PROPOSAL SKRIPSI ANALISIS PENGARUH FINITE GROUND PLANE TERHADAP PERFORMANSI ANTENA MIKROSTRIP CIRCULAR PATCH Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratanmemperoleh gelar Sarjana Teknik Disusun oleh : INDRA DWI HARTANTO NIM. 0710630040 KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK MALANG 2011 1.Judul ANALISISPENGARUHFINITEGROUNDPLANETERHADAP PERFORMANSI ANTENA MIKROSTRIP CIRCULAR PATCH 2.Latar Belakang Selamabeberapadekadeini,sistemkomunikasinirkabelberkembangpesat. Teknologiinitidakdapatdipisahkandariantenasebagaielemenpentingdariaplikasi radiofrequency(RF).Antenaberfungsisebagaisaranauntukmemancarkanatau menerimasinyalsinyalinformasiyangdibawagelombangradio.Dengankatalain antenaadalahsebagaimediaperalihanantararuangbebasdengansalurantransmisi yang berfungsi untuk merubah energi gelombang elektromagnetik menjadi energi listrik atausebaliknya(tranduser).Denganmenggunakanteknologiradiofrequency(RF), jaringanmentransmisikandanmenerimadatamelaluiudarasehinggameminimalisasi penggunaan koneksi menggunakan kabel.Informasiyang ditransmisikan melalui udara mempunyai fenomena seperti cahaya, artinya bila sinyal tersebut terhalang maka sinyal informasitidakdapatditerimaolehpenerimayangadadibalikpenghalangitu, meskipundayayangditransmisikansangatkuat.Olehkarenaitu,dibutuhkan kehandalan teknologi yang dipakai untuk menunjang keberhasilan proses transmisi.Teknologiantenapatch(mikrostrip)menjadisalahsatualternatifutamakarena sudahterbuktisangathandaldalampenggunaannyapadafrekuensiordegigahertz. Antenamikrostripadalahantenayangdibentukdarisuatusalurantransmisi,dan microstrip-nyamempunyaipengertiansuatulapisantipiskonduktor(strip)yang berfungsiuntukmerambatkangelombang,lapisaniniterdapatpadasalahsatusisi permukaansubstratsedangkanpadapermukaansisilainnyadilapisikonduktorsebagai bidangpentanahan(groundplane).Antenamikrostripbekerjapadaalokasifrekuensi UHF(300MHz3GHz)sampaidenganXBand(5,2GHz10,9GHz)sehingga, antenamikrostripdapatdigunakanuntukantenateleponselular/nirkabelmaupunkomunikasi satelit (Fajar, 2009: 2). Dalampenyusunanskripsiini,akandilakukananalisisterhadappengaruhfinite groundplanepadaantenamikrostripcircularpatchdenganfrekuensikerja2,4GHz. Bentukantenamikrostripcircularpatchdipilihkarenabentukiniseringdiaplikasikan dalamperalatantelekomunikasinirkabel.Sedangkanfrekuensikerja2,4GHzdipilih berdasarkanstandarInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)ada5 protokolteknologinirkabeluntukkelompok802.11yaitu802.11a,802.11b,802.11e, 802.11f,dan802.11g(http://www.wlana.org).Darikelimastandarprotokolyangada, protokolyangpalingbanyakdigunakanadalah802.11a,802.11b,dan802.11gdengan frekuensi 2,4 GHz (Haider, 2003). Padaperencanaandanperancanganantenamikrostrip,lapisangroundplane seringkalidiasumsikandenganukurantidakterbatas(infinitegroundplane)tetapi dalampraktiknyalapisantersebutmempunyaiukuranyangterbatas(finiteground plane).Dalamkeadaantertentu,untukmengetahuikinerjaantenamikrostripyang sesungguhnyaperludilakukananalisisterhadappengaruhgroundplaneterhadap parameter-parameteryangdihasilkan.Analisisinidilakukansebelummelakukan fabrikasi antena yang dirancang berdasarkan simulasi kinerja antena mikrostrip circular patchdenganprogramsimulatorantena(padapenelitianinidigunakanIE3D simulator).Selainitu,perancangandanfabrikasiantenamikrostripuntukkepentingan komersialtidakmungkinmenggunakanukurangroundplaneyangtidakterbatas (infinitegroundplane).Sehinggapengetahuantentangpengaruhfinitegroundplane terhadap parameter kinerja antena mikrostrip sangat penting bagi perancang antena. 