BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS...50 Gambar 4.7. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena array dua elemen Dalam Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, untuk marker 2 (MKRO2) didapatkan nilai

45

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISIS

4.1. Hasil Pengukuran Parameter Antena

Dari simulasi desain antena menggunakan Ansoft HFSS v11.1, didapatkan nilai

parameter antena yang diinginkan, yang selanjutnya difabrikasi menjadi antena seperti

ditunjukkan pada Gambar 4.1. Setelah itu dilakukan pengukuran antena dengan alat

ukur untuk mengetahui nilai parameter antena yang telah difabrikasi. Pengukuran

tersebut untuk mendapatkan nilai VSWR, return loss, gain dan impedansi antena.

Metode pengukuran dijelaskan pada Sub Bab 2.11.

(a)

(b)

Gambar 4.1. (a) Hasil fabrikasi antena mikrostrip elemen tunggal (b) Hasil fabrikasi

antena mikrostrip array dua elemen

46

4.1.1. Pengukuran VSWR dan Return Loss

Pengukuran VSWR dan return loss hanya menggunakan satu antena uji, yaitu

satu antena yang telah difabrikasi.

4.1.1.1. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Elemen Tunggal

Hasil pengukuran terhadap VSWR, return loss dan impedansi antena elemen

tunggal secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.

Gambar 4.2. Grafik hasil pengukuran VSWR antena elemen tunggal

47

Gambar 4.3. Grafik hasil pengukuran return loss antena elemen tunggal

Gambar 4.4. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena elemen tunggal

48

Dalam Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 pada marker 2 (MKRO2) didapat nilai

VSWR = 1,92 dan nilai return loss sebesar -10,028 dB pada frekuensi 2,4 GHz . Nilai

VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturut-turut

yaitu 1,055 dan -31,444 dB pada frekuensi 2,45 GHz. Pada marker 4 (MKRO4) didapat

nilai VSWR = 1,888 dan nilai return loss sebesar -10,243 dB pada frekuensi 2,5 GHz.

Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.4, dengan marker 3 (MKRO3) pada

frekuensi resonansi 2,45 GHz memberikan nilai impedansi 47,755 Ω.

Hasil rancangan antena elemen tunggal dapat bekerja pada nilai VSWR ≤ 2. Nilai

tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ -

9,54 dB. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 2 dihitung dengan Persamaan (2.7)

pada Bab II sebagai berikut :

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =𝑓2 − 𝑓1

𝑓𝑐× 100 %

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =2,5−2,4

2,45× 100 %

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 4,08 % 100 𝑀𝐻𝑧

4.1.1.2. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Array Dua Elemen

Hasil pengukuran terhadap VSWR , return loss dan impedansi antena array dua

elemen ditunjukkan grafik VSWR, return loss dan smith chart berturut-turut pada

Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.

49

Gambar 4.5. Grafik hasil pengukuran VSWR antena array dua elemen

Gambar 4.6. Grafik hasil pengukuran return loss antena array dua elemen

50

Gambar 4.7. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena array dua elemen

Dalam Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, untuk marker 2 (MKRO2) didapatkan nilai

VSWR sebesar 1,471 dan nilai return loss sebesar -14,387 dB pada frekuensi 2,35 GHz.

Nilai VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturut-

turut yaitu 1,036 dan -34,929 dB pada frekuensi 2,45 GHz. Untuk marker 4 (MKRO4)

didapat nilai VSWR sebesar 1,497 dan nilai return loss -14,016 dB pada frekuensi 2,5

GHz. Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.7, dengan marker 3 (MKRO3) pada

frekuensi resonansi 2,45 GHz diperoleh nilai impedansi 51,716 Ω.

Hasil pengukuran antena array dua elemen, antena dapat bekerja pada nilai

VSWR ≤ 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2 dan

nilai return loss ≤ -9,54 dB. Tetapi pada pengukuran antena array dua elemen didapat

nilai VSWR dan return loss yang lebih baik, masing-masing sebesar 1,5 dan -13,979 dB.

Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR ≤ 1,5 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada

Bab II sebagai berikut :

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =𝑓2 − 𝑓1

𝑓𝑐× 100 %

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ =2,5−2,35

2,45× 100 %

51

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑤𝑖𝑑𝑡ℎ = 6,122 % 150 𝑀𝐻𝑧

4.1.2. Pengukuran Gain

Pengukuran gain menggunakan spectrum analyzer, function generator serta

antena horn sebagai antena referensi. Spectrum analyzer digunakan untuk mengukur

daya yang diterima oleh antena penerima. Function generator digunakan untuk

menghasilkan gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Antena yang diukur adalah

antena elemen tunggal dan antena array dua elemen. Pengukuran gain menggunakan

metode dua antena seperti dijelaskan pada Sub Bab 2.11.3. Pengukuran gain dilakukan

pada frekuensi resonansi antena. Frekuensi resonansi dari antena hasil fabrikasi yaitu

pada frekuensi 2,45 GHz. Pada pengukuran gain ini digunakan 𝑃𝑟2 merupakan daya

yang diterima antena uji, 𝑃𝑟1 merupakan daya yang diterima antena referensi dan 𝐺1

merupakan gain antena standar/antena referensi. Besar gain antena horn yang

digunakan sebesar 12 dB. Gain antena yang diukur menggunakan Persamaan (2.33)

pada Bab II.

4.1.2.1. Hasil Pengukuran Gain Antena Elemen Tunggal

Hasil pengukuran gain antena elemen tunggal ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Gambar 4.8 dan 4.9 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada

antena mikrostrip elemen tunggal dan daya terima pada antena horn.

Tabel 4.1. Gain antena elemen tunggal

Frekuensi (GHz) 𝑷𝒓𝟐 (dBm) 𝑷𝒓𝟏 (dBm) 𝑮𝟏 (dB) Gain (dB)

2,45 -32,14 -24,04 12 3,9

52

Gambar 4.8. Daya yang diterima antena uji

Gambar 4.9. Daya yang diterima antena referensi (antena horn)

4.1.2.2. Hasil Pengukuran Gain Antena Array Dua Elemen

Hasil pengukuran gain antena array dua elemen ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Gambar 4.10 dan 4.11 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada

antena mikrostrip array dua elemen dan daya terima pada antena horn.

Tabel 4.2. Gain antena array dua elemen

Frekuensi (GHz) 𝑷𝒓𝟐 (dBm) 𝑷𝒓𝟏 (dBm) 𝑮𝟏 (dB) Gain (dB)

2,45 -28,28 -22,95 12 6,67

53

Gambar 4.10. Daya yang diterima antena uji

Gambar 4.11. Daya yang diterima antena referensi (antena horn)

4.1.3. Pengukuran Pola Radiasi

Pengukuran pola radiasi dilakukan dengan menggunakan alat ukur spectrum

analyzer dan function generator. Function generator digunakan untuk menghasilkan

gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Pada function generator digunakan antena

pemancar yang memiliki frekuensi kerja yang sama dengan antena hasil perancangan.

Antena pemancar dan penerima dipisahkan pada jarak 150 cm, yaitu jarak yang cukup

54

memenuhi syarat medan jauh antena, dengan Persamaan (2.27) seperti yang dijelaskan

pada Sub Bab 2.11.2.

Pola radiasi diukur dengan mengubah-ubah sudut azimuth dan sudut elevasi.

Antena penerima diputar dari posisi 0º sampai 350º dengan interval 10º. Data hasil

pengukuran pola radiasi dapat dilihat pada Lampiran C. Data tersebut menunjukkan

besar normalisasi daya yang diterima oleh antena penerima pada setiap perubahan

sudut. Dari data tersebut dapat digambarkan pola radiasi seperti pada Gambar 4.12,

Gambar 4.13, Gambar 4.14 dan Gambar 4.15.

Gambar 4.12. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90

antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,000

10 2030

4050

60

70

80

90

100

110

120

130140

150160170

180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

310320

330340350

Azimuth Antena Elemen Tunggal

Azimuth

55

Gambar 4.13. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0

antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

Gambar 4.14. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90

antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,000

10 2030

4050

60

70

80

90

100

110

120

130140

150160170

180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

310320

330340350

Elevasi Antena Elemen Tunggal

Elevasi

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,000

10 2030

4050

60

70

80

90

100

110

120

130140

150160170

180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

310320

330340350

Azimuth Antena Array Dua Elemen

Azimuth

56

Gambar 4.15. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0

antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz

Dari hasil pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal dan antena array dua

elemen pada frekuensi 2,45 GHz, dapat digambarkan pola radiasi antena mikrostrip

array dua elemen yang cenderung berbentuk direksional.

4.2. Analisis Hasil Pengukuran

Dari hasil pengukuran pada Sub Bab 4.1 dapat dilakukan analisis. Analisis yang

dilakukan mencakup analisis mengenai perbedaan hasil pengukuran dengan hasil

simulasi.

