BAB IV PENGUKURAN ANTENA 4.1 METODOLOGI PENGUKURAN PARAMETER ANTENA Parameter antena yang diukur pada skripsi ini adalah return loss, VSWR, diagram pola radiasi, dan gain. Ke-empat parameter antena yang akan diukur ini dikelompokkan menjadi dua tahap pengukuran, yaitu tahap pertama adalah pengukuran return loss, VSWR, dan frekuensi kerja dengan menggunakan Network Analyzer Anritsu MS2026A , dan tahap yang kedua adalah pengukuran pola radiasi antena dan gain menggunakan Spectrum Analyzer GW ISNSTEK Type GSP-830 dan Signal Generator HAMEG Instrument Type HM8135.
4.1.1 Pengukuran Antena Array 2-Elemen Tahap Pertama Pengukuran ini merupakan pengukuran parameter sebuah antena tanpa melibatkan antena lain sebagai pemancar atau penerima. Pada pengukuran ini, parameter yang diukur adalah return loss, VSWR, dan frekuensi kerja. Konfigurasi pengukuran terlihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Konfigurasi pengukuran tahap pertama 4.1.2 Pengukuran Antenna Array 2-Elemen Tahap Kedua 4.1.2.1 Pengukuran Diagram Radiasi Pengukuran ini membutuhkan sebuah antena lain selain dari antena yang ingin diukur dan harus memiliki frekuensi kerja yang sama. Antena yang ingin diukur dihubungkan dengan Spectrum Analyzer dan antena lain dihubungkan dengan signal generator. 38
39
Gambar 4.2 Konfigurasi pengukuran tahap kedua Pengukuran ini digunakan untuk mengukur karakteristik pola radiasi dari antena yang telah difabrikasi. Dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa antena pemancar (Tx) dan penerima (Rx) dipisahkan sejauh R. Jarak pisah ini mimiliki nilai minimum yang harus dipenuhi agar antena bekerja pada medan jauhnya (far-field). Jarak minimum tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 4.1. ………………………………………………………. 4.1 Di mana : R = jarak minimum pemancar dan penerima D = dimensi terbesar dari antena λ = panjang gelombang Dimensi terbesar dari antena yang ingin diukur pada skripsi ini adalah sebesar D = 14,4 cm dan panjang gelombang pada frekuensi 2,35 GHz adalah λ = 12,7 cm maka diperoleh jarak minimum R = 16,33 cm. Pada pengukuran digunakan jarak pisah sejauh 400 cm. Pengukuran pola radiasi dilakukan pada frekuensi kerja antena (yaitu frekuensi pada saat nilai return loss minimum). Antena yang diukur diputar dari posisi sudut 0 – 180 derajat dengan interval 15 derajat. 4.1.2.2 Pengukuran Gain Cara yang paling sederhana untuk mengukur gain sebuah antena adalah metode dua antena. Dalam pengukuran ini dipergunakan dua antena yang sama,
40
yang belum diketahui gain-nya. Antena ini dipakai sebagai antenna pengukur sekaligus sebagai AUT. Jadi harus difabrikasi dua buah antena yang eksak sama. Metode ini enggunakan persamaan Friis seperti ditunjukkan oleh Persamaan 4.2. …..………………… 4.2 di mana : G = gain (dB); R = jarak pisah antara antena pemancar dan penerima (meter); λ = panjang gelombang pada frekuensi yang digunakan (meter); Pt = daya pengirim (Watt); Pr = daya penerima (Watt). Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pengukuran gain antenna untuk mengurangi terjadinya kesalahan pengukuran adalah: 1. Sistem berada pada frekuensi yang stabil 2. Antena pengirim dan penerima saling berhadapan pada berkas maksimumnya, 3. Antena memenuhi kriteria medan jauh, 4. Semua komponen dalam kondisi matching.
4.2 HASIL PENGUKURAN TAHAP PERTAMA Setelah dilakukan pengukuran didapatkan grafik yang menunjukan nilai tertentu dari parameter antena tersebut. Adapun hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.3, Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 berturut-turut yang menunjukkan hasil return loss , VSWR, Smitch Chart dan frekuensi kerja antenna mikrostrip rectangular array 2- elemen. Dari Gambar 4.3 diperoleh nilai return loss < -10 yang berada pada rentang 2,289091 - 2,452727 GHz (163.636 MHz) dan frekuensi resonansinya
pada
2,374545 GHz dengan return loss minimum -25,3 dB. Sehingga dari data tersebut diperoleh bandwidth sebesar : BW = ((fatas – fbawah)/ftengah) x 100% = ((2,452727 – 2,289091)/2,374545)x 100% = 6,89 % (163.636 MHz)
41
Gambar 4.3 Grafik Return Loss Hasil Pengukuran Antena Array 2-Elemen
Gambar 4.4 Grafik VSWR Hasil Pengukuran Antena Array 2-Elemen Terlihat dalam gambar 4.4 bahwa nilai VSWR yang di dapat adalah sebesar 1.11. Ini menunjukan bahwa antena sudah memenuhi kriteria matching, sehingga dengan kondisi seperti ini maka power yang dipancarkan hampir mendekati maksimal ( sedikit yang refleksikan ).
42
Gambar 4.5 Grafik diagram Smitch Chart Hasil Pengukuran Antena Array 2-Elemen
4.3 HASIL PENGUKURAN TAHAP KEDUA 4.3.1 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa pola radiasi antena mikrostrip array 2-elemen pada frekuensi 2,374545 GHz cenderung berbentuk unidirectional. Berkas maksimum di mainlobe pada medan E pada sudut 75°.
