PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

TUGAS AKHIR Diajukan Guna Melengkapi Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Mencapai Gelar Sarjana Strata Satu ( S1)

Disusun Oleh : Nama

: Fajar Eka Pranata

Nim

: 01401-067

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

i

PROGARM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCUBUANA

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

Disusun Oleh : NAMA

: Fajar Eka Pranata

NIM

: 01401-067

Program Studi : Teknik Elektro Peminatan

: Telekomunikasi

Telah menyelesaikan tugas akhir dengan judul : " PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY "

Disetujui Oleh : Koordinator Tugas Akhir

Pembimbing

( Ir. Yudhi Gunardi, MT )

( DR.Ing Mudrik Alaydrus )

Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro

( Ir. Budi Yanto Husodo, MSc )

ii

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini, Nama

: Fajar Eka Pranata

NIM

: 01401- 067

Jurusan

: Teknik Elektro

Peminatan

: Teknik Telekomunikasi

Fakultas

: Teknologi Industri

Judul Skripsi

: PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.

Penulis

Fajar Eka Pranata

iii

ABSTRAK

Sekarang ini, Teknologi Informasi dan Telekomunikasi, merupakan sector yang terpenting di zaman sekarang ini. Apalagi di Negara Indonesia informasi dan komunikasi adalah sektor ekonomi yang paling cepat, terbuka dan mendunia. Hal ini dibuktikan dengan semakin berkembangnya penggunaan peralatan telekomunikasi dengan berbagai layanan yang canggih, hebat dan menjanjikan. Salah satu aspek dalam teknologi komunikasi, WLAN (Wireless Local Area Network) merupakan salah satu teknologi komunikasi dunia yang berkembang dengan cepat. Didorong oleh keinginan pengguna yang tidak ingin dibatasi oleh keharusan berada di tempat peralatan berada, yang menciptakan kondisi location oriented, komunikasi diasosiasikan dengan lokasi. Teknologi komunikasi tanpa kabel (wireless) meskipun memberikan kemungkinan untuk tidak berada di lokasi peralatan komunikasi berada, tetap membatasi bahwa pengguna harus berada disekitar lokasi. Teknologi komunikasi WLAN memungkinkan perubahan bahwa pengguna dapat berada dimana saja didalam wilayah layanan dari penyedia jasa. Teknologi komunikasi wireless, teknologi WLAN pada khususnya telah menciptakan kondisi bahwa komunikasi tidak lagi diasosiasikan dengan lokasi (perangkat), tetapi diasosiasikan dengan personal (personal oriented), yang bisa berada dimana saja diwilayah layanan. Sejalan dengan perkembangan tersebut maka dibutuhkan infrastruktur atau komponen yang mendukung juga. Untuk sistem komunikasi tanpa kabel (wireless), antena adalah salah satu dari beberapa komponen yang paling kritis. Maka perancangan antena yang baik akan mempertinggi performansi dari keseluruhan system tersebut. Yang menjadi masalah bagaimana cara merancang antena yang baik dan mendukung teknologi komunikasi sekarang ini? Didalam tugas akhir ini akan merancang

iv

antena dengan simulasi computer, dengan software Microwave Office 2002 for Windows®. Dan diperoleh hasil yang optimal sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Sehingga antena yang dirancang bisa dibuat dan digunakan sesuai dengan perkembangan teknologi komunikasi di Indonesia dimasa sekarang dan yang akan datang, dan yang terpenting produk dalam negeri akan lebih baik.

v

KATA PENGANTAR

Assalaamu'alaikum, Wr. Wb. Alhamdulillahirobbil'aalamin, puji syukur penulis panjatkan kehadirat

Allah

SWT, atas rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menganalisa dan merancang Antena Array dengan teknik mikrostrip dan mensimulasikan dengan software komputer Microwave Office 2002 For Windows®. Sehingga pada akhirnya penulis bisa membuat antena array dan hasilnya akan diukur dengan alat ukur dan hasilnya dapat dibandingkan dengan hasil simulasi dari software komputer Mikrowave Office 2002. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung atau tidak langsung, semoga Allah SWT membalas pahala kebaikan yang berlipat ganda. Ucapan terima kasih terutama penulis sampaikan kepada : 1. Bapak Ir. Budi Yanto Husodo, M.Sc selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Mercu Buana. 2.

Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT selaku koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana.

3. Bapak DR. Ing Mudrik Alaydrus, selaku pembimbing penulis, terima kasih atas kesediaan waktu dan ilmu yang diberikan dalam menyusun tugas akhir ini. 4. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana yang telah mendidik dan membimbing penulis selama duduk dibangku perkuliahan.

vi

5. Yang tercinta kedua orang tua penulis ( Soeparno HS dan umi ) serta seluruh anggota keluarga yang telah membiayai penulis selama kuliah hingga lulus kuliah, dan memberikan semangat dan do'a hingga tugas akhir ini selesai. 6. Seluruh teman-teman Jurusan Teknik Elektro khususnya angkatan 2001 semuanya yang tidak bisa disebutkan satu persatu terima kasih atas pemberian support dan semangat serta do‟a sehingga tugas akhir terselesaikan dengan baik.

Akhir kata, tidak lupa Penulis mendoakan semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dan pertolongan yang telah diberikan oleh Bapak dan Ibu beserta teman-teman semua yang telah membantu penulis dalam penyusunan Tugas Akhir ini, dan semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi semua pihak yang membutuhkannya. Terima Kasih. Wassalaamu'alaikum, Wr. Wb.

Jakarta, Juli 2008

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………………..

i

LEMBAR PENGESAHAN

……………………………………………

ii

LEMBAR PERNYATAAN

……………………………………………

iii

ABSTRAK …………………………………………………………………

iv

KATA PENGANTAR …………………………………………………….

vi

DAFTAR ISI………………………………………………………………

viii

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..

xi

DAFTAR TABEL …………………………………………………………

xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

……………………………………………

1

1.2 Tujuan Penulisan

……………………………………………

2

1.3 Batasan Masalah

……………………………………………

2

1.4 Metodologi Penyelesaian Masalah …………………………..

3

……………………………………

4

1.5 Sistematika Penulisan

BAB II LANDASAN TEORI ……………………………………………………

5

…………………………………..

6

2.3 Kelebihan Mikrostrip Antena Array ………………………….

9

2.1 Umum

2.2 Mikrostrip Antena Array

2.4 Aplikasi Mikrostrip Antena Array 2.5 ParameterAntena

………………………….

…………………………………………….

viii

10 11

BAB III

PERANCANGAN MIKROSTRIP ANTENA ARRAY MENGGUNAKAN SOFTWARE MIKROWAVE OFFICE

3.1 Perancangan Antena Array ………………………………… …….

20

……………………………………….

22

3.2.1 Konstanta Dielektrik Relatif ………………………………

24

……………………………………….

24

3.2 Penentuan Bahan Dasar

3.2.2 Rugi Tangensial

3.2.3 Konduktivitas Elemen Peghantar

……………………… 25

3.3 Perancangan Antena Array Dengan Teknik Mikrostrip …………. 25 3.3.1 Desain Layout Mikrostrip Antena Array Dengan Menggunakan Software Mikrowave Office 2002

…………………….

