Perancangan Dan Pembuatan Antena Mikrostrip Persegi Empat Dengan Polarisasi Lingkaran Di Frekuensi Kerja 2,4 Ghz

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP PERSEGI EMPAT DENGAN POLARISASI

LINGKARAN DI FREKUENSI KERJA 2,4 GHZ

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh :

DESTY ANGGRAENY

NIM. 0510633019

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2010

5

6

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP PERSEGI EMPAT DENGAN POLARISASI

LINGKARAN DI FREKUENSI KERJA 2,4 GHZ

S K R I P S I

KONSENTRASI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratanmemperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh :

DESTY ANGGRAENY

NIM. 0510633019-63

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing I

M.Fauzan Edy Purnomo, ST, MT.NIP. 19710609 200002 1 00

Dosen Pembimbing II

Ali Mustofa, ST,. MT.NIP. 19710601 200003 1 001

7

8

DAFTAR ISI

BAB I.....................................................................................................................251.1 Latar Belakang.............................................................................................251.2 Rumusan Masalah........................................................................................261.3 Ruang Lingkup.............................................................................................261.4 Tujuan..........................................................................................................271.5 Sistematika Penulisan...................................................................................27

BAB II....................................................................................................................282.1 Konsep Dasar Antena...................................................................................282.2 Parameter Dasar Antena...............................................................................28

2.2.1 Impedansi Masukan..............................................................................282.2.2 Return Loss............................................................................................302.2.3 Penguatan (Gain)..................................................................................312.2.4 Lebar Pita (Bandwidth).........................................................................322.2.5 Pola Radiasi...........................................................................................332.2.6 Polarisasi...............................................................................................352.2.7 Directivity..............................................................................................36

2.3 Antena Microstrip........................................................................................372.3.1 Bentuk Umum Antena Microstrip........................................................372.3.2 Wideband Microstrip............................................................................382.3.3 Teknik Pelebaran Bandwidth Antena Microstrip..................................38

2.4 Dimensi Antena Wideband Microstrip U Slot.............................................402.4.1 Dimensi Elemen Peradiasi....................................................................402.4.2 Dimensi Groundplane...........................................................................43

2.5 Alokasi Frekuensi 1,9 GHz – 2,6 GHz........................................................43BAB III...................................................................................................................44

3.1 Studi Literatur..............................................................................................443.2 Pengumpulan Data.......................................................................................443.3 Perencanaan dan Pembuatan Antena Wideband Microstrip........................443.4 Rancangan Pengujian...................................................................................44

3.4.1 Pengukuran Return Loss, Koefisien Pantul dan VSWR.........................453.4.2 Pengukuran Gain Antena......................................................................453.4.3 Pengukuran Pola Radiasi.......................................................................453.4.4 Pengukuran Polarisasi...........................................................................453.4.5 Perhitungan Keterarahan (Directivity)..................................................453.4.6 Perhitungan Bandwidth.........................................................................46

3.5 Analisis Antena............................................................................................463.6 Diagram Alir................................................................................................463.7 Pengambilan Kesimpulan dan Saran............................................................48

BAB IV..................................................................................................................254.1 Tinjauan Umum...........................................................................................254.2 Standar Spesifikasi Sistem...........................Error! Bookmark not defined.4.3 Perencanaan Dimensi Antena Wideband Microstrip U Slot........................254.4 Perencanaan Mekanisme Pencatuan Antena Mikrostrip..............................274.5 Simulasi........................................................................................................28

4.5.1 Langkah Simulasi..................................................................................284.5.2 Hasil Simulasi.......................................................................................29

4.6 Optimasi Dimensi Antena Wideband Microstrip U Slot..............................31

9

4.6.1 Optimasi Slot Vertikal...........................................................................314.6.2 Optimasi Slot Horizontal.......................................................................324.6.3 Optimasi Lebar Slot..............................................................................334.6.4 Optimasi Panjang Elemen Peradiasi.....................................................344.6.5 Optimasi Dimensi Groundplane...........................................................35

4.7 Fabrikasi Antena..........................................................................................39BAB V....................................................................................................................33

5.1 Tinjauan Umum..........................................................................................335.2 Pengukuran Return Loss, Koefisien Pantul dan VSWR...............................33

5.2.1 Tujuan...................................................................................................335.2.2 Peralatan yang Digunakan.....................................................................335.2.3 Prosedur Pengukuran............................................................................335.2.4 Hasil Pengukuran..................................................................................345.2.5 Analisis Hasil Pengukuran....................................................................38

5.3 Pengukuran Impedansi Antena....................................................................405.3.1 Tujuan...................................................................................................405.3.2 Peralatan yang Digunakan.....................................................................405.3.3 Prosedur Pengukuran............................................................................405.3.4 Hasil Pengukuran..................................................................................405.3.5 Analisis Hasil Pengukuran....................................................................41

5.4 Pengukuran Gain Antena.............................................................................415.4.1 Tujuan...................................................................................................415.4.2 Peralatan yang Digunakan.....................................................................415.4.3 Prosedur Pengukuran............................................................................425.4.4 Hasil Pengukuran..................................................................................425.4.5 Analisis Hasil Pengukuran....................................................................44

5.5 Pengukuran Pola Radiasi..............................................................................445.5.1 Tujuan...................................................................................................445.5.2 Peralatan yang Digunakan.....................................................................445.5.3 Prosedur Pengukuran............................................................................455.5.4 Hasil Pengukuran..................................................................................455.5.5 Analisis Hasil Pengukuran....................................................................49

5.6 Pengukuran Polarisasi..................................................................................495.6.1 Tujuan...................................................................................................495.6.2 Peralatan yang Digunakan.....................................................................495.6.3 Prosedur Pengukuran............................................................................505.6.4 Hasil Pengukuran..................................................................................515.6.5 Analisis Hasil Pengukuran....................................................................51

5.7 Perhitungan Bandwidth Antena....................................................................525.7.1 Tujuan...................................................................................................525.7.2 Cara Perhitungan...................................................................................525.7.3 Analisis Hasil Perhitungan....................................................................53

5.8 Perhitungan Keterarahan (Directivity).........................................................535.8.1 Tujuan...................................................................................................535.8.2 Cara Perhitungan...................................................................................535.8.3 Analisis Hasil Perhitungan...................................................................53

5.9 Analisis Parameter – Parameter Antena.......................................................53BAB VI..................................................................................................................56

10

6.1 Kesimpulan..................................................................................................566.2 Saran.............................................................................................................57

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................58LAMPIRAN 1........................................................................................................59

Diagram Alir......................................................................................................59LAMPIRAN 2........................................................................................................63

Langkah-langkah simulasi dengan menggunakan software Ansoft HFSS V.9.2............................................................................................................................63

11

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi yang sedang berkembang pesat saat ini adalah teknologi

informasi. Kebutuhan manusia masa kini yang haus akan informasi, dan selalu

berkomunikasi satu sama lain cenderung selalu berpindah tempat maka

dibutuhkan teknologi nirkabel (wireless). Salah satu aplikasinya adalah Wireless

Local Area Network (WLAN) merupakan jaringan nirkabel yang memiliki

keunggulan praktis dan tidak rumit dalam penggunaannya. Berdasarkan standar

Institue of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ada 5 protokol teknologi

nirkabel untuk kelompok 802.11 yaitu 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11f, dan

802.11g (http://www.wlana.org). Dari kelima standar protokol yang ada, protokol

yang paling banyak digunakan adalah 802.11a, 802.11b, dan 802.11g dengan

frekuensi 2,4 GHz (Haider, 2003).

Salah satu perangkat bagian alat komunikasi yang sangat penting adalah

antena. Kualitas sebuah antena sangat mempengaruhi kualitas informasi yang

diterima. Maka antena sebagai salah satu perangkat telekomunikasi harus dibuat

dengan dimensi yang kecil, fleksibel, praktis dan berkualitas. Salah satu jenis antena

yang berkembang saat ini adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan

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

di atas sebuah substrat yang dapat merambatkan gelombang elektromagnetik sedang

pada salah satu sisi lain dilapisi konduktor sebagai bidang pentanahan.

Dalam skripsi ini, antena mikrostrip polarisasi lingkaran pada frekuensi

kerja 2,4 GHz didesain, difabrikasi dan diukur. Antena mikrostrip yang dipilih

untuk skripsi ini ialah antena mikrostrip dengan elemen peradiasi berbentuk

persegi empat dengan polarisasi lingkaran. Antena Mikrostrip dual feed polarisasi

lingkaran difabrikasikan di atas FR4 dengan konstanta dielektrik 4,5 dan

ketebalan 1,6 mm. Polarisasi lingkaran diperoleh saat dua mode orthogonal

berbeda fasa 90º di kedua mode tersebut. Polarisasi lingkaran sangat penting

karena tidak mempermasalahkan kedudukan antena penerima, selalu dapat

http://www.wlan.org/

12

menerima komponen sinyal. Ini dikarenakan gelombang yang dihasilkan

mempunyai variasi sudut.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan yang ada, maka rumusan masalah dalam penulisan

skripsi ini adalah:

1. Bagaimana merancang dan membuat antena mikrostrip persegi empat

dengan polarisasi lingkaran agar dapat digunakan pada frekuensi kerja 2,4

GHz yang meliputi dimensi elemen peradiasi, dimensi saluran transmisi

dan penyesuai impedansi antena mikrostrip berdasarkan frekuensi dan

substrat yang akan digunakan ?

2. Bagaimana mensimulasikan antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran dengan menggunakan software IE3D™ ?

3. Bagaimana menguji parameter terhadap antena untuk mengetahui

performansi antena yang meliputi pola radiasi, polarisasi, return loss (RL),

gain, bandwidth dan VSWR ?

1.3 Ruang Lingkup

Dalam tugas akhir ini pembahasan difokuskan pada :

1. Antena yang dirancang adalah antena mikrostrip persegi empat pada

frekuensi kerja 2,4 GHz dan dengan polarisasi lingkaran dengan nilai

VSWR < 2, dan Gain > 3 dBi (Balanis, 1982 : 28).

2. Pengukuran parameter antena meliputi return loss (RL), VSWR,

koefisien, gain, pola radiasi, bandwidth dan polarisasi dengan kondisi

pengukuran yang ideal.

3. Substrat yang digunakan adalah FR4 dengan spesifikasi:

= 4,5

h = 1,6 mm

tan δ = 0,018

ketebalan tembaga = 0,1 mm

4. Rumus-rumus yang digunakan adalah rumus dasar perancangan dan

pendesainan antena mikrostrip persegi empat dan saluran transmisi.

13

5. Pengujian parameter antena berupa gain, pola radiasi dan polarisasi

antena dilakukan di ruang terbuka.

6. Rugi – rugi perambatan gelombang elektromagnetik di ruang terbuka

tidak diperhitungkan.

7. Hanya membahas cara – cara pengukuran antena mikrostrip persegi

empat untuk mengetahui performansi kerja antena dengan menggunakan

alat yaitu Network Analyzer Agilent 8714ES 300 KHz-3GHz, Spectrum

Analyzer 8563 Hawlett Packard 30 Hz – 26,5 Ghz, Sweep Oscilator

8350 B Hawlett Packard.

1.4 Tujuan

Tujuan dalam penulisan skripsi ini adalah merencanakan dan merealisasikan

antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran di frekuensi kerja 2,4

GHz.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan skripsi ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Memuat latar belakang, rumusan masalah, ruang lingkup, tujuan,

metodologi dan sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Membahas teori parameter dasar yang berhubungan dengan

perencanaan dan pembuatan antena mikrostrip.

BAB III Metodologi

Memuat tentang tahapan penyeleseain skripsi yang meliputi studi

literatur, perancangan dan pembuatan, pengujian, pengambilan

data, dan analisis serta pengambilan kesimpulan.

BAB IV Perancangan dan Pembuatan Antena Mikrostrip Persegi Empat

dengan Polarisasi Lingkaran

Memuat proses perancangan, simulasi dan pembuatan antena.

BAB V Pengujian dan Analisis

14

Memuat tentang langkah-langkah pengujian serta analisis terhadap

hasil pengukuran antena.

BAB VI Penutup

Memuat kesimpulan dan saran berdasarkan apa yang telah dicapai

dalam penyelesaian skripsi ini.

15

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Gambaran Umum

Antena merupakan suatu komponen yang penting pada sistem komunikasi

yang berfungsi sebagai sarana untuk memancarkan dan menerima gelombang

elektromagnetik. Dengan kata lain antena sebagai media peralihan antara ruang

bebas (free space) dengan saluran transmisi, yakni dari gelombang

elektromagnetik menjadi energi listrik atau sebaliknya (Balanis, 1982:1).

Dalam skripsi ini antena yang akan dirancang digunakan untuk aplikasi

Wireless Local Area Network (WLAN). LAN adalah teknologi LAN yang

menggunakan frekuensi dan transmisi radio sebagai media penghantarnya, pada

area tertentu, menggantikan fungsi kabel. Pada umumnya WLAN digunakan

sebagai titik distribusi di tingkat pengguna akhir, melalui sebuah atau beberapa

perangkat yang disebut dengan Access Point (AP), berfungsi mirip hub dalam

terminologi jaringan kabel ethernet. Di tingkat backbone, sejumlah AP tersebut

tetap dihubungkan dengan media kabel. WLAN dimaksudkan sebagai solusi

alternatif media untuk menjangkau pengguna yang tidak terlayani oleh jaringan

kabel, serta untuk mendukung pengguna yang sifatnya bergerak atau berpindah-

pindah (mobilitas).

Frekuensi yang kini umum dipergunakan untuk aplikasi WLAN adalah 2,4

Ghz dan 5,8 Ghz yang secara internasional dimasukkan ke dalam wilayah licensce

exempt (bebas lisensi) dan dipergunakan bersama oleh publik (frequency sharing).

Belakangan oleh forum World Summit on the Information Society (WSIS) yang

disponsori oleh PBB dan badan dunia seperti International Telecommunication

Union (ITU), serta industri teknologi, frekuensi ini direkomendasikan sebagai

tulang punggung penetrasi Internet di negara berkembang terutama untuk area

yang belum terlayani oleh infrastruktur telekomunikasi konvensional.

2.1.1 Standart IEEE 802.11

Teknologi yang digunakan untuk WLAN mayoritas menggunakan standar

IEEE 802.11 (a/b/g). Perbedaan antar standar ini adalah pada modulasi

16

transmisinya yang menentukan kapasitas layanan yang dihasilkan. Pada standar

802.11b, kapasitas maksimalnya 11 Mbps, 802.11g dapat mencapai 20 Mbps

keduanya bekerja di frekuensi 2,4 Ghz. Sementara standar 802.11a bekerja pada

frekuensi 5 Ghz. Karena lebar pita frekuensi yang lebih luas dan modulasi yang

lebih baik, maka perangkat yang berbasis standar ini mampu melewatkan data

hingga kapasitas 54 dan 108 Mbps dan menampung jumlah pengguna lebih

banyak. Perbandingan 802.11a, 802.11b, 802.11g ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Tabel Perbandingan 802.11a, 802.11b, 802.11g.