3.Rumusan Masalah Berdasarkanpermasalahanyangada,makarumusanmasalahdalampenulisan skripsi ini adalah: 1.Bagaimanamerancangantenamikrostripcircularpatchdenganfiniteground plane agar dapat digunakan pada frekuensi kerja 2,4 GHz yang meliputi dimensi elemenperadiasi,dimensisalurantransmisidanpenyesuaiimpedansiantena mikrostrip berdasarkan frekuensi dan substrat yang akan digunakan ? 2.Bagaimanamensimulasikanantenamikrostripcircularpatchdenganfinite groundplanedenganmenggunakanprogramsimulatorIE3Ddan perbandingannya dengan infinite ground plane ? 3.Bagaimanamengujidanmenganalisispengaruhfinitegroundplaneterhadap performansiantenamikrostripcircularpatchyangmeliputibandwidth,gain, dan pola radiasi ? 4.Batasan Masalah Penelitianinimembahaspengaruhfinitegroundplaneterhadapantena mikrostrip circular patch padafrekuensi kerja 2,4 GHz dan impedansi karakteristik 50 melaluisimulasidenganmenggunakanprogramsimulatorIE3D.Denganbatasan sebagai berikut : 1.Parameteryangmenjadifokusterhadappengaruhfinitegoundplanemeliputi bandwidth, gain dan pola radiasi. 2.Tidak membahas pola perambatan gelombang elektromagnetik serta rugi-rugi di ruang bebas. 3.Tidak membahas tentang penurunan rumus dari semua rumus yang digunakan. 4.Tidak membahas karakteristik alat ukur dan sarana pendukungnya. 5.Rumus-rumus yang digunakan adalah rumus dasar perancangan dan pendesainan antena mikrostrip circular patch dan saluran transmisi. 6.Hanyamembahaspemodelansalurantransmisiuntukmenganalisaantenadan tidak membahas model cavity, metode momen, GTD dan FDTD. 7.Rugirugiperambatangelombangelektromagnetikdiruangterbukatidak diperhitungkan. 8.Hanyamembahaslangkah-langkahsimulasiantenamikrostripcircularpatch untukmengetahuipengaruhfinitegroundplaneterhadapperformansikerja antena tanpa melakukan fabrikasi terhadap hasil penelitian. 9.Spesifikasi antena mikrostrip : -bahan Epoxy fiberglass FR 4 konstanta dielektrik (r)= 4,5 ketebalan lapisan dielektrik (h)= 0,0016 m = 1,6 mm loss tangent= 0,018 -bahan pelapis substrat tembaga (konduktor) pada strip ground plane ketebalan bahan konduktor (t)= 0,0001 m konduktifitas tembaga () = 5,80 x 107 mho m-1 -frekuensi kerja (fr)= 2400 MHz -impedansi karakteristik saluran = 50 10. Hanyamelakukananalisispengaruhfinitegroundplaneterhadapperformansi antenamikrostripcircularpatchdenganparameterfinitegroundplanesebagai berikut: -bentuk ground plane adalah rectangular atau square. -besar dimensi elemen ground plane bervariasi berdasarkan 0 (panjang gelombang di medium udara bebas) berupa panjang dan lebar rectangular atau sisi square. -acuan posisi ground plane yaitu bagian dasar ground plane tetap berada pada koordinat sumbu-y yang sama (simetris) dengan bagian dasar antena (termasuk saluran transmisi). 5.Tujuan Tujuandalampenulisanskripsiiniadalahmenganalisispengaruhfiniteground plane terhadap performansi antena mikrostrip circular patch dengan frekuensi kerja 2,4 GHz.Diharapkansetelahpenelitianini,karakteristikfinitegroundplanepada mikrostripcircularpatchdapatdigunakansebagaireferensidalamperencanaandan perancangan antena mikrostrip. 