BAB III. PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz

BAB III PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHZ

BAB III PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz 3.1

Perancangan Antena Brick Bab ini menjelaskan proses perancangan antena brick dengan melakukan beberapa

perhitungan yang terdiri dari beberapa parameter yang diperlukan di dalam perancangan seperti perhitungan panjang driven, panjang batas bawah ( a ) dan panjang batas samping ( b ) yang dipengaruhi oleh frekuensi batas / frekuensi cut off, peletakan posisi driven dan panjang antena yang dipengaruhi oleh panjang gelombang dalam waveguide dan panjang gelombang ruang bebas. Setelah antena telah dirancang selanjutnya menentukan bahan dasar yang akan digunakan serta dilakukan lima bentuk antena brick yang terdiri dari antena yang berbahan bukan jaring-jaring (solid) dan bahan jaring-jaring (mesh), selanjutnya dirancang dengan ukuran parameter yang berbeda-beda. MELAKUKAN PERHITUNGAN PARAMETERPARAMETER ANTENA

PEMBUATAN ANTENA

PENGUKURAN ANTENA

MELAKUKAN PERBANDINGAN

HASIL

Gambar 3.1 bagan flow chart

11


3.2

Penentuan Bahan Dasar Penentuan bahan dasar antena brick 2,4 GHz terdiri atas dua bagian yaitu

3.2.1 Driven antena Driven antena menggunakan inner / inti kabel koaxial RG 8 50 Ω tipe 9913 atau 9914 yang akan dipotong sepanjang 1 λ dan disambungkan ke chasis mount konektor N female. 4 3.2.2

Wave guide antena Wave guide antena akan dibuat lima buah antena, yang pertama diberikan bahan dasar

seng (solid) dan yang kedua sampai dengan yang kelima menggunakan jaring-jaring alumunium (mesh) dengan ukuran yang berbeda-beda.

3.3

Langkah-Langkah Perancangan Antena Brick 2,4 GHz Perhitungan antena brick didasari oleh perhitungan saluran transmisi rectangular wave

guide, dimana parameter yang dibutuhkan adalah panjang gelombang ruang bebas ( λ ), panjang gelombang dalam wave guide ( λg ), frekuensi batas (frekuensi cut off), panjang sisi bawah ( a ) dan panjang sisi samping ( b ) yang dihitung dengan frekuensi batas (frekuensi cut off), panjang driven ( 1 λ ), peletakan posisi driven terhadap reflektor, dan panjang wave 4 guide. Setelah parameter telah diketahui, maka langkah berikutnya adalah sebagai berikut : 1.

Menentukan bentuk antena brick 2,4 GHz yang akan dibuat. Perencanaan bentuk

antena akan dibentuk rectangular / kotak sebagai wave guide. 2.

Menentukan mode yang akan digunakan, disini akan menggunakan mode H10 karena

merupakan mode yang paling sederhana serta menggunakan mode berikutnya H 20 karena akan membuat antena brick dengan single mode / satu mode. 3.

Menentukan panjang sisi bawah ( a ) dan panjang sisi samping ( b ) dapat di hitung

dengan menggunakan rumus frekuensi batas / frekuensi cut off, untuk batas minimal digunakan frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10 yaitu fc,10 . Di dalam perhitungan panjang sisi bawah ( a ), frekuensi batas / frekuensi cut off harus dibawah frekuensi yang kita inginkan. Batas minimal frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10 adalah f c , mn = f c ,10 =

c 2a

12


Dan frekuensi batas / frekuensi cut off berikutnya adalah

f c , mn = f c , 20 =

c a

Untuk antena brick yang pertama, antena brick yang kedua, dan antena brick yang ketiga menggunakan dua mode yaitu mode H 10 dan mode berikutnya H 20 , kemudian keduanya dijumlahkan dan dibagi dua. Untuk mode H10 , panjang sisi bawah ( a ) dapat dihitung :

