LAPORAN SKRIPSI DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY UNTUK APLIKASI WiFi

LAPORAN SKRIPSI DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY UNTUK APLIKASI WiFi

Laporan Skripsi Disusun Guna Memenuhi Syarat Kelulusan Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto

Oleh: MELA YUNIATI NIM 13101126

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELEMATIKA TELKOM PURWOKERTO 2015

i

ii

iii

SURAT PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Mela Yuniati NIM : 13101126 Menyatakan bahwa Skripsi dengan judul “DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY UNTUK APLIKASI WiFi” adalah hasil karya sendiri dan bukan merupakan duplikasi sebagian atau seluruhnya dari hasil karya orang lain yang sudah pernah dipakai untuk mendapatkan gelar di lembaga pendidikan lain, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat hasil karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali pada bagian-bagian dimana yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan sumber informasi telah dicantumkan dengan cara melakukan kaitan dengan referensi yang semestinya serta telah disebutkan dalam daftar pustaka. Pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya secara sadar dan bertanggung jawab. Saya bersedia menerima sanksi berupa pembatalan Skripsi apabila terbukti saya melakukan pelanggaran sebagaimana tersebut pada pernyataan diatas dengan mengacu pada Peraturan Menteri Pendidikan Nasional No. 17 Tahun 2010

iv

tentang Pencegahan dan Penanggulangan Plagiat di Perguruan Tinggi. Selanjutnya pembatalan Skripsi akan berakibat pada dicabutnya gelar akademik yang sudah saya peroleh dari Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto.

Purwokerto, 14 Januari 2015

Mela Yuniati

v

HALAMAN PERSEMBAHAN Skripsi ini khusus penulis persembahkan kepada: 

Kedua orang tuaku yang tak henti-hentinya berdoa, memberi dukungan, dan selalu mencurahkan kasih sayangnya. “Pah.. Mah...terimakasih atas semua yang telah diberikan kepadaku.”.



Kakakku Desy Wahyuningsih dan Henry kantate Luberto Aritonang yang tersayang. “Aku sayang kalian dan akan terus menyanyangi kalian”.



Adikku Indra Agri Setia yang tersayang. “Agri harus bisa jadi yang lebih baik dari kami, kakak-kakakmu”.



Keponakanku Kevin Mark Wijaya dan Kezia Ceria Hutari yang lucu. “Terimakasih buat kelucuannya yang bisa mengusir penat”.



Teman-teman tercinta Jhony Irwanda, Lisa Teresia, Yanottama, Misbahus Surur, Luthfi Hendra Lukmana, Zulkifli Zahlan, Nurul Fatonah, dan Rekan Alih Jenjang ankatan 2013. “Terimakasih buat semua kebersamaan kita, buat semua moment indah kita”.

vi

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan Skripsi tepat pada waktunya. Penulisan Skripsi ini merupakan suatu rangkaian yang harus dilakukan dalam melaksanakan tahap akhir dari penelitian yang dilakukan penulis. Penulisan Skripsi ini juga merupakan salah sattu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Strata 1 (S1) bidang teknik pada Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto, penulis mengambil Skripsi dengan judul “DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY UNTUK APLIKASI WiFi”. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis baik itu berupa dukungan moril maupun materil, terutama kepada: 1.

Bapak Eka Wahyudi., S.T., M.Eng. dan Bapak Sigit Pramono., S.T., M.T selaku pembimbing I dan pembimbing II yang senantiasa membantu, memberi pemikiran dan wawasan serta motivasi yang sangat membangun.

2.

Kedua orang tua serta Kakak dan Adik serta Keponakan penulis yang telah memberikan motivasi, doa, dan nasihat

vii

yang bijak sehingga membangkitkan semangat untuk terus berjuang. 3.

Lisa Teresia yang telah menemani dan mencairkan kepenatan dengan kehebohannya serta untuk motivasinya yang terus memberi penulis semangat.

4.

Yanottama selaku teman seperjuangan mengerjakan skripsi antena dan menjadi tempat berbagi pendapat, serta yang dengan segala tingkah laku dan tipuannya bisa membuat penulis tertawa bahkan kesal.

5.

Jhony Irwanda dan Mba Dwi Januarita yang telah menjadi teman dan kakak yang siap mendengarkan segala cerita dan keluh kesah penulis.

6.

Misbah, Luthfi, Zulkifli, Nurul, Andika, Okha, Septi Widya, Widya, Richi, dan masih banyak lagi yang dengan setia selalu menjadi penolong pertama saat penulis kesusahan dan selalu setia pula memberi keceriaan.

7.

Teman-teman Alih Jenjang 2013 dan teman-teman serta adik-adik di kampus ST3 Telkom yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis. Penulis menyadari bahwa penyusunan Skripsi ini masih

jauh dari sempurna. Hal ini mengingat keterbatasan wawasan dan

viii

pengetahuan yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan laporan Skripsi ini. Semoga laporan Skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang bersangkutan.

Purwokerto,

Januari 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI Halaman Judul ...................................................................... i Halaman Pengesahan ............................................................ ii Halaman Pengujian ............................................................... iii Halaman Pernyataan ............................................................. iv Halaman Persembahan ......................................................... vi Kata Pengantar ..................................................................... vii Daftar Isi ............................................................................... x Daftar Lampiran ................................................................... xiv Daftar Gambar ...................................................................... xvi Daftar Tabel .......................................................................... xx Daftar Singkatan ................................................................... xxi Daftar Istilah ......................................................................... xxii Abstrak ................................................................................. xxvi Abstract ................................................................................ xxviii BAB I. PENDAHULUAN .................................................. 1 1.1.

Latar Belakang Masalah ............................................. 1

1.2.

Rumusan Masalah ..................................................... 4

1.3.

Tujuan Penulisan ....................................................... 4

1.4.

Manfaat Penulisan ..................................................... 5

1.5.

Batasan Masalah ........................................................ 5

1.6.

Kaitan Judul Dengan Bidang Telekomunikasi .......... 6

1.7.

Metodelogi Penelitian ............................................... 7

x

BAB II. DASAR TEORI .................................................... 9 2.1.

Antena ........................................................................ 9 2.1.1. Definisi Antena ............................................... 9 2.1.2. Fungsi Antena ................................................. 11 2.1.3. Parameter Antena ........................................... 11

2.2.

Antena Mikrostrip ...................................................... 26 2.2.1 Antena Mikrostrip Array ................................. 30 2.2.2 Teknik Pencatuan Mikrostrip .......................... 34

2.3.

WiFi .......................................................................... 37 2.3.1. Perkembangan Standar Jaringan WiFi ........... 37 2.3.2. Teknologi Jaringan WiFi ................................ 39 2.3.3. Gangguan Pada Frekuensi WiFi .................... 43 2.3.4. Komponen WiFi ............................................. 44

BAB III. PERANCANGAN DAN SIMULASI ................. 46 3.1.

Proses Pengerjaan....................................................... 46 3.1.1 Penentuan Spesifikasi ...................................... 47 3.1.2 Perancangan Dan Simulasi .............................. 47 3.1.3 Pembuatan/Realisasi Sesuai Hasil dari Simulasi dan Pengukuran ............................... 71

BAB IV. HASIL DATA DAN ANALISIS ......................... 72 4.1.

Pengukuran Realisasi Antena ..................................... 72 4.1.1. Perangkat Pengukuran yang Digunakan ......... 72

xi

4.1.2. Pengukuran nilai VSWR, return loss, dan frekuensi ......................................................... 73 4.1.3. Pengukuran Gain Antena Dengan Dua Antena Identik ................................................ 75 4.1.4. Pengukuran Polarisasi Antena ....................... 75 4.1.5. Pengukuran Pola Radiasi Antena ................... 77 4.2.

Hasil Data dan Analisa Simulasi dan Optimasi .......... 79 4.2.1. Hasil Data Nilai Dimensi Antena ................... 79 4.2.2. Analisa

Pengaruh

Dimensi

Antena

Terhadap Nilai VSWR ................................... 82 4.2.3. Analisa

Pengaruh

Dimensi

Antena

Terhadap Nilai Return Loss ........................... 88 4.2.4. Analisa

Pengaruh

Dimensi

Antena

Terhadap Nilai Gain ....................................... 89 4.3.

Hasil Data Dan Analisa Hasil Optimasi Dan Pengukuran ................................................................ 90 4.3.1. Hasil Data dan Analisa Nilai VSWR dan Frekuensi Kerja Antena ................................. 90 4.3.2. Hasil Data dan Analisa Nilai Return Loss ..... 99 4.3.3. Hasil Data dan Analisa Nilai Gain ................. 104 4.3.4. Hasil Pengukuran dan Analisa Polarisasi Antena ............................................................ 109 4.3.5. Hasil Pengukuran dan Analisa Pola Radiasi Antena ............................................................ 112

xii

BAB V. KESIMPULAN ..................................................... 119 5.1.

Kesimpulan ............................................................... 119

5.2.

Saran ......................................................................... 121

DAFTAR PUSTAKA ........................................................... 122 LAMPIRAN

xiii

DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A DOKUMENTASI PENGUKURAN VSWR, RETURN LOSS, POLA RADIASI, POLARISASI DAN GAIN A.1.

Proses Pengukuran Nilai Frekuensi, VSWR dan Return Loss

A.2.

Proses Pengukuran Nilai Gain Antena

A.3.

Proses Pengukuran Polarisasi Antena

A.4.

Proses Pengukuran Polaradiasi Pergeseran Sudut Azimuth

A.5.

Proses Pengukuran Polaradiasi Pergeseran Sudut Elevasi

LAMPIRAN B PENGUKURAN VSWR, RETURN LOSS, POLA RADIASI, POLARISASI DAN GAIN B.1.

Pengukuran Nilai VSWR Pada Frekuensi 2,4 GHz – 2,484 GHz.

B.2.

Pengukuran Nilai VSWR Pada Frekuensi 2,475 GHz – 2,536 GHz.

B.3.

Hasil Pengukuran Nilai Return Loss Pada Frekuensi 2,4 GHz – 2,484 GHz.

B.4.

Hasil Pengukuran Nilai Return Loss Pada Frekuensi 2,475 GHz – 2,536 GHz.

B.5.

Hasil Pengukuran Nilai Gain Antena

xiv

B.6.

Hasil Pengukuran Polarisasi Antena

B.7.

Hasil Pengukuran Polaradiasi Berdasarkan Pergeseran Sudut Azimuth

B.8.

Hasil Pengukuran Polaradiasi Berdasarkan Pergeseran Sudut Elevasi

LAMPIRAN C BERITA ACARA DAN DAFTAR NILAI SIDANG SKRIPSI

xv

DAFTAR GAMBAR 1.

Gambar 2.1 Contoh nilai VSWR untuk frekuensi 2,452 GHz ..................................................................... 13

2.

Gambar 2.2 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth ..................................................................... 15

3.

Gambar 2.3 2.3 Polarisasi Linear.................................. 18

4.

Gambar 2.4 Polarisasi Circular .................................... 19

5.

Gambar 2.5 Polarisasi Eliptical .................................... 21

6.

Gambar 2.6 Pola radiasi antena omnidirectional .......... 23

7.

Gambar 2.7 Pola radiasi unidirectional ........................ 24

8.

Gambar 2.8 Pola radiasi isotropis ................................. 25

9.

