REALISASI ANTENA SUSUN MIKROSTRIP
SEGITIGA EMPAT ELEMEN DENGAN DISTRIBUSI
ARUS BINOMIAL
Realization of Four Element Triangular Microstrip Array Antenna With Binomial Current Distribution
PROYEK AKHIR
untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro
diajukan oleh: LIA ROSLIANA 091331051
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Lia Rosliana
NIM : 091331051
Tempat/Tanggal lahir : Bandung/ 02 September 1991
SD lulus tahun
: 2003 di SD Negeri Neglasari I
SLTP lulus tahun
: 2006 di SMP Negeri 1 Cileunyi
SLTA lulus tahun
: 2009 di SMA Negeri 24 Bandung
Tanggal permulaan kuliah
: 2009
Prestasi yang pernah dicapai: 1. Menjadi bendahara divisi Sosialisasi Masyarakat Himpunan Teknik Telekomunikasi (HIMATEL) - Politeknik Negeri Bandung periode 20102011. 2. The Best News Director of ELTRAS Radio Kampus - Politeknik Negeri Bandung periode 2009.
ii
Bila Anda berkeluh kesah hanya karena harus memperpanjang waktu kerja Anda beberapa jam saja, maka kenanglah punggung bungkuk seorang kakek yang menarik sampah kota ini. Beliau memiliki sesuatu yang ia cintai, yang kepadanya ia ulurkan kerja. Kepada beliau kita belajar tentang pengabdian atas nama cinta.
Kupersembahkan karya tulis ini untuk Allah Yang Maha Baik Ayah, Ibu dan kakak-kakakku tercinta keponakan-keponakanku tersayang serta orang – orang yang selalu menyemangati dan membantuku dalam suka juga duka
iii
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat-Nya kepada penulis, hingga akhirnya proyek akhir dan buku laporan proyek akhir ini dapat penulis selesaikan. Tidak
lupa shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah SAW. Dalam proses penyelesaian proyek akhir ini penulis menemukan berbagai kendala, berkat pertolongan Allah dan pihak-pihak yang ikut berperan didalamnya, maka penulis dapat melaluinya. Untuk itu, penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan
keberkahan-Nya dan pihak-pihak yang telah membantu, yaitu: 1.
Orangtua tercinta yang selalu memberikan kasih sayang, dorongan, dan doa yang tiada henti kepada penulis serta kakak-kakak dan keponakan-keponakan tersayang yang selalu menghibur penulis di saat penulis membutuhkan penyemangat.
2.
Ibu Hepi Ludiyati, ST., M.T. selaku Pembimbing Utama yang telah meluangkan waktu dan memberikan ilmu, nasihat, kritikan, serta doa sehingga proyek akhir ini dapat terselesaikan.
3.
Bapak Asep Barnas Simanjuntak, BSEE, M.T. , Bapak Drs. Ir. Wasit Pardosi, M.Eng. dan Bapak Ridwan Solihin, DUT, S.T., M.T. selaku Penguji yang telah menguji dan memberikan ilmu dan arahan kepada penulis.
4.
Bapak Ir. Hari Purnama ,M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
5.
Bapak Andry Haidar, S.T., M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi.
6.
Seluruh panitia proyek akhir, dosen dan staff karyawan POLBAN yang telah membantu dan memberikan ilmunya yang tiada henti.
7.
Keluarga Budux Squarepants 3TCB, terimakasih atas tiga tahun yang indah serta kenangan yang tak terlupakan.
8.
Teman-teman terbaik Wisnu, Izey, Aan, Deny, terimakasih telah menjadi pendengar, penyemangat dan penghibur dalam masa-masa sulit yang penulis lewati selama ini.
iv
9.
Teman-teman
seperjuangan
angkatan
2009
Program
Studi
Teknik
Telekomunikasi dan Program Studi Telekomunikasi Nirkabel angkatan 2008.
10. Seluruh teman-teman HIMATEL dari seluruh angkatan. Terima kasih untuk segala doa, dukungan, semangat, dan ilmu yang telah diberikan.
11. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas jasanya telah membantu penulis dalam proyek akhir ini, semoga mendapat balasan dan
yang indah dari Allah SWT.
Penulis menyadari sebagai manusia masih banyak kekurangan dalam
penyusunan laporan proyek ahir ini. Untuk itu saran dan kritik yang membangun
sangat penulis harapkan untuk perbaikan kekurangan-kekurangan pada laporan proyek akhir ini. Semoga laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan bagi pembaca umumnya. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Proyek Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi semua pihak umumnya. Aamiin Ya Robbal Aalamiin..
Bandung, Juli 2012
Penulis
v
ABSTRAK
Pada proyek akhir ini telah direalisasikan antena susun mikrostrip segitiga dengan distribusi arus binomial pada frekuensi 1805-1880 MHz dengan menggunakan bahan FR4-Epoxy dan terdiri dari 4 elemen pacth. Untuk
memperlebar bandwidth ditambahkan celah udara diantara dua substrat epoxy. Untuk perancangan dan simulasi digunakan software CST STUDIO SUITE 2010. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh bandwidth 137,6 MHz pada range frekuensi 1802,3-1939,9 MHz pada VSWR ≤ 1,5. Frekuensi tengah bergeser
sebesar 27,7 MHz dan nilai return loss yang didapatkan adalah 25,6 dB pada
frekuensi 1869,8 MHz. Kata kunci: antena susun mikrostrip, segitiga, binomial, bandwidth.
ABSTRACT In this final project has been realized a triangular mikrostrip array antenna with binomial current distribution at frequence 1805-1880 Mhz using FR4-Epoxy and consist of four pacth element. A gap air between two epoxy’s substrate is added to widen bandwidth. Design and simulation with CST STUDIO 2010 software. Based on the results obtained by the measurement, the bandwidth is 137,6 MHz on frequency range from 1802,3 to 1939,9 MHz at VSWR ≤ 1,5. Center frequency shifted by 27,7 MHz and the return loss value is 25,6 dB at 1869,8 MHz.
Keywords : Mikrostrip array antenna, triangular, binomial, bandwidth.
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN......................................................................................i
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ................................................................................ ii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
ABSTRAK ............................................................................................................. vi DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 BAB
1.1
Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
1.2
Perumusan Masalah .................................................................................. 1
1.3
Pemecahan Masalah ................................................................................. 2
1.4
Tujuan ....................................................................................................... 2
1.5
Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.6
Sistematika Laporan ................................................................................. 2
BAB II TINJAUAN TEORITIS ............................................................................. 4 2.1
Pendahuluan ............................................................................................. 4
2.2
Tinjauan Pustaka ...................................................................................... 5
2.3
Antena Mikrostrip Patch Segitiga Sama sisi ............................................ 6
2.4
Fringing Effect ......................................................................................... 8
2.5
Teknik Pencatuan ..................................................................................... 9
2.6
Dimensi Saluran Pencatu Antena Mikrostrip ......................................... 11
2.7
Transformator /4................................................................................... 11
2.8
Antena Susun .......................................................................................... 12
2.8.1
Susunan Dua Sumber Titik Isotropis .............................................. 13
2.8.2
Prinsip perkalian diagram dan sintesa pada susunan antena sejenis 17
2.8.3
Susunan linier n sumber titik isotropis ............................................ 19
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT ....................................... 32 3.1
Pendahuluan ........................................................................................... 32
3.2
Spesifikasi Perancangan ......................................................................... 33
3.3
Spesifikasi Bahan ................................................................................... 33
vii
3.4
Perhitungan Dimensi Antena Tunggal ................................................... 33
3.4.1
Dimensi Patch Antena Segitiga Sama Sisi Satu Elemen ................ 34
3.4.2
Dimensi Saluran Pencatu ................................................................ 35