802.11a 802.11b 802.11g

Standart Ratified September 1999 September 1999 Mei 2003

Raw Data Rate 54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps

Average Actual

Throughput27 Mbps 4-5 Mbps 20-25 Mbps

Frequency 5-5,3 GHz 2,4-2,4835 GHz 2,4-2,435 GHz

Avalaible

spectrum300 MHz 83,5 MHz 83,5 MHz

Modulation

EncodingDSSS/CCK OFDM

DSSS/CCK &

OFDM

Sumber: http://www.l-com.com/multimedia/whitepapers/ wp_ABGs_of_Wireless_2031.pdf

Dari ketiga standart protokol yang ada, 802.11b dipandang unggul karena

harganya yg relatif lebih murah dari yang lain. 802.11a memiliki kelebihan pada

jangkauan spektrum frekuensi yang lebih tinggi (5-6 GHz), sedang 802.11g

memiliki kompatibilitas dengan semua protokol 802.11 dan throughputnya lebih

besar.

IEEE 802.11b menggunakan band ISM (Industry, Science and Medical)

2,4 GHz dan mampu mencapai kecepatan data 11 Mbps. Dengan teknologi spread

spectrum, memiliki jangkauan sampai 800 ft atau 50.000 ft2.

Jalur frekuaensi yang tersedia pada band ISM 2,4 GHz sekitar 83,5 MHz

yang terbentang antara 2,4 sampai 2,4835 GHz. Federal Communication

http://www.l-com.com/multimedia/whitepapers/wp_ABGs_of_Wireless_2031.pdf

17

Commission (FCC) membagi band ini menjadi 11 kanal dengan guard band antar

kanal sebesar 5 MHz ditunjukkan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2. Computer Network Planning Standart Using WLAN

Standar Layanan IEEE 802.11b

Range Frekuensi 2,4 – 2,4835 GHz

Modulasi QPSK

Skema Modulasi DSSS

Delay Time Total <150 ms

Mode Transmisi Full Duplex

Data Rate 5,5 Mbps, 11 Mbps

Kecepatan Transmisi 2 Mbps

Daya Pancar 500 mW

Jenis Layanan Teks & Gambar

Kanal Frekuensi Kanal 11 (2,462 GHz)

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori penunjang untuk perencanaan dan

pembuatan antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran, teori

dasar dan parameter dasar antena yang akan dihitung dan diukur. Parameter-

parameter dasar tersebut meliputi impedansi terminal, polarisasi, pola radiasi,

keterarahan, gain, VSWR, return loss (RL), dan bandwidth.

2.2 Konsep Dasar Antena

Untuk menggambarkan performa dari suatu antena maka diperlukan

pendefinisian berbagai parameter antena. Beberapa diantara parameter tersebut

saling berhubungan dan semunya tidak harus disebutkan untuk menggambarkan

performa antena secara keseluruhan (Balanis, 1997 :28).

Terdapat beberapa karakteristik antena yang perlu dan penting untuk

diketahui dalam pemilihan maupun perancangan sebuah antena. Karakteristik itu

antara lain: pola radiasi, intensitas radiasi, polarisasi, directivity, gain, bandwidth,

VSWR, antena efficiency, input impedance, dan return loss.

18

2.2.1 Parameter Dasar Antena

2.2.1.1 Pola Radiasi

Pola radiasi antena didefinisikan sebagai fungsi matematis atau

representasi grafis dari sifat-sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat

ruang. Dalam banyak kasus, pola radiasi ditentukan dalam far-field region dan

direpresentasikan sebagai fungsi koordinat jarak. Sifat-sifat radiasi meliputi rapat

fluks daya, intensitas radiasi, kuat medan, directivity fasa atau polarisasi.

2.2.1.1.1 Pola Isotropic, Directional, dan Omnidirectional

Berdasarkan pola radiasinya, antena terbagi atas antena dengan pola

radiasi Isotropic, Directional, dan Omnidirectional. Radiator isotropis

didefinisikan sebagai hipotesis antena tanpa rugi yang mempunyai radiasi

sebanding dalam semua arah. Meskipun pola seperti ini adalah pola ideal yang

secara fisik tidak mungkin direalisasikan, namun seringkali dijadikan acuan untuk

menyatakan sifat keterarahan suatu antena. Antena direksional adalah antena yang

mempunyai sifat radiasi atau penerimaan gelombang EM yang lebih efektif pada

suatu arah tertentu dibandingkan arah lainnya. Sedangkan antena omnidirectional

adalah antena yang mempunyai pola directional pada suatu bidang tertentu dan

pola non- directional pada bidang tegak lurus lainnya.

2.2.1.1.2 Lobe Pola Radiasi

Pola radiasi terdiri atas bagian-bagian yang disebut Lobes, yang

dikelompokkan ke dalam major dan minor (side dan back lobe). Adapun untuk

pembagian lobe selanjutnya dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Lobe-lobe Pola Radiasi

Sumber : Balanis, 1997 :31

19

HPBW (Half Power Beamwidth) dapat didefinisikan sebagai sudut yang

terbentuk oleh titik setengah daya dari main lobe.

Main Lobe : Bagian dari daerah radiasi yang arah radiasi antena

maksimum.

Minor lobe : Bagian ini menyatakan daerah radiasi yang tidak

diinginkan. Level dari minor lobe ini menyatakan besarnya rasio densitas

daya atau side lobe level.

Back lobe : Bagian dari minor lobe yang berlawanan dengan main lobe.

Side lobe : Bagian dari minor lobe yang bersebelahan dengan main

lobe.

Pola radiasi antena dapat dihitung dengan perbandingan antara daya pada

sudut nol derajat (radiasi daya maksimum) dengan daya pada sudut tertentu. Maka

pola radiasi (P) dinyatakan (Balanis, 1982) :

(2-1)

(2-2)

dengan :

P = intensitas radiasi antena pada sudut tertentu (dB)

Po = daya yang diterima antena pada sudut 0o (watt)

PT = daya yang diterima antena pada sudut tertentu (watt)

Sebagian besar antena dirancang untuk mengkonsentrasikan energi pada

satu arah tertentu. Ukuran konsentrasi pada main lobe tersebut dinamakan

Beamwidth. Half Power Beamwidth (HPBW) didefinisikan sebagai sudut antara

titik-titik di mana pada titik tersebut pancaran utama dari pola daya adalah

setengah daya maksimum.

Nilai F/B suatu antena merupakan perbandingan daya pada arah pancar

terbesar yang dikehendaki (main lobe) dengan daya pada arah pancar yang

berlawanan dengan main lobe (minor lobe), sehingga nilai F/B adalah:

= (2-3)

20

(dB) = Pm(dBm) – Pl(dBm)

dengan :

= Front to Back ratio (dB)

Pm = daya puncak main lobe (dBm)

Pl = daya puncak back lobe (dBm)

2.2.1.1.3 Daerah Medan Radiasi

Daerah medan radiasi suatu antena adalah daerah di mana radiasi antena

tersebut masih dapat diterima dengan baik. Daerah medan radiasi ini disebut juga

jangkauan sinyal dari suatu antena sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Pembagian Daerah Medan Radiasi Antena

Sumber : Balanis, 1997 :33

dengan (2-4)

(2-5)

r1 dan r2 = jarak medan radiasi (m)

Daerah medan radiasi terbagi menjadi tiga, yaitu :

Reactive Near-Field Zone

Pada daerah ini, medan reaktif sangat mendominasi.

Batas daerah ini:

(2-6)

21

dengan r = jarak medan radiasi (m)

= panjang gelombang (m)

D = dimensi antena (m)

Radiating Near-Field (Fresnel) Zone

Adalah daerah medan di antara reactive near field zone dan far field zone.

Pada daerah ini, medan radiasi sangat berpengaruh. Dan distribusi medan

sudut (angular field distribution) bergantung pada jarak dari antena.

Batas daerah ini :

daerah Fresnel < (2-7)

Far-Field (Franhouffer) Zone

Adalah daerah medan antena dengan distribusi medan sudut sangat tidak

bergantung pada jarak dari antena.

Batas daerah ini :

(2-8)

Pola medan pada daerah ini mempunyai komponen-komponen medan saling

tegak lurus.

2.2.1.1.4 Intensitas Radiasi

Intensitas Radiasi dalam arah tertentu didefinisikan sebagai daya yang

diradiasikan dari suatu antena per satuan sudut solid. Intensitas radiasi adalah

parameter medan jauh dan dapat diperoleh melalui perkalian rapat radiasi dengan

kuadrat jarak. Dalam bentuk persamaan matematis Intensitas radiasi dinyatakan

sebagai :

(2-9)

dengan

U = intensitas radiasi (W/satuan sudut solid)

Wrad = rapat radiasi (W/m2)

Intensitas radiasi juga berhubungan dengan medan elektrik jauh (far-zone),

yang dinyatakan dengan persamaan

22

(2-10)

dengan

= komponen medan elektrik jauh suatu antena

= impedansi intrinsik medium

Sehingga pola daya juga merupakan pengukuran intensitas radiasi. Total

daya diperoleh dengan mengintegralkan intensitas radiasi, seperti dinyatakan

dalam persamaan (2-8) terhadap luasan sudut solid, 4 . Sehingga

(2-11)

dengan:

= elemen sudut solid =

2.2.1.2 Directivity (Keterarahan)

Directivity sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara

intensitas radiasi antena pada suatu arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata

dari segala arah. Intensitas radiasi rata-rata sebanding dengan total daya yang

diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4 . Dengan kata lain directivity adalah

kemampuan suatu antena untuk mengkonsentrasikan energinya pada satu arah

tertentu. Secara sederhana, keterarahan sumber non-isotropic sebanding dengan

rasio intensitas radiasinya pada suatu arah tertentu terhadap intensitas radiasi

sumber isotropis.

(2-12)

Jika arah tidak ditentukan, maka arah yang dimaksud menyatakan arah

dari intensitas radiasi maksimum yang dinyatakan sebagai (Balanis, 1982:494)

(2-13)

dengan :

D0 = directivity (dB)

Umax = intensitas radiasi maksimum (watt)

Prad = daya radiasi total (watt)

Terminal Input(gain reference)

Terminal Output (directivity reference)

23

Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena

tersebut, semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding

main lobe yang lebih lebar. Nilai keterarahan jika dilihat dari pola radiasi sebuah

antena adalah sebagai berikut (Balanis, 1982 : 20)

(2-14)

(2-15)

dengan

DdB = keterarahan (directivity) (dB)

= lebar berkas daya pada polarisasi horisontal ( 0 )

= lebar berkas daya pada polarisasi vertikal ( 0 )

2.2.1.3 Gain (Penguatan)

Salah satu pengukuran yang penting untuk menggambarkan performa

suatu antena adalah gain (penguatan). Meski gain antena erat kaitannya dengan

directivity, gain adalah pengukuran yang memperhitungkan efisiensi antena

maupun keterarahannya. Gain antenna dibedakan atas : absolute gain dan relative

gain. Untuk membahas kedua jenis gain ad baiknya melihat Gambar 2.3 yaitu

terminal referensi dan rugi-rugi antena.

(a)

(b)

Gambar 2.3. Terminal referensi dan rugi-rugi antena

Sumber : Balanis, 1997 : 59

Antena

Ic

Ic

Id

Ic

24

Absolute gain suatu antena (pada arah tertentu) didefinisikan sebagai

perbandingan intensitas radiasi antena pada arah tertentu terhadap intensitas

radiasi yang akan diperoleh jika daya yang diterima antena diradiasikan secara

isotropis. Intensitas radiasi dari daya yang diradiasikan secara isotropis sebanding

dengan daya yang diterima (pada terminal input) antena dibagi dengan 4 . Dalam

bentuk persamaan, hal ini dapat dinyatakan sebagai

inP

θ,φIππ 4

powerinput total

intensityradiation 4G

(2-16)

Dalam banyak kasus kita berhubungan dengan relative gain yang

didefinisikan sebagai perbandingan penguatan daya pada arah tertentu terhadap

penguatan daya antena referensi dalam arah acuannya (dengan catatan bahwa

kedua antena mempunyai daya masukan yang sama). Untuk gain relatif, antena

referensi yang digunakan berupa antena sumber isotropis tanpa rugi. Sehingga

source) isotropic (lossless

,4

inP

IG

(2-17)

Pada praktiknya pengukuran gain dilakukan dengan menggunakan metode

pembandingan (Gain-comparison Method) atau gain transfer mode. Prinsip

pengukuran ini adalah dengan menggunakan antena referensi (biasanya antena

dipole standar) yang sudah diketahui nilai gainnya (Stutzman, 1981: 39).

Sehingga besar gain terhadap sumber isotropis adalah :

(2-18)

R

U

P

PG 64,1

(2-19)

R

U

P

PdBG 64,1log10)(

(2-20)

G = 2,15 + PU (dBm) – PR (dBm) (2-21)

Dengan

G = gain antena uji (dB)

= gain antena referensi (dB)

PU = daya yang diterima antena uji (dBm)

PR = daya yang diterima antena referensi (dB)

25

2.2.1.4 Efisiensi Antena

Total efisiensi antena digunakan untuk menghitung rugi-rugi pada

terminal input dan didalam struktur antena. Rugi-rugi tersebut dapat diakibatkan

oleh :

1. Pantulan gelombang elektromagnet yang disebabkan adanya

ketidaksesuaian antara saluran transmisi dan antena.

2. Rugi I2R (konduksi dan dielektrik).

Secara umum keseluruhan efisiensi dapat dirumuskan sebagai berikut.

(2-22)

dengan:

= efisiensi total (tanpa dimensi)

= efisiensi refleksi (pantulan) = (tanpa dimensi)

= efisiensi konduksi (tanpa dimensi)

= efisiensi dielektrik (tanpa dimensi)

=

dengan

= koefisien refleksi pada terminal input antena

Zin = impedansi input antena dan

Z0 = impedansi karakteristik saluran transmisi

Biasanya εc dan εd sangat sulit untuk dihitung, tapi dapat ditentukan

melalui percobaan. Sekalipun dengan perhitungan keduanya tidak dapat

dipisahkan, dan biasanya akan lebih mudah untuk dinyatakan sebagai

(2-23)

dengan efisiensi radiasi antena, yang biasanya digunakan untuk

menghubungkan gain dan direktivitas antena ( ).