Gambar 2.9 Sruktur dasar antena mikrostrip ............... 26

10. Gambar 2.10 Bentuk dasar patch antena....................... 28 11. Gambar 2.11 Antena Mikrostrip rektangular 2 array ... 32 12. Gambar 2.12 Alokasi frekuensi menjadi 14 channel ... 42 13. Gambar 3.1 Alur Kerja Pengerjaan .............................. 46 14. Gambar 3.2 Design awal antena single patch .............. 54 15. Gambar 3.3 Pengaturan dimensi single pacth ............... 55 16. Gambar 3.4 Pengaturan dimensi saluran pencatu untuk single patch ......................................................... 55 17. Gambar 3.5 Membuat 2 patch dengan dimensi yang sama .............................................................................. 56 18. Gambar 3.6 Membuat saluran transmisi ....................... 57

xvi

19. Gambar 3.7 Membuat Substrat dengan spesifikasi bahan FR-4 .................................................................... 57 20. Gambar 3.8 Pembuatan Grounding .............................. 58 21. Gambar 3.9 Pembuatan Port ........................................ 58 22. Gambar 3.10 Gambar antena mikrostrip 2 array pada simulasi dengan CST Studio 2012 ................................ 59 23. Gambar 3.11 Pengaturan Parameter antena .................. 60 24. Gambar 3.12 Pengaturan field monitor untuk menampilkan gain dan pola radiasi antena ................... 60 25. Gambar 3.13 Pengaturan Boundary antena ................... 61 26. Gambar 3.14 Nilai awal VSWR .................................... 61 27. Gambar 3.15 Nilai Awal Return loss ........................... 62 28. Gambar 3.16 Nilai Awal Gain Antena ......................... 63 29. Gambar 3.17 Polarisasi Antena Sesuai Pehitungan Dimensi Antena ............................................................ 63 30. Gambar 3.18 Nilai VSWR hasil optimasi dimensi antena ............................................................................ 68 31. Gambar 3.19 Nilai Return loss hasil optimasi dimensi antena .............................................................. 69 32. Gambar 3.20. Nilai Gain Antena hasil optimasi dimensi antena .............................................................. 70 33. Gambar 3.21 Polarisasi Antena Hasil optimasi dimensi antena ............................................................. 70 34. Gambar 3.22 Antena mikrostrip rektangular 2 array .... 71

xvii

35. Gambar 4.1 Konfigurasi Pengukuran VSWR, return loss dan frekuensi menggunakan network analyzer ...... 74 36. Gambar 4.2 Pengukuran Polarisasi Antena ................... 76 37. Gambar 4.3 Proses pergeseran nilai azimuth pada pengukuran polarisasi antena ........................................ 78 38. Gambar 4.4 Proses pergeseran nilai elevasi pada pengukuran polarisasi antena ....................................... 79 39. Gambar 4.5 Nilai VSWR Sesuai Dimensi Antena Hasil Perhitungan ......................................................... 83 40. Gambar 4.6 Nilai VSWR Sesuai Dimensi Antena Hasil Optimasi .............................................................. 83 41. Gambar 4.7 Pengaruh Perubahan Nilai W Terhadap Nilai VSWR .................................................................. 84 42. Gambar 4.8 Pengaruh Perubahan Nilai L Terhadap Nilai VSWR .................................................................. 85 43. Gambar 4.9 Pengaruh Pergeseran Nilai D Terhadap VSWR .......................................................................... 85 44. Gambar 4.10 Nilai VSWR dan Frekuensi Kerja dari Simulasi Optimal .......................................................... 91 45. Gambar 4.11 Hasil Pengukuran Nilai VSWR Pada Frekuensi Yang Diinginkan .......................................... 91 46. Gambar 4.12 Hasil Pengukuran Nilai VSWR pada Frekuensi Kerja Yang Dihasilkan ................................. 93 47. Gambar 4.13 Pergeseran Frekuensi............................... 94

xviii

48. Gambar 4.14 Pengaruh nilai εr terhadap frekuensi ........ 97 49. Gambar 4.15 Nilai Return Loss dari Hasil Simulasi ..... 100 50. Gambar 4.16 Nilai Return Loss Hasil Pengukuran Pada Frekuensi yang Diinginkan .................................. 100 51. Gambar 4.17 Nilai Return Loss Hasil Pengukuran Pada Frekuensi Yang Dihasilkan .................................. 101 52. Gambar 4.18 Perbandingan Nilai Return Loss Hasil Simulasi dan Pengukuran .............................................. 103 53. Gambar 4.19 Pengukuran gain antena menggunakan dua antena identik ......................................................... 105 54. Gambar 4.20 Nilai gain antena hasil simulasi .............. 105 55. Gambar 4.21 Pengukuran Polarisasi Antena ................ 110 56. Gambar 4.22 Hasil Pengukuran Polarissi Antena ........ 111 57. Gambar

4.23

Pengukuran

level

daya

sinyal

berdasarkan pergeseran azimuth .................................. 113 58. Gambar 4.24 Level sinyal yang diterima berdasarkan pergeseran sudut azimuth ............................................. 113 59. Gambar

4.25

Pengukuran

nilai

level

sinyal

berdasarkan pergeseran sudut elevasi .......................... 115 60. Gambar 4.26 Level sinyal berdasarkan pergeseran sudut elevasi ................................................................. 116

xix

DAFTAR TABEL 1.

Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik dari beberapa bahan antena ................................................................. 29

2.

Tabel 2.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip .................................................................... 30

3.

Tabel 3.1. Nilai dimensi antena berdasarkan perhitungan .................................................................. 53

4.

Tabel 3.2 Perubahan Nilai Lebar Patch (W) ................. 65

5.

Tabel 3.3 Perubahan Nilai Panjang Patch (L) ............... 65

6.

Tabel 3.4 Perubahan nilai jarak antar patch (D) ........... 66

7.

Tabel 3.5 Nilai Dimensi Antena Setelah Optimasi ....... 67

8.

Tabel 4.1 Nilai dimensi antena berdasarkan hasil perhitungan .................................................................. 80

9.

Tabel 4.2 Nilai dimensi antena berdasarkan hasil optimasi ........................................................................ 80

10. Tabel 4.3. Nilai VSWR, return loss dan gain dari hasil simulasi ................................................................ 82 11. Tabel 4.4 Pengaruh nilai εr terhadap frekuensi ............ 97 12. Tabel 4.5 Perbandingan nilai return loss ...................... 102 13. Tabel 4.6. Perhitungan nilai gain antena ...................... 106

xx

DAFTAR SINGKATAN AP

: Access Point

AUT

: Antenna Under Test

BTS

: Base Transceiver Station

BW

: Bandwidth

HF

: High Frequency

IEEE

: The Institute of Electrical and Electronics Engineer

ITU

: International Telecomunication Union

LAN

: Local Area Networks

LF

: Low Frequency

PCMCIA

: Personal Computer Memory Card International Association

PDA

: Personal Digital Assistant

RF

: Radio Frequency

UHF

: Ultra High Frequency

USB

: Universal Serial Bus

VHF

: Very High Frequency

VLF

: Very Low Frequency

VSWR

: Voltage Standing Wave Ratio

WiFi

: Wireless Fidelity

WLAN

: Wireless Local Area Networks

WMAN

: Wireless Metropolitan Area Networks

xxi

DAFTAR ISTILAH Access Point

: Access-Point berfungsi mengkonversikan sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan disalurkan melalui kabel, atau disalurkan ke perangkat WLAN yang lain dengan dikonversikan ulang menjadi sinyal frekuensi radio.

Antena

: Komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetik

Antena dipole

:

Antena

kawat

yang

memiliki

sifat

omnidirectional yang artinya memiliki arah pancaran yang sama rata ke segala arah Antena monopole: Jenis antena yang arah pancarannya hanya terpusat pada satu arah. Array

:

Suatu

teknik

berupa

penggabungan

/

penyusunan beberapa antena yang identik. Bandwidth

: Rentang frekuensi yang

dimana kinerja antena

berhubungan

dengan

beberapa

karakteristik (seperti VSWR, pola radiasi, impedansi

masukan,

beamwidth,

return

spesifikasi.

xxii

polarisasi, loss)

gain,

memenuhi

Ground plane

: Berfungsi sebagai ground bagi sistem antena mikrostrip.

Gain

: Perbandingan intensitas radiasi maksimum suatu antena terhadap intensitas radiasi antena referensi dengan daya input yang sama.

Mikrostrip

: Jenis antena yang menggunakan printed Circuit Board (PCB).

Omnidirectional : Yaitu pola radiasi yang terbentuk karena antena

memancarkan

atau

menerima

gelombang elektromagnetik pada satu bidang sama besar atau pola radiasinya 360o. Optimasi

: Optimasi adalah pencarian nilai-nilai variabel yang dianggap optimal, efektif dan efisien untuk

mencapai

Masalah

optimasi

hasil ini

yang

diinginkan.

beraneka

ragam

tergantung dari bidangnya. Patch

: Elemen peradiasi pada antena mikrostrip berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara, terletak paling atas dari keseluruhan sistem antena.

Pola Isotropic

: Pola radiasi yang terbentuk karena antena memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik (energi) ke seluruh bidang dengan energi yang sama besar.

xxiii

Pola radiasi

: Gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu antena sebagai fungsi koordinat ruang.

Polarisasi

: Arah gerak medan listrik dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan antena pada lobe utamanya.

Polarisasi circular : Terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik yang memiliki vektor medan magnet (elektrik) dimana titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu. Polarisasi eleiptical : Terjadi ketika gelombang yang merambat berubah menurut waktu dan memiliki vektor medan magnet (elektrik) yang berada pada jalur kedudukan elips di suatu ruang Polarisasi linear : Terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu disuatu titik memiliki vektor medan magnet (elektrik) dimana pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu (linear). Return loss

:

Perbandingan

antara

amplitudo

dari

-

gelombang yang dipantulkan (V0 ) terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan (V0+).

xxiv

Simulasi

:

Simulasi

adalah

suatu

cara

untuk

menduplikasi/menggambarkan ciri, tampilan, dan karakteristik dari suatu sistem nyata Substrate

: Berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen ground plan.

Unidirectional

: Pola radiasi dengan pancaran terkuatnya diarahkan ke suatu arah tertentu.

