RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Telekomunikasi
Oleh: NERONZIE JULARDI NIM : 100422024
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI Oleh : NERONZIE JULARDI 100422024 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 10 Bulan Januari Tahun 2013 di depan penguji : 1. Ketua Penguji
: Naemah Mubarakah, ST.MT
2. Anggota Penguji
: Rahmad Fauzi, ST.MT
3. Anggota Penguji
: Ir. M. Zulfin,MT
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
Ali Hanafiah Rambe, ST.MT NIP. 197808262003121001
Diketahui Oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP. 195405311986011002
ABSTRAK
Antena mikrostrip saat ini merupakan salah satu antena yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi, sehingga banyak diaplikasikan pada peralatan-peralatan telekomunikasi modern saat ini. Salah satunya digunakan sebagai WI-FI. Wi-Fi (Wireless Fidelity) adalah koneksi tanpa kabel seperti handphone dengan menggunakan teknologi radio sehingga pemakainya dapat mentransfer data dengan cepat dan aman. Adapun penggunaan antena ini dapat mengakses jaringan wi-fi dari ruang kelas keseluruh kampus atau dari kantor ke kantor yang berlainan dan antar gedung. Tugas Akhir ini dirancang bangun sebuah antena mikrostrip patch circular yang disusun secara planar array yang digunakan sebagai penguat WI-FI. Untuk merancang antena ini dilakukan dengan menggunakan Simulator Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) V.10. Hasil yang diperoleh dari rancang bangun antena mikrostrip yang disusun secara planar array berupa VSWR dengan nilai 1,23 pada frekuensi 2,45 GHz dan gain dengan nilai 6,75 dBi.
KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadiran Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, selanjutnya shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada nabi dan rasul akhir zaman Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelasaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR (2,45 GHZ) DENGAN TEKNIK PLANAR ARRAY SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan ibunda tercinta yang telah mengorbankan segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbanannya Allah membalasnya dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak. Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak, untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe,ST.MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis hingga Tugas Akhir ini teselesaikan.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elekto. 3. Bapak Rahmat Fauzi, ST.MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elekrto Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir.Arman Sani, MT yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang telah mengantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Dan saudara-saudara penulis tercinta Nicell Julardi dan Nevo Julardi terima kasih atas perhatian dan doanya. 6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah member bekal ilmu kepada penulis selama menjalani perkuliahan. 7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Divo dan Bang Martin terima kasih atas semua bantuannya. 8. Sahabat sekaligus teman terbaik Bang Wira Indani terima kasih atas semua bantuannya, semoga Allah membalas semua kebaikan walaupun entah dimana kita nantinya jangan lupa saling menasehati untuk kebaikan. 9. Sahabat-sahabat ekstensi 2010: Astrid, Edward, Roland, Franklin, Saipul, Ginda, Yoland, Fauziah, Nata, Bang Doni, Dontri, Eljas, Iwan, Juhendra, Ami, Reni, Gita, Ramando, Bang Hatta, Raihan, Nova, Winny, Masta, dan Fadilahani serta tak disebut namanya terima kasih atas kebaikan yang telah
kalian berikan kepada penulis selama kukiah, semoga silaturahim kita terus terjaga. 10. Semua pihak yang tidak sempat penulis satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis mohon perlidungan pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri.
Medan, November 2012 Penulis
Neronzie Julardi Nim. 100422024
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................................i KATA PENGANTAR ..............................................................................................ii DAFTAR ISI .............................................................................................................v DAFTAR GAMBAR ................................................................................................viii DAFTAR TABEL ....................................................................................................x BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................................1 1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................2 1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................................2 1.4 Batasan Masalah.........................................................................................2 1.5 Metode Penulisan .......................................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................4 BAB II. TEORI DASAR ANTENA DAN WI-FI ..................................................5 2.1 Umum.........................................................................................................5 2.2 Model Cavity ..............................................................................................6 2.3 Antena Mikrostrip Patch Circular .............................................................9 2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip .........................................................11 2.4.1 Bandwith Antena .............................................................................12 2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ...........................................14 2.4.3 Return Loss ......................................................................................15 2.4.4 Pola Radiasi Antena .........................................................................15 2.4.4.1 Pola Radiasi Antena Omnidirectional.................................15 2.4.4.2 Pola Radiasi Antena Sectoral ..............................................16 2.4.4.3 Pola Radiasi Antena Directional .........................................17 2.4.5 Impedansi Masukan .........................................................................18
2.4.6 Gain Antena .....................................................................................18 2.4.7 Keterarahan (Directivity) .................................................................20 2.5 Teknik Pencatuan .......................................................................................21 2.6 Teknik Array ..............................................................................................23 2.7 Impedance Matching ..................................................................................25 2.8 Power Divider ............................................................................................26 2.9 T-Juntion 50 Ohm ......................................................................................26 2.10 WI-FI (Wireless Fidelity) ..........................................................................27 2.10.1 Keunggulan dan Kelemahan Jaringan Wireless .............................29 2.11 Ansoft High Frequency Strukture Simulator V. 10 ..................................29 2.12 Aplikasi Antena Mikrostrip.......................................................................30 BAB III. PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PACTH CIRCULAR ..............................................................................33 3.1 Umum........................................................................................................33 3.2 Peralatan Yang Digunakan........................................................................33 3.3 Perancangan Antena Elemen Tunggal .......................................................34 3.3.1 Menentukan Karakteristik Antena .................................................36 .
