakan sebagai berikut [15]: /

,

=

)

(

ln

+

+2

−

( (

) )

0,4516 +

,

……… (2.1)

Dan untuk w/h > 2 :

=

Dimana:

, √

+ 0.8825 + 0,1645

+

1,4516 + ln + 0,9 4

…(2.2)

h = ketebalan bahan dielektrik (m) w = lebar konduktor mikrostrip (m) εr = konstanta bahan dielektrik


2.4.

Dielektrik Substrat Pada antena mikrostrip, bahan dielektrik substrat merupakan komponen yang

cukup penting. Berbagai parameter antena mikrostrip seperti ukuran patch dan lebar saluran pencatu sangat bergantung dari nilai konstanta bahan dielektriknya. Effective dielectric constant diberikan persamaan sebagai berikut [16].

=

+1 + 2

−1 2

1 1+

… … … … … … . . (2.3)

12

Effective dielectric constant dapat di terjemahkan sebagai dielectric constant dari medium homogen yang setara sebagai pengganti udara dan area dielectric dari saluran mikrostrip. Dari dimensi saluran mikrostrip, dapat di hitung impedansi karakteristik sebagai berikut [10] [16].

ln

+

/ ≤1

= ,

,

≥1

,

… (2.4)

Dan dari impedansi karakteristik Z0 dan dielectric constant εr, perbandingan W/d dapat ditentukan sebagai berikut [16].

=

<2 − 1 − ln(2 − 1) +

ln( − 1) + 0,39 −

,

>2

… (2.5)

Gambar 2.4 berikut memperlihatkan geometri dari dielektrik substrat [16]. 13 Universitas Sumatera Utara

(a)

(b)

Gambar 2.4. Dielektrik substrat (a) Original geometry (b) Equivalent geometry Dielektrik substrat dari relative permittivity εr digantikan dengan medium homogen dari effective relative permittivity εe.

=

60

+1 + 2

=

2.5.

−1 0,11 0,23 + −1

377 2 √

… … … … … … … … . (2.6)

… … … … … … … … … . … … … … … (2.7)

Parameter Antena Mikrostrip Parameter penting yang digunakan untuk mengevaluasi kinerja dari suatu

antena mikrostrip antara lain voltage standing wave ratio (VSWR), gain dan scattering parameter berupa return loss. 2.5.1. Voltage standing wave ratio (VSWR) Voltage standing wave ratio (VSWR) adalah rasio perbandingan antara amplitude tegangan maksimum dan tegangan minimum terjadi karena adanya


superposisi antara gelombang datang dan gelombang pantul. Jika kedua gelombang ini sefasa, akan terjadi tegangan maksimum dan bila berlawanan fasa akan terjadi tegangan minimum. Harga untuk koefisien pantul adalah 0 < |Γ| < 1 dan untuk VSWR adalah 1 < VSWR < ~. Nilai VSWR yang baik adalah mendekati 1 dan diberikan oleh [4][11].

VSWR =

V V

=

|V | + |V | 1 + |Γ| = … … … … … … … … . (2.8) |V | − |V | 1 − |Γ|

2.5.2. Bandwidth Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) untuk memenuhi spesifikasi standar [13] [17]. ℎ=

(

−

) … … … . . … … … … … … (2.9)

Frekuensi tengah (f0) dari sebuah bandwidth dapat dinyatakan sebagai berikut.

=

− 2

(

) … … … … . . … … … … … . (2.10)

Gambar 2.5 mengilustrasikan sebuah bandwidth yang diperoleh berdasarkan grafik VSWR versus frekuensi dari nilai standar VSWR yaitu ≤ 2 [15].