f c ,10

<

2,4 GHz

c 2a

<

2,4 × 109

a

>

c 2 × 2,4 × 109

dan mode berikutnya H 20 , panjang sisi samping ( b ) dapat dihitung : f c , 20

>

2,4 GHz

c a

>

2,4 × 109

a

<

c 2 × 2,4 × 109

Untuk antena brick yang keempat dan antena brick yang kelima, panjang sisi bawah ( a ) dihitung dengan menggunakan frekuensi 2,25 GHz dan hanya menggunakan mode H10 tanpa menggunakan mode berikutnya. Maka panjang sisi bawah( a ) dapat dihitung : f c ,10

<

2,25 GHz

c 2a

<

2,25 × 109

a

>

c 2 × 2,25 × 109

Jika panjang sisi bawah ( a ) telah ditemukan maka panjang sisi samping dapat dihitung dengan membagi dua panjang sisi bawah ( b ). b=

a 2

13


4.

Menentukan panjang wave guide. Caranya adalah menentukan dahulu panjang

gelombang di dalam waveguide ( λg ) kemudian menghitung panjang wave guide dan posisi feed point / peletakan driven. Secara matematik dapat ditulis : Panjang gelombang di dalam wave guide

λg =

λ ⎛ λ ⎞ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2a ⎠

2

maka panjang wave guide ( 3 λg ) 4

⎛ ⎜ ⎜ λ 3 λ = 3 ×⎜ g 4 4 2 ⎜ ⎛ λ ⎞ ⎜ 1 − ⎜ 2a ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ 5.

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

Menentukan panjang driven. Caranya adalah dengan menentukan dahulu panjang

gelombang ruang bebas ( λ ), kemudian panjang gelombang ruang bebas dibagi empat. Secara matematik dapat ditulis : Panjang gelombang ruang bebas ( λ ) c λ= f maka panjang driven ( 1 λ ) 4 1 λ = 1 × ⎛⎜ c ⎞⎟ 4 4 ⎜⎝ f ⎟⎠ 6.

Menentukan jarak antara driven dengan reflektor menggunakan dua perhitungan yaitu

a.

Jarak antara driven dengan reflektor untuk antena brick yang pertama dan antena brick

yang kedua dengan menghitung panjang gelombang dalam wave guide di bagi empat.

⎛ ⎜ ⎜ λ 1 λg = 1 × ⎜ 4 4 2 ⎜ ⎛ λ ⎞ ⎜ 1 − ⎜ 2a ⎟ ⎝ ⎠ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

14


b.

Sedangkan jarak antara driven ke reflektor untuk antena brick yang ketiga sampai

dengan antena brick yang kelima dengan menghitung panjang gelombang ruang bebas dibagi empat. 1 λ = 1 × ⎛⎜ c ⎞⎟ 4 4 ⎜⎝ f ⎟⎠ 7.

Menentukan jarak antara driven ke ruang bebas dengan menggunakan tiga cara yaitu

a.

Untuk antena brick yang pertama dan antena brick yang kedua caranya mengurangi

panjang wave guide ( 3 λg ) dengan jarak antara driven dengan reflektor ( 1 λg ). 4 4 3 λg − 1 λg = 1 λg 4 4 2 b.

Untuk antena brick yang ketiga dan antena brick yang keempat sama dengan cara yang

pertama, perbedaannya pada jarak antara driven dengan reflektor ( 1 λ ). Sehingga dapat 4 ditulis dengan cara sebagai berikut 3 λg − 1 λ 4 4 c.

Untuk antena brick yang kelima, jarak antara driven dengan ruang bebas dapat dihitung dengan membagi empat panjang gelombang antena wave guide.

