PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR

PADA FREKUENSI 3,5 GHz

Disusunoleh : Dian SeptyaNingrum (1312030029)

Naomi Octuberna (1312030041)

Kelas : TELEKOMUNIKASI - 3A

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2013

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI i

ABSTRAK ii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. TujuandanManfaat 1

1.3. SistematikaPenulisan 2

BAB 2 DASAR TEORI

2.1. Pengertian WIMAX 3

2.2. PengertianAntena 7

2.3. AntenaMikrostrip 8

BAB 3 PERANCANGAN ANTENA

3.1. MenentukanKarakteristikAntena 15

3.2. PerancanganDimensiAntenaMikrostrip Circular 15

3.3. PerancanganSimulasi 19

BAB 4 PENGUJIAN

4.1. HasilSimulasi 42

4.2. Pembahasan 47

BAB 5 KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan 49

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

i

Abstrak

Pada saat ini perkembangan teknologi sangat dibutuhkan.Terutama pada bidang

telekomunikasi.Telekomunikasi yang menggunakan internet membutuhkan jangkauan yang lebih

besar.Teknologi tersebut dikenal dengan istilahWimax.WiMAX adalah singkatan

dari Worldwide Interoperability for Microwave Access, merupakan teknolog iakses nirkabel pita

lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang

tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA

sebelumnya dengan fitur-fitur yang lebih menarik.Wimax tersebut bekerja pada frekuensi sekitar

3,5 GHz dan 5,8 GHz. Untuk menunjang aplikas tersebut dapa tmenggunakan rancangan sebuah

antenna salah satunya adalah rancangan antenna mikrostrip. Antena mikrostrip menunjang

karena antenna mikrostrip adalah antenna yang ringan, bentuk fisiknya kecil dan efisiensi yang

tinggi. Untuk meningkatkan gain yang di inginkan, maka di gunakan antenna mikrostrips irkular.

Perancangan antenna mikrostrip sirkular ini akan menggunakan software computer simulation

tool (CST).

Kata kunci : Antenna microstrip circular, Wimax.

ii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pada saat ini, kebutuhan manusia akan informasi sangat meningkat. Baik informasi dalam

negeri maupun luar negeri bahkan sampai informasi yang sedang mencuat di seluruh dunia.

Untuk menjangkau informasi yang begitu banyak, dibutuhkan kemajuan di bidang teknologi

informasi. Salah satu teknologi yang dapat membantu adalah WIMAX (Worldwide

Interoperability for Microwave Access). Teknologi WIMAX adalah teknologi akses pita

lebar (Broadband Wireless Access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang

tinggi dengan jangkauan yang luas dan bekerja pada bandwidth berkisar 3.5 GHz.

Untuk memaksimalkan kinerja dari teknologi WIMAX dibutuhkan sebuah antena sebagai

pendukungnya. Dimana antena yang dibutuhkan adalah antena microstrip. Antena microstrip

merupakan antena yang tersusun atas bagian lapisan tipis konduktor berbahan metal atau

logam di atas sebuah substract yang dapat merambatkan gelombang elektromagnetik dan di

salah satu sisinya dilapisi konduktor sebagai bidang pentanahan atau yang lebih dikenal

dengan sebutan groundplane. Antena yang akan dirancang ini adalah antena microstrip

circular. Dimana antena ini memiliki beberapa keuntungan, yaitu bentuknya yang kecil dan

ringan juga penguatan jangkauan yang lebih lebar. Untuk merancang antena ini, diperlukan

perhitungan agar antenna yang dirancang dapat memenuhi kriteria dan bekerja sesuai dengan

apa yang diharapkan. Dan untuk mengoptimalisasikannya diperlukan sebuah software dalam

perancangannya.

1.2 TUJUAN PERANCANGAN

Pada simulasi perancangan antena microstrip circular ini, software yang akan digunakan

adalah CST STUDIO SUITE. Dimana perancangan antena microstrip circular ini ditujukan

untuk membantu sistem kerja dari WIMAX yang bekerja pada frekuensi 3.5 GHz.

1.3 SISTEM MATEMATIKA

Dalam sistem matematika ini akan dibahas sistematika (susunan) dari makalah yang dibuat

ini. Makalah ini terdiri dari lima bab yang tersusun sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang, tujuan dan manfaat, dan sistem

matematika dari antenna yang dibuat.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang dasar teori yang menunjang pembuatan antenna ini baik

mengenai teori antenna secara umum dan teori antenna yang dirancang yang

berasal dari refrensi-refrensi lain dan jurnal yang didapat.