2.2.1.5 Return Loss

Return loss adalah salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui

berapa banyak daya yang hilang pada beban dan tidak kembali sebagai pantulan.

26

Seperti halnya VSWR, return loss merupakan parameter yang menggambarkan

kesesuaian impedansi (matching) antena. Koefisien refleksi merupakan

perbandingan antara tegangan yang dipantulkan terhadap tegangan maju. Antena

yang sangat bagus dapat memiliki nilai return loss yang lebih rendah dari –10 dB

sehingga 90% sinyal diserap dan hanya 10% yang dipantulkan kembali. Koefisien

pantul dan return loss didefinisikan sebagai (Punit, 2004: 19):

Koefisien pantul dinyatakan sebagai :

(2-24)

dengan adalah tegangan pantul dan adalah tegangan pancar.

Return loss dinyatakan sebagai bentuk logaritmik dari koefisien pantul.

(2-25)

Untuk matching sempurna antara transmitter dan antena, maka nilai = 0

dan RL = ~ yang berarti tidak ada daya yang dipantulkan, sebaliknya jika = 1

dan RL = 0 dB maka semua daya dipantulkan.

2.2.1.6 VSWR

VSWR adalah rasio amplitudo tegangan maksimum terhadap amplitudo

tegangan minimum dalam pola tegangan berdiri. Fluktuasi level daya yang

dikarenakan adanya ketidaksesuaian saluran transmisi dengan beban. Besarnya

nilai VSWR bervariasi antara 1 sampai ~ (tak terhingga). Semakin tinggi VSWR,

semakin besar pula ketidaksesuaian.

(2-26)

2.2.1.7 Bandwidth

Bandwidth didefinisikan sebagai jangkauan frekuensi dimana performa

antena, dengan mengacu pada beberapa karakteristik, dapat memenuhi standar

yang telah ditentukan. Untuk antena broadband, bandwidth biasanya dinyatakan

sebagai perbandingan frekuensi atas dengan frekuensi bawah dalam rentang

frekuensi kerja. Untuk antena narrowband, bandwidth dinyatakan sebagai

persentase beda frekuensi (frekuensi atas kurang frekuensi bawah) terhadap

frekuensi tengah dari lebar pita.

27

Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth

rasio (Br) dinyatakan sebagai (Punit, 2004 : 22) :

(2-27)

(2-28)

(2-29)

dengan :

Bp = bandwidth dalam persen (%)

Br = bandwidth rasio

fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)

fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)

Untuk lebih jelasnya mengenai gambar dari hasil pengukuran bandwith

dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Pengukuran bandwidth berdasarkan plot return loss

Sumber: Punit S. Nakar, 2004 : 22

Salah satu cara untuk menentukan bandwidth dapat dilakukan dengan

mengukur lebar rentang frekuensi dengan batasan -10 dB pada grafik return loss.

2.2.1.8 Polarisasi

Suatu medan elektromagnetik terdiri atas medan listrik dan medan magnet

yang saling tegak lurus satu sama lain. Energi dari medan elektromagnetik

mengalir bolak-balik dari satu medan ke medan lainnya dengan cara berosilasi.

Fenomena ini disebut polarisasi. Polarisasi gelombang teradiasi merupakan sifat

28

gelombang elektromagnet yang menggambarkan vektor medan elektrik yang

arahnya berubah terhadap waktu dan besaran relatif dari vektor medan elektrik

tersebut.

Polarisasi suatu antena dalam arah tertentu didefinisikan sebagai polarisasi

gelombang yang diradiasikan oleh antena. Ketika arahnya tidak diberitahukan,

maka polarisasi yang dianggap adalah polarisasi pada arah gain maksimum. Pada

kenyataannya polarisasi dari energi radiasi bervariasi dengan arah dari pusat

antena, sehingga bagian pola yang berbeda mungkin mempunyai polarisasi yang

berbeda. Terdapat tiga tipe polarisasi: polarisasi linear, circular dan elliptical.

Polarisasi linear ditentukan oleh posisi dan arah medan elektrik terhadap ground

atau permukaan bumi sebagai acuan. Ketika medan elektrik sejajar dengan

ground, maka disebut polarisasi horizontal dan disebut polarisasi vertikal apabila

tegak lurus dengan ground.

2.2.1.8.1 Polarisasi Linier

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi linier apabila vektor medan

elektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik selalu diorientasikan sepanjang

garis lurus yang sama pada setiap waktu sesaat. Kondisi yang memenuhi hal ini

adalah apabila vektor medan (elektrik atau magnetik) memiliki :

a. Hanya satu komponen, atau

b. Dua komponen orthogonal linear yang sefasa dalam waktu atau berbeda

fasa sebesar 180o (atau kelipatannya).

Untuk mengetahui lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.5 tentang polarisasi

vertical dan polarisasi horizontal.

Gambar 2.5. a) Polarisasi Linier Vertikal(a) (b)

29

b) Polarisasi Linear Horisontal

Sumber : Punit, 2004 : 21

2.2.1.8.2 Polarisasi Lingkaran

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi lingkaran apabila vektor medan

elektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk suatu lingkaran

sebagai fungsi waktu. Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor

medan (elektrik atau magnetik) memiliki :

a. Medan harus mempunyai dua komponen orthogonal linear, dan

b. Kedua komponen harus mempunyai besaran yang sama, dan

c. Kedua komponen harus mempunyai perbedaan fasa sebesar perkalian

ganjil dari 90o dalam waktu.

Penentuan arah rotasi selalu ditentukan dengan merotasi komponen yang

fasanya mendahului terhadap komponen yang tertinggal fasa dan mengamati

rotasi medan seolah-olah gelombang tersebut terlihat bergerak menjauh dari

pengamat. Jika rotasinya searah jarum jam, maka gelombang terpolarisasi sirkular

sesuai kaidah tangan kanan; jika rotasinya berlawanan arah jarum jam, maka

gelombang terpolarisasi sirkular menurut kaidah tangan kiri. Rotasi komponen

mendahului fasa terhadap komponen tertinggal fasa harus dilakukan sepanjang

pemisahan sudut diantara dua komponen yang kurang dari 180o. Fasa yang lebih

besar atau sama dengan 0o dan kurang dari 180o akan dianggap mendahului

sedangkan yang lebih besar dari atau sama dengan 180o dan kurang dari 360o akan

dianggap tertinggal. Untuk mengetahui lebih jelasnya bentuk dari polarisasi

circular dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. a) Right hand circular polarization.

b) Left hand circular polarization.

Sumber: : Punit, 2004 : 21

(a) (b)

30

2.2.1.8.3 Polarisasi Elips

Suatu gelombang dikatakan terpolarisasi elips apabila ujung vektor medan

elektrik (atau medan magnetik) pada suatu titik membentuk kedudukan elips

dalam ruang. Pada variasi waktu sesaat, medan vektor berubah secara kontinyu

seiring waktu dengan cara yang sama untuk menggambarkan tempat kedudukan

elips. Arah rotasi ditentukan dengan menggunakan aturan yang sama sepeti halnya

pada polarisasi sirkular. Sebagai tambahan untuk mengetahui arah rotasi,

gelombang yang terpolarisasi elliptical juga dinyatakan dengan rasio aksial yang

besarnya merupakan perbandingan sumbu mayor terhadap sumbu minornya.

Kondisi yang memenuhi hal ini adalah apabila vektor medan (elektrik atau

magnetik) memiliki :

a. Medan harus mempunyai dua komponen orthogonal linear, dan

b. Kedua komponen dapat memiliki besaran yang sama atau berbeda.

c. (1) Jika keduanya memiliki besaran yang berbeda, beda fasa-waktu

diantara keduanya tidak boleh 0o atau perkalian 180o (karena akan bersifat

linier).

(2) Jika kedua komponen memiliki besaran yang sama, beda fasa-waktu

diantara keduanya tidak boleh kelipatan bilangan ganjil dari 90o (karena

akan bersifat circular).

Untuk mengetahui lebih jelasnya bentuk dari polarisasi ellips dapat dilihat

pada Gambar 2.7.

(a) (b)

Gambar 2.7. a) Polarisasi Elips Berlawanan Arah Jarum Jam.

b) Polarisasi Elips Searah Jarum Jam.

Sumber: : Punit, 2004 : 21

2.2.1.9 Proses Pembentukan Axial Ratio

31

Perbandingan antara mayor dan minor axes pada polarisasi ellips disebut

dengan axial ratio (AR)

(2-30)

Jika tak hingga → polarisasi

linier

1 → polarisasi lingkaran

berada di antara 1 – tak hingga → polarisasi ellips

2.2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip adalah antena yang terdiri atas elemen radiasi

(konduktor) yang sangat tipis yang diletakkan di bidang tanah (ground plane),

dimana antara bidang dengan elemen radiasi (konduktor) dipisahkan oleh substrat

dielektrik. Antena mikrostrip bekerja pada alokasi frekuensi UHF (Ultra High

Frequency) (300 MHz – 3 GHz) sampai dengan X Band (5,2 GHz – 10,9 GHz).

Karena antena mikrostrip dapat bekerja pada frekuensi UHF, maka dapat

digunakan sebagai alternatif antena penerima broadcast TV UHF maupun dalam

sistem telepon seluler sebagai antena pemancar dan penerima.

2.2.2.1 Saluran Transmisi Mikrostrip

Saluran transmisi mikrostrip adalah saluran yang digunakan untuk

menghubungkan patch antena dengan feed coaksial. Antena mikrostrip termasuk

jenis antena yang dibentuk dari suatu saluran transmisi. Mikrostrip adalah suatu

lapisan konduktor dari tembaga (metalic strip) yang sangat tipis, berfungsi untuk

merambatkan gelombang, lapisan ini terdapat pada salah satu sisi permukaan

substrat dielektrik dan pada permukaan sisi lainnya juga dilapisi konduktor yang

berfungsi sebagai pentanahan (ground plane) (Liao, 1987: 142). Lapisan

konduktor tembaga yang terletak di atas substrat dielektrik adalah berfungsi

sebagai elemen radiasi (radiating element). Struktur dasar saluran mikrostrip

32

terdiri atas panjang strip konduktor L, lebar strip konduktor W, tinggi substrat

dielektrik h, dan tebal strip konduktor mikrostrip t dengan konstanta permitivitas

dielektrik relatif εr sebagaimana yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Struktur Dasar Saluran Transmisi Microstrip

Sumber: Punit S. Nakar, 2004: 39

2.2.2.2 Bentuk Umum Antena Mikrostrip

Antena ini merupakan suatu bentuk antena yang dibuat dengan

memanfaatkan prinsip dasar saluran transmisi mikrostrip, yaitu dengan cara

mencetak elemen radiasi (konduktor) pada salah satu sisi permukaan substrat

dielektrik dan bidang pentanahan (ground plane) yang terdapat pada permukaan

sisi lainnya (Kraus, 1988: 745). Bentuk antena mikrostrip ini terdiri dari elemen

radiasi (konduktor) pada salah satu sisi substrat dielektrik dan bagian pentanahan

(ground plane) pada sisi lainnya (Liao, 1987: 197).

Pada bagian elemen radiasi biasanya digunakan tembaga, perak, alloy

antara perak dengan palladium atau kadang-kadang juga digunakan emas. Bahan

dasar (substrat) yang digunakan umumnya mempunyai nilai konstanta dieletrik

antara 1,2 sampai 51, misalnya Teflon RT / Duroid atau alumina atau FR – 4

dengan rugi-rugi tangent dari 0,0001 sampai 0,018.

Antena mikrostrip terdiri dari berbagai macam bentuk geometri. Hal ini

dapat dilihat pada Gambar 2.9.

33

Gambar 2.9. Bentuk Patch Antena Mikrostrip


2.2.2.3 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip

Teknik feed atau pencatuan adalah teknik yang digunakan untuk

menghubungkan antena mikrostrip dengan saluran transmisi lainnya, umumnya

yang dihubungkan adalah bagian patch antena mikrostrip. Patch antena mikrostrip

dapat dicatu dengan bebagai macam metode. Metode-metode tersebut dapat

dikelompokkan kedalam dua kategori: metode kontak langsung (contacting

method) dan metode kontak tak langsung (non-contacting method). Dalam

contacting method daya RF dicatu secara langsung ke patch peradiasi dengan

menggunakan elemen penghubung seperti saluran mikrostrip. Sedangkan dalam

skema non-contacting method, kopling medan electromagnet dilakukan untuk

mentransfer daya antara saluran transmisi dan patch peradiasi. Ada 4 teknik

pencatuan yang populer digunakan yaitu microstrip line, coaxial feed (keduanya

menggunakan skema kontak langsung), aperture coupling dan proximity coupling

(keduanya menggunakan skema kontak tak langsung)

2.2.2.3.1 Microstrip Line Feed

Pada tipe pencatuan ini, bagian konduktor dihubungkan secara langsung

dengan bagian tepi patch mikrostrip. Lebar strip konduktor lebih kecil dari pada

elemen peradiasi antena mikrostrip. Tipe pengaturan pencatuan semacam ini

mempunyai keuntungan bahwasanya pencatuan dapat diberikan pada substrat

yang sama untuk menyediakan suatu struktur planar. Tujuan memberikan

potongan menjorok (inset) kedalam patch adalah untuk menyesuaikan impedansi

saluran dengan patch tanpa memerlukan elemen penyesuai tambahan. Hal ini

dapat diperoleh melalui pengaturan posisi inset yang benar. Dari penjelasan

tersebut maka dapat lebih jelasnya dilihat pada Gambar 2.10.

34

Gambar 2.10. Microstrip Line Feed


Oleh karena itu metode ini menawarkan skema pencatuan yang mudah

disamping kemudahan dalam proses pembuatan dan pemodelan untuk

mendapatkan kesesuaian impedansi.

2.2.2.3.2 Coaxial Feed

Coaxial feed atau probe feed adalah teknik yang umum digunakan pada

pencatuan antena. Seperti terlihat pada Gambar 2.11 konduktor bagian dalam dari

kabel koaksial dihubungkan dengan elemen peradiasi dan konduktor bagian luar

dari kabel koaksial dihubungkan dengan bidang pentanahan (ground plane).

Gambar 2.11. Metode Coaxial feed


Kelebihan dari metode pencatuan seperti ini adalah pencatuan dapat

diletakkan pada setiap lokasi didalam patch yang diinginkan untuk mendapatkan

matching impedansi dari antena. Akan tetapi metode ini mempunyai kekurangan

yaitu bandwidth yang sempit dan kesulitan dalam pemodelan.