V. S. W. R.

specification V. S. W. R.

f1 f0 frequencybandwidth

f2

Gambar 2.5. Rentang frekuensi yang merepresentasikan bandwidth Bandwidth dapat juga dinyatakan dalam bentuk persentase yang dirumuskan sebagai berikut [17]. =

Dimana:

−

100% … … … … … . … . … … … . (2.11)

f2 = frekuensi tertinggi f1 = frekuensi terendah fc = frekuensi tengah

2.5.3. Return loss (RL) Return loss (RL) 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 akibat


adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena).

Pada rangkaian

gelombang

mikro

yang

memiliki diskontinuitas

(mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi [13] [16].

=

−1 . … … … … … … . . … … … … (2.12) +1

=

= 20

| | . … . … … . . … … . … … … … (2.13)

Dengan menggunakan nilai VSWR ≤ 2 maka diperoleh nilai return loss yang dibutuhkan adalah di bawah -10 dB. Dengan nilai ini, dapat dikatakan bahwa nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah dapat dianggap matching. Nilai parameter ini dapat menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah mampu bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak. 2.5.4. Pola radiasi dan beamwidth Pola radiasi (radiation pattern) adalah fungsi matematika atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan flux, intensitas radiasi, kuat medan, atau polarisasi. Biasanya sifat dari radiasi yang sangat dipentingkan adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Contoh gambaran dari pola radiasi antena secara tiga dimensi dan dua dimensi dapat dilihat dari Gambar 2.6 [10].


First null beamwidth

Major Lobe

Half power beamwidth (HPBW)

Minor Lobe

Minor Lobe

Back Lobe

(a)

Radiation Intensity Major Lobe Minor Lobe HPBW

Side Lobe

Back Lobe

FNBW

(b) Gambar 2.6. (a) Pola radiasi dan beamwidth (b) Linear plot pola daya dengan lobe-lobe pendukung dan beamwidth


Half Power Beamwidth (HPBW) didefenisikan sebagai suatu arah maksimum dari beam, sudut antara dua arah yang intensitas radiasi nya adalah setengah dari nilai maksimum dari beam. 2.5.5. Penguatan (Gain)

Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antenna pada suatu arah utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropic yang menggunakan sumber daya masukan yang sama, dan dapat dirumuskan sebagi berikut [10]: =

… … … … … … … … … … … … … … . . (2.14)

Dimana: G = gain Um = intensitas radiasi maksimum suatu antenna Umr = intensitas radiasi maksimum antena referensi dengan daya input yang sama Gain dapat dinyatakan sebagai perkalian dari efisiensi radiasi dan direkstivitas yaitu [20]: = .

……………………………… (2.15)

Dimana direktivitas (D) merupakan keterarahan intensitas radiasi antena dan e merupakan efisiensi radiasi yang muncul akibat adanya rugi-rugi ohmic dari struktur antena.


Secara umum, hubungan antara direktivitas dan gain terhadap dimensi fisik dari antena dapat dinyatakan dengan [11] [18]. =

=

4

… … … … … … … … … … … … … … . . . (2.16)

4

… … … … … … … … … … … … … … … . (2.17)

Dengan, =

Dimana:

.

0≤

≤ 1 …………………………… (2.18)

Ap = Aperture fisik antena A e = Aperture efektif antena ε ap = efisiensi aperture antena

Dalam pengukuran 2-port gain, perhitungan gain antena penerima dapat peroleh dengan persamaan berikut [19]. Pr / Pt = │S21│2 ………………………….. (2.19) Dengan GT adalah fungsi gain dari pengukuran 2 port [20]. GT = │S21│2 ………………………….. (2.20) Sehingga, GT = Pr / Pt ……………………………(2.21) Jika GA dan GB adalah gain antena pemancar dan antena penerima, maka dengan menggunakan persamaan Friis diperoleh [21].


+

= 20log

−10

…………………..(2.22)

Dengan r adalah jarak antara antena pemancar dengan antena penerima dan

adalah

panjang gelombang pada frekuensi kerja. 2.6.