3.4.3
Dimensi Groundplane ..................................................................... 36
3.4.4
Dimensi Celah Udara Antara 2 Substrat FR4 Epoxy ...................... 37
3.4.5
Hasil Simulasi Antena Tunggal ...................................................... 37
3.5
Perhitungan Dimensi Antena Susun Mikrostrip Binomial ..................... 39
3.5.1
Jarak antar elemen ........................................................................... 39
3.5.2
Dimensi Feeding Network............................................................... 39
3.5.3
Dimensi Groundplane Binomial Array ........................................... 45
3.5.4
Dimensi Celah Udara Binomial Array ............................................ 46
3.6
Hasil Simulasi Antena Susun Mikrostrip Binomial ............................... 46
3.7
Realisasi Antena Susun Mikrostrip Binomial......................................... 48
BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISA ............................. 50 4.1
Pendahuluan ........................................................................................... 50
4.2
Pengukuran Return Loss, VSWR, Bandwidth, dan Impedansi .............. 50
4.2.1
Peralatan yang digunakan ............................................................... 51
4.2.2
Prosedur Pengukuran ...................................................................... 51
4.2.3
Hasil Pengukuran VSWR, Bandwidth, Return Loss, dan Impedansi .........................................................................................................52
4.3
Pengukuran Pola Radiasi ........................................................................ 55
4.3.1
Peralatan yang digunakan ............................................................... 56
4.3.2
Prosedur Pengukuran ...................................................................... 56
4.3.3
Hasil Pengukuran Pola Radiasi ....................................................... 57
4.4
Analisa Hasil Pengukuran ...................................................................... 60
4.5
Analisa Kinerja Uniform, Binomial, dan Dolph-Chebyshev .................. 61
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 62 5.1
Kesimpulan ............................................................................................. 62
5.2
Saran ....................................................................................................... 62
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 63
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Konstruksi antena mikrostrip ................................................................ 4 Gambar 2. Macam-macam bentuk patch antena mikrostrip ................................... 6 Gambar 3. Antena mikrostrip patch segitiga sama sisi ........................................... 7
Gambar 4. Fringing effect ....................................................................................... 8 Gambar 5. Mikrostrip line ....................................................................................... 9 Gambar 6. Coaxial probe ...................................................................................... 10 Gambar 7. Aperture coupling................................................................................ 10
Gambar 8. Proximity coupling .............................................................................. 10
Gambar 9. Penyesuai transformator /4................................................................ 12 Gambar 10. Susunan dua sumber titik isotropis.................................................... 13 Gambar 11. Diagram arah medan ......................................................................... 14 Gambar 12. Diagram fasa ..................................................................................... 14 Gambar 13. Diagram arah medan pada kondisi amplitudo sama dengan beda fasa 180o .................................................................................................. 16 Gambar 14. Plot pada amplitudo sama, beda fasa 90o .......................................... 16 Gambar 15. Distribusi arus uniform ...................................................................... 19 Gambar 16. Grafik faktor susunan dan pola medan .............................................. 21 Gambar 17. Pola pancar distribusi arus uniform dan non-uniform ....................... 22 Gambar 18. Segitiga pascal ................................................................................... 23 Gambar 19. Selisih fasa kuat medan ..................................................................... 25 Gambar 20. Medan total untuk n-genap ................................................................ 25 Gambar 21. Medan total untuk n-ganjil ................................................................ 26 Gambar 22. Distribusi non-uniform optimum (dolph-chebyshev) ........................ 27 Gambar 23. Grafik untuk polinom – polinom chebyshev untuk nilai m=1 s/d 5 dengan x=cos φ/2 ............................................................................. 28 Gambar 24. Grafik polinom chebyshev untuk nilai m= 1 s/d 5. ........................... 28 Gambar 25. Contoh grafik polynom ..................................................................... 29 Gambar 26. Diagram arah kuat medan ................................................................. 30 Gambar 27. Diagram alir untuk perancangan dan realisasi antena susun mikrostrip binomial ........................................................................................... 32