⎛ ⎜ ⎜ λ 1 λg = 1 × ⎜ 2 4 4 ⎜ ⎛ λ ⎞ ⎜ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2a ⎠ ⎝ 3.4

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

Perhitungan Perancangan Antena Brick 2,4 GHz

Di dalam perhitungan akan direncanakan membuat 5 antena brick yang mempunyai ukuran yang berbeda-beda yaitu : 3.4.1

Antena Brick yang Pertama

Antena brick pertama yang terbuat dari bahan seng (solid) mempunyai ukuran sebagai berikut : 3.4.1.1 Perhitungan untuk menentukan panjang sisi bawah (a ) . 3.4.1.1.1 Perhitungan panjang sisi bawah (a ) dengan menggunakan mode terendah yaitu H mn = H10 dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di bawah frekuensi 2,4 GHz. Batas minimal frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10 c f c , mn = f c ,10 = 2a

15


maka untuk panjang a adalah f c ,10 c 2a

<

2,4 GHz

<

2,4 x 109 Hz

c 4,8 × 10 9 Hz

<

a

a

>

c 4,8 × 10 9

(3 ×10 ) 8

a

>

(4,8 ×10 )

a

>

0,0625 meter

a

>

6,25 cm

9

3.4.1.1.2 Perhitungan panjang sisi bawah ( a ) dengan menggunakan mode berikutnya yaitu mode H mn = H 20 dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di atas frekuensi 2,4 GHz. Batas maksimal frekuensi batas . frekuensi cut off mode H 20 c f c , mn = f c , 20 = a maka untuk panjang a adalah

f c ,10 c a

>

2,4 GHz

>

2,4 x 109 Hz

c Hz 2,4 × 10 9

>

a

a

<

c Hz 2,4 × 10 9

(3 × 10 ) 8

a

<

(2,4 × 10 ) Hz

a

<

0,125 meter

a

<

12,5 cm

9

3.4.1.1.3 Maka panjang sisi bawah >

a

>

12,5

cm

agar

(a ) yang

mendapatkan

direkomendasikan adalah 6,25 cm

single

mode

/

mengambil nilai tengah diantara keduanya adalah dengan menambah 16

satu

mode,

untuk


panjang

minimum

dan

maksimum

kemudian

dibagi

dua.

Secara

matematik dapat ditulis: a=

( panjang _ sisi _ maksimum + panjang _ sisi _ min imum )

(6,25cm + 12,5cm ) a=

2

2

18,75 a= 2 a = 9,375cm

3.4.1.2 Menentukan panjang sisi samping ( b ) dengan menggunakan rumus a 9,375 .b = . Dimana panjang a = 9,375 cm, maka b = = 4,6875 cm . 2 2

a = 2 ,maka b

3.4.1.3 Menentukan panjang driven, sebelumnya menentukan panjang gelombang ruang bebas (λ ) . Dimana rumus panjang gelombang ruang bebas (λ ) adalah

λ=

c f

λ=

3 × 108 2,4GHz

λ=

3 × 108 2,4 × 109

λ = 0,125meter λ = 12,5cm

( )

Maka panjang driven 1 λ adalah 4 1 λ = 1 × 12,5cm 4 4 1 λ = 3,125cm 4

17


3.4.1.4 Menentukan panjang wave guide antena, sebelumnya menentukan panjang gelombang di dalam wave guide. Dimana rumus panjang gelombang di dalam wave guide

(λg ) adalah λg =

λg =

λ ⎛ λ ⎞ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2a ⎠ 0,125 2

⎛ 0,125 ⎞ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2 × 0,09125 ⎠ 0,125 λg = 0,7286 λ g = 0,17156 meter

2

λ g = 17,156cm Maka panjang wave guide antena yang pertama adalah 3 λg = 3 × 17,156cm 4 4 3 λg = 12,867cm 4 3.4.1.5 Menentukan jarak antara driven dengan reflektor, dimana telah diketahui panjang gelombang dalam wave guide (λg ) adalah 17,156 cm. Maka jarak antara driven dengan reflektor adalah 1 λg = 1 × 17,156cm 4 4 1 λg = 4,289cm 4

3.4.1.6 Menentukan jarak antara driven dengan ruang bebas, dimana telah diketahui panjang gelombang dalam wave guide (λg ) adalah 17,156 cm. Maka jarak antara driven dengan ruang bebas adalah 1 λg = 1 × 17,156cm 2 2 1 λg = 8,578cm 2

18


Tabel. 3.4.1 ukuran parameter antena brick yang pertama

1.