VSWR

: Perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min)

WiFi

:

Sebuah

teknologi

yang

memanfaatkan

peralatan elektronik untuk bertukar data secara nirkabel (menggunakan gelombang radio) yang banyak dipergunakan untuk koneksi internet berkecepatan tinggi. Wireless

: Teknologi telekomunikasi tanpa kabel.

xxv

ABSTRAK Seiring

perkembangan

teknologi

telekomunikasi

berbasis

teknologi wireless maka diperlukannya sistem komunikasi yang dapat melakukan pengiriman data berkecepatan tinggi dengan kualitas yang bagus. Penggunaan dan pemilihan antena merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi unjuk kerja antena. Antena yang biasa digunakan pada teknologi WiFi memiliki nilai gain yang kecil. Untuk meningkatkan nilai gain antena dipergunakan antena mikrostrip array yang merupakan antena yang mempunyai ukuran kecil dan tipis yang mampu bekerja pada frekuensi tinggi. Perancangan dan realisasi antena pada tugas akhir ini dipergunakan untuk aplikasi WiFi yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz sampai 2.484 GHz. Hasil simulasi antena mikrostrip rektangular 2 array menunjukkan dalam frekuensi kerja yang direncanakan yaitu antara 2.4 GHz – 2.484 GHz, memiliki nilai Return loss dan VSWR minimum sebesar -18,80 dB dan 1,98 pada frekuensi 2,442 MHz, nilai gain maksimum sebesar 4,62 dBi. Untuk hasil pengukuran antena mikrostrip rektangular 2 array menunjukkan adanya pergeseran frekuensi dari range 2,4 GHz - 2,484 menjadi 2,475 - 2,536 GHz, antena ini memiliki nilai Return Loss dan VSWR minimum sebesar -15,43 dB dan 1,40 pada frekuensi 2.505 GHz nilai gain maksimum

sebesar

4,16

dBi.

xxvi

Pergeseran

frekuensi

ini

diakibatkan oleh perbedaan nilai εr pada simulasi dan pada bahan yang digunakan pada pencetakan antena. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal antara simulasi dan pengukuran perlu diperhatikan ketepatan nilai εr pada bahan yaitu 4,4. Kata Kunci : Antena Mikrostrip Array, WiFi, Gain, VSWR, Frekuensi

xxvii

ABSTRACT

By the growing of telecommunications technology based on wireless technology is needed a communication system that can perform high-speed data transmission with good quality. The use and selection of antennas is one of the important factors that affect the performance antenna. Antennas used in WiFi technology has a small gain value. To increase the value of the gain antennas is used a microstrip array antenna that has a small size and thin, and able to work at high frequencies. Design and realization of the antenna in this paper is used for WiFi applications that work at a frequency of 2.4 GHz until 2,484 GHz. Simulation results of microstrip rectangular 2 array antenna shows the frequency planned work is between 2.4 GHz 2484 GHz, has a return loss and VSWR value of a minimum of 18.80 and 1.98 dB at a frequency 2.442 MHz, the maximum gain value of 4.62 dBi. For the measurement results of microstrip rectangular 2 array antenna showed a shift of the frequency range from 2.4 GHz until 2.484 be 2.475 GHz until 2.536 GHz and this antenna in this frequency has a return loss and VSWR value of a minimum of -15.43 dB and 1,40 at a frequency 2505 GHz and value of the maximum gain is 4.16 dBi. This frequency shift caused by the difference in the value of εr in simulation and

xxviii

on the materials used in printing the antenna. To obtain maximum results between simulation and measurement should be noted that the accuracy of the value of εr in materials is 4.4. Keywords: Microstrip Array Antenna, WiFi, Gain, VSWR, Frequency

xxix

Laporan Skripsi

BAB I

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Telekomunikasi

merupakan

salah

satu

bidang

yang

memiliki peranan penting dan telah menjadi sebuah kebutuhan bagi setiap orang. Teknologi telekomunikasi dengan media kabel (wireline) kini telah mulai ditinggalkan dan berganti dengan teknologi tanpa kabel (wireless) yang memanfaatkan gelombang radio sebagai media transmisinya. Beberapa contoh dari teknologi wireless adalah infra merah (Infrared), bluetooth, Wireless Local Area Network, Wireless Fidelity (WiFi) dan lainnya. Salah satu teknologi komunikasi tanpa kabel (wireless) yang kini telah banyak digunakan adalah teknologi WiFi. WiFi merupakan sebuah teknologi yang memanfaatkan peralatan elektronik untuk bertukar data secara nirkabel (menggunakan gelombang radio) yang banyak dipergunakan untuk koneksi internet berkecepatan tinggi. Teknologi WiFi memiliki frekuensi kerja 2,4 GHz dan WiFi beroperasi pada rentang frekuensi 2,4 GHz sampai dengan 2,484 Ghz (berdasarkan IEEE 802.11b/g)[1]. Dalam sistem komunikasi yang menggunakan gelombang radio seperti WiFi bagian terpenting untuk mengoptimalkan kinerjanya adalah antena.

ST3 Telkom Purwokerto

1

Mela Yuniati 13101126

2 BAB I

Laporan Skripsi

Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetik[2]. Antena sebagai alat pemancar (transmitting anttena) adalah sebuah transduser (pengubah) untuk merubah gelombang tertuntun di dalam saluran transmisi kabel, menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas. Antena sebagai alat penerima (receiving antenna) mengubah gelombang yang merambat diruang bebas menjadi gelombang tertuntun[2]. Jenis antena untuk beragam aplikasi komunikasi wireless adalah antena dipole dan antena monopole. Antena

dipole

adalah

antena

yang

memiliki

sifat

omnidirectional yang artinya memiliki arah pancaran yang sama rata ke segala arah. Antena monopole merupakan antena yang arah pancarannya hanya terpusat pada satu arah. Perkembangan teknologi wireless berbanding lurus dengan perkembangan antena yang menginginkan orientasi pancaran antenanya terpusat pada arah tertentu dengan nilai gain yang antena yang baik serta memiliki dimensi antena yang kecil. Sedangkan antena WiFi yang biasa digunakan memiliki nilai gain yang kecil dan pola pancaran yang tidak terpusat pada arah tertentu. Guna mencapai nilai gain yang lebih baik dan mendapatkan pancaran antena yang terpusat maka dipergunakanlah antena mikrostrip dengan sistem array[3]. Antena mikrostrip array merupakan sebuah antena yang praktis namun memiliki kinerja yang optimal susunan dari ST3 Telkom Purwokerto


3 BAB I

Laporan Skripsi

beberapa patch antena agar arah pancarannya lebih terpusat atau biasa disebut dengan unidirectional. Antena array mikrostrip merupakan suatu antena yang praktis dengan dimensi antena yang kecil dan mampu bekerja pada frekuensi tinggi namun memiliki arah pancaran yang baik serta memiliki nilai gain yang lebih tinggi dibandingkan dengan antena mikrostrip single patch. Pemilihan penggunaan antena array mikrostrip untuk berbagai aplikasi WiFi karena keunggulan dari sisi bahan yang sederhana, mudah didapat dan termasuk murah dari sisi biaya tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik. Mengingat

betapa

pentingnya

peranan

antena

pada

komunikasi wireless, maka pada tugas akhir ini akan dirancang, disimulasikan dan direalisasikan sebuah antena yang bekerja pada frekuensi WiFi yaitu pada frekuensi 2,400 GHz dengan mengangkat skripsi dengan judul “DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2

ARRAY

UNTUK APLIKASI WiFi”. Dalam skripsi ini akan dibahas mengenai pembuatan design, simulasi dan realisasi antena mikrostrip rektangular 2 array yang proses design/simulasinya menggunakan software CST Studio 2012 dan melihat perbedaan hasil simulasi dan pengukuran serta untuk melihat parameter apa saja yang akan mempengaruhi unjuk kerja antena.



4 BAB I

Laporan Skripsi

1.2 RUMUSAN MASALAH Berdasarkan uraian di atas terdapat beberapa rumusan masalah yang perlu untuk dikaji secara lebih mendalam, yaitu : a. Bagaimana cara mendapatkan gain antena yang lebih baik dari antena WiFi biasa? b. Bagaimana cara mensimulasikan dan mendapatkan dimensi antena mikrostrip agar mampu bekerja pada rentang frekuensi 2,4 GHz sampai 2,484 GHz dengan penggunaan nilai VSWR <2? c. Bagaimana analisis perbandingan hasil pengukuran parameter antena pada simulasi dan pengukuran perangkat langsung dilapangan.

1.3 TUJUAN PENULISAN Tujuan yang ingin dicapai adalah : a. Mampu merancang/design, mensimulasikan dan membuat antena mikrostrip rektangular dengan rentang frekuensi 2,4 GHz sampai 2,484 GHz dan menganalisa parameter apa saja yang mempengaruhi unjuk kerja antena. b. Mampu merancang antena

mikrostrip 2 array untuk

meningkatkan nilai gain antena. c. Menganalisa perbandingan hasil pengukuran untuk tiap parameter antena dari pengukuran simulasi dan pengukuran perangkat.



5 BAB I

Laporan Skripsi

1.4 MANFAAT PENULISAN Adapun manfaat yang didapat dari pengambilan judul ini adalah : a. Mengetahui cara untuk membuat design dan mensimulasikan sebuah antena yang bisa bekerja pada frekuensi 2,4 GHz untuk aplikasi WiFi dengan rentang frekuensi dari 2,4 GHz sampai 2,484 GHz. b. Mengetahui parameter apa saja yang mempengaruhi unjuk kerja antena. c. Mengetahui hasil pengukuran dari simulasi dan hasil pengukuran dilapangan dan mengetahui penyebab perbedaan hasil simulasi dan pengukuran yang didapatkan.

1.5 BATASAN MASALAH Untuk

mendapatkan

hasil

yang

optimal,

analisis

perancangan antena mikrostrip rektangular dibatasi sebagai berikut : a. Frekuensi center yang digunakan untuk perhitungan adalah 2,442 GHz dan rentang frekuensi yang digunakan adalah 2,4 GHz sampai 2,484 GHz. b. Analisa antena dan proses simulasi digunakan dengan bantuan software CST Studio 2012. c. Antena mikrostrip rectangular yang dibuat menggunakan patch 2 array. d. Antena yang dibuat merupakan antena penerima. ST3 Telkom Purwokerto


6 BAB I

Laporan Skripsi

e. Realisasi antena yang dilakukan berupa pembuatan antena dari

hasil

simulasi

dan

tidak

sampai

tahap

pengimplementasian perangkat antena. f. Pencatuan ke antena dilakukan dengan menggunakan pencatuan tunggal langsung melalui saluran mikrostrip dan untuk pengukurannya saluran mikrostrip terhubung dengan probe koaksial. g. Bahan substrat yang digunakan pada saat simulasi adalah Epoxy FR-4 dengan nilai εr = 4,4.

1.6 KAITAN

JUDUL

DENGAN

BIDANG

TELEKOMUNIKASI Menurut Undang-Undang Telekomunikasi Nomor 36 Tahun 1999, arti dari Telekomunikasi yaitu suatu pemancaran, pengiriman, dan atau penerimaan dari setiap informasi dalam bentuk tanda-tanda, isyarat, tulisan, gambar, suara, dan bunyi melalui sistem kawat, optik, radio, atau sistem elektromagnetik lainnya, maka terdapat keterkaitan antara judul Skripsi dengan bidang telekomunikasi. Pada judul Skripsi ini penulis mengambil judul “DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY PADA FREKUENSI 2,442 GHz UNTUK APLIKASI WiFi” sangat berkaitan dengan teknik telekomunikasi khususnya dibidang Sistem Komunikasi wireless, karena antena merupakan salah satu perangkat yang paling penting dalam sistem komunikasi khususnya pada komunikasi ST3 Telkom Purwokerto


7 BAB I

Laporan Skripsi

menggunakan

teknologi

WiFi

yang

berfungsi

untuk

memancarkan dan atau menerima gelembang elektromagnetik.

1.7 METODOLOGI PENELITIAN a. Metode ekperimen Metode penelitian yang digunakan dalam penulisan skripsi ini adalah metode eksperimen berupa perancangan dan simulasi antena mikrostrip 2 array sebagai antena penerima menggunakan software CST Studio 2012 yang mampu bekerja pada frekuensi 2.4 GHz sampai 2.484 GHz untuk aplikasi WiFi dan dilakukan realisasi perangkat antena sesuai dengan design yang telah dirancang.

b. Parameter Penelitian Parameter yang diamati pada penyusunan skripsi ini berupa hasil dari pehitungan matematis nilai dimensi antena, perhitungan nilai dimensi antena berdasarkan hasil simulasi serta nilai-nilai parameter antena berupa gain, VSWR, dan frekuensi kerja antena dari hasil simulasi mapun dari hasil pengukuran antena.