3.3.2 Jenis Substrat Yang Digunakan ......................................................36 3.3.3 Perancangan Dimensi Patch Circular Elemen Tunggal .................37 3.3.4 Perancangan Lebar Saluran Pencatu ..............................................37 3.3.5 Simulasi ...........................................................................................38 3.4 Perancangan Antena 4 Elemen Planar Array ...........................................43 3.4.1 Pengaturan Jarak Antar Elemen ......................................................44 3.4.2 Perancangan T-Junction ..................................................................45 3.4.3 Simulasi ...........................................................................................46
BAB IV. PENGUJIAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR 4 ELEMEN PLANAR ARRAY ...................................................................55 4.1 Umum.........................................................................................................55 4.2 Fabrikasi Antena Mikrostrip Patch Circular .............................................55 4.3 Perlengkapan Yang Digunakan ..................................................................57 4.4 Pengujian Parameter Antena ......................................................................58 4.4.1 Pengujian Gain Antena Mikrostrip Patch Circular 4 Elemen .........58 4.4.2 Mengamati Pengujian .......................................................................59 4.4.3 Hasil pengujian .................................................................................60 4.5 Analisa Pencapaian Spesifikasi Antena .....................................................65 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................67 5.1 Kesimpulan ................................................................................................67 5.2 Saran...........................................................................................................68 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Antena sebagai peralatan transisi .......................................................... 6 Gambar 2.2 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch Mikrostrip............................................................................................... 7 Gambar 2.3 Antena mikrostrip patch circular ........................................................... 9 Gambar 2.4 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith ............................................ 12 Gambar 2.5 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional ........................................... 16 Gambar 2.6 Bentuk pola radiasi antena sectoral ....................................................... 17 Gambar 2.7 Bentuk pola radiasi antena directional ................................................... 17 Gambar 2.8 Teknik pencatuan metode proximity coupling ...................................... 23 Gambar 2.9 Antena mikrostrip dengan teknik array ................................................. 24 Gambar 2.10 N-way Wilkinson Combiner .................................................................. 26 Gambar 2.11 T-junction 50 ohm .................................................................................. 27 Gambar 2.12 Mikrostrip pada Wimax ......................................................................... 30 Gambar 2.13 Mikrostrip pada W-LAN ........................................................................ 31 Gambar 2.14 Mikrostrip pada Bandpass Filter............................................................ 31 Gambar 2.15 Mikrostrip pada Mobile Satelite ............................................................. 32 Gambar 3.1 Diagram alir perancangan patch elemen tunggal ............................................ 35 Gambar 3.2 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari dimensi saluran pencatu ........... 37 Gambar 3.3 Model antena mikrostrip patch circular elemen tunggal ....................... 38 Gambar 3.4 Grafik VSWR hasil simulasi awal .......................................................... 40 Gambar 3.5 Grafik VSWR hasil iterasi elemen tunggal ............................................ 42 Gambar 3.6 Grafik gain hasil iterasi antena elemen tunggal ..................................... 43 Gambar 3.7 Diagram alir perancangan antena mikrostrip 4 elemen planar array .... 44 Gambar 3.8 Tampilan program TXLine untuk mencari dimensi saluran pencatu...... 46
Gambar 3.9 Model antena mikrostrip patch circular 4 elemen planar array ........... 47 Gambar 3.10 Grafik VSWR hasil awal simulasi 4 elemen ........................................... 48 Gambar 3.11 VSWR hasil iterasi jarak antar elemen .................................................. 50 Gambar 3.12 Gain hasil iterasi jarak antar elemen ...................................................... 52 Gambar 3.13 Rancangan geometri antena 4 elemen planar array .............................. 54 Gambar 4.1 Antena mikrostrip patch circular yang telah difabrikasi ....................... 56 Gambar 4.2 Rangkaian pengujian antena mikrostrip patch circular 4 elemen.......... 58 Gambar 4.3 Pengujian menggunakan antena dipole .................................................. 59 Gambar 4.4 Pengujian menggunakan antena mikrostrip patch circular 4 elemen .... 60 Gambar 4.5 Access point didapat menggunakan antena dipole ................................. 61 Gambar 4.6 Access point didapat menggunakan antena mikrostrip 4 elemen ........... 61 Gambar 4.7 Level sinyal penerimaan menggunakan antena dipole ........................... 63 Gambar 4.8 Level sinyal penerimaan menggunakan antena mikrostrip 4 elemen .... 64
DAFTAR TABEL Tabel2.1 Channel pada Wifi ........................................................................................ 28 Tabel 3.1 Spesifikasi substrat yang digunakan ............................................................ 36 Tabel 3.2 Hasil Iterasi Dimensi Patch Elemen Tunggal .............................................. 41 Tabel 3.3 Hasil Iterasi Lebar Pencatu Elemen Tunggal ............................................... 41 Tabel 3.4 Hasil iterasi jarak antar elemen .................................................................... 49 Tabel 3.5 Perbandingan parameter antena elemen tunggal dan 4 elemen ................... 52 Tabel 4.1 Pencapaian spesifikasi antena................................................................................. 65