6.Tinjauan Pustaka Antenamerupakaninstrumenyangpentingdalamsuatusistemkomunikasi radio. Antena adalah suatu media peralihan antara ruang bebas dengan piranti pemandu (dapatberupakabelkoaksialataupemandugelombang/Waveguide)yangdigunakan untuk menggerakkan energi elektromagnetik dari sumber pemancar ke antena atau dari antenakepenerima.Berdasarkanhalinimakaantenadibedakanmenjadiantena pemancar dan antena penerima (Balanis, 1982 :17). Perancanganantenayangbaikadalahketikaantenadapatmentransmisikan energi atau daya maksimum dalam arah yang diharapkan oleh penerima. Meskipun pada kenyataannyaterdapatrugi-rugiyangterjadiketikapenjalarangelombangsepertirugi-rugipadasalurantransmisidanterjadikondisitidakmatchingantarasalurantransmisi danantena.Sehinggamatchingimpedansijugamerupakansalahsatufaktorpenting yang harus dipertimbangkan dalam perancangan sebuah antena. 6.1 Parameter-Parameter Antena Parameter-parameterantenaadalahhalyangsangatpentinguntukmenjelaskan kinerjasuatuantena.Berkaitandenganpenulisanskripsiini,diperlukanbeberapa parameter-parameter antena yang akan memberi informasi kinerja suatu antena. 6.1.1Impedansi Terminal Antena Impedansiterminalantenaperludiketahui,haliniuntukkeperluanpemindahan dayadariataumenujuantena.Secaraumumimpedansiterminalantenadidefinisikan sebagai impedansi yang ditimbulkan antena pada terminalnya, dapat dituliskan (Balanis, 2005: 80) : ZA = RA + jXA(1) dengan : ZA = Impedansi terminal antena () RA = Resistansi terminal antena () XA = Reaktansi terminal antena () Daya total yang disuplai ke antena adalah (Balanis, 2005) : Pin = I2.RA(2) Dengan daya yang dipancarkan : Prad = I2.Rrad (3) dengan : Pin = daya input antena (Watt) I= arus rms pada terminal antena (Ampere) Prad = daya yang diradiasikan antena (Watt) Sedangkanimpedansiantenadapatdiperolehdarikoefisienpantuldengan persamaan sebagai berikut (Edgar Hund, 1989: 44) : c antc antZ ZZ Z+= I

(4) sehingga diperoleh: ||.|

\|I I +=11c antZ Z

(5) dengan : Zant= impedansi antena () Zc = impedansi karakteristik () I= koefisien pantul 6.1.2Polarisasi Polarisasimerupakansalahsatuparameterantenayangdigambarkansebagai arah vektor gelombang medan elektrik yang diradiasikan. Polarisasi juga dapat diartikan sebagaiarahgetarangelombangradioataudalambahasayanglebihtepatadalaharah medan elektrik gelombang radio yang dibangkitkan dari sebuah antena. Secara umum medan elektrik antena total (medan E) mempunyai dua komponen dalamsatubidang.DuakomponenmedanEinimungkinmempunyaibesardanarah sudutyangberbeda.Keduaantena,baikpadapemancarmaupunpadapenerima,harus memiliki polarisasi yang sama agar gelombang yang dipancarkan dapat diterima secara maksimum.Jikakeduaantenayangterpolarisasisecaraliniertidaksamaorientasinya, makaakanterjadipenurunantransferenergiakibatketidaksetaraan(mismatch) polarisasi. Polarisasi linier terbagi menjadi dua macam bentuk, yaitu polarisasi linier secara horisontal dan secara vertikal. Gambar 1. Gelombang dengan polarisasi linier: (a) vertikal, (b) horisontal. Sumber: www.signalengineering.com 6.1.3Daerah Medan Radiasi Daerah medan radiasi suatu antena adalah daerah di mana radiasi antena tersebut masihdapatditerimadenganbaik.Daerahmedanradiasiinidisebutjugajangkauan sinyal dari suatu antena sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 2. Dengan3162 , 0Dr =

(6) 222Dr = (7) 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:362 , 0Dr