Skripsi Tatik Mustika 2212132051

PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP SQUARE PATCH DENGAN TEKNIK

PENCATUAN PROXIMITY COUPLED PADA FREKUENSI 2400 – 2483,5 MHZ

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Program Studi Strata Satu (S1) Konsentrasi Teknik Telekomunikasi dan Informasi

Disusun Oleh :

Tatik Mustika Asih 2212132051

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI CIMAHI

2015

ii Fakultas Teknik Unjani

LEMBAR PENGESAHAN

Tugas Akhir

PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP SQUARE PATCH DENGAN TEKNIK PENCATUAN PROXIMITY

COUPLED PADA FREKUENSI 2400 – 2483,5 MHZ

Disusun Oleh:

TATIK MUSTIKA ASIH

2212132051

Tugas Akhir ini telah disahkan den disetujui untuk disidangkan,

Cimahi, Agustus 2015

Menyetujui,

Pembimbing,

Sofyan Basuki, S.T.,M.T. NID. 412178367

Ketua Jurusan Teknik Elektro,

Yuda Bakti Zainal, Ir.,M.T. NID. 412148369

iii Fakultas Teknik Unjani

SURAT PERNYATAAN

Yang bertandatangan dibawah ini :

Nama : TATIK MUSTIKA ASIH

NIM : 2212132051

Jurusan : Teknik Elektro S1

Judul Tugas Akhir :

Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri dan

didalamnya tidak ada bagian yang menyatakan plagiat dari hasil karya orang lain, dan

bersedia dianulir sesuai dengan peraturan yang berlaku apabila Tugas Akhir saya ini terbukti

hasil duplikasi.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya serta didasari rasa

kesadaran dan dalam kondisi sehat.

PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA MIKROSTRIP SQUARE PATCH DENGAN TEKNIK PENCATUAN PROXIMITY COUPLED PADA FREKUENSI 2400 – 2483,5 MHZ


Tatik Mustika Asih

viii

ABSTRAK

Pada penelitian ini telah direalisasikan sebuah antena mikrostrip patch persegi untuk aplikasi Wireless Local Area Network (WLAN). Perancangan antena ini menggunakan bantuan CST Studio Suite 2010. Antena ini dirancang untuk bekerja pada frekuensi 2400-2483,5 MHz dengan teknik pencatuan proximity coupling agar bandwidth yang dihasilkan lebar.

Pengukuran dilakukan untuk mengetahui frekuensi kerja antena, dan hasil pengukuran menunjukkan bahwa antena ini bekerja pada frekuensi 2410 - 2524.3MHz pada VSWR 1,154 , bandwidth 114,3 MHz , Return loss -23,017, impedansi antena 51,899 – j6,962, Gain 5,69 dBi serta pola radiasi yang dihasilkan adalah direksional.

Antena mikrostrip ini di aplikasikan sebagai antena penerima di USB wireless TP-Link TL-WN 722N. Hal tersebut menghasilkan signal strength sebesar -77dBm dan pada saat USB wireless TP-Link TL-WN 722N tidak menggunakan antena mikrostrip tersebut menghasilkan signal strength sebesar -95dBm

Kata Kunci : Mikrostrip, Proximity Coupling, WLAN.

ix

ABSTRACT

In this research has realized a rectangular patch microstrip antenna for application Wireless Local Area Network (WLAN). This antenna design using the CST Studio Suite 2010. The antenna is designed to work at 2400-2483.5 MHz frequency with proximity coupling technique so that the resulting a wide bandwidth.

Measurements were performed to determine the working frequency of antennas, and results of measurements show that this antenna works at a frequency of 2410 – 2524,3 MHz with a 1,154 VSWR, bandwidth 114,3 MHz, Return loss -23,017, Antenna impedance 51,899 – j6,962 , Gain 5,69 dBi and the resulting radiation pattern is directional.

The application of antenna microstrip as a receiver antenna on USB wireless TP-Link TL-WN 722N. And then the result for signal strength when using antenna microstrip is -77dBM and the result signal strength when using omni antenna is -82 dBM

Keyword : Microstrip, Proximity Coupling, WLAN.

vi

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat-Nya kepada penulis, hingga akhirnya tugas akhir dan buku

laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tidak lupa shalawat serta salam

selalu tercurah bagi Rasulullah SAW.

Dalam proses tugas akhir ini penulis menemukan berbagai kendala dalam

penyelesaiannya, tetapi berkat Allah dan pihak-pihak lain yang ikut berperan

didalamnya, maka penulis dapat melaluinya. Untuk itu, penulis ingin megucapkan

terima kasih kepada Allah SWT yang telah memberikan keberkahan dalam

hidupku dan pihak-pihak yang telah membantu, yaitu:

1. Keluarga tercinta, khususnya Ibu, yang selalu memberikan dorongan,

kekuatan dan doa dalam hidup penulis, dan selalu menemani setiap langkah

perjuangan untuk menjadi lebih baik.

2. Bapak Sofyan Basuki, ST.,MT. selaku pembimbing. Terima kasih untuk

bimbingan, masukan, kesediaan waktunya serta kesabarannya dalam

membimbing penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Yuda Bakti Zainal ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.

4. Pak Hendra yang telah membantu melakukan pengukuran di LIPI

5. Nidy Harya Bhakti terima kasih untuk selalu setia, sabar mendengarkan keluh

kesah mengerjakan laporan tugas akhir ini.

6. Siska Novia Handayane partner mengerjakan laporan tugas akhir yang selalu

ada membantu ataupun saling membantu untuk melewati keadaan susah

senang bersama. Terima kasih.

7. Kawan-kawan seperjuangan kelas ekstensi Telkom Angkatan 2013. Terima

kasih atas setiap kenangan, nasihat, hinaan, dan perjuangan dengan penuh

kebersamaan yang telah kalian isi di hari-hari yang dilalui bersama.

8. Rekan – rekan saya di Jurusan Teknik Elektro Universitas Jenderal Achmad

Yani untuk kebersamaan kita selama ini..

vii

9. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Penulis

menyadari, bahwa dalam penulisan ini masih terdapat banyak kekurangan,

karena itu, kritik dan saran sangat penulis tunggu untuk menjadi lebih baik

lagi di masa yang akan datang.


Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ii

SURAT PERNYATAAN....................................................................................iii

ABSTRAK ..........................................................................................................iv

ABSTRACT ..........................................................................................................v

KATA PENGANTAR ........................................................................................vi

DAFTAR ISI .......................................................................................................viii

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xi

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................1

1.2 Perumusan Masalah..........................................................................1

1.3 Batasan Masalah ...............................................................................2

1.4 Tujuan Tugas Akhir .........................................................................2

1.5 Metode Penelitian .............................................................................2

1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. WLAN ( Wireless Local Area Network ) ........................................5

2.2. Definisi Antena ................................................................................6

2.2.1 Fungsi Antena ......................................................................6

2.3. Parameter-Parameter Antena............................................................7

2.3.1 Pola Radiasi ............................................................................7

2.3.2 Gain ........................................................................................10

2.3.3 Bandwidth ...............................................................................10

2.3.4 Return Loss dan VSWR ...........................................................11

2.3.5 Polarisasi .................................................................................12

2.4 Antena Mikrostrip ............................................................................13

2.4.1 Karakteristik Dasar .................................................................13

ix

2.4.2 Fringing Effect ........................................................................14

2.4.3 Dimensi Patch ........................................................................15

2.4.4 Saluran Mikrostrip ..................................................................16

2.4.5 Impedansi Input ......................................................................17

2.5 Teknik Pencatuan Proximity Coupling ............................................19

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

3.1 Diagram Alir Realisasi Antena ........................................................20

3.2 Penentuan Spesifikasi Antena ..........................................................21

3.3 Karakteristik Bahan ..........................................................................21

3.4 Kontruksi dan Teknik Pencatuan Antena .........................................21

3.5 Perancangan Awal Dimensi Antena .................................................24

3.5.1 Menentukan Dimensi Patch ...................................................24

3.5.2 Menentukan Dimensi Ground Plane ......................................25

3.5.3 Dimensi Pencatuan Proximity Coupling .................................26

3.6 Simulasi dengan CST Studio Suite 2010 ..........................................27

3.7 Hasil Simulasi ..................................................................................29

3.7.1 Dimensi Antena Hasil Simulasi .............................................29

3.7.2 Return Loss .............................................................................31

3.7.3 Bandwith.................................................................................31

3.7.4 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) .................................31