ix
Gambar 28. Dimensi patch antena mikrostrip segitiga sama sisi ......................... 35
Gambar 29. Desain antena tunggal pada CST Microwave Studio ........................ 37
Gambar 30. Simulasi antena tunggal pada simulator CST ................................... 37 Gambar 31. Respon return loss hasil simulasi ...................................................... 38 Gambar 32. Respon VSWR hasil simulasi ........................................................... 38
Gambar 33. Perancangan antena susun patch segitiga binomial .......................... 40 Gambar 34. Perancangan antena susun binomial pada CST Microwave Studio .. 46 Gambar 35. Respon VSWR antena susun mikrostrip binomial pada CST ........... 47 Gambar 36. Respon return loss antena susun mikrostrip binomial pada CST ..... 47
Gambar 37. Gain antena susun mikrostrip binomial pada CST............................ 48
Gambar 38. Pola radiasi antena susun mikrostrip binomial pada CST ................. 48 Gambar 39. Realisasi antena mikrostrip binomial array (tampak depan) ............ 48 Gambar 40. Realisasi antena mikrostrip binomial array (tampak samping) ........ 49 Gambar 41. Realisasi antena mikrostrip binomial array (tampak belakang) ....... 49 Gambar 42. Skema pengukuran return loss, VSWR, bandwidth dan impedansi . 51 Gambar 43. Respon VSWR fungsi frekuensi ....................................................... 52 Gambar 44. Respon return loss fungsi frekuensi .................................................. 53 Gambar 45. Smith Chart hasil pengukuran impedansi.......................................... 54 Gambar 46. Plot pola radiasi bidang azimut dalam bentuk polar ......................... 59 Gambar 47. Plot pola radiasi bidang elevasi dalam bentuk polar ......................... 59
x
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Keterangan Gambar 21 ........................................................................... 27
Tabel 2. Arah kuat medan ..................................................................................... 30 3. Perbandingan distribusi arus uniform dan non-uniform ......................... 31 Tabel
Tabel 4. Parameter hasil simulasi antena mikrostrip tunggal ............................... 38 Tabel 5. List impedansi fungsi frekuensi antena tunggal ...................................... 39 Tabel 6. Hasil pengukuran VSWR ........................................................................ 52
Tabel 7. Hasil pengukuran return loss .................................................................. 53 8. List impedansi hasil pengukuran ............................................................. 54 Tabel
Tabel 9. Hasil pengukuran azimut ........................................................................ 57 Tabel 10. Hasil pengukuran elevasi ...................................................................... 58 Tabel 11. Perbandingan VSWR dan bandwidth antara spesifikasi, simulasi dan pengukuran. ........................................................................................................... 60 Tabel 12. Perbandingan kinerja uniform, binomial dan dolph-chebyshev ............ 61
xi
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
Balanis, A. Constantine. Antenna Theory : Analysis Design Third Edition. John Willey & Sons. Inc. 2005.
[3]
Ananda, Nessa. Desain dan Implementasi Antena Susun Mikrostrip Empat Persegi Panjang dengan Distribusi Arus Binomial (Proyek Akhir). Bandung: Politeknik Negeri Bandung. 2011
Damayanto, Reza. Realisasi Antena Mikrostrip Patch Segitiga untuk Aplikasi WiMAX (Proyek Akhir). Bandung: Politeknik Negeri Bandung. 2011
[4]
Kumar, Girish and Ray, K.P. Broadband Microstrip Antennas. London: Artech House Boston. 2003
[5]
M. Darsono. Antena Array Mikrostrip Patch Radiator Segitiga Samasisi Dengan Polarisasi Lingkaran Untuk Sistem Satelit Quasi Zenith. Depok. 2007.
[6]
Mulyani, Sifa. Realisasi Antena Susun Mikrostrip Empat Persegi Panjang dengan Distribusi Arus Binomial (Proyek Akhir). Bandung: Politeknik Negeri Bandung. 2010
[7]
Santosa, Slamet Purwo. Antena Mikrostrip Segitiga Dengan Saluran Pencatu Berbentuk Garpu Yang Dikopel Secara Elektromagnetik. Depok. 2008.
[8]
Stutzman, W. L. and Thiele, G. A., Antenna Theory and Design, John Willey & Sons, Inc., 1998
63