25

3.3.2 Desain Antena Array Dengan Software ………………………………

Mikrowave Office

26

3.3.3 Hasil Rancangan Microstrip Antena 1 Elemen dan 4 Elemen

BAB IV

dengan Pencatuan Stripline…………………………………….

27

3.3.3.1 Layout Antena 1 Elemen ………………………………

28

3.3.3.2 Layout Antena 4 Elemen ……………………………….

29

ANALISA DAN PENGUKURAN ANTENA HASIL PERANCANGAN

4.1 Perancangan Antena…………………………………………………

31

4.2 Pengaruh Lebar Patch Antena Mikrostrip

……………………...

33

4.3 Pengaruh Panjang Patch Antena Mikrostrip

……………………...

36

4.4 Analisa dan Pengukuran Antena Microstrip 1 Elemen ……………... 39 4.5 Analisa dan Pengukuran Antena Microstrip Array 4.6 Bandwidth Pada Perancangan Antena Array

ix

……………… 42

………………. …….. 47

4.7 Fabrikasi Antena Hasil Perancangan

BAB V KESIMPULAN

……………………………

…………………………………………........

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

x

49

54

DAFTAR GAMBAR

……………………

1. Gambar 2.1

Macam-macam Antena Array

2. Gambar 2.2

Antena Mikrostrip Dengan (a) Pencatuan koaksial

6

(b) Pencatuan Stripline (c) Elektromagnetik Coupling (d) Aperture Coupling (e) Coplanar Waveguide..................

8

Bagan Flowchart…………………………………………

21

7. Gambar 3.2 Model Antena 1 Elemen…………………………..................

29

8. Gambar 3.3 Model Antena 4 Elemen ……………………………………..

30

3. Gambar 3.1

9. Gambar 4.1 Antena Hasil Perancangan Dengan Perangkat Lunak Microwave Office 2002 (a) antena 1 elemen, (b) antena 4 elemen……………………………………. 10. G ambar 4.2

antena mikrostrip dengan lebar (a) 23 mm, (b) 25 mm, (c) 27 mm …………………………………………….

11. Gambar 4.3

14. Gambar 4.6

35

antena mikrostrip dengan panjang (a) 28 mm, (b) 29 mm, (c) 3 mm

13. Gambar 4.5

34

Simulai (a) return loss, (b) VSWR, (c) input impedansi …………………………………….

12. Gambar 4.4

32

………………………………………………

37

Simulai (a) return loss, (b) VSWR, (c) input impedansi ……………………………………..

38

……………………………..

39

Layout Antena 1 Elemen

15. Gambar 4.8 ( a ) simulasi return loss, ( b ) simulasi VSWR, ( c ) pola radiasi medan H, ( d ) pola radiasi medan E………

41

16. Gambar 4.9

simulasi return loss dari antena mikrostrip array …………. 43

17. Gambar 4.10

gambar simulasi VSWR pada antena array

xi

…………

44

……………………………….. 45

18. Gambar 4.11

pola radiasi medan H

19. Gambar 4.12

pola radiasi medan E ………………………………………. 46

20. Gambar 4.13

VSWR Pada Frekuensi 2 GHz – 2.8 GHz ………………… 47

21. Gambar 4.14

Nilai Transmisi Pada Power Divider Model I Pada Frekuensi 0 KHz – 3 GHz …………………………………………………… 48

22. Gambar 4.15

Return Loss Pada Frekuensi 2 GHz – 2.8 Ghz ………………51

23. Gambar 4.16

VSWR Pada Frekuensi 2 GHz - 2.8 GHz ………………….. 51

24. Gambar 4.17

Nilai Transmisi Pada Power Divider Model Ke II Pada Frekuensi 0 KHz – 3 GHz …………………………………... 52

xii

DAFTAR TABEL

1. Tabel 3.1. Jenis Bahan Substrate

………………………………… ….

2. Tabel 3.2. Karakteristik Substare Pada 10 GHz

xiii

…………………….

22 24

BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Sekarang ini, Teknologi Informasi dan Telekomunikasi, merupakan sector yang terpenting di zaman sekarang ini. Apalagi di Negara Indonesia informasi dan komunikasi adalah sektor ekonomi yang paling cepat, terbuka dan mendunia. Hal ini

dibuktikan

dengan

semakin

berkembangnya

penggunaan

peralatan

telekomunikasi dengan berbagai layanan yang canggih, hebat dan menjanjikan. Salah satu aspek dalam teknologi komunikasi, WLAN (Wireless Local Area Network) merupakan salah satu teknologi komunikasi dunia yang berkembang dengan cepat. Didorong oleh keinginan pengguna yang tidak ingin dibatasi oleh keharusan berada di tempat peralatan berada, yang menciptakan kondisi location oriented, komunikasi diasosiasikan dengan lokasi. Teknologi komunikasi tanpa kabel (wireless) meskipun memberikan kemungkinan untuk tidak berada di lokasi peralatan komunikasi berada, tetap membatasi bahwa pengguna harus berada disekitar lokasi. Teknologi komunikasi WLAN memungkinkan perubahan bahwa pengguna dapat berada dimana saja didalam wilayah layanan dari penyedia jasa. Teknologi komunikasi wireless, teknologi WLAN pada khususnya telah menciptakan kondisi bahwa komunikasi tidak lagi diasosiasikan dengan lokasi (perangkat), tetapi diasosiasikan dengan personal (personal oriented), yang bisa berada dimana saja diwilayah layanan.

1

BAB I PENDAHULUAN

Sejalan dengan perkembangan tersebut maka dibutuhkan infrastruktur atau komponen yang mendukung juga. Untuk sistem komunikasi tanpa kabel (wireless), antena adalah salah satu dari beberapa komponen yang paling kritis. Maka perancangan antena yang baik akan mempertinggi performansi dari keseluruhan system tersebut. Yang menjadi masalah bagaimana cara merancang antena yang baik dan mendukung teknologi komunikasi sekarang ini? Didalam tugas akhir ini akan merancang antena dengan simulasi computer, dengan software Microwave Office 2002 for Windows®. Dan diperoleh hasil yang optimal sesuai dengan ketentuan yang berlaku. Sehingga antena yang dirancang bisa dibuat dan digunakan sesuai dengan perkembangan teknologi komunikasi di Indonesia dimasa sekarang dan yang akan datang, dan yang terpenting produk dalam negeri akan lebih baik.

1.2 Tujuan Penulisan Maksud dan tujuan penulisan akhir ini adalah menganalisis dan merancang antena dengan mengggunakan simulasi komputer dengan aplikasi software Microwave Office 2002 for Windows®.

1.3 Batasan Masalah Untuk memfokuskan permasalahan dan menghindari salah pengertian perencanaan, maka kajian permasalahan akan diberi batasan-batasan :

2

BAB I PENDAHULUAN

-

Membahas analisis dan hasil perhitungan antena array dalam kaitannya dengan merancang atau mendesain antena array dengan bantuan simulasi komputer aplikasi software Microwave Office 2002 for Windows® yang merupakan fokus analisis dalam tugas akhir ini.