3.7.5 Polaradiasi ..............................................................................32

3.7.6 Gain ........................................................................................33

3.7.7 Impedansi Input ......................................................................34

BAB IV PENGUKURAN UNJUK KERJA DAN ANALISIS

4.1 Pendahuluan .....................................................................................36

4.2 Pengukuran Return Loss, VSWR, dan Bandwidth ............................36

4.2.1 Peralatan yang Digunakan ......................................................36

4.2.2 Prosedur Pengukuran ..............................................................36

4.2.3 Hasil Pengukuran ....................................................................38

x

4.2.4 Analisis Hasil Pengukuran ......................................................40

4.3 Pengukuran Pola Radiasi ..................................................................41





4.4 Pengukuran Polarisasi ......................................................................45





4.5 Pengukuran Gain ..............................................................................48





4.6 Aplikasi Antena Mikrostrip ..............................................................52





BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan.......................................................................................58

5.2 Saran .................................................................................................58

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xi

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pola Radiasi Isotropis ..................................................................7

Gambar 2.2 Pola Radiasi Isotropis. (a) Pola E-Plane (b) Pola H-Plane ..........7

Gambar 2.3 Pola Radiasi Directional..............................................................8

Gambar 2.4 Pola Radiasi Directional (a) Pola Azimuth (b) Pola Elevasi ......8

Gambar 2.5 Pola Radiasi Omni-directional ....................................................8

Gambar 2.6 Pola Radiasi Omni-directional. (a) E-Plane (b) H-Plane ............9

Gambar 2.7. Sistem Koordinat Bola ................................................................10

Gambar 2.8 Ilustarsi bandwidth untuk VSWR≤1.5........................................11

Gambar 2.9 (a) Polarisasi Verikal (b) Polarisasi Horizontal ...........................12

Gambar 2.10. Polarisasi circular. .......................................................................13

Gambar 2.11. Struktur Antena Mikrostrip .........................................................14

Gambar 2.12. Fringing Effect.............................................................................15

Gambar 2.13. Panjang Efektif Antena Mikrostrip .............................................16

Gambar 2.14. Antena Mikrostrip dengan Inset Feed .........................................18

Gambar 2.15. Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupling

.....................................................................................................19

Gambar 3.1 Diagram alir pembuatan antena mikrostrip .................................20

Gambar 3.2 a), b) dan c) Bentuk dan Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ..23

Gambar 3.3 Dimensi Patch Antena Mikrostrip...............................................25

Gambar 3.4 Dimensi Mikrostripline Antena Mikrostrip .................................27

Gambar 3.5 Geometri antena mikrostrip dengan teknik pencatuan secara

proximity coupling .......................................................................27

Gambar 3.6 Flowchart Proses Simulasi ..........................................................28

Gambar 3.7. a) Tampilan CST Studio Suite 2010 beserta Pemodelan Antena

Mikrostrip ....................................................................................30

Gambar 3.8 b) Layer Atas bagian patch ..........................................................30

Gambar 3.9 c) Layer bawah bagian feedline dan bagian groundplan .............30

Gambar 3.10 d) Tampak Samping ....................................................................30

Gambar 3.11 Respon Return Loss pada Frekuensi 2.442,9 MHz .....................31

xii

Gambar 3.12 Hasil Plot VSWR Menggunakan Software CST Studio Suite 2010

.....................................................................................................31

Gambar 3.13 Hasil Plot Pola Radiasi H-Plane menggunakan Software CST

Studio Suite 2010 ........................................................................32

Gambar 3.14 Hasil Plot Pola Radiasi E-Plane menggunakan Software CST

Studio Suite 2010 ........................................................................32

Gambar 3.15 Hasil Plot Pengukuran Directivity dengan Simulator CST Studio

Suite 2010 ....................................................................................33

Gambar 3.16 Hasil Plot Pengukuran Gain dengan Simulator CST Studio Suite

2010 .............................................................................................33

Gambar 3.17 Matching Antena Menggunakan Software CST Studio Suite 2010

.....................................................................................................35

Gambar 4.1 Setup Pengukuran Return Loss ....................................................37

Gambar 4.2 Hasil Pengukuran Return Loss Fungsi Frekuensi menggunakan Network

Analyzer Advantest R3770 ..............................................................37

Gambar 4.3 Hasil Pengukuran VSWR menggunakan Network Analyzer Advantest

R3770............................................................................................38

Gambar 4.4 Hasil Pengukuran Impedansi menggunakan Network Analyzer Advantest

R3770 ...........................................................................................39

Gambar 4.5 Setup Pengukuran Pola Radiasi .......................................................42

Gambar 4.6 Plot Pola Radiasi Bidang E-Plane ...................................................43

Gambar 4.7 Plot Pola Radiasi Bidanga H-Plane ..................................................44

Gambar 4.8 Setup Pengukuran Polarisasi ...........................................................46

Gambar 4.9 Hasil Plot Polarisasi .......................................................................48

Gambar 4.10 Set-up pengukuran gain ..................................................................49

Gambar 4.11 Hasil Pengukuran level daya antena under test .................................50

Gambar 4.12 Hasil Pengukuran level daya antena Referensi ..................................51

Gambar 4.13 Antena mikrostrip terpasang pada USB wireless TP-Link TN

WL722N ......................................................................................52

Gambar 4.14 Tampilan software yaitu XIRRUS Wi-Fi Inspector ...........................52

Gambar 4.15 Tampilan saat menginstal driver TP-Link TL-WN722N ...................53

xiii

Gambar 4.16 Tampilan saat USB wireless TP-link TL-WN722N terhubung

Ke internet dengan SSID “tatik” ......................................................53

Gambar 4.17 Penerimaan strength signal saat memakai antena omni .....................55

Gambar 4.18 Penerimaan strength signal saat antena mikrostrip dipasang ..............55

Gambar 4.19 Penerimaan data rate saat memakai antena omni ..............................56

Gambar 4.20 Penerimaan data rate saat antena mikrostrip sudah dipasang .............57

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan Standard Wireless ........................................................5

Tabel 3.2 Dimensi Antena Hasil Simulasi .........................................................30

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Return Loss ................................................................38

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran VSWR .......................................................................38

Tabel 4.3 Hasil pengukuran Impedansi ..................................................................39

Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran .........................................40

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Plane ...................................................43

Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Pola Radiasi H-Plane ..................................................44

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Polarisasi ...................................................................47

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Dengan semakin berkembangnya teknologi wireless di Indonesia. Dimana

masyarakat Indonesia membutuhkan komunikasi data dimanapun dan kapanpun.

Untuk itu teknologi yang sangat dibutuhkan saat ini adalah wireless, salah satu

teknologi wireless itu adalah teknologi W-LAN (Wireless Local Area Network)

yang merupakan sebuah sistem komunikasi data yang fleksibel yang dapat

diaplikasikan sebagai alternatif pengganti untuk jaringan LAN kabel. Teknologi

WLAN adalah teknologi andalan dimasa mendatang untuk pembangunan jaringan

komputer atau internet di dalam kota pada kecepatan tinggi [1]. Dalam

aplikasinya frekuensi kerja yang digunakan untuk WLAN adalah 2400 MHz

sampai dengan 2483,5 MHz.

Untuk mendukung teknologi WLAN ini dibutuhkan antenna. Antena yang

memiliki fungsi mengirim dan menerima sinyal dan mengoptimalkan sinyal

tersebut ke arah tertentu [2]. Antenna yang dibutuhkan untuk teknologi WLAN

yaitu memiliki ukuran yang kecil, kompetibel, serta mampu memberikan

bandwith yang lebar. Untuk itu antenna mikrostrip adalah salah satu kandidat

yang mampu memenuhi kebutuhan tersebut.

1.2 Perumusan Masalah

Dengan merancang sebuah antenna mikrostrip untuk teknologi WLAN,

permasalahan yang muncul diantaranya :

1. Bagaimana merancang antenna mikrostrip persegi dengan teknik proximity

coupling menggunakan pendekatan matematika.

