TESIS ANTENA PANEL 2,4 GHz DENGAN MENGGUNAKAN MIKROSTRIP BIQUAD 4 LARIK
PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN OPTOELEKTRONIKA JURUSAN FISIKA FMIPA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG MASALAH Perkembangan teknologi komunikasi nirkabel (wireless), memerlukan perangkat yang mampu mengubah energi atau signal dalam medium pemandu ke ruang bebas, yaitu Antena Antena mikrostrip merupakan antena yang mudah dirancang dan difabrikasi namun memiliki karakteristik dengan bandwidth yang sempit. Salah satu cara untuk memperlebar bandwidth adalah dengan menambah larik (array) . Cara untuk meningkatkan gain adalah memisahkan mikrostrip dengan reflektornya.
Antena Panel 2,4 GHz Dengan Menggunakan Mikrostrip Biquad 4 Larik
RUMUSAN MASALAH
Bagaimanakah desain dari antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz? Seberapa besar Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Return Loss (RL), Bandwidth dan gain antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang dibuat? Bagaimanakah pola radiasi gelombang elektromagnetik pada antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang dibuat?
BATASAN MASALAH
Antena mikrostrip didesain menggunakan substrat FR4 double side dengan konstanta dielektrik 4,3. Data hasil pengukuran yang dibutuhkan berupa Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Return Loss (RL), bandwidth, gain dan pola radiasi gelombang elektromagnetik. Analisis hanya dilakukan pada hasil desain dan fabrikasi berupa ukuran antena yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, data hasil pengukuran berupa Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Return Loss (RL), bandwidth, gain dan pola radiasi gelombang elektromagnetik. Metode penelitian meliputi fabrikasi dan karakterisasi.
TUJUAN PENELITIAN
Membuat antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz. Mengkarakterisasi antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang telah dibuat melalui pengukuran Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Return Loss (RL), bandwidth, gain dan pola radiasi gelombang elektromagnetik. Membuat software perhitungan impedansi dan VSWR antena panel mikrostrip biquad 4 larik yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.
MANFAAT PENELITIAN
Dapat dibuat antena panel mikrostrip biquad pada frekuensi kerja 2,4 GHz. Dapat merekomendasi desain antena panel mikrostrip biquad yang memberikan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), Return Loss (RL), bandwidth, gain dan pola radiasi gelombang elektromagnetik untuk Komunikasi wifi.
TINJAUAN PUSTAKA
Antena Mikrostrip Biquad
Antena biquad merupakan gabungan dari dua quad Panjang sisi dari antena quad adalah ¼ λ agar kondisi matching terpenuhi.
Hubungan Panjang Gelombang dan Koefisien Permitivitas Efektif :
λo λg = ε eff
εeff : permitivitas efektif.
λo : panjang gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa. λg : panjang gelombang elektromagnetik dalam mikrostrip.
Garis Transmisi (Transmission Line)
Antena merupakan suatu sistem konduktor yang dapat mentransfer energi listrik dari satu titik ke titik lain.
Gelombang datang: gelombang yang bergerak ke kanan. Gelombang Pantul : gelombang yang bergerak ke kiri. z = 0 ditempatkan pada beban Tegangan pada saluran transmisi:
V ( z ) = Vi e − j k z + Vr e j k z
(
V ( z ) = Vi e − j k z + Γ e j k z
)
Vr Γ= Vi
(
1 Vi e − j k z − Γ e j k z Zo
Arus pada saluran transmisi:
I ( z) =
Impedansi Z(z)
:
e− j k z + Γ e j k z Vz Z ( z) ≡ = Zo Iz e− j k z − Γ e j k z
:
Γ=
Pada z = 0, Z(0) = ZL
)
Z L − Zo Z L + Zo
Pada rangkaian yang terhubung singkat, ZL = 0, diperoleh koefisien pantul Γ = -1 dan Vr = - Vi , artinya tegangan berubah tanda pada pantulan dan merambat kembali sepanjang saluran. Pada rangkaian terbuka, ZL = ∞, diperoleh koefisien pantul Γ = 1 dan Vr = Vi Saat terjadi kondisi matching yaitu ZL = Zo, diperoleh Γ = 0 dan Vr = 0, artinya tidak ada gelombang yang dipantulkan atau semua gelombang yang datang diteruskan.
