BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS 4.1. Hasil Pengukuran Parameter Antena Dari simulasi desain antena menggunakan Ansoft HFSS v11.1, didapatkan nilai parameter antena yang diinginkan, yang selanjutnya difabrikasi menjadi antena seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1. Setelah itu dilakukan pengukuran antena dengan alat ukur untuk mengetahui nilai parameter antena yang telah difabrikasi. Pengukuran tersebut untuk mendapatkan nilai VSWR, return loss, gain dan impedansi antena. Metode pengukuran dijelaskan pada Sub Bab 2.11.

(a)

(b) Gambar 4.1. (a) Hasil fabrikasi antena mikrostrip elemen tunggal (b) Hasil fabrikasi antena mikrostrip array dua elemen

45

46

4.1.1. Pengukuran VSWR dan Return Loss Pengukuran VSWR dan return loss hanya menggunakan satu antena uji, yaitu satu antena yang telah difabrikasi. 4.1.1.1. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Elemen Tunggal Hasil pengukuran terhadap VSWR, return loss dan impedansi antena elemen tunggal secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.

Gambar 4.2. Grafik hasil pengukuran VSWR antena elemen tunggal

47

Gambar 4.3. Grafik hasil pengukuran return loss antena elemen tunggal

Gambar 4.4. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena elemen tunggal

48

Dalam Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 pada marker 2 (MKRO2) didapat nilai VSWR = 1,92 dan nilai return loss sebesar -10,028 dB pada frekuensi 2,4 GHz . Nilai VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturut-turut yaitu 1,055 dan -31,444 dB pada frekuensi 2,45 GHz. Pada marker 4 (MKRO4) didapat nilai VSWR = 1,888 dan nilai return loss sebesar -10,243 dB pada frekuensi 2,5 GHz. Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.4, dengan marker 3 (MKRO3) pada frekuensi resonansi 2,45 GHz memberikan nilai impedansi 47,755 Ω. Hasil rancangan antena elemen tunggal dapat bekerja pada nilai VSWR ≤ 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ 9,54 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 2 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut : 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =

𝑓2 − 𝑓1 × 100 % 𝑓𝑐 2,5−2,4 2,45

× 100 %

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 4,08 % 100 𝑀𝐻𝑧 4.1.1.2. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Array Dua Elemen Hasil pengukuran terhadap VSWR , return loss dan impedansi antena array dua elemen ditunjukkan grafik VSWR, return loss dan smith chart berturut-turut pada Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.

49

Gambar 4.5. Grafik hasil pengukuran VSWR antena array dua elemen

Gambar 4.6. Grafik hasil pengukuran return loss antena array dua elemen

50

Gambar 4.7. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena array dua elemen Dalam Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, untuk marker 2 (MKRO2) didapatkan nilai VSWR sebesar 1,471 dan nilai return loss sebesar -14,387 dB pada frekuensi 2,35 GHz. Nilai VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturutturut yaitu 1,036 dan -34,929 dB pada frekuensi 2,45 GHz. Untuk marker 4 (MKRO4) didapat nilai VSWR sebesar 1,497 dan nilai return loss -14,016 dB pada frekuensi 2,5 GHz. Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.7, dengan marker 3 (MKRO3) pada frekuensi resonansi 2,45 GHz diperoleh nilai impedansi 51,716 Ω. Hasil pengukuran antena array dua elemen, antena dapat bekerja pada nilai VSWR ≤ 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ -9,54 dB. Tetapi pada pengukuran antena array dua elemen didapat nilai VSWR dan return loss yang lebih baik, masing-masing sebesar 1,5 dan -13,979 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 1,5 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut : 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =

𝑓2 − 𝑓1 × 100 % 𝑓𝑐 2,5−2,35 2,45

× 100 %

51

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 6,122 % 150 𝑀𝐻𝑧 4.1.2. Pengukuran Gain Pengukuran gain menggunakan spectrum analyzer, function generator serta antena horn sebagai antena referensi. Spectrum analyzer digunakan untuk mengukur daya yang diterima oleh antena penerima. Function generator digunakan untuk menghasilkan gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Antena yang diukur adalah antena elemen tunggal dan antena array dua elemen. Pengukuran gain menggunakan metode dua antena seperti dijelaskan pada Sub Bab 2.11.3. Pengukuran gain dilakukan pada frekuensi resonansi antena. Frekuensi resonansi dari antena hasil fabrikasi yaitu pada frekuensi 2,45 GHz. Pada pengukuran gain ini digunakan 𝑃𝑟2 merupakan daya yang diterima antena uji, 𝑃𝑟1 merupakan daya yang diterima antena referensi dan 𝐺1 merupakan gain antena standar/antena referensi. Besar gain antena horn yang digunakan sebesar 12 dB. Gain antena yang diukur menggunakan Persamaan (2.33) pada Bab II. 4.1.2.1. Hasil Pengukuran Gain Antena Elemen Tunggal Hasil pengukuran gain antena elemen tunggal ditunjukkan pada Tabel 4.1. Gambar 4.8 dan 4.9 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada antena mikrostrip elemen tunggal dan daya terima pada antena horn. Tabel 4.1. Gain antena elemen tunggal Frekuensi (GHz)

𝑷𝒓𝟐 (dBm)

𝑷𝒓𝟏 (dBm)

𝑮𝟏 (dB)

Gain (dB)

2,45

-32,14

-24,04

12

3,9

52

Gambar 4.8. Daya yang diterima antena uji

Gambar 4.9. Daya yang diterima antena referensi (antena horn) 4.1.2.2. Hasil Pengukuran Gain Antena Array Dua Elemen Hasil pengukuran gain antena array dua elemen ditunjukkan pada Tabel 4.2. Gambar 4.10 dan 4.11 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada antena mikrostrip array dua elemen dan daya terima pada antena horn. Tabel 4.2. Gain antena array dua elemen Frekuensi (GHz)

𝑷𝒓𝟐 (dBm)

𝑷𝒓𝟏 (dBm)

𝑮𝟏 (dB)

Gain (dB)

2,45

-28,28

-22,95

12

6,67

53

Gambar 4.10. Daya yang diterima antena uji

Gambar 4.11. Daya yang diterima antena referensi (antena horn) 4.1.3. Pengukuran Pola Radiasi Pengukuran pola radiasi dilakukan dengan menggunakan alat ukur spectrum analyzer dan function generator. Function generator digunakan untuk menghasilkan gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Pada function generator digunakan antena pemancar yang memiliki frekuensi kerja yang sama dengan antena hasil perancangan. Antena pemancar dan penerima dipisahkan pada jarak 150 cm, yaitu jarak yang cukup

54

memenuhi syarat medan jauh antena, dengan Persamaan (2.27) seperti yang dijelaskan pada Sub Bab 2.11.2. Pola radiasi diukur dengan mengubah-ubah sudut azimuth dan sudut elevasi. Antena penerima diputar dari posisi 0º sampai 350º dengan interval 10º. Data hasil pengukuran pola radiasi dapat dilihat pada Lampiran C. Data tersebut menunjukkan besar normalisasi daya yang diterima oleh antena penerima pada setiap perubahan sudut. Dari data tersebut dapat digambarkan pola radiasi seperti pada Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14 dan Gambar 4.15.

Azimuth Antena Elemen Tunggal 1,00 340 350 330 320 0,80 310 0,60 300 0,40 290 0,20 280 270

0

10 20

30

40 50 60 70 80 90

0,00

260

Azimuth

100

250 240 230 220 210 200 190

180

110 120 130 140 150 170 160

Gambar 4.12. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90 antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

55

Elevasi Antena Elemen Tunggal 1,00 340 350 330 320 0,80 310 0,60 300 0,40 290 0,20 280 270

0

10 20

30

40 50 60 70 80 90

0,00

260

Elevasi

100

250 240 230 220 210 200 190

180

110 120 130 140 150 170 160

Gambar 4.13. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0 antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

Azimuth Antena Array Dua Elemen 1,00 340 350 330 320 0,80 310 0,60 300 0,40 290

0

10 20

30

40 50 60 70

280

0,20

80

270

0,00

90

260

Azimuth

100

250

110

240 230 220 210 200 190

180

120 130 140 150 170 160

Gambar 4.14. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90 antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz

56

Elevasi Antena Array Dua Elemen 330 320 320 300

1,00 340 350

0

10 20

0,80

40 50 60

0,60 0,40

290

30

70

280

0,20

80

270

0,00

90

260

Elevasi

100

250

110

240 230 220 210

200 190

180

170 160

120 130 140 150

Gambar 4.15. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0 antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz Dari hasil pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal dan antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz, dapat digambarkan pola radiasi antena mikrostrip array dua elemen yang cenderung berbentuk direksional. 4.2. Analisis Hasil Pengukuran Dari hasil pengukuran pada Sub Bab 4.1 dapat dilakukan analisis. Analisis yang dilakukan mencakup analisis mengenai perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi. 4.2.1. Antena Elemen Tunggal Gambar 4.16 merupakan grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran, sedangkan Gambar 4.17 merupakan grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran.

57

4,0 3,5

VSWR

3,0 2,5 2,0 1,5

Pengukuran

1,0

Simulasi

0,5 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5

0,0

Frekuensi

Gambar 4.16. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal

0 Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25

Simulasi

-30

Pengukuran

-35 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5

-40

Frekuensi

Gambar 4.17. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal Dari Gambar 4.16 dan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa hasil simulasi dan perancangan mempunyai frekuensi resonansi yang sama yaitu pada 2,45 GHz. Ada pergeseran impedance bandwidth antena hasil simulasi dan hasil pengukuran. Pada Gambar 4.16 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2 hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz). Sedangkan impedance bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2 hasil pengukuran terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,5 GHz (100 MHz).

58

Frekuensi tengah hasil simulasi adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan return loss minimum masing-masing yaitu 1,034 dan -35,331 dB. Sedangkan frekuensi tengah hasil pengukuran adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan return loss minimum masing-masing yaitu 1,055 dan -31,444 dB. Gain hasil simulasi sebesar 3,82 dB dan hasil pengukuran sebesar 3,9 dB. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain yang lebih baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal Parameter

Hasil Simulasi

Hasil Pengukuran

Rentang frekuensi kerja

2,4 GHz – 2,49 GHz

2,4 GHz – 2,5 GHz

VSWR dan Return Loss

VSWR = 1,034

VSWR = 1,055

pada frekuensi 2,45 GHz

Return Loss = -35,331 dB



VSWR ≤ 2

VSWR ≤ 2

pada bandwidth

Return Loss ≤ -9,54 dB


90 MHz

100 MHz

3,82 dB

3,9 dB

Impedance bandwidth pada VSWR ≤ 2 Gain

Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal pada sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.18.

59

0 3501,00 340 330 0,80 320 0,60 310 0,40 300 290 0,20 280 0,00 270 260 250 240 230 220 210200 190

10 20

30

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 180170

Pengukuran Simulasi

Gambar 4.18. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Elemen Tunggal Dari Gambar 4.18 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada di sekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena. 4.2.2. Antena Array Dua Elemen Perbedaan nilai VSWR dan return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen ditunjukkan pada Gambar 4.19 dan Gambar 4.20.

3,5 3

VSWR

2,5 2 1,5

Simulasi

1

Pengukuran

0,5 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5

0

Frekuensi

Gambar 4.19. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen

60

0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25

Simulasi

-30

Pengukuran

-35 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5

-40

Frekuensi

Gambar 4.20. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen Dari Gambar 4.19 dan Gambar 4.20 dapat dilihat adanya perbedaan kurva yang signifikan antara hasil simulasi dan hasil pengukuran, tetapi mempunyai kemiripan bentuk. Pada Gambar 4.19 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2 hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan impedance bandwidth hasil pengukuran yang terletak pada frekuensi 2,35 GHz – 2,5 GHz (150 MHz) mempunyai nilai VSWR ≤ 1,5. Pada Gambar 4.20 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai return loss ≥ -9,54 dB hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan impedance bandwidth hasil pengukuran didapat nilai yang lebih baik yaitu nilai return loss ≥ -13,979 dB yang terletak pada frekuensi 2,35-2,5 GHz (150 MHz). Dengan demikian fabrikasi antena array dua elemen telah memenuhi kebutuhan yang diinginkan yaitu bekerja pada frekuensi 2,4 GHz mempunyai VSWR ≤ 2. Gain hasil simulasi sebesar 5,72 dB dan hasil pengukuran sebesar 6,67 dB. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain yang lebih baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen dapat dilihat pada Tabel 4.4.