2. Bagaimana memverifikasi antena mikrostrip persegi dengan teknik

proximity coupling menggunakan aplikasi CST Studio Suite 2010

3. Bagaimana menentukan parameter antenna seperti VSWR, return loss,

polarisasi, polaradiasi, dan gain sesuai dengan spesifikasi yang telah

ditentukan,

2

4. Bagaimana melakukan pengukuran antena, apakah hasil pengukuran sudah

sesuai dengan spesifikasi yang tentukan

1.3 Batasan Masalah

Pada perealisasian antena mikrostrip ini, penulis membatasi pada beberapa

aspek, yaitu :

1. Perancangan dimensi antena menggunakan aplikasi software CST Studio

Suite 2010.

2. Pada Tugas Akhir ini penulis hanya membahas perancangan dan

perealisasian sebuah antena mikrostrip untuk wifi dengan teknik pencatuan

proximity coupling.

1.4 Tujuan Tugas Akhir

Pada proyek akhir ini bertujuan untuk :

1. Merealisasikan sebuah antena mikrostrip persegi dengan teknik pencatuan

proximity coupling yang dapat digunakan untuk aplikasi WLAN pada

frekuensi 2400 – 2483,5 MHz .

2. Merancang dan merealisasikan antena mikrostrip persegi dengan

bandwidth yang cukup sesuai spesifikasi

1.5 Metode Penelitian

1. Studi Literatur

Pencarian sumber-sumber bacaan yang dapat menunjang dasar teori yang

menyangkut tentang pembuatan proyek akhir ini.

2. Perancangan

Menghitung besaran yang di perlukan dalam pembuatan sebuah antena dan

merancang antena dengan menggunakan software CST STUDIO SUITE

2010.

3. Realisasi

Mencedtal hasil yang sudah disimulasikan dengan menggunakan PCB dan

memasang konektor SMA pada PCB tersebut.

4. Pengukuran dan pengujian

Melakukan pengukuran dan pengujian dengan spectrum analyzer.

Parameter-parameter penting seperti nilai return loss, gain, polaradiasi,

polarisasi dan VSWR dicoba untuk didata dan direkam.

3

5. Analisa

Melakukan analisa atau mengidentifikasi yang menjadi kendala-kendala

dari hasil pengukuran.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika laporan Tugas Akhir ini sebagai berikut :

Bab 1 : Pendahuluan

Bab ini menjelaskan mengenai latar belakang penulis dalam memilih topik antena

mikrostrip untuk aplikasi WLAN. Perumusan masalah pada antena mikrostrip

untuk aplikasi WLAN. Batasan masalah yang akan dibahas dan sistematika

penulisan. Tujuan yang diharapkan untuk realisasi antena mikrostrip.

Bab 2 : Landasan Teori

Bab ini menjelaskan mengenai dasar teori antena mikrostrip, teknik pencatuan

antena mikrostrip, saluran mikrostrip dan teori lain yang berkaitan dengan antena

yang dirancang.

Bab 3 : Perancangan dan Realisasi

Bab ini menjelaskan rancangan dan realisasi dari antena mikrostrip. Dimulai dari

menentukan spesifikasi dari antena, perhitungan dimensi antena, perhitungan

dimensi pencatu hingga perancangan sampai perealisasian dari antena mikrostrip

ini.

Bab 4 : Pengukuran dan Analisa

Bab ini menjelaskan mengenai hasil pengukuran dari antena mikrostrip, sehingga

didapatkan data–data dari pengukuran. Data hasil pengukuran tersebut dianalisa

untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dan penyebab dari kesalahan itu sendiri.

Bab 5 : Kesimpulan

Bab ini menjelaskan mengenai kesimpulan dari hasil perealisasian antena

mikrostrip sehingga sesuai dengan tujuan yang dicapai.

Daftar Pustaka

4

Bab ini berisikan referensi yang diambil oleh penulis untuk mendukung dan

menunjang perealisasian antena mikrostrip ini dan menjadi referensi pembuatan

laporan Proyek Akhir.

5

BAB II

TINJAUAN TEORITIS

2.1 WLAN ( Wireless Local Area Network)

Wi-Fi (Wireless Fidelity) adalah sekumpulan standar yang digunakan

untuk Jaringan Lokal Nirkabel (Wireless Local Area Networks – WLAN) yang

didasari pada spesifikasi IEEE 802.11. Standar terbaru dari spesifikasi 802.11a

atau 802.11b, dimana masing-masing spesifikasi terbaru tersebut menawarkan

banyak peningkatan mulai dari luas cakupan yang lebih jauh hingga kecepatan

transfernya [9]. Sistem komunikasi wireless tidak terlepas dari perangkat yang

mampu mengubah energi atau signal dalam medium pemandu ke ruang bebas

(udara). Perangkat tersebut dinamakan antena. Antena bekerja sebagai alat untuk

mengirim dan/atau menerima energi dan mengoptimalkan energi radiasi pada arah

tertentu [9].

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 WSIS yang disponsori oleh PBB dan badan dunia seperti

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.

Teknologi yang digunakan untuk WLAN mayoritas menggunakan standar

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

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

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

6

hingga kapasitas 54 dan 108 Mbps dan menampung jumlah pengguna lebih

banyak.

. Berikut adalah perbedaan dari masing-masing standar :

Tabel 2.1 Perbandingan Standar Wireless

2.2 Definisi antena

Antena menurut Webster didefinisikan sebagai a usually methalic device

as rod or wire for radiating and receiving radio waves [2] (peralatan dari logam

berupa batangan atau kawat yang digunakan untuk memancarkan dan menerima

gelombang radio). Sedangkan definisi antena menurut IEEE (IEEE Std 145-1983)

adalah a means for radiating or receiving radio waves [2] (suatu perangkat untuk

memancarkan atau menerima gelombang radio).

2.2.1 Fungsi Antena

Antena mempunyai fungsi utama yaitu [10]:

1. Matching device

Antena sebagai matching device maksudnya antena sebagai perangkat

yang berfungsi menyesuaikan sifat-sifat yang berada di gelombang

elektromagnetik (ruang bebeas) dan di saluran transmisi. Syarat antena

yang baik adalah impedansi input match dengan impedansi karakteristik

kabel pencatunya (VSWR < 2) yang dapat memancar dan menerima energi

gelombang radio dengan arah dan polarisasi sesuai dengan aplikasi yang

dibutuhkan.

2. Directional device.

Sedangkan antena sebagai directional device maksudnya antena sebagai

perangkat yang berfungsi untuk mengarahkan atau mengkonsentrasikan

daya elektromagnetik ke arah yang diinginkan dan menekan radiasi ke

arah lainnya.

7

Kuat tidaknya atau baik buruknya pancaran yang sampai dipesawat

penerima tergantung dari beberapa faktor, yaitu:

1. Kondisi propagasi

2. Posisi antena beserta lingkungannya

3. Kesempurnaan dan unjuk kerja antena

4. Lebar bandwidth pancaran

5. Daya pancar

2.3 Parameter – Parameter Antena

Pada antena terdapat beberapa parameter-parameter penting yang harus

diperhatikan agar kinerja antena tersebut baik yaitu sebagai berikut [2] :

2.3.1 Pola Radiasi

Pola radiasi sebuah antena didefinisikan sebagai gambaran grafis dari

sifat-sifat pancaran antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Pola radiasi antena

dibedakan menjadi 3 yaitu, pola radiasi isotropis, pola radiasi direksional, dan

pola radiasi omnidireksional.

1. Isotropis

Isotropis adalah arah pancaran antena ke berbagai arah dengan energi

sama besar pada seluruh bidang. Pola radiasi antena isotropis dalam tiga

dimensi bentuk pola radiasinya seperti bola. Antena isotropis ini

merupakan jenis antena ideal dan secara teoritis dijadikan sebagai referensi

dalam pengukuran antena lain namun tidak mungkin direalisasikan karena

dalam hal ini antena sebagai titik.