Panjang sisi bawah ( a )

9,375 cm

2. Panjang sisi samping ( b )

4,6875 cm

3. Panjang driven ( 1 4 λ )

3,125 cm

4. Panjang wave guide ( 3 4 λg )

12,867 cm

5. Jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λg )

4,289 cm

6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( 1 2 λg )

8,578 cm

Gambar 3.4.1a rancangan panjang driven

Gambar 3.4.1b rancangan panjang sisi bawah ( a ), panjang sisi samping ( b ), dan panjang driven ( 1 telah terpasang di wave guide antena yang pertama

19

4

λ ) yang


Gambar 3.4.1c rancangan panjang wave guide ( 3

4

λg ), jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λg ), dan

jarak antara driven dengan ruang bebas ( 1

3.4.2

4

λg ) antena yang pertama

Antena Brick yang Kedua

Antena brick yang kedua mempunyai ukuran yang sama dengan antena brick yang pertama, hanya mempunyai perbedaan di sisi bahan wave guide yang terbuat dari jaring-jaring alumunium (mesh). Tabel.3.4.2 ukuran parameter antena brick kedua

1. Panjang sisi bawah ( a )

9,375 cm


4,6875 cm


3,125 cm


12,867 cm

5. Jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λg )

4,289 cm


8,578 cm

3.4.3

Antena Brick yang Ketiga

Antena brick yang ketiga mempunyai bahan yang sama dengan antena brick yang kedua yaitu terbuat dari jaring-jaring alumunium (mesh), perbedaan terletak pada jarak antara driven dengan reflektor ( 1 λ ) yang mempunyai nilai sebagai berikut : 4 1 λ = 1 × 12,5cm 4 4 1 λ = 3,125cm 4

20


Tabel 3.4.3 ukuran parameter antena brick yang ketiga


9,375 cm


4,6875 cm


3,125 cm


12,867 cm

5. Jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λ )

3,125 cm

6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( 3 4 λg − 1 4 λ )

9,742 cm

Gambar 3.4.3 rancangan panjang wave guide ( 3

4

λg ), jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λ ), dan jarak

antara driven dengan ruang bebas ( 3

3.4.4

4

λg − 1 4 λ ) antena yang ketiga

Antena Brick yang Keempat

Antena brick yang keempat memakai bahan jaring-jaring alumunium (mesh) seperti antena brick yang kedua dan antena brick yang ketiga, dan mempunyai ukuran panjang sisi bawah ( a ) dan panjang sisi samping (b ) yang lebih pendek, serta panjang waveguide yang lebih panjang. 3.4.4.1Perhitungan untuk menentukan panjang sisi bawah ( a ) antena keempat. 3.4.1.1 Perhitungan panjang sisi bawah ( a ) dengan menggunakan mode H mn = H10 dengan frekuensi batas / frekuensi cut off harus di bawah frekuensi 2,25 GHz. Batas frekuensi batas / frekuensi cut off mode H10 c f c , mn = f c ,10 = 2a

21


maka untuk panjang a adalah fc, 10 c 2a

<

2,25 GHz

<

2,25x 109 Hz

c Hz 2 × 2,25 × 10 9

<

a

a

>

c 4,5 × 10 9

(3 × 10 ) 8

a

>

(4,5 × 10 )

a

>

0,0667 meter

a

>

6,67 cm

9

Maka panjang sisi bawah ( a ) yang direkomendasikan adalah 6,67 cm

3.4.4.2 Menentukan panjang sisi samping ( b ) dengan menggunakan rumus a 6,67 .b = . Dimana panjang a = 6,67 cm, maka b = . = 3,335 cm 2 2

a = 2 ,maka b

3.4.4.3 Menentukan panjang driven ( 1 λ ), sebelumnya menentukan panjang gelombang 4 ruang bebas ( λ ). Dimana rumus panjang gelombang ruang bebas ( λ ) adalah