BAB III PERANCANGAN

Bab ini berisi tentang perancangan antenna baik melalui rumus dan perancangan

menggunakan CST.

BAB IV PENGUJIAN

Bab ini membahas tentang hasil perancangan antenna yang didapatkan dari CST.

BAB V KESIMPULAN

Bab ini berisi kesimpulan dari proses dan hasil yang didapatkan dari perancangan

antenna ini.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian WIMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) merupakan sebuah tanda

sertifikasi untuk produk-produk yang lulus tes cocok dan sesuai dengan standar IEEE 802.16.

WiMAX merupakan teknologi nirkabel yang menyediakan hubungan jalur lebar dalam jarak

jauh. WiMAX merupakan teknologi broadband yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dan

jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya dengan fitur-

fitur yang lebih menarik. Disamping kecepatan data yang tinggi mampu diberikan, WiMAX juga

membawa isu open standar. Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX diantara beberapa vendor

yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar

(sampai 70 MBps), WiMAX layak diaplikasikan untuk ‘last mile’ broadband connections,

backhaul, dan high speed enterprise. Yang membedakan WiMAX dengan Wi-Fi adalah standar

teknis yang bergabung di dalamnya. Jika WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan

ETSI (European Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis yang

cocok untuk keperluan WLAN, sedangkan WiMAX merupakan penggabungan antara standar

IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN. Standar keluaran IEEE banyak digunakan secara

luas di daerah asalnya, Amerika, sedangkan standar keluaran ETSI meluas penggunaannya di

daerah Eropa dan sekitarnya. Untuk membuat teknologi ini dapat digunakan secara global, maka

diciptakanlah WiMAX. Kedua standar yang disatukan ini merupakan standar teknis yang

memiliki spesifikasi yang sangat cocok untuk menyediakan koneksi berjenis broadband lewat

media wireless atau dikenal dengan BWA.

2.1.1 Elemen Perangkat WIMAX

Elemen/ perangkat WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan.

Namun demikian masih ada perangkat tambahan seperti antena, kabel dan asesoris lainnya.

Base Station (BS)

Merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu

lokasi (colocated) dengan jaringan Internet Protocol (IP). Dari BS ini akan

disambungkan ke beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang

mengikuti standar WiMAX. Komponen BS terdiri dari:

NPU (networking processing unit card)

AU (access unit card)up to 6 +1

PIU (power interface unit) 1+1

AVU (air ventilation unit)

PSU (power supply unit) 3+1

Antena

Antena yang dipakai di BS dapat berupa sektor 60°, 90°, atau 120° tergantung

dari area yang akan dilayani.

Subscriber Station (SS)

Secara umum Subscriber Station (SS) atau (Customer Premises Equipment)

CPE terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), perangkat radionya ada

yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena.

BWA WiMAX adalah standards-based technology yang memungkinkan

penyaluran akses broadband melalui penggunaan wireless sebagai komplemen wireline.

WiMAX menyediakan akses last mile secara fixed, nomadic, portable dan mobile tanpa

syarat LOS (NLOS) antara user dan base station. WiMAX juga merupakan sistem BWA

yang memiliki kemampuan interoperabilty antar perangkat yang berbeda. WiMAX

dirancang untuk dapat memberikan layanan Point to Multipoint (PMP) maupun Point to

Point (PTP). Dengan kemampuan pengiriman data hingga 10 Mbps/user.

Pengembangan WiMAX berada dalam range kemampuan yang cukup lebar.

Fixed WiMAX pada prinsipnya dikembangkan dari sistem WiFi, sehingga keterbatasan

WiFi dapat dilengkapi melalui sistem ini, terutama dalam hal coverage/jarak, kualitas

dan garansi layanan (QoS). Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat

mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan

Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta

kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh karena itu sistem WiMAX sangat

mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala

kecil.

2.1.2 Spektrum Frekuensi WIMAX

Sebagai teknologi yang berbasis pada frekuensi, kesuksesan WiMAX sangat

bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi. Sistem wireless

mengenal dua jenis band frekuensi yaitu Licensed Band dan Unlicensed Band. Licensed

band membutuhkan lisensi atau otoritas dari regulator, yang mana operator yang

memperoleh licensed band diberikan hak eksklusif untuk menyelenggarakan layanan

dalam suatu area tertentu. Sementara Unlicensed Band yang tidak membutuhkan lisensi

dalam penggunaannya memungkinkan setiap orang menggunakan frekuensi secara bebas

di semua area.

