DESAIN dan IMPLEMENTASI PATCH ANTENNA DENGAN PENCATUAN L-SHAPED PROBE UNTUK APLIKASI WLAN
(DESIGN and IMPLEMENTATION OF PATCH ANTENNA USING L-SHAPED PROBE FOR WLAN APPLICATIONS)
Tugas Akhir
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma IV
Program Diploma IV Teknik Telekomunikasi Wireless Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh: Nurul Amaral Istiqomah 08334019
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Nurul Amaral Istiqomah NIM : 08334019
Tempat/Tanggal lahir
: Cirebon, 4 Februari 1990
SD lulus tahun SLTP lulus tahun SLTA lulus tahun
: 2001 di SD Negeri Kramat 1 Cirebon : 2005 di SMP Negeri 4 Cirebon : 2008 di SMA Negeri 5 Cirebon
Prestasi yang pernah dicapai: 1. Anggota Divisi Infokom Himpunan Mahasiswa Telekomunikasi periode 2009-2010 2. Sebagai peserta dalam Karya Tulis di HIMATEL 3. Juara ketiga Karya Ilmiah Remaja di SMA Negeri 5 Cirebon 4. Sebagai Finalis Perlombaan Matematika tingkat Cirebon 5. Sebagai peserta dalam English Debate di SMP 4 Cirebon
iv
Segala puji bagi Allah yang memiliki apa yang di langit dan apa yang ada di bumi dan bagi-Nya pula segala puji di akhirat. Dan Dia-lah Yang Maha Bijaksana lagi Maha Mengetahui (Q.S Saba’ 34: 1)
Dalam langkah kecilku,
Selalu ada keyakinan dan kesabaran
Menggapai mimpi yang tidak sekedar mimpi,
Tetapi mimpi – mimpi yang harus dan yakin dapat diraih...
Yakinlah setelah kesulitan akan selalu disertai kemudahan, Teruslah berusaha, berdoa, dan bertawakal untuk berserah diri padaNya... Yakin dan percaya kita selalu bersamaNya, Menuju langkah kebaikan dan keberhasilan... Dunia dan akhirat... Jangan Menyerah, Kawan...
Kupersembahkan Karya ku ini untuk Papi, Mami Tersayang, Adik-adikku dan Keluarga Tercinta, Serta orang - orang yang selalu mendo’akan dan selalu memberikan dukungan.
v
Kata Pengantar
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Desain dan Implementasi Patch Antena Dengan Pencatuan L-Shaped Probe
Untuk Aplikasi WLAN”. Laporan ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan Diploma IV. Tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orangtua tercinta yang selalu memberikan kasih sayang, dorongan, dan doa yang tiada henti kepada penulis serta adikku-adikku tersayang yang selalu
menghibur penulis di saat penulis butuh penyemangat.
2.
Bapak Asep Barnas Simanjuntak BSEE., MT. selaku Pembimbing utama yang telah meluangkan waktu dan memberikan ilmu, nasihat, kritikan, doa sehingga tugas ahir ini dapat terselesaikan.
3.
Bapak Sutrisno, BSEE, M.T. selaku Penguji I yang telah menguji dan memberikan memberikan ilmu dan arahan kepada penulis.
4.
Bapak Ir. Enceng Sulaeman, MT. selaku Penguji II yang telah menguji dan memberikan memberikan ilmu dan arahan kepada penulis.
5.
Ibu Hepi Ludiyati ST., MT. selaku Penguji III yang telah menguji dan memberikan memberikan ilmu dan arahan kepada penulis.
6.
Seluruh dosen Teknik Telekomunikasi D4 - POLBAN yang tidak dapat disebutkan satu per satu di sini yang telah memberikan ilmu dan nasehatnya.
7.
Bapak Badu selaku teknisi yang selalu membantu saat melakukan pengukuran.
8.
Keluarga Nirkabel 2008, terimakasih atas bantuan dan dukungannya.
9.
Seluruh keluarga besar HIMATEL, baik alumni, rekan seangkatan, angkatan 2009, 2010, 2011, juga angkatan baru 2012.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas jasanya telah membantu penulis dalam tugas akhir ini, semoga mendapat balasan dan yang indah dari Allah SWT. Penulis menyadari sebagai manusia masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini. Untuk itu saran dan kritik yang membangun vi
sangat penulis harapkan untuk perbaikan kekurangan-kekurangan pada laporan
tugas akhir ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi
penulis dan bagi pembaca umumnya.