8 BAB I

Laporan Skripsi

c. Metode Pengumpulan Data Data yang didapat pada penyusunan skripsi ini adalah berupa hasil perhitungan matematis, data hasil simulasi dan data hasil dari pengukuran antena. Sebagai penunjang dalam melaksanakan penelitian diperlukan studi literatur berupa pengumpulan dan mempelajari literatur-literatur seperti buku referensi, artikel, serta jurnal-jurnal yang mendukung dalam penyusunan dasar teori dan penjelasaan yang selengkaplengkapnya mengenai antena mikrostrip rektangular 2 array. Sedangkan pengukuran yang dilakukan adalah pengukuran di lapangan yang bertujuan untuk membandingkan hasil pengukuran yang didapat dari simulasi yang dilakukan dan pengukuran pada antena yang telah direalisasikan.

d. Metode Analisis Metode analisis yang dipergunakan adalah metode panjabaran atau metode deskriptif. Dengan menggunakan metode ini akan dijelaskan hubungan antar parameter antena yang dilakukan berdasarkan hasil pengkuran pada simulasi maupun pengukuran dari antena hasil realisasi dari simulasi.



Laporan Skripsi

BAB II

BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena 2.1.1. Definisi Antena Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetik [2]. Antena merupakan elemen penting yang ada pada setiap sistem telekomunikasi tanpa kabel, karenanya pemilihan antena yang tepat, perancangan antena yang baik dan pemasangan antena dengan benar akan mempengaruhi kinerja (performansi) sistem komunikasi tersebut. Antena merupakan sebuah komponen yang dirancang untuk bisa menerima dan atau memancarkan gelombang elektromagnetik [2]. Maka prinsip kerja dari antena sebagai alat pemancar adalah sebuah pengubah elektromagnetis

yang

digunakan

untuk

mengubah

gelombang tertuntun di dalam saluran transmisi kabel menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas. Antena sebagai penerima akan mengubah gelombang ruang bebas menjadi gelombang tertuntun [2]. Keberadaan antena pada sistem kmunikasi wireless menjadi suatu yang tidak bisa dihindarkan, setiap aplikasi membutuhkan

suatu

karakteristik

dari

antena

yang

digunakan yang harus didapatkan pada proses perencanaan ST3 Telkom Purwokerto

9


10 BAB II

Laporan Skripsi

antena [2]. Ada berbagai macam jenis antena dengan karakteristik yang berbeda-beda untuk masing-masing aplikasi. Beberapa contoh dari antena tersebut adalah [2] :

A. Antena panel Antena panel yang biasa digunakan di Base Transceiver Station (BTS) sistem seluler merupakan antena yang terdiri dari 6 buah dipole dengan reflektor di belakangnya. Dalam penggunaannya di menara, antena panel sering dipasangkan dalam jumlah tertentu dengan arah pancaran yang berbeda-beda sehingga radiasi gabungan dari antena tersebut akan bersifat omnidirectional.

B. Antena broadcast Antena broadcast umumnya merupakan antena yang ditempatkan di tengah-tengah wilayah tertentu dan merupakan antena yang bersifat omnidirectional. Contoh dari antena ini adalah antena yagi yang biasa digunakan untuk menangkap siaran televisi.

Untuk antena yang bekerja pada band VLF, LF, HF, VHF dan UHF bawah, jenis antena kawat (wire antenna) dalam prakteknya sering digunakan, seperti halnya antena



11 BAB II

Laporan Skripsi

dipole 1/2, antena monopole dengan ground plane, antena loop, antena Yagi-Uda array, antena log periodik dan sebagainya. Antena-antena jenis ini, dimensi fisiknya disesuaikan dengan panjang gelombang dimana sistem bekerja. Semakin tinggi frekuensi kerja, maka semakin pendek panjang gelombangnya, sehingga semakin pendek panjang fisik suatu antena [2].

2.1.2. Fungsi Antena [4] Berdasarkan fungsinya antena terbagi menjadi 2 fungsi yaitu: 1. Matching Device Alat untuk menyesuaikan sifat – sifat gelombang elektromagnetik di ruang bebas dan saluran transmisi. 2. Directional Device Alat untuk mengarahkan energi sumber elektromagnetik kearah yang ditentukan.

2.1.3. Parameter Antena 2.1.3.1. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min) [4]. Gelombang berdiri ini terjadi akibat adanya superposisi gelombang datang dan



12 BAB II

Laporan Skripsi

gelombang pantul, dimana gelombang pantul terjadi akibat dari ketidaksesuaian (matching) antara impedansi input dan impedansi saluran. Perbandingan amplitudo-amplitudo gelombang yang dipantulkan terhadap gelombang datang ditentukan oleh impedansi beban (ZL), perbandingan tersebut dinyatakan oleh suatu bilangan yang disebut koefisien pantul (Reflection Coefficient) yang

disimbolkan Γ

seperti pada persamaan (2.7) [4] : (2.7)

Sedangkan untuk mencari nilai VSWR adalah [4]: (2.8) Dimana :



: Koefisien Pantul

ZL

: Impedansi Beban

Z0

: Impedansi Karakteristik

Ketika nilai VSWR adalah 1 berarti tidak ada refleksi yaitu ketika saluran dalam keadaan matching sempurna, ini merupakan kondisi yang paling baik. Namun kondisi ini pada kenyataannya dangat sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap



13 BAB II

Laporan Skripsi

baik adalah VSWR ≤ 2. Maka dari itu pada penelitian ini, nilai VSWR yang diharapkan adalah kurang dari 2. Dari Gambar 2.1 dapat dilihat nilai VSWR yang kurang dari 2 dan berada pada frekuensi 2,452 dengan nilai VSWR 1,1789976.

Gambar 2.1 Contoh nilai VSWR untuk frekuensi 2,452 GHz

Nilai VSWR akan sangat dipengaruhi oleh dua hal yaitu[4]: a. Perbedaan impedansi saluran transmisi dengan impedansi beban. b. Diskontinuitas saluran transmisi yang diakibatkan oleh bending

feeder

yang terlalu berlebihan,

pemasangan konektor yang kurang bagus atau terdapat kerusakan pada feeder itu sendiri.



14 BAB II

Laporan Skripsi

2.1.3.2. Bandwidth Bandwidth sebuah antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi

dimana kinerja antena yang

berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti VSWR, pola radiasi, impedansi masukan, polarisasi, gain, beamwidth, return loss) memenuhi spesifikasi [2]. Pembuatan antena yang dilakukan kali ini memiliki rentang frekuensi dari 2,4 GHz sampai dengan 2,484 GHz dan nilai dari frekuensi tengahnya adalah pada frekuensi 2,442 GHz. Kriteria bandwidth antena pada umumnya adalah besarnya perubahan nilai impedansi antena terhadap perubahan frekuensi kerja dari frekuensi tengahnya. Perubahan nilai impedansi antena biasa ditunjukan oleh perubahan nilai return loss maupun perubahan nilai VSWR. Oleh karena itu bandwitdh suatu antena dapat diartikan sebagai lebar bidang frekuensi untuk nilai return loss atau VSWR yang berada dibawah suatu nilai tertentu.



15 BAB II

Laporan Skripsi

Gambar 2.2 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth

Bandwidth suatu antena dapat dicari dengan menggunakan persamaan (2-3) [5] :

(2-3)

Dengan

BW = bandwidth (MHz) untuk nilai VSWR kurang dari 2-1 f = frekuensi kerja yang digunakan (GHz) t = ketebalan substrat.

2.1.3.3. Return Loss Return loss merupakan perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang dipantulkan (V 0-) terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan (V 0+).



16 BAB II

Laporan Skripsi

Return loss dapat terjadi akibat adanya ketidaksesuaian impedansi (mismatched) antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pengukuran return loss adalah untuk mengerahui seberapa banyak daya yang dipantulkan kembali. Rumus untuk mencari nilai return loss adalah sebagai berikut [5]:

(2-4)

Return loss = 20 log10 | Γ |

(2-5)

Dimana :



: Koefisien Pantul

ZL

: Impedansi Beban (Ω)

Z0

: Impedansi Karakteristik (Ω)

(V0-)

: Amplitudo dari gelombang yang dipantulkan

(V0+)

: Amplitudo dari gelombang yang dikirimkan

VSWR : Voltage Standing Wave Ratio

Karena

perancangan

dan

realisasi

antena

mikrostip rektangular 2 array ini menggunakan nilai VSWR ≤ 2 maka berdasarkan rumus diatas (2-5) dapat diperoleh nilai return loss yang dibutuhkan adalah < -9.6 dB. ST3 Telkom Purwokerto


17 BAB II

Laporan Skripsi

2.1.3.4. Polarisasi Polarisasi

antena

adalah

polarisasi

dari

gelombang yang ditransmisikan antena[6]. Pengrtian lain dari polarisasi merupakan arah gerak medan listrik dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan antena pada lobe utamanya [6]. Jika arah pancarannya tidak ditentukan maka polarisasinya berada pada arah gain maksimum. Ada tiga macam polarisasi yaitu, polarisasi linear, polariasi elips / elliptical dan polarisasi melingkar/circular.

A.

Polarisasi Linear Polarisasi linear terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu disuatu titik memiliki vektor medan magnet (elektrik) dimana pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu (linear)[6]. Gambar dari polarisasi linear dapat dilihat pada gambar 2.3.



18 BAB II

Laporan Skripsi

Gambar 2.3 Polarisasi Linear

Polarisasi linear terbagi lagi menjadi dua yaitu polarisasi horizontal dan polarisasi vertikal. Polarisasi horizontal adalah polarisasi yang arah perambatan gelombang ke arah horizontal terhadap permukaan bumi. Sedangkan polarisasi vertikal adalah

polarisasi

yang

arah

perambatan

gelombangnya secara vertikal terhadap permukaan bumi [6].

B.

Polarisasi Circular (Melingkar) Jika

pada

polarisasi

linear

arah

perambatannya berorientasi ke satu garis lurus yang sama pada setiap waktu, maka polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik yang



19 BAB II

Laporan Skripsi

memiliki vektor medan magnet (elektrik) dimana titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu[6]. Ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi untuk dapat dikatakan jenis polarisasi melingkar yaitu : 1) Kedua komponen harus mempunyai magnitude yang sama 2) Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linear 3) Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan phase waktu pada kelipatan ganjil 90o

Gambar 2.4 Polarisasi Circular

C.

Polarisasi Eliptical Polarisasi elips terjadi ketika gelombang yang merambat berubah menurut waktu dan memiliki



20 BAB II

Laporan Skripsi

vektor medan magnet (elektrik) yang berada pada jalur kedudukan elips di suatu ruang[6]. Polarisasi eliptical dapat dilihat pada Gambar 2.5. Ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi eliptical adalah: 1) Kedua komponen harus berada pada magnitudo yang sama atau berbeda. 2) Medan harus mempunyai dua komponen linear orthogonal. 3) Jika kedua komponen berada pada magnitudo yang sama makan perbedaan phase diantara kedua

komponen

tersebut

harus

tidak

o

merupakan kelipatan ganjil dari 90 (karena akan menjadi lingkaran). 4) Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama perbedaan phase waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 0o atau kelipatan 180o (karena akan menjadi linear).