WiMAX Forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication profile untuk

Fixed WiMAX (band 3.5 GHz dan 5.8 GHz), sementara untuk Mobile WiMAX ditetapkan

4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz

dan 3.5 GHz.

Secara umum terdapat beberapa alternatif frekuensi untuk teknologi WiMAX

sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternatif tersebut band frekuensi 3,5 GHz

menjadi frekuensi mayoritas Fixed WiMAX di beberapa negara, terutama untuk negara-

negara di Eropa, Canada, Timur-Tengah, Australia dan sebagian Asia. Sementara

frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile WiMAX adalah 2,5 GHz. Isu frekuensi

Fixed WiMAX di band 3,3 GHz ternyata hanya muncul di negara-negara Asia. Hal ini

terkait dengan penggunaan band 3,5 GHz untuk komunikasi satelit, demikian juga

dengan di Indonesia. Band 3,5 GHz di Indonesia digunakan oleh satelit Telkom dan PSN

untuk memberikan layanan IDR dan broadcast TV. Dengan demikian penggunaan secara

bersama antara satelit dan wireless terrestrial (BWA) di frekuensi 3,5 GHz akan

menimbulkan potensi interferensi terutama di sisi satelit.

2.1.3 Kelebihan dan Kekuranga WIMAX

a. Kelebihan WIMAX

1. Jarak jangkau jauh mencapai maksimal 50km dengan jarak jangkau

optimal 7-10 km, tidak ada masalah ‘hidden node’. Karena layer PHY

pada standar IEEE 802.16d tahan terhadap 10 multi-path delay spread.

2. Daerah jangkauan dioptimalkan untuk outdoor yang didukung dengan

teknologi smart antenna, modulasi adaptif dan menggunakan topologi

jaringan mesh.

3. QoS untuk layanan data, video dengan dukungan Grant/Request MAC dan

differential service : E1/T1 untuk pelanggan bisnis data best effort untuk

residential.

4. Interoperability perangkat dehingga operator atau peyedia layanan tidak

tergantung pada satu vendor untuk pengadaan perangkat sehingga biaya

dan resiko ivertasi dapat lebih rendah atau ditekan.

5. Bandwidth kanal yang fleksibel dari 1.5 MHz sampai 20 MHz untuk

spectrum frekuensi berlisensi maupun spectrum frekuensi yang tidak

berlisensi, menggunakan frekuensi reuse dan dimungkinkan dilakukan

perencanaan sel untuk penyediaan layanan komersial.

b. Kekurangan WIMAX

1. Seperti terjadi dengan negara lain di dunia, maka pemerintah Indonesia

pun belum menentukan frekuensi WiMAX yang akan digunakan.

Kemungkinan besar vendor pertama kali membuat perangkat WiMAX di

frekuensi 3,5 GHz. Sedangkan di Indonesia, frekuensi dimaksud juga

digunakan untuk komunikasi satelit. Sehingga diperlukan penentuan range

frekuensi yang tepat agar menguntungkan baik bagi operator, regulator

maupun pengguna.

2. Harga peralatan infrastruktur yang masih sangat mahal

3. Teknologinya masih berkembang terus, sehingga bisa salah investasi.

4. Terlalu banyak jenis perangkat yang tidak saling kompatibel.

5. Dibutuhkan pengalaman untuk memasang perangkatnyA

2.2 Pengertian Antena

Antena adalah sebuah alat yang bisa memancarkan dan atau menerima gelombang

elektromagnetik. Contoh penggunaaan antenna adalah komunikasi tanpa kabel

(nirkabel/wireless).

Dalam merancang antena diperlukan beberapa parameter, diantaranya :

Pola radiasi /pancaran : besaran yang menentukan ke arah sudut mana sebuah antena

memancarkan/mendistribusikan energinya.

Polarisasi antena : polarisasi gelombang yang diradiasikan oleh antena pada arah yang

diberikan/menyatakan arah dan orientasi dari medan listrik dalam perambatannya dari

antena.

Impedansi : impedansi masukkan antena pada terminalnya.