Pada z = - l
:
Z L + j Z o tan k l Z ( z = −l ) = Z o Z o + j Z L tan k l
Pada garis transmisi sepanjang l dapat diuraikan rangkaian ekuivalennya sebagai berikut :
Impedansi karakteristik antena :
Zo =
R + jωL G + jω C
Pada medium lossless, R = 0 dan G = 0,
Zo =
L C
rangkaian terhubung singkat (short circuit) dan rangkaian terbuka (open circuit) :
Zsc = j Zo tan k l Zoc = − j Zo cot k l
Parameter Antena Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Vmaks = Vi + Vr
Vmin = Vi − Vr
V VSWR = maks Vmin Standing Wave Ratio (SWR)
:
SWR (dB ) = 20 log VSWR
Hubungan antara VSWR dan koefisien pantul (Γ) :
Γ=
VSWR − 1 VSWR + 1
Z L − Zo 1 + 1+ Γ Z L + Zo Hubungan antara VSWR dan impedansi : VSWR = = 1− Γ Z − Zo 1 − L Z L + Zo
Return Loss (RL)
:
P RL = 10 log r Pi
RL = 20 log Γ Bandwidth Antena Merupakan daerah rentang frekuensi dimana antena dapat bekerja secara efektif. Didefinisikan sebagai jarak antara frekuensi rendah (f1) dan frekuensi tinggi (f2) terhadap nilai VSWR ≤ 2.
Bw = f 2 − f1 Besarnya f1 dan f2 mengacu pada nilai Return Loss -15 dB yang diperoleh dari grafik hubungan antara frekuensi dan Return Loss.
Pola Radiasi Pola radiasi antena terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang dipancarkan melalui udara bebas dalam bentuk radiasi. Dari pola radiasi yang dihasilkan dapat ditentukan besarnya HPBW (Half Power Beam Width). Besarnya HPBW dinyatakan sebagai setengah kali besarnya sudut yang memisahkan dua titik yang powernya sebesar setengah kali power maksimum pada main lobe.
Gain didefinisikan sebagai 4π kali perbandingan intensitas radiasi pada suatu arah dengan daya yang diterima oleh antena penerima dari pemancar. G (θ , φ ) =
4π U (θ , φ ) Pi
Jika seluruh daya input menjadi daya radiasi atau Pi = Pr gain dianggap sebagai direktivitas. Direktivitas adalah kemampuan antena untuk memusatkan energi pada arah tertentu sewaktu memancarkan atau untuk menerima energi dari arah tertentu sewaktu menerima. D=
4π U m Pr
Efisiensi radiasi
:
Pr η= Pi
0≤η≤1
Hubungan gain maksimum dengan efisiensi radiasi, dan direktivitas
G =ηD
Desain Antena Panel Mikrostrip Biquad 4 Larik
kondisi matching terpenuhi jika panjang sisi-sisi biquad dibuat ¼ λ dari frekuensi kerja yang diinginkan
Z + j Z o tan k l Z ( z = l ) = Zo L Z o + j Z L tan k l 2π 1 λ λ 4 Z = Zo 2π 1 Z o + j Z L tan λ λ 4 Z L + j Z o tan
, dengan l = ¼ λ
Z o2 = Z Z L Impedansi karakteristik transmission line (Zo) adalah konstan maka diperoleh:
Z = Zo = Z L
kondisi matching
Impedansi karakteristik (Zo) dapat dihitung melalui persamaan-persamaan: Jika t/h ≤ 0,005, 2 ≤ εr ≤ 10 dan w/h ≥ 0,1, maka t diabaikan. - Untuk w/h < 3,3:
Zo =
2 h h ln 4 + 16 + 2 2 (ε r + 1) w w 119,9
- Untuk w/h >3,3:
119,9 π w ln 4 ln (eπ 2 / 16) ε r − 1 ε r + 1 π e w + + Zo = + + ln + 0,94 ln 2 2π 2 ε r 2h π 2h ε r 2πε r 2
−1
Panjang gelombang pada mikrostrip dapat ditentukan melalui persamaan: λg =
λo ε eff
εeff = permitivitas efektif.