1.4 Metodologi Penyelesaian Masalah Metodologi yang digunakan : 1. Studi literatur Metode yang dipakai adalah studi pustaka dari berbagai literatur yang membahas mengenai antena array dan juga bahasan-bahasan lain yang mendukung. 2. Riset simulasi Karena dalam perencanaan dan rancangan antena array dengan menggunakan simulasi computer dengan aplikasi software Microwave Office 2002 for Windows®, maka pada penelitian ini dilakukan dengan mencoba berbagai aplikasi yang ada. 3. Pembuatan dan pengukuran Perancangan dan pembuatan antena array menggunakan teknik mikrostrip dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Microwave Office 2002 for Windows®. dan hasil dari pembuatan antena array diukur dengan menggunakan alat ukur network analizer dan spectrum analizer.

3

BAB I PENDAHULUAN

1.5 Sistematika Penulisan Secara umum sistematika penulisan tugas akhir adalah sebagai berikut : Bab I

Pendahuluan Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian, perumusan masalah, pembatasan masalah, model penelitian, metode penyelesaian masalah dan sistematika penulisan.

Bab II

Teori Dasar Antena Array Bab ini berisi tentang konsep dasar antena array dan difokuskan pada parameter-parameter antena secara umum.

Bab III

Analisa dan Perancangan Microstrip Antena Array Dengan Komputer Bab ini berisi tentang

teknik perancangan dan mendesain

antena array dengan simulasi computer dengan aplikasi Microwave Office 2002 for Windows®. Bab IV

Hasil Analisa Dan Perhitungan Perancangan Antena Array Berisi tentang gambaran dan penjelasan mengenai hasil simulasi computer dan perhitungan dari desain antena array dengan aplikasi software Microwave Office 2002 for Windows®.

Bab V

Penutup Berisi tentang kesimpulan bahasan permasalahan diatas dan saran serta lampiran-lampiran.

4

BAB II LANDASAN TEORI


2.1

Umum Untuk sistem komunikasi tanpa kabel (wireless), antena adalah salah satu

dari beberapa komponen yang paling kritis. Perancangan antena yang baik akan mempertinggi performansi dari keseluruhan sistem tersebut. Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau bisa menerima gelombang elektromagnetik. Dengan kata lain, antena sebagai alat pemancar (transmitting antenna) adalah sebuah transduser (pengubah) elektromagnetis, yang akan digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun (pada saluran transmisi kabel) menjadi gelombang yang merambat diruang bebas, dan sebagai alat penerima (receiving antenna) merubah gelombang ruang bebas menjadi gelombang tertuntun. Antena array digunakan pada banyak aplikasi, misalnya telepon seluler, laptop, PDA (personal digital assistants), jaringan yang menyediakan layanan komunikasi dengan aplikasi WLAN dalam suatu wilayah, dan masih banyak lagi aplikasi yang digunakan untuk antena array. Dengan menggunakan bantuan software Microwave Office 2002 for Windows® dapat merancang antena array dengan berbagai struktur dan bentuk antena yang berbeda. Karena antena array bisa dibuat dengan berbagai iterasi atau perubahan bentuk tanpa mengurangi panjang antena itu sendiri.

5


Ada banyak macam antena array antara lain microstrip antenna, ceramic chip antenna, antena array coaxial collinear

Microstrip antenna

ceramic chip antenna

Antenna array coaxial collinear Gambar 2.1 macam-macam antena array

2.2

Microstrip Antena Array Perkembangan dari teknologi

mikrostrip

timbul

dari ide untuk

memanfaatkan teknologi printed-circuit jadi dalam produksi yang banyak sekali dapat dicapai dengan harga yang murah. Susunan dasar geometri dari mikrostrip seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2. dimana sebuah bentuk peradiasi dicetak di atas sebuah bahan dasar (substrate) dengan bidang pentanahan (ground plane). Bentuk dari patch pada dasarnya bermacam-macam. Dalam praktek, bentuk segi empat (rectangular), segitiga (triangular) dan cincin (annular ring) merupakan bentuk yang umum digunakan. Pencatuannya (feed) dapat berupa pencatuan koaksial (coaxial feed) (Gambar 2.2a), pencatuan saluran mikrostrip (strip line feed) (Gambar 2.2b), electromagnetic coupling (gambar 2.2c), aperture coupling (2.2d), dan coplanar waveguide (CPW) (gambar 2.2e) mengarahkan energi elektromagnetik dari sumber ke elemen radiasi/patch.

6

yang


Bentuk patch dan pencatuan berkaitan dengan polarisasi, pola pancar, impedansi serta karakteristik-karakteristik antena.

(a)

(b)

7


(c)

(d)

(e) Gambar 2.2 Antena microstrip dengan (a) pencatuan coaxial (b) pencatuan stripline (c) electromagnetic coupling (d) apperture coupling (e) coplanar waveguide (CPW)

8


2.3

Kelebihan Microstrip Antena Array Teknologi antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan

dengan antena microwave convensional dan oleh karena itu beberapa aplikasi dapat bekerja pada frekuensi dengan range dari 100 MHz sampai 100 GHz. Beberapa keuntungan dari teknologi antena mikrostrip dibandingkan antena microwave convensional adalah : • Berat yang ringan, volume yang kecil dan konfigurasi yang tipis • Biaya fabrikasi yang murah, sangat cocok diproduksi secara besar • Polarisasi linier dan circular adalah yang mungkin dengan feed sederhana • Dapat dengan mudah digabungkan dengan Microwave Integrated Circuits. . Feed line dan Matching Network dapat di fabrikasi secara bersama dengan Struktur antena Bagaimanapun, antena mikrostrip juga memiliki batas dibandingkan dengan antena microwave convensional, yaitu : • Bandwidth yang sempit • Gain agak kecil (~6 dB) Fabrikasi antena mikrostrip dengan menggunakan substrate dengan konstanta dielektrik yang tinggi adalah pilihan yang digunakan untuk digabungkan dengan Microwave Integrated Circuits. Bagaimanapun, menggunakan substrate dengan

9


konstanta dielektrik yang tinggi menyebabkan efisiensi yang kecil dan bandwidth yang sempit. Antena mikrostrip memiliki bandwidth yang sempit, 1 – 5%, yang mana ini adalah batas faktor utama untuk aplikasi yang tersebar luas dari antena ini.

2.4

Aplikasi Microstrip Antena Array Sebuah antena didefinisikan sebagai piranti yang dipergunakan untuk

memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetika. Gelombang radio ini akan merambat diruang bebas dari pemancar ke penerima. Berikut ini adalah bidang aplikasi penting dari penggunaan antena array, dan mengharuskan penggunaan antena dan yang akan membawa pengaruh pada perancangan antena itu sendiri :

1. Komunikasi Penggunaan antena didahulukan dari pada penggunaan kabel (saluran transmisi) dikarenakan oleh alasan-alasan ketidak- mungkinan, ketidak-praktisan dan ketidak efisienan. Maka dalam komunikasi antara pengguna yang bergerak, seperti laptop (mobile computing) atau sistem seluler, disini diharapkan antena/receiver yang dipergunakan bisa melakukan proses „tracking‟ atau jika tidak cukup menggunakan antena omnidireksional. Dan pada dasarnya sistem perangkat seperti laptop atau seluler, antena itu sendiri harus berfungsi secara resiprok, artinya antena tersebut berfungsi sebagai antena pemancar (transmitter) dengan baik, maka dengan baik pula

10


sebagai antena penerima (receiver). Dan fungsi lain dari antenna bisa digunakan pada komunkasi broadcast (televise dan radio), dan juga pada komunikasi hubungan gelombang mikro (microwave link system).