λ=

c f

λ=

3 × 108 2,4GHz

λ=

3 × 108 2,4 × 109

λ = 0,125meter λ = 12,5cm

22


Maka panjang driven ( 1 λ ) adalah 4 1 λ = 1 × 12,5cm 4 4 1 λ = 3,125cm 4

3.4.4.4 Menentukan panjang wave guide antena, sebelumnya menentukan panjang gelombang di dalam wave guide. Dimana rumus panjang gelombang di dalam wave guide ( λg ) adalah

λg =

λg =

λ ⎛ λ ⎞ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2a ⎠ 0,125 2

⎛ 0,125 ⎞ 1− ⎜ ⎟ ⎝ 2 × 0,0667 ⎠ 0,125 λg = 1 − 0,8701

2

0,125 0,3603 λg = 0,3469 meter

λg =

λg = 34,69cm Maka panjang antena brick yang keempat adalah 3 λg = 3 × 34,69cm 4 4 3 λg = 26,01cm 4 3.4.4.5 Menentukan jarak antara driven dengan reflektor ( 1 λ ), dimana telah diketahui 4 panjang gelombang dalam wave guide ( λ ) adalah 12,5 cm. Maka posisi feed point / peletakan posisi driven terhadap reflektor adalah 1 λ = 1 × 12,5cm 4 4 1 λ = 3,125cm 4

23


3.4.4.6 Menentukan jarak antara driven dengan ruang bebas ( 3 λg − 1 λ ), dimana telah 4 4 diketahui panjang wave guide adalah 26,01 cm dan jarak antara driven dengan reflektor adalah 3,125 cm. Jika panjang wave guide dikurang jarak antara driven dengan reflektor adalah 22,885 cm. Tabel 3.4.4 ukuran parameter antena keempat


6,67 cm


3,335 cm


3,125 cm


26,01 cm


3,125 cm

6. Jarak antara driven dengan ruang bebas ( 3 4 λg − 1 4λ )

22,885 cm

Gambar 3.4.4a rancangan panjang sisi bawah ( a ), panjang sisi samping ( b ), dan panjang driven ( 1

4

λ ) yang

telah terpasang di wave guide antena yang keempat

Gambar 3.4.4b rancangan panjang wave guide ( 3

4

λg ), jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λ ), dan

jarak antara driven dengan ruang bebas ( 3

24

4

λg − 1 4 λ ) antena yang keempat


3.4.5

Antena Brick yang Kelima Antena brick yang kelima sama seperti antena brick yang keempat sama seperti antena brick yang keempat, perbedaannya panjang wave guide lebih pendek dibandingkan antena brick yang keempat disebabkan jarak driven ke arah ruang bebas lebih pendek yaitu 1 λg . 4 3.4.5.1 Jarak driven ke arah ruang bebas ( 1 λg ) 4 1 λg = 1 × 34,69cm 4 4

1 λg = 8,67cm 4 Tabel 3.4.5 Ukuran parameter antena brick kelima

1.

Panjang sisi bawah ( a )

6,67 cm


3,335 cm


3,125 cm

4. Panjang wave guide ( 3 4 λg − 1 4 λg )

11,795 cm


3,125 cm


8,67 cm

Gambar 3.4.5 rancangan panjang wave guide ( 3

4

λg ), jarak antara driven dengan reflektor ( 1 4 λ ),

dan jarak antara driven dengan ruang bebas ( 3

25

4

λg − 1 4 λ ) antena yang kelima

BAB III. PERANCANGAN ANTENA BRICK 2,4 GHz

Recommend Documents