4.2.1. Antena Elemen Tunggal

Gambar 4.16 merupakan grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil

pengukuran, sedangkan Gambar 4.17 merupakan grafik perbedaan nilai return loss hasil

simulasi dan hasil pengukuran.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,000

10 2030

4050

60

70

80

90

100

110

120

130140

150160170

180190200

210220

230

240

250

260

270

280

290

300

320320

330340350

Elevasi Antena Array Dua Elemen

Elevasi

57

Gambar 4.16. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena

elemen tunggal

Gambar 4.17. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran

antena elemen tunggal

Dari Gambar 4.16 dan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa hasil simulasi dan

perancangan mempunyai frekuensi resonansi yang sama yaitu pada 2,45 GHz. Ada

pergeseran impedance bandwidth antena hasil simulasi dan hasil pengukuran. Pada

Gambar 4.16 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2 hasil simulasi

terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz). Sedangkan impedance

bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2 hasil pengukuran terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,5

GHz (100 MHz).

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

2,3

5

2,3

6

2,3

7

2,3

8

2,3

9

2,4

2,4

1

2,4

2

2,4

3

2,4

4

2,4

5

2,4

6

2,4

7

2,4

8

2,4

9

2,5

VSW

R

Frekuensi

Pengukuran

Simulasi

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

2,3

5

2,3

6

2,3

7

2,3

8

2,3

9

2,4

2,4

1

2,4

2

2,4

3

2,4

4

2,4

5

2,4

6

2,4

7

2,4

8

2,4

9

2,5

Re

turn

Lo

ss (

dB

)

Frekuensi

Simulasi

Pengukuran

58

Frekuensi tengah hasil simulasi adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan

return loss minimum masing-masing yaitu 1,034 dan -35,331 dB. Sedangkan frekuensi

tengah hasil pengukuran adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan return loss

minimum masing-masing yaitu 1,055 dan -31,444 dB. Gain hasil simulasi sebesar 3,82

dB dan hasil pengukuran sebesar 3,9 dB. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain

yang lebih baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil

simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen

tunggal

Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

Rentang frekuensi kerja 2,4 GHz – 2,49 GHz 2,4 GHz – 2,5 GHz

VSWR dan Return Loss

pada frekuensi 2,45 GHz

VSWR = 1,034

Return Loss = -35,331 dB

VSWR = 1,055



pada bandwidth

VSWR ≤ 2

Return Loss ≤ -9,54 dB

VSWR ≤ 2


Impedance bandwidth pada

VSWR ≤ 2 90 MHz 100 MHz

Gain 3,82 dB 3,9 dB

Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal pada

sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat

perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.18.

59

Gambar 4.18. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Elemen Tunggal

Dari Gambar 4.18 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi

menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak

dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada di sekitar

antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena.

4.2.2. Antena Array Dua Elemen

Perbedaan nilai VSWR dan return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran

antena array dua elemen ditunjukkan pada Gambar 4.19 dan Gambar 4.20.

Gambar 4.19. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena

array dua elemen

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,000

10 2030

4050

6070

80

90

100

110

120130

140150

160170180190200210220

230240

250

260

270

280

290

300310

320330

340350

Pengukuran

Simulasi

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

2,3

5

2,3

6

2,3

7

2,3

8

2,3

9

2,4

2,4

1

2,4

2

2,4

3

2,4

4

2,4

5

2,4

6

2,4

7

2,4

8

2,4

9

2,5

VSW

R

Frekuensi

Simulasi

Pengukuran

60

Gambar 4.20. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran

antena array dua elemen

Dari Gambar 4.19 dan Gambar 4.20 dapat dilihat adanya perbedaan kurva yang

signifikan antara hasil simulasi dan hasil pengukuran, tetapi mempunyai kemiripan

bentuk. Pada Gambar 4.19 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR ≤ 2

hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan

impedance bandwidth hasil pengukuran yang terletak pada frekuensi 2,35 GHz – 2,5

GHz (150 MHz) mempunyai nilai VSWR ≤ 1,5. Pada Gambar 4.20 dapat dilihat

impedance bandwidth pada nilai return loss ≥ -9,54 dB hasil simulasi terletak pada

frekuensi 2,4 GHz – 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan impedance bandwidth hasil

pengukuran didapat nilai yang lebih baik yaitu nilai return loss ≥ -13,979 dB yang

terletak pada frekuensi 2,35-2,5 GHz (150 MHz). Dengan demikian fabrikasi antena

array dua elemen telah memenuhi kebutuhan yang diinginkan yaitu bekerja pada

frekuensi 2,4 GHz mempunyai VSWR ≤ 2. Gain hasil simulasi sebesar 5,72 dB dan hasil

pengukuran sebesar 6,67 dB. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain yang lebih

baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil simulasi dan

hasil pengukuran antena array dua elemen dapat dilihat pada Tabel 4.4.