2. Radar Antena merupakan pilihan satu-satunya untuk komunikasi benda bergerak. Diteknik radar, antena yang dipergunakan harus memiliki beamwidth yang sangat kecil sehingga bisa membedakan objek satu dengan yang lainnya (resolusi tinggi).

3. Astronomi Radio Seperti juga halnya pada teknik radar, untuk aplikasi astronomi dipergunakan antena yang mempunyai beamwidth yang sangat sempit.

2.5

Parameter Antena Parameter antena merupakan hal yang penting dalam antena, maka harus

diperhitungkan dalam suatu perancangan antena. Karena parameter antena juga sebagai tolak ukur dari performansi antena itu sendiri. Dalam perancangan suatu antena, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah : 

bentuk dan arah radiasi



polarisasi yang dimiliki



frekuensi kerja

11


2.5.1



lebar band (bandwidth)



impedansi input yang dimiliki

Pola Radiasi Pola radiasi (Radiation Pattern) adalah mengkonsentrasikan

pancaran energinya pada suatu arah tertentu, sedangkan kearah lain tidak diinginkan terjadinya penyuplaian energi. Pola radiasi dapat disebut juga dengan pola medan (field pattern) apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut pola daya (power pattern) apabila yang digambarkan pointing vektor. Untuk dapat menggambarkan pola radiasi ini, terlebih dulu harus ditemukan potensial. Dalam koordinat bola, medan listrk E dan medan magnet H telah diketahui, keduanya memiliki komponen vektor θ dan φ sedangkan pointing vektornya dalam koordinat ini hanya mempunyai komponen radial saja. Besarnya radial dari komponen pointing vektor ini adalah : 2

|𝐸| Pr =1 2 𝜂

(2.1)

Dimana : |E|

= 𝐸𝜑2 + 𝐸𝜃2 (resultan dari magnitude medan listrik)

Eφ

= komponen medan listrk φ

Eθ

= komponen medan listrik θ

η

= impedansi instrinstik ruang bebas 377 Ω

12


untuk menyatakan pola radiasi secara grafis, pola tersebut dapat digambarkan dalam bentuk absolut atau dalam bentuk relatif. Maksud bentuk relatif adalah bentuk pola yang sudah di normalisasikan, yaitu setiap harga dari pola radiasi tersebut telah dibandingkan dengan harga maksimumnya. Seingga pola radiasi medan, apabila dinyatakan dalam pola yang ternormalisasi akan mempunyai bentuk : F(θ, φ)

=

𝑃 (𝜃 ,𝜑 )

(2.2)

𝐸 𝜃 ,𝜑 𝑚𝑎𝑥

Karena pointing vektor hanya mempunyai komponen radiasi yang sebenarnya berbanding lurus dengan kuadrat magnitudo kuat medannya, maka untuk pola daya apabila dinyatakan dalam pola ternormalisasi, tidak lain sama dengan kuadrat dari pola medan yang sudah dinormalisasikan itu. P(θ, φ)

= |𝐹(𝜃, 𝜑)|2

(2.3)

Seringkali juga pola radiasi suatu antena digambarkan dalam satuan decibel (dB). Intensitas medan dalam decibel didefinisikan sebagai : F(θ, φ)dB

= 20 log | F(θ, φ) |

(dB)

(2.4)

Sedangkan untuk pola dayanya dengan decibel adalah : P(θ, φ)dB

= 10 log P(θ, φ) = 20 log | F(θ, φ) |

(2.5)

Jadi didalam decibel, pola daya sama dengan pola medannya. Semua pola radiasi yang dibicarakan diatas adalah pola radiasi untuk kondisi medan jauh. Sedangkan pengukuran pola radiasi, faktor jarak adalah faktor yang sangat penting guna memperoleh hasil pengukuran yang sangat baik dan

13


teliti. Semakin jauh jarak pengukuran pola radiasi yang digunakan tentu semakin baik hasil yang akan diperoleh. Namun untuk melakukan pengukuran pola radiasi pada jarak yang benar-benar tak terhingga adalah suatu hal yang tak mungkin. Untuk keperluan pengukuran ini, ada suatu daerah dimana medan yang diradiasikan oleh antena sudah dapat dianggap sebagai tempat medan jauh apabila jarak antara sumber radiasi dengan antena yang diukur memenuhi ketentuan berikut :

r

>

2𝐷 2

(2.6)

𝜆

r > > D dan r > > λ

Dimana

2.5.2

: r

: jarak pengukuran

D

: dimensi antena yang terpanjang

λ

: panjang gelombang yang dipancarkan sumber.

Gain Gain adalah parameter antena yang menggambarkan kemampuan

dari keterarahan energi.

Untuk sebagian

antena, fungsi

perolehan

menunjukkan suatu maksimum yang sangat nyata, nilai maksimum dari keterarahan sebagai perolehan dari antena, tetapi ini hanyalah perolehan dalam arti bahwa antena tersebut memusatkan atau memfokuskan daya pada arah maksimum. Power gain ( atau gain saja ) didefinisikan sebagai 4π kali

14


rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan :

G( θ, φ ) = 4π

𝑈( 𝜃,𝜑 )

(2.7)

𝑃𝑚

Definisi ini tidak temasuk losses yang disebabkan oleh ketidak sesuaian impedansi ( impedance missmatch ) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain adalah harga maksimum dari intensitas radiasi atau harga maksimum dari persamaan (2.7), sehingga dapat dinyatakan kembali :

G

𝑈

= 4π 𝑃 𝑚

(2.8)

𝑚

Jadi gain dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi dari θ dan φ, dan juga dapat dinyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari θ dan φ, diasumsikan sebagai gain maksimum. Direktifitas dapat ditulis sebagai :

D

=

4𝜋

(2.9)

𝜃 0 𝐻𝑃𝜑 0 𝐻𝑃

Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input menjadi daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses

15


pada daya input. Bagian daya input (Pin) yang tidak muncul sebagai daya radiasi diserap oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan suatu definisi baru, yaitu yang disebut dengan efisiensi radiasi, dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

e=

𝑃𝑟 𝑃𝑚

(2.10)

dengan catatan bahwa harga e diantara nol dan satu ( 0 < e < 1 ) atau

( 0 < e < 100% ).

Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut :

G=eD

2.5.3

(2.11)

Front to back Front to back adalah merupakan parameter lain dari antena yang

harus diperhatikan oleh seseorang engineers telekomunikasi ketika antena digunakan penuh pada lebar frekuensi. Front to back juga di definisikan sebagai perbandingan gain pancaran depan antena dengan gain pancaran belakang antena.