λo = panjang gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa.
dengan nilai permitivitas efektif (εeff): - Untuk w/h < 1,3:
εr +1 1 ε r −1 π 1 4 ln + ε eff = ln 1 − 2 2 H ' ε r + 1 2 ε r π 2 h h H ' = ln 4 + 16 + 2 w w - Untuk w/h > 1,3:
ε eff =
ε r +1 ε r −1 2
+
2
h 1 10 + w
−0,555
−2
Perhitungan untuk menentukan Impedansi Karakteristik (Zo) mengacu pada teori kapasitansi. Kapasitansi dasar dari udara dan substrat-line dengan batasan 0,2 ≤ w/h ≤ 2 ; 0,05 ≤ s/h ≤ 2 dan εr ≥ 1 Untuk mode Genap:
Untuk mode ganjil:
Kapasitansi total untuk masing-masing mode genap dan mode ganjil :
Ce = C p + Cf + Cf' Co = C p + Cf + Cga + Cgd
Dengan: C p = ε oε r
w h
2Cf =
ε eff cZ0
− Cp
Cf' =
Cf εr 1 + ( Ah / s ) tanh( 8s / h ) ε eff
A = exp{−0.1exp(2,33 − 2,53w / h )}
s = 0.25λ sin 450
K (k ' ) Cga = ε 0 K (k )
untuk
0 ≤ k 2 ≤ 0,5 K (k ' ) 1 1 + k ' = ln 2 K (k ) π 1 − k '
untuk
0,5 < k 2 ≤ 1
π K (k ' ) = K (k ) ln{2(1 + k ) /(1 − k )}
dengan
k=
s/h dan s / h + 2w / h
k ' = 1− k 2
ε ε 4 s 0,02 ε r + 1 − ε r −2 Cgd = 0 r lncoth + 0,65Cf π π h s/h
Impedansi karakteristik pada mode genap
Z0e = c CeCe'
−1
dengan
Ce' =
Ce εeff
Impedansi karakteristik pada mode ganjil −1 ' Z0o = c CoCo dengan
Co' =
Co εeff
Impedansi karakteristik total adalah:
Z o = Z 0e . Z 0o
Perhitungan untuk menentukan Impedansi total (ZL) pada Biquad
Besarnya impedansi beban pada Quad ( ZL1)
ZL1 = 4 . ZOB Menghitung Zin
Untuk Quad Z + jZoB tan k l1 Zin = ZoB L1 ZoB + jZL1 tan k l1 k=
2π
λgB
l1 =
1 λ 4
Untuk microstripline Z + jZoM tan k l 2 Zin = ZoM L ZoM + jZL tan k l 2 k=
2π
λgM
l2 =
1 λ 2
Menghitung ZP menggunakan persamaan:
ZLx . ZLy Zp = ZLx + Z y
METODOLOGI PENELITIAN
DIAGRAM RANCANGAN PENELITIAN
PERANCANGAN Bahan mikrostrip dari substrat FR4 dengan εr = 4,3 Lebar pita biquad adalah 2 mm Lebar mikrostrip line adalah 1 mm
l1 = 3.125 cm l2 = 6.250 cm PEMBUATAN
BAHAN DAN PERALATAN • PCB single side • PCB double side • Larutan feritclorit (FeClO3) • Konektor tipe N-female • Tembaga foil • Kayu penyangga antena
• Solder • Timah • Penggaris • Cutter • Gergaji besi • Bor listrik
LANGKAH PEMBUATAN • Membuat pola antena dengan program Corel Draw, sesuai dengan ukuran • Mencetak pola antena pada scotlight melalui printer. • Memotong PCB double side dengan ukuran 23x19.2 cm • Scotlight dipotong sesuai pola dan ditempel ke PCB double side. • PCB double side yang terpola scotlight dieching dengan larutan feritclorit. • Memotong PCB single side yang akan dipakai sebagai reflektor dengan ukuran 35x31,2 cm • Merangkai PCB double side, reflektor dan konektor.
