Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2–5,8 GHz
Triprijooetomo EkoTjipto Rahardjo
01 – 04
Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran
Yulia Dhamayanti Gamantyo Hendrantoro
05 – 10
Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta
Tardi
11 – 15
Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer
Supomo
16 – 22
Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview
Siswo Wardoyo Ri Munarto Vicky Pratama Putra
23 – 30
Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina
Sila Abdullah Syakry Mulyadi Syahroni
31 – 37
Rahardhita Widyatra Gamantyo Hendrantoro Suwadi
38 – 42
Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator
Toto Supriyanto Teguh Firmansyah
43 – 46
Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535
Dewi Lestari Prawito
47 – 54
Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS
Dandun Widhiantoro Suryadewi Eva Arindhita
55 – 58
Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang
Shelvi Eka Tassia Gamantyo Hendrantoro
59 – 64
Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME
Dandun Widhiantoro
65 – 70
Analisis Kinerja Binary Frekuensi Pengiriman Citra Nano Satelit
Elite Elektro
Volume 4
Shift
Nomor 1
Keying
pada
Halaman 1 – 70
Depok Maret 2013
ISSN 2087 – 362X
Dewan Redaksi Jurnal Ilmiah ELITE ELEKTRO ISSN : 2087 - 362X Vol. 4, No. 1, Maret 2013 Penanggung Jawab Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Wakil Penanggung Jawab Sekretaris I Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Sekjur II Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Ketua Dewan Redaksi Aminuddin Debataraja Editor Ahli Prof. T. Basruddin, PhD (UI) Dr. Ridwan Gunawan (UI) Dr. Gibson Hilman Sianipar (ITB) Hiskia, PhD (LIPI) Dr. Mashury Wahab (LIPI, AsRI) Son Kuswadi, Dr. Eng. (ITS) Prof. Dr. Adi Soeprijanto (ITS) Anggota Dewan Redaksi Nur Fauzi Soelaiman Iwa Sudradjat A. Tossin Alamsyah Benny Isdawimah Agus Wagyana Budianto Surbakti (Industri-Schneider) Sektretariat/Humas Jamser Simanjuntak Kendi Moro Nitisasmita M. Fathurahman Toto Supriyanto Alamat Redaksi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Kampus Baru Universitas Indonesia Depok 16425 Telp./Fax.: (021) 786 3135 E-mail:
[email protected];
[email protected];
[email protected] Website: http://www. pnj.ac.id Redaksi mengundang para Akademis, Peneliti, Praktisi, dan Profesional untuk menyumbangkan tulisan di bidang Teknik Elektro berupa hasil riset atau kajian pustaka yang belum pernah diterbitkan dalam media lain. Jurnal terbit dua kali setahun, yaitu pada bulan Maret dan September. Naskah sudah diterima redaksi paling lambat 2 (dua) bulan sebelum penerbitan. Pengiriman naskah dan korespondensi melalui surat elektronik lebih diutamakan.
Kata Pengantar Puji syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia-Nya Jurnal Ilmiah Elite Elektro Volume 4, Nomor 1, Maret 2013 dapat terbit sesuai dengan waktu yang ditentukan. Jurnal ilmiah ini merupakan terobosan baru pada Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta, yang terbit rutin dan teratur dua kali setiap tahunnya. Oleh sebab itu para peneliti, dosen (akademisi), praktisi industri, dan civitas akademika dapat menggunakan sebagai wadah penyaluran artikel ilmiah dalam wawasan elektro dan teknologi.
Pada Volume 4, Nomor 1, Maret 2013 Dewan Redaksi menampilkan 12 judul artikel yaitu:. Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2–5,8 GHz; Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran; Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta; Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer; Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview; Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina; Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit; Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator; Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535; Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS; Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang; Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME.
Akhirnya kami berharap semoga artikel-artikel dalam jurnal ini, bermanfaat bagi pembaca dan merupakan media saling tukar informasi hasil penelitian, serta memberikan inspirasi dalam pengembangan teknologi di bidang teknik elektro.
