Antena Array Mikrostrip Patch Square Untuk Aplikasi Bluetooth Pada Frekuensi 2,4 GHz

MAKALAH ANTENA DAN PROPAGASI

Anggota Kelompok:

Ahmad Ilmiawan 1106052631

Faddly Triwanto 1206226532

Immanuel Chandra 1206263710

Oki Yoga 1206263686

Roland Sidabutar 1306482211

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa. Berkat rahmat dan Karunia-

Antena

Array Mikrostrip Square Patch untuk Aplikasi Bluetooth pada Frekuensi 2,4-2.48

GHz

Pada kesempatan kali ini, kami juga ingin mengucapkan terima kasih

kepada orang tua dan keluarga kami yang telah memberikan dukungan baik dari

segi moril dan materil.Tidak lupa kami juga ingin mengucapkan terima kasih

kepada teman-teman dan semua pihak yang telah membantu dalam pengerjaan

makalah ini.

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh Bu Yuli

Fitria.Karena keterbatasan kemampuan, maka makalah ini masih memiliki banyak

kekurangan baik dari segi isi maupun segi penyusunannya.Oleh karena itu kami

mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk perbaikan makalah ini.Diluar

itu semua kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada

umumnya.Terakhir, kami memohon maaf yang sebesar-besarnya apabila ada kata-

kata yang tidak berkenan atau menyinggung hati pembaca.

Depok, 13 November 2014

Penulis

i

DAFTAR ISI

....... ..... i

....... ..... ii

BAB I : Pendahuluan . 1

1.1 Latar . 1

1.2 Rumusan .............................. 2

1.3 Tujuan Penelitian .... 2

1.4 Metode Penelitian . 2

BAB II : Pembahasan . ....... ....... 4

2.1 Pengertian Antena.................................................................................... 4

2.2 Antena Mikrostrip.............................................. 5

2.3 Parameter Umum Antena Mikrostrip....................................................... 7

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip...... 12

2.5 Bahan Substrat............................................. 13

2.6 Pengertian Bluetooth.................................... 14

2.7 Sistem Operasi Bluetooth............................. 14

2.8 Spektrum Bluetooth........................................... 15

2.9 Interferensi Bluetooth......................................... 15

2.10 Range Bluetooth............................................... 16

2.11 Daya Bluetooth................................................. 16

2.12 Kelebihan dan Kekurangan Bluetooth.................................. 17

ii

BAB III : Perancangan Antena............................................................................... 18

BAB IV : Simulasi dan Analisa Antena................................................................. 29

BAB V : Pengukuran Antena.................................................................................. 41

BAB VI : Penutup.................................................................................................... 46

Kesimpulan ............................... 46

Daftar Pu . ... 48

iii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kita semua tentunya menyadari, bidang informasi dan telekomunikasi

mengalami revolusi khususnya untuk perangkat audiovisual, telepon selular, dan

antenna. Teknologi tersebut telah mengubah cara hidup masyarakat dan

mempengaruhi berbagai aspek kehidupan masyarakat. Kemajuan teknologi

informasi dan komunikasi memberikan begitu banyak kemudahan yang

memungkinkan setiap orang dapat berkomunikasi tanpa berkontak secara

langsung, salah satunya dengan menggunakan bluetooth.[1]

Perkembangan terkini dari komunikasi wireless seringkali membutuhkan

suatu karakteristik antenna yang mempunyai ukuran kecil, ringan, biaya rendah,

dengan proses fabrikasi yang mudah, dan conformal (dapat menyesuaikan dengan

tempat dimana antenna tersebut diletakkan). Antena mikrostrip merupakan salah

satu jenis 5ntenna dengan karakteristik yang tepat akan kebutuhan tersebut. Akan

tetapi jenis antenna ini memiliki beberapa kelemahan, diantaranya : gain rendah,

keterarahan yang kurang baik, efisiensi rendah, rugi-rugi hambatan pada saluran

pencatu, eksitasi gelombang permukaan dan bandwidth rendah [2].

Pada paper ini akan dibahas perancangan sebuah 5ntenna array mikrostrip

patch rectangularyang dapat digunakan pada 5ntenn wireless 5ntenna5h pada sisi

terminal (laptop, PC dan PDA). Rancang bangun 5ntenna mikrostrip dengan

frekuensi kerja 2.400-2.480 GHz dengan jangkauan efektif 12 m. Antena

mikrostrip yang dibuat adalah 5ntenna array 4 mikrostrip rectangular patch dan

jenis substrat FR-04 dengan dielektrik 4.4 dan h=1.6 mm. Perancangan dan

perhitungan parameter antenna secara 5ntenna menggunakan software simulasi

5ntenna CST.

1

1.2 Rumusan Masalah

Antena yang didesain merupakan antena mikrostrip array square patch.

dengan spesifikasi yang diinginkan. Untuk frekuensinya, antena bluetooth ini

bekerja pada rentang frekuensi dari 2.4 - 2.48 GHz sesuai dengan rentang

frekuensi kerja normal bluetooth pada umumnya.Dengan bandwidth dari antena80

MHz. Gain dari antenamikrostrippada jurnal referensi sebesar3dBi . Pada proyek

ini akan dibuat gain yang lebih besar. Hal ini dikarenakan kami ingin menambah

jangkauan dan kuat intensitas radiasiantena mikrostrip ini dengan cara meng-array

patch antena. Pada proyek ini, antena akan dibuat agar dapat mencapai jangkauan

lebih dari 3 meter. Untuk mencapai jangkauan tersebut, maka gain nya harus

ditingkatkan. Maka dari itu, pada penelitian ini fokusnya akan ditekankan untuk

meningkatkan gain sampai lebih dari 3dBi.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian paper ini adalah rancang bangun antena array mikrostrip

untuk applikasi bluetooth yang bekerja pada frekuensi 2.40-2.48GHz. Kemudian

menganalisis parameter kerja antena tersebut melalui perbandingan desain dan

hasil pengukuran serta membandingkan gain dan dimensi dengan jurnal acuan.