Gambar 2.1 Pola Radiasi Isotropis

8

z

y y

x(a) (b)

Gambar 2.2 Pola Radiasi Isotropis. (a) Pola E-Plane (b) Pola H-Plane

2. Directional

Directional adalah pola radiasi yang arah pancarnya diarahkan pada satu

tempat saja. Antena ini merupakan jenis antena narrow beamwidth, yaitu

antena dengan sudut pemancarannya kecil namun dengan daya yang lebih

terarah, jarak pancarnya jauh tetapi tidak dapat menjangkau area yang

luas, contohnya antena Yagi, Panel, Sektoral. Umumnya antena ini

digunakan sebagai penghubung antar gedung (konfigurasi point to point)

yang mempunyai cakupan area yang kecil.

x

y

z

Gambar 2.3 Pola Radiasi Directional

x

y

x

y

(a) (b)

Gambar 2.4. Pola Radiasi Directional (a) Pola Azimuth (b) Pola Elevasi

3. Omnidirectional

Omnidirectional adalah pola radiasi yang terbentuk karena antena

memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik pada satu

9

bidang sama besar. Umumnya antena omni-directional ini digunakan

untuk antena-antena jenis broadcast.

Gambar 2.5. Pola Radiasi Omni-directional

z

y y

x (a) (b)

Gambar 2.6. Pola Radiasi Omni-directional. (a) E-Plane (b) H-Plane

.

Pola radiasi merupakan bentuk radiasi gelombang elektromagnetik

dari sebuah antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Pola radiasi atau

bentuk penyebaran daya gelombang elektromagnetik tersebut bergantung

pada bentuk atau susunan antena dan atau sistem pencatuan [4]. Sistem

koordinat yang digunakan untuk masalah radiasi adalah koordinat bola

(spherical coordinate). Dalam sistem koordinat bola, sebuah titik dalam

ruang (misal titik A) dinyatakan dalam persamaan [4]:

𝐴(𝑟,𝜃,𝜙) dimana 0 ≤ 𝜃 ≤ 𝜋, 0 ≤ 𝜙 ≤ 2𝜋

10

φ

θr

y

z

x

Gambar 2.7. Sistem Koordinat Bola [9]

2.3.2 Gain

Gain (penguatan) suatu antena merupakan perbandingan antara intensitas

radiasi maksimum suatu antena terhadap intensitas radiasi maksimum suatu

antena referensi dengan daya yang masuk pada kedua antena adalah sama.

( ) 4, Intensitas radiasiGdaya total inputπθ Φ = (1)

( )4 ,

in

UP

π θ Φ=

maka, 4

in

UmGPπ

= (2)

dimana : Um = intensitas radiasi

Gain suatu antena memiliki keterkaitan dengan directivity yang dapat

dihitung dengan nilai efisiensi suatu antena yang sama dengan kemampuan untuk

mengarahkan yang dinyatakan pada persamaan berikut:

G = e.D (3)

dimana :

G = penguatan (Gain)

e = Efisiensi

D = pengarahan (directivity)

Jika efisiensi antena 100 % atau 1, maka penguatan antena sama dengan

pengarahannya.

2.3.3 Bandwidth

Bandwidth merupakan daerah frekuensi pada antena yang menunjukkan

lebar atau sempitnya frekuensi kerja suatu antena.Pada umumnya kriteria

bandwidth antena adalah besarnya perubahan impedansi antena tersebut terhadap

11

perubahan frekuensi kerja dari frekuensi tengahnya.Perubahan impedansi antena

biasanya ditunjukkan oleh perubahan harga VSWR.Jadi, dapat dilihat pada

gambar 2.8 bahwa bandwidth antena dapat diartikan sebagai lebar bidang

frekuensi untuk VSWR dibawah suatu harga tertentu.

Gambar 2.8. Ilustarsi bandwidth untuk VSWR≤ 1.5

2.3.4 Return Loss dan VSWR

Return loss merupakan besaran daya pantul (faktor refleksi) yang

disebabkan oleh tidak match-nya beban dengan transmission line dalam dB.

Besarnya return loss sangat tergantung faktor refleksi yaitu perbandingan antara

tegangan yang dipantulkan dengan tegangan yang datang dari sumber. Faktor

refleksi secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

inc

ref

VV

=Γ (4)

dimana: Γ = faktor refleksi.

refV = tegangan yang dipantulkan

incV = tegangan yang datang dari sumber

Besar dari koefisien pantul -1 menunjukkan bahwa beban dalam keadaan

short circuit dan +1 menunjukkan dalam keadaan open circuit. Jika 0=Γ maka

sistem dalam keadaan match. Hubungan antara return loss dengan faktor refleksi

dapat dituliskan secara matematis sebagai berikut :

Γ−= l o g2 0R L (5)

12

10 ≤Γ≤

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) didefinisikan sebagai perbandingan

(ratio) antara tegangan maksimum ( maksV ) dan tegangan minimum ( minV ) yang

terjadi pada saluran yang tidak sesuai (match). Secara matematis hubungan antara

VSWR dan faktor refleksi dapat dituliskan sebagai berikut:

minVV

VSWRmaks

= (6)

𝑉𝑆𝑊𝑅 = Γ−Γ+

11

(7)

2.3.5 Polarisasi

Polarisasi antena adalah arah medan listrik yang diradiasikan oleh antena.

Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah Gain

maksimum. Polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari

tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi yang

berbeda. Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linear (linier),circular

(melingkar) atau elliptical (elips).[7]

1. Polarisasi Linier

Polarisasi linier terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu

pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada

titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap

waktu. Polarisasi Linear terbagi 2 yaitu Linear Vertikal dan Linear

Horizontal, seperti pada gambar 2.9 :

( a ) (b)

Gambar 2.9. (a) Polarisasi Verikal (b) Polarisasi Horizontal ).[7]

13

2. Polarisasi Melingkar atau Eliptical

Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut

waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada titik

tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu, seperti pada

gambar 2.10 :

Gambar 2.10. Polarisasi circular. [7]

2.4 Antena Mikrostrip

Salah satu perangkat dari sistem komunikasi nirkabel yang sangat penting

adalah antena. Jenis antena yang berkembang saat ini adalah antenna 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. [8]

2.4.1. Karakteristik Dasar

Antena mikrostrip seperti yang ditunjukan pada gambar 11. terdiri dari

tebal patch yang sangat tipis ( )0t λ<< dimana 0λ adalah panjang gelombang di

ruang bebas . Patch tersebut ditempatkan diatas ground plane. Tebal substrat,

0h λ<< ( biasanya 0 00.003 0.05hλ λ≤ ≤ ). Untuk patch persegi panjang L dari

elemen biasanya 0 0/ 3 / 2Lλ λ< < [5]. Patch dan ground plane dipisahkan oleh

bahan dielektrik yang disebut substrat seperti yang ditunjukan pada gambar 2.11.

[1]

14

a) Tampak Atas (b) Tampak Samping

Gambar 2.11. Struktur Antena Mikrostrip [1]

Antena mikrostrip konvensional mempunyai kelebihan dan kekurangan,

diantaranya [6]:

Kelebihan antena mikrostrip:

a. Mempunyai penampang yang tipis

b. Massa yang ringan

c. Memudahkan pabrikasi yang jumlahnya sangat banyak

d. Dapat di integrasikan langsung

e. Dapat dibuat untuk dual atau triple frekuensi

Kekurangan antena mikrostrip :

a. Bandwidth yang sempit

b. Gain yang rendah

c. Kecilnya alat mengakibatkan perlu ketelitian yang tinggi dalam

perancangan.

2.4.2. Fringing effect

Pada dasarnya antena mikrostrip dapat dimodelkan sebagai suatu saluran

yang terdiri dari 2 buah konduktor (patch dan groundplane) dan dipisahkan oleh

substrat yang memiliki konstanta dielektrik 𝜀𝑟. Konduktor pada saluran mikrostrip

tidak bersifat perfectly magnetic conducting sehingga medan elektromagnetik

yang timbul tidak sepenuhnya tegak lurus terhadap patch maupun groundplane.

Fenomena ini kemudian disebut fringing effect [2].

