DAFTAR PUSTAKA
1. Balanis Constatantine, A John Wiley - Sons.2005. “Analysis And Design” Antena Theory Third Edition. 2. Pozar,DM. “ Mikrostrip Antenna ”. Proceeding of the IEEE,Vol 80.No : 1, January 1992 3. Hutomo,Bambang.2006. “ Antena Propagasi “ 4. Khairudin, Wan A. 2004. “ Wideband Mikrostrip Antena For Land Based Vehicles “. Malaysia.
36
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELESS - LAN Fakultas Teknologi Industri, Program Studi Teknik Elektro – Universita Mercu Buana
[email protected]
Abstrak : Antena merupakan komponen yang sangat penting dalam komunikasi radio, baik yang bersifat broadcast, point to point, maupun cellular. Antena sebagai salah satu perangkat komunikasi dituntut memiliki dimensi yang sangat kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima sinyal secara baik, dengan berkembangnya teknologi printed circuit, antena yang sering digunakan adalah Antena Mikrostrip. Antena Mikrostrip Bowtie dengan menggunakan teknik pencatu Dierect Microstrip Line yaitu konduktor dihubungkan secara langsung dengan alas patch antena, dan saluran pencatu dibuat lebih kecil dibandingkan dengan patch antena. Tujuan penggabungan saluran pencatu dengan patch adalah untuk matching impedance ( impedansinya sama ), sehingga teknik ini dapat meningkatkan lebar pita ( bandwidth ) dan dibuat paralel dengan tujuan untuk meningkatkan gain. Kata kunci: Mikrostrip Bowtie, Printed Circuit, Wireless Penulisan 1.
PENDAHULUAN
pembaca
Antena adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari
dapat
ini bertujuan merancang
agar
dan
penulis
membuat
dan
antena
mikrostrip Bowtie yang dioperasikan untuk jaringan wireless LAN.
media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Sistem Telekomunikasi Radio terdiri dari perangkat
transmitter
dan
receiver.
2.
ANTENA MIKROSTRIP
Transmitter
berfungsi membangkitkan sinyal Radio Frekuensi (RF ).
2.1 Umum
Setelah sinyal RF dibangkitkan selanjutnya diradiasikan
Antena Mikrostrip adalah suatu konduktor metal
melalui ruang bebas menuju receiver. Perangkat yang
yang menempel diatas ground plane yang diantaranya
melakukan proses radiasi ini disebut Antena.
terdapat bahan dielektrik. Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah untuk
Antena Mikrostrip merupakan salah satu bentuk antena
difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga
yang dibuat dengan cara mencetak elemen peradiasinya
dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan
pada suatu lempengan substrat Printed Circuit Board
dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis
( PCB ). Secara intrinsik antena mikrostrip memiliki
lain, karena sifat yang dimilikinya, antena mikrostrip
bentuk rancangan yang tipis, kecil, dan ringan namun
sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat
memiliki lebar pita ( bandwidth ) yang sempit dan
di-integrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain
keterbatasan penguatan ( gain ). Dengan alasan itulah
yang berukuran kecil, akan tetapi antena mikrostrip juga
penulis merancang dan membuat antena mikrostrip
memiliki beberapa kekurangan yaitu: bandwidth yang
dengan
sempit, gain dan directivity yang kecil, serta efisiensi
patch
antena
berbentuk
dasi
kupu
kupu
(Bowtie). Antena Mikrostrip Bowtie ini, menggunakan
rendah.
teknik pencatu Dierect Microstrip Line yaitu konduktor dihubungkan secara langsung dengan alas patch antena,
Antena Mikrostrip terdiri dari 3 bagian :
dan saluran pencatu dibuat lebih kecil dibandingkan dengan patch antena. Tipe ini mempunyai keuntungan
1.
Conducting
patch,
patch
ini
berfungsi
untuk
yaitu “ Pencatu dapat di etching dalam substrat yang
meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara,
sama “. Tujuan penggabungan saluran pencatu dengan
terletak paling atas dari keseluruhan sistem antena.
patch adalah untuk matching impedance ( impedansinya sama ), sehingga teknik ini dapat meningkatkan lebar pita ( bandwidth ).
2.
Substrat
dielektrik,
berfungsi
sebagai
media
penyalur GEM dari catuan, dalam Tugas Akhir ini digunakan substrat dielektrik PCB FR4 Double Layer.