Resiprositas antena : penunjuk bahwa sebuah antena dapat berfungsi sebagai pengirim

dan juga penerima.

FBR (Front to Back Ratio) : perbandingan kuat pancaran padaa arah depan dan belakang

antena.

Daya teradiasi : daya teradiasi yang dihasilkan oleh antena.

Gambar 1. Struktur dasar antena mikrostrip

Gain (penguatan) : perbandingan daya pancar suatu antena terhadap daya pancar antena

refrensi.

Directivity (keterarahan) : suatu karakteristik yang menggambarkan seberapa besar

energy dikonsentrasikan pada arah tertentu.

Efisiensi : efisiensi total yang dihasilkan dari sebuah antena.

Bandwidth : suatu range frekuensi dimana antena dapat beroperasi dengan kinerja yang

baik.

2.3 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang tersusun atas 3 elemen yaitu:

elemen peradiasi (radiator), elemen substrat (substrate), dan elemen pentanahan

(ground).

Elemen peradiasi (radiator) atau biasa disebut sebagai patch, berfungsi untuk

meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam (metal) yang

memiliki ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan adalah tembaga

(copper) dengan konduktifitas 5,8 x 107 S/m. Berdasarkan bentuknya, patch memiliki

jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur sangkar (square), persegi panjang

(rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran, elips, segitiga, dll.

Gambar 2. Macam-macam bentuk Patch

Elemen substrat (substrate) berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena

mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini

memiliki jenis yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta

dielektrik (εr ) dan ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja,

bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang akan dibuat. Ketebalan substrat jauh lebih

besar daripada ketebalan konduktor metal peradiasi. Semakin tebal substrat maka

bandwidth akan semakin meningkat, tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang

permukaan (surface wave). Gelombang permukaan pada antena mikrostrip merupakan

efek yang merugikan karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat

digunakan untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan.

Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai pembumian bagi

sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang

sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga.

Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan antena

lainnya, seperti secara fisik antena mikrostrip lebih tipis, lebih kecil, dan lebih ringan,

biaya pabrikasi yang murah, dapat dilakukan polarisasi linear dan lingkaran dengan

pencatuan yang sederhana, dan sebagainya. Tetapi, antena mikrostrip juga memiliki

keterbatasan dibandingkan dengan antena lainnya, diantaranya memiliki bandwidth yang

sempit, gain yang rendah, dan memiliki efek gelombang permukaan (surface wave).

Karena memiliki bentuk dan ukuran yang ringkas, antena mikrostrip sangat

berpotensi untuk digunakan pada berbagai macam aplikasi yang membutuhkan

spesifikasi antena yang berdimensi kecil, dapat mudah dibawa (portable) dan dapat

diintegrasikan dengan rangkaian elektronik lainnya (seperti IC, rangkaian aktif, dan

rangkaian pasif). Antena mikrostrip telah banyak mengalami pengembangan sehingga

mampu diaplikasikan pada berbagai kegunaan seperti komunikasi satelit, militer, aplikasi

bergerak (mobile), kesehatan, dan komunikasi radar.

2.3.1 PARAMETER UMUM ANTENA MIKROSTRIP

Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari

parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan dijelaskan

sebagai berikut.

2.3.1.1 Bandwidth

Bandwidth (Gambar 2.10) suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi

di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti

impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss,

axial ratio)memenuhi spesifikasi standar.

Gambar 2.10. Rentang Frekuensi Yang Menjadi Bandwidth [11]

Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :

Dimana : f2 = frekuensi tertinggi

f1 = frekuensi terendah

fc= frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [12]:

a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada

keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari

elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching

ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada umumnya nilai return loss dan

VSWR yang masih dianggap baik masing-masing adalah kurang dari -9,54 dB

dan 2.

b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe, atau

gain,yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut

harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.

c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana

polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi

melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.3.1.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing

wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min) [13]. Pada saluran transmisi ada

dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan

tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan

dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) [13]:

Dimana ZLadalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran

lossless. Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang

merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus

yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka [13]:

Γ = − 1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna

Γ = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

2.3.1.3 Penguatan (Gain)

Penguatan (Gain) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan intensitas

radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika daya yang

diterima berasal dari antena isotropik.