Antena Mikrostrip Patch Segiempat Patch berbentuk segi empat (rectangular) merupakan bentuk yang paling

sederhana dan umum digunakan pada antena mikrostrip. Bentuk ini memiliki dimensi panjang (L) dan lebar (W). Gambar 2.7 menunjukkan bagian-bagian dari sebuah antena mikrostrip patch segi empat [10].

(a)

(b)

(c) Gambar 2.7. (a) Mikrostrip patch segi empat (b) Model rangkaian ekuivalen, dan (c) Mikrostrip patch segi empat dengan inset feed Untuk mendapatkan frekuensi resonansi yang diinginkan, dibutuhkan dimensi panjang dan lebar dari patch segi empat sebagai parameter utama. Dimana dimensinya dipengaruhi oleh ketebalan substrat (h) dan nilai konstanta dielektrik (εr)


dari substrat yang digunakan. Lebar patch dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan [9] [10]: =

(

………………………………(2.19)

)

Dimana c adalah kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di ruang bebas yaitu 8

sebesar 3x10 m/det, fr adalah frekuensi resonansi dari antena dan εr adalah konstanta dielektrik dari bahan substrat. Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) dirumuskan sebagai [9] [10]: =

− 2∆ ………………….………………..………(2.20)

Dimana Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat ditentukan dengan [10]: =

… … … … … … … . … … … … … (2.21)

2

Dan ΔL adalah perbedaan panjang antara L dan Leff yang dirumuskan sebagai [10]:

∆ = 0.412ℎ

(

+ 0.3) ℎ + 0,26 4 … … … … … . . (2.22) − 0.258) ℎ + 0,8

(

Dengan εreff adalah konstanta dielektrik relatif yang dirumuskan sebagai [10]: =

+

/

………………………..(2.23)

Impedansi input (Zin) antena mikrostrip patch segi empat diperhitungkan sebagai berikut [11]: ≈ 90

( ℎ )……………………………(2.24)


Secara formula, bandwidth yang dapat dicapai oleh antena mikrostrip patch segiempat untuk VSWR < 2 adalah [11]: ∆

=

16

−1 ℎ

3√2

−1 ℎ

≈ 3,77

… … … … … … … . . (2.25)

Kemudian dengan semakin besar nilai W, maka akan semakin besar pula nilai direktivitas antena mikrostrip. Maksimum nilai direktivitas antena mikrostrip tersebut dinyatakan sebagai berikut [11]:

=

6,6 = 8,2 8 / ,

,

≪ ≫

… … … … … … … … … … (2.26)

Gain antena mikrostrip patch segi empat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : =

4

(

×

) … … … … … … … … … … … … . . (2.27)

Dengan, =

… … … … … … … … … … … … … . . (2.28)

Dimana λ0 merupakan panjang gelombang pada frekuensi resonansi (fr). Untuk lebar dan panjang substrat dari antena mikrostrip dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut [22]: = 6ℎ+

……………...………………..(2.29)

= 6ℎ+

…………………..…………….(2.30)

Dengan Ws adalah lebar substrat dan Ls adalah panjang substrat. 23 Universitas Sumatera Utara

2.7.

Antena Mikrostrip Broadband & Dualband Terdapat jenis-jenis kebutuhan band frekuensi kerja pada antena mikrostrip,

diantaranya adalah antena mikrostrip broadband dan dualband. Masing-masing jenis kebutuhan band frekuensi tersebut memilki kelebihan dan teknik tersendiri dalam perancangan yang disesuaikan dengan aplikasi penggunaan antena mikrostrip. 2.7.1. Antena mikrostrip broadband Antena mikrostrip broadband adalah antena yang bekerja pada suatu band frekuensi tertentu, dengan lebar band (bandwidth) antara 50 MHz – 200 MHz. Pada Gambar 2.8 terlihat kebutuhan bandwidth untuk frekuensi kerja GSM 1800 MHz [23].