Salam, Ketua Dewan Redaksi,
Aminuddin Debataraja
DAFTAR ISI Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2–5,8 GHz
Triprijooetomo EkoTjipto Rahardjo
01 – 04
Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran
Yulia Dhamayanti Gamantyo Hendrantoro
05 – 10
Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta
Tardi
11 – 15
Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer
Supomo
16 – 22
Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview
Siswo Wardoyo Ri Munarto Vicky Pratama Putra
23 – 30
Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina
Sila Abdullah Syakry Mulyadi Syahroni
31 – 37
Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit
Rahardhita Widyatra Gamantyo Hendrantoro Suwadi
38 – 42
Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator
Toto Supriyanto Teguh Firmansyah
43 – 46
Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535
Dewi Lestari Prawito
47 – 54
Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS
Dandun Widhiantoro Suryadewi Eva Arindhita
55 – 58
Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang
Shelvi Eka Tassia Gamantyo Hendrantoro
59 – 64
Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME
Dandun Widhiantoro
65 – 70
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: 43-46
Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator Toto Supriyanto1* dan Teguh Firmansyah2 1. Program Studi Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta, Depok 16425, Indonesia 2. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten 42435, Indonesia *
e-mail:
[email protected]
Abstrak Pada makalah ini akan dirancang dan dievaluasi antena multiple input multiple output (MIMO) mikrostrip lingkaran untuk aplikasi long term evolution (LTE). Antena ini beroperasi pada frekuensi 2,35 GHz yang merupakan alokasi untuk aplikasi LTE. Pada penelitian ini, diusulkan 2 buah struktur antena MIMO mikrostrip dengan substrat εr = 2,2 dengan h = 1,52 mm. Struktur antena pertama (I) yaitu antena MIMO lingkaran konvensional, hasil struktur antena tersebut memiliki nilai return loss S11 = -30 dB, bandwidth 55 MHz saat VSWR <2, nilai kopling koefisien S21 = -27 dB, dan gain sebesar 6,5 dBi. Struktur antena kedua (II) yaitu antena MIMO lingkaran yang ditambahkan parasitic radiator. Hasil di antaranya memiliki nilai return loss S11 = -21 dB, bandwidth 100 MHz saat VSWR <2, nilai kopling koefisien S21 = -26,5 dB, dan gain sebesar 7,5 dBi. Pada penelitian ini dapat ditunjukkan bahwa gain antena MIMO akan meningkat dengan ditambahkan parasitic substrat.
Abstract Enhanced Gain Microstrip Antenna MIMO 2 x 2 with Parasitic Radiator. In this paper, multiple input multiple output (MIMO) microstrip circular antenna for application long term evolution (LTE) will be designed and analyzed. This antenna operates at frequency 2.35 GHz which allocated for LTE applications. Two MIMO antenna structure with microstrip substrate with εr = 2.2 and h = 1.52 mm will be designed. The first antenna structure is a conventional circular MIMO antenna, where the antenna structure has a return loss S11 = -30 dB, 55 MHz bandwidth at VSWR <2, coupling coefficient S21 = -27 dB, and gain of 6.5 dBi. The structure of the second antenna is loop MIMO with additional parasitic radiator. The second antenna had return loss S11 = -21 dB, bandwidth of 100 MHz at VSWR <2, the coupling coefficient S21 = -26.5 dB, and gain of 7.5 dBi. It is shown that the MIMO antenna structure with additional substrate parasitic will increase the gain antenna Keywords: gain, LTE, MIMO, parasitic radiator
1. Pendahuluan Untuk aplikasi CPE maka diperlukan sebuah antena yang kompak, namun memiliki gain yang tinggi, sebagai awal penelitian. Pada penelitian ini akan dilakukan perancangan antena array MIMO yang menggunakan teknologi mikrostrip.
Sistem multiple-input multiple-output (MIMO) merupakan sistem yang terdiri dari sejumlah terminal (antena) pengirim dan penerima. Tidak seperti sistem antena konvensional yang sangat rentan terhadap multipath, sistem MIMO justru bekerja sangat baik pada komponen multipath.
Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan, di antaranya mempunyai bentuk yang kompak, dimensi kecil, mudah untuk difabrikasi. Selain itu, antena mikrostrip pun memiliki bentuk yang beragam, di antaranya persegi, persegi panjang, elips, segitiga, dan lingkaran.
Pada Gambar 1 terlihat sistem MIMO dengan antena pengirim dan penerima yang lebih dari satu. Antena penerima akan menerima sinyal yang dikirimkan oleh antena pengirim setelah sinyal tersebut dikalikan dengan suatu matriks kanal.