1
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
3. Groundplane, groundplane antena mikrostrip bisa terbuat dari bahan konduktor, dalam bahan alumunium
Dalam tugas akhir ini saya menggunakan patch bentuk segitiga,
seperti
gambar
di
bawah
ini
:
dapat mencegah adanya back lobe. Alumunium berfungsi sebagai reflektor yang memantulkan sinyal yang tidak diinginkan. Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan berbentuk empat persegi panjang
dan
lingkaran
karena
bisa
lebih
mudah
dianalisis
Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang sisi petak segitiga sama sisi a antena miksostrip, dapat ditentukan dengan persamaan 2.8 :
Sehingga panjang sisi patch segitiga samasisi diperoleh dengan persamaan 2. 9 : Gambar Variasi Antena Mikrostrip Keuntungan dari antena mikrostrip :
Mudah dalam desain
Ringan dan sangat tipis
Mudah dintegrasikan dengan rangkaian planer yang lain
Antena dengan polarisasi circular
Kerugian dari antena mikrostrip :
Daya rendah dan efisiensi rendah
Jaringan feeder sering menimbulkan efek sirkurius / frekuensi bayangan
Bandwidth sempit
Gelombang permukaan menimbulkan redaman besar.
2.2 ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGITIGA
Saat dilakukan perancangan panjang sisi segitiga dari hasil perhitungan harus dikurangi agar tercapai nilai effektif.
Pengurangan
nilai
panjang
sisi
lebih
dikarenakan adanya efek medan finging ( sisi tepi ) antara peradiasi ( patch ) dengan ground plane, efek ini dapat dihitung terhadap efektif relative permitivity (εr.eff ) yang diformulasikan dengan persamaan : aeff = a + h ( εr ) -1/2 dimana : aeff = panjang sisi efektif ( mm ) a
= panjang sisi ( mm )
h
= ketebalan substrace ( mm )
εr
= Konstanta relatif dielektrikum substrace
Apabila Z0 diketahui maka : εr.eff = εr / 0.96 + εr ( 0.109 – 0.0044 εr ) {log (10 + Z0 )-1}
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
2
yang berbeda. Parameter yang perlu diperhatikan adalah konstanta dielektrika relatif substrate ( εr ) dan tebal
substrate
(
h
).
Pada
perancangan
ini
menggunakan jenis substrate FR4 Double Layer dengan konstanta dielektrik 4,2 loss tangent 0,0017 dan ketebalan copper / tembaga (Thickness) 0,2 mm atau tebal bahan keseluruhan 1,5 mm. Untuk menentukan panjang gelombang antena yang dirancang ,maka rumus yang digunakan sebagai berikut : λ0 = c / f = 3 x 108 m/s / 2,4 GHz
Gambar Patch Antena Mikrostrip Antena Segitiga
= 12,5 cm
Gambar memperlihatkan suatu bentuk dari
λ = λ0 / √ εr.eff maka : λ = 12,5 / √ 2,3 = 8,3 cm
patch segitiga, dimana nilai a adalah panjang sisi alas segitiga
dan
b
adalah
panjang
sisi
miringnya.
Penentuan letak sebuah feed loci yang efektif pada
dimana :
dua frekuensi untuk memperoleh polarisasi LHCP
εr.eff
= εr / 0.96 + εr ( 0.109 – 0.0044 εr ) {log (10 + Z0 ) –1}
diletakkan pada ґ2 dan ґ3 sedangkan untuk RHCP (
εr.eff
= 4.2 / 0.96 + 4.2 ( 0.109 – 0.0044 x 4.2 ) {log ( 10 + 50 ohm ) – 1 }
Right Handed Circular Polarized ) pada ґ1 dan ґ4 . εr.eff
= 4.2 / 0.96 + 4.2 ( 0.109 – 0.0044 x 4.2 ) {log ( 10 + 50 ohm ) – 1 }
2.3. Antena Mikrostrip Bowtie Bentuk geometri elemen peradiasi pada antena
εr.eff
= 2.3
mikrostrip dapat bermacam – macam. Bentuk Bowtie
Pada pembuatan antena Mikrostrip Bowtie, ukuran PCB
( Dasi Kupu – kupu ) pada antena mikrostrip pada
yang akan digunakan adalah panjang 2 λ dan lebarnya
dasarnya sama dengan bentuk antena mikrostrip
sebesar 1 λ. Sedangkan untuk menentukan ukuran patch
segitiga sama sisi, namun bentuk Bowtie mempunyai
yang berbentuk segitiga pada antena Mikrostrip Bowtie,
radiator yang lebih besar. Patch Bowtie digunakan