Gambar 2.8 Grafik VSWR antena mikrostrip broadband Dari Gambar 2.8, grafik VSWR hasil pengukuran dan simulasi di peroleh nilai VSWR < 2 berada pada band frekuensi 1800 MHz atau diantara 1700 MHz dan 1800 MHz. Bandwidth frekuensi untuk hasil simulasi adalah sebesar 87,23 MHz dan untuk hasil pengukuran 82,01 MHz. Antena mikrostrip yang dirancang adalah antena broadband [23].


2.7.2. Antena mikrostrip dualband Antena mikrostrip dualband dimaksudkan untuk mendapatkan kinerja terbaik dari suatu antena pada dua band frekuensi aplikasi berbeda. Misalnya, band frekuensi GSM 900 MHz dan LTE 1800 MHz, band frekuensi GSM 900 MHz dan WLAN 2400 MHz atau band frekuensi WLAN 2400 MHz dan WiMax 5,3 GHz. Gambar 2.9 merupakan hasil rancangan antena mikrostrip untuk mendapatkan dua frekuensi kerja dengan memperlihatkan parameter S11 (return loss) sebagai indikator kinerja dari antena dualband [24].

Gambar 2.9 Grafik parameter S11 (return loss) antena mikrostrip dualband Dari rancangan antena mikrostrip, diperoleh parameter return loss (S11) hasil simulasi dan pengukuran bahwa antena bekerja pada band frekuensi WiFi 3,6 GHz dan WiMax 5,3 GHz. Pada antena dualband, lebar band antena bersifat narrowband atau memiliki band frekuensi yang sempit seperti terlihat pada Gambar 2.9.


2.8.

Saluran Mikrostrip T-junction Multiple Section Saluran T-junction diperlukan untuk perancangan antena mikrostrip 2 elemen

yang dibentuk seperti huruf T (T-junction) atau disebut sebagai parallel feed atau corporate feed, dengan dua saluran pembagi mikrostrip 2Z0 dan saluran input mikrostrip Z0. Quarter wave T-junction umumnya dipakai sebagai pembagi daya (power divider) pada antena 2 elemen [9].

Gambar 2.10 T-Junction pembagi daya Gambar 2.10 memperlihatkan saluran pencatu T-junction yang diperlukan dalam perancangan antena mikrostrip 2 elemen atau lebih (array). Nilai Z0 saluran input adalah 50 Ω, untuk pembagi daya saluran output Z adalah sebesar : Z = 2Z0 …………………………………. (2.31) Sehingga Z=100 Ω. Selanjutnya diperlukan suatu multiple section transformer untuk kebutuhan saluran pencatu antena mikrostrip 2 elemen [15].

Gambar 2.11 Multiple section transformer ¼ λ 26 Universitas Sumatera Utara

Dengan rasio impedansi karakteristik saluran input dan output: =

/

………………………….....(2.32)

Maka dapat di peroleh nilai ZA sebagai berikut: =

…………………………….. (2.33)

=

…………………………….. (2.34)

Dan,

Gambar 2.12 menunjukkan suatu multiple section transformer ¼ λ yang dibutuhkan dalam merancang suatu saluran pencatu 2 elemen dan dikombinasikan dengan saluran T-junction. Nilai impedansi karakteristik setiap section nya dapat diperoleh dari Persamaan (2.32) sampai Persamaan(2.34). Representasi suatu saluran pencatu T-junction yang dikombinasikan dengan multiple section transformer digambarkan seperti Gambar 2.12 [6].

Gambar 2.12. Saluran pencatu T-junction dengan multiple section transformer Gambar 2.12 merupakan saluran pencatu yang digunakan untuk antena mikrostrip 2 elemen dengan nilai impedansi pada masing-masing section nya. Sesuai


dengan Gambar 2.10, maka nilai impedansi karakteristik saluran input Z0 adalah sebesar 50 Ω dan panjang saluran mikrostrip dapat dihitung sebesar ¼ λg. 2.9.