43
44
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: 43-46
Namun, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan diantaranya yaitu gain rendah, bandwidth rendah, dan efisiensi yang rendah [1]. Struktur antena MIMO 2 x 2 mikrostrip lingkaran konvensional dapat dilihat pada Gambar 2. Untuk meningkatkan cakupan area layanan suatu base station, maka diperlukan antena yang memiliki gain yang tinggi. Beberapa modifikasi dilakukan diantaranya dengan ditambahkan reflektor seperti yang diusulkan [2-3], di mana penambahan reflektor ini dapat meningkatkan gain akan tetapi memerlukan dimensi yang lebih besar dari antenanya sendiri. Pada Stoytchev et al. dan Capobianco et al. [4-5] diusulkan untuk menggunakan metode array, yaitu membentuk antena yang sama dengan sebuah catu, teknik ini sudah banyak dilakukan.
permukaan dapat dikurangi [6]. Sementara itu, pada Tilane [7], diusulkan perancangan antena berbentuk lingkaran dengan parasitik radiator berupa ring, sehingga dihasilkan gain antena sebesar 6 dBi. Berbeda dengan metode-metode sebelumnya, pada penelitian ini diusulkan perancangan antena MIMO 2 x 2 mikrostrip lingkaran menggunakan parasitik radiator, seperti terlihat pada Gambar 3. Perancangan antena ini menggunakan perangkat lunak CST.
2. Metode Penelitian Persamaan patch jari-jari antena lingkaran diberikan oleh Bahl et al. [8].
F
r= 1+
Teknik selanjutnya yaitu menggunakan metode defected ground structure (DGS), dengan menghilangkan sebagian bidang ground, sehingga rugi-rugi gelombang
2h πε r F
(1)
πF In 2h + 1,7726
di mana nilai F dinyatakan dengan
F=
8,791.109 fr ε r
(2)
Pada pers. (1) nilai h dalam satuan cm, sementara pada pers. (2) nilai f harus dalam satuan Hz. Desain antena tersebut memiliki fundamental frekuensi yang bekerja pada dominan mode TM110. Nilai resonannya diberikan oleh Gambar 1. Sistem Komunikasi MIMO
[ f r ]110 =
1,8412 1,8412c = 2 π r µε 2π r ε r
(3)
di mana nilai c merupakan kecepatan cahaya sebesar 3.108 m/s. Desain antena ini merupakan desain antena lingkaran yang konvensional seperti pada Gambar 2. Nilai dimensi dan karakteristik subtrat terlihat pada Tabel 1.
Gambar 2. Struktur MIMO 2 x 2 Mikrostrip Lingkaran Konvensional
Pada subab ini akan dijelaskan karakteristik dari antena, diantaranya return loss, bandwidth, kopling koefisien dan gain. Pada Gambar 4 menunjukkan nilai return loss (S11) dari antena lingkaran konvensional (Gambar 2). Tabel 1. Dimensi dan Karakteristik Antena
Gambar 3. Struktur Antena MIMO 2 x 2 Mikrostrip Lingkaran Menggunakan Parasitic Substrat
Spesifikasi
Ukuran
Keterangan
W
70 mm
Lebar
L
150 mm
Panjang
R
26 mm
Jari-jari
D εr (Taconic) h tan δ
23 mm εr= 2,2 h = 1,52 mm tan δ = 0,0009
Separator Substrat
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: 43-46
Seperti ditunjukkan pada Gambar 4, nilai bandwidth antena saat S11 = -10 hanya mencapai 40 MHz. Nilai ini masih dapat ditingkatkan kembali apabila dipergunakan antena wideband mikrostrip. Pada Gambar 5 terlihat bahwa nilai kopling koefisien antena lingkaran MIMO konvensional mencapai nilai27 dB. Hal ini memperlihatkan bahwa kedua antena tersebut tidak saling berhubungan. Parameter selajutnya yang akan dianalisis yaitu gain antena (Gambar 6). Pada Gambar 6 terlihat nilai gain antena mikrostrip pada frekuensi 2,35 GHz mencapai 6,5 dBi. Sementara itu, nilai HPBW sebesar 90,6º.