21 BAB II

Laporan Skripsi

Gambar 2.5 Polarisasi Eliptical

2.1.3.5. Gain Gain antena berkaitan erat dengan direktivitas, merupakan besaran yang memperhitungkan efisiensi antena dan kemampuan direksionalnya. Gain suatu antena merupakan perbandingan intensitas radiasi maksimum suatu antena terhadap intensitas radiasi antena referensi dengan daya input yang sama. Besarnya gain antena dinyatakan dalam satuan dB terhadap antena referensi. Dengan menggunakan persamaan Friss akan diketahui gain dari kedua antena tersebut. Besarnya gain antena dinyatakan dalam satuan dBi. Persamaan Friss untuk menghitung nilai gain antena dapat dilihat pada persamaan (2-6) [7].

(2-6)



22 BAB II

Laporan Skripsi

Dimana : = gain antena transmitter (dB) = gain antena receiver (dB) Pr

= receive power (W)

Pt

= transmitted power (W)

R

= diagonal antena (m) = panjang gelombang (m)

2.1.3.6. Pola Radiasi Antena [3] Pola radiasi merupakan salah satu parameter yang penting dari antena. Pola radiasi didapatkan untuk melihat bentuk pola pancaran yang dihasilkan oleh antena. Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagai gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu antena sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak keadaan, pola radiasi ditentukan pada pola daerah medan jauh dan digambarkan sebagai fungsi koordinatkoordinat

arah

sepanjang

radius

konstan,

dan

digambarkan pada koordinat ruang. Sifat – sifat radiasi ini mencakup intensitas radiasi, kekuatan medan (field strenght) dan polarisasi. Untuk pola radiasi antena microstrip mempunyai fenomena yang sama dengan pola radiasi antena konvensional. Pola radiasi sebuah antena terbagi



23 BAB II

Laporan Skripsi

menjadi tiga jenis yaitu pola radiasi omnidirectional, unidirectional dan isotropis. A.

Pola omnidirectional Yaitu pola radiasi yang terbentuk karena antena memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik pada satu bidang sama besar atau pola

radiasinya

360o.

Bentuk

pola

radiasi

omnidirectional dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Pola radiasi antena omnidirectional

B.

Pola Unidirectional Merupakan pola radiasi dengan pancaran terkuatnya diarahkan ke suatu arah tertentu. Bentuk dari pola radiasi unidirectional dapat dilihat pada Gambar 2.7.



24 BAB II

Laporan Skripsi z

y

x

Gambar 2.7 Pola radiasi unidirectional

C.

Pola Isotropic Isotropis yaitu pola radiasi yang terbentuk karena

antena

memancarkan

atau

menerima

gelombang elektromagnetik (energi) ke seluruh bidang dengan energi yang sama besar. Antena dengan pola radiasi isotripic adalah antena impian yang akan mengirimkan frekuensi secara merata ke semua arah dengan level daya yang sama besarnya. Namun hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya loss yang ditimbulkan selama proses transmisi[6].



25 BAB II

Laporan Skripsi

Gambar 2.8 Pola radiasi isotropis

2.1.3.7. Impedansi Antena [5] Impedansi antena sangat menentukan transfer daya maksimum antara saluran transmisi dengan antena. Transfer daya maksimum disini berarti energi yang disalurkan bisa sampai ke penerima dengan maksimal, tidak ada energi yang dipantulkan. Jika impedansi antena ini matching dengan impedansi saluran transmisi, maka transfer daya maksimum bisa tercapai. Bila impedansi antara saluran transmisi dengan impedansi antena tidak sama maka akan terjadi gelombang pantul yang merambat balik kearah sumber gelombang, yang mengakibatkan kinerja antena juga berkurang.



26 BAB II

Laporan Skripsi

2.2 Antena Mikrostrip Salah satu jenis antena yang populer saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini dikarenakan antena mikrostrip sangat

cocok

untuk

diaplikasikan

pada

perangkat

telekomunikasi seperti pada handset yang memerhatikan bentuk dan ukuran. Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu micro (sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan), jadi antena mikrostrip secara istilah didefinisikan sebagai jenis antena yang mempunyai bentuk seperti bilah/potongan dengan ukuran yang sangat tipis/kecil. Bentuk fisik dari antena mikrostrip berupa papan tipis yang terdiri dari tiga elemen dasar yaitu peradiasi (radiator), elemen substrat (substrate), dan elemen pentanahan (ground), seperti pada Gambar 2.9. Antena mikrostrip memiliki kemampuan bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi.

peradiasi

pentanahan

substrat

Gambar 2.9 Sruktur dasar antena mikrostrip



27 BAB II

Laporan Skripsi

Elemen peradiasi (radiator) atau biasa disebut patch berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam (metal) yang memiliki ketebelan tertentu. Patch merupakan lapisan teratas dari substrat, lapisan ini biasanya terbuat dari konduktor. Pada lapisan ini akan dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu untuk mendapatkan suatu pola radiasi seperti yang diinginkan. Patch berfungsi sebagai pemancar. Patch dan saluran pencatu biasanya terletak di atas substrat. Ada beberapa jenis bahan yang

biasanya

mikrostrip.

digunakan

Bagian

patch

dalam

pembuatan

biasanya

dibuat

antena dengan

menggunakan logam berupa tembaga (copper) yang memiliki nilai konduktivitas bahan sebesar5,8×107 S/m [5]. Bentuk dari patch bisa bermacam-macam, seperti lingkaran, persegi panjang (rectangular), elips, bujur sangkar (square), segitiga , garis tipis (dipole) dan lain-lain. Berbagai contoh jenis patch dapat dilihat pada Gambar 2.10 [8].

Gambar 2.10 Bentuk dasar patch antena [8].



28 BAB II

Laporan Skripsi

Substrate/substrat

memiliki

fungsi

sebagai

bahan

dielektrik yang memisahkan elemen patch/peradiasi dengan ground. Ketiga elemen utama dari antena mikrostrip ini memiliki jenis yang bervariasi, variasi jenis bahan dibedakan berdasarkan nilai ketebalannya (h) dan konstanta dielektrik (εr). Nilai ketebalan dan konstanta dielektrik inilah yang akan mempengaruhi bandwidth, frekuensi kerja dan juga efisiensi dari antena yang dibuat. Ketebalan patch lebih tipis jika dibandingkan dengan ketebalan substrat. Ketebalan substrat akan mempengaruhi bandwidth. Semakin tipis substrat maka bandwidth yang dihasilkan akan semakin sempit. Tebalnya substrat yang menghasilkan bandwidth yang lebih lebar. Bandwidth yang lebih lebar akan berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan (surface wave). Gelombang permukaan pada antena mikrostrip merupakan efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan [5]. Tabel 2.1 akan menunjukan beberapa bahan dielektrik dengan nilai permitivitas yang sering digunakan untuk membuat substrat antena mikrostrip [9]. Dari tabel tersebut terlihat bahwa semikonduktor-silikon memiliki nilai paling tinggi dan Teflon memiliki


yang

yang paling rendah.


29 BAB II

Laporan Skripsi

Tabel 2.1 Nilai konstanta dielektrik dari beberapa bahan antena [9] Bahan dielektrik

Nilai kontanta dielektrik ( )

Alumunium

9,8

Material sintetik- Teflon

2,08

Material komposit -

2,2 – 10,8

Duroid Ferimagnetik – Ferrite

9 – 16

Semikonduktor - Silikon

11,9

Fiberglass

4,882

Antena mikrostrip memiliki nilai radiasi paling tinggi didaerah tepian patch. Untuk menghasilkan efisiensi dan radiasi yang baik dalam artian ingin memiliki bandwidth yang lebih besar maka bisa digunakan substrat yang dibuat tebal dengan nilai konstanta dielektrik yang rendah [5]. Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai ground bagi sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu

berupa

logam

tembaga

dan

berfungsi

untuk

memantulkan sinyal yang tidak diinginkan[8]. Ada beberapa kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh antena mikrostrip seperti tertera pada Tabel 2.2.



30 BAB II

Laporan Skripsi

Tabel 2.2 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip No

1

Kelebihan

Bentuknya yang tipis, kecil dan ringan.

Kekurangan Gain yang kecil (bias ditingkatkan dengan sistem array) Bandwidth yang relatif

2

Mudah dan relatif murah

sempit (tetapi bisa

untuk dibuat.

ditingkatkan dengan berbagai teknik).

Konfigurasi yang mudah sehingga bentuknya 3

mudah juga untuk disesuaikan dengan

Memiliki daya (power) yang rendah.

perangkat utamanya. Kemampuan bekerja lebih 4

dari 1 (satu) frekuensi kerja.

Timbulnya gelombang permukaan (surface wave).

2.2.1. Antena Mikrostrip Array Antena mikrostip dengan patch elemen tunggal memiliki pola radiasi yang lebar dan menghasilkan



31 BAB II

Laporan Skripsi

directivity dan nilai gain yang kurang baik. Untuk itu dibuat suatu teknik berupa penggabungan/penyusunan beberapa antena yang identik. Pada antena mikrostrip, yang disusun secara array adalah bagian patch. Dengan menggunakan teknik array ini maka arah pancaran yang diterima dapat terpusat dan nilai gain yang didapatkan lebih baik. Array antena dengan menggunakan teknologi mikrostrip memiliki kelebihan dari sisi pencatuan dan efisiensi [2]. Penggabungan beberapa patch pada antena mikrostrip bisa

menyebabkan

kondisi

unmatched

yang

akan

berpengaruh pada pancaran yang dihasilkan, maka yang perlu

diperhatikan

untuk

mengatasinya

adalah

memperhatikan dimensi antena yang berupa lebar strip, panjang strip serta jarak antar patch. Antena mikrostrip array terdiri dari beberapa patch, dengan jumlah patch adalah 2n [2].

2.2.2.1 Antena Mikrostrip Array Patch Persegi Panjang (Rectangular) Patch antena mikrostrip yang disusun dalam bentuk array ada bermacam-macam, salah satunya adalah patch rektangular. Pada pembuatan antena yang dilakukan adalah dengan menggunakan patch persegi panjang (rektangular) dengan jumlah patch sebanyak 21 atau biasa



32 BAB II

Laporan Skripsi

disebut dengan antena mikrostrip 2 array (ada juga yang menyebut sebagai antena mikrostrip array 2x1).

Gambar 2.11 Antena Mikrostrip rektangular 2 array

Untuk menentukan dimensi antena berupa lebar patch persegi panjang pada antena seperti pada persamaan (2.1) [7].