2.2.2.3.3 Aperture Coupling

35

Pada tipe pencatuan ini elemen peradiasi dan bagian pencatu terpisah

dengan bidang pentanahan (ground plane) seperti pada Gambar 2.12 kopling

antara elemen peradiasi antena (patch) dan saluran pencatu (line feed) dibuat

melalui slot atau aperture.

Gambar 2.12. Aperture Coupling Feed


Celah kopling biasanya diposisikan ditengah pada bagian bawah patch,

sehingga mengurangi cross-polarization yang disebabkan struktur yang simetris.

Untuk mengoptimalkan radiasi dari patch, biasanya digunakan bahan dengan

konstanta dielektrik yang berbeda untuk lapisan/substrat bagian atas dan bawah.

Kekurangan dari metode ini terletak pada teknik pencatuan yang sulit untuk

difabrikasi dikarenakan lapisan ganda (multiple layer) yang tentunya juga

menambah ketebalan antena.

2.2.2.3.4 Proximity Coupling

Metode pencatuan semacam ini disebut juga skema kopling

elektromagnetik. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13 dua bahan dielektrik

digunakan sehingga saluran pencatu berada diantara kedua substrat dan bagian

elemen peradiasi berada di substrat bagian atas. Kelebihan dari metode ini adalah

bandwidth yang lebih lebar dari pada teknik pencatuan yang lain. Untuk optimasi

antena dapat digunakan media dielektrik yang berbeda.

36

Gambar 2.13. Proximity Coupling Feed


Matching dapat diperoleh dengan mengatur panjang saluran pencatu dan

perbandingan lebar saluran pencatu trerhadap lebar elemen peradiasi. Adapun

kekurangan yang paling mendasar dari metode ini adalah kesulitan dalam hal

fabrikasinya, dikarenakan penggunaan dua lapisan dielektrik yang betul-betul

memerlukan ketelitian dalam penyusunannya.

2.2.2.4 Metode Analisis Antena Mikrostrip

Terdapat beberapa metode yang paling umum digunakan untuk analisis

antena mikrostrip, yaitu model saluran transmisi, model cavity, dan metode

gelombang penuh (yang meliputi persamaan integral primer/metode momen).

Model saluran transmisi merupakan yang paling sederhana dan mampu

memberikan pemahaman yang bagus, akan tetapi kurang akurat jika dibandingkan

dengan model lainnya. Model cavity mampu memberikan tingkat akurasi yang

lebih baik, namun bersifat lebih kompleks dan sulit. Sedangkan metode

gelombang penuh adalah metode yang paling sulit untuk difahami namun mampu

memberikan analisis dengan tingkat keakuratan yang sangat tinggi.

2.2.2.5 Batasan Frekuensi Pada Substrat

Dalam menentukan bahan atau substrat harus diketahui batasan jangkauan

frekuensi maksimum yang masih bisa dilewatkan pada substrat dengan persamaan

berikut (Johan. L, 2002: 33) :

(2-31)

37

dengan :

h = ketebalan substrat (m)

c = kecepatan cahaya (3x108 m/s)

fr = frekuensi kerja (Hz)

εr = konstanta dilektrik bahan (F/m)

2.2.2.6 Impedansi Karakteristik Saluran Mikrostrip

Pada prinsipnya antena mikrostrip mempunyai kesamaan dengan saluran

mikrostrip. Dengan memperhatikan adanya kesamaan sifat yang dimiliki sebagai

komponen pasif, maka dalam menentukan impedansi karakteristik antena dapat

dilakukan dengan menggunakan analisis saluran transmisi dalam bentuk

mikrostrip. Tujuan penentuan impedansi karakteristik antena adalah untuk

menentukan lebar saluran atau elemen radiasinya (Pramono. S.H, 1997: 61).

Secara matematik besarnya nilai impedansi karakteristik untuk saluran

atau antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut

(Liao, 1987: 471) :

(Ω) (2-32)

dengan :

Zo = impedansi karakteristik (Ω)

εr = permitifitas dielektrik relatif substrat (F/m)

W = lebar elemen radiasi (mm)

h = tinggi bahan substrat (mm)

Impedansi karakteristik merupakan salah satu parameter yang penting

dalam merancang antena mikrostrip, karena apabila impedansi saluran yang tidak

mathching dengan impedansi masukan antena akan menyebabkan beberapa

masalah, antara lain timbulnya sinyal pantul, distorsi dan interferensi antar alur

rangkaian (Ginsberg, 1991: 65).

2.2.2.7 Permitifitas Dielektrik Relatif Efektif

Saluran mikrostrip mempunyai dua bahan dielektrik. Oleh karena itu

diperlukan satu parameter baru yang berguna untuk melihat pengaruh kedua

38

bahan dielektrik tersebut secara serentak. Parameter ini disebut sebagai konstanta

permitifitas dielektrik relatif efektif. Besarnya permitifitas dielektrik relatif efektif

dinyatakan dengan persamaan (Liao, 1987: 199) :

Untuk

(2-33)

dengan:

εreff = konstanta dielektrik efektif (F/m)

εr = konstanta dielektrik bahan (F/m)

h = tinggi bahan substrat (mm)

W = lebar patch (mm)

2.2.2.8 Dimensi Antena

Model analisis yang paling populer digunakan adalah model saluran

transmisi, model cavity, model gelombang penuh (momen, FDTD). Model saluran

transmisi adalah model paling sederhana yang memberikan gambaran fisik yang

akan digunakan dengan ketelitian yang baik.

Pada model saluran transmisi antena mikrostrip sebagai perangkat yang

memiliki 2 bagian yaitu lebar (W) dan tinggi (h) dan panjang saluran transmisi

(L). Mikrostrip merupakan saluran transmisi yang nonhomogen dan terdiri dari 2

dielektrik yaitu substrat dan udara.

39

Gambar 2.14 Antena Mikrostrip


2.2.2.8.1 Dimensi Elemen Radiasi

Untuk menentukan dimensi elemen radiasi, maka terlebih dahulu harus

ditentukan besarnya panjang gelombang di ruang bebas (λo) berdasarkan frekuensi

acuan yang akan diradiasikan ( fr ) dan kecepatan cahaya di ruang bebas (c),

dengan persamaan:

(m) (2-34)

Setelah nilai λo diketahui, maka ditentukan panjang gelombang pada

saluran transmisi (λd) yang dapat dihitung dengan persamaan :

(m) (2-35)

dengan :


2.2.2.8.2 Lebar Elemen Radiasi (W)

Untuk menentukan lebar (W) dari elemen radiasi antena mikrostrip

digunakan persamaan (Balanis,1997: 730) :

(2-36)

dengan :


fr = frekuensi kerja pada antena (Hz)


2.2.2.8.3 Panjang Elemen Radiasi (L)

Pada umumnya patch mikrostrip memiliki panjang sebesar setengah

panjang gelombang. Untuk menentukan panjang (L) dari elemen radiasi antena

mikrostrip digunakan persamaan (Balanis, 1997: 730):

(2-37)

40

dengan :

(2-38)

dengan :

L = panjang elemen radiasi (mm)


h = ketebalan bahan (mm)



c = kecepatan cahaya di ruang bebas (3.108m/s)

2.2.2.9 Impedansi Masukan

Pada frekuensi resonansi nilai besarnya impedansi masukan elemen

peradiasi adalah (Herrera.M, 1999: 3) :

(2-39)

dengan :

ZA = impedansi masukan elemen radiasi (Ω)



Dengan memperbesar lebar patch antena maka besarnya impedansi

masukan dapat berkurang.

2.2.2.10 Penyesuai Impedansi (Matching Impedance)

Impedansi masukan elemen radiasi harus ada kesesuaian impedansi antara

impedansi karakteristik saluran transmisi, elemen radiasi dan impedansi di ruang

bebas hal ini dimaksudkan agar sinyal yang diterima antena akan maksimum.

41

Selanjutnya impedansi matching didapat dengan menggunakan persamaan

berikut:

(2-40)

dengan :

ZT = impedansi transformer (Ω)

Zo = impedansi karakteristik saluran transmisi (Ω)

ZL = impedansi beban (Ω)

Penggunaan impedansi transformer λd/4 di antara saluran transmisi

dimaksudkan agar saluran transmisi yang ada match satu dengan yang lain.

Gambar 2.15. Penggunaan transformer untuk matching saluran transmisi

Sumber: Munson, 1984: 75

2.2.2.11 Dimensi Saluran Transmisi

Untuk menghitung dimensi saluran transmisi mikrostrip digunakan

persamaan di bawah ini (Liao, 1987: 140) :

(mm) (2-41)

dengan :

Wo = lebar saluran transmisi (mm)

k = impedansi karakteristik ruang bebas (120πΩ)

h = ketebalan substrat (mm)



Untuk menghitung panjang saluran transmisi dapat digunakan persamaan

sebagai berikut :

(2-42)

dengan :

λd = panjang gelombang pada saluran transmisi microstrip (mm)

42

2.2.2.12 Dimensi Saluran Transformer


persamaan di bawah ini (Resmana. H, 2001: 21) :

(mm) (2-43)

dengan :

WT = lebar saluran transformer (mm)





Karena menggunakan transformer ¼ λ maka panjang transformer dapat

dicari dengan persamaan (Astoto, 2004: 23) :

(2-44)

dengan :

λd = panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip (mm)

2.2.2.12 Rugi – rugi Pada Saluran Mikrostrip

Substrat dan elemen pada saluran mikrostrip menyebabkan adanya rugi –

rugi pada saluran tersebut. Rugi – rugi tersebut mengekspresikan rugi – rugi per

satuan panjang yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α). Tiga jenis rugi –

rugi yang utama yaitu rugi – rugi dielektrik, rugi – rugi konduktor, dan rugi – rugi

radiasi. Rugi – rugi tersebut tergantung dari faktor geometri, saluran geometris,

sifat dielektrik dari substrat dan konduktor serta frekuensi yang digunakan (Liao,

1987: 141).

2.2.2.12.1 Rugi – rugi Dielektrik

Rugi – rugi dielektrik disebabkan adanya sifat konduktivitas dielektrik dan

dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (αd). Besarnya rugi – rugi

dielektrik pada saluran mikrostrip dapat dinyatakan dengan persamaan

(Liao,1987: 143) :

43

(2-45)

dengan :

αd = rugi – rugi dielektrik (dB/cm)

σd = konduktifitas dielektrik (mho/m)

εreff = permitifitas dielektrik relatif efektif (F/m)

εr = permitifitas dielektrik relatif substrat (F/m)

εo = permitifitas ruang hampa (8,854 × 10-12 F/m)

μo = permeabilitas ruang hampa (4π × 10-7 H/m)

2.2.2.12.2 Rugi – rugi Konduktor

Dalam suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi – rugi dielektrik yang

rendah, maka sumber rugi – rugi yang utama adalah akibat tidak sempurnanya

konduktor yang ada, dan besarnya rugi – rugi konduktor dapat dinyatakan dengan

persamaan (Liao, 1987: 145) :

(2-46)

(2-47)

dengan :

αc = rugi – rugi konduktor (dB/cm)

Rs = resistansi permukaan (Ω)

Zo = impedansi karakteristik saluran (Ω)

w = lebar saluran microstrip (mm)

μ = permeabilitas bahan

σc = konduktifitas konduktor (mho/cm)

Dari persamaan – persamaan di atas akan didapatkan besarnya koefisien

pelamahan (α) pada mikrostrip adalah merupakan penjumlahan antara rugi – rugi

dielektrik (αd) dan rugi – rugi konduktor (αc) yang dinyatakan dengan persamaan

(Resmana. H, 2001: 11) :

(2-48)

dengan :

44

α = koefisien pelemahan (dB/cm)

αd = rugi – rugi dielektrik (dB/cm)

αc = rugi – rugi konduktor (dB/cm)

2.2.2.12.3 Rugi –rugi Radiasi

Di samping rugi – rugi dielektrik (αd) dan rugi – rugi konduktor (αc), pada

saluran mikrostrip terdapat juga rugi – rugi radiasi. Rugi – rugi radiasi ini sangat

tergantung pada ketebalan dan konstanta dielektrik substrat. Rugi – rugi ini

dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap daya total yang

diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open

circuit dinyatakan oleh persamaan (Liao, 1987: 147) :

(2-49)

(2-50)

dari substitusi persamaan di atas, akan didapatkan persamaan :

(2-51)

dengan :

Rr = rugi – rugi radiasi (dB/cm)

Pt = daya total yang diberikan saluran (dB)

Prad = daya yang diradiasikan (dB)

λo = panjang gelombang di udara (m)

h = tebal substrat (mm)

εreff = permitifitas dielektrik relatif efektif (F/m)

2.1 Antena mikrostrip polarisasi lingkaran

Terdapat banyak tipe antena mikrostrip yang dapat menghasilkan

polarisasi lingkaran. Antena ini secara luas digunakan sebagai pemancar efisien

45

dalam banyak sistem komunikasi. Gambar 2.16 menunjukkan susunan dasar

untuk bermacam tipe antena mikrostrip dengan polarisasi lingkaran.

Gambar 2.16. Berbagai macam tipe antena mikrostrip yang dapat menghasilkan

polarisasi lingkaran

Sumber : Garg, R., Bharti, P., Bahl, I., and Ittipiboon, A, 2001:495

2.1.1 Bentuk antena polarisasi lingkaran dengan teknik pencatuan single

feed.

Sebuah polarisasi lingkaran dengan teknik pencatuan umpan single feed

dapat dianggap sebagai salah satu pemancar paling sederhana untuk pembangkit

polarisasi lingkaran. Bentuk khusus antena ini ditunjukkan dalam gambar 2.17.

Prinsip kerja antena ini didasarkan bahwa mode yang dihasilkan dapat

dipisahkan ke dalam dua mode orthogonal oleh efek dari segmen pengganggu

seperti lubang atau segmen terpotong. Konsekuensinya, dengan mengatur

segmen tepi patch, mode yang dihasilkan dipisah ke dalam dua mode orthogonal

mode 1 dan 2.

Gambar 2.17. Berbagai macam bentuk Patch dengan pencatuan single feed untuk

polarisasi lingkaran

46


2.1.1.1 Bentuk antena dengan polarisasi lingkaran dengan teknik pencatuan

dual feed

Dengan merancang dimensi fisik dari patch dan teknik pengumpanan yang

tepat, antena mikrostrip polarisasi lingkaran dapat diperoleh. Polarisasi lingkaran

dapat diperoleh jika dua mode ortogonal dirancang dengan beda fasa 90o. Satu

cara untuk mencapai ini adalah mencatu pada tepi-tepi elemen patch yang

berdekatan. Perbedaan fase kwadratur diperoleh dengan pengumpanan elemen

dengan pembagi daya 90o.