Fringing effect ini menyebabkan sebagian medan elektromagnetik

meradiasi ke udara dan sebagian lagi ke dalam substrat seperti yang ditunjukan

pada Gambar 12. Oleh karena itu terdapat 2 jenis dielektrik yang melingkupi

15

saluran mikrostrip, yaitu dielektrik dengan bahan udara (𝜀𝑟 = 1) dan substrat

yang memiliki dielektrik (𝜀𝑟 > 1). Dengan demikian saluran mikrostrip ini,

secara keseluruhan, dapat kita lihat sebagai sebuah saluran dengan dielektrik

homogen yang besarnya 1 < 𝜀𝑒𝑓𝑓 < 𝜀𝑟 Konstanta dielektrik ini disebut konstanta

dielektrik efektif (effective dielectric constant).

d

W

εr

Gambar 2.12. Fringing Effect

Besarnya εeff didapat dari persamaan :

𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 =

⎩⎪⎨

⎪⎧ 𝜀𝑟+1

2+ 𝜀𝑟−1

2 1 + 12ℎ

𝑊−12 + 0.04 1 − 𝑊

ℎ2 𝑊

ℎ ≤ 1

𝜀𝑟+12

+ 𝜀𝑟−12

1 + 12ℎ𝑊−12 𝑊

ℎ ≥ 1

(8)

2.4.3. Dimensi Fisik

Fringing effect menyebabkan dimensi medan elektromagnetik antena

mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya [2]. Hal ini diperlihatkan pada

Gambar 2.13.

a) Tampak atas

16

b) Tampak Samping

Gambar 2.13. Panjang Efektif Antena Mikrostrip

Seperti terlihat pada Gambar 13, panjang antena mikrostrip bertambah

sebesar 2ΔL. Sehingga panjang efektif dari antena mikrostrip menjadi [2] :

𝐿𝑒𝑓𝑓 = 𝐿 + 2𝛥𝐿 (9)

dengan :

∆𝐿ℎ

= 0.412𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 + 0.3 𝑊ℎ + 0.264

𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓 − 0.258 𝑊ℎ + 0.8

(10)

Lebar patch ditentukan dengan rumus :

𝑊 =𝐶

2𝑓𝑟

2𝜀𝑟 + 1

(11)

Panjang patch ditentukan dengan rumus :

𝐿 = 𝐶2𝑓𝑟𝜀𝑒𝑓𝑓

− 2Δ𝐿 (12)

2.4.4. Saluran Mikrostrip

Pada proyek akhir ini, saluran pada mikrostrip dapat dicari dengan

menggunakan rumus sebagai berikut:

Lebar saluran pencatu didapatkan dari persamaan :

𝑊ℎ

=

⎩⎨

⎧ 8𝑒𝐴

𝑒2𝐴 − 22𝜋 𝐵 − 1 − ln(2𝐵 − 1) +

𝜀𝑟 − 12𝜀𝑟

ln(𝐵 − 1) + 0.39−0.61𝜀𝑟

W/h < 2

W/h > 2

(13)

17

dengan :

𝐴 =𝑍060

𝜀𝑟 + 22

+𝜀𝑟 − 1𝜀𝑟 + 1

0.23 +0.11𝜀𝑟

(14)

𝐵 =377𝜋

2𝑍0√𝜀𝑟

(15)

2.4.5. Impedansi Input

Besarnya nilai impedansi input antena dihitung dengan terlebih dahulu

menghitung admitansi pada slot#1 (admitansi input), yaitu dengan cara

mentransfer admitansi pada slot#2 pada terminal output ke terminal input. Pada

kondisi ideal, kedua slot dipisahkan oleh jarak sebesar λg/2. Akan tetapi karena

adanya fringing effect maka panjang antena mikrostrip menjadi lebih lebar, oleh

karena itu panjang antenna mikrostrip sesungguhnya kurang dari λg/2. Besarnya

admitansi yang telah ditransformasi pada slot#2 menjadi [4] :

𝑌′2 = 𝐺 ′2 + 𝑗𝐵′2 = 𝐺1 − 𝑗𝐵1 (10)

sehingga besarnya admitansi input menjadi :

𝑌𝑖𝑛 = 𝑌1 + 𝑌′2 = 2𝐺1 (11)

dan impedansi input antena menjadi :

𝑍𝑖𝑛 = 1𝑌𝑖𝑛

= 12𝐺1

(12)

Selain besarnya konduktansi diri dari masing – masing slot, terdapat pula

konduktasni mutual yang harus ikut diperhitungkan, sehingga besarnya resistansi

input antenna mikrostrip ini menjadi :

𝑅𝑖𝑛 = 12(𝐺1±𝐺12)

(13)

dengan :

𝐺12 = 1120𝜋2 ∫

sin𝐾0𝑊2

cos𝜃 𝐽0(𝐾0𝐿 sin 𝜃)𝜋

0 (sin𝜃) 3 𝑑𝜃 (14)

Pada umumnya impedansi input terdiri dari bagian real dan imajiner dan

berubah terhadap frekuensi. Nilai reaktansi dari antenna relatif jauh lebih kecil

18

bila dibandingkan dengan nilai resistansinya, oleh karena itu untuk alasan praktis

nilai reaktansi dari antenna biasanya di abaikan [2].

Dengan mengetahui nilai impedansi input, selanjutnya dapat dihitung

dimensi inset feed untuk mempermudah proses penyesuaian impedansi, yaitu :

𝑅𝑖𝑛(𝑦 = 𝑦0) = 𝑅𝑖𝑛(𝑦 = 0) cos 𝜋𝐿𝑦0 (15)

Gambar 2.14. Antena Mikrostrip dengan Inset Feed

2.5 Teknik Pencatuan Proximity Coupling

Ada berbagai macam teknik pencatuan yang dapat digunakan untuk antena

mikrostrip yaitu mikrostrip line, coaxial probe, aperture coupling dan proximity

coupling [4]. Masing-masing dari teknik pencatuan menawarkan masing-masing

kelebihan. Dalam proyek akhir ini dipilih teknik pencatuan proximity coupling,

karena dapat menghindari adanya radiasi silang (cross polarization), radiasi yang

rendah, dan dapat menghasilkan bandwidth yang relatif lebar [5].

Teknik pencatuan proximity coupling menggunakan elektromagnetik kopel

dimana antara saluran dan elemen peradiasi secara fisik tidak terhubung langsung

atau terhubung secara elektromagnetik dimana feedline pada layer pertama

terdapat groundplane, sedangkan pada layer kedua terdapat bagian patch-nya.

Beberapa konfigurasi dapat dilakukan pada antena mikrostrip dengan dua layer

ini, sama halnya dengan yang hanya menggunakan satu layer. Perbedaannya

adalah bagian patch diletakkan pada layer pertama, sedangkan bagian pencatunya

pada layer kedua sehingga antena mikrostrip dengan dua layer ini tidak

mengakibatkan munculnya radiasi tersendiri. Gambar 2.15. menunjukkan antena

mikrostrip dengan dua layer [6].

19

Gambar 2.15. Antena Mikrostrip dengan Teknik Pencatuan Proximity Coupling

Kekurangan dari teknik pencatuan ini yaitu :

1. Sulit dalam melakukan pabrikasi.

2. Diharuskan dengan pabrikasi multilayer.

20

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI

3.1 Diagram Alir Realisasi Antena

Perancangan antena mikrostrip dilakukan dalam beberapa tahapan,

tahapan-tahapan ini dimaksudkan agar perancangan dapat dilaksanakan secara

sistematis. Tahap-tahap perancangan yang dilakukan akan dijelaskan dengan

diagram alir pada Gambar 3.1.

MenentukanSpesifikasi

Antena

Menentukan Karakteristik Bahan

Substitusikan dimensi hasil

perancangan awal ke simulator CST Studio

Suite 2010

Perbaikan dimensi Antena

Menjalankan Simulasi

Perancangan awal dimensi antena

melalui perhitungan

Menetukan Konstruksi dan

Teknik Pencatuan Antena

Data perancangan

awal hasil perhitungan

a

b

b

a

Spesifikasi Antena sesuai

Data Hasil Simulasi

END

Data dimensi antena hasil simulasi direalisasikan

Pengukuran Spesifikasi antena secara real

Spesifikasi Antena sesuai

Antena Mikrostrip

untuk frekuensi 2.4-2.4835

GHz

Perbaikan dimensi Antena

Y Y

NN

Gambar 3.1. Diagram alir pembuatan antena mikrostrip

21

3.2 Penentuan Spesifikasi Antena

Langkah awal dari suatu perencanaan adalah menentukan spesifikasi kerja

yang diharapkan. Spesifikasi ini merupakan acuan dari perencanaan yang

dilakukan. Mengingat pentingnya spesifikasi, maka penulis menetapkan

spesifikasi dari antena mikrostrip yang akan direncanakan adalah sebagai berikut:

a. Frekuensi kerja : 2.4 GHz – 2.4835 GHz

b. VSWR : ≤ 2

c. Pola radiasi : Direksional

d. Bandwidth : ≥83.5 MHz

e. Gain : ≥3 dBi

f. Konektor : SMA

3.3 Karakteristik Bahan

Antena mikrostrip yang dirancang menggunakan material tembaga untuk

patch dan ground plane, sedangkan untuk substrat digunakan FR4-epoxy.