Bandung, Juli 2012
Penulis
vii
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dirancang dan direalisasikan antenna patch untuk aplikasi
WLAN (Wireless Local Area Network). Masalahnya adalah antena mikrostrip pada umumnya mempunyai bandwidth sempit, untuk mengatasi hal tersebut digunakan suatu teknik pencatuan yaitu EMC (Electromagnetically Coupled) untuk menaikan bandwidth antena. Teknik EMC dapat menaikan bandwith antena menjadi 20% - 40% dari frekuensi tengahnya sedangkan antena mikrostrip konvensional mempunyai bandwidth 1% - 5% dari frekuensi tengahya, oleh karena itu teknik pencatuan EMC ini dapat digunakan untuk aplikasi WLAN. Penulis melakukan perancangan menggunakan software simulator Antena Magus Provesional V1.0.2 dan CST Studio Suite 2010.
Kata kunci : EMC, WLAN, Antena Magus Profesional V1.0.2, CST Studio Suite 2010
ABSTRACT
In this final project, Patch Antenna for WLAN applications (Wireless Local Area Networks) is designed and implemented. The problem is microstrip antennas have narrow bandwidth, EMC (Electromagnetically Coupled) for increase bandwidth antennas is used. EMC can increase a bandwidth antenna 20% - 40% for middle frequency while conventional microstrip antenna has a bandwidth 1% - 5% for middle frequency, so EMC can be used for WLAN applications. Writer design using software simulation Antenna Magus Provesional V1.0.2 software and CST Studio Suite 2010.
Keyword : EMC, WLAN, Antena Magus Profesional V1.0.2, CST Studio Suite 2010
viii
DAFTAR ISI
Hal
ABSTRAK .......................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah ............................................................................. 2
1.3
Pemecahan Masalah............................................................................. 2
1.4
Tujuan ................................................................................................ 3
1.5
Batasan Masalah .................................................................................. 3
1.6
Manfaat Laporan ................................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1
Pendahuluan ........................................................................................ 4
2.2
WLAN................................................................................................. 4
2.3
Antena Mikrostrip................................................................................ 5 2.3.1 Pendahuluan.............................................................................. 5 2.3.2 RMSA (Rectangular Mikrostrip Antenna) ................................. 7 2.3.3 Dimensi Fisik ............................................................................ 7 2.3.4 Impedansi Input ........................................................................ 8 2.3.5 Saluran Mikrostrip .................................................................... 9
2.4
Pola Radiasi Antena Mikrostrip ........................................................... 11
2.5
Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ................................................... 12 2.5.1 Teknik Pencatuan Langsung ..................................................... 12 2.5.2 Teknik Pencatuan Tidak Langsung ........................................... 13
BAB III DESAIN DAN IMPLEMENTASI 3.1
Pendahuluan ........................................................................................ 15
3.2
Spesifikasi Antena ............................................................................... 17
3.3
Karakteristik Bahan ............................................................................. 18
3.4
Konstruksi dan Teknik Pencatuan Antena ............................................ 19 ix
3.5
Perancangan Antena ............................................................................ 20 3.5.1 Perhitungan Dimensi Patch Antena ............................................. 20
3.5.2 Perhitungan Dimensi Groundplane ............................................. 21 3.5.3 Perancangan Antena melalui Antena Magus ............................... 22
3.5.4 Perancangan Antena melalui CST Studio 2010 ........................... 25
3.5.5 Simulasi melalui CST Studio 2010 ............................................. 26
3.5.6 Hasil simulasi melalui CST Studio 2010 ..................................... 27
3.5.7 Analisa 𝜟𝓰 ................................................................................. 40 3.5.8 Analisa 𝜟𝓵.................................................................................. 48
3.5.9 Analisa 𝜟𝓰 𝜟𝓵 ........................................................................... 61
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA 4.1
Pendahuluan ........................................................................................ 74
4.2