(2.1)

Dengan

c

= kecepatan cahaya (3x108 m/s)

f0 = frekuensi kerja dari antena ɛr = konstanta dari bahan substrat yang digunakan ST3 Telkom Purwokerto


33 BAB II

Laporan Skripsi

Panjang patch (L) dapat ditentukan dengan mengetahui nilai dari ΔL yang merupakan pertambahan panjang dari L. Nilai dari ΔL dapat dicari menggunakan persamaan (2.2) [7]:

(2.2)

h adalah tinggi substrat, dan

adalah konstanta

effektifitas dielektrik relatif yang dapat dicari dengan persamaan berikut [7]:

(2.3)

Maka panjang patch (L) dapat dicari dengan [7]:

merupakan panjang patch efektif yang dapat dicari dengan persamaan [7]:

(2.5)



34 BAB II

Laporan Skripsi

Karena design dan antena yang akan dibuat pada skripsi ini adalah antena mikrostrip 2 array, maka jumlah patch yang digunakan adalah 2 patch dan ukuran untuk tiap patch adalah sama. Untuk mencari jarak antar patch adalah

dengan

terlebih

dahulu

mencari

panjang

gelombang pada bahan (λ0) yang digunakan seperti pada persamaan (2.6) [7]. (2.6) Dengan

c = kecepatan cahaya 3x108 m/s f = frekuensi (yang digunakan dalah frequency center) ɛr = konstanta bahan substrat yang digunakan

Sedangkan untuk jarak antar patch adalah ½ λ0

2.2.2. Teknik Pencatuan Mikrostrip Teknik

pencatuan

antena

akan

mempengaruhi

impedansi input dan karakteristik antena. Teknik pencatuan secara umum adalah memindahkan tenaga dari satu titik ke titik yang lain. Teknik pencatuan pada antena mikrostrip merupakan salah satu hal penting yang akan mempengaruhi proses perencanaan. Teknik pencatuan antena mikrostrip rektangular dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu ST3 Telkom Purwokerto


35 BAB II

Laporan Skripsi

secara langsung menggunakan teknik probe koaxial atau dengan menggunakan microstrip line. Teknik pencatuan yang digunakan pada pembuatan antena yang dilakukan adalah teknik microstrip line[9].

2.2.2.1. Teknik Pencatuan Microstrip Line Teknik pencatuan microstrip line dilakukan dengan cara menghubungkan line pencatuan dengan patch dan bahan yang digunakan pada patch sama dengan bahan yang digunakan untuk line. Pada saluran transmisi ada parameter utama yang harus diperhatikan yaitu impedansi karakteristik (Z0). Nilai dari impedansi karakteristikdari saluran mikrostrip ditentukan oleh lebar saluran pencatu (Wst) dan tinggi substrat h [9]. Lebar saluran pencatu (Wst) tergantung dari impedansi yang diinginkan. Adapun persamaan yang digunakan untuk perhitungan lebar saluran mikrostrip (Wst) dapat dilihat pada persamaan (2.7) :

(2.7)



36 BAB II

Laporan Skripsi

Dengan nilai (2.8)

2.2.2.2. Karakteristik Saluran Mikrostrip Untuk mencari panjang dari saluran mikrostrip terlebih dahulu dicari nilai dari konstanta dielektrik efektifnya dengan persamaan (2.9) atau (2.10)[10] : Jika w/h < 1 : (2.9)

Jika w/h > 1 : (

(2.10)

Untuk mendapatkan kondisi matching dilakukan penambahan transformator dimana pada perancangan antena kali ini yang digunakan adalah ½ λ. Transformator ½ λ merupakan sebuah metode impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi ZT diantara dua saluran transmisi yang tidak match. ST3 Telkom Purwokerto


37 BAB II

Laporan Skripsi

Panjang saluran transmisi (Lst) untuk ½ λ ini adalah :

(2.11)

Dimana λg merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang dapat dicari dengan menggunakan persamaan (2.12) :

(2.12)

2.3 WiFi 2.3.1. Perkembangan Standar Jaringan WiFi WiFi merupakan singkatan dari Wireless Fidelity, mempunyai pengertian berupa sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal Nirkabel (Wireless Local Area Networks - WLAN) berdasarkan pada spesifikasi yang dikembangkan The Institute of Electrical and Electronics Engineer (IEEE) 802.11 [1]. Spesifikasi IEEE 802 memiliki arti bahwa pada tahun 1980 bulan 2, dibuat sebuah bagian yang mengurus tentang standarisasi LAN dan MAN. Karena luasnya spesifikasi yang dibahas oleh 802, maka spesifikasi IEEE 802 dibagi lagi menjadi beberapa bagian yang lebih kecil dan spesifik seperti 802.11 yang khusus menangani



38 BAB II

Laporan Skripsi

tentang Wireless LAN Working Group [13]. Berdasarkan standar teknik pesifikasi perangkat dari IEEE 802.11 ini masih terlagi lagi menjadi beberapa unit yaitu 802.11a, 802.11b, 803.11g dan seterusnya. Standarisasi IEEE 802.11 berawal dari tahun 1997, jaringan WiFi muncul dengan spesifikasi 802.11 yang memiliki kecepatan hanya sebesar 2 Mbps. Pada tahun 1999, kecepatan WiFi mencapai

11

Mbps dengan

spesifikasi 802.11b dan pada tahun yang sama kecepatan WiFi mampu meningkat mencapai 54 Mbps dengan spesifikasi 802.11a. Namun pada tahun 1999 jaringan kabel mampu menembus kecepatan 1Gbps. Pada

tahun

2003,

jaringan

WiFi

mendapatkan

spesifikasi baru yaitu 802.11g yang masih memiliki kecepatan 54 Mbps. Perbedaan antara spesifikasi 802.11a adalah perangkat dengan spesifikasi 802.11g lebih mudah diadopsi oleh pasar karena kompatible dengan 802.11b. Pada tahun 2009 dikeluarkan lagi spesifikasi WiFi 802.11n dengan kecepatan 600Mbps. Dan spesifikasi WiFi terkini pada tahun 2014 adalah 802.11ac dimana secara teori mampu memberikan kecepatan hingga 7 Gbps. Namun hingga saat ini belum ada perangkat yang mampu memberikan kecepatan hingga 7 Gbps [13].



39 BAB II

Laporan Skripsi

Selain mampu bekerja di jaringan WLAN, teknologi WiFi

juga

mampu

bekerja

di

jaringan

Wireless

Metropolitan Area Network (WMAN). Standar teknis 802.11b biasanya digunakan untuk perangkat WLAN yang menggunakan frekuensi 2,4 GHz. Frekuensi 2,4 yang digunakan untuk WLAN ini biasanya juga sering disebut dengan frekuensi Industrial, Scientific dan Medical atau ISM. Sedangkan standar teknis 802.11a dan 802.16 diperuntukan untuk perangkat WMAN atau biasa disebut dengan Wi-Max. Penggunaan standar 802.11a dan 802.16 ini bekerja di sekitar pita frekuensi 5 GHz. Jenis dari teknologi WiFi yang sering digunakan pada saat ini (berdasarkan IEEE 802.11b/g) beroperasi pada rentang frekuensi 2.400 MHz sampai 2.483,50MHz[1].

2.3.2. Teknologi Jaringan WiFi Teknologi ini berfungsi untuk menggantikan kabel UTP yang selama ini digunakan untuk menghubungkan beberapa komputer atau dengan kata lain WiFi berfungsi menghubungkan jaringan pada satu area lokal secara nirkabel. Awalnya teknologi WiFi digunakan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan jaringan area lokal (LAN), namun seiring perkembangan teknologi dan meningkatnya kebutuhan akan akses data yang cepat tanpa



40 BAB II

Laporan Skripsi

kabel saat ini teknologi WiFi lebih banyak digunakan untuk mengakses

internet.

Dengan

teknologi

WiFi

ini

memungkinkan seseorang dengan komputer, kartu nirkabel (wireless card) atau personal digital assistant (PDA) untuk dapat terhubung dengan internet menggunakan hotspot (titik akses) terdekat[13]. Selain utnuk mengakses internet WiFi juga dapat digunakan untuk membuat jaringan tanpa kabel di perusahaan, kantor atau pun suatu area. Karena itu banyak orang menyebut WiFi seperti kebebasan, kebebasan yang dimaksudkan

karena

teknologi

WiFi

memberikan

kebebasan kepada pemakainya untuk mengakses internet atau mentransfer data dari ruangan, kampus, cafe, kamar hotel dan tempat-tempat yang bertanda WiFi Hot Spot. Beberapa keunggulan dari Teknologi WiFi adalah kecepatan bisa lebih cepat dibandingkan modem kabel, biaya operasional yang murah, lebih praktis. Keunggulan utama dari WiFi adalah kecepatannya yang cukup bagus untuk mengakses data, sehingga pemakai WiFi tidak lagi harus berada di dalam ruangan dan tidak harus terhubung menggunakan kabel untuk dapat mengakses internet. Salah satu kekurangan dari WiFi adalah WiFi hanya dapat di akses dengan laptop, PDA, komputer, Handphone atau perangkat lain yang telah dikonfigurasi dengan WiFi



41 BAB II

Laporan Skripsi

certified Radio. Walaupun WiFi hanya dapat diakses pada tempat-tempat yang memiliki tanda “WiFi Hotspot”, hal tersebut bukan lagi menjadi suatu masalah karena jumlah tempat-tempat yang menawarkan “WiFi Hotspot” telah meningkat secara drastis. Penyebab meningkatnya ketersediaan tempat yang bertandakan “WiFi Hotspot” adalah dengan menyediakan tempat dengan fasilitas “WiFi Hotspot” berarti pelanggan dapat mengakses internet. Fasilitas ini akan memberikan nilai tambah bagi para pelanggan untuk mengunjungi lokasi tersebut. Ada beragam layanan WiFi yang ditawarkan oleh masing-masing “Hots Spot”, ada yang menawarkan akses secara gratis, ada juga yang menawarkan kartu prabayar dan ada yang mengharuskan pemakainya untuk menjadi pelanggan salah satu ISP yang menawarkan fasilitas WiFi. Jaringan WiFi mempunyai dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan 5 GHz.

Berdasarkan

International Telecomunication Union (ITU), frekuensi 2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g/n dibagi menjadi 14 channel.

Pembagian channel dapat dilihat sebagai berikut [13] : 1) Channel 1 - 2,412 MHz; 2) Channel 2 - 2,417 MHz;



Laporan Skripsi

42 BAB II

3) Channel 3 - 2,422 MHz; 4) Channel 4 - 2,427 MHz; 5) Channel 5 - 2,432 MHz; 6) Channel 6 - 2,437 MHz; 7) Channel 7 - 2,442 MHz; 8) Channel 8 - 2,447 MHz; 9) Channel 9 - 2,452 MHz; 10) Channel 10 - 2,457 MHz; 11) Channel 11 - 2,462 MHz; 12) Channel 12 – 2,467 MHz; 13) Cahnnel 13 – 2,472 MHz; 14) Channel 14 – 2,484 MHz;

Gambar 2.12 Alokasi frekuensi menjadi 14 channel

Setidaknya ada dua hal mendasar yang menyebabkan tingginya animo masyarakat khususnya di kalangan komunitas internet untuk menggunakan teknologi WiFi. Pertama, kemudahan akses yang berarti para pengguna pada



43 BAB II

Laporan Skripsi

suatu area dapat mengakses internet secara bersama-sama tanpa perlu direpotkan dengan kabel melainkan pengguna yang ingin melakukan surfing atau browsing berita dan informasi di Internet, cukup membawa perangkat seperti PDA

(personal

digital

assistance)

atau

laptop

berkemampuan WiFi ke tempat yang terdapat access point atau

hotspot

untuk

teknologi

WiFi.

Faktor

kedua

menjamurnya hotspot di berbagai tempat yang dibangun oleh operator telekomunikasi, penyedia jasa internet bahkan orang

perorangan

dipicu,

yakni

karena

biaya

pembangunannya yang relatif murah.