Karakterisasi Antena Pengukuran VSWR dan Return Loss
Pengukuran Pola Radiasi
Analisi Data Hasil Pengukuran Hasil pengukuran dari Network analyzer berupa frekuensi dan SWR. Dari data SWR dilakukan perhitungan untuk memperoleh: SWR / 20 • VSWR dengan persamaan VSWR = 10 • Return Loss dengan persamaan RL = 20 log Γ • Bandwidth dengan persamaan Bw = f 2 − f1 Hasil pengukuran pola radiasi secara horisontal maupun vertikal di plot dalam grafik radar dengan menggunakan software microsoft excel. Sedangkan untuk mengukur besar Gain antena mikrostrip biquad dilakukan dengan cara menghitung selisih sinyal terbesar yang diperoleh antena mikrostrip biquad pada sudut tertentu dengan sinyal yang dihasilkan oleh antena pembanding (monopole).
Pembuatan Software Perhitungan Impedansi dan VSWR Perancangan antena menggunakan Software Visual Basic. Software ini dibuat untuk memudahkan perhitungan impedansi antena yang selanjutnya digunakan untuk menghitung VSWR. Hasil perhitungan VSWR dari software tersebut dibandingkan dengan VSWR yang diperoleh dari hasil pengukuran yang menggunakan Network analyzer.
Kesalahan Pengukuran Dalam setiap peristiwa pengukuran selalu dihinggapi oleh ketidakpastian. Pada penelitian ini, untuk menentukan nilai VSWR dan Return Loss dilakukan pengukuran dengan menggunakan Network analyzer. Data yang diperoleh dari Network analyzer adalah frekuensi dan SWR, dimana data-data tersebut merupakan pengukuran tunggal dengan NST sesuai dengan spesifikasi Network analyzer yang digunakan. Dengan demikian nilai VSWR dan Return Loss yang dihasilkan dihinggapi oleh ketidakpastian.
∆ VSWR = ∆ RL =
∂ VSWR ∆ SWR ∂ SWR
∂ RL ∆ SWR ∂ SWR
(VSWR ± ∆ VSWR )
(RL ± ∆ RL )
Untuk mengetahui sampai sejauh mana kesalahan yang terjadi pada proses fabrikasi pada penelitian ini adalah dengan membandingkan nilai VSWR yang dihasilkan dari pengukuran dengan menggunakan Network analyzer dan nilai VSWR hasil perhitungan dengan menggunakan software. Besar perbedaannya dinyatakan dengan persen adalah:
VSWR Network analyzer − VSWRsoftware VSWRsoftware
x100%
Secara keseluruhan, sumber-sumber kesalahan yang dapat terjadi dalam pada penelitian ini adalah kesalahan pengukuran, kesalahan fabrikasi, dan beberapa kemungkinan kesalahan lain yang akan terdeteksi setelah melakukan penelitian. Kesalahan-kesalahan dalam pengukuran dan fabrikasi meliputi kesalahan pengukuran dengan menggunakan alat Network analyzer (ε1), pengukuran patch dengan program Corel Draw (ε2), pengukuran ketebalan substrat dengan menggunakan jangka sorong (ε3), pengukuran panjang PCB dengan menggunakan mistar (ε4) dan kesalahan saat pemotongan PCB (ε5). Kesalahan keseluruhan dari penelitian ini adalah: (Fraden, 2003)
ε total = ε 12 + ε 22 + ε 32 + ε 42 + ε 52 + ε x2 εx merupakan kesalahan lain yang ditemukan pada saat penelitian.