Pengukuran Return Loss, VSWR, dan Bandwidth ................................ 74 4.2.1 Peralatan yang Digunakan .......................................................... 74 4.2.2 Prosedur Pengukuran .................................................................. 75 4.2.3 Hasil Pengukuran........................................................................ 76 Analisa Hasil Pengukuran .................................................................... 77
4.3
Pengukuran Pola Radiasi ..................................................................... 78 4.3.1 Peralatan yang digunakan ........................................................... 78 4.3.2 Prosedur Pengukuran .................................................................. 78 4.3.3 Hasil Pengukuran Pola Radiasi ................................................... 79
BAB V PENUTUP 5.1
Kesimpulan ......................................................................................... 83
5.2
Saran ................................................................................................... 83
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 84
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Antena Mikrostrip. ............................................................... 5 Gambar 2. 2 Panjang efektif antena mikrostrip ........................................................... 7
Gambar 2. 3 Antena Mikrostrip dengan inset feed....................................................... 9 Gambar 2. 4 Pola medan listrik pada saluran mikrostrip ........................................... 10
𝜆
Gambar 2. 5 Tansformator ..................................................................................... 11
4
Gambar 2. 6 Sistem Koordinat Bola ......................................................................... 11
Gambar 2. 7 Teknik Pencatuan Langsung Coaxial Probe .......................................... 12
Gambar 2. 8 Teknik Pencatuan Langsung Microstrip Line ........................................ 13 Gambar 2. 9 Teknik Pencatuan Tidak Langsung Electromagnetically Coupled ......... 14 Gambar 3. 1 Diagram Alir Pembuatan Antena Mikrostrip......................................... 17 Gambar 3. 2 Bentuk dan Teknik Pencatuan Antena .................................................. 19 Gambar 3. 3 Flowchart proses simulasi Antena Magus ............................................. 23 Gambar 3. 4 Hasil Pengukuran Antena Magus .......................................................... 25 Gambar 3. 5 Flowchart proses simulasi Antena melalu CST Studio ......................... 26 Gambar 3. 6 Lp = 50mm dan Wp = 62.5mm ............................................................. 28 Gambar 3. 7 Lp = 68mm dan Wp = 70mm................................................................ 29 Gambar 3. 8 Lp = 65mm dan Wp = 70mm................................................................ 30 Gambar 3. 9 Lp = 47mm dan Wp = 60mm………………………………………… .. 31 Gambar 3. 10 Lp = 48mm dan Wp = 59mm………………………………………… 32 Gambar 3. 11 Lp = 49mm dan Wp = 62mm.............................................................. 33 Gambar 3. 12 Lp = 52mm dan Wp = 62 mm ............................................................. 34 Gambar 3. 13 Lp = 53mm dan Wp = 61mm.............................................................. 35 Gambar 3. 14 Lp = 54mm dan Wp = 58mm.............................................................. 36 Gambar 3. 15 Lp = 55mm dan Wp = 60mm.............................................................. 37 Gambar 3. 16 Lp = 50 dan Wp = 60mm.................................................................... 38 Gambar 3. 17 𝜟𝓰 ..................................................................................................... 40
Gambar 3. 18 𝓰 = 10mm dan 𝜟𝓵 = 22mm ................................................................ 41 xi
Gambar 3. 19 𝓰 = 11mm dan 𝜟𝓵 = 22mm ................................................................ 42 Gambar 3. 20 𝓰 = 9mm dan 𝜟𝓵 = 22mm .................................................................. 43 Gambar 3. 21 𝓰 = 8mm dan 𝜟𝓵 = 22mm .................................................................. 44
Gambar 3. 22 𝓰 = 7mm dan 𝜟𝓵 = 22mm .................................................................. 45
Gambar 3. 23 𝓰 = 6mm dan 𝜟𝓵 = 22mm .................................................................. 46
Gambar 3. 24 𝜟𝓵 ...................................................................................................... 48
Gambar 3. 25 𝓵1 = 23mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 49
Gambar 3. 26 𝓵1 = 24mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 50