Gambar 4.6 Grafik pola radiasi medan E antena array 2-elemen
43
4.3.2 Hasil Pengukuran Gain Pada skripsi ini dilakukan metode pengukuran 2 antena, yaitu : antena mikrostrip rectangular 2-elemen. Pengukuran dilakukan mulai pada frekuensi 2,27 – 2,47 GHz dengan kenaikan setiap 10 MHz. Hasil pengukuran dapat terlihat pada Gambar 4.7. Dari gambar terlihat besar gain berada sekitar 6.11 – 8.79 dBi, nilai gain tertinggi sebesar 8.79 dBi dicapai pada frekuensi 2,37 GHz.
No Frekuensi ( GHz )
1
2
…….
9
10
11
…….
21
2.27
2.28
…….
2.35
2.36
2.37
…….
2.47
Gambar 4.7 Grafik Gain Antena Array 2-Elemen
4.4 ANALISA HASIL SIMULASI DAN PENGUKURAN 4.4.1 Analisa Pengukuran Tahap Pertama Sesuai dengan data hasil simulasi dan hasil pengukuran, maka
dapat
diberikan suatu tabel untuk memberikan perbandingan dari hasil tersebut. Tabel 4.1 Perbandingan antara hasil simulasi dan hasil pengukuran antenna array 2-elemen Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Frequency Resonant Bandwidth
Return Los VSWR
2,35 GHz
2,374545 GHz
2,295 – 2,455 GHz
2,289091 - 2,452727 GHz
( 160 MHz )
(163.636 MHz)
-38.92 dB Tidak ditampilkan
-25.3 dB 1.11 : 1
44
Tabel diatas menunjukkan perbandingan hasil simulasi dan pengukuran terhadap return loss, VSWR dan frequency Resonant pada antena array 2-elemen. Dari tabel terlihat adanya pergeseran bandwidth dan frekuensi kerja antena pada hasil pengukuran sebesar kurang lebih 24,545 MHz, tetapi masih mencakup rentang bandwidth yang diinginkan yaitu pada rentang 2300 -2400 MHz.
4.4.2 Analisa Pengukuran Tahap Kedua 4.4.2.1 Analisa Pengukuran Pola Radiasi Gambar 4.8 menunjukkan perbandingan antara pola radiasi antena array 2elemen pengukuran pada medan E dengan hasil simulasi. Pola radiasi kedua antena menunjukkan pola unidirectional dengan berkas maksimum antenna simulasi pada sudut 80°, sedangkan berkas maksimum antena array 2-elemen pengukuran pada sudut 75°.
Gambar 4.8a Pola Radiasi hasil simulasi Antena Array 2-Elemen
45
Gambar 4.8b Pola Radiasi hasil pengukuran Antena Array 2-Elemen
4.4.2.2 Analisa Pengukuran Gain Dari hasil pengukuran gain memperlihatkan bahwa antena array 2-elemen memiliki gain yang lebih besar dibandingkan dengan antena simulasi. Tabel 4.2 Perbandingan nilai gain antena array 2-elemen Gain (dBi) Frekuensi (GHz)
Hasil Simulasi
Hasil Pengukuran
2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47
6.89 7.11 7.31 7.49 7.65 7.80 7.92 8.02 8.10 8.16 8.19 8.20 8.19 8.15 8.09 8.02 7.92 7.81 7.68 7.53 7.38
6.11 6.23 7.20 7.44 7.62 8.22 8.35 8.40 8.55 8.66 8.79 8.33 8.24 8.20 8.15 8.05 7.86 7.26 6.88 6.50 5.80
46
Dengan digunakannya teknik array maka gain dari suatu antena dapat ditingkatkan. Oleh karena itu dengan memperbanyak jumlah elemen yang identik pada antena array, maka diharapkan gain antena akan semakin besar.
4.4.3 Analisa Kesalahan Umum Analisa terhadap antena hasil simulasi dengan antena hasil pengukuran, menghasilkan penyimpangan, beberapa penyebabnya antara lain : 1. Ketebalan konduktor tembaga dari substrat yang digunakan tidak menjadi parameter yang dihitung dalam perancangan dan simulasi. Ketebalan tembaga pada substrat walaupun sangat kecil berpengaruh dalam penyaluran gelombang elektromagnetik. 2. Adanya mutual coupling antar elemen array, menyebabkan tidak semua gelombang dipancarkan, tetapi sebagian diterima oleh elemen yang terdekat. Pada simulasi tidak memperhitungkan mutual coupling antara elemen array. 3. Bahan substrat memiliki nilai toleransi konstanta dielektrik substrat yaitu sekitar = 4, 4 ± 0,02 r ε serta adanya nilai toleransi pada loss tangent substrat. 4. Penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu mikrostrip yang kurang baik. 5. Pada simulasi tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembapan udara, tetapi pada saat pengukuran temperatur dan tingkat kelembapan berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara. 6. Adanya pengaruh benda-benda yang ada di dalam ruang anechoic chamber yang menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena. Bendabenda tersebut antara lain manusia, network analyzer, signal generator, dan konektor serta barang yang lain 7. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, port SMA, tembaga/konduktor pada substrat, konektor pada network analyzer, dan signal generator
47
4.4.4 Pencapaian Spesifikasi Antena Array 2-elemen Tabel 4.3 memperlihatkan perbandingan pencapaian parameter antena elemen tunggal dan antena linear array 2-elemen hasil pengukuran. Tabel 4.3 Pencapaian parameter antena hasil pengukuran Parameter Frequency Resonant Bandwidth
Hasil Pengukuran 2,374.545 GHz 2,289091 - 2,452727 GHz (163.636 MHz)
Gain
7 dBi , ± 1dB
Return Los
-25.3 dB
VSWR
1.11 : 1