1.4 Metode Penelitian

1. Studi Pustaka

Studi pustaka adalah proses mencari literature untuk dijadikan referensi.

Literatur yang didapat berupa jurnal, buku, dan skripsi yang sudah pernah

ada. Proses studi pustaka ini harus dilakukan sebanyak mungkin agar

dapat memperoleh pemahaman yang baik dan didapat analisa yang tepat

mengenai bahasan masalah yang didapat.

2. Desain dan simulasi

Setelah melakukan studi pustaka dan dapat menentukan batasan masalah

yang diinginkan, dapat dilakukan proses desain. Proses desain yaitu

2

mendesain model antena yang dibutuhkan menggunakan software dengan

metode optimasi iterasi dan perhitungan mulai dari bahan sampai

parameter-parameter yang telah ditentukannya harus dipenuhi.Setelah

tahap desain, dilanjutkan dengan tahap simulasi.Simulasi adalah

mensimulasikan hasil desain antena yang telah dibuat untuk mengetahui

keberhasilan antena tersebut.

3. Fabrikasi

Fabrikasi adalah proses pembuatan bentuk fisik dari antena yang telah

didesain dan disimulasikan.

.

3

BAB II

ANTENA MI CROSTRIP UNTUK BLUETOOTH

2.1 PENGERTIAN ANTENA

Antena adalah sebuah alat yang bisa memancarkan dan atau menerima

gelombang elektromagnetik.Contoh penggunaaan antenna adalah komunikasi

tanpa kabel (nirkabel/wireless).

Dalam merancang antena diperlukan beberapa parameter, diantaranya :

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

sebuah antena memancarkan/mendistribusikan energinya.

Polarisasi antena : polarisasi gelombang yang diradiasikan oleh antena

pada arah yang diberikan/menyatakan arah dan orientasi dari medan listrik

dalam perambatannya dari antena.

Impedansi : impedansi masukkan antena pada terminalnya.

Resiprositas antena : penunjuk bahwa sebuah antena dapat berfungsi

sebagai pengirim dan juga penerima.

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

dan belakang antena.

Daya teradiasi : daya teradiasi yang dihasilkan oleh antena.

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

pancar antena refrensi.

Directivity (keterarahan) : suatu karakteristik yang menggambarkan

seberapa besar energy dikonsentrasikan pada arah tertentu.

Efisiensi : efisiensi total yang dihasilkan dari sebuah antena.

Bandwidth : suatu range frekuensi dimana antena dapat beroperasi dengan

kinerja yang baik.

4

2.2 ANTENA MIKROSTRIP

Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang tersusun atas 3 elemen

yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrat (substrate), dan elemen

pentanahan (ground).

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

untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam

(metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan

adalah tembaga (copper) dengan konduktifitas 5,8 x 107 S/m. Berdasarkan

bentuknya, patch memiliki jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur

sangkar (square), persegi panjang (rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran,

elips, segitiga, dll.

5

Gambar 2. Macam-macam bentuk Patch

Elemen substrat (substrate) berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena

mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen

ini memiliki jenis yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai

konstanta dielektrik (r ) dan ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut

mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang

akan dibuat. Ketebalan substrat jauh lebih besar daripada ketebalan konduktor

metal peradiasi.Semakin tebal substrat maka bandwidthakan semakin meningkat,

tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan (surface wave).

Gelombang permukaan pada antena mikrostrip merupakan efek yang merugikan

karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk

meradiasikan gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan.

Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai pembumian

bagi sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis

bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga.

Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan

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

lebih ringan, biaya pabrikasi yang murah, dapat dilakukan polarisasi linear dan

lingkaran dengan pencatuan yang sederhana, dan sebagainya. Tetapi, antena

mikrostrip juga memiliki keterbatasan dibandingkan dengan antena lainnya,

diantaranya memiliki bandwidth yang sempit, gain yang rendah, dan memiliki

efek gelombang permukaan (surface wave). Karena memiliki bentuk dan ukuran

yang ringkas, antena mikrostrip sangat berpotensi untuk digunakan pada berbagai

macam aplikasi yang membutuhkan spesifikasi antena yang berdimensi kecil,

6

dapat mudah dibawa (portable) dan dapat diintegrasikan dengan rangkaian

elektronik lainnya (seperti IC, rangkaian aktif, dan rangkaian pasif). Antena

mikrostrip telah banyak mengalami pengembangan sehingga mampu

diaplikasikan pada berbagai kegunaan seperti komunikasi satelit, militer, aplikasi

bergerak (mobile), kesehatan, dan, komunikasi radar.

2.3 PARAMETER UMUM ANTENA MIKROSTRIP

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

parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan

dijelaskan sebagai berikut.

2.3.1Bandwidth

Bandwidth (Gambar 1) suatu antena didefinisikan sebagai rentang

frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik

(seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR,

return loss, axial ratio)memenuhi spesifikasi standar.