2.3.1.4 Return Loss

Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirimkan. Return loss digambarkan

sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direfleksian disbanding dengan

gelombang yang dikirim. Return loss dapat terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara

saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang

mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched),besarnya return loss bervariasi tergantung

pada frekuensi.

2.3.1.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas

radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah.

Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi

dengan 4П. Jika arah tidak ditentukan ,arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah

yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dan jika arah tidak ditentukan keterarahan terjadi pada intensitas radisasi maksimum yang

didapat dengan rumus :

Dimana :

D = keterarahan

Do = keterarahan maksimum

U = intensitas radiasi

Umax = intensitas radiasi maksimum

Uo = intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi

2.3.2 Antena Mikrostrip Patch Sirkular

a. Keuntungan antena microstrip :

ukuran kecil dan ringan,

mudah dalam pembuatannya,

dapat beroperasi dalam single maupun dual band,

dapat dibuat untuk dual atau tripel frekuensi.

b. Kekurangan antena microstrip :

memiliki gain yang kecil untuk satu patch,

bandwidth sempit.

2.3.3 Bahan Substract

Bahan substrat adalah bahan yang berada antara dua konduktor dalam saluran

mikrostrip.Terdapat banyak bahan substrat dengan katakteristik masing-masing yang

berbeda. PadaTabel 1 terdapat 5 jenis bahan substart yaitu Bakelite, FR 4 Glass Epoxy,

RO4003, Taconic TLC, danRT Duroid. Setiap bahan substart memiliki nilai konstanta

dielektrik yang berbeda dengan yang lain, seperti terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Macam-Macam Bahan Substrat

BAB III

PERANCANGAN ANTENA

3.1 Menentukan Karakteristik Antena

Pada rancangan antena ini, diinginkan antena yang mampu bekerja pada frekuensi 3 – 4

GHz. Dengan frekuensi tengah 3,5 GHz. Frekuensi tengah resonansi ini, selanjutnya akan

menjadi nilai parameter frekuensi dalam menentukan parameter-parameter lainnya seperti

panjang gelombang, panjang sisi biquad antena, serta panjang dan lebar saluran pencatu. Pada

rentang frekuensi kerja tersebut, diharapkan antena memiliki parameter VSWR < 2 .

3.2 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Cirkular

a. Memilih Substrat

Untuk mendesain path antena circular langkah pertama yang harus dilakukan ialah

memilih dielektrik substrat yang cocok serta ketebalan dari substrat yang digunakan.

Substrat yang memiliki ketebalan lebih tebal akan akan menambah daya radiasi serta

memiliki fisik yang lebih kuat. Namun ia akan menambah tahanan, dan rugi

permukaan gelombang

b. Menentukan Ukuran Jari-Jari Patch

Untuk menentukan ukuran jari-jari circular maka digunakan rumus :

a = k

1+ 2hhhhπ . ε r . k

¿¿

dengan nilai k sebesar :

k =8,791 x 109

fr √ εr

= 8,791 x 109

3,5 x 109 √ 4,4

= 1,197

Sehingga jari-jarinya adalah:

a = 1,197

1+ 2 x1,63,14 x4,4 x1,197

¿¿

= 11,98mm

Dimana, a = jari – jari patch antena

h = tebaldielektrik (mm)5

εr = nilai permitivitas

c. Menentukan lebar saluran transmisi

Dengan Zo = 60Ω

Rumusnya adalah:

A = Zo60

√ εr+12 +

εr−1εr+1 (0,23+

0,11εr )

= 6060

√ 4,4+12 +

4,4−14,4+1 (0,23+

0,114,4 )

= 1,803

Wod = 8e A

e2 A−2

Wo1,6 = 8 e1,803

e2 (1,803)−2

Wo = 2,23mm

d. Panjang Gelombang

Pada perancangan antena mikrostrip circular untuk mengetahui panjang gelombang

pada saluran transmisi mikrostrip, harus diketahui terlebih dahulu panjang gelombang

pada ruang bebas dengan persamaan berikut ini:

λ0= c

f=0,085 m

Maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung dengan

persamaan sebagai berikut :

λd=

λ 0

√E r

= 0,085√4.4

=0,04m

e. Menentukan panjang spasi setiap elemen

d = λ2

= 0,085 m

2

= 0,0425 m

= 42,5 mm

f. Menentukan Panjang Saluran Transformer

Untuk menentukan panjang saluran transformer (LT ) menggunakan persamaan (8) berikut

ini :