Optimasi Dengan Simulator Microwave Office AWR 2004 Terdapat beberapa perangkat lunak sebagai simulator yang dapat digunakan

dalam perancangan antena mikrostrip, diantaranya: a.

Advance Design System (ADS) adalah produk dari Keysight Technologies yang merupakan simulator untuk perancangan rangkaian terpadu elektronika maupun mikrostrip kebutuhan radio frequency (RF), microwave dan aplikasi digital kecepatan tinggi.

b.

Ansoft High Frequensy Structure Simulator (HFSS) simulator produk dari ANSYS, dapat juga digunakan dalam merancang antenna mikrostrip selain kemampuan lainnya dalam perancangan rangkaian terpadu elektronika.

c.

Microwave office AWR 2004 merupakan software yang digunakan untuk merancang dan menganalisis kinerja pada radio frequency (RF), microwave,

millimeterwave,

analog

dan

rancangan

RFIC

yang

memungkinkan untuk menggambar langsung kedalam sistem AWR. Microwave Office (MWO) dan Analog Office (AO) memungkinkan untuk merancang desain sirkuit yang rumit secara linear, non-linear, serta struktur elektromagnet, dan menampilkan layout dari rancangan tersebut.


Software ini juga bekerja dengan cepat dan menganalisis secara akurat. Pada penelitian ini menggunakan simulator microwave office AWR 2004. Fasilitas-fasilitas yang tersedia pada software ini digunakan untuk merancang dan mensimulasikan antena yang akan dirancang. Setelah disimulasi akan diperoleh beberapa karakteristik antena seperti frekuensi kerja, bandwidth, impedansi input, return loss, VSWR, dan pola radiasi. 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 menganalisis 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 masingmasing sebesar 1

dan 1

(default).

Dalam menggunakan simulator diperlukan beberapa setting parameter yang bertujuan untuk mendapatkan hasil simulasi yang mendekati hasil dari pengukuran secara langsung. Adapun cara untuk pengaturan nilai frekuensi diperlihatkan pada Gambar 2.13.


Gambar 2.13. Pengaturan nilai frekuensi pada simulator AWR 2004 Untuk mendapatkan tab seperti pada Gambar 2.13 dapat dilakukan dengan cara memilih Option > Project Option atau bisa juga dengan cara memilih langsung dari Project Option. Dari Gambar 2.13 diketahui bahwa frekuensi pada simulasi dapat dimulai dan diakhiri dengan frekuensi yang diinginkan dengan selang (interval) yang juga dapat diatur. Pada gambar diperlihatkan pengaturan frekuensi dari 2,3 GHz dan berakhir pada 2,6 GHz dengan frekuensi tingkatan 0,05 GHz. 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 pengaturan harmonic balance dapat dilakukan dengan memilih Option > Default Circuit Option. Adapun cara tampilan pengaturan harmonic balance diperlihatkan pada Gambar 2.14.


Gambar 2.14. Pengaturan harmonic balance Dari Gambar 2.14 dapat diketahui bahwa nilai default yang digunakan pada absolute error dan relative error adalah masing-masing sebesar 1

dan 1

.

Dalam simulator AWR Microwave Office 2004 elemen/patch dibagi menjadi bagianbagian kecil yang tersusun (mesh). Gambar 2.15 menunjukkan contoh mesh dari patch yang disimulasikan pada software AWR. Wg Wp