Karakteristik material yang akan digunakan untuk antena mikrostrip adalah

sebagai berikut:

a. Patch (tembaga)

1. Permitivitas relative (εr) : 1

2. Permeabilitas relative (μr) : 0.99991

3. Ketebalan : 0.035 mm

b. Dielektrik

1. Permitivitas relative (εr) : 4.3

2. Permeabilitas relative (μr) : 1

3. Ketebalan : 1.6 mm

3.4 Konstruksi dan Teknik Pencatuan Antena

Antena ini mempunyai bentuk patch persegi yang berada pada dielektrik

kedua, sedangkan teknik pencatuannya menggunakan teknik proximity coupling

dengan dua layer, dimana saluran mikrostripline-nya berada pada layer pertama,

sedangkan pada layer kedua terdapat patch untuk menghasilkan Bandwidth yang

22

cukup lebar. Menggunakan teknik pencatuan dengan proximity coupling ini

diharapkan mampu untuk memperlebar Bandwidth.

29

.276

m

m

46,8

02

mm

4,9m

m

8mm

10 mm 10 mm

10 mm

10 m

m

29.276 mm

49,276 mm

86,0

78 m

m

a) Tampak Atas (Layer Atas)

Patch 1 Elemen

23

46,8

02 m

m14

,638

mm

61,4

4 m

m24, 638 m

m

86,078 mm

49,276 mm

3,5 mm

b) Tampak Atas (Layer Bawah)

c) Tampak Samping

Gambar 3.2 a), b) dan c) Bentuk dan Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip

Mikrostripline

24

3.5 Perancangan Awal Dimensi Antena

Pada perancangan awal, yang pertama kita lakukan adalah merancang

ukuran dari dimensi patch dan pencatuan proximity coupling.

3.5.1 Menentukan Dimensi Patch

Untuk proyek akhir ini patch yang akan digunakan berbentuk

persegi dengan frekuensi :

1. Frekuensi Center

𝑓𝑐 = 𝑓1𝑥𝑓2

𝑓𝑐 = √2400 𝑀𝐻𝑧 𝑥 2483.5 𝑀𝐻𝑧

𝑓𝑐 = 2441.39 𝑀𝐻𝑧

𝜆0 = 𝑐𝑓

= 3𝑥108

2.441𝑥109= 122.88 𝑚𝑚

2. Lebar Patch

Square patch mempunyai lebar dan panjang yang dapat dihitung dengan

rumus :

𝑊 =𝑐

2𝑓0𝜀𝑟 + 1

2

𝑊 = 𝜆𝑜24.3+1

2−1/2

𝑊 = 122.882

4.3+12−1/2

𝑾 = 𝟑𝟕.𝟕𝟒 𝒎𝒎

3. Menentukan Konstanta dielektrik efektif

𝜺𝒆𝒇𝒇 = 𝟒.𝟑+𝟏𝟐

+ 𝟒.𝟑−𝟏𝟐

𝟏 + 𝟏𝟐 𝒉𝑾−𝟏/𝟐

𝜺𝒆𝒇𝒇 = 𝟓.𝟑𝟐

+ 𝟑.𝟑𝟐

(0.816)

𝜺𝒆𝒇𝒇 = 𝟑. 𝟗𝟗

4. Menentukan Panjang Antena Mikrostrip

L = Leff −2ΔL

25

Dengan,

Δ𝑙 = 0.412ℎ(𝜀𝑒+ 0.3)𝑊ℎ+0.264

(𝜀𝑒− 0.258)𝑊ℎ+0.8

Δ𝑙 = 0.6592 (4.29)(23.865)(3.732)(24.4)

𝚫𝒍 = 𝟎.𝟕𝟒𝟏 𝒎𝒎

L = Leff −2ΔL

L = λo

2𝜺𝒆𝑓𝑓 −2ΔL

𝐿 = λo2𝜺𝒆𝑓𝑓

− 2Δl

𝐿 = 122.882√3.99

− 2(0.741)

𝑳 = 𝟐𝟗.𝟐𝟕𝟔 𝒎𝒎

29.2

76 m

m

29.276 mm

Gambar 3.3 Dimensi Patch Antena Mikrostrip

3.5.2 Dimensi Ground Plane

Secara ideal, ground plane yang digunakan memiliki luas dan tebal yang

tidak terhingga (infinite ground plane). Kondisi ini jelas tidak mungkin

untuk direalisasikan. Namun, hal ini dapat disiasati untuk menciptakan

kondisi infinite ground plane. Dimensi minimum ground plane yang

dibutuhkan untuk menciptakan kondisi ini diberikan melalui persamaan

berikut :

Wg = 6h + W

Lg = 6h + L

26

Tetapi pada perancangan kali ini penulis menggunakan ground plane sama

dengan ukuran dua kali patch pertama untuk lebar dan untuk panjang 3

kali patch pertama.

3.5.3 Menentukan Lebar Saluran Pencatuan Proximity Coupling

Pencatuan Proximity coupling ini berfungsi untuk melakukan

penyepadanan. Feedline pada proximity coupling diletakkan pada dielektrik

pertama dari antena, jadi tidak berhubungan langsung dengan bagian patch-nya.

1. Menghitung W untuk Z = 50Ω

𝐵 = 377𝜋2𝑍𝑜√𝜀𝑟

𝐵 = 1184.38207.364

𝑩 = 𝟓.𝟕𝟏

𝑊𝑑

= 2𝜋𝐵 − 1 − 𝑙𝑛(2𝐵 − 1) + 𝜀𝑟−1

2𝜀𝑟𝑙𝑛(𝐵 − 1) + 0.39 − 0.61

𝜀𝑟 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑊

𝑑> 2

𝑊𝑑

= 0.6366(2.37 + 0.381.797)

𝑊𝑑

= 𝟐.𝟏𝟗 → 𝑊𝑑 > 2,𝑚𝑒𝑚𝑒𝑛𝑢ℎ𝑖 𝑠𝑦𝑎𝑟𝑎𝑡

𝑊 = 2.19 𝑥 1.6

𝑾 = 𝟑.𝟓𝟎𝟒 𝒎𝒎

2. Impedansi Input

𝑅𝑖𝑛 = 12(𝐺1±𝐺12)

𝐺1 = 190𝑊𝜆2

𝐺1 = 190 37.7122.44

2

𝐺1 = 1.0478 𝑥 10−3

Maka :

𝑅𝑖𝑛 = 12(𝐺1±𝐺12) ,𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝐺12 𝑑𝑖𝑎𝑏𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛

𝑅𝑖𝑛(𝑦 = 𝑦0) = 12𝐺1

𝑐𝑜𝑠2 𝜋𝐿𝑦0

50 = 12(1.0478 𝑥 10−3 )

𝑐𝑜𝑠2 𝜋28.39

𝑦0

0.10478 = 𝑐𝑜𝑠2(0.11065𝑦0)

27

0.3236 = 𝑐𝑜𝑠−1(0.3326𝑦0)

𝑦0 = 45.85 𝑚𝑚

Gambar 3.4 Dimensi Mikrostripline Antena Mikrostrip

L

W

h1

h2

Patch

Saluran catu

Subt

rat b

agian

ata

sSu

btra

t bag

ian

bawa

h

Gambar 3.5. Geometri antena mikrostrip dengan teknik pencatuan secara proximity coupling

3.6 Simulasi Dengan CST Studio Suite 2010

Pada perancangan antena mikrostrip, penulis menggunakan bantuan

software CST Studio Suite 2010 yang berfungsi sebagai simulator. Yang paling

penting pada perancangan antena dengan CST Studio Suite 2010 ini adalah agar

kita dapat mencari ukuran dimensi yang tepat supaya antena yang dirancang dapat

28

memenuhi spesifikasi yang kita inginkan. Untuk memenuhi spesifikasi ini,

dilakukan beberapa kali simulasi dengan memasukan dan merubah-rubah nilai

parameter yang telah ditentukan sebelumnya seperti bentuk patch, bahan yang

digunakan, dan teknik pencatuannya. Dibawah ini flowchart dari perancangan

antena mikrostrip menggunakan CST Studio Suite 2010 :

START

DIMENSI ANTENA

PEMBUATAN VARIABEL

ANALYSIS SETUP

VALIDATION CHECK

RUNNING

RESULT

SESUAI SPESIFIKASI

HASIL SIMULASI (VSWR, RETURN

LOSS, BW )

END

NO

YES

A

A

RUBAH-RUBAH UKURAN

RUNNING

RESULT

HASIL SIMULASI (VSWR, RETURN

LOSS, BW )

END

Gambar 3.5 Flowchart Proses Simulasi

29

Setelah melakukan beberapa kali simulasi, maka diperoleh ukuran dimensi

yang memenuhi spesifikasi antena yang telah ditentukan sebelumnya.