Gambar 1. Rentang Frekuensi Yang Menjadi Bandwidth

7

Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :

Dimana :f2 = frekuensi tertinggi

f1 = frekuensi terendah

fc= frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [4]:

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

pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena

impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai

frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada

umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik masing-

masing adalah kurang dari -9,54 dB dan 2.

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

gain,yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai

tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth

dapat dicari.

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

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

polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

8

2.3.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing

wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min) [3].Pada saluran transmisi ada

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

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

direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi

tegangan () [3]:

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

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

merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa

kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka [3]:

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

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

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

9

2.3.3 Penguatan (Gain)

Penguatan (Gain) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan

intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika

daya yang diterima berasal dari antena isotropik.

2.3.4 Return Loss

Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirimkan. Return loss

digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direfleksian

disbanding dengan gelombang yang dikirim. Return loss dapat terjadi akibat

adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan

beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas

(mismatched),besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi.

10

2.3.5 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio)

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

rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang

diradiasikan oleh a

intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini

dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dan jika arah tidak ditentukan keterarahan terjadi pada intensitas radisasi

maksimum yang didapat dengan rumus :

Dimana :

D = keterarahan

Do = keterarahan maksimum

U = intensitas radiasi

11

Umax = intensitas radiasi maksimum

Uo = intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi

2.4 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ANTENA

MIKROSTRIP

GambarAntena Array Mikrostrip Patch Square

12

A. Kelebihan Antena Mik rostrip :

ukuran kecil dan ringan,

mudah dalam pembuatannya,

dapat beroperasi dalam single maupun dual band,

dapat dibuat untuk dual atau tripel frekuensi.

B. Kekurangan Antena Mik rostrip :

memiliki gain yang kecil untuk satu patch,

bandwidth sempit.

2.5 BAHAN SUBSTRAT

Bahan substrat adalah bahan yang berada antara dua konduktor dalam

saluran mikrostrip.Terdapat banyak bahan substrat dengan katakteristik masing-

masing yang berbeda. PadaTabel 1 terdapat 5 jenis bahan substart yaitu Bakelite,

FR 4 Glass Epoxy, RO4003, Taconic TLC, danRT Duroid. Setiap bahan substart

memiliki nilai konstanta dielektrik yang berbeda dengan yang lain, seperti terlihat

pada Tabel 1.

Tabel 1. Macam-Macam Bahan Substrat

13

2.6 BLUETOOTH

Bluetooth adalah spesifikasi industri untuk jaringan kawasan pribadi

(personal area networks atau PAN) tanpa kabel.Bluetooth menghubungkan dan

dapat dipakai untuk melakukan tukar-menukar informasi di antara peralatan-

peralatan. Bluetooth beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 Ghz dengan

menggunakan sebuah frequency hopping traceiver yang mampu menyediakan

layanan komunikasi data dan suara secara real time antara host-host bluetooth

dengan jarak terbatas.Kelemahan teknologi ini adalah jangkauannya yang pendek

dan kemampuan transfer data yang rendah

2.7 SISTEM OPERASI BLUETOOTH

Parameter Spesifikasi

Transmiter

Frekuensi

ISM band, 2400 - 2483.5 MHz

(mayoritas), untuk beberapa negara

mempunyai batasan frekuensi

sendiri, spasi kanal 1 MHz.

Maksimum Output Power

Power class 1 : 100 mW (20

dBm)Power class 2 : 2.5 mW (4

dBm)Power class 3 : 1 mW (0 dBm)

Maksimum Output Power

Power class 1 : 100 mW (20

dBm)Power class 2 : 2.5 mW (4

dBm)Power class 3 : 1 mW (0 dBm)

Modulasi

GFSK (Gaussian Frequency Shift

Keying), Bandwidth Time : 0,5;

Modulation Index : 0.28 sampai

dengan 0.35.

14

Out of band Spurious Emission

30 MHz - 1 GHz : -36 dBm

(operation mode), -57 dBm (idle

mode)1 GHz 12.75 GHz: -30 dBm


mode)1.8 GHz 1.9 GHz: -47 dBm


mode)5.15 GHz 5.3 GHz: -47 dBm


mode)

Receiver

Actual Sensitivity Level -70 dBm pada BER 0,1%.

Spurious Emission 30 MHz - 1 GHz : -57 dBm1 GHz

12.75 GHz : -47 dBm

Max. usable level -20 dBm, BER : 0,1%

2.8 SPEKTRUM BLUETOOTH

Teknologi Bluetooth beroperasi dalam tanpa izin industri, ilmiah dan

medis (ISM) band di 2,4-2,48 GHz, menggunakan spread spectrum, frekuensi

hopping, sinyal full-duplex pada tingkat nominal 1.600 hop / detik. 2,4 GHz ISM

band tersedia dan berlisensi di banyak negara.

2.9 INTERFERENSI BLUETOOTH

Frekuensi adaptif teknologi Bluetooth yang melompat (Adaptive

Frequence Hopping) kemampuan dirancang untuk mengurangi interferensi antara

teknologi nirkabel berbagi spektrum 2,4 GHz. AFH bekerja dalam spektrum untuk

mengambil keuntungan dari frekuensi yang tersedia. Hal ini dilakukan dengan

teknologi mendeteksi perangkat lain dalam spektrum dan menghindari frekuensi

yang mereka gunakan. Adaptif ini melompat di antara 79 frekuensi pada interval

15

1 MHz memberikan tingkat tinggi kekebalan gangguan dan juga memungkinkan

untuk transmisi yang lebih efisien dalam spektrum.Untuk pengguna teknologi

Bluetooth hopping ini memberikan performa yang lebih baik bahkan ketika

teknologi lainnya yang digunakan bersama dengan teknologi Bluetooth.