Lg

Lp

Wf

Lf

Gambar 2.15. Model simulasi dengan mesh


Gambar 2.15 dengan dimensi antena Wg= lebar ground plane, Lg= panjang ground plane, Wp= lebar patch, Lp= panjang patch, Lf= panjang pencatu dan Wf= lebar pencatu, dapat diketahui bahwa sebuah model simulasi patch segi empat dengan pembagian jaring/mesh dengan memiliki ukuran jaring tertentu yang dapat disesuaikan dengan mengatur ukuran grid. Pada spesifikasi high mesh memiliki tingkat keakuratan yang lebih baik dibandingkan dengan mesh yang berspesifikasi low. Namun, proses simulasi yang dilakukan akan membutuhkan waktu yang lebih lama karena banyaknya grid yang akan dihitung. Dalam menganalisis suatu antena mikrostrip, pada simulator Microwave office AWR 2014 digunakan metode Method of Moments (MoM). MoM pertama kali diperkenalkan pada metode matematika dimana ide dasarnya adalah untuk mengubah suatu persamaan integral atau diferensial ke dalam suatu persamaan linear aljabar simultan (atau persamaan matriks) yang kemudian dapat diselesaikan dengan teknik numerik. Gambar 2.16 menunjukkan sebuah plat tipis yang bermuatan yang dibagi ke dalam N segmen yang mempunyai luas sebesar ∆ [25].

Gambar 2.16. Plat tipis bermuatan


Pembagian segmen dilakukan sesuai dengan prinsip method of moments dengan memecah objek yang diamati. Terdapat dua tahapan berdasarkan metode momen ini yaitu tahap pertama adalah arus listrik yang belum diketahui

( )

ditunjukkan sebagai gabungan fungsi ({ , , , … . } seperti ditunjukkan oleh Persamaan (2.34) dalam bentuk gabungan linier. ( )=

+

= ∑

+ …+

( ) …………..(2.34)

( = 1, 2, 3, … , ) adalah koefisien ekspansi yang telah ditentukan

Dimana

( ) dan ( = 1, 2, 3, … , ) adalah fungsi ekspansi (expansion function atau basis function) yang sudah diketahui [25]. ( ) bernilai bukan nol pada tiap bagian kecil ∆

Di sini

( ).

dan 1 mempunyai arti nilai “tidak” dan “ada”nya nilai ( )=

( )

, dimana nilai 0

∈ ∆

( )=0

lainnya

……………………… (2.35)

Kemudian Persamaan (2.34) disubstitusikan ke dalam komponen persamaan integral Pocklington sebelah kiri menjadi:

∫

( )

( , )

+

( , )

+

( ) = 0 ………….(2.36)

+

( ) ………………..(2.37)

Bila nilai ini adalah ( ), maka dapat diperoleh ( )= ∑

∫∆

( )∏( , )


Dimana, ( , )

∏( , ) =

Dalam Persamaan (2.37),

+

( , )

……………………(2.38)

( ) menunjukkan nilai selisih (residu), dimana

idealnya mempunyai nilai yang sangat kecil sehingga mendekati nilai nol. Tahapan kedua adalah mengalikan fungsi yang sudah diketahui

( )(

=

1, 2, 3, … , )dengan ( ), kemudian diintegral, maka akan diperoleh persamaan

( ) ( )

∫

Dimana

( )(

=0

= 1, 2, 3, … , ) ……………….(2.39)

= 1, 2, 3, … , ) disebut juga sebagai fungsi beban atau ( ) mempunyai nilai bukan nol di bagian ruang

fungsi penguji. Fungsi beban kecil ∆

(

( ) terbaik agar

. Dalam proses ini kita hendak mencari kombinasi deret

Persamaan (2.39) mempunyai jumlah yang mendekati nol [25]. ( )=

( )

∈ ∆

( )=0

lainnya

………………………(2.40)

Sehingga Persamaan (2.40) akan menjadi seperti Persamaan (2.41) ∑

∫∆

( ) ∫∆

( ) ∏( , )

= − ∫∆

Persamaan (2.41) adalah persamaan deret ∑

=

( )

( )

……. (2.41)

yang dapat ditunjukkan sebagai: (

= 1, 2, 3, … , ) ………………(2.42)


Dimana,

= ∫∆

( ) ∏( , )

( ) ∫∆

= − ∫∆

( )

( )

…………….. (2.43)

……………………….. (2.44)