LT=λd

4

LT=0,04

4

LT=0,010 m

g. Menghitung VSWR

T = ZL−ZoZl+Zo

T = 50−6050+60

T = 0,09

VSWR = 1+T1−T

VSWR = 1+0,091−0,09

VSWR = 1,19

h. Menghitung Return Loss

Return loss = 20 log (T)

= 20 log (0.09)

= -20.91 Db

i. Perancangan Lebar Saluran Transformer

Dengan Zt = 35Ω

A = Zo60

√ εr+12 +

εr−1εr+1 (0,23+

0,11εr )

= 3560

√ 4,4+12 +

4,4−14,4+1 (0,23+

0,114,4 )

= 1,803

Wtd = 8 e A

e2 A−2

Wt1,6 = 8 e1,803

e2 (1,803)−2

Wt = 4.451mm

Dengan Zl = 25Ω

A = Zo60

√ εr+12 +

εr−1εr+1 (0,23+

0,11εr )

= 2560

√ 4,4+12 +

4,4−14,4+1 (0,23+

0,114,4 )

= 1,803

Wld = 8e A

e2 A−2

Wl1,6 = 8 e1,803

e2 (1,803)−2

Wl = 8.71044mm

3.3 Perancangan Simulasi

Flowchart Menggunakan CST

Tidak

Mulai

Menentukan Frekuensi Kerja

Memasukan nilai-nilai parameter yang akan digunakan

Memulai perancangan dengan menggunakan parameter yang telah

dimasukan

Melihat hasil polaradiasi, gain, S-parameter dan VSWR sudah seperti yang diinginkan

Melakukan optimasi

Ya

Langkah-langkah Membuat Simulasi Antena Microstrip Circular dengan CST

1. Membuka program CST, lalu memilih CST MICROWAVE STUDIO

Gambar 3.3.1 Tampilan awal CST

2. Memilih antenna (planar)

Selesai

Gambar 3.3.2 Memilih Jenis Antena

3. Klik WCS, pilih WCS LOCAL COORDINATE untuk menentukan titik

koordinat.

Gambar 3.3.3 toolbar untuk WCS

Gambar 3.3.4 Posisi WCS pada lembar kerja CST

4. Masukan semua parameter yang sudah ada sesuai dengan perhitungan.

Gambar 3.3.5 Nilai-nilai Parameter Sesuai dengan Perhitungan

Gambar 3.3.6 Nilai-Nilai Parameter yang telah di Optimasi

5. membuat PCB dengan memilih BRICKESC, memasukan ukuran seideal

mungkin

Gambar 3.3.7 Memilih Bentuk Persegi Untuk Substract

3.3.8 Memasukan Nilai Ukuran Untuk Substract

Gambar 3.3.9 Bentuk Substract

6. membuat groundplane pada PCB

Gambar 3.3.10 Memilih Object,lalu klik Pick, klik Pick Face

Gambar 3.3.11 Klik Dua Kali Pada Substract

Gambar 3.3.12 Memasukan Jenis Groundplane Yaitu Copper

Gambar 3.3.13 Penampilan Groundplane

7. Membuat patch dengan memilih CYLINDER, klik ESC, memasukan ukuran

sesuai dengan parameter yang telah dihitung sebelumnya

Gambar 3.3.14 Memilih Bentuk Cylinder untuk Patch 1

Gambar 3.3.15 Memasukan Ukuran Patch sesuai dengan Ukuran yang telah

diperhitungkan

Gambar 3.3.16 Penampilan Patch 1

8. memindahkan koordinat untuk membuat saluran

Gambar 3.3.17 Memilih Shortcut Move Local Transform

Gambar 3.3.18 Memasukan Nilai Pemindahan

9. membuat saluran transmisi dengan memilih BRICK, klik ESC

Gambar 3.3.19 Memasukan Nilai yang Telah diperhitungkan

Gambar 3.3.20 Penampilan Patch 1 dengan Saluran 1

10. Memindahkan Patch 1 dengan Saluran 1 ke Posisi Semestinya

Gambar 3.3.21 Klik Kanan, pilih Transform

Gambar 3.3.22 Memasukan Nilai Pemindan Pada koordinat U sejauh –d/2

11. Membuat Patch 2 dengan langkah yang sama seperti membuat patch 1

Gambar 3.3.23 Cylinder, klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan

12. Membuat Saluran 2 dengan langkah yang sama seperti sebelumnya

Gambar 3.3.24 Brick klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan

Gambar 3.3.25 Penampilan 2 elemen yang telah terbuat

13. Membuat spasi antar elemen

Gambar 3.3.26 Brick klik ESC, memasukan nilai Spasi sesuai perhitungan

Gambar 3.3.27 Penampilan Spasi sesuai perhitungan

14. Membuat saluran 3 untuk disambungkan dengan port

Gambar 3.3.28 Brick klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan

15. Membuat saluran lainnya yang dinamakan wl

Gambar 3.3.29 Brick klik ESC untuk memasukan nilai sesuai perhitungan

16. Membuat saluran lainnya yang dinamakan wt

Gambar 3.3.30 Brick klik ESC untuk memasukan nilai sesuai perhitungan

Gambar 3.3.31 Penampilan semua elemen yang telah dimasukan

17. Menyatukan semua elemen yang telah dibuat

Gambar 3.3.32 Klik semua elemen, klik kanan, pilih Boolean lalu add

Gambar 3.3.33 Penampilan semua elemen yang telah disatukan

18. Membuat port antenna pada saluran 3

Gambar 3.3.34 memperbesar gambar pada bagian bawah antenna, klik object

pilih pick pilih pick face, klik dua kali pada bagian bawah antenna

Gambar 3.3.35 memilih shortcut Waveguide ports

Gambar 3.3.36 memasukan nilai port untuk antenna microstrip

Gambar 3.3.37 penampilan port antenna pada bagian bawah antenna

19. Memasukan nilai range frekuensi kerja antenna

Gambar 3.3.38 memasukan nilai frekuensi dengan fmin = 3GHz dan fmax =

4Ghz

20. Memasukan field monitor untuk antenna

Gambar 3.3.39 klik solve, pilih field monitors

Gambar 3.3.40 mengaplikasikan e-field, h-field dan farfield pada frekuensi

kerja 3.5 GHz

21. Setelah semuanya terbentuk selanjutnya adalah me-run antenna

Gambar 3.3.41 klik shortcut Transient solver

Gambar 3.3.42 menjalankan run antenna

22. Klik 1D result, pilih S-Parameter untuk melihat nilai S-Parameter

Gambar 3.3.43 Hasil S-Parameter

Gambar 3.3.44 Hasil S-Parameter setelah dioptimasi

23. Klik 1D result, pilih VSWR untuk melihat nilai VSWR

Gambar 3.3.45 Hasil VSWR

Gambar 3.3.46 Hasil VSWR setelah di optimasi

24. Klik 2D/3D result pilih farfield untuk melihat polaradiasi yang dihasilkan

Gambar 3.3.47 Hasil polaradiasi 2D

Gambar 3.3.48 Hasil polaradisi 2D setelah di optimasi

Gambar 3.3.49 Hasil Polaradiasi 3D

Gambar 3.3.50 Hasil polaradiasi 3D setelah di optimasi

BAB IV

PENGUJIAN

4.1 Hasil Simulasi

Dari perhitungan yang telah dilakukan dan memasukannya kedalam simulasi maka

bentuk antenna yang didapatkan adalah seperti yang diperlihatkan Gambar 4.1

Gambar 4.1

Antena Microstrip Circular Patch dengan 2 elemen

Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan hasil vswr yang didapatkan adalah seperti

terlihat pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 setelah di optimasi

Gambar 4.2 Hasil VSWR

Gambar 4.3 Hasil VSWR setelah di optimasi

Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan maka didapatkan nilai s-parameter yang

dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 yang sudah di optimasi

Gambar 4.4 Hasil S-Parameter

Gambar 4.4 Hasil S-Parameter setelah di optimasi

Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan maka didapatkan pola radiasi sebagai

berikut :