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

2,3

5

2,3

6

2,3

7

2,3

8

2,3

9

2,4

2,4

1

2,4

2

2,4

3

2,4

4

2,4

5

2,4

6

2,4

7

2,4

8

2,4

9

2,5

Re

turn

Lo

ss (

dB

)

Frekuensi

Simulasi

Pengukuran

61

Tabel 4.4. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua

elemen

Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran

Rentang frekuensi kerja 2,4 GHz – 2,49 GHz 2,35 GHz – 2,5 GHz


pada frekuensi 2,45 GHz

VSWR = 1,157


VSWR = 1,036



pada bandwidth

VSWR ≤ 2


VSWR ≤ 1,5


Impedance bandwidth pada

VSWR ≤ 2 90 MHz 150 MHz

Gain 5,72 dB 6,67 dB

Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena array dua elemen pada

sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat

perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.21.

Gambar 4.21. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Array Dua Elemen

Dari Gambar 4.21 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi

menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak

dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada disekitar

antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,001

2 34

56

7

8

9

10

11

12

1314

1516

17181920212223

2425

26

27

28

29

30

31

3233

3435

36 37

Pengukuran

Simulasi

62

4.2.3. Hasil Pengujian Antena Mikrostrip Pada Router Wifi

Pengujian dilakukan dengan cara memasang antena mikrostrip pada router wifi

dan diukur tingkat daya yang diterima, kemudian dibandingkan dengan hasil daya

terima dari antena dipole. Hasil pengukuran tingkat daya (dBm) ditunjukkan pada Tabel

4.5.

Tabel 4.5. Hasil pengujian antena mikrostrip pada router wifi

TINGKAT DAYA (dBm)

Dipole (5 dB) Mikrostrip Elemen

Tunggal (3,9 dB)

Mikrostrip Array Dua

Elemen (6,67 dB)

Nama R2C

Jarak (m)

2 - 33 dBm - 38 dBm - 32 dBm

4 - 40 dBm - 41 dBm - 39 dBm

7 - 48 dBm - 49 dBm - 47 dBm

Nama zen5

Jarak (m)

2 - 35 dBm - 36 dBm - 32 dBm

4 - 43 dBm - 44 dBm - 40 dBm

7 - 48 dBm - 49 dBm - 46 dBm

Nama ADITYA.NET

Jarak (m)

2 - 35 dBm - 36 dBm - 32 dBm

4 - 36 dBm - 37 dBm - 35 dBm

7 - 40 dBm - 39 dBm - 42 dBm

Pada pengujian antena wifi, hasil pengujian antena mikrostrip array dua elemen

mempunyai daya terima yang lebih baik dibandingkan antena mikrostrip elemen

tunggal. Sedangkan antena mikrostrip elemen tunggal mempunyai daya terima yang

lebih kecil daripada antena dipole. Semakin besar nilai gain antena maka semakin baik

tingkat daya terimanya.

63

4.3. Analisis Kesalahan Umum

Ada beberapa penyebab yang menyebabkan hasil pengukuran tidak sesuai dengan

hasil simulasi. Penyebab antara lain ;

1. Jenis bahan yang disediakan dalam simulasi dan yang digunakan dalam fabrikasi

mempunyai nilai permitivitas relatif yang berbeda, sehingga penggantian nilai

permitivitas relatif akan mempengaruhi hasil.

2. Perhitungan tebal tembaga dari substrat yang dipakai sangat sulit, karena ukuran

yang sangat tipis. Sehingga penentuan ukuran hanya melalui tabel spesifikasi

bahan.

3. Pada simulasi Ansoft HFSS v11.1 tidak mendefinisikan dengan jelas konektor

SMA 50 Ω.

4. Adanya ketidakpresisisan dalam fabrikasi antena, nilai ralat hasil fabrikasi

±0,001 mm, sesuai hasil pengukuran dengan jangka sorong.

5. Dalam simulasi tidak memperhitungkan temperatur dan kelembaban udara,

tetapi pada saat pengukuran antena temperatur dan kelembaban akan

berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara.

6. Proses penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu yang kurang baik

akan menyebabkan perbedaan hasil.

7. Pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda

yang berada disekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang

dipancarkan antena. Hal tersebut akan mempengaruhi hasil pengukuran gain dan

pola radiasi. Benda-benda tersebut antara lain manusia, network analyzer,

spectrum analyzer, function generator, handphone, laptop, besi logam dan alat-

alat elektronik lain yang berada pada ruang uji.

8. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, konektor, tembaga pada substrat akan

mempengaruhi hasil.

Documents

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS...50 Gambar 4.7. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena array dua elemen Dalam Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, untuk marker 2 (MKRO2) didapatkan nilai