HASIL DAN PEMBAHASAN
HASIL ANTENA
HASIL PENGUKURAN Network analyzer.
Data yang diperoleh dari Network analyzer berupa frekuensi dan SWR.
Hubungan Antara Frekuensi dan VSWR. 1.6 1.5
VSWR
1.4
VSWR = 10 SWR / 20
1.3 1.2 1.1 1 2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
Frekuensi (MHz)
Terlihat adanya 3 puncak yang memiliki nilai VSWR kecil. Frekuensi 2180 MHz 2400 MHz 2625 MHz
VSWR = 1.1586 VSWR = 1.1294 VSWR = 1.1904.
Nilai VSWR yang sesuai untuk komunikasi wifi adalah antara 1 sampai dengan 2. Nilai VSWR semakin mendekati 1, maka antena bekerja semakin baik karena daya sinyal yang dipancarkan ke udara bebas semakin besar. Adanya 3 buah puncak pada grafik tersebut mengindikasikan terjadinya resonansi pada antena. Resonansi pada antena terutama disebabkan oleh adanya lekukan antara cabang dari array terhadap stripline yang tidak sempurna dan impedansi feedline yang besarnya tidak tepat 50 ohm. Semakin banyak lekukan pada antena, semakin besar pula pantulan yang ditimbulkan.
Hubungan Antara Frekuensi dan Koefisien Refleksi. 0.25
Koef. Refleksi
0.2 0.15
Γ=
0.1 0.05 0 2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
Frekuensi (MHz)
Terlihat adanya 3 puncak yang memiliki nilai Γ kecil. Frekuensi 2180 MHz 2400 MHz 2625 MHz
Γ = 0.0734 Γ = 0.0607 Γ = 0.0869
3000
VSWR − 1 VSWR + 1
Nilai koefisien refleksi berkisar antara 0 sampai 1. Semakin kecil nilai koefisien refleksi semakin baik kerja antena. 1 Nilai koefisien refleksi pada ketiga puncak dari data yang diperoleh menunjukkan bahwa daya dari tegangan input hampir seluruhnya dipancarkan ke udara dan hanya sebagian kecil yang dipantulkan
Hubungan Antara Frekuensi dan Return Loss.
RL (dB) = 20 log Г.
Terlihat adanya 3 puncak yang memiliki nilai RL kecil. Frekuensi 2180 MHz 2400 MHz 2625 MHz
RL = - 22.6751 dB RL = - 24.3261 dB RL = - 21.2163 dB
Nilai return loss identik dengan besarnya nilai penguatan (gain) yang dimiliki antena. Semakin besar gain suatu antena, maka kinerja antena semakin bagus. Karena nilai return loss pada data yang didapatkan bernilai negatif, maka semakin besar nilai negatif return loss, semakin besar sinyal yang diterima antena
Bandwidth Antena Berdasarkan hubungan Frekuensi dan Return loss dapat ditentukan lebar pita frekuensi (bandwidth) yang dihasilkan oleh antena.
Acuan yang digunakan untuk menentukan bandwidth adalah nilai return loss sebesar -15 dB
Nilai return loss sebesar -15 dB terjadi pada rentang frekuensi antara 2020 MHz sampai 2845 MHz, sehingga bandwidth yang dihasilkan sebesar 625 MHz. Pada penelitian sebelumnya yaitu Antena mikrostrip dengan 1 larik (Masduki, K., 2009) hasil pengukuran terhadap return loss memperoleh bandwidth sebesar 600 MHz. Dengan membandingkan besarnya bandwidth kedua antena ini dapat disimpulkan bahwa penambahan jumlah larik antena dapat meningkatkan lebar bandwidth.