Gambar 2.18. Berbagai macam bentuk Patch dengan pencatuan dual feed

untuk polarisasi lingkaran


Dari gambar di atas, patch dicatu dengan amplitudo yang sama dan

perbedaan fase 90o dengan menggunakan sebuah polarizer eksternal. Antena patch

polarisasi lingkaran dual feed dibagi ke dalam kelompok menurut bentuk dari

polarizer eksternal: satu adalah tipe hybrid 3 dB dan berikutnya adalah tipe

pencatuan offset.

Hybrid 3 dB seperti sebuah coupler dengan saluran transformer

menghasilkan amplitudo yang sama tetapi frekuensi pusatnya memiliki perbedaan

fase 90o.

2.2 Microstip dicontinuities

47

Medan listrik pada sebuah saluran transmisi memiliki arah perambatan

tertentu, ketika lebar dari saluran transmisi lebih kecil dari panjang

gelombangnya maka medan listriknya akan saling menghilangkan dan tidak ada

yang diradiasikan. Dicontinuities terjadi pada daerah persimpangan (cross

section). Terdapat dua bagian microstrip dicontinuities yang digunakan yaitu

microtrip bend dan T-junction.

Gambar 2.19. Microstrip Bend

Sumber: (Johan L, 2002 : 16)

Gambar 2.20. T Junction

Sumber: (Johan L, 2002 : 16)

2.3 Coupler hybrid 3 dB

Branch-Line Hybrid Coupler Branch-Line Hybrid Coupler disebut juga

Quadratue Hybrids dengan beda fasa 90° pada port output dan coupled. Hybrid

tipe ini sangat mudah direalisasikan dengan menggunakan mikrostrip atau

stripline dengan tujuan mendapatkan nilai kopling 3 dB. Branch-Line Hybrid

Coupler dapat dilihat pada gambar dibawah.Kopler hibrid adalah jenis passive

device yang terdiri dari empat port, yaitu port 1 digunakan sebagai port

gelombang yang masuk (port input), port 2 sebagai output, port 3 adalah port

untuk mengkopling (coupled port), dan port 4 digunakan sebagai isolation port.

48

Gambar 2.21. Quadratue Hybrids

Sumber : http://www.stttelkom.ac.id/library/index.php?

view=article&catid=12%3Aantena&id=638%3A-hybrid-coupler-

&option=com_content&Itemid=15

(2-52)

dengan,

H = tinggi dari substrat dielektrik

W = lebar

eff = konstanta efektif dielektrik (persamaan 2-33)

Prinsip kerja kopler Branch-Line Hibrid, yaitu output [S21] dan kopling

[S31] memiliki nilai -3dB, masing-masing nilai ini di dapat dengan mengatur

panjang impedansi tiap saluran yang berbeda-beda. Beda fasa 90° tergantung

dari panjang λ/4, pada saat [S21] panjangnya λ/4 dan saat di [S31] panjangnya

2λ/4 jadi selisih antara [S21] dan [S31] adalah λ/4 yaitu sama dengan 90°.

Untuk isolasi pada rangkaian di atas memiliki beda fasa 180° yaitu saat [S41]

panjangnya λ/4 dan saat dari port 1,menuju port2, dan menuju port3 dan

terakhir ke port4 memiliki panjang 3λ/4 jadi memiliki selisih 2λ/4 atau 180°

sehingga saling menghilangkan jadi idealnya isolasi adalah 0, cara

mendapatkan isolasi yang ideal dengan pengaturan panjang impedansi dan λ/4

karena tiap saluran memiliki panjang yang berbeda-beda.

http://www.stttelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=12%3Aantena&id=638%3A-hybrid-coupler-&option=com_content&Itemid=15



BAB III

METODOLOGI

Kajian yang dilakukan dalam tugas akhir ini adalah mengenai perencanaan

dan pembuatan antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran pada

frekuensi kerja 2400 MHz.

Metodologi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah :

1.5 Studi literatur

Melakukan kajian pustaka yang berkaitan dengan teknologi antena

mikrostrip terutama dalam hal perancangan, pembuatan dan penerapannya di

bidang telekomunikasi. Dalam hal ini adalah penerapannya untuk komunikasi

Wireless Local Area Network (WLAN).

3.2 Pengumpulan Data

Data-data yang digunakan dalam penyusunan skripsi ini adalah berupa data

primer dan data sekunder.

a. Data primer

Data primer adalah data yang didapatkan dari hasil pengukuran di

Laboratorium Telakomunikasi Politeknik Negeri Malang. Data tersebut meliputi

Return Loss, VSWR, koefisien pantul, gain, pola radiasi dan polarisasi.

b. Data sekunder

Data sekunder adalah data yang diperoleh dari studi literatur (buku, jurnal-

jurnal, dan internet) dan simulasi meliputi perancangan antena, standar frekuensi

kerja antena yang akan dikerjakan beserta parameter-parameter antena yang ada

meliputi Return Loss, VSWR, koefisien pantul, gain, pola radiasi dan polarisasi

dari data yang telah ada dari literatur ataupun riset yang telah ada.

3.3 Perancangan

Perancangan antena mikrostrip dilakukan secara matematis berdasarkan

pada materi dan referensi yang diperoleh dari hasil studi pustaka. Ada beberapa

hal yang dilakukan dalam merancang antena mikrostrip meliputi :

1

2

3.3.1 Perencanaan Dimensi Elemen Peradiasi

Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus

ditentukan besarnya panjang gelombang di ruang bebas (λo) berdasarkan frekuensi

acuan yang akan diradiasikan ( fr ) dan kecepatan cahaya di ruang bebas (c),

dengan persamaan:

(m)

Setelah nilai λo diketahui, maka ditentukan panjang gelombang pada

saluran transmisi (λd) yang dapat dihitung dengan persamaan :

(m)

dengan :


3.3.2 Lebar Elemen Radiasi (W)

Untuk menentukan lebar (W) dari elemen radiasi antena mikrostrip

digunakan persamaan (Balanis,1997: 730) :

dengan :

W = Lebar elemen radiasi (mm)



3.3.3 Panjang Elemen Radiasi (L)

Pada umumnya patch mikrostrip memiliki panjang sebesar setengah

panjang gelombang. Untuk menentukan panjang (L) dari elemen radiasi antena

mikrostrip digunakan persamaan (Balanis, 1997: 730):

dengan

2

3

dengan :



h = ketebalan bahan (mm)



c = kecepatan cahaya di ruang bebas (3.108m/s)

3.3.4 Impedansi Masukan

Pada frekuensi resonansi nilai besarnya impedansi masukan elemen

peradiasi adalah (Herrera.M, 1999: 3) :

dengan :

ZA = impedansi masukan elemen radiasi (Ω)



Dengan memperbesar lebar patch antena maka besarnya impedansi

masukan dapat berkurang.

3.3.5 Penyesuai Impedansi (Matching Impedance)

Impedansi masukan elemen radiasi harus ada kesesuaian impedansi antara

impedansi karakteristik saluran transmisi, elemen radiasi dan impedansi di ruang

bebas hal ini dimaksudkan agar sinyal yang diterima antena akan maksimum.

Selanjutnya impedansi matching didapat dengan menggunakan persamaan

berikut:

dengan :


3

4

Zo = impedansi karakteristik saluran transmisi (Ω)

ZL = impedansi beban (Ω)

3.3.6 Dimensi Saluran Transmisi


persamaan di bawah ini (Liao, 1987: 140) :

(mm)

dengan :

Wo = lebar saluran transmisi (mm)





Untuk menghitung panjang saluran transmisi dapat digunakan persamaan sebagai

berikut :

dengan :


3.3.7 Dimensi Saluran Transformer


persamaan di bawah ini (Resmana H, 2001: 21) :

(mm)

dengan :

WT = lebar saluran transformer (mm)





4

5

Karena menggunakan transformer ¼ λ maka panjang transformer dapat

dicari dengan persamaan (Astoto, 2004: 23) :

dengan :


3.4 Simulasi

Hasil rancangan kemudian disimulasikan menggunakan software

perancangan untuk mengetahui parameter antena. Tahap pra-pembuatan antena ini

penting untuk melihat kualifikasi dari hasil rancangan apakah sudah sesuai atau

belum dengan yang direncanakan. Untuk penulisan skripsi kali ini menggunakan

program simulator IE3D karena dirasa lebih mudah dan lebih sederhana oleh

penulis. Adapun kelebihan lainnya dari simulator ini dapat mensimulasikan

semua prameter dari antena yang dirancang.

3.5 Pembuatan

Pembuatan antena dilaksanakan setelah hasil simulasi sesuai dengan hasil

yang diinginkan. Pembuatan antena dilaksanakan pada bahan sesuai dengan

standar bahan yang ada. Adapun spesifikasi substrat dan bahan konduktor

meliputi:

Bahan substrat yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Bahan Epoxy fiberglass – FR 4

2. Konstanta dielektrik (εr) = 4,5

3. Ketebalan dielektrik (h) = 0,0016 m = 1,6 mm

Bahan pelapis substrat (konduktor) tembaga:

1. Ketebalan bahan konduktor (t) = 0,0001 m

2. Konduktifitas tembaga (σ) = 5,80x107 mho m-1

3. Impedansi karakteristik saluran = 50 Ω

3.6 Pengukuran

5

6

Untuk dapat mengetahui karakteristik dan performansi dari antena yang

telah dibuat maka dilakukan pengukuran terhadap beberapa parameter antena pada

frekuensi kerjanya. Pengukuran parameter-parameter antena tersebut dilaksanakan

di Laboratorium Telekomunikasi Politeknik Negeri Malang. Pengukuran ini

meliputi:

3.6.1 Pengukuran Return Loss, Koefisien Pantul dan Perhitungan VSWR

1. Return Loss

Tujuan dari pengukuran ini adalah untuk dapat mengetahui nilai return loss

antena hasil pembuatan. Alat yang digunakan untuk pengukuran parameter ini

adalah spectrum anlyszer yang dioperasikan pada jangkauan frekuensi

tertentu. Standar nilai return loss adalah sebesar < -10 dBi. Setelah didapatkan

nilai return loss, selanjutnya dapat dihitung nilai dari koefisien pantul dan

VSWR dengan menggunakan persamaan:

(dB)

2. Koefisien pantul

3. VSWR

Setelah didapatkan nilai return loss, selanjutnya dapat dihitung nilai dari

koefisien pantul dan VSWR dengan menggunakan persamaan:

Dari perhitungan VSWR nantinya dapat diketahui rentang frekuensi dari

antena sehingga bandwith antena dapat diketahui Dalam pengukuran ini alat-alat

yang digunakan mempunyai spesifikasi yaitu :

Agilent RF Network Analyzer 8714ES 300KHz – 3GHz.

Antena uji .

Kabel koaksial RG-58A/U 50 Ω..

Konektor tipe-N Female 2 buah.

3.6.2 Pengukuran Gain Antena

Pada pengukuran gain antena ini, akan diperoleh parameter-parameter

yaitu daya antena referensi (Pref), daya antena yang diuji (PRX), dan gain antena

yang diuji (G) kemudian dari parameter tersebut dapat dihitung gain antena uji

dengan menggunakan persamaan:

6

7

G = 2,15 + PU (dBm) – PR (dBm)

dengan :

G = gain antena uji (dB)

= gain antena referensi (dB)

PU = daya yang diterima antena uji (dBm)

PR = daya yang diterima antena referensi (dBm)

Adapun spesifikasi alat yang digunakan dalam pengukuran gain yaitu :

Hewlett Packard RF Sweep Oscillator 8350B 0,01KHz– 26,5GHz.

Hewlett Packard Spectrum Analyzer 8563E 30Hz – 26.5GHz.

Dua buah antena standar dipole sleeve λ/2

Antena uji

Kabel koaksial RG-58A/U

Konektor tipe N-Female

Tiang penyangga

3.6.3 Pengukuran Pola Radiasi

Berdasarkan hasil pengukuran pola radiasi yang dilakukan, maka

diperoleh nilai daya yang diradiasikan oleh antena uji. Pola radiasi yang diperoleh

yaitu Pola Radiasi Horizontal dan Pola Radiasi Vertikal. Adapun alat-alat yang

digunakan dalam mengukur yaitu :

Hewlett Packard RF Sweep Oscillator 8350B 0,01KHz – 26,5GHz.

Hewlett Packard Spectrum Analyzer 8563E 30KHz – 26,5GHz.

Antena standar dipole λ/2 sebagai antena pemancar.

Antena uji

Kabel Koaksial RG-58A/U 50 Ω.


Dua buah tiang penyangga antena dengan skala sudut putar

3.6.4 Pengukuran Polarisasi

Berdasarkan hasil pengukuran polarisasi yang dilakukan, maka diperoleh

nilai daya yang diterima oleh antena uji. Nilai daya yang diterima kemudian

7

8

dinormalisasi, sehingga data hasil pengukuran dapat diubah ke dalam bentuk

diagram polar agar dapat diketahui polarisasi antenanya. Alat-alat yang digunakan

dalam pengukuran polarisasi antara lain :

Hewlett Packard RF Sweep Oscillator 8350B 0,01KHz – 26,5GHz.

Hewlett Packard Spectrum Analyzer 8563E 30KHz – 26,5GHz.

Antena standar dipole λ/2 sebagai antena pemancar.

Antena Uji

Kabel Koaksial RG-58A/U 50 Ω.


Dua buah tiang penyangga antena dengan skala sudut putar.

3.7 Analisis

Pada tahap ini dilakukan analisis terhadap antena yang telah dibuat dengan

cara membandingkan parameter-parameter yang diperoleh dari hasil perencanaan

dengan parameter-parameter hasil pengujian. Hasil analisis ini akan digunakan

sebagai bahan masukan dalam mengambil kesimpulan.

3.8 Pengambilan Kesimpulan dan Saran

Pengambilan kesimpulan ditulis setelah mendapatkan hasil dari pengukuran

parameter-parameter antena yang diuji dan dibandingkan dengan perencanaan

yang ada, serta memberikan saran untuk lebih meningkatkan performansi antena

yang telah dibuat.

BAB IV

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ANTENA MIKROSTRIP PERSEGI

EMPAT DENGAN POLARISASI LINGKARAN

8

9

4.1 Tinjauan Umum

Antena mikrostrip adalah antena yang dibuat di atas bahan substrat

tertentu dengan elemen peradiasi yang terletak di salah satu sisi substrat dan sisi

yang lain adalah bidang konduktor yang berfungsi sebagai bidang pentanahan

(ground plane).