2.10 RANGE BLUETOOTH

Range adalah aplikasi spesifik dan meskipun berbagai minimum

diamanatkan oleh Core Specification, tidak ada batas dan produsen dapat

mengatur pelaksanaannya untuk mendukung kasus penggunaan mereka

memungkinkan. Rentang dapat bervariasi tergantung pada kelas radio yang

digunakan dalam implementasi:

Kelas 3 radio - memiliki jangkauan hingga 1 meter atau 3 meter

Kelas 2 radio - paling banyak ditemukan pada perangkat mobile - memiliki

jarak 10 meter atau 33 kaki

Kelas 1 radio - digunakan terutama dalam kasus penggunaan industri -

memiliki jangkauan 100 meter atau 300 kaki

2.11 DAYA BLUETOOTH

Radio yang paling umum digunakan adalah kelas 2 dan menggunakan 2,5

mW power. Teknologi Bluetooth dirancang untuk memiliki konsumsi daya yang

sangat rendah.Hal ini diperkuat dalam spesifikasi dengan memungkinkan radio

untuk dimatikan ketika tidak aktif.

Generic Alternatif MAC / PHY di Versi 3.0 HS memungkinkan penemuan

AMP remote untuk perangkat kecepatan tinggi dan ternyata di radio hanya bila

diperlukan untuk transfer data memberikan manfaat optimasi daya serta

membantu dalam keamanan radio.

16

Bluetooth teknologi energi rendah, dioptimalkan untuk perangkat yang

membutuhkan daya tahan baterai maksimum bukannya kecepatan transfer data

yang tinggi, mengkonsumsi antara 1/2 dan 1/100 kekuatan teknologi Bluetooth

terdahulu.

2.12 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN BLUETOOTH

A. Kelebihan yang dimiliki oleh Sistem Bluetooth adalah:

Bluetooth dapat menembus dinding, kotak, dan berbagai rintangan lain

walaupun jarak transmisinya hanya sekitar 30 kaki atau 10 meter.

Bluetooth tidak memerlukan kabel ataupun kawat.

Bluetooth dapat mensinkronisasi basis data dari telepon genggam ke

komputer.

Dapat digunakan sebagai perantara modem.

B. Kekurangan dari Sistem Bluetooth adalah:

Sistem ini menggunakan frekuensi yang sama dengan gelombang LAN

standar.

Apabila dalam suatu ruangan terlalu banyak koneksi Bluetooth yang

digunakan, akan menyulitkan pengguna untuk menemukan penerima yang

diharapkan.

Banyak mekanisme keamanan Bluetooth yang harus diperhatikan untuk

mencegah kegagalan pengiriman atau penerimaan informasi.

Di Indonesia, sudah banyak beredar virus yang disebarkan melalui

bluetooth dari telepon genggam.

17
http://id.wikipedia.org/wiki/Dindinghttp://id.wikipedia.org/wiki/Kabelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kawathttp://id.wikipedia.org/wiki/Modemhttp://id.wikipedia.org/wiki/LANhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Koneksi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Informasihttp://id.wikipedia.org/wiki/Virus

BAB III

PERANCANGAN ANTENA

3.1 Menentukan Karakteristik Antena

Pada rancangan antena ini, diinginkan antena yang mampu bekerja pada

frekuensi 2,40 2,48GHz. Dengan frekuensi tengah 2,44 GHz. Frekuensi tengah

resonansi ini, selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam

menentukan parameter-parameter lainnya seperti panjang gelombang, panjang sisi

biquad antena, serta panjang dan lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi

kerja tersebut, diharapkan antena memiliki parameter VSWR

L=W= 29.47mm

Sedangkan pada hasil parameterisasi iterasi desain dengan

simulator CST diperoleh L = W 27.9 mm

c. Menentukan tebal substrat

Substrat yang digunakan adalah FR 04 dengan tebal h = 1.6 mm

d. Menentukanlebarsalurantransmisi

Rumusnyaadalah:

A = + (0,23+ )

= + (0,23+ )

= 1,529

=

=

Wo = 3,062mm

DenganZo2= 29,167

Rumusnyaadalah:

A2 = + (0,23+ )

= + (0,23+ ) = 0,822

19

=

=

Wo2= 9,16mm

DenganZo3

Rumusnyaadalah:

A3 = + (0,23+ )

= + (0,23+ )

= 0,587

=

=

Wo3 = 18,634mm

e. Panjang Gelombang

Pada perancangan antena mikrostrip circular untuk mengetahui

panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip, harus diketahui

terlebih dahulu panjang gelombang pada ruang bebas dengan

persamaan berikut ini:

20

Maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung

dengan persamaan sebagai berikut :

f. Menentukan panjang spasi setiap elemen

d =

=

= 0,0425 m

= 42,5 mm

g. Menentukan Panjang Saluran Transformer

Untuk menentukan panjang saluran transformer (TL ) menggunakan

persamaan (8) berikut ini :

h. Menghitung VSWR

T =

21

T =

T = 0

VSWR =

VSWR =

VSWR = 1

Sedangkan menurut hasil parameterisasi nilai VSWR yang didapat

sebesar 1.1385

i. Menghitung Return Loss

Return loss = 20 log (T)

= 20 log (0)

= 20 Db

Sedangkan menurut hasil parameterisasi nilai return loss yang didapat

sebesar 23.773

3.3 Perancangan Simulasi

Flowchart Menggunakan CST

22

Mulai

Menentukan Frekuensi Kerja (2.4-2.44 GHz)