Persamaan (2.46) dapat disusun kembali dalam bentuk matriks [25]. [ Dimana [

], [

][ ]= [

]

…………………………….(2.45)

] masing – masing adalah matriks impedansi yang

terekspansi dan matriks tegangan listrik. Istilah terekspansi disini menunjukkan bukan rumus impedance maupun tegangan seperti biasa. Koefisien ekspansi yang belum diketahui [ ] dapat diperoleh dari [ ] = [

] [

]. [ ] yang telah

ditentukan kemudian disubsitusikan kembali ke dalam Persamaan (2.38) sehingga arus listrik yang belum diketahui dapat ditentukan. AWR Microwave Office 2004 menggunakan prinsip dari method of moment dimana permukaan patch dari antena mikrostrip yang akan dianalisis dibagi ke dalam bagian 3 dimensi yang lebih kecil (sumbu x, y dan z) kemudian dengan menggunakan tahapan proses dari method of moment akan dihasilkan nilai dari distribusi arus dan tegangan pada permukaan patch antena tersebut.


2.10.

4G LTE (Long Term Evolution) 4G-LTE (4th Generation-Long Term Evolution) merupakan suatu jaringan

yang dikembangkan dari jaringan sebelumnya yaitu jaringan 3G. LTE merupakan roadmap jangka panjang yang dimulai pada jaringan 4G yang mampu untuk menghasilkan data rate sampai dengan 100 Mbps. Standar teknologi LTE dikeluarkan oleh 3GPP forum. LTE dikembangkan untuk sejumlah band frekuensi, saat ini dapat bekerja pada frekuensi 700 MHz hingga 2.7GHz. Bandwidth yang tersedia juga fleksibel dimulai dengan 1,4 MHz hingga 20 MHz. LTE (Long Term Evolution) atau E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Access Network), diperkenalkan di 3GPP R8 (release 8) yang juga dikenal sebagai 4G (4th Generation), adalah bagian akses dari Evolved Packet System (EPS). Persyaratan utama untuk jaringan akses baru adalah spektrum

dengan efisiensi

tinggi, kecepatan data rate yang tinggi, waktu round trip yang singkat serta fleksibilitas dalam frekuensi dan bandwidth [26].

Gambar 2.17. Solusi jaringan dari GSM menuju LTE 36 Universitas Sumatera Utara

Evolved Packet System (EPS) adalah murni berbasis IP. Kedua layanan real time dan layanan komunikasi data akan dilakukan oleh protokol IP. Alamat IP dialokasikan ketika ponsel diaktifkan dan dilepaskan ketika dimatikan. Solusi akses terbaru LTE, didasarkan pada OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) dan dikombinasikan dengan modulasi yang lebih tinggi (hingga 64 QAM), bandwidth besar (sampai 20 MHz) dan multiplexing spasial dalam downlink (hingga 4x4), sehingga kecepatan data yang tinggi dapat dicapai. Secara teori data rate tertinggi pada saluran transport adalah 75 Mbps pada uplink, pada downlink yang menggunakan multiplexing spasial, data rate dapat mencapai 300 Mbps. Jaringan akses dari LTE hanyalah sebuah jaringan BTS, evolved Node B (ENB) yang merupakan arsitektur datar seperti pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18. X2 dan S1 interface 37 Universitas Sumatera Utara

Pada LTE tidak terdapat pengendali cerdas terpusat (BSC/RNC), dan eNBs saling terhubung melalui X2-interface dan terhubung dengan core network dengan S1-interface (Gambar 2.18). X2-interface memungkinkan terjadinya handover antar eNBs [26]. 2.11.