rumus yang digunakan sebagai berikut :
untuk menghasilkan frekuensi kerja yang sama pada kedua polarisasinya. Bentuk dasar antena mikrostrip terdiri dari elemen konduktor peradiasi ( patch ) yang dicetak pada Printed Circuit Board ( PCB ), dan Mikrostrip Line yaitu konduktor yang dihubungkan secara langsung dengan alas patch antena. Fungsi dari
Sehingga ukuran yang diperoleh untuk masing-masing sisi segitiga pada patch antena Mikrostrip Bowtie tersebut adalah :
pembuatan antena ini adalah untuk penerima sinyal wireless. Bentuk geometri dasar antena mikrostrip terdiri dari elemen konduktor peradiasi (patch) yang dicetak
a
2 x3x10 8
=
3x 2.4 x10 9 x 4.2
pada substrat. Elemen peradiasi dapat dieksitasi oleh saluran transmisi koaksial, saluran mikrostrip, atau
a
=
kopling elektromagnetik. a
3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA
=
6 x10 8 7.2 x10 9 x 4.2 6 = 40.6mm = 4cm 7.2 x 2.04
Bowtie
Perancangan line saluran transmisi antena Mikrostrip
menggunakan metode pencatuan saluran Mikrostrip dan
Bowtie dapat dilakukan dengan menggunakan software
Impedansi masukan ( impedansi karakterisitk ) 50 ohm.
Sonnet 11.54.
Perancangan
patch
antena
Mikrostrip
Jenis substrate yang digunakan untuk antena mikrostrip akan
mempengaruhi
parameter-parameter
dalam
perancangan, karena tiap substrace memiliki parameter PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
3
4 PENGUKURAN DAN ANALISA ANTENA MIKROSTRIP
Pada grafik terlihat bahwa antena dapat dikatagorikan baik pada frekuensi berapa saja. Pada gambar 4.2,
4.1 UMUM
untuk frekuensi 2.60 GHz Ref.Ampl-nya 17.16 dB,
Setelah
menjalani
proses
perancangan
dan
frekuensi 1.58 GHz Ref.Ampl-nya 28.76 dB dan pada
pembuatan antena Mikrostrip Bowtie, maka proses
frekuensi 1.96 GHz Ref.Ampl-nya 16.57 dB. Dari data
berikutnya adalah pengukuran. Pengukuran antena ini
dapat dilihat bahwa antena dapat digunakan baik pada
bertujuan untuk mengetahui karakteristik antena yang
frekuensi 1.58 GHz dan 2.60 GHz.
dibuat dengan antena standar. Pengukuran dilakukan
Pada
grafik
4.2
dapt
dilihat
bahwa
antena
dengan menggunakan spektrum analyzer dan network
mikrostrip dapat bekerja secara optimal pada frekuensi
analyzer. Spektrum analyzer berguna untuk mengukur
2.6 GHz dengan nilai magnitude -17.18 dB. Dari data
pola radiasi dari antena dan network analyzer untuk
pengukuran yang diperoleh dapat dihitung VSWR yang
mengukur return loss atau VSWR dari antena Mikrostrip
dihasilkan ,
Bowtie. Ada beberapa parameter antena yang diukur untuk menunjukkan karakteristik serta kemampuan kerja dari antena , antara lain polarisasi, menghitung gain , bandwith dan VSWR dari antena. Berikut ini
ґdB
= - 17.18 dB, maka dapat dihitung ґlinier nya :
ґdB
= 20 log ґ
-17.18 = 20 log ґ
gambar antena mikrostrip yang telah dipabrikasikan :
-0.86 = log ґ ґ
linier
linier
linier
linier
= 10 -0.86 = 0.14, maka daya refleksi ( 0.14 )2 = 0.0196 atau 1.96%
Berarti daya yang dipancarkan oleh antena 1.96 % daya yang direfleksikan. Secara teori dapat dihitung :
VSWR =
4.2 Pengukuran dengan Network Analyzer. Pengukuran
dilakukan
dengan
Return Loss =
1 + Γlinier 1 + 0.14 1.14 = = = 1.33 1 − Γlinier 1 − 0.14 0.86 20 log Γlinier = 20 log 0.14 = −17.08dB
menghubungkan
Network Analyzer dengan antena Mikrostrip Bowtie dan konektor SMA dengan Antena Mikrostrip Bowtie. Setelah
4.3 Pengukuran dengan Spektrum Analyzer Pengukuran dengan Spektrum Analyzer bertujuan
itu menset frekuensi antara 1 GHz – 3 Ghz, maka tampilan yang diperoleh sebagai berikut :
untuk melihat tampilan pola radiasi yang dihasilkan oleh antena
mikrostrip
bowtie.