Memasukan nilai-nilai

parameter yang

akandicari

dimensi patch,

dimensi pcb, dimensi

saluran transmisi

Tidak

Gambar simulasi array2 patch

23

Memulai perancangan dengan

menggunakan parameter yang

telah dimasukan

Melihat hasil polaradiasi, gain,

bandwidth dan VSWR sudah

seperti yang diinginkan Melakukan optimasi

Selesai

Grafik s paramater

Grafik hasil VSWR

Gambar Polaradiasi 2D

24

Directivity

Gain

Gambar 3D gain

3D directivity

25

Surface Current

Hasil parameterisasi

Grafik S parameter

26

Grafik VSWR

Pola Radiasi 2D

Gambar pola radiasi 3D

Directivity 3D

27

Gain 3D

Surface Current

Data sementara yang didapat

VSWR = 1.1385 dB

Return loss = 23.773 dB

POLARADIASI = directional

GAIN = 5.6 dB

DIRECTIVITY = 5,809 dBi

28

BAB IV

SIMULASI DAN ANALISA ANTENA

4.1 Simulasi Perubahan Nilai Parameter Antena Awal

Perancangan antenna ini dilakukan dengan menggunakan software CST.

Desain dan rancang bangun antena ini mengacu pada spesifikasi antena bluetooth

pada jurnal referensi Antena yang akan dibangun sudah sesuai dengan kebutuhan

dan spesifikasi yang sudah diinginkan. Perubahan parameter ukuran dilakukan

pada bagian Lp ini diubah-ubah untuk mencapai bandwidth 83.5 MHz dan

frekuensi tengah 2.44GHz. Hasil simulasi yang didapatkan dari ukuran diatas

dengan nilai parameter-parameter yang diubah-ubah adalah :

I. Array 2 Patch

1. Perubahan Parameter LP

Gambar. 4.1.I.1

Gambar diatas menunjukkan grafik koefisien refleksi dari simulasi yang

dilakukan.Pada saat Lp= 28.5 mm nilai koefisien refleksinya mencapai -30 dB

dan frekuensi kerjanya mencapai sekitar 60 MHz. Pada saat Lp=30 mm, didapat

nilai koefisien reflesi yang bernilai sekitar -35 dB.Berdasarkan data diatas maka

nilai lp berada 30 dan 28,5, dan didapat nilai sesuai karakteristik pada 29,47,

29

dicari return loss yang menjauhi titik 0, dimana frekuensi kerja dapat diatur pada

parameter selanjutnya.

2. Perubahan Parameter D

Gambar. 4.1.I.2

Gambar 4.1.I.2 menunjukan bahwa pada lebar spasi akan mempengaruhi

frekuensi kerja antena, dimana semakin kecil nilai d akan menggeser nilai

frekuens kerja antena menuju 2,5Ghz, dengan nilai return loss, maka untuk

mendapatkan nilai yang sesuai dengan frekuensi kerja bluetooth maka digunakan

angka disekitar 40 mm, berdasarkan perubahan parameter kembali maka nilai

yang sesuai ada pada d 42.5 mm

3. Perubahan Paramater L

Gambar. 4.1.I.3

Berdasarkan gambar grafik diatas maka disimpulkan bahwa perubahan L

30

tidak banyak mempengaruhi nilai, namun pergerseran frekuensi kerja juga terjadi

meskipun sedikit, oleh karena itu digunakan L 120mm , karena didapat hasil

sesuai dengan frekuensi kerja bluetooth.

4. Perubahan Paramater W

Gambar. 4.1.I.4

Berdasarkan gambar diatas nilai w mempengaruhi return loss antena,

dimana perbesaran nilai w akan merubah return loss semakin mendekati titik 0,

dan mendekati titik 2,4 Ghz, sehingga tepat digunakan w dengan nilai 100 sesuai

dengan spesifikasi bluetooth.

5. Perubahan Parameter Wl

Berdasarkan grafik nilai wl akan merubah nilai returnloss menjauhi titik 0

dan menggeser frekuensi kerja menuju 2,5Ghz. Didapat nilai 18mm mendekati

nilai frekuensi kerja, dan 19mm melewati frekuensi kerja , sehingga didapat

31

bahwa nilai wl yang sesuai spesifikasi pada titik antara 2 titik tersebut, bedasarkan

perubahan nilai parameter kembali, didapat nilai wl sebesar 18,634mm yang

sesuai dengan spesifikasi pada frekuensi kerja 2,4 Ghz.

II. Array 4 Patch

1. Perubahan paramater LP

gambar 4.1.II.1

Gambar diatas menunjukkan grafik koefisien refleksi dari simulasi yang

dilakukan. Pada saat Lp berukuran 27mm(merah) dengan frekuensi mendekati 2.5

GHzdengan nilai koefisien refleksinya bernilai sekitar -20dB. Sedangkan pada

saat Lp= 28.5 mm mendekati 2.4 GHz, nilai koefisien refleksinya mencapai -30

dB dan frekuensi kerjanya mencapai sekitar 60 MHz. Pada saat Lp=27 mm,

didapat nilai koefisien reflesi yang bernilai sekitar -35 dB. Dari simulasi yang

sudah dilakukan ini, didapatkan bahwa nilai w7 yang diubah-ubah akan maksimal

saat Lp bernilai diantara 27 - 28.5 mm. Sehingga didapatkan nilai Lp yang sesuai

27.9 mm.