Gambar 4.4 Hasil polaradiasi dalam 2D

Gambar 4.5 Hasil polaradiasi 2D setelah di optimasi

Gambar 4.6 Hasil Polaradiasi 3D

Gambar 4.7 Hasil Polaradiasi 3D setelah di optimasi

4.2 Pembahasan

Perancangan antenna microstrip curcular patch 2 elemen dan bekerja pada

freuensi untuk WIMAX yaitu 3,5 GHz ini dibuat menggunakan bahan FR-

4(lossy) dengan konstanta dielektrik yaitu 4,4 dan juga menggunakan parameter-

parameter sebagai berikut ini :

a = Jari-jari elemen lingkaran

d = Jarak/spasi antara 2 elemen

lt = panjang saluran transimisi

wo = lebar saluran transmisi

wl = lebar saluran transmisi dari hasil impedansi Zl

lwl = panjang saluran Wl

h = ketebalan substract

t = ketebalan patch

L = panjang substract/pcb

W = lebar substract/pcb

B = panjang saluran dari wo

Nilai-nilai parameter tersebut sesuai dengan hasil perhitungan yang terlampir

pada bab 3 mendapatkan beberapa hasil seperti vswr, s-paramter, polaradiasi dan

gain sebagai berikut :

VSWR = 1,357

S-PARAMETER = -16, 379

POLARADIASI = unidirectional

GAIN = 5 dB

DIRECTIVITY = 8,345 dB

Dari hasil simulasi terlihat berbeda dengan perhitungan. Hal itu dikarenakan

simulasi lebih memiliki keakuratan yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan hasil

simulasi yang baik maka digunakan optimasi. Optimasi tersebut merupakan

pencarian nilai/ukuran yang tepat dari setiap parameter. Optimasi ini perlu

dilakukan beberapa kali hingga mendapatkan hasil yang sesuai dengan syarat

antenna yang baik. Berdasarkan perancangan yang telah dilakukan parameter

yang paling berpengaruh dalam proses optimasi ini adalah jari-jari antenna, dan

semua panjang dan lebar saluran transmisi. Setelah semua parameter tersebut

dioptimasi, antenna ini dapat di buat dan bekerja pada frekuensi yang di inginkan

yaitu untuk WIMAX. Dari hasil vswr sudah memenuhi kriteria yaitu vswr ≤ 2,

jika vswr memenuhi nilai itu maka dapat dikatakan matching impedance yang

ideal walaupun akan lebih bagus lg jika vswr = 1. Yang dimaksud dengan

matching impedance adalah kecocokan antenna dengan saluran transmisi.

Penambahan elemen yang digunakan bermanfaat dalam penambahan Gain.

Namun dalam perancangan ini hanya digunakan 2 elemen, sehingga Gain yang

dihasilkan tidak terlalu besar, tetapi dengan gaian seperti itu sudah dapat

menguatkan pancaran antenna agar dapat mempu bekerja pada frekuensi kerja 3,5

GHz. Polaradiasi antenna microtsrtip pada umumnya adalah unidirectional yaitu

pancaran radiasia ke satu arah. Dari hasil simulasi yang telah dilakukan pancaran

radiasi yang didapatkan adalah unidirectional. Dengan polaradiasi ini pancaran

antenna akan terfokus pada satu arah, dan itu sangat baik dalam penyampaian

informasi agar tidak terjadi kebocoran informasi pada arah yang tidak diinginkan.

BAB V

KESIMPULAN

Dari perancangan antena microstrip circular yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan

sebagai berikut :

Antena dapat bekerja dengan baik pada frekuensi yang sudah ditentukan yaitu sebesar

3.5GHz dan dihasilkan VSWR sebesar 1.3576802

Didaptkan pula return loss yang sesuai (S-Parameter) yaitu sebesar -16.379799 dB

Sesuai dengan fungsi dari antenna microstrip circulkar ini yaitu sebaga penerima dan

pengirim sinyal WIMAX maka dihasilkan pola radiasi omnidirectional (pola radiasi

yang sama ke segala arah).

Software yang digunakan yaitu CST dapat berfungsi dengan baik dalam perancangan

antenna microstrip circular ini.

LAMPIRAN

DAFTAR PUSTAKA

http://adibdevc.blogspot.com/2012/02/definisi-dan-jenis-jenis-antena-dalam.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio)

http://pengertianpengertian.blogspot.com/2013/07/pengertian-wimax.html

http://manusiabiasa830.blogspot.com/2010/06/pengertian-wimax.html

http://pacarita.com/mengenal-apa-itu-teknologi-wimax.html

http://inginmencariilmu.blogspot.com/2012/02/perancangan-antena-mikrostrip-

berbentuk.html

http://globalonlinebook.blogspot.com/2012/08/pengertian-antena-microstrip.html

http://kramchuk.blogspot.com/2010/10/antenna-microstrip-how-to.html

Rafsyam, Yenniwati, SST. Parameter-parameter antenna. 2013. Depok PPT