3.7 Hasil Simulasi

3.7.1 Dimensi Antena Hasil Simulasi

a)

50 mm

87 mm

27. 2 mm

27.4 mm

29.9 mm

29.9 mm

5 mm

8 mm

30

b)

50 mm

87 mm

39 mm

48 mm

3.07 mm

50 mm87 m

m

C)

d)

Gambar 3.6 a) Tampilan CST Studio Suite 2010 beserta Pemodelan Antena Mikrostrip, b) Layer

Atas bagian patch, c) Layer bawah bagian feedline dan bagian groundplan , d) Tampadank

Samping dengan

Tabel 3.1 Dimensi Antena Hasil Simulasi

Komponen Ukuran

Patch 27,2 mm x 27,4 mm

Groundplane 50 mm x 87 mm

Tinggi Substrat 3,2 mm

31

Feedline 48 mm x 3,07 mm

3.7.2 Return loss

Pengukuran return loss ini dilakukan untuk mengetahui dimanakah

frekuensi dari antena mikrostrip ini bekerja. Hasil pengukuran return loss dari

simulasi pada CST Studio Suite 2010 adalah sebagai berikut :

Gambar 3.7 Respon Return Loss pada Frekuensi 2.442,9 MHz

3.7.3 Bandwidth

Dari Gambar 23 di atas, didapatkan Bandwidth sebesar :

F1 = 2.401,7 MHz

F2 = 2.484,3 MHz

Fc = 2.442,9 MHz

BW = 82,6 MHz (VSWR ≤ 2)

3.7.4 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Gambar 3.8 Hasil Plot VSWR Menggunakan Software CST Studio Suite 2011

32

Dari Gambar 17 didapatkan VSWR untuk daerah frekuensi kerja yaitu

2.442,9 MHz, sebesar : VSWR = 1.0443

3.7.5 Polaradiasi

Pengukuran pola radiasi ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana

bentuk pola radiasi yang dihasilkan pada antena mikrostrip ini, hasil pengukuran

pola radiasi dari simulasi pada CST Studio Suite 2010 adalah sebagai berikut :

Gambar 3.9 Hasil Plot Pola Radiasi H-Plane menggunakan Software CST Studio Suite 2010

\

Gambar 3.10 Hasil Plot Pola Radiasi E-Plane menggunakan Software CST Studio Suite 2010

33

Dari Gambar 3.9 dan 3.10, secara manual dapat menentukan besar H-plane

dan E-plane dengan melihat angular width pada hasil plot radiasinya. Dengan

cara pendekatan, directivity antena dapat dihitung dengan persamaan berikut :

𝐷 =

41253𝜃𝐻𝑃 𝑥 𝜙𝐻𝑃

𝐷 =

4125387.3 𝑥 104

𝐷 =

4.543 𝑑𝐵i

Pada hasil perhitungan didapatkan directivity sebesar 4.54 dBi sedangkan

pada hasil simulasi didapatkan directivity sebesar 6.163 dBi seperti yang terlihat

pada Gambar 3.11 di bawah ini.

Gambar 3.11 Hasil Plot Pengukuran Directivity dengan Simulator CST Studio Suite 2010

Hasil perhitungan dengan simulasi sangat berbeda. Hal ini bisa

dikarenakan pada simulasi keadaan antena sangat ideal atau nilai directive Gain

pada arah maksimum.

34

3.7.6 Gain

Gambar 3.12 Hasil Plot Pengukuran Gain dengan Simulator CST Studio Suite 2010

Berdasarkan Gambar 3.12, Gain yang diperoleh adalah sebesar 4.449 dBi.

Gain pada suatu antena memiliki keterkaitan dengan directivity yaitu dapat

dihitung dengan nilai efisiensi suatu antena yang sama dengan kemampuan untuk

mengarahkan dari antena tersebut

Jika nilai efisiensi suatu antena 100% atau 1, maka penguatan antena sama

dengan pengarahannya. Dengan data yang kita peroleh pada hasil simulasi, kita

bisa menghitung besar efisiensi yang dihasilkan oleh antena yang telah penulis

rancang yaitu sebagai berikut:

Gain = 4.449 𝑑𝐵 = 104.44910 = 2.78

Directivity = 6.163 𝑑𝐵 = 106.16310 = 4.13

Maka, kita bisa mengetahui nilai efisiensinya dengan menggunakan rumus

𝐺 = 𝑒.𝐷

2,78 = 𝑒. 4,13

𝑒 =2,784,13

× 100%

𝑒 = 67,31 %

Efisiensi dari antena yang telah dirancang sebesar 67,13% akan tetapi

32,87% hilang karena adanya rugi-rugi pada saluran transmisi antena serta antena

tersebut. Antena bekerja dengan baik serta daya yang dipancarkan dan

pengarahannya optimal.

35

3.7.7 Impedansi Antena

Salah satu kelemahan antena mikrostrip adalah memiliki Bandwidth yang

sempit. Hal tersebut disebabkan oleh impedansi antena mikrostrip yang sensitif

terhadap perubahan frekuensi. Dibawah ini adalah impedansi imput antena

mikrostrip yang didapat dari simulator CST Studio Suite 2010.

Gambar 3.13 Matching Antena Menggunakan Software CST Studio Suite 2010

Terlihat pada gambar 3.13 bahwa frekuensi tengah 2,442 MHz meiliki

impedansi input 49, 615 + j 0,0421 ohm.

36

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISIS

4.1 Pendahuluan

Pengukuran antena dilakukan untuk mengetahui karakteristik antena yang

telah direalisasikan. Hasil pengukuran dijadikan sebagai tolak ukur kelayakan

antena yang dirancang terhadap spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya.

Kemudian akan dilakukan analisa terhadap penyimpangan yang tidak sesuai

dengan spesifikasi.

Pengukuran yang dilakukan pada antena mikrostrip ini meliputi:

pengukuran return loss, VSWR , bandwidth, impedansi input, pola radiasi, dan

polarisasi

4.2 Pengukuran Return Loss, VSWR dan Bandwidth

Pengukuran return loss, VSWR , dan bandwidth, dilakukan untuk

mengetahui besarnya perbandingan daya yang dipantulkan kembali dengan daya

yang datang akibat dari ketidaksesuaian antara impedansi antena dengan

impedansi saluran transmisi.

4.2.1 Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan untuk mengukur return loss dan bandwidth

diantaranya :

1. Network Analyzer ADVANTEST R370

2. Konektor N to SMA

3. Kabel coaxial

4.2.2 Prosedur Pengukuran

Prosedur pengukuran return loss, VSWR, dan bandwidth diantaranya :

1. Set frekuensi yang diinginkan, yaitu dari 2000 MHz – 3000 MHz.

2. Lakukan kalibrasi dengan menekan tombol start cal. Kemudian secara

berturut-turut menghubungkan dengan open source, short source dan

load source.

37

3. Memasang antena mikrostrip dengan anritsu sesuai setup pengukuran

di bawah :

Gambar 4.1 Setup Pengukuran Return Loss

4. Mengamati respon yang keluar dari Network Analyzer.

5. Simpan hasil pengukuran.

4.2.3 Hasil Pengukuran

a. Return Loss

Gambar 4.2 Hasil Pengukuran Return Loss Fungsi Frekuensi menggunakan

Network Analyzer Advantest R3770.