Pola radiasi Pengukuran pola radiasi dilakukan di ruang terbuka untuk mengurangi noise yang disebabkan oleh material-material yang dapat menimbulkan pantulan radiasi yang berpengaruh terhadap pola radiasi yang diukur. Proses pengambilan data dilakukan dari sudut 0o sampai 360o dengan step 5o secara horisontal dan vertikal. Posisi 0o ditentukan dengan cara memutar antena sampai mendapatkan nilai daya yang maksimum. Pengolahan data dilakukan dengan menormalisasikan besarnya power yang diperoleh tiap step 5o. Normalisasi dilakukan dengan cara mengurangi semua power hasil pengukuran tiap perubahan sudut dengan power terendah. Untuk mengukur besar Gain antena mikrostrip biquad dilakukan dengan cara menghitung selisih power terbesar yang diperoleh antena mikrostrip biquad pada sudut tertentu dengan power yang dihasilkan oleh antena pembanding (monopole).
Pola Radiasi Horizontal Ternormalisasi Power max = 86 dB Power min = 30 dB Main lobe = 285o – 100o Side lobe = 110o – 280o Null = 105o HPBW sekitar 45o Gain = 86 dB – 63 dB = 23 dB
Pola Radiasi Vertikal Ternormalisasi Power max = 81 dB Power min = 32 dB Main lobe = 275o – 100o Side lobe = 110o – 270o Null = 105o HPBW sekitar 35o Gain = 81 dB – 63 dB = 18 dB
Antena mikrostrip Biquad 4 larik
Reflektor terpisah dari mikrostrip Gain horizontal = 23 dB Gain vertikal
Peneliti sebelumnya
= 18 dB
feeding CPW (reflektor terintegrasi dengan antena)
Mikrostrip Biquad : Gain horizontal = 7 dB Gain vertikal
= 7 dB
Mikrostrip double Biquad : Gain horizontal = 6 dB Gain vertikal
= 7 dB
Hasil Perhitungan Karakterisasi Antena 1. Perhitungan impedansi karakteristik Microstrip Line (ZoM) Dimensi Antena
Ukuran
Tebal patch (t)
0.02 mm
Lebar patch (w)
1 mm
Tebal substrat FR4 (h)
1.6mm
Permitivitas relatif substrat FR4 (εr)
4.3
εeff ZoM
= 3.0097 = 86.68 ohm
2. Perhitungan impedansi karakteristik Biquad (ZoB) Dimensi Antena
Ukuran
Tebal patch (t)
0.02 mm
Lebar patch (w)
2 mm
Tebal substrat FR4 (h1)
1.6mm
Tebal udara (h2)
18 mm
Permitivitas relatif substrat FR4 (εr)
4.3
εeff ZoB
= 1.0386 = 252.70 ohm
3. Perhitungan impedansi beban antena mikrostrip Biquad (ZL). λgM = 72.052 mm
λgB ZL
= 122.655 mm = 35.10 ohm
4. Perhitungan VSWR, Koefisien Refleksi dan Return Loss.
Analisis Kesalahan Pengukuran dan Perhitungan
SWR = 1.057 ∆SWR =
1 1 nst = 0.001 = 0.0005 2 2
VSWR = 10 SWR / 20 = 1.129406
∆ VSWR =
∂ VSWR ∆ SWR ∂ SWR
10 SWR / 20 ln 10 = ∆ SWR = 6.5014 x10 −5 20
VSWR = (1.129406 ± 6.5014 x10 −5 )
10 SWR / 20 − 1 RL = 20 log 10 SWR / 20 + 1 = −24.3261 dB
∂ RL ∆ RL = ∆ SWR ∂ SWR =
2 x 10 SWR / 20 x ln 10 (10
SWR / 10
− 1)
log e ∆ SWR
= 4.099 x10 −3 dB
RL = ( −24.3261± 4.099 x10 −3 ) dB
VSWRNetwork analyzer = 1.129406 VSWRsoftware
= 1.473777
Besar perbedaan pengukuran =
=
VSWR Network analyzer − VSWRsoftware VSWRsoftware
x100%
1.129406 − 1.473777 x100% 1.473777
= 23,367% Perbedaan sebesar 23,367% diakibatkan ruang saat pengukuran dengan network analyzer bukan ruang Anechoic Chamber (ruang anti gema dan pantulan gelombang), sehingga saat pengukuran terdapat sinyal dari beberapa wifi yang masuk. Pengaruh dari sinyal wifi tersebut menyebabkan nilai VSWR antena menjadi lebih kecil.