Sebelum
melakukan
pengukuran ini hal – hal yang perlu dipersiapkan adalah: 1.
2 buat tripot yang berfungsi sebagai tiang penyangga antena mikrostrip bowtie dan antena referensi.
2.
Busur sebagai patokan pengukuran sudut
3.
Benang berfungsi untuk mengukur jarak jangkauan antara antena pemancar dengan antena penerima.
4.
Perangkat
Programmable
membangkitkan
sinyal
Synthesizeri
frekuensi
dan
untuk
Spektrum
Analyzer untuk melihat tampilan pola radiasi dari Gambar Grafik VSWR yang diukur dengan Network Analyzer
antena mikrostrip bowtie. Dapat dilihat pada gambar berikut :
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
4
Gambar Pengukuran Pola Radiasi Antena Mikrostrip Bowtie Perangkat Programmable Synthesizeri diset pada frekuensi 2.6036 GHz. Sehingga frekuensi pancar dari antena mikrostrip telah aktif diterima pada antena penerima dengan frekuensi 2.6036 GHz ( hal ini dapt dilihat pada perangkat Spektrum Analyzer ). Proses pengukuran mulai dilakukan beberapa kali, yaitu pada frekuensi 2.6036 GHz dan 1.9563 GHz. Pengukuran antena Mikrostrip Bowtie dilakukan Gambar Perangkat Programmable Synthesizeri HM8135
secara vertikal dan horizontal dengan sudut 00 sampai 1800. Berikut ini adalah tabel hasil pengukuran antena Mikrostrip Bowtie secara horizontal dan vertikal pada Spektrum Analyzer. Tabel. Data hasil pengukuran pada frekuensi 2.6036 GHz Sudut
Pengukuran ( dBm )
( Derajat )
Horizontal
Vertikal
0
-41.7
-37.2
10
-43
-34.6
20
-43.5
-36.4
1. Pemasangan antena mikrostrip dan antena referensi
30
-45.6
-35.3
pada masing – masing tripot dimana jarak antara tripot
40
-55.7
-35.7
antena mikrostrip bowtie dengan tripot antena referensi
50
-46.6
-35.6
300 cm, hal ini disebabkan karena ruangan yang dipakai
60
-38.9
-38.9
70
-37.1
-37.8
80
-36.1
-35.2
Gambar Perangkat Spektrum Analyzer Langkah – langkah pengukuran pola radiasi :
untuk pengukuran adalah ruang kelas. 2. Pemasangan kabel koaksial pada antena mikrostrip
90
-35.5
-33.5
bowtie dan pada perangkat Programmable Synthesizeri
100
-35.3
-33.6
HM 8135 yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal
110
-35
-34.6
120
-36.07
-35.5
frekuensi.
130
-39.6
-32.7
3. Pemasangan kabel koaksial pada antena referensi dan
140
-41
-33.2
pada perangkat Spektrum Analyzer. Berikut gambar
150
-41.4
-32.8
pemasangan untuk point 2 dan 3
160
-41.1
-33
170
-42.8
-33.4
180
-43.8
-35.7
Dari
hasil
pengukuran
yang
diperoleh,
digambarkan grafik sebagi berikut :
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
5
dapat
linear, planar dan circular. Kelemahan dari jenis ini adalah antena ini membutuhkan suatu jaluran Pengukuran Horizontal Frek. 2.6 GHz
transmisi
16 0
mengurangi
-20 dBm
( saluran catu ) yang panjang antara
elemen peradiasi dengan input port agar dapat
18 0
12 0
14 0
10 0
60
80
40
0
-10
20
0
-30
Pengukuran
rugi
–
rugi
yang
akhirnya
akan
mengurangi effisiensi antena.