16


2.5.4

Bandwidth Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima

selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkan masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth

BW =

𝑓2− 𝑓1 𝑓𝑐

× 100 %

(2.12)

Bandwidth yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena-antena yang memiliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broadband) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

BW =

𝑓2

(2.13)

𝑓1

17


Suatu antena digolongkan sebagai antena broadband apabila impedansi dan pola radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1 > 1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2 dan f1 adalah ditentukan oleh harga VSWR = 1.

2.5.5

Impedansi Energi berpindah disepanjang suatu saluran transmisi dalam bentuk

suatu gelombang elektromagnetis, dimana gelombang yang ditimbulkan oleh sumber sinyal disebutkan sebagai gelombang datang atau gelombang maju (incident atau forward wave). Apabila impedansi beban pada ujung penerima merupakan persesuaian tanpa pantulan (reflectionless match) untuk saluran, maka seluruh energi akan dipindahkan ke beban. Jika persesuaian tanpa pantulan tidak tercapai, energi akan dipantulkan (reflected) kembali disepanjang saluran dalam bentuk suatu geombang pantulan (dari sini timbullah istilah “persesuaian tanpa pantulan atau reflectionless matching”). Karena sifat tersebar (distributed) dari saluran transmisi. Jadi impedansi karakteristik dari suatu saluran transmisi adalah perbandingan antara tegangan dan arus pada sembarang titik disepanjang saluran dimana tidak terdapat gelombang pantulan.

Zin = Rin + jXin

(2.14)

18


Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua cara, yaitu karena panas pada struktur antena yang berkaitan dengan perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dsan tidak kembali (teradiasi). Reaktansi input (Xin)

menyatakan

daya

yang

tersimpan pada medan dekat dengan antena. Disipasi daya rata-ratapada antena dapat dinyatakan sebagai berikut :

Pin =1/2 𝑅|𝐼𝑖𝑛 |2

Dimana Iin

2.5.6

(2.15)

: arus pada terminal input

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) Standing wave ratio (swr) di definisikan sebagai rasio dari tegangan

maksimum terhadap tegangan minimum atau rasio arus maksimum terhadap arus minimum pada saluran transmisi. Pada dasarnya VSWR merupakan nilai ukuran ketidak serasian antara impedansi masukan dengan impedansi keluaran dan karakteristik impedansi dari saluran transmisi. Dengan kata lain jika impedansi beban tidak sesuai dengan impedansi saluran, sebagian dari energi pada gelombang datang akan di pantulkan pada beban ini menimbulkan suatu gelombang pantulan yang berjalan kembali di sepanjang saluran kearah sumbernya. VSWR yang ideal harusnya sama dengan 1 (mendekati 1), karena ini merepresentasikan suatu keadaan yang disesuaikan (matched).

19

BAB III PERANCANGAN MICROSTRIP ANTENA ARRAY MENGGUNAKAN SOFTWARE MICROWAVE OFFICE 2002

BAB III PERANCANGAN MICROSTRIP ANTENA ARRAY MENGGUNAKAN SOFTWARE MICROWAVE OFFICE

3.1

Perancangan antena array Bab ini menjelaskan secara terperinci mengenai proses perancangan

antena array dimana digunakan teknik pencatuan stripline. Secara instrinstik teknik microstrip memiliki beberapa kelemahan dalam hal lebar pita frekuensi (bandwidth) yang sempit, dan keterbatasan penguatan (gain). Namun banyak penelitian dilakukan untuk mengatasi hal tersebut. Dalam hal ini saya mencoba dengan melakukan beberapa perancangan untuk menghasilkan bandwidth yang lebih luas. Dalam perancangan ini saya menggunakan model microstrip antena array dengan teknik pencatuan stripline. Perancangan dimulai dengan menentukan frekuensi resonansi dari antena array. Selanjutnya menentukan ukuran patch agar dapat bekerja pada batasan frekuensi tersebut.

Kemudian menentukan jenis substrate dan parameter-

parameternya yang akan digunakan dalam pembuatan antena array. Perancangan antena array tersebut dirancang dengan menggunakan software Microwave Office 2002 for Windows® . Setelah sesuai dengan yang diharapkan selanjutnya akan dilakukan fabrikasi antena array. Setelah proses fabrikasi selesai selanjutnya melakukan proses pengukuran antena array tersebut dengan bantuan alat ukur.

20


INPUT

ANALISA DENGAN KOMPUTER

UBAH INPUT

TIDAK

SPESIFIKASI TERPENUHI

YA

FABRIKASI ANTENA ARRAY

PENGUKURAN

HASIL Gambar 3.1

bagan flowcart Pada Pembuatan antenna Array

21


3.2

Penentuan Bahan Dasar Pemilihan jenis bahan dasar (substrate) yang akan digunakan untuk

perancangan microstrip antena array akan mempengaruhi parameter-parameter dalam perancangan, karena dari masing-masing substrate memiliki parameter yang berbeda-beda. Parameter yang sangat mempengaruhi adalah konstanta dielektrik relatif (εr), rugi-rugi tangensial (loss tangent), tebal elemen penghantar, nilai konduktivitas elemen penghantar dan ketebalan substrate. Adapun beberapa jenis substrate yang tersedia dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

tabel 3.1 jenis bahan substrate

Bahan yang akan digunakan dalam perancangan antena array dengan teknk microstrip kali ini adalah : Glass Epoxy (FR- 4) Konstanta dielektrik 4.5 Rugi tangensial 0.002 Ketebalan 1.6 mm

22


Tabel 3.2 karakteristik substrates pada 10 GHz

23


3.2.1

Konstanta Dielektrik Relatif Konstanta dielektrik relatif bahan merupakan tulang punggung dari

rangkaian microstrip antena array, dimana konstanta dielektrik relatif terdapat diantara kedua lapisan penghantar, dibedakan menurut jenis-jenis bahan. Konstanta dielektrika ini akan mempengaruhi besarnya parameterparameter lain terutama ukuran elemen peradiasi, dimana semakin tinggi nilai konstanta dielektriknya maka akan mengurangi ukuran elemen peradiasi.

Substrates

juga

memenuhi

suatu

fungsi

elektrik

dari

konsentrasimedan elektromagnetik dan pencegahan radiasi tak dikehendaki di dalam rangkaian. Ketebalan substrate microstrip antena array ini diukur dari ketebalan bahan dielektriknya, sedangkan tebal elemen penghantar merupakan tebal lapisan penghantar yang menghimpit bahan dielektriknya. Ketebalan substrate dapat berpengaruh pada lebar pita dan level kopling. Semakin tebal substrate akan menghasilkan lebar pita yang lebar.

3.2.2

Rugi Tangensial Rugi tangensial pada suatu

substrate didapat dari lembar data

material yang digunakan. Besarnya rugi tangensial pada substrate diusahakan sekecil mungkin yaitu dibawah 0.001.

24


3.2.3

Konduktivitas Elemen Penghantar Konduktivitas

elemen

penghantar

merupakan

faktor

yang

menentukan baik tidaknya sifat penghantaran listrik bahan. Elemen penghantar untuk microstrip antena array biasanya terbuat dari bahan 7

tembaga (cooper) dimana nilai konduktivitasnya adalah 5.88 x 10 S/m.