Wifi
Power (dB)
B306 Unsecure wireless network
5
B105 Controlsystemslab
1
B104cssc 031-726227722
1
Lipist B204
1
Telkom
1
Lab Simulasi B103
1
Secara keseluruhan, kesalahan yang terjadi pada penelitian ini diakibatkan oleh kesalahan : - Network analyzer (ε1)
ε1 =
0.0005 ∆SWR x100% = 0.0473% x100% = 1 . 057 SWR
- pengukuran patch dengan program Corel Draw (ε2)
0.001 0.001 x100% + x100% = 0.15% 2 1 - pengukuran ketebalan substrat dengan jangka sorong (ε3) 0.025 = 1.5625% ε3 = x100% 1.6 - pengukuran panjang PCB dengan mistar (ε4)
ε2 =
0.5 0.5 x100% + x100% 192 230
ε4 =
= 0.4778%
- pemotongan PCB (ε5)
1 1 x100% + x100% 192 230
ε5 =
= 0.9556%
Kesalahan keseluruhan dari penelitian ini:
ε total = ε12 + ε 22 + ε 32 + ε 42 + ε 52 + ε x2 = (0.0473) 2 + (0.15) 2 + (1.5625) 2 + (0.4778) 2 + (0.9556) 2 + ε x2 = 3.6076 + ε x2 %
εx
merupakan kesalahan lain yang ditemukan pada saat penelitian namun tidak dapat ditentukan nilainya, diantaranya adalah kesalahan penyolderan, kesalahan proses pencetakan pada PCB, dan kesalahan pada proses pengukuran.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan 1. Telah dibuat dan dikarakterisasi Antena Panel mikrostrip Biquad 4 Larik pada frekuensi kerja 2,4 GHz. 2. Hasil karakterisasi dengan Network Analyzer VSWR = 1,1294, Γ = 0,0607 dan RL = -24,3261 dB. Nilai VSWR yang mendekati 1 pada frekuensi kerja tersebut menunjukkan bahwa daya masukan ditransmisikan hampir keseluruhan ke udara dan hanya sebagian kecil yang direfleksikan. Return loss yang dihasilkan antena < -15 dB berada dalam rentang nilai yang dapat diterima untuk komunikasi dua arah. Bandwidth = 625 MHz (rentang frekuensi 2020 MHz - 2845 MHz) Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yaitu Antena mikrostrip dengan 1 larik (Masduki, K., 2009): Bandwidth = 600 MHz. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa penambahan jumlah larik antena dapat meningkatkan lebar bandwidth.
Hasil pengukuran pola radiasi Pola radiasi horisontal : Gain = 23 dB dengan HPBW sekitar 45o Pola radiasi vertikal
: Gain = 18 dB dengan HPBW sekitar 35o.
Dibandingkan penelitian sebelumnya tentang antena dengan feeding CPW (Coplanar Waveguide) yang terintegrasi langsung sebagai reflektor antena, diantaranya adalah • Antena mikrostrip double Biquad (Budiningrum, U.S., 2009) Gain pada pola radiasi horizontal = 6 dB Gain pada pola radiasi vertikal = 7 dB • Antena mikrostrip Biquad (Masduki, K., 2009) Gain pada pola radiasi horizontal = 7 dB. Gain pada pola radiasi vertikal = 7 dB Dengan demikian penggunaan reflektor yang terpisah dari mikrostrip dapat mengurangi kebocoran medan elektromagnetik yang keluar dari sisi-sisi antena.