Gambar 3. 27 𝓵1 = 25mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 51 Gambar 3. 28 𝓵1 = 26mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 52 Gambar 3. 29 𝓵1 = 27mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 53 Gambar 3. 30 𝓵0 = 22mm dan 𝜟𝓰 = 10mm .............................................................. 54 Gambar 3. 31 𝓵_1 = 21mm dan 𝜟𝓰 = 10mm ............................................................ 55 Gambar 3. 32 𝓵_2 = 20mm dan 𝜟𝓰 = 10mm ............................................................ 56 Gambar 3. 33 𝓵_3 = 19mm dan 𝜟𝓰 = 10mm ............................................................ 57 Gambar 3. 34 𝓵_4 = 18mm dan 𝜟𝓰 = 10mm ............................................................ 58 Gambar 3. 35 𝓵_5 = 17mm dan 𝜟𝓰 = 10mm ............................................................ 59
Gambar 3. 36 𝜟𝓰 𝜟𝓵 ................................................................................................ 61 Gambar 3. 37 𝓰1 = 11mm dan 𝓵5 = 27mm ............................................................... 62 Gambar 3. 38 𝓰1= 11mm dan 𝓵_3 = 19mm .............................................................. 63 Gambar 3. 39 𝓰0 = 10mm dan 𝓵0 = 22mm ............................................................... 64 Gambar 3. 40 𝓰_1= 9mm dan 𝓵1 = 23mm ................................................................ 65
Gambar 3. 41 𝓰_1 = 9mm dan 𝓵0 = 20mm ............................................................... 66 Gambar 3. 42 𝓰_2= 8mm dan 𝓵4 = 26mm ................................................................ 67
Gambar 3. 43 𝓰_2 = 8mm dan 𝓵_4 = 18mm ............................................................. 68 Gambar 3. 44 𝓰_3= 7mm dan 𝓵1 = 23mm ................................................................ 69
Gambar 3. 45 𝓰_3 = 7mm dan 𝓵_1 = 21mm ............................................................. 70 Gambar 3. 46 𝓰_4= 6mm dan 𝓵5 = 27mm ................................................................ 71
Gambar 3. 47 𝓰_4 = 6mm dan 𝓵_4 = 18mm ............................................................. 72 xii
Gambar 4. 1 Skema Pengukuran Return Loss, VSWR, dan Bandwidth ..................... 75
Gambar 4. 2 Respon Return Loss fungsi frekuensi .................................................... 76 Gambar 4. 3 Respon VSWR fungsi frekuensi ........................................................... 77
Gambar 4. 4 Pola Radiasi E-Plane ............................................................................ 80
Gambar 4. 5 Pola Radiasi H-Plane ........................................................................... 81
Gambar 4. 6 Pola Radiasi Cross ............................................................................... 82
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Perbandingan Dimensi Antena ................................................................... 39 Tabel 3. 2 Perbandingan Tinggi Probe ........................................................................ 47
Tabel 3. 3 Perbandingan Panjang Probe ...................................................................... 60
Tabel 3. 4 Perbandingan Panjang dan Tinggi Probe .................................................... 73 Tabel 4. 1 Nilai return loss hasil pengukuran.............................................................. 76
Tabel 4. 2 Nilai VSWR hasil pengukuran ................................................................... 77
Tabel 4. 3 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Plane ..................................................... 80
Tabel 4. 4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi H-Plane ..................................................... 80 Tabel 4. 5 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Cross ......................................................... 81
xiv
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Kumar, Girish and Ray, K.P. Broadband Microstrip Antennas. London: Artech House Boston. 2003
[2]
Simanjuntak, Asep B. Modul Matakuliah Antena. POLBAN. Bandung. 2008
[3] Wardana,
2G/3G
RF
Planning
and
Optimization
for
Consultant, www.nulisbuku.com, 2011
Lingga,
[4]
Antena Magus Professional, V1.0.2, “L-proximity coupled info”, 2010
[5]
Balanis, Constantine A. Antenna Theory : Analysis and Design, 2nd ed. John
Wiley & Sons, Ltd. 1997 [6]
Joo seong jeon. “Design of wideband Patch Antennas for PCS and IMT-2000 service”. Seoul-Korea.
[7]
Widyantara, Muhammad Ridwan. Realisasi Antena Mikrostrip Rectangular Patch dengan Teknik Pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled) untuk Aplikasi WiMax. 2008
[8]
E. Sulaeman, Modul Kuliah HF dan Gelombang Mikro Bab IV Saluran Planar, Program Studi Teknik Telekomunikasi. Jurusan Teknik Elektro. Politeknik Negeri Bandung.
[9]
Jaringan Komputer “Wireless LAN”. Jurusan Sistem Informasi, Fakultas Ilmu Komputer,
Universitas
Pelita
Harapan.
April
2005.
evanescene.bravehost.com/Paper.htm [10] http://digilib.its.ac.id/ITS-Undergraduate-3100007028629/7160 [11] Hirasawa, Kazuhiro and Haneishi, M. Analysis, Design, and Measurement of Small and Low-Profile Antennas, London : Artech House. 2004
84