3.3

Perancangan Antena Array dengan Teknik Microstrip 3.3.1 Desain Layout Microstrip Antena Array dengan Menggunakan Software Microwave Office 2002 Sebelum melakukan simulasi dengan menggunakan software Microwave Office 2002 terlebih dahulu mendesain antena array yang akan dirancang dengan bantuan software Microwave Office 2002, dengan langkah sebagai berikut : 1. Membuka Microwave Office 2002 lalu buat New Project 2. Memilih menu project pada toolbar windows, pilih Add EM Structure lalu New EM Structure 3. Memilih menu Structure pada toolbar, kemudian memilih Enclosure untuk menentukan X-Dimension dan Y-Dimension, Dielectric Layer dan Boundaries 4. Mendesain antena array yang akan dirancang 5. Menyimpan file dalam format (*.emp) Proses dilanjutkan disoftware Microwave Office 2002

25


3.3.2

Desain Antena Array dengan Software Microwave Office 2002

Pada perancangan ini akan dilakukan simulasi dengan bantuan software Microwave Office 2002 dengan langkah sebagai berikut : a. Pada menu toolbar pilih Project > Add EM Structure > New EM Structure. b. Memasukkan

nama “microstrip”untuk membuat

EM Structure baru, lalu klik ok c. Melakukan setting pada enclosure untuk menentukan material dielektrik untuk masing-masing layer dalam EM Structure, ukuran struktur dan jumlah minimum grid. d. Memilih Metric pada Units, dan pilih units mm. Memasukkan nilai untuk X-Dimension dan XDivision. Kemudian masukkan nilai untuk YDimension dan Y-Division. e. Pada Dielectric Layers, pilih layer 1 dan masukkan nilai “0.5” untuk ketebalan dan nilai “1” untuk konstanta dielektrik. f. Pada layer 2, memasukkan nilai “1.1” untuk ketebalan, kemudian

memasukkan nilai 4.6 untuk

konstanta dielektrik, loss tangent 0.002, g. Kemudian membuat layout dengan cara mengklik Draw > Add Rect Conductor.

26


h. Selanjutnya membuat feeding line dengan cara mengklik Draw > Add Rect Conductor i. Kemudian memberi port pada feeding line yang baru dibuat dengan cara pilih Draw > Add Edge Port. j. Lalu melakukan setting frekuensi yang dimulai pada 2.2 GHz sampai 2.8 GHz dengan step 0.1 GHz. k. Membuat grafik dengan memasukkan parameterparameternya l. Menjalankan proses simulasi dengan mengklik “Analyze” m. Untuk mendapatkan hasil yang sesuai dan optimal dilakukan dengan cara merubah – rubah ukuran patch dan pencatuan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.2 n. Terakhir didapat hasil yang optimal

3.3.3 Hasil Rancangan Microstrip Antena 1 Elemen dan 4 Elemen dengan Pencatuan Stripline Kali ini saya akan merancang simulasi mikrostrip 1 elemen dan 4 elemen. Kedua model mikrostrip ini didesain dengan FR4 ( εr = 4,6 ) dengan ketebalan substrate 1,6 mm Antena ini didesain bekerja pada frekuensi 2.4 GHz untuk aplikasi WLAN (Wireless LAN).

27


3.3.3.1 Layout Antena 1 Elemen Model mikrostrip ini didesain dengan FR4 ( εr = 4.6 ) dengan ketebalan substrate 1.6 mm. bidang pentanahan diperlihatkan dengan warna kuning dan microstrip 1 elemen berwarna merah yang didesain di FR4 berukuran 50 mm x 50 mm seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.2. 50 mm

23 mm 28 mm 28

50 mm

28 mm

11,5 mm

2 mm


Gambar 3.2

model antena 1 elemen

Patch antena mempunyai ukuran 23 mm x 28 mm dan 50 Ω catuan jalur microstrip.

3.3.3.2 Layout Antena 4 Elemen Antena array 4 elemen didesain menggunakan FR4 (εr = 4.6) dan mempunyai ukuran substrate 100 mm x 100 mm seperti yang terlihat pada gambar 3.3. Patch antena mempunyai ukuran yang sama dengan antena model 1 elemen yaitu 23 mm x 28 mm.

29


100 mm 23 mm

28 mm

100 mm

48 mm 23 mm 49 mm 4 mm

Gambar 3.3 model antena 4 elemen

30

BAB IV ANALISA DAN PENGUKURAN ANTENA HASIL PERANCANGAN


4.1

Perancangan Antena Pada bagian ini menjelaskan tentang analisa dari hasil perancangan

mikrostrip antena array dengan bantuan software Microwave Office 2002. Dari hasil perancangan didapatkan dua antena microstrip yang memiliki jumlah patch yang berbeda, yaitu 1 elemen dan 4 elemen. Analisa yang dilakukan dalam perancangan ini adalah membandingkan hasil pengukuran antena 1 elemen yang mempunyai ukuran patch 23 mm x 28 mm dengan konduktor berupa tembaga yang mempunyai konduktivitas sebesar 5,88 x 107 S/m serta substrate

yang

mempunyai ukuran 50 mm x 50 mm dengan antena 4 elemen yang merupakan kumpulan dari empat buah antena 1 elemen yang masing – masing mempunyai ukuran 23 mm x 28 mm dan substrate 100 mm x 100 mm yang mempunyai ketebalan 1.6 mm. substrate yang saya gunakan memiliki parameter-parameter εr = 4.6 dan loss tangent = 0.002.

31


(a)

(b) Gambar 4.1

antena hasil perancangan dengan perangkat lunak Microwave Office 2002 (a) antena 1 elemen, (b) antena 4 elemen

32


4.2

Pengaruh Lebar Patch Antena mikrostrip Ukuran lebar dari antena mikrostrip menghasilkan pengaruh terhadap

input impedansi, bandwidth, dan return loss. Pada perancangan antena mikrostrip kali ini untuk mendapatkan hasil yang optimal saya hanya melakukan perubahan pada lebar patch antena mikrostrip. Saya melakukan perubahan pada lebar patch antena mikrostrip sesuai dengan koordinat kartesius (x, y) hingga mendapatkan hasil yang optimal. pada bagian ini penulis akan memberi contoh simulasi pada tiga ukuran lebar patch yang berbeda yaitu 23, 25 dan 27 mm, seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.2. Hasil simulasi pada gambar 4.3, dari penambahan nilai lebar patch antena mulai dari 23 mm, 25 mm dan 27 mm didapati pengaruh : 

Pada resonansi frekuensi 2.4 GHz mengalami kenaikan nilai return loss. Untuk lebar patch 23mm sebesar -35.39 dB, nilai return loss untuk lebar patch 25mm sebesar -29.81 dB dan untuk lebar patch 27mm sebesar -24.62 dB.