61

Tabel 4.4. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen Parameter

Hasil Simulasi

Hasil Pengukuran

Rentang frekuensi kerja

2,4 GHz – 2,49 GHz

2,35 GHz – 2,5 GHz


VSWR = 1,157

VSWR = 1,036

pada frekuensi 2,45 GHz




VSWR ≤ 2

VSWR ≤ 1,5

pada bandwidth



90 MHz

150 MHz

5,72 dB

6,67 dB

Impedance bandwidth pada VSWR ≤ 2 Gain

Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena array dua elemen pada sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.21.

34

33 32 31 30 29 28 27 26 25 24

35

37 361,00 0,80

1

2 3

4

5

0,60

7

0,40 0,20 0,00

23

22 21 20

6

17 19 18

16

8 9 10 11 12 13 14 15

Pengukuran Simulasi

Gambar 4.21. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Array Dua Elemen Dari Gambar 4.21 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada disekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena.

62

4.2.3. Hasil Pengujian Antena Mikrostrip Pada Router Wifi Pengujian dilakukan dengan cara memasang antena mikrostrip pada router wifi dan diukur tingkat daya yang diterima, kemudian dibandingkan dengan hasil daya terima dari antena dipole. Hasil pengukuran tingkat daya (dBm) ditunjukkan pada Tabel 4.5. Tabel 4.5. Hasil pengujian antena mikrostrip pada router wifi TINGKAT DAYA (dBm) Dipole (5 dB) Nama

Mikrostrip Elemen

Mikrostrip Array Dua

Tunggal (3,9 dB)

Elemen (6,67 dB)

R2C

Jarak (m) 2

- 33 dBm

- 38 dBm

- 32 dBm

4

- 40 dBm

- 41 dBm

- 39 dBm

7

- 48 dBm

- 49 dBm

- 47 dBm

Nama

zen5

Jarak (m) 2

- 35 dBm

- 36 dBm

- 32 dBm

4

- 43 dBm

- 44 dBm

- 40 dBm

7

- 48 dBm

- 49 dBm

- 46 dBm

Nama

ADITYA.NET

Jarak (m) 2

- 35 dBm

- 36 dBm

- 32 dBm

4

- 36 dBm

- 37 dBm

- 35 dBm

7

- 40 dBm

- 39 dBm

- 42 dBm

Pada pengujian antena wifi, hasil pengujian antena mikrostrip array dua elemen mempunyai daya terima yang lebih baik dibandingkan antena mikrostrip elemen tunggal. Sedangkan antena mikrostrip elemen tunggal mempunyai daya terima yang lebih kecil daripada antena dipole. Semakin besar nilai gain antena maka semakin baik tingkat daya terimanya.

63

4.3. Analisis Kesalahan Umum Ada beberapa penyebab yang menyebabkan hasil pengukuran tidak sesuai dengan hasil simulasi. Penyebab antara lain ; 1. Jenis bahan yang disediakan dalam simulasi dan yang digunakan dalam fabrikasi mempunyai nilai permitivitas relatif yang berbeda, sehingga penggantian nilai permitivitas relatif akan mempengaruhi hasil. 2. Perhitungan tebal tembaga dari substrat yang dipakai sangat sulit, karena ukuran yang sangat tipis. Sehingga penentuan ukuran hanya melalui tabel spesifikasi bahan. 3. Pada simulasi Ansoft HFSS v11.1 tidak mendefinisikan dengan jelas konektor SMA 50 Ω. 4. Adanya ketidakpresisisan dalam fabrikasi antena, nilai ralat hasil fabrikasi ±0,001 mm, sesuai hasil pengukuran dengan jangka sorong. 5. Dalam simulasi tidak memperhitungkan temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran antena temperatur dan kelembaban akan berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara. 6. Proses penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu yang kurang baik akan menyebabkan perbedaan hasil. 7. Pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada disekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena. Hal tersebut akan mempengaruhi hasil pengukuran gain dan pola radiasi. Benda-benda tersebut antara lain manusia, network analyzer, spectrum analyzer, function generator, handphone, laptop, besi logam dan alatalat elektronik lain yang berada pada ruang uji. 8. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, konektor, tembaga pada substrat akan mempengaruhi hasil.

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS

Recommend Documents