2.3.3. Gangguan pada frekuensi WiFi [1]. Untuk frekuensi yang menghantarkan gelombang elektromagnetik

gangguan

frekuensi

sering

terjadi.

Terutama pada saat ada dua frekuensi yang sama digunakan secara berdekatan, maka akan terjadi kerusakan pada sinyal yang dikirimkan. Selain frekuensi WiFi yang bekerja pada rentang frekuensi 2,4 GHz sampai 2,484 GHz, ada banyak peralatan yang juga menggunakan rentang 2,4 GHz. Peralatan-peralatan

ini

yang

berpotensi

mengganggu

frekuensi WiFi. Ada beberapa contoh perangkat yang frekuensi kerjanya juga berada pada rentang 2,4 GHz yaitu, bluetooth,



44 BAB II

Laporan Skripsi

wireless camera, microwave oven. Selain frekuensi kerja yang berada pada rentang yang sama, penggunaan power yang lebih besar dari power yang digunakan WiFi yaitu sebesar 100mW juga akan merusak data WiFi.

2.3.4. Komponen WiFi Ada empat komponen utama dalam sistem WiFi, yaitu [13] : A. Access Point Access-Point berfungsi mengkonversikan sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan disalurkan melalui kabel, atau disalurkan ke perangkat WLAN yang lain dengan dikonversikan ulang menjadi sinyal frekuensi radio.

B. Wireless LAN Card Wireless LAN Card berfungsi sebagai interface antara sistem operasi jaringan client dengan format interface udara ke

access point[5]. Wireless LAN

interface merupakan peralatan yang dipasang di Mobile/Desktop PC, peralatan yang dikembangkan secara massal adalah dalam bentuk Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA),



45 BAB II

Laporan Skripsi

PCI card maupun melalui port Universal Serial Bus (USB).

C. Extention Point Pada jarak tertentu, access point tidak dapat meng-handle user. Untuk meminimalisir kekurangan tersebut, maka dibutuhkan extention point yang berfungsi sebagai repeater. Agar sebuah extention point dapat berfungsi sebagai repeater dari sebuah AP, maka pengaturan frekuensi dan SSID pada sebuah AP, harus sama dengan pengaturan frekuensi dan SSID extention point yang digunakan.

D. Antena Antena memegang peranan yang penting karena melalui antenalah gelombang elektromagnetik akan dikirimkan. Setiap antena memiliki karakteristik masing-masing

yang

disesuaikan

dengan

peruntukkannya.



Laporan Skripsi

BAB III

BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI 3.1.

PROSES PENGERJAAN Proses dari pengerjaan skripsi ini terbagi menjadi bebrapa

tahapan dasar yaitu penentuan spesifikasi, perancangan dan simulasi, serta realisasi antena. Tahapan keseluruhan dari proses pengerjaan skripsi ini dapat dilihat pada Gambar 3.1. MULAI

Penentuan Spesifikasi Antena

Perhitungan Dimensi Antena

Pemodelan dan Simulasi

Hasil Simulasi Sesuai Dengan Spesifikasi ?

Optimasi Perancangan

TIDAK

YA REALISASI

PENGUKURAN

Hasil Perbandingan Simulasi dengan Pengukuran

ANALISA

SELESAI

Gambar 3.1 Alur Kerja Pengerjaan


46


47 BAB III

Laporan Skripsi

3.1.1. Penentuan Spesifikasi Penentuan spesifikasi antena bertujuan agar antena yang disimulasikan dan di buat memiliki sebuah nilai standar yang harus dipenuhi. Antena yang akan dirancang/design merupakan antena

mikrostrip

rektangular

2

array

yang

memiliki

spesifikasi: Frekuensi Kerja

: 2,4 GHz – 2,484 GHz

VSWR

:<2

Polarisasi

: Vertikal

Pola radiasi

: Unidirectional

3.1.2. Perancangan dan Simulasi Tahap awal dari perancangan adalah perhitungan dimensi antena. Sedangkan perancangan dengan menggunakan software CST Studio 2012 bertujuan untuk memvisualisasi / mensimulasikan tahapan pertama. Visualisasi berupa gambar tiga dimensi dengan spesifikasi ukuran, jenis bahan dan letak pencatuan agar bisa disimulasikan. Hasil simulasi berupa nilai parameter-parameter antena yang ditampilkan dalam bentuk grafik, selanjutnya akan dianalisis untuk mengetahui pengaruh terhadap unjuk kerja antena.

3.1.2.1. Perhitungan Dimensi Antena Dalam perancangan antena, ukuran dimensi antena akan sangat mempengaruhi karakteristik antena yang akan direalisasikan. Secara umum nilai frekuensi kerja yang ST3 Telkom Purwokerto


48 BAB III

Laporan Skripsi

digunakan akan menentukan fisik dari dimensi antena, semakin tinggi frekuensi maka dimensi antena akan semakin kecil. Antena array merupakan sebuah teknik penyusunan patch antena yang berbentuk rektangular untuk mendapatkan respon frekuensi yang diinginkan. Sebelum melakukan perancangan terlebih dahulu melakukan perhitungan panjang dan lebar patch dengan parameter dasar berupa : Frekuensi yang digunakan Frekuensi tengah (fc)

: 2,4 GHz-2,484 GHz.

: 2,442 GHz

ɛr bahan FR4 (Epoxy) : 4,4 µr

:mendekati 1 (udara)

tebal patch

: 0,035 mm

tebal substrat

: 1,6 mm

Perhitungan dimensi antena dapat dicari dengan langkahlangkah sebagai berikut : A. Menghitung lebar patch :



49 BAB III

Laporan Skripsi

B. Menghitung jarak antar element patch : Panjang gelombang yang digunakan adalah ½ λ

Maka jarak antar patch (d) dapat dicari dengan :

C. Menghitung konstanta dielektrik efektif :

D. Menghitung Length (Leff) :



50 BAB III

Laporan Skripsi

E. Menghitung pertambahan panjang efektif patch :

F.

Menghitung panjang patch :

G. Menghitung panjang total antena untuk single patch:



Laporan Skripsi

51 BAB III

H. Menghitung dimensi saluran pencatu dengan impedansi 50Ω:

Karena nilai W/h > 1, maka :



Laporan Skripsi

52 BAB III

Untuk nilai Lst :

Menghitung dimensi saluran pencatu dengan impedansi 100Ω:



53 BAB III

Laporan Skripsi

Hasil dari perhitungan dimensi antena yang telah dilakukan dapat dilihat lebih jelas pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Nilai dimensi antena berdasarkan perhitungan Komponen

Simbol Komponen

Dimensi (mm)

Lebar Patch

W

37,388

Panjang Patch

L

28,903

Tinggi / tebal Patch

T

0,035

Lebar Strip (50Ω)

Wst

3,0611

Lebar Strip (100Ω)

Wst_2

0,676

Panjang Strip

Lst

33,6585

Tinggi / tebal Strip

Tstrip

0,035

Jarak antar elemen

D

29,285

Lebar Substrat

Ps

46,98

Panjang Substrat

Ls

38,503

3.1.2.2. Perancangan Simulasi Antena Pada CST Studio 2012 Proses dari perancangan dan simulasi antena menggunakan CST Studio 2012 yang nilai dimensi antenanya berdasarkan hasil perhitungan adalah sebagai berikut : A. Gambar design awal : Design awal dari antena yang dibuat adalah antena mikrostrip patch rektangular yang masih single patch. Perhitungan dimensi antena juga merupakan perhitungan ST3 Telkom Purwokerto


54 BAB III

Laporan Skripsi

untuk antena single patch. Dari antena single patch ini yang akan dibuat dengan sistem array. Dimensi patch dari antena yang menggunakan sistem array sama saja dengan dimensi patch pada single patch, hanya bedanya pacth yang dibuat ada beberapa buah. (2 buah).

Ws Wg W

L Ls

Wg Lst

Wst

TAMPAK DEPAN

Gambar 3.2 Design awal antena single patch

B. Design antena mikrostrip 2 array dengan CST : Proses pembuatan design menggunakan software CST

Studio

2012

yang

bertujuan

untuk

memvisualisasikan antena. Tahap awal yang dilakukan pada proses design antena adalah dengan membuat single patch rektangular dengan dimensi berdasarkan hasil perhitungan. Kemudian dibuat array dengan cara melakukan perulangan patch menjadi 2 patch nampak



55 BAB III

Laporan Skripsi

seperti Gambar 3.3. Setelah membuat patch tunggal maka perlu dibuat saluran pencatu nampak seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.3 Pengaturan dimensi single pacth

Gambar 3.4 Pengaturan dimensi saluran pencatu untuk single patch



56 BAB III

Laporan Skripsi

Setelah membuat single patch maka yang harus dilakukan adalah membuat patch menjadi 2 (di-array) yang nampak seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Membuat 2 patch dengan dimensi yang sama

Setelah dibuat 2 buah patch rektangular yang sama, maka untuk menghubungkan kedua patch tersebut dibuat suatu saluran pencatu yang memiliki ukuran berdasarkan hasil dari perhitungan yang telah dilakukan yang nampak seperti pada Gambar 3.6.



57 BAB III

Laporan Skripsi

Gambar 3.6 Membuat saluran transmisi

Setelah saluran transmisi untuk kedua patch dibuat, maka langkah selanjutnya adalah membuat substrat karena substrat merupakan sebuah elemen pemisah antara ground plane dan patch.

Gambar 3.7 Membuat Substrat dengan spesifikasi bahan FR-4



58 BAB III

Laporan Skripsi

Langkah selanjutnya adalah pembuatan ground plane yang berfungsi untuk memantulkan sinyal yang tidak diinginkan dan membuat port yang nampak seperti Gambar 3.8 dan Gambar 3.9.

Gambar 3.8 Pembuatan Grounding

Gambar 3.9 Pembuatan Port



59 BAB III

Laporan Skripsi

Gambar 3.10 Gambar antena mikrostrip 2 array pada simulasi dengan CST Studio 2012

C. Pengaturan Parameter Antena Simulasi

dari

hasil

design

bertujuan

untuk

mengetahui nilai dari masing-masing parameter yang akan diamati. Hasil dari simulasi merupakan hasil dalam kondisi

antena

yang

optimal.

Sebelum

simulasi

dijalankan, ada beberapa pengaturan yang harus dilakukan. Parameter yang akan dimati adalah VSWR, return loss, gain, polarisasi dan pola radiasi. Cara menampilkan parameter yang diamati pada simulasi dapat dilihat pada Gambar 3.11, Gambar 3.12 dan Gambar 3.13.



60 BAB III

Laporan Skripsi

Gambar 3.11 Pengaturan Parameter antena

Gambar 3.12 Pengaturan field monitor untuk menampilkan gain dan pola radiasi antena



61 BAB III

Laporan Skripsi

Gambar 3.13 Pengaturan Boundary antena

3.1.2.3. Hasil Simulasi Sebelum Optimasi Setelah proses design dilakukan dan akan dilakukan proses running simulasi untuk mendapatkan nilai parameter yang akan dialami. Hasil awal running simulasi tanpa merubah nilai dimensi antena (nilai dimensi antena sesuai dengan hasil perhitungan). a. Nilai VSWR sesuai dengan perhitungan dimensi antena.