Nilai VSWR mengalami peningkatan, pada lebar 23 mm VSWR yang dihasilkan 1.035, untuk lebar 25 mm VSWR yang dihasilkan 1.067 dan untuk lebar 27 mm VSWR yang dihasilkan 1.125



Impedansi masukkan untuk lebar 23 mm sebesar 51.536 Ω, untuk lebar 25 mm sebesar 53.1072 Ω, dan untuk lebar 27 mm sebesar 55.1877 Ω.

33


(a)

(b)

(c) gambar 4.2

antena mikrostrip dengan lebar (a) 23 mm, (b) 25 mm, (c) 27 mm

(a)

34


(b)

(c)

Gambar 4.3

Simulai (a) return loss, (b) VSWR, (c) input impedansi

35


4.3

Pengaruh Panjang Patch Antena Mikrostrip Ukuran panjang dari antena mikrostrip menghasilkan pengaruh terhadap

input impedansi, bandwidth, dan return loss. Pada perancangan antena mikrostrip kali ini untuk mendapatkan hasil yang optimal saya melakukan perubahan padapanjang patch antena mikrostrip. Saya melakukan perubahan pada panjang patch antena mikrostrip sesuai dengan koordinat kartesius (x, y) hingga mendapatkan hasil yang optimal. pada bagian ini penulis akan memberi contoh simulasi pada tiga ukuran panjang patch yang berbeda yaitu 28, 29 dan 30 mm, seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.4. Hasil simulasi pada gambar 4.5, dari penambahan nilai lebar patch antena mulai dari 28 mm, 29 mm dan 30 mm didapati pengaruh : 

Resonansi frekuensi mengalami pengurangan dari 2.4 GHz ke 2.2 GHz. Nilai return loss, untuk panjang patch 28mm sebesar -35.39 dB, nilai return loss untuk panjang patch 29 mm sebesar -21.39 dB dan untuk panjang patch 30mm sebesar -13.7 dB.



Nilai VSWR mengalami peningkatan, pada panjang 28 mm VSWR yang dihasilkan 1.035, untuk panjang 29 mm VSWR yang dihasilkan 1.186 dan untuk panjang 30 mm VSWR yang dihasilkan 1.521.



Impedansi masukkan untuk panjang 28 mm sebesar 51.6 Ω, untuk panjang 29 mm sebesar 37.4 Ω, dan untuk panjang 30 mm sebesar 31.5 Ω.

36


(a)

(b)

(c) gambar 4.4

antena mikrostrip dengan panjang (a) 28 mm, (b) 29 mm, (c) 3 mm

(a)

37


(b)

(c) Gambar 4.5

Simulasi (a) return loss, (b) VSWR, (c) input impedansi

38


4.4

Analisa dan Pengukuran Antena Microstrip 1 elemen Pada perancangan antena dengan teknik microstrip ini, seperti yang

terlihat pada gambar 4.6, akan dilakukan pengukuran nilai return loss, VSWR ( voltage standing wave ratio) dan diagram radiasi medan E dan medan H dengan bantuan perangkat lunak Microwave Office 2002.

Gambar 4.6

layout antena 1 elemen

Hasil simulasi return loss pada perancangan antena microstrip 1 elemen mempunyai nilai -35,39 dB pada frekuensi 2,4 GHz sedangkan nilai VSWR 1,035 pada frekuensi 2,4 GHz, medan H dalam sudut 90o didapat penurunan level -3 dB berada pada sudut -73,26° dan 78,87° . Sehingga menghasilkan beamwidth

39


sebesar 154,13°. Sedangkan pada medan E pada sudut 90° berada pada sudut 67.34° dan 69.92° sehingga menghasilkan beamwidth sebesar 137.26°, seperi yang diperlihatkan pada gambar 4.7.

(a)

(b)

40


(c)

(d) Gambar 4.7

( a ) simulasi return loss, ( b ) simulasi VSWR, ( c ) pola radiasi medan H, ( d ) pola radiasi medan E

41


4.5

Analisa dan Pengukuran Antena Microstrip array Pada perancangan antena dengan teknik microstrip ini, seperti yang

terlihat pada gambar 4.8, akan dilakukan pengukuran nilai return loss, VSWR ( voltage standing wave ratio) dan diagram radiasi medan E dan medan H dengan bantuan perangkat lunak Microwave Office 2002.

Gambar 4.8

layout antena array

42


Antena array yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz untuk aplikasi WiFi ini menghasilkan simulasi return loss dari antena mikrostrip array ini, didapat nilai -36,64 dB pada frekuensi 2,4 GHz. Dari perolehan nilai return loss yang didapat, antena ini bekerja dengan optimal dikarenakan nilai return loss yang diperlihatkan pada gambar 4.9 jauh lebih kecil dari batas kelayakan return loss antena yaitu -10 dB.

Gambar 4.9

simulasi return loss dari antena mikrostrip array

43


Hasil simulasi untuk VSWR didapat 1,03 pada frekuensi 2,4 GHz, seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.10. Antena ini bekerja dengan optimal, dikarenakan nilai VSWR yang didapat mendekati nilai 1, dan telah memenuhi syarat karena mempunyai nilai VSWR lebih kecil dari 2.

Gambar 4.10

gambar simulasi VSWR pada antena array

44


Pola radiasi yang dihasilkan pada frekuensi resonansi antena array ini, dimana pengukuran pada pola radiasi medan H (EPhi) seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.11, pada sudut 45° didapat penurunan level -3 dB berada pada sudut -4.818° dan 33.84°. Sehingga menghasilkan beamwidth sebesar 38.658°.

Gambar 4.11

pola radiasi medan H

45


Sedangkan pengukuran pada pola radiasi medan E (ETheta) seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.12, pada sudut 90° didapat penurunan level -3 dB berada pada sudut -19.41° dan 13.11°, sehingga menghasilkan beamwidth sebesar 32.52°.

Gambar 4.12. pola radiasi medan E

46


4.6

Bandwidth Pada Perancangan Antena Array Bandwidth dimaksudkan

untuk mengetahui berapa frekuensi yang bisa

divariasikan pada saat pencapaian perolehan VSWR (2 : 1 atau kurang ) dan meminimalisir rugi-rugi dalam pengarahan yang tak diinginkan. Pada hasil pengukuran bandwidth dengan menggunakan perangkat lunak microwave office 2002 untuk antena array ini, didapati nilai lebar pita frekuensi : Bandwidth

= f 2 – f1 = 2,8 GHz – 2,2 GHz = 0,6 GHz = 600 MHz

𝐹𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 –𝐹𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑡𝑒𝑟𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑕

% Bandwidth =

=

=

𝐹𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑛𝑎𝑛𝑠𝑖

600 × 10 6 2.4× 10 9

× 100%

600 × 10 −3 2.4

× 100%

= 25 %

Dengan ketebalan substrate sebesar :

𝑕 𝜆0

=

𝜆0 =

𝑕 𝑐 𝑓

𝑐 𝑓

47

× 100%


8

3 ×10 = 9 2,4×10

= 0,125m =12,5 cm Sehingga : 𝑕 𝜆0

=

=

𝑕 𝑐 𝑓

0,16 12,5

= 0,0128

Jadi dari hasil lebar pita frekuensi dan ketebalan substrate yang didapat dari perhitungan diatas maka didapat efisiensi sebesar 100 % atau sama dengan 1. Directivity yang dimiliki antena mikrostrip hasil perancangan ini didapat dengan rumus : D

= 0.2 W + 6.6 + 10 log ( h/ 𝜀𝑟 ) dB = 0.2 23 + 6.6 + 10 log ( 1.6 / 4.6 ) dB = 4.6 + 6.6 + 10 log ( 1.6 / 2.14 ) dB = 11.2 + 10 log ( 0.74 ) dB = 11.2 – 1.3 = 9.9 dB

Dengan nilai efisiensi yang dihasilkan sebesar 100 % atau sama dengan 1 dan directivity yang dihasilkan sebesar 9.9 dB, sehingga penguatan yang diperoleh pada antena ini adalah :

48


G

=eD = 1 × 9.9 = 9.9 dB

dari semua perhitungan diatas didapat penguatan pada antena ini adalah sebesar 9.9 dB.