32

2. Perubahan paramater WO

gambar 4.1.II.2

Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa

semakin besar nilai Wo maka lebar bandwidth akan semakin lebar,namun terlihat

bahwa pergeseran frekuensi terjadi, meskipun nilai wo 3,2 mm memiliki

bandwidth lebih besar dari nilai wo 2,8 mm, namun 2,8 mm memiliki nilai return

loss yang lebih baik, oleh karena itu diambil titik nilai diantara nilai tersebut,

karena meskipun dengan keuntungan seperti itu, nilai frekuensi kerja tidak sesuai

dengan spesifikasi bluetooth. Dan dari parameter ini , kami menggunakan nilai

yang sesuai dengan frekuensi kerja, yakni Wo=3,062mm karena paling sesuai

dengan standar spesifik Bluetooth kami.

3.Perubahan paramater D

gambar 4.1.II.3


semakin besar nilai d maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, namun

kecenderungan tersebut diikuti dengan semakin turunya grafik return loss, yang

33

menandakan kinerja return loss yang baik, namun spesifikasi bluetooth pada

frekuensi kerja 2,4Ghz sesuai pada nilai 50mm, sehingga diambil angka 50mm

sebagai lebar spasi.

4.Perubahan paramater Wl

gambar 4.1.II.4


semakin besar nilai wl maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, dan return

loss nya semakin baik, namun ditinjau kembali sesuai standar frekuensi kerja

bluetooth maka nilai wl yang digunakan berada pada wl 17.

5. Perubahan paramater Wt

gambar 4.1.II.5


semakin besar nilai wt maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, dan semakin

sempit bandwith, namun return loss nya semakin baik, berdasarkan tinjauan

standar kerja bluetooth maka nilai yang digunakan berkisar 7mm hingga 8mm,

34

berdasarkan perubahan tersebut didapat nilai yang sesuai berada pada 7,534mm.

6. Perubahan paramater L

gambar 4.1.II.6

Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai L maka

nilai frekuensinya cenderung tetap. Dan dari parameter, kami menggunakan nilai

L=200 mm

7.Perubahan paramaterW

gambar 4.1.II.7


semakin besar nilai W maka lebar bandwidthnya akan semakin rendah. Dan dari

parameter, kami menggunakan nilai W=150mm karena paling mendekati standar

spesifik Bluetooth kami, yaitu pada 2,4-2,83 GHz disamping telah melebihi batas

-10 dB

35

4.2 Kondisi Simulasi Antena Baru

Sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dan dibutuhkan, yaitu frekuensi

kerjanya yang berada diantar 2,4-2,48 GHz. Selain itu, juga dicari nilai koefisien

refleksinya dan frekuensi kerjanya. Frekuensi kerjanya harus mencapai 2,4-2,48

GHz.

Adapun rancangan desain yang dilakukan untuk mencapai kondisi

tersebut, dilakukan beberapa kali simulasi dengan berbagai jenis parameter yang

diubah. Yang disimulasikan adalah perubahan ukuran-ukuran dari antenna

tersebut. Adapun ukuran yang diubah ada tiga, yaitu ukuran lebar subtrat, ukuran

panjang subtrat, Lebar saluran transmisi dan Lebar spasi antar patch .

4.2.1 Hasil Simulasi

Antena array 2 patch bluetooth dengan disain array persegi 2 patch yang

diharapkan dapat menghasilkan frekuensi kerja antara 2,4-2,48 GHz dan gain

lebih dari 3 dbidisimulasikan dengan menggunakan software CST (Computer

Simulation Technology) Microwave Studio 2012. Proses pembuatan antena

terbagi menjadi tiga tahap yaitu :

1. Perancangan, yaitu membuat antena dengan dimensi yang sesuai dengan

literatur.

2. Simulasi, yaitu tindakan mensimulasikan antena yang sudah dirancang,

bertujuan untuk melihat parameter-parameter antena yang dihasilkan dari

rancangan tersebut. Setelah parameter-parameter diperoleh, proses

evaluasi dan penyesuaian dapat dilakukan.

3. Evaluasi dan penyesuaian, pada tahap ini dilakukan evaluasi jika

ditemukan parameter yang kurang atau tidak cocok dengan spesifikasi

yang diiinginkan. Setelah itu proses penyesuaian terhadap rancangan

antena dapat dilakukan untuk memperoleh spesifikasi antena sesuai

dengan yang diinginkan.

36

Proses ini dilakukan dengan banyak pengulangan agar ketidaksesuaian

rancangan dan hasil simulasi dapat diminimalisasi. Dengan demikian, kinerja

antena yang optimal dan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dapat

diperoleh.

Untuk mendapatkan parameter yang ingin dicapai, dalam hal ini gain yang

lebih besar dari 3 dBi, dilakukan tiga kali iterasi, dengan mengubah variabel

dimensi antena. Variabel dimensi antena dipilih karena berdasarkan rumusan

matematis (), gain dipengaruhi oleh ukuran atau dimensi dari antena, yaitu :

1. Sama dengan dimensi antena pada sumber acuan (tidak ada perubahan

dimensi)

2. Ukuran lebar substrat antena

Pada program CST pengujian dilakukan dengan menggunakan time

domain solver. Nilai parameter-parameter yang diuji melalui proses simulasi ini

dapat diperoleh berdasarkan grafik hasil simulasi yang ditampilkan. Berikut

adalah hasil yang diperoleh dari simulasi pada tiap iterasi, yaitu :

1. Tanpa ada perubahan dimensi terhadap antena acuan

(a)

Gambar 4.2.1.1 Parameter S11 antena tanpa perubahan terhadap dimensi acuan

Gambar 4.2.1 menggambarkan hasil simulasi antena untuk parameter S11 (return

loss), pola radiasi, dan gain antena. Berdasarkan Gambar 4.2 bandwidth yang

diperoleh, yakni rentang frekuensi dibawah nilai return loss -10 dB, diperoleh

37

pada frekuensi kerja antara 2,4 hingga 2,46 GHz. Semakin negatif nilai return loss

maka semakin baik kualitas dari sebuah antena. Pada grafik nilai return loss

paling negatif pada nilai 30 dB.