Gambar 3.14 Nilai awal VSWR



62 BAB III

Laporan Skripsi

Dari hasil simulasi yang dilakukan menggunakan nilai dimensi hasil perhitungan didapat nilai VSWR seperti pada Gambar 3.12 yaitu pada frekuensi 2,4 GHz sebesar 6,4133, frekuensi 2,442 GHz sebesar 8,7755 dan pada frekuensi 2,484 GHz sebesar 10,046. Nilai VSWR ini sangat jauh dari yang diinginkan yaitu kurang dari atau sama dengan 2.

b. Nilai Return loss awal sesuai dengan perhitungan dimensi antena

Gambar 3.15 Nilai Awal Return loss

Dari hasil simulasi yang dilakukan menggunakan nilai dimensi hasil perhitungan didapat nilai return loss seperti pada Gambar 3.13 yaitu pada frekuensi 2,4 GHz sebesar 2,731, frekuensi 2,442 GHz sebesar -1,9882 dan pada frekuensi 2,484 GHz sebesar -1,6989.



63 BAB III

Laporan Skripsi

c. Nilai Gain awal sesuai dengan perhitungan dimensi antena

Gambar 3.16 Nilai Awal Gain Antena

Nilai gain yang didapatkan dari hasil simulasi yang menggunakan dimensi hasil perhitungan adalah sebesar 4,26 dB.

d. Polarisasi Antena Sesuai Nilai Perhitungan Dimensi Antena

Gambar 3.17 Polarisasi Antena Sesuai Pehitungan Dimensi Antena



64 BAB III

Laporan Skripsi

Dapat dilihat pada gambar 3.17 bahwa polarisasi antena yang dihasilkan adalah polarisasi vertikal.

3.1.2.4. Optimasi Simulasi Antena Dari hasil simulasi yang menggunakan perhitungan dimensi antena, dapat dilihat jika antena yang telah disimulasikan tidak bekerja pada range frekuensi yang diinginkan. Nilai-nilai parameter yang diamati juga belum mencapai batasan yang ditentukan. Untuk mengatasi hal ini maka

dilakukan

optimasi

antena

dengan

cara

mengganti/merubah-ubah nilai beberapa dimensi antena hingga mendapatkan hasil yang diinginkan. Dimensi antena yang dirubah adalah lebar patch, panjang pacth dan jarak antara patch.

A. Perubahan nilai lebar patch (W) Perubahan nilai lebar patch (W) yang dilakukan untuk mendapatkan nilai dimensi yang optimal. Pada saat nilai W dirubah-rubah, nilai dari panjang patch (L), dan jarak antar patch (D) adalah tetap. Pengaruh perubahan nilai W terhadap frekuensi dan nilai VSWR yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 3.2.



65 BAB III

Laporan Skripsi

Tabel 3.2 Perubahan Nilai Lebar Patch (W) Dimensi Antena (mm)

Nilai VSWR (dB)

No

Frekuensi Kerja

F

W

L

D

F Low

F High

1

37,38

28,903

29,285

6,4133

8,7755

10,24

2,299

2

37,2

28,903

29,285

6,3404

8,6417

10,293

2,3

3

37,076

28,903

29,285

6,3035

8,6175

10,27

2,3

4

36,38

28,903

29,285

6,0744

8,3952

10,225

2,302

5

36,2

28,903

29,285

6,02

8,3556

10,186

2,303

6

36,076

28,903

29,285

6,0436

8,5421

10,051

2,303

7

35,38

28,903

29,285

5,822

8,3795

9,9202

2,305

8

35,2

28,903

29,285

5,764

8,3347

9,8844

2,305

9

35,076

28,903

29,285

5,7186

8,2106

9,9082

2,306

Center

(GHz)

B. Perubahan nilai panjang patch (L) Perubahan nilai panjang patch (L) yang dilakukan untuk mendapatkan nilai dimensi yang optimal. Pada saat nilai L dirubah-rubah, nilai dari lebar patch (W), dan jarak antar patch (D) adalah tetap. Pengaruh perubahan nilai L terhadap frekuensi dan nilai VSWR yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 3.3. Tabel 3.3 Perubahan Nilai Panjang Patch (L) Dimensi Antena (mm)

Nilai VSWR (dB)

No

F

Frekuensi Kerja

W

L

D

F Low

1

35,076

28,903

29,285

5,7186

8,2106

9,9082

2,306

2

35,076

28,9

29,285

5,7026

8,2003

9,8961

2,306


Center

F High

(GHz)


66 BAB III

Laporan Skripsi

Tabel 3.3 Perubahan Nilai Panjang Patch (L) (Lanjutan) Dimensi Antena (mm)

Nilai VSWR (dB)

No

F

Frekuensi Kerja

W

L

D

F Low

3

35,076

28,5

29,285

3,6826

6,4514

8,4336

2,334

4

35,076

28,09

29,285

2,1389

4,4034

6,8882

2,363

5

35,076

27,903

29,285

1,6346

3,494

6,1628

2,376

6

35,076

27,9

29,285

1,6278

3,4805

6,1484

2,377

7

35,076

27,503

29,285

1,2052

2,0371

4,1414

2,406

8

35,076

27,09

29,285

1,9416

1,2193

2,5218

2,434

Center

F High

(GHz)

C. Perubahan nilai jarak antar patch (D) Perubahan nilai jarak antar patch (D) yang dilakukan untuk mendapatkan nilai dimensi yang optimal. Pada saat nilai D diubah-ubah, nilai dari panjang patch (L), dan lebar patch (W) adalah tetap. Pengaruh perubahan nilai D terhadap frekuensi dan nilai VSWR yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.4 Perubahan nilai jarak antar patch (D) Dimensi Antena (mm)

Nilai VSWR (dB)

Frekuensi

F

Kerja

No W

L

D

F Low

1

35,076

27,09

29,285

1,9416

1,2193

2,5218

2,434

2

35,076

27,09

25,795

2,179

1,1234

2,1833

2,439

3

35,076

27,09

25,285

2,1366

1,1579

2,3103

2,441

4

35,076

27,09

20,795

2,1145

1,1463

2,1433

2,441


Center

F High

(GHz)


67 BAB III

Laporan Skripsi

Tabel 3.4 Perubahan nilai jarak antar patch (D) (Lanjutan) Dimensi Antena (mm)

Nilai VSWR (dB)

No

Frekuensi Kerja

F

W

L

D

F Low

F High

5

35,076

27,09

20,285

2,1836

1,1532

2,0906

2,443

6

35,076

27,09

15,795

2,1907

1,2079

1,9395

2,446

7

35,076

27,09

15,285

2,2127

1,2161

1,9198

2,446

8

35,076

27,09

10,795

2,008

1,2593

1,9816

2,442

Center

(GHz)

Dari tabel 3.4 dapat dilihat bahwa dengan nilai lebar patch adalah 35,076, panjang patch adalah 27,09 dan jarak antar patch adalah 10,975 didapatkan nilai VSWR yang bernilai kurang dari atau sama dengan 2 untuk range frekuensi 2,4 GHz sampai 2,484 GHz.

3.1.2.5. Hasil Simulasi Setelah Optimasi Setelah

dilakukan

optimasi

dengan

cara

mengganti/merubah nilai beberapa dimensi antena yaitu lebar patch, panjang patch dan jarak antar patch didapatkan nilai dimensi antena yang ideal berdasarkan hasil simulasi seperti terlihat pada Tabel 3.5. Tabel 3.5 Nilai Dimensi Antena Setelah Optimasi Komponen

Simbol Komponen

Dimensi (mm)

Lebar Patch

W

35,076

Panjang Patch

L

27,09

Tinggi / tebal Patch

T

0,035



68 BAB III

Laporan Skripsi

Tabel 3.5 Nilai Dimensi Antena Setelah Optimasi (Lanjutan) Komponen

Simbol Komponen

Dimensi (mm)

Lebar Strip (50 Ω)

Wst

Lebar Strip (100 Ω)

Wst_2

0,676

Panjang Strip

3,06111

Lst

46,547

Tstrip

0,035

Jarak antar elemen

D

10,795

Lebar Substrat

Ps

46,98

Panjang Substrat

Ls

38,503

Tinggi / tebal Strip

Setelah proses optimasi dilakukan maka didapatkan hasil simulasi berupa nilai-nilai parameter antena yang berbeda dari hasil simulasi menggunakan nilai dimensi dari hasil perhitungan. Hasil simulasi dari optimasi antena yang telah dilakukan merupakan hasil kinerja antena secara ideal (tanpa ada loss). a. Nilai VSWR hasil optimasi dimensi antena.

Gambar 3.18 Nilai VSWR hasil optimasi dimensi antena ST3 Telkom Purwokerto


69 BAB III

Laporan Skripsi

Dari hasil simulasi yang dilakukan menggunakan nilai dimensi yang telah dioptimasi didapat nilai VSWR seperti pada Gambar 3.16 yaitu pada frekuensi 2,4 GHz sebesar 2,008 pada frekuensi 2,442 GHz sebesar 1,2990 dan pada frekuensi 2,484 GHz sebesar 1,9816. Nilai VSWR ini sudah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu kurang dari atau sama dengan 2.

b. Nilai Return loss sesuai hasil optimasi dimensi antena

Gambar 3.19 Nilai Return loss hasil optimasi dimensi antena

Dari hasil simulasi yang dilakukan menggunakan nilai dimensi yang telah optimal didapat nilai return loss seperti pada Gambar 3.19 yaitu pada frekuensi 2,4 GHz sebesar -9,4936, frekuensi 2,442 GHz sebesar -18,802 dan pada frekuensi 2,484 GHz sebesar -9,6501



70 BAB III

Laporan Skripsi

c. Nilai Gain sesuai hasil optimasi dimensi antena

Gambar 3.20 Nilai Gain Antena hasil optimasi dimensi antena

Nilai gain yang didapatkan dari hasil simulasi yang menggunakan dimensi hasil perhitungan adalah sebesar 4,62 dB. Nilai gain yang didapatkan dengan menggunakan dimensi hasil optimasi lebih bagus jika dibandingkan dengan gain hasil

simulasi

dengan

menggunakan

dimensi

hasil

perhitungan.

d. Polarisasi Antena Sesuai hasil optimasi dimensi antena

Gambar 3.21 Polarisasi Antena Hasil optimasi dimensi antena ST3 Telkom Purwokerto


71 BAB III

Laporan Skripsi

3.1.3. Pembuatan/Realisasi Sesuai Hasil dari Simulasi dan Pengukuran Pembuatan

merupakan

proses

realisasi

hasil

model/design yang dibuat pada tahap simulasi ke dalam bentuk real. Tahapan yang dilakukan dapat dilihat dalam digram alur pengerjaan pada gambar 3.1. Tahap pengukuran dilakukan di Laboratorium Antena Telkom

University.

Pengukuran

yang

dilakukan

untuk

mengetahi nilai-nilai dari parameter antena yang diamati seperti nilai return loss, VSWR, gain antena, polarisasi dan pola radiasi antena. Hasil dari pengukuran akan dibandingkan dengan hasil simulasi dan akan dilakukan analisa dari hasil perbandingan antara simulasi dan pengukuran yang dilakukan. Tampilan dari antena yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22 Antena mikrostrip rektangular 2 arra ST3 Telkom Purwokerto




LAPORAN SKRIPSI DESIGN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP REKTANGULAR 2 ARRAY UNTUK APLIKASI WiFi

Recommend Documents