Dalam bab ini akan dibahas mengenai penentuan bahan substrat,

konduktor dan dimensi elemen peradiasi. Selanjutnya akan dilakukan simulasi

dengan program simulator Zeland IE3DTM untuk mendapatkan VSWR, return

loss, directivity, gain dan bandwidth berdasarkan hasil perancangan dengan

menggunakan dasar teori yang ada pada bab II.

4.2 Spesifikasi substrat dan bahan konduktor

Dalam perancangan antena mikrostrip perlu diketahui terlebih dahulu

mengenai substrat yang akan digunakan

Bahan substrat yang digunakan adalah sebagai berikut :

Bahan Epoxy fiberglass – FR 4 :

Konstanta dielektrik (εr) = 4,5

Ketebalan lapisan dielektrik (h)= 0,0016 m = 1,6 mm

Loss tangent = 0,018

Bahan pelapis substrat (konduktor) tembaga :

Ketebalan bahan konduktor (t) = 0,0001 m

Konduktifitas tembaga (σ) = 5,80 x 107 mho m-1

Frekuensi kerja (fr) = 2400 MHz

Impedansi karakteristik saluran = 50 Ω

Batasan frekuensi kerja yang bisa dilewatkan pada substrat ini dengan

menggunakan persamaan (2-31) :

fr < 4223,78 MHz

9

10

4.3 Perencanaan Dimensi Elemen Peradiasi

Untuk menentukan dimensi elemen peradisi maka terlebih dahulu harus

direncanakan nilai frekuensi kerja (fr) yaitu 2400 MHz dengan nilai perambatan

diruang bebas (c) sebesar 3x108 m/s. Dengan menggunakan persamaan (2-34) :

(m)

m

Maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung

dengan persamaan (2-35) :

(m)

m

Selanjutnya adalah menghitung dimensi elemen peradiasi antena

mikrostrip dengan menggunakan persamaan (2-36) :

0,037689 m = 37,689 mm

Sedangkan untuk menentukan panjang elemen peradiasi (L), terlebih dahulu

harus ditentukan konstanta dielektrik efektif dengan menggunakan persamaan (2-

33):

= 4,174397511 ≈ 4,17

Sehingga dimensi panjang elemen peradiasi (L) dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2-37) :

10

11

dengan:

maka:

Jadi untuk elemen peradiasi pada frekuensi 2400 MHz dimensinya adalah W =

37,689 mm, dan L=29,133 mm

4.3.1 Perencanaan Dimensi Saluran Transmisi dan Saluran Transformer

Setelah dilakukan perhitungan elemen peradiasi pada frekuensi yang

diinginkan, maka dilakukan perhitungan saluran transmisi dan saluran

transformer.

Dengan mengetahui panjang (L) dan lebar (W) patch berturut-turut adalah

28,133 mm dan 37,689 mm maka dapat diketahui impedansi masukannya

berdasarkan persamaan (2-39) adalah sebesar :

11

12

= 402,5017 402

Pada perencanaan antena mikrostrip ini nilai impedansi pada setiap saluran

direncanakan sebesar 100 , 200 , untuk mendapatkan impedansi total 50 ,

serta besarnya impedansi elemen peradiasi adalah 402 . Dengan nilai h = 1,6

mm dan εr = 4,5 maka diperoleh nilai WO (lebar saluran transmisi) untuk tiap-tiap

nilai impedansi.

Untuk perhitungan dimensi saluran transmisi dapat digunakan persamaan

(2-41) di bawah ini :

(mm)

Nilai ZT = 402 :

(mm)

Wo = 0,7073 mm

Untuk panjang saluran transmisi dapat dicari dengan persamaan (2-42) :

Dengan = 58,93 m, maka panjang saluran transmisi adalah

= 14,7325 mm

Untuk panjang sudut saluran transmisi (mikrostrip bend) adalah

1.8 x Wo = 1.8 x 0,7073

= 1,273 mm

Untuk menghitung impedansi matching antar saluran transmisi digunakan

impedansi transformer ¼ λ dengan persamaan (2-40) dibawah ini:

Impedansi matching antara saluran 200 dan saluran 402 :

=283,54

12

13

Untuk lebar saluran transformer dapat dicari dengan persamaan (2-43) :

(mm)

WT = 2,0025 mm

Untuk panjang saluran transformer dapat dicari dengan persamaan (2-44) :

(m)

Dengan = 58,93 m, maka panjang saluran transformer adalah :

= 14,7325 mm

4.4 Perencanaan Coupler Hybrid 3 dB

Untuk perancangan coupler hybrid 3 dB impedansi masukannya adalah

dengan menggunakan persamaan (2-52) :

Sedangkan dimensi dari coupler hybrid 3 dB menggunakan perhitungan

saluran transformer yaitu :

Untuk lebar coupler hybrid 3 dB dapat dicari dengan persamaan (2-43) :

(mm)

WT = 3,63 mm

Untuk panjang dapat dicari dengan persamaan (2-44) :

(m)

Dengan = 58,93 m, maka panjang coupler hybrid 3 dB adalah :

13

14

= 14,7325 mm

Adapun bentuk antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran yang direncanakan adalah terlihat pada Gambar 4.1 berikut :

Gambar 4.1 Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan Polarisasi Lingkaran

Sumber : Perancangan

Tabel 4.1 Dimensi dari Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan Polarisasi

Lingkaran Sebelum di Optimasi

Line Lebar(mm)

Panjang(mm)

L1 37,689 37,689L2 0,7073 14,7325L3 0,7073 14,7325L4 0,7073 14,7325L5 0,7073 14,7325L6 0,7073 14,7325L7 0,7073 14,7325L8 0,7073 14,7325L9 0,7073 14,7325L10 0,7073 14,7325L11 0,7073 14,7325H1 3,63 14,7325H2 3,63 14,7325

14

15

Curve Lebar (mm)

Sudut (o)

Radius

C1 1,273 135 0,5C2 1,273 135 0,5C3 1,273 90 0,5C4 1,273 90 0,5

Sumber : Perancangan

4.5 Simulasi

Setelah melakukan perhitungan elemen peradiasi, saluran transmisi, dan

saluran transformer kemudian hasil dimensi perancangan ini dimasukkan ke

program simulator dalam hal ini adalah Zeland IE3DTM. Dari hasil simulasi,

didapat hasil parameter-parameter antena yang dapat dijadikan acuan awal apakah

antena hasil perancangan berdasarkan teori yang ada dapat bekerja. Diharapkan

hasil keluaran program Zeland IE3DTM ini dapat mendekati hasil yang sebenarnya.

4.5.1 Langkah SimulasiDalam simulasi antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran dilakukan beberapa tahapan proses yaitu :

Menentukan basic parameter.

Membuat patch elemen peradiasi beserta salurannya.

Pilih port yang sesuai untuk di gunakan.

Membuat meshing pada antenna.

Menjalankan proses proses simulasi.

Adapun tampilan Zeland IE3DTM dapat dilihat pada gambar berikut :

15

16

Gambar 4.2 Tampilan Zeland IE3DTM Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan

Polarisasi Lingkaran

Sumber : Simulasi

4.5.2 Hasil SimulasiHasil simulasi RL dari antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Hasil Simulasi Nilai Return Loss

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa antena memiliki RL -5,62001 dB.

Hasil simulasi VSWR dari antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran dapat dilihat pada Gambar 4.4

Gambar 4.4 Hasil Simulasi Nilai VSWR

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa antena memiliki VSWR 3,19815.

Hasil simulasi axial ratio dari antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran VSWR dapat dilihat pada Gambar 4.5.

16

17

Gambar 4.5 Hasil Simulasi Nilai Axial Ratio

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa antena memiliki axial ratio

55,0825

Hasil simulasi gain dari antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran VSWR dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 Hasil Simulasi Nilai Gain

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa antena memiliki Gain-9,81147

dB.

17

18

4.5.2 Optimasi Elemen PeradiasiOptimasi dilakukan agar antena mendapatkan gain yang diinginkan yaitu >

3 dB

Untuk melakukan optimasi dapat dilakukan dengan merubah ukuran

dimensi elemen peradiasi hingga didapatkan hasil yang paling optimum. Dalam

skripsi ini digunakan simulator Zeland IE3DTM untuk mensimulasikan perubahan

dimensi antena. Hasil optimasi bisa dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil Optimasi Dimensi Elemen Peradiasi

Lebar w (mm)

Gain(dB)

38 -10,927637,689 -3,49 36,75 -0,37335,25 0,001

34 1,372633,689 1,44632,133 1,50933

30 3,75839Sumber : Simulasi

4.5.2 Optimasi Lebar Saluran Transmisi (Wo )Lebar saluran transmisi mempengaruhi nilai dari dari return loss (RL),

semakin lebar saluran transmisi maka return loss semakin rendah. Hasil optimasi

lebar saluran transmisi dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Optimasi Saluran Transmisi

Lebar Wo

(mm)Return Loss

0,95 -5,586351,13 -9,4747545

18

19

1,25 -8,7631,675 -10,55221,85 -17,0277

2 -22,3046Sumber : Simulasi

4.5.3 Optimasi Panjang Saluran Transmisi (Lo ) Panjang saluran transmisi berpengaruh pada VSWR, semakin pendek

saluran transmisi maka VSWR yang dihasilkan semakin kecil. Tabel 4.4

menunjukkan hasil optimasi panjang saluran transmisi.

Tabel 4.3 Hasil Optimasi Panjang Saluran Transmisi

Panjang (Lo ) (mm)

VSWR

14,7325 3,19815

16,85 2,1475616,83 2,0118116,78 1,870315,67 1,7727115,37 1,9539314,275 1,40289

14 1,2471612 1,34364

Sumber : Simulasi

19

20

4.5.4 Optimasi Panjang Coupler Hybrid 3 dB

Panjang Coupler Hybrid 3 dB berpengaruh terhadap axial ratio antena, semakin pendek Coupler Hybrid 3 dB maka axial ratio yang dihasilkan semakin kecil. Tabel 4.4 menunjukkan hasil optimasi panjang Coupler Hybrid 3 dB.

Tabel 4.4 Hasil Optimasi Panjang Coupler Hybrid 3 dB

Panjang Coupler Hybrid 3 dB (mm) Axial Ratio

14,7325 55,0825

14,7375 11,116114,885 8,88214,90 8,35155


4.5.5 Optimasi Lebar Coupler Hybrid 3 dB

Optimasi lebar Coupler Hybrid 3 dB berpengaruh terhadap axial ratio antena, semakin kecil Coupler Hybrid 3 dB maka axial ratio yang dihasilkan semakin kecil.

Tabel 4.5 Hasil Optimasi Lebar Coupler Hybrid 3 dB Saat Nilai Panjang Coupler Hybrid 3 dB 15 mm

Panjang Coupler Hybrid 3 dB (mm) Axial Ratio3,5 8,83,4 11,373,3 9,963,2 6,7933,1 5,47

20

21


Hasil simulasi RL dari antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran setelah optimasi akhir ditunjukkan pada Gambar 4.7

Gambar 4.7 Grafik Nilai Return Loss Setelah Optimasi

Sumber : Simulasi

Gambar VSWR hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 4.8

21

22

Gambar 4.8 Grafik VSWR Terhadap Frekuensi Setelah Optimasi

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi gain untuk antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran ssetelah optimasi ditunjukkan pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik gain Terhadap Frekuensi Setelah Optimasi

Sumber : Simulasi

Hasil simulasi axial ratio untuk antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran ssetelah optimasi ditunjukkan pada Gambar 4.10.

22

23

Gambar 4.10 Grafik axial ratio Terhadap Frekuensi Setelah Optimasi

Sumber : Simulasi

Berdasarkan hasil dari simulasi perancangan, dimensi antena mikrostrip

persegi empat dengan polarisasi lingkaran setelah dilakukan proses optimasi

adalah sebagai berikut:

Tabel 4.6 Dimensi dari Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan Polarisasi

Lingkaran Setelah di Optimasi

Line Lebar (mm)

Panjang (mm)

L1 30 30

L2 2 14

L3 2 14

L4 2 12

L5 2 12

L6 2 14

L7 2 14

L8 2 16,627

L9 2 16,627

L10 2 14

L11 2 14

H1 3 15

H2 3 15

Curve Lebar Sudut Radius

23

24

(mm) (o)C1 2 135 0.5C2 2 135 0.5C3 2 90 0.5C4 2 90 0.5

Sumber : Simulasi

4.6 Pembuatan Antena Mikrostrip

Pada umumnya teknik pembuatan rangkaian–rangkaian mikrostrip

dilakukan dengan mencetaknya di atas substrat tertentu. Pada skripsi ini substrat

yang digunakan adalah FR4 yang sudah dalam bentuk PCB double layer dan

lapisan konduktornya dari bahan tembaga.

4.6.1 Alat-alat dan Bahan yang Digunakan

Bahan dan alat yang digunakan dalam pembuatan antena mikrostrip ini adalah

sebagai berikut :

1. Layout rancangan dengan AutoCAD 2008 dicetak di atas kertas kalkir

dengan skala 1:1

2. PCB dengan bahan substrat FR4 dengan lapisan konduktornya dari

logam tembaga.

3. Acrilic

4. Jangka sorong

5. Ulano – 133

6. Screen T – 180

7. Amplas waterproof CC – Cw

8. Gergaji besi

9. Kikir penghalus

10. Konektor antena standar BNC

11. Bor dan mata bor dengan diameter 1 mm

12. Solder dan timah

4.6.2 Pencetakan pola antena mikrostrip pada substrat

Pola antena mikrostrip yang akan dicetak di atas PCB terlebih dahulu

digambar dengan program AutoCAD 2008, untuk kemudian dicetak di atas kertas

24

25

kalkir sebagai sample layout. Untuk menghasilkan cetakan layout yang bagus

lebih baik menggunakan printer dengan teknologi laser, supaya ketelitian dari

dimensi jalur-jalurnya tetap terjaga. Selain itu hasil layout dengan kertas kalkir ini

harus terjaga kebersihannya, agar kotoran yang mungkin melekat padanya tidak

ikut tercetak pada proses pembuatan antena mikrostrip ini.

Sebelum proses pencetakan, lembaran PCB harus dibersihkan dari debu

dan kotoran lainnya yang mungkin melekat pada PCB tersebut. Pembersihan

dilakukan dengan menggosokkan kompon atau kit, kemudian dicuci dengan

menggunakan deterjen agar tidak ada lagi sisa kotoran yang menempel. Kemudian

screen T–180 dibersihkan dengan air sabun hingga benar–benar bersih, lalu

dikeringkan. Setelah screen kering lapisi dengan ulano–133, pelapisan ini

prosesnya dilakukan pada tempat yang tidak terkena cahaya apapun secara

langsung (bebas dari sinar ultraviolet). Setelah selesai pelapisan tersebut, maka

screen dikeringkan dengan menggunakan hairdryer.

Setelah itu lembar layout yang dibuat sebelumnya diletakkan di atas

screen yang telah terlapisi ulano–133 tersebut, untuk selanjutnya sinari dengan

cahaya matahari ± 1 menit. Kemudian screen tersebut dibawa kembali ke ruang

yang tidak terkena sinar secara langsung, untuk proses pembasahan dengan

menggunakan air, agar tercetak pola antena mikrostrip pada screen tersebut.

Selanjutnya screen ini dapat digunakan untuk mencetak (menyablon) pola antena

mikrostrip yang diinginkan pada PCB yang digunakan.

4.6.3 Etching (Pelarutan)

Setelah tercetak pola antena mikrostrip yang diinginkan, melakukan proses

selanjutnya, yaitu proses pelarutan PCB dengan menggunakan larutan yang

merupakan campuran HCl+H2O2+H2O dengan perbandingan 1 : 2 : 9 sampai

lapisan konduktor yang tidak diinginkan larut dan hanya tersisa gambar pola

antena yang direncanakan.

Proses selanjutnya pelapisan konduktor antena mikrostrip dengan

menggunakan cairan perak nitrat, yaitu dengan cara mencelupkannya ke dalam

cairan perak nitrat dalam waktu ± 15 menit, sampai benar–benar seluruh lapisan

25

26

konduktor telah terlapisi dengan perak. Setelah itu antena mikrostrip ini dicuci

dan dibersihkan.

4.6.4 Penyolderan

Tahap berikutnya proses terakhir melakukan penyolderan, yaitu dengan

menghubungkan konektor BNC dengan antena mikrostrip yang sudah jadi.

Sebelum disolder, dilakukan pengeboran pada PCB di titik catunya. Setelah itu

dilakukan pemasangan konektor pada PCB dengan disolder menggunakan timah

sebagai perekat.

Setelah melakukan proses-proses pembuatan antena diatas, selanjutnya

antena mikrostrip siap dilakuakan pengukuran pada Laboratorium. Antena hasil

fabrikasi selanjutnya akan diuji di Laboratorium Telekomunikasi Politeknik

Negeri Malang. Antena hasil fabrikasi dapat dilihat pada Gambar 4.11 dan

Gambar 4.12.

Gambar 4.11 Antena Hasil Fabrikasi Tampak Atas

Sumber : Fabrikasi

Gambar 4.12Antena Hasil Fabrikasi Tampak Bawah

Sumber : Fabrikasi

26

27

BAB V

PENGUJIAN DAN ANALISIS HASIL PENGUKURAN ANTENA

MIKROSTRIP PERSEGI EMPAT DENGAN POLARISASI LINGKARAN

5.1 Pendahuluan

Pada bab ini akan diuraikan prosedur pengukuran parameter-parameter

antena, hasil pengukuran yang diperoleh, serta analisisnya. Dengan demikian

dapat diketahui bagaimana karakteristik dan perfomansi dari antena mikrostrip

persegi empat dengan polarisasi lingkaran. Tujuan dari pengukuran ini adalah

untuk mendapatkan data-data parameter antena yang telah dirancang dan

difabrikasi. Dalam hal ini pengukuran yang dilakukan meliputi :

Pengukuran return loss

Perhitungan VSWR

Perhitungan koefisien pantul

Pengukuran gain antena

Pengukuran pola radiasi

Pengukuran polarisasi

Perhitungan bandwidth

Perhitungan directivity

27

28

Pengukuran parameter-parameter tersebut dilakukan di Laboratorium

Telekomunikasi Politeknik Negeri Malang.

5.2 Pengukuran Return Loss, Perhitungan VSWR dan Koefisien Pantul

5.2.1 Alat-alat yang digunakan

GW Instek Spectrum Analyzer 2,7 GHz.

Directional coupler

Antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran)

Kabel koaksial RG-58A/U

Kabel adapter N to BNC

5.2.2 Prosedur pengukuran

1. Menghidupkan alat ukur spectrum analyzer dan tunggu ± 5 menit untuk

persiapan pengukuran.

2. Menghubungkan kabel koaksial RG-58A/U dengan alat ukur spectrum

analyzer.

3. Mengkalibrasi alat ukur spectrum analyzer yang telah dihubungkan kabel

koaksial RG-58A/U.

4. Menghubungkan ujung lain kabel koaksial RG-58A/U dengan antena uji

sehingga terbentuk rangkaian seperti pada Gambar 5.1 berikut.

Gambar 5.1 Rangkaian Pengukuran Return Loss

Sumber : Pengukuran

28

29

5. Mengatur alat ukur spectrum analyzer pada range frekuensi 2200 MHz –

2700 MHz.

6. Mencatat nilai return loss yang ditunjukkan oleh alat ukur spectrum

analyzer pada range frekuensi 2310 MHz - 2500 MHz dengan step

kenaikan setiap 10 MHz.

7. Dengan persamaan 2-24, diperoleh besarnya koefisien pantul untuk setiap

frekuensi yang diukur.

5.2.3 Hasil pengukuran

Dari hasil pengukuran return loss dapat dihitung nilai koefisien pantul dan

nilai VSWR antena. Perhitungan nilai VSWR dan koefisien pantul adalah sebagai

berikut :

RL = (dB)

VSWR =

Dengan cara perhitungan yang sama, data hasil pengukuran return loss,

maka VSWR dan koefisien pantul antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut.

Tabel 5.1 Hasil Pengukuran Return Loss, Perhitungan VSWR dan Koefisien

Pantul Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan Polarisasi Lingkaran

No. Frekuensi (MHz)

Return Loss (dB)

Koefisien Pantul VSWR

1 2310 -13,5 0,211348904 1,5359756812 2320 -13,6 0,208929613 1,5282200333 2330 -14,1 0,197242273 1,4914117084 2340 -14,9 0,179887091 1,4386885985 2350 -15 0,177827941 1,4325808436 2360 -15 0,177827941 1,4325808437 2370 -15,3 0,171790838 1,4148489208 2380 -15,3 0,171790838 1,4148489209 2390 -15,3 0,171790838 1,41484892010 2400 -16 0,158489319 1,37667809211 2410 -17,4 0,134896288 1,1186154012 2420 -18,7 0,116144861 1.26281424613 2430 -18,8 0,114815362 1,25941562314 2440 -19,8 0,102329299 1,227988502

29

30

15 2450 -19,5 0,105925372 1,23694973316 2460 -21,6 0,083176377 1,18144466417 2470 -22.5 0,074989420 1,16213743218 2480 -24,2 0,061659500 1,13142244219 2490 -25,1 0,055590425 1,11772524620 2500 -27,5 0,042169650 1,088052441

Sumber : Hasil Pengukuran

Selanjutnya dari data hasil pengukuran return loss, koefisien pantul dan

VSWR dapat dibuat grafik fungsi terhadap frekuensi, seperti ditunjukkan pada

gambar 5.2 berikut.

Gambar 5.2 Grafik Fungsi Return Loss Terhadap Frekuensi


Grafik fungsi koefisien pantul terhadap frekuensi dapat dilihat pada Gambar 5.3

berikut.

30

31

Gambar 5.3 Grafik Fungsi Koefisien Pantul Terhadap Frekuensi


Sedangkan untuk grafik fungsi VSWR terhadap frekuensi dapat dilihat pada

Gambar 5.4 berikut.

Gambar 5.4 Grafik Fungsi VSWR Terhadap Frekuensi


5.2.4 Analisis hasil pengukuran

Berdasarkan hasil pengukuran, antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran ini memiliki nilai return loss yang masih memenuhi

parameter kerja. Pada frekuensi 2400 MHz antena memiliki nilai return loss

31

32

sebesar – 16 dB, koefisien pantul sebesar 0,158489319, dan nilai VSWR sebesar

1,376678092. Sedangkan pada frekuensi 2490 MHz antena memiliki nilai return

loss sebesar -25,1 dB, koefisien pantul sebesar 0,055590425, dan nilai VSWR

sebesar 1,117725246. Hal ini berarti antena dapat bekerja pada frekuensi kerja

yang direncanakan.

5.3 Pengukuran Gain Antena


Aeroflex IFR 3413 Signal Generator 250 kHz – 3 GHz.


Dua buah antena standar dipole λ/2.

Antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran).

Kabel adaprter N to BNC.

Dua tiang penyangga.


Gambar 5.5 Rangkaian Pengukuran Gain Antena

Sumber : Pengukuran

1. Merangkai peralatan seperti pada Gambar 5.5

2. Satu antena dipole λ/2 dipasang sebagai antena pemancar dan satu

antena dipole λ/2 dipasang sebagai antena referensi pada sisi

penerima.

3. Signal generator diatur pada frekuensi 2310 MHz dan catat daya

antena yang terukur pada spectrum analyzer.

32

33

4. Naikkan frekuensi pada signal generator dengan step kenaikan sebesar

10 MHz dan catat hasilnya.

5. Antena dipole λ/2 pada penerima (referensi) diganti dengan antena uji

(antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran) hasil

perancangan.

6. Mengulangi langkah 4 dan 5.


Pada pengukuran gain antena ini, akan diperoleh parameter-parameter

yaitu daya yang diterima antena referensi (PR), daya antena yang diuji (PU), dan

gain antena yang diuji (GAUT). Nilai Gain antena (G) yang diuji diperoleh dari

perhitungan data hasil pengukuran dengan menggunakan persamaan 2-21 di

bawah ini :

G = 2,15 + PU (dBm) – PR (dBm)

Untuk hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 5.2 berikut.

Tabel 5.2 Hasil Pengukuran

Gain Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan Polarisasi Lingkaran

No. Frekuensi (MHz) PR (dBm) PU (dBm) Gain (dBi)

1 2310 -68,2 -62,9 7,45

2 2320 -69,9 -64,9 7,15

3 2330 -67,8 -65,6 4,35

4 2340 -65,4 -63,3 4,25

5 2350 -62,6 -59,4 5,35

6 2360 -71,1 -63,1 10,75

7 2370 -62,4 -63 1,55

8 2380 -59,1 -59,5 1,75

9 2390 -61 -61,1 2,05

10 2400 -66,9 -65 4,05

11 2410 -61,1 -57,5 5,75

12 2420 -61,8 -57,9 6,05

13 2430 -62,5 -58,2 6,45

33

34

14 2440 -68,5 -61,9 8,75

15 2450 -61,3 -54,1 9,35

16 2460 -72,1 -64,2 10,05

17 2470 -61,5 -52,9 10,75

18 2480 -63,1 -53,6 11,65

19 2490 -66,8 -54,8 14,15

20 2500 -70,3 -54,7 17,75



Pada pengukuran ini digunakan antena referensi adalah antena dipole λ/2

isotropis dengan nilai gain standar 2,15 dBi.

Pada frekuensi perencanaan antena yaitu 2400 MHz - 2483,5 MHz antena

memiliki nilai gain yang melebihi dari nilai simulasi. Nilai ini juga telah

memenuhi persyaratan yang diinginkan pada gain antena mikrostrip yang

umumnya > 3 dBi.

5.5 Pengujian Polarisasi




Satu buah antenna dipole λ/2 sebagai transmitter.

Antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran)

Kabel adapter N to BNC

Dua buah tiang penyangga dengan interval sudut putar tiap 100


1. Memasang antena dipole λ/2 sebagai antena pemancar dengan

menghubungkannya ke signal generator menggunakan kabel adapter

N to BNC, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.6 berikut.

34

35

Gambar 5.6 Rangkaian Pengukuran Polarisasi Antena

Sumber : Pengukuran

2. Memasang antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran) sebagai antena penerima dengan

menghubungkannya ke spectrum analyzer menggunakan kabel adapter

N to BNC, seperti ditunjukkan pada gambar 5.6.

3. Memposisikan antena pemancar sejajar dengan antena uji, kemudian

mengatur signal generator pada frekuensi 2400MHz.

4. Memutar antena uji pada sumbu horizontal antena, dari 0o sampai 360o

dengan interval 10o, dan mencatat nilai daya diterima yang ditunjukkan

oleh spectrum analyzer pada tiap-tiap interval pemutaran.

5. Menghitung harga normalisasi untuk tiap sudut putarnya.


Berdasarkan hasil pengukuran polarisasi yang dilakukan, maka diperoleh

nilai daya yang diterima oleh antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran) yang diputar 10o pada sumbu horizontal. Nilai normalisasi

hasil pengukuran kemudian diubah ke dalam bentuk diagram polar. Data hasil

pengukuran polarisasi pada frekuensi 2400 MHz terlihat dalam Tabel 5.3 berikut.

Tabel 5.3 Hasil Pengukuran Polarisasi Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan

Polarisasi Lingkaran pada Frekuensi 2400 MHz

No. Sudut Level terima (-dBm) Normalisasi1 0 -68,60 -3,102 10 -68,60 -3,10

35

36

3 20 -68,60 -3,104 30 -69,00 -2,705 40 -69,30 -2,406 50 -71,00 -0,707 60 -68,00 -3,708 70 -70,00 -1,709 80 -69,00 -2,7010 90 -69,40 -2,3011 100 -69,40 -2,3012 110 -69,00 -2,7013 120 -69,80 -1,9014 130 -71,20 -0,5015 140 -71,00 -0,7016 150 -68,10 -3,6017 160 -71,30 -0,4018 170 -71,00 -0,7019 180 -71,00 -0,7020 190 -71,50 -0,2021 200 -70,10 -1,6022 210 -69,80 -1,9023 220 -69,50 -2,2024 230 -69,30 -2,4025 240 -70,00 -1,7026 250 -71,40 -0,3027 260 -71,10 -0,6028 270 -69,70 -2,0029 280 -69,80 -1,9030 290 -69,60 -2,1031 300 -68,60 -3,1032 310 -68,60 -3,1033 320 -71,00 -0,7034 330 -71,70 0,0035 340 -71,40 -0,3036 350 -69,90 -1,80


36

37

Gambar 5.7 Diagram Polar Polarisasi Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan

Polarisasi Lingkaran



Berdasarkan data hasil pengukuran polarisasi Tabel 5.3, dengan mengubah

data nilai daya yang telah dinormalisasi ke dalam bentuk diagram polar, maka

dapat diketahui bentuk polarisasi antena. Bentuk polarisasi antena yang diuji dapat

dilihat dalam Gambar 5.7.

Berdasarkan Gambar 5.7 antena ini dapat digolongkan sebagai antena

yang berpolarisasi lingkaran.

5.6 Pengujian Pola Radiasi




Satu buah antenna dipole λ/2 sebagai transmitter.

Antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran).

37

38

Kabel adapter N to BNC.

Dua buah tiang penyangga dengan interval sudut putar tiap 100.


1. Memasang antena dipole λ/2 sebagai antena pemancar dengan

menghubungkannya ke signal generator menggunakan kabel adapter

N to BNC , seperti ditunjukkan pada Gambar 5.8 berikut.

Gambar 5.8 Rangkaian Pengukuran Pola Radiasi Antena

Sumber : Pengukuran

2. Memasang antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran) sebagai antena penerima dengan

menghubungkannya ke spectrum analyzer menggunakan kabel adapter

N to BNC, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.8.

3. Mengatur signal generator pada frekuensi 2400 MHz.

4. Memutar antena uji (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran) secara horizontal, dari 0o sampai 360o dengan interval 10o,

dan mencatat nilai daya yang ditunjukkan oleh spectrum analyzer pada

tiap-tiap interval pemutaran untuk mendapatkan nilai pola radiasi

horisontal.

5. Menghitung harga normalisasi untuk tiap sudut putarnya.

6. Memutar antena pemancar dan antena uji (antena mikrostrip persegi

empat dengan polarisasi lingkaran) pada sumbunya sejauh 90o, untuk

mendapatkan nilai Pola Radiasi Vertikal.

7. Mengulangi langkah 4 dan 5.

38

39


Berdasarkan hasil pengukuran pola radiasi yang dilakukan, maka

diperoleh nilai daya yang diradiasikan oleh antena uji. Pola radiasi yang diperoleh

yaitu pola radiasi horizontal dan pola radiasi vertikal. Data hasil pengukuran pola

radiasi horizontal dan pola radiasi vertikal pada frekuensi 2400 MHz terlihat

dalam Tabel 5.4 dan Tabel 5.5 berikut.

Tabel 5.4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Horizontal Antena Mikrostrip Persegi

Empat dengan Polarisasi Lingkaran pada frekuensi 2400 MHz.

No. Sudut (˚)Level Terima

(dBm)Normalisasi

1 0 62,80 -1,502 10 62,90 -1,603 20 62,60 -1,304 30 63,20 -1,905 40 64,70 -3,406 50 67,40 -6,107 60 70,70 -9,408 70 73,60 -12,309 80 76,30 -15,0010 90 75,30 -14,0011 100 74,10 -12,8012 110 72,50 -11,2013 120 74,20 -12,9014 130 76,80 -15,5015 140 76,40 -15,1016 150 72,00 -10,7017 160 72,60 -11,3018 170 73,40 -12,1019 180 74,10 -12,8020 190 76,00 -14,7021 200 76,70 -15,4022 210 76,40 -15,1023 220 74,00 -12,7024 230 72,60 -11,3025 240 72,20 -10,9026 250 69,20 -7,9027 260 68,30 -7,0028 270 67,30 -6,0029 280 68,90 -7,6030 290 69,50 -8,20

39

40

31 300 70,40 -9,1032 310 73,70 -12,4033 320 69,20 -7,9034 330 63,70 -2,4035 340 61,80 -0,5036 350 61,30 0,00


Tabel 5.5 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Vertikal Antena Mikrostrip Persegi

Empat dengan Polarisasi Lingkaran pada frekuensi 2400 MHz

No. Sudut (˚) Level Terima (dBm) Normalisasi1 0 65,8 -4,502 10 66,9 -5,603 20 67,3 -6,004 30 70,5 -9,205 40 72,8 -11,506 50 75,6 -14,307 60 76 -14,708 70 76,4 -15,109 80 76,8 -15,5010 90 76,9 -15,6011 100 75,3 -14,0012 110 73,8 -12,5013 120 74,6 -13,3014 130 73,6 -12,3015 140 71,4 -10,1016 150 73,1 -11,8017 160 73,4 -12,1018 170 74,6 -13,3019 180 72,8 -11,5020 190 74 -12,7021 200 72,6 -11,3022 210 74,6 -13,3023 220 74,8 -13,5024 230 73,7 -12,4025 240 69 -7,7026 250 69,5 -8,2027 260 68,9 -7,6028 270 63,7 -2,4029 280 61,8 -0,5030 290 61,3 0,0031 300 63,2 -1,9032 310 62,6 -1,3033 320 62,9 -1,6034 330 62,8 -1,50

40

41

35 340 61,8 -0,5036 350 61,3 0,00


Pola radiasi horizontal antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran pada frekuensi 2400 MHz dapat dilihat pada gambar 5.9 berikut.

Gambar 5.9 Pola Radiasi Horizontal Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan



Sedangkan untuk pola radiasi vertikal dapat dilihat pada Gambar 5.10 berikut.

41

-3 dB

-3 dB

42

Gambar 5.10 Pola Radiasi Vertikal Antena Mikrostrip Persegi Empat dengan




Berdasarkan Tabel 5.4 dan Tabel 5.5 dapat dilihat bentuk pola radiasi

antena hasil perancangan pada diagram polar, sebagaimana ditunjukkan pada

Gambar 5.9 dan Gambar 5.10 untuk frekuensi 2400 MHz. Berdasarkan Gambar

5.9 dan Gambar 5.10 tersebut dapat diketahui bahwa bentuk pola radiasi antena

hasil perancangan (antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran)

adalah unidirectional, yaitu memiliki intensitas radiasi maksimum hanya pada

satu arah tertentu saja.

Berdasarkan Gambar 5.9 dan Gambar 5.10 juga diperoleh nilai -3dB

beamwidth pola radiasi horizontal untuk frekuensi 2400 MHz adalah 65o (oHP =

65o), dan nilai -3dB beamwidth pola radiasi vertikal adalah 85o (oHP = 85o).

5.7 Perhitungan Keterarahan (Directivity)

Untuk mengetahui nilai keterarahan (directivity) antena yang diuji, dapat

digunakan data hasil pengukuran pola radiasi.

5.7.1 Cara perhitungan

Directivity dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

1 steradian = 1 radian2

= (derajat2)

sehingga,

dengan :

D = directivity

42

43

θ = beamwidth pola radiasi vertikal (rad)

Φ = beamwidth pola radiasi horisontal (rad)

oHP = beamwidth pola radiasi vertikal (derajat)

oHP = beamwidth pola radiasi horisontal (derajat)

5.7.2 Hasil perhitungan

Berdasarkan data hasil pengukuran pola radiasi, diperoleh nilai -3dB

beamwidth pola radiasi horizontal untuk frekuensi 2400 MHz adalah 65o (oHP =

65o), dan nilai -3dB beamwidth pola radiasi vertikal adalah 85o (oHP = 85o). Maka

nilai directivity antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran hasil

pembuatan adalah :

= 7,42

D(dB) = 10 log 7,42 = 8,704 dBi

5.8 Perhitungan Bandwidth

Perhitungan bandwidth antena yang diuji dilakukan dengan cara

menghitung selisih antara frekuensi atas dengan frekuensi bawah antena uji.

Penentuan frekuensi atas dan frekuensi bawah antena dilakukan dengan cara

menentukan frekuensi tertinggi dan terendah antena dimana masih memiliki nilai

VSWR < 2 (Warren L. Stutzman ; Gary A. Thile,1981) dan RL < -10 dB

(Punit,2004 :19).

Berdasarkan data hasil pengukuran return loss, antena dapat bekerja pada

frekuensi < 2200 MHz sampai frekuensi > 2700 MHz. Sehingga bandwidth antena

ini adalah:

B = fu - fl

B = 2700 MHz – 2200 MHz = 500 MHz

Jadi, antena memiliki bandwidth 500 %.

Bandwidth antena hasil pengukuran masih lebih besar dari bandwidth hasil

perancangan yang hanya sebesar 20 MHz. Perbedaan yang begitu besar ini

disebabkan oleh faktor pengukuran yang dilakukan di dalam ruangan, sehingga

43

44

dengan adanya sinyal yang terpantul menyebabkan perubahan dari karakteristik

antena.

5.9 Analisis Parameter Antena

Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, dapat kita lihat beberapa

parameter antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran hasil

pembuatan yang meliputi return loss dan VSWR yang menunjukkan antena sesuai

dengan perencanaan, yakni return loss VSWR < 2 (Warren L. Stutzman ; Gary A.

Thile,1981) dan RL < -10 dB (Punit,2004 :19). Koefisien pantul yang bernilai

antara 0,042169650 sampai 0,211348904 yang menunjukkan bahwa sebagian

besar sinyal dari antena dapat tersalurkan. Nilai gain rata-rata sebesar 8,72 dBi.

Pola radiasi antena adalah unidirectional dengan polarisasinya yang berbentuk

lingkaran. Bandwidth antena sebesar >500 MHz dengan directivity antena sebesar

21,357 dB.

Dengan memperhatikan karakteristik antena hasil fabrikasi, dapat

dinyatakan bahwa antena ini bisa digunakan untuk aplikasi wireless LAN 802.11

b/g 2400 – 2483,5 MHz karena nilai return loss dan VSWR yang sesuai dengan

batas yang diijinkan yaitu VSWR < 2 (Warren L. Stutzman ; Gary A. Thile,1981)

dan RL < -10 dB (Punit,2004 :19), nilai gain pun sesuai dengan persyaratan

umum antena mikrostrip yaitu di atas 3 dBi. Nilai bandwidth juga lebih besar dari

requirement bandwidth antena untuk aplikasi wireless LAN yang hanya sebesar

83,5 MHz. Dengan melihat parameter-parameter tersebut dapat dikatakan bahwa

antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran hasil fabrikasi ini

dapat bekerja pada frekuensi wireless LAN 802.11 b/g.

44

45

BAB VI

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan antena, fabrikasi antena, pengujian dan

pengukuran antena, serta analisis parameter-parameter antena, dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Berdasarkan hasil dari simulasi perancangan antena mikrostrip persegi

empat dengan polarisasi lingkaran hasil pembuatan, dihasilkan parameter

sebagai berikut:

Pada frekuensi 2400 MHz nilai VSWR antena mikrostrip hasil

pembuatan yaitu sebesar 1,24716 dan nilai Return Loss sebesar

45

46

-17,0277dB. Nilai VSWR dan Return Loss antena ini memenuhi syarat

batas yang diijinkan yaitu VSWR < 2 (Warren L. Stutzman ; Gary A.

Thile,1981) dan RL < -10 dB (Punit,2004 :19).

Gain antena antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran hasil pembuatan pada frekuensi 2400 MHz nilai gain sebesar

-0,373 dBi. Nilai ini tidak memenuhi syarat perancangan (yaitu :

penguatan > 3 dBi). Nilai gain antena ini tidak memenuhi syarat batas

yang diijinkan yaitu gain > 3 dBi.

Polarisasi menunjukkan bahwa antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran hasil perancangan memiliki polarisasi lingkaran

karena memiliki axial ratio 2,53.

Bandwidth sebesar 20 MHz.

2. Berdasarkan hasil pengukuran antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran hasil pembuatan, dihasilkan parameter sebagai

berikut:

Pada frekuensi 2400 MHz nilai VSWR antena mikrostrip hasil

pembuatan yaitu sebesar 1,376678092 dan nilai Return Loss sebesar -16

dB. Nilai VSWR dan Return Loss antena ini masih dalam batas yang

diijinkan yaitu VSWR < 2 (Warren L. Stutzman ; Gary A. Thile,1981)

dan RL < -10 dB (Punit,2004 :19).

Pengukuran gain antena antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran hasil pembuatan pada frekuensi 2400 MHz nilai

gain sebesar 4.05 dBi. Nilai ini telah memenuhi syarat perancangan

(yaitu : penguatan > 3 dBi).

Hasil pengukuran pola radiasi pada bidang horizontal maupun vertikal

menunjukkan bahwa antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi

lingkaran, menunjukkan hasil perancangan bersifat unidirectional

dengan sudut oHP = 65o dan o

HP = 85o.

Hasil pengukuran polarisasi menunjukkan bahwa antena mikrostrip

persegi empat dengan polarisasi lingkaran hasil perancangan memiliki

polarisasi lingkaran.

46

47

Antena mikrostrip persegi empat dengan polarisasi lingkaran hasil

pengukuran memiliki bandwidth sebesar 500 MHz, Bandwidth antena

hasil pengukuran masih lebih besar dari bandwidth hasil perancangan

yaitu sebesar 20 MHz.

Hasil pengukuran directivity antena mikrostrip persegi empat dengan

polarisasi lingkaran sebesar 8,704 dBi.

6.2. Saran

1. Dalam proses pembuatan antena mikrostrip, perlu diperhatikan

ketebalan substrat dielektrik dan lapisan tembaga untuk elemen peradiasi

yang digunakan, agar didapatkan antena mikrostrip yang dapat bekerja

optimal sesuai dengan yang direncanakan.

2. Pada pembuatan antena mikrostrip, untuk proses pemasangan

konektor pada antena juga memerlukan ketepatan. Karena konektor yang

terpasang pada antena juga akan mempengaruhi pada daya yang dicatukan

pada saluran transmisi antena.

3. Dalam melakukan pengukuran, untuk ketepatan dan ketelitian hasil

pengukuran disarankan agar pengukuran dilakukan di tempat yang bebas

dari benda-benda yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Sehingga

diperlukan ruangan khusus untuk pengukuran dan pengujian antena yang

disebut Anechoic Chamber. Serta diperlukan bahan penyangga antena

berupa isolator yang baik.

47

48

DAFTAR PUSTAKA

Balanis, Constantine A. 1982. Antena Theory: Analysis and

Design, 2nd Edition. John Wiley and Sons, Inc.

Hund, Edgar. 1989. Microwave Communications. McGraw-Hill

International, New York.

Kraus, John Daniel. 1988. Antennas. McGraw-Hill International,

New York.

Liao, S Y. 1987. Microwave Circuit Analysis and Amplifier

Design, 2nd Edition. Souders College Publishing, New York.

Nakar, Punit S. 2004. Design of a Compact Microstrip Patch

Antenna for use in Wireless/Cellular Devices. The Florida State

University. Thesis.

48

49

Stutzman, Warren L. and G. A. Thiele. 1981. Antenna Theory

and Design. John Willey and Son, Inc. New York.

Garg, Ramesh., Bhartia, P.,Bahl, I., dan Apisak. 2001. Microstrip

Antenna Design Handbook. USA.

J R James & P S Hall. Handbook of Microstrip Antenna

http://www.hp.com/rnd/pdf_html/antenna.htm diakses tanggal 14 Oktober

2009.

49

http://www.hp.com/rnd/pdf_html/antenna.htm

Documents

Perancangan Dan Pembuatan Antena Mikrostrip Persegi Empat Dengan Polarisasi Lingkaran Di Frekuensi Kerja 2,4 Ghz