4.7

Fabrikasi Antena Hasil Perancangan Pada tahap selanjutnya setelah didapat hasil yang optimal pada ukuran

lebar dan panjang dengan dua buah antena mikrostrip yang memiliki ukuran substrate yang berbeda dan jumlah patch yang berbeda, tetapi mempunyai parameter yang sama. kedua antena ini bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, antena satu elemen yang mempunyai ukuran subtrate 50mm x 50mm menghasilkan return loss -35,59 dB dan nilai VSWR sebesar 1,035. Antena yang mempunyai ukuran substrate 100mm x 100mm dan empat struktur antena menghasilkan return loss -36,64 dB dan VSWR sebesar 1,03. Pada tahap fabrikasi antena sesuai dengan hasil yang didapat dari perancangan antena yang optimal. Pada fabrikasi antena mikrostrip array ini, akan dibuat dua model yang berbeda yaitu antena satu elemen yang mempunyai substrate berukuran 50mm x 50mm dan antena empat elemen yang mempunyai ukuran substrate 100mm x 100mm sebagai perbandingan pada hasil perancangan antena.

49


50


Gambar 4.13 Hasil Fabrikasi Antena 1 Elemen dan 4 Elemen

51

BAB V KESIMPULAN

BAB V KESIMPULAN

Pada tugas akhir ini telah dilakukan perancangan mikrostrip antena array dengan menggunakan bahan FR4 pada batasan frekuensi 1,8 GHz sampai 2.8 GHz, dari hasil simulasi menunjukkan : 

Hasil yang optimal pada antena mikrostrip 1 elemen berdasarkan software yang digunakan yaitu Microwave Office AWR 2002 pada frekuensi 2,4 GHz dihasilkan nilai return loss -35,39 dB dan nilai VSWR 1.035.



Pada antenna mikrostrip 4 elemen yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz memiliki nilai return loss -36,64 dB dan nilai VSWR 1,03.

Sedangkan dari hasil pengukuran dengan Network Analyzer menunjukkan : 1. Hasil nilai Return Loss dan VSWR yang didapatkan berdasarkan alat ukur Network Analizer pada antenna mikrostrip 1 elemen yaitu : 

Antena yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz memiliki Nilai Return Loss -2.62 dB dan nilai VSWR 6,73



Hasil yang mendekati optimal berada pada frekuensi 2.6 GHz yang memiliki nilai Return Loss -6,57 dB dan nilai VSWR 2.79

2. Hasil nilai return loss dan VSWR yang didapat berdasarkan alat ukur Network Analyzer pada antenna mikrostrip 4 elemen yaitu :

52

BAB V KESIMPULAN



Antena yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz memiliki Nilai Return Loss -6.35 dB dan nilai VSWR 2,93



Hasil yang mendekati optimal berada pada frekuensi 2.5 GHz yang memiliki nilai Return Loss -8,12 dB dan nilai VSWR 2.29.

Hasil pada pengukuran dengan alat ukur tidak sesuai dengan hasil pada simulasi komputer, hal ini dikarenakan bahan FR-4 memiliki ketebalan yang berbeda yaitu ±1 mm yang seharusnya pada simulasi sebesar 1.6 mm. Dan juga dikarenakan bahan FR4 itu tersebut tidak diketahui besar nilai dielektrik dan Loss Tangensialnya dikarenakan tidak adanya informasi bahan dari tempat pembelian bahan FR4 tersebut dan dikarenakan juga tidak adanya alat ukur untuk mengukur besar dielektrik di Laboratorium Elektro Universitas Mercu Buana seperti LCR meter. Sehingga penulis membuat besar nilai dielektrik dan loss tangensial pada simulasi dengan nilai yang biasa digunakan oleh bahan FR4. Hasil yang berbeda tersebut bisa juga disebabkan karena penyablonan jalur pada bahan FR4 yang kurang akurat, Kurangnya akurasi pada pembuatan antenna mikrostrip tersebut sehingga hasilnya pun berbeda. Selain itu juga disebabkan oleh penggunaan SMA konektor yang murah sehingga menyebabkan perancangan kurang maksimal dan penyolderan

konektor

ke

antenna

53

mikrostrip

yang

kurang

baik

DAFTAR PUSTAKA

[1]

A. Kurniawan, A. Hasyim, and Y. Wahyu, Design and Implementation of the Second Harmonic Antenna Array At 2.4 GHz/4.8 GHz for Rural Communication International Joint Conference TSSA & WSSA 2006

[2]

Girish Kumar K. P. Ray Broadband Microstrip Antennas, Artech House. Boston, London

[3]

Ramesh Garg, Prakash Bartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook, Artech House. Boston, London.

[4]

Kin-Lu Wong, Advance Planar Antenna Design for Wireless Devices, Dept. Of Electrical Engineering National Sun Yat-Sen University Kaohsiung 8024, Taiwan.

[5]

Kodua Watson Acheampong,

Planar Multibeam Antenna for WLAN

Applications, Uni Duisburg-Essen. [6]

Kin-Lu Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas, Dept. Of Electrical Engineering National Sun Yat-Sen University Kaohsiung 8024, Taiwan.

[7]

Microstripes Reference Manual, Flomerics Ltd. UK, 2004.

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Gambar Rancangan Antena Mikrostrip Array di Mikrowave Offce 2002

Gambar Pembuatan Diagram Antena

Gambar Global Unit Untuk Perancangan Antena Array

Gambar Batasan Frekuensi untuk Perancangan Antena Mikrostrip Array

Gambar Boundaries Pada Substrate Information

Gambar Dielektrik Layers Untuk Memasukkan Parameter Dari Bahan Antena Yang Akan Dirancang

Gambar Enclosure Untuk Menentukan Panjang Dimensi Antena Yang Akan Dirancang

Gambar Measurement

Impedansi Pada Perancangan Antena Array

Impedansi pada Perancangan Antena Satu Elemen

Return Loss Antena Array

VSWR Antena Array

Return Loss Antena Satu Elemen

VSWR Antena satu Elemen

Gambar Arus Listrik Yang Mengalir Pada Antena Satu Elemen 2,4 GHz

Gambar Arus Listrik Yang Mengalir Pada Antena Array 2,4 GHz

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY

Recommend Documents