3. Telah dibuat software Visual Basic untuk mempermudah perhitungan impedansi dan VSWR antena.
Saran 1. Pada proses fabrikasi diperlukan ketelitian dan kecermatan dalam pencetakan desain dan pemotongan ukuran antena pada PCB, dan pada proses penyolderan. 2. Pada proses pengukuran parameter dan pola radiasi antena sebaiknya menggunakan ruang Chamber agar diperoleh data yang lebih akurat, sinyal yang diterima tidak terpengaruh oleh sinyal dari wifi yang tidak diinginkan. 3. Dapat dikembangkan antena biquad dengan jumlah array yang lebih banyak untuk memperlebar bandwidth.
DAFTAR PUSTAKA Balanis, C.A. (1997), Antena Theory Analysis and Desaign, Second Edition, John Wiley & Sons, New York. Budiningrum, U.S. (2009), Prototipe Antena Panel 2,4 GHz Berisi 10 Larik Mikrostrip Double Bi-Quad dengan Dua Arah Pola Radiasi Maksimum, Magister Thesis Program Pasca Sarjana Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Edward, T. (1995), Foundation for Microstrip Circuit Design, Second Edition, John Wiley & Sons, New York. Hund E. (1989), Microwave Communicatios. Component and Circuit, Mc Graw-Hill, New York. Indraswari, D., Pramono, Y.H. dan Rubiyanto, A. (2002), Analisa Respon Frekuensi Antena Mikrostrip CPW dengan Metode FDTD, Prosiding Seminar Fisika ITS, Surabaya.
Kraus, J. (1999), Electromagnetics With Applications, Fifth edition, McGrawHill, New york. Masduki, K. (2009), Desain, Fabrikasi dan Karakterisasi Antena Mikrostrip Biquad dengan CPW (Coplanar Waveguide) pada Frekuensi Kerja 2,4 GHz, Magister Thesis Program Pasca Sarjana Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Rahayu, E.M., Pramono, Y.H. dan Rohedi, A.Y. (2009), Fabrikasi dan Karakterisasi Antena Mikrostrip Loop Co-Planar Waveguide Dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band dan Ku-Band, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, N0.2, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Riduan, M. (2008), Analisis Gelombang Elektromagnetik pada Antena mikrostrip Dipole ½ λ dengan Metode FDTD, Magister Thesis Program Pasca Sarjana Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya.
Russer, Petter (2006), Electromagnetics, Microwave Circuit and Antenna Design for Communication Engineering, Artech House, Norwegia. Shen L.C. dan Kong J.U. (2001), Aplikasi Elektromagnetik, Jilid 1, Edisi ketiga, Erlangga, Jakarta. Sujarwati, N., Pramono, Y.H. dan Rubiyanto, A. (2002), Analisis Karakteristik Antena CPW Slot dan Patch dengan FDTD. Prosiding Seminar Fisika, ITS, Surabaya. Susiloningsih, E., Pramono, Y.H. dan Rohedi, A.Y. (2009), Pembuatan dan Karakterisasi Antena Mikrostrip dengan Struktur Satu feed Line Dipole Co-Planar Waveguide dan Dua Patch untuk Repeater WIFI Dua Arah, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, N0.2, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Uboyo, A., Pramono, Y.H. dan Rohedi, A.Y. (2009), Desain dan Fabrikasi Antena Mikrostrip Loop dengan Feed Line Mikrostrip Feed line dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, N0.2, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya. Zaki, M. (2000), Medan Elektromagnetika di dalam Bahan dan Gelombang Elektromagnetik, Bahan kuliah: Medan Elektromagnetik, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, ITS Surabaya.
TERIMA KASIH