-40
Dalam perancangan antena mikrostrip bowtie ini
-50 -60
seharusnya frekuensi kerja yang optimal terjadi pada
Sudut ( Derajat )
frekuensi 2.4 GHz, tapi pada saat pengukuran Gambar Grafik pengukuran secara horizontal pada
frekuensi ini mengalami pergeseran yaitu pada
frek. 2.6 GHz
frekuensi 2.6 GHz dan 1.58 GHz hal ini disebabkan karena dalam perancangan antena mikrostrip jenis substrate
Pengukuran Vertikal Frek. 2.6 GHz
16 0
18 0
14 0
12 0
10 0
80
40
60
0
20
-30
digunakan
akan
mempengaruhi
tiap substrace memiliki parameter yang berbeda.
-32 dBm
yang
parameter-parameter dalam perancangan, karena
-28
Pengukuran
-34 -36
Parameter yang perlu diperhatikan adalah konstanta dielektrika relatif substrate ( εr ) dan tebal substrate
-38
( h ).
-40 Sudut ( Derajat )
Gambar Grafik pengukuran secara vertikal pada frek. 2.6 GHz Dari data pengukuran dan grafik yang digambarkan diatas terlihat bahwa daya pancaran terbesar atau terkuat terjadi pada sudut 900 dimana saat itu antena pemancar ( antena mikrostrip bowtie ) berhadapan lurus atau line of sight dengan antena penerima ( antena horizontal.
)
yaitu Pada
-35.5
dBm
percobaan
dengan
vertikal
pengukuran daya
pancar
terbesar mengalami pergeseran ke sudut 1500 ( -32.8 dBm ) dan 1600 ( -33 dBm ). Hal ini terjadi akibat beberapa faktor, seperti pengembalian posisi antena pemancar ke titik posisi awal berubah atau berbeda dengan posisi saat percobaan horizontal. Faktor lain ketidak teraturan pada level sinyal atau daya karena pengukuran dilakukan di dalam ruangan, dimana dinding dan beton serta benda – benda disekitar ruang uji yang
Dalam perancangan antena mikrostrip bowtie ini pada dasarnya sama dengan dasar konfigurasi antena mikrostrip array yang merupakan penggabungan dari beberapa elemen pencatu yang disusun secara paralel atau sehingga membentuk suatu jaringan. konfigurasi
seperti level daya
bahwa : 1.
Pada perancangan antena mikrostrip bowtie
dengan menggunakan program Sonnet 11.54 , frekuensi kerja yang optimal pada antena mikrostrip bowtie ini terletak pada frekuensi 2.41 GHz dengan VSWR = 1.13 , sedangkan pada saat pengukuran antena mikrostrip dengan network analyzer terjadi pergeseran frekuensi kerja dimana frekuensi kerja optimal terjadi pada frekuensi 2.6 GHz dengan VSWR =
1.33.
array,
karakterisitik
antena
Hal
ini
disebabkan
karena
digunakan
akan
mempengaruhi
parameter
–
parameter dalam perancangan terutama parameter konstanta dielektrika relatif substrate seperti yang diprediksikan oleh teori.
antena
Daya pancar terbesar atau terkuat pada mikrostrip
bowtie
terjadi
pada
saat
pengukuran frekuensi 2.6 GHz secara horizontal dengan sudut 900 ( -35.5 dBm ). Karena pada sudut 900 posisi antena mikrostrip bowtie berhadapan langsung ( line of sight ) dengan posisi antena referensi seperti yang diprediksikan oleh teori.
( gain ) yang tinggi, beam
scanning, steering capability dapat dihasilkan. Setiap elemen array dapat menghasilkan jenis pola radiasi PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
6
dalam
perancangan antena mikrostrip jenis substrate yang
2.
dapat memantulkan sinyal.
Dengan
KESIMPULAN Setelah melakukan perancangan dan pembuatan
Antena Mikrostrip Bowtie ini, dapat disimpulkan
pada saat pengukuran pada frekuensi 2.6 GHz tersebut
referensi
5.
DAFTAR PUSTAKA 1. Balanis Constatantine, A John Wiley - Sons.2005. “Analysis And Design” Antena Theory Third Edition. 2. Pozar,DM. “ Mikrostrip Antenna ”. Proceeding of the IEEE,Vol 80.No : 1, January 1992 3. Hutomo,Bambang.2006. “ Antena Propagasi “ 4. Khairudin, Wan A. 2004. “ Wideband Mikrostrip Antena For Land Based Vehicles “. Malaysia.
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP BOWTIE 2,4 GHz UNTUK JARINGAN WIRELSS - LAN
7