Hasil simulasi untuk parameter S11yang diperoleh tanpa mengubah

dimensi antena referensi sudah cukup baik, dengan bandwidth sebesar 50 MHz.

Gambar 4.2.1.2 Pola radiasi dan gain antena

Selannjutnya, Gambar 4.2.2 menunjukkan pola radiasi dan gain antena

yang diperoleh. Pola radiasi yang dihasilkan memiliki bentuk yang berbeda

dengan antena referensi. Pada antena referensi, diperoleh pola radiasi dengan

HPBW di sudut 60o. Sedangkan pada antena yang diuji, pola radiasi memiliki

pancaran radiasi ke arah atas dan tegak lurus pada bidang patch. Penyesuaian ini

dilakukan karena pada percancangan awal, diinginkan pola radiasi antena yang

memiliki pancaran directional. Untuk nilai gain, pada main lobe sudah tercapai

gain sebesar 5,67 dBi. Hasil ini sudah memenuhi spesifikasi antena yang

diinginkan. Dengan gain yang lebih besar, jarak baca dari antena ini akan semakin

jauh dari jarak sebelumnya.

4.2.2. Hasil Akhir Simulasi

Berdasarkan iterasi yang dilakukan diatas maka design akhir antena yang

digunakan agar mendapatkan gain lebih dari 3 dbi, dan frekuensi kerja 2,4-2,48

38

GHz sebagai berikut:

Tabel hasil pengukuran array 2

L 150 mm

LP 28,47mm

W 100 mm

W0 3mm

d 42,5mm

h 1,6 mm

Wl 18,364mm

wt 9,16 mm

t 0,1 mm

x 10 mm

39

Gambar 4.2.2.1 design akhir array 2

Gambar 4.2.2.2 hasil akhir array 4

Tabel hasil pengukuran array 4

L 200 mm

LP 27,9 mm

W 150 mm

W0 3,062mm

d 50mm

h 1,6 mm

Wl 17 mm

wt 7,534 mm

t 0,1 mm

x 10 mm

40

BAB V

PENGUKURAN

Pada perancangan antenna ini, diharapkan antenna mikrostrip yang dihasilkan

dapat menghasilkan gain mencapai 5,6 dB dan mendapatka koefisien refleksi

5.2 Hasil Pengukuran

Adapun hasil pengukuran antenna yang dirancang bangun tersebut

ditunjukkan oleh gambar 5.1 dan gambar 5.2 .

Gambar 5.1

Gambar 5.1 memperlihatkan grafik VSWR dari antenna mikrostrip yang

telah dirancang bangun. Dari gambar 5.1 dapat terlihat bahwa nilai VSWR

antenna pada frekuensi kerja 2,4 GHz berada diantara titik 1 dan 2. Hal ini

sudah sesuai dengan pola radiasi yang diinginkan.

Berdasarkan hasil pengukuran, nilai VSWR bernilai 1,26. Hasil ini

merupakan nilai yang bagus karena berdasarkan standar antenna nilai

VSWR berada dibawah 2 . Namun hasil pada simulasi lebih bagus, karena

bernilai 1,13 dibawah nilai 1,26 yang merupakan hasil pengukuran.

42

Gambar 5.2

Gambar 5.2 menunjukkan hasil pengukuran koefisien refleksi dari antenna

yang telah dibuat. Dengan return loss pada 19,06 dB

Berdasarkan hasil pengukuran, didapat hasil yang lebih baik pada

parameter s11 dibanding dengan hasil simulasi,pada bandwidth nilai yang

didapat lebih dari 60dB, sebesar 62dB. Dan frekuensi kerja tercapai pada

frekeunsi 2,4 Ghz.

43

Gambar 5.3

Gambar 5.3 merupakan nilai input impedance dari frekuensi kerja hasil

pengukuran antena dari 2,4 Ghz 2,46 Ghz. Hambatan saluran antena pada

frekuensi kerja 2,43 Ghz sebesar 40,31 ohm. Jika dibandingkan dengan

simulasi terdapat perbedaan nilai, diakibatkan oleh ketidak matchingan saat

fabrikasi.

5.3 Analisa Hasil Pengukuran

Pada pengukuran antenna yang sudah dirancang ini terdapat beberapa

ketidakcocokkan antara nilai hasil simulasi dengan nilai hasil pengukuran

langsungnya. Hal ini dapat dianalisa dikarenakan beberapa hal :

1. Lokasi perubahan parameter ukuran antenna yang berada di tempat port

berada. Hal ini diidentifikasi sebagai salah satu masalah utama

ketidakmatchingan antenna yangtelah disimulasikan.

2. Adanya ketidakmatchingan antara port yang digunakan dan terlalu banyak

losses yang terjadi.

44

3. Adanya error baik teknis maupun non teknis (human error) dalam proses

fabrikasi dan pengukuran yang menyebabkan adanya perbedaan hasil

simulasi dan pengkuran

5.4 Jangkauan Antena

Jangkauan baca antena merupakan salah satu parameter yang penting

dalam menentukan kualitas kerja antena bluetooth. Jangkauan baca antena

bluetooth ini belum dapat diketahui, hal ini dikarenakan belum dilakukan

pengukuran gain dimana besar gain berpengaruh terhadap pengukuran jarak

jangkauan antena. Sehingga jarak maksimum pembacaan antena belum dapat

diketahui.