Wireless LAN Wireless LAN merupakan standar yang dikeluarkan oleh IEEE (Institute of

Electrical

and

Electronics

Engineers),

suatu

organisasi

non-profit

yang

mendedikasikan untuk membantu dibidang teknologi seperti teknologi listrik, telekomunikasi, penerbangan, elektronik, biomedical dan teknologi komputer. Pada Tahun 1980 bulan februari, IEEE membuat sebuah bagian yang mengurusi standarisasi LAN dan MAN, bagian ini dinamakan 802. Angka 80 menunjukkan tahun dan 2 menunjukkan bulan. Tabel 2.3 adalah perbandingan dasar dari standar 802.11 yang berbeda. Produk yang berdasarkan standar 802.11 pada awalnya dirilis pada tahun 1997. 802.11 termasuk lapisan infra merah (IR) yang tidak pernah banyak digunakan [27]. Tabel 2.3. Standarisasi IEEE 802.11 IEEE Kecepatan Standard 802.11 1 Mbps, 2 Mbps

Band Frekuensi 2,4 GHz 5 GHz

Catatan Standar pertama (1997)

802.11a

up to 54 Mbps

Standar kedua (1999)

802.11b

5,5 Mbps, 11 Mbps

2,4 GHz

Standar ketiga

802.11g

up to 54 Mbps

2,4 GHz

Belum distandarkan


Pada awalnya, produk 802.11 terbatas hanya pada rate 2 Mbps, yang dianggap cukup lambat untuk standar jaringan modern. Kelompok kerja IEEE 802.11 mulai bekerja pada lapisan radio yang lebih cepat dan menghasilkan standar 802.11a dan 802.11b pada tahun 1999. Produksi perangkat berdasarkan 802.11b yang dirilis pada tahun 1999, dapat beroperasi pada kecepatan hingga 11 Mbps.

802.11a

menggunakan teknik radio ketiga yang disebut pembagian frekuensi orthogonal multiplexing (OFDM). 802.11a beroperasi di band frekuensi yang berbeda sama sekali dan saat ini memiliki persetujuan peraturan hanya di Amerika Serikat. Seperti yang terlihat dari tabel, 802.11 sudah menyediakan kecepatan lebih cepat dari 10BASE-T Ethernet dan cukup kompetitif dengan Fast Ethernet [27]. Jaringan WLAN 802.11 terdiri dari empat komponen utama seperti terlihat pada Gambar 2.19 [27].

Gambar 2.19. Komponen 802.11 WLAN Distribution system adalah komponen logis dari 802.11 yang digunakan untuk meneruskan frame ke perangkat yang dituju. 802.11 tidak menentukan suatu teknologi tertentu untuk sistem distribusi. Kebanyakan produk komersial, sistem


distribusi diimplementasikan sebagai kombinasi dari mesin penjembatan (bridging) dan sistem distribusi menengah, yang merupakan jaringan backbone yang digunakan untuk frame relay antara akses poin yang sering disebut sebagai jaringan backbone saja. Hampir semua komersial produk menggunakan ethernet sebagai teknologi jaringan backbone. Access point berfungsi sebagai pengkonversi frame pada jaringan 802.11 ke jenis lain dari frame, untuk pengiriman ke seluruh dunia. Perangkat yang disebut sebagai jalur akses melakukan fungsi interface wireless-to-wireline dan sebaliknya. Wireless medium berfungsi untuk memindahkan frame dari station ke station, dengan menggunakan media nirkabel. Beberapa lapisan fisik yang berbeda didefinisikan

sehingga

memungkinkan

arsitektur

beberapa

lapisan

fisik

dikembangkan untuk mendukung 802.11. Jaringan yang dibangun mendukung untuk mentransfer data antar station. Station merupakan perangkat komputasi dengan interface jaringan wireless. Pada umumnya, stasiun merupakan perangkat yang dioperasikan dengan baterai berupa laptop atau telepon genggam. Station tidak harus berupa perangkat komputasi portable. Dalam lingkungan tertentu, jaringan wireless digunakan untuk menghindari menarik kabel baru, sehingga desktop/laptop cukup dihubungkan dengan wireless LAN [27].


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents