Embed Size (px)
Citation preview
ANTENA MIKROSTRIP PANEL BERISI 5 LARIK
DIPOLE DENGAN FEEDLINE KOAKSIAL
WAVEGUIDE UNTUK KOMUNIKASI 2,4 GHz
ERNA RISFAULA K.
1109201007
TESIS
Dosen Pembimbing
Dr. YONO HADI PRAMONO, M.Eng
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN FISIKA
JANUARI 2011
DAFTAR ISI
BAB 1
PENDAHULUAN
BAB 2
KAJIAN PUSTAKA
BAB 3
METODE PENELITIAN
ABSTRAK
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
PENDAHULUAN
Perkembangan komunikasi wireless yang cepat menuntut adanya
perkembangan antena sebagai perangkat penunjangnya.
Perkembangan antena bertujuan memperoleh antena yang praktis, lebih
ringan, relatif murah, memiliki gain tinggi, bandwidth lebar, jangkauan
yang luas, VSWR, koefisien refleksi, dan return loss bernilai rendah.
Salah satu antena yang memenuhi kriteria tersebut adalah antena
mikrostrip panel.
PENDAHULUAN
1. Frekuensi kerja yang digunakan 2,4 GHz.
2. Substrat antena adalah fiber (εr = 4,8)
3. Hasil fabrikasi akan diuji VSWR, koefisien refleksi, return loss, dan
frekuensi kerjanya dengan alat ukur Network Analyzer sedangkan pola
radiasi dan gain dengan Access Point.
4. Metode penelitian yang digunakan adalah karakterisasi dan kalibrasi.
BATASAN
MASALAH
RUMUSAN
MASALAH
1. Bagaimana memfabrikasi antena mikrostrip panel berisi 5 larik
dipole dengan feedline koaksial waveguide?
2. Bagaimana karakteristik VSWR, koefisien refleksi, return loss,
bandwidth, pola radiasi, dan gain antena mikrostrip panel berisi 5
larik dipole dengan feedline koaksial waveguide?
3. Bagaimana membuat program perhitungan impedansi karakteristik
(Zo), impedansi input (Zin), koefisien refleksi, dan VSWR dengan
parameter yang ada?
PENDAHULUAN
HIPOTESIS
1. Penambahan jumlah larik dari 3 larik menjadi 5 larik diharapkan akan
meningkatkan gain antena
2. Panjang larik yang berbeda-beda diharapkan membuat bandwidth
semakin melebar
3. Pemberian reflektor pada antena diharapkan pola radiasi antena
semakin terfokus
TUJUAN
PENELITIAN
1. Mendesain antena mikrostrip panel berisi 5 larik dipole dengan feedline
koaksial waveguide.
2. Memfabrikasi antena mikrostrip panel berisi 5 larik dipole dengan
feedline koaksial waveguide.
3. Memperoleh karakteristik VSWR, koefisien refleksi, return loss,
bandwidth, pola radiasi, dan gain yang lebih baik dibandingkan antena
mikrostrip 3 larik dipole.
4. Membuat program perhitungan impedansi karakteristik (Zo),
impedansi input (Zin), koefisien refleksi, dan VSWR.
PENDAHULUAN
1. Mengetahui tentang cara desain dan fabrikasi antena
2. Dapat memfabrikasi antena yang murah tetapi memiliki keunggulan yang
maksimal.
3. Meningkatkan gain dan bandwidth antena dari gain antena 3 larik dipole
dengan cara menambah jumlah larik dari 3 larik menjadi 5 larik.
4. Memperoleh pola radiasi lebih terfokus satu arah dibandingkan antena 3
larik dipole dengan cara menambah antena dengan reflektor.
5. Mendukung teknologi antena panel.
MANFAAT
Antena Mikrostrip 3 Larik Dipole
Difabrikasi oleh Edi Daenuri Anwar tahun 2009
Frekuensi kerja 2,440 GHz dengan gain antena 16 dB
Nilai VSWR = 1,135, koefisien refleksi = 0,06, return loss = -23,97
dan bandwidth 0,9 GHz
Nilai sinyal maksimum pada pola radiasi horizontal = 25 dB dan
vertikal = 41 dB
Karakteristik Antena yang Diukur
1. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
Rasio perbandingan tegangan maksimum terhadap tegangan
minimum di sepanjang transmission line
Antena bekerja baik jika VSWR bernilai antara 1 – 2
20
SWR
10VSWRΓ1
Γ1VSWR
m in
m ax
V
VVSWR
0
0LZ
ZZ
Z
L
2. Koefisien Refleksi
Perbandingan antara tegangan sinyal yang dipantulkan (sinyal
refleksi) terhadap tegangan input
input
pantul
V
VΓ
Karakteristik Antena yang Diukur
3. Return Loss
Nilai loss (rugi) dari power input terhadap power refleksi antena
Γlog20(dB)RL 10
5. Pola radiasi
Pernyataan grafis yang menggambarkan sifat suatu antena pada medan
jauh sebagai fungsi arah.
6. Gain
4π kali perbandingan antara intensitas radiasi pada suatu arah dengan
daya yang diterima oleh antena.
4. Bandwidth
Rentang daerah frekuensi kerja dimana antena dapat bekerja efektif dan baik
Perhitungan bandwidth dibatasi oleh VSWR ≤ 1,5 atau return loss ≤ -15 dB
(Hermansyah, 2010).
12)( ffBandwidth bandnarrow
Persamaan yang Digunakan dalam Desain dan
Karakterisasi Antena
1. Panjang Gelombang dan Permitivitas Efektif
f f e
0
gε
λλ
0,555
rrffe
w
h101
2
1ε
2
1εε
2. Impedansi Input
ljZZ
ljZZZZ
L
Lin
tan
tan
0
00
3. Impedansi Karakteristik
d
Dlog
ε
138Z 10
r
0
Impedansi Karakteristik Coaxial Line
g
2
2164ln12
9,1192
0w
h
w
hZ
r
1
ee
ffe
0 1,444h
w0,6671,393
h
w
ε
120πZ
Jika t/h ≤ 0,005, 2 ≤ ε ≤ 10, dan w/h ≥ 0,1, maka nilai ketebalan
patch (t) diabaikan
Jika t/h ≥ 0,005, ε ≤ 2 dan ε ≥ 10, serta w/h ≤ 0,1, maka nilai
ketebalan patch (t) tidak diabaikan
t
w
h
t
h
w
h
we 4ln1
25,1
dengan
Impedansi Karakteristik Antena
METODOLOGI PENELITIAN
Studi literatur
Penentuan substrat PCB
Pembuatan desain antena
Fabrikasi antena
Pengukuran karakterisasi antena
Analisa data hasil pengukuran
Selesai
Analisa error data
Pembuatan program perhitungan parameter antena
METODOLOGI PENELITIAN
DESAIN
FABRIKASI
PENGUKURAN
ANALISA DATA
ANALISA ERROR
PROGRAM
DESAIN ANTENA
Dimensi Ukuran (mm)
w1, w2, w3, w4, w5 4
l1, l5 20
l2, l4 25
l3 30
d1, d4 25
d2, d3 15
w6, w7 2
Ukuran antena adalah 18 x 14,2 cm, tebal 1,62 mm, dan berat 0,35 kg.
Proses Fabrikasi
Desain gambar antena dengan
software komputer
Tahap pelarutan
(metode etching)
Pembuatan reflektor
Pemasangan antena dengan
konektor dan reflektor
Cetak gambar pada kertas
Scotlight
Fabrikasi dilakukan dengan metode etching dengan larutan Fe(ClO2)3
(Ferric Chloride)
Substrat fiber tebal 1,6 mm
Antena diberi reflektor dengan jarak 1,8 mm dari reflektor
Hasil Fabrikasi
Koaksial waveguide
Antena 5 larik dipole reflektor
Proses Pengukuran
VSWR
Koefisien refleksi
Return Loss
Bandwidth
Pola Radiasi
Gain Antena
Antena panel dengan microstrip line
berstruktur 5 larik dipole
Network Analyzer
ANALISA DATA
Data VSWR, RL, koefisien refleksi
hasil pengukuran
Data
pola radiasi
Data VSWR, RL, koefisien refleksi
hasil perhitungan dengan programGain Antena
Grafik
dengan
Microsoft
Excel 2007
dibandingkan
Analisa Hasil Pengukuran
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3
Frekuensi (GHz)
VS
WR
Pada frekuensi kerja 2,45 GHz VSWR bernilai 1,202
Pada frekuensi kerja 2,9 GHz VSWR bernilai 1,255
1. Pengukuran VSWR
Analisa Hasil Pengukuran
Pada frekuensi kerja 2,45 GHz koefisien refleksi bernilai 0,092
Pada frekuensi kerja 2,9 GHz koefisien refleksi bernilai 0,113
2. Pengukuran koefisien refleksi
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0.22
2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3
Frekuensi (GHz)
Ko
efi
sie
n R
efl
ek
si
Analisa Hasil Pengukuran
Pada frekuensi kerja 2,45 GHz return loss bernilai -20,77 dB
Pada frekuensi kerja 2,9 GHz return loss bernilai -18,93 dB
Bandwidth (f2-f1= 3 - 2 = 1 GHz)
3. Pengukuran return loss
-25
-20
-15
-10
-5
0
2 2.05 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8 2.85 2.9 2.95 3
Frekuensi (GHz)
Re
turn
Lo
ss
(d
B)
bandwidthf1 f2
Analisa Hasil Pengukuran
Panjang larik yang berbeda-beda memberikan peluang frekuensi
resonansi yang banyak sehingga superposisinya menjadikan
bandwidth melebar.
4. Pengukuran Bandwidth
POLA RADIASI
1. Pengukuran pola radiasi horizontal ternormalisasi
Sebelum dinormalisasi
Sinyal maksimum = 83 dB
Sinyal minimum = 36 dB
Setelah dinormalisasi
Sinyal maksimum = 47 dB
Sinyal minimum = 0 dB
HPBW (Half Power Beamwidth)
HPBW = ½ x 1750= 870
POLA RADIASI
2. Pengukuran pola radiasi vertikal ternormalisasi
Sebelum dinormalisasi
Sinyal maksimum = 78 dB
Sinyal minimum = 36 dB
Setelah dinormalisasi
Sinyal maksimum = 42dB
Sinyal minimum = 0 dB
Pengukuran pola radiasi horizontal dan vertikal ternormalisasi
Antena acuan (antena monopole)
Antena PemancarAntena panel 5 larik dipole
Gain 18 dBPower 25 dBm
Total =18+25=43 dB
Power Edimax =100mW
=20dBm
Total power sebagai standar
pengukuran
=43+20 =63 dB
Nilai sinyal maksimum pengukuran horizontal =
83 dB
Gain = 83 - 63=20 dB
Pengukuran Gain Antena
Step 1
Step 2
Data Hasil Perhitungan
Geometri desain antena dan letak impedansi
w1
w2
w3
w4
w5
d1d2 d3 d4
BAGIAN A BAGIAN B
Zo1
Zo3 Zo5 Zo7
Zo9
Zo2 Zo4 Zo6 Zo8
Larik
1
Larik
5
Larik
2
Larik
3
Larik
4
lZin1
Zin2
Zin3
Zin4
Zin5
w
Stripline
Data Hasil Pengukuran dan Perhitungan
Data Frekuensi (GHz) VSWR Koefisien refleksi Return loss
Pengukuran 2,45 1,202 0,092 -20,77
Perhitungan 2,4 1,569 0,222 -13,07
1
2
3
Dimensi Nilai error (%)
0,62
0,043
0,625
23,4
2
Tidak bisa ditentukan
Total error
4εVSWR
4εfrekuensi
xε
235,552 x
Hasil data
Nilai error
Tidak adanya ruang
anechoic chamber
Banyaknya sinyal WiFi
yang mengganggu
saat pengukuran antena
KESIMPULAN
2. Pemberian reflektor menyebabkan pola radiasi antena lebih terfokus satu
arah dibanding dengan radiasi antena tanpa reflektor sehingga antena dapat
diaplikasikan sebagai directional antenna. Antena memiliki kelebihan
strukturnya sederhana, efisiensi yang besar, mudah difabrikasi, relatif ringan,
dan biayanya lebih murah.
1. Hasil pengukuran dan fabrikasi mempunyai unjuk kerja terbaik pada
frekuensi WiFi 2,45 GHz dengan nilai VSWR 1,202, koefisien refleksi 0,092,
return loss -20,77, dan bandwidth 1 GHz. Apabila dibandingkan dengan
antena 3 larik dipole, nilai VSWR, koefisien refleksi, dan nilai return loss
antena 5 larik dipole nilainya lebih besar namun bandwidthnya lebih lebar.
3. Gain antena pada pola radiasi horizontal sebesar 20 dB dengan HPBW 87,50.
Apabila dibandingkan dengan gain antena 3 larik dipole 16 dB, gain antena 5
larik dipole nilainya lebih tinggi.
4. Program perhitungan yang sudah dibuat dapat memudahkan perhitungan
karakteristik antena.
SARAN
1. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan jumlah
array (larik) dan jenis substrat.
2. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan membuat program
untuk mensimulasikan penelitian yang sudah dilakukan pada tesis ini.
DAFTAR PUSTAKA
Anwar, E.D. (2009), Desain dan Karakterisasi Antena Mikrostrip Yagi Tiga Array Double Side,
Magister Tesis Program Pasca Sarjana Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Balanis, C.A. (1997), Antenna Theory and Design, 2nd edition, John Wiley & Sons., New York.
Balemurli (2010), Perancangan Antena Mikrostrip Patch Sirkular Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan
Simulator ANSOFT HFSS V10, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Djonoputro, B.D. (1984), Teori Ketidakpastian, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Edwards, T. (1992), Foundations For Microstrip Circuit Design, 2nd edition, John Wiley & Sons, Inc.,
Canada.
Fadlillah, U. (2004), “Simulasi Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal”, Jurnal Teknik Elektro dan
Komputer Emitor, Vol.4, No.2.
Fraden, J. (2003), Handbook of Modern Sensor, 3th edition, Jacob Fraden Advanced Monitors
Corporation, San Diego USA.
Hermansyah, R.M. (2010), Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segi Empat untuk Aplikasi
Wireless-LAN, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Hund, E. (1989), Microwave Communications. Component and Circuits, McGraw-Hill, New York.
Muhtadi, D. (2009), Desain Fabrikasi Dan Karakterisasi Antena Wideband Mikrostrip Slot Bowtie
dengan CPW Untuk Komunikasi Wireless, Magister Tesis Program Pasca Sarjana Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember,
Surabaya
Rahayu, E.M, Pramono, Y.H., dan Rohedi, A.Y. (2009), “Fabrikasi dan Karakterisasi Antena mikrostrip
Loop Co-Planar Waveguide dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band dan Ku-Band”, Jurnal
Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, No.2.
Salim, A. (2009), Rancang Bangun Antena Mikrostrip Biquad Linear Array dengan Pencatuan Aperture-
Coupled untuk Aplikasi BWA, Magister Tesis Program Pasca Sarjana Teknik Telekomunikasi,
Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta.
Santoso, S.P. (2008), Antena Mikrostrip Segitiga dengan Saluran Pencatu Berbentuk Garpu yang
Dikopel Secara Elektromagnetik, Magister Tesis Program Pasca Sarjana Teknik Telekomunikasi,
Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta.
Susiloningsih, E., Pramono, Y.H., dan Rohedi, A.Y. (2009), “Pembuatan dan Karakterisasi Antena
Mikrostrip dengan Struktur Satu feed Line Dipole Co-Planar Waveguide dan Dua Patch untuk
Repeater WIFI Dua Arah”, Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, No.2
Struzak, R. (2007), Basic Antenna Theory, Lecture handout:Wireless Networking, the International
Telecommunication Academy, Trieste.
Uboyo, A., Pramono, Y.H., dan Rohedi, A.Y. (2009), “Desain dan Fabrikasi Antena Mikrostrip loop
dengan Feed Line Mikrostrip Feed Line Dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band”, Jurnal
Fisika dan Aplikasinya, Vol.5, No.2.
ABSTRAK
Desain, fabrikasi, dan karakterisasi antena mikrostrip panel berisi 5 larik dipole
dengan feedline koaksial waveguide telah dilakukan di laboratorium optik dan
microwave jurusan Fisika FMIPA ITS. Antena difabrikasi untuk bisa bekerja pada
frekuensi WiFi 2,4 GHz. Substrat PCB double side yang digunakan untuk fabrikasi
adalah fiber. Fabrikasi dilakukan dengan metode etching dengan larutan Fe(ClO2)3
(Ferric Chloride). Dimensi antena adalah 18 x 14,2 cm, tebal 1,62 mm, dan berat 0,35
kg. Struktur antena terdiri dari 5 larik dipole dengan feedline koaksial waveguide.
Parameter-parameter yang dikarakterisasi meliputi VSWR (Voltage Standing Wave
Ratio), Return Loss (RL), bandwidth, gain, dan pola radiasi. Hasil karakterisasi
menunjukkan bahwa antena ini dapat diaplikasikan sebagai directional antenna
(antena pengarah) dengan nilai VSWR 1,202, nilai koefisien refleksi 0,092, nilai return
loss -20,77 dB, bandwidth 1 GHz, pola radiasi horizontal memiliki gain 20 dB dengan
HPBW (Half Power Beamwidth) bernilai 87,50. Kelebihan dari antena ini adalah
strukturnya sederhana, efisiensi yang besar, mudah difabrikasi, relatif ringan, biayanya
lebih murah, dan dapat diaplikasikan sebagai directional antenna (antena pengarah).
Kata kunci: antena panel, dipole, microstrip line, wireless, VSWR, return loss,
feedline, waveguide, HPBW