45

BAB VI

KESIM PULAN

Hasil simulasi antenna Bluetooth ini menghasilkan parameter-parameter

yang sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu beroperasi pada rentang

frekuensi 2,4 2,48 GHz dan memiliki gain dB. Hasil parameter dalam proses

simulasi ini sudah sesuai dengan yang diiginkan.

Pada Fabrikasi antena Bluetooth kali ini sudah tercapai parameter-

parameter yang diinginkan namun kurang maksimal pada frekuensi kerjanya.

Antena diharapkan bekerja pada frekuensi 2,4 2,48GHz, namun hasil

pengukuran menunjukan antena hanya bisa bekerja pada frekuensi 2,4 2,46GHz

namun tidak maksimal kerjanya. Karena gain antena belum bisa ditentukan maka

jarak baca maksimum antena ini belum bisa dihitung, sehingga belum dapat

disimpulkan apakah antena ini dapat diaplikasikan secara langsung.

Performa antena yang difabrikasi (hasil pengukuran) dengan hasil simulasi

memiliki performa yang berbeda, hal ini dapat dilihat dari retrun loss yang

dimiliki antena yang difabrikasi lebih besar dari simulasi. Hal ini disebabkan

adanya ketidakmatchingan port antena. Parameter yang diukur ada 3 yaitu:

VSWR, return loss, dan bandwith.

Nilai VSWR pada simulasi dengan 2 patch dan 4 patch berbeda sedikit,

yaitu 1,1385 pada 2 patch dan 1,326 pada 4 patch. Sedangkan nilai VSWR pada

hasil pengukuran 2 patch adalah 1,26. Dalam nilai parameter Return Loss, nilai

return loss pada simulasi dan pengukuran cukup berbeda. Didapatkan nilai return

loss hasil simulasi 2 patch sebesar 23.773 dB sedangkan pada antena 4 patch

sebesar 17.07 dB. Untuk nilai return loss pada hasil pengukuran (2 patch)

diperoleh hasil sebesar 19.06 dB. Besar bandwidth pada hasil simulasi mikrostrip

array 2 patch diperoleh BW sebesar 58 MHz dan pada hasil simulasi 4 patch

didapatkan sebesar 50 Mhz. Sedangkan pada hasil pengukuran diperoleh BW

sebesar 62 MHz.

46

Berdasarkan hasil simulasi berbanding dengan jurnal [10] dan [11], nilai

gain antenna yang dirancang lebih besar daripada kedua jurnal tersebut, namun

dimensi dari antena rancangan memiliki dimensi yang lebih besar dari jurnal [10]

dan [11], sehingga dapat disimpulkan untuk penilitian tujuan tidak sepenuhnya

berhasil, meskipun nilai gain jauh lebih besar pada jurnal [10] dan [11] maksimal

4 dB, pada rancangan tercapai >4 dB, namun dimensi ,dan bandwidth tidak

terpenuhi.

47

DAFTAR PUSTAKA

[1]

http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-

permasalahan-dan-pemanfaatannya/, diakses pada 11/12/2014 pukul 3.05 wib

Triple-Band

Linear Array

[3] Balanis, C. A., 1997, Antenna Theory, Analysis and Design, Second Edition,

John Willey and Son, Inc.

[4] Evizal, T. A. Rahman, and S. K. A. Rahim.A multi band mini printed omni

directionalantenna with v-shaped for rfid applications Progress elegtromagnetic

research B, vol 27, 2011

[5] -fed slot antenna for

personal mobile communication service (p

Microwave And Optical Technology Letters, Vol. 55,pp.no. 4, April 2013.

[6] Bahadi

Vol. 8, 2009.

[7] You- -fed folded slot dipole antenna for

-1935, 2011.

[8] R. lothi Chitra, B. Ramesh Karthik a -slot

microstrip patch antenna array for WiMAX and WLAN, ICCSP-12.

[9] Liang Xu, Bin Yuan, and Shuan antenna for

37, pp. 211-221, 2013.

[10] Ashish Chandelkar, Dr. T. Shanmuganantham, Bat Shaped CPW Fed Antenna for Bluetooth Application International Journal of Engineering

Trends and Technology (IJETT) volume 5 number 3- Nov 2013

48
http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-permasalahan-dan-pemanfaatannya/http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-permasalahan-dan-pemanfaatannya/

[11

Engineering Research & Technology,2014

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

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21600/3/Chapter%20II.pdf

Bluetooth Special Interest Group, Baseband Specification.

Bluetooth Special Interest Group, Radio Specification.

Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth Protocol Arsitechture

Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth Security Arsitechture.

http://ijettjournal.org/volume-5/number-3/IJETT-V5N3P123.pdf

http://www.issr-journals.org/xplore/ijias/IJIAS-13-149-11.pdf

http://www.scirp.org/journal/PaperDownload.aspx?paperID=16519

Sumber gambar:

www.google.com

49
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21600/3/Chapter%20II.pdfhttp://ijettjournal.org/volume-5/number-3/IJETT-V5N3P123.pdfhttp://www.issr-journals.org/xplore/ijias/IJIAS-13-149-11.pdf

Documents

Antena Array Mikrostrip Patch Square Untuk Aplikasi Bluetooth Pada Frekuensi 2,4 GHz