45
Perancangan antena selanjutnya yaitu perancangan menggunakan parasitik radiator untuk meningkatkan gain antena MIMO. Pada Gambar 7 memperlihatkan nilai S11 dan bandwidth antena lingkaran MIMO dengan menambahkan parasitik radiator. Nilai bandwidth antena saat S11 = -10 dB hanya mencapai 100 MHz. Hal ini menunjukan bahwa dengan ditambahkannya parasitik radiator, maka akan meningkatkan nilai bandwidth (Gambar 7). Sementara itu, pada Gambar 8 terlihat bahwa nilai koefisien kopling antena lingkaran MIMO ini mencapai nilai -26,5 dB. Hal ini memperlihatkan bahwa kedua antena tersebut tidak saling berhubungan. Untuk menganalisis nilai gain, maka pada penelitian ini dilakukan karakterisasi nilai H dari antena MIMO, agar diperoleh nilai gain paling besar. Hasil karakterisasi terlihat pada Gambar 9.
Gambar 4. Nilai S11 dan Bandwidth Antena Lingkaran MIMO Konvensional
Gambar 7. Nilai S11 dan Bandwidth Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator
Gambar 5. Nilai Kopling Koefisien S21 Antena Lingkaran MIMO Konvensional
Gambar 8. Nilai Kopling Koefisien S21 Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator
Gambar 6. Nilai Far-Field Antena Lingkaran MIMO Konvensional
Gambar 9. Nilai Gain Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator terhadap Perubahan H
46
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: 43-46
Pada Gambar 9, terlihat nilai gain antena mencapai maksimum saat H = 16 mm dengan nilai gain 7,5 dBi. Sementara itu, nilai far-field terlihat pada Gambar 10. Nilai gain antena mikrostrip pada frekuensi 2,35 GHz mencapai 7,5 dBi. Sementara itu, nilai HPBW sebesar 90,6º. Hasil simulasi menunjukkan bahwa antena lingkaran MIMO dengan parasitik radiator parasitik dapat meningkatkan gain sampai 1 dB yang disertai pula peningkatan nilai bandwidth (Gambar 10). Tabel 2 memperlihatkan perbandingan kinerja antena lingkaran MIMO konvensional dengan antena lingkaran MIMO dengan parasitik radiator.
Hasil perbandingan memperlihatkan bahwa antena lingkaran MIMO dengan penambahan parasitik radiator dapat menghasilkan gain yang lebih tinggi dan memberikan nilai bandwidth yang lebih besar.
4. Simpulan Antena mikrostrip MIMO 2 x 2 dengan penambahan parasitik radiator dapat meningkatkan gain dan bandwidth. Nilai bandwidth yang diperoleh mengalami peningkatan sebesar 45 MHz dan nilai peningkatan gain 1 dB. Jenis substrat yang digunakan yaitu taconic dengan εr = 2,2, h = 1,52 mm, dan tan δ = 0,0009 diperoleh jarak parasitik paling optimum sebesar 14 mm.
Daftar Acuan
Gambar 10. Nilai Far-field Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator
Tabel 2. Perbandingan Kinerja Antena
Kinerja Frekuensi
Antena lingkaran MIMO konvensional 2,35 GHz
Antena lingkaran MIMO dengan penambahan parasitik radiator 2,35 GHz
MIMO Bandwidth (S11 < -10 dB) Gain
2x2
2x2
55 MHz
100 MHz
6,5 dBi
7,5 dBi
HPBW (-3 dB)
90°
67,3°
Dimensi (mm)
150 x 70 x 1,52
150 x 70 x 16
[1] C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd ed., Wiley, New York, 2005, p.1136. [2] S.D. Targonski, R.B. Waterhouse, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Montreal, Canada, 3 (1997A) 1840. [3] D.G. Seleznyov, I.I. Reznik, A.D. Seleznyov, Proceedings of the 5th International Seminar/ Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory, Tbilisi, Geogia, 2000, p.104. [4] M. Stoytchev, H. Safar, A.L. Moustakas, S. Simon, IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., Boston, MA, USA, 3 (2001) 708. [5] A.D. Capobianco, F.M. Pigozzo, S. Boscolo, M. Midrio, F. Sacchetto, A. Assalini, L. Brunetta, N. Zambon, S. Pupolin, IEEE Conferences Publication, Wireless Technology Conference (EuWIT), Paris, 2010, p.93. [6] C.-Y. Chiu, R.D. Murch, C.R. Rowell, IEEE Trans. Antennas Propag. 55/6 (2007) 1732. [7] P. Tilane, Int. J. Eng. Technol. 3/2 (2011) 175. [8] I.J. Bahl, P. Bhartia, Microstrip Antennas, Artech House, Norwood, MA, 1980, p.348.