38

Nilai return loss yang diperoleh dari hasil pengukuran adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Return Loss

Frekuensi (MHz) RL

2410 -10.010

2480 -23.017

2524.3 -10.012

b. VSWR dan Bandwidth

Gambar 4.3 Hasil Pengukuran VSWR menggunakan Network Analyzer Advantest

R3770.

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran VSWR

Frekuensi (MHz) VSWR

2410 1.923

2480 1.154

2524.3 1.924

Dari Tabel 4.3 di atas, bisa didapatkan besar bandwidth dari

antena. Dengan diketahui:

39

fH = 2524.3 MHz

fC = 2480 MHz

fL = 2410 MHz

Sehingga BW = fH – fL = (2524.3 – 2410) MHz = 114.3 MHz

c. Impedasi Antena

Gambar 4.4 Hasil Pengukuran Impedansi menggunakan Network Analyzer Advantest

R3770.

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Impedansi Antena

No Frekuensi ( Mhz)

Nilai real (Ω)

Nilai

Imajiner (Ω)

1 2000 9,879 -17,1 2 2480 51,899 -6,962 3 3000 17,71 -15,293

4 2410 27,433 9,938

5 2524 26,269 -3,711

Impedansi antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang

memiliki dua bagian yaitu bagian real dan bagian imajiner. Bagian real

merupakan resistansi atau tahanan masukan yang menyatakan daya yang

diradiasikan oleh antena pada medan jauh. Sedangkan pada bagian

40

imajiner adalah merupakan masukan yang menyatakan daya yang

tersimpan pada medan dekat antena atau dapat ditulis :

Zin = Rin + j Xin (Ω)

dimana :

R = Nilai real

X = Nilai imajiner

Besar nilai impedansi impt yang paling optimal terdapat di frekuensi

tengah 2480 Mhz yaitu 51,899 – j6,962

4.2.4 Analisis Hasil Pengukuran

Dari hasil pengukuran antena mikostrip Square patch terlihat bahwa

frekuensi kerja antena tesebut bergeser. Untuk membandingkan hasil pengukuran

dan simulasi, penulis membuat tabel perbandingan seperti yang digambarkan pada

Tabel 4.5.

Tabel 4.5 . Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran

Parameter Hasil

Simulasi

Hasil

Pengukuran

Frekuensi Kerja (MHz) 2.401,7 - 2.484,3 2410 - 2524.3

Frekuensi Tengah (MHz) 2442,9 2480

Return Loss (dB) -47.18 -23.017

VSWR 1.0098 1.154

Bandwidth (MHz) 82,6 114.3

Pada proyek akhir ini dapat dilihat pada tabel 4.5 bahwa hasil pengukuran

mengalami pergeseran dibandingkan dengan hasil simulasi. Terlihat pada semua

parameter dengan bergesernya frekuensi kerja maka frekuensi tengah ikut

bergeser. Untuk frekuensi kerja bergeser sekitar 11 Mhz dan untuk frekuensi

tengah bergeser 37 Mhz.

Untuk return loss pun mengalami penurunan yang signifikan yaitu pada

hasil simulasi return loss yang didapat -47.42dB dan pada hasil pengukuran

return loss yang didapat -23.017dB. Namun untuk bandwitdh itu sendiri

mengalami pelebaran dari hasil simulasi yang hanya 82,6 Mhz menjadi 114.3 Mhz

pada hasul pengukuran. Namun dengan 82,6 Mhz tersebut sudah masuk ke dalam

41

spesifikasi yang diinginkan. Dan untuk hasil VSWR sudah masuk kedalam

spesifikasi yaitu ≤ 2.

Secara umum penyebab terjadinya pergeseran frekuensi, bandwidth return

loss, VSWR dan Impendasi input yang berbeda antara hasil pengukuran dengan

perancangan adalah sebagai berikut :

Perbedaan ukuran dimensi patch antena antara hasil perhitungan,

simulasi, dan realisasi. Hal ini terjadi karena proses pabrikasi yang

tidak presisi, sehingga hasil pemotongan dimensi patch, ground

plane tidak sesuai dengan perancangan.

Pengukuran yang dilakukan tidak di ruang bebas pantul. Sehingga

hasil pengukuran tidak sesuai dengan hasil simulasi pada CST

Studio Suite 2010.

Pabrikasi antena yang sulit, diantaranya untuk menyatukan dua

layer dilakukan proses pengeboran, pemotongan pada bagian layer

atas yang tidak tepat karena harus menyesuaikan dengan bagian

konektor, dan soldering.

Adanya redaman pada saluran transmisi saat melakukan

pengukuran yang menyebabkan adanya geombang pantul.

4.3 Pengukuran Polaradiasi

Pola radiasi merupakan bentuk tiga dimensi (pola ruang) dan

menggambarkan intensitas medan disemua arah dari antena tersebut. Pengukuran

pola radiasi bertujuan untuk mengetahui pola pancaran/radiasi dari patch antena.

Pengukuran pola radiasi dilakukan terhadap pola bidang E (E-Plane) dan bidang H

(H-Plane). Kedua bidang ini merupakan bidang prinsipel (principle plane).


Peralatan yang digunakan untuk mengukur pola radiasi diantaranya :

1. Sweep Oscillator ( Hewlett-Packard 8350B)

2. Spectrum analyzer (Hewlett-Packard 8593A)

3. Antena Pemancar (mikrostrip dengan fc = 2480 MHz)

4. Antenna Referensi ( antenna Horn 12dB )

5. Tripot, tiang, dan rotator

42

6. Kabel coaxial N to N



Prosedur pengukuran pola radiasi sebuah antena, diantaranya :

1. Lakukan setup pengukuran seperti Gambar 4.5. Antena pemancar

merupakan antena Horn yang memiliki daya pancar 12 dB dan

dipasang horizontal, sedangkan pada penerima adalah antena

mikrostrip yang akan di test.

Gambar 4.5 Setup Pengukuran Pola Radiasi

2. Hubungkan output RF dari Signal Generator ke antena pemancar.

3. Set frekuensi pada Spectrum Analyzer di frekuensi kerja dari antena

yang akan di tes

4. Dudukan posisi antena penerima di 0o.

5. Putar antena pemancar setiap 10o, dimulai dari sudut 0o sampai 350 o

lalu didapatkan daya penerima maksimum pada Spectrum Analyzer.

6. Catat nilai yang terbaca oleh Spectrum Analyzer pada tabel yang

tersedia.

7. Pola radiasi dapat terlihat dengan cara memplot nilai yang diperoleh.

8. Lakukan kembali langkah ke-5 dengan memutar posisi antena mejadi

vertikal.

43

4.3.3 Hasil Pengukuran Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Pola Radiasi E-Plane

Arah Antena (Derajat)

Level Daya (dBm)

Arah Antena

(Derajat)

Level Daya

(dBm) 0 -29,92 190 -46,29

10 -34,25 200 -46,09

20 -32,77 210 -47,94

30 -32,86 220 -48,74

40 -37,03 230 -48,54

50 -40,62 240 -45,17

60 -39,2 250 -46,38

70 -40,19 260 -45,64

80 -41,83 270 -41,85

90 -41,83 280 -41,63

100 -45,84 290 -40,49

110 -46,28 300 -39,19

120 -50,1 310 -40,92

130 -48,94 320 -37,33

140 -48,94 330 -32,76

150 -47,54 340 -32,57

160 -46,32 350 -34,55

170 -50,13

180 -49,5

Gambar 4.6 Plot Pola Radiasi Bidang E-Plane

-55

-50

-45

-40

-35

-300

10 20 3040

5060

708090100

110120

130140

150160170180190200210

220230

240250

260270280290300

310320

330340350360

E-PLANE

E-Plane

44

Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Pola Radiasi H-Plane

Arah Antena (derajat)

Level Daya (dBm)

Arah Antena

(derajat)

Level Daya

(dBm) 0 -29,45 190 -50,67

10 -28,78 200 -44,13

20 -29,53 210 -42,34

30 -31,03 220 -43,54

40 -32,57 230 -47,67

50 -33,14 240 -51,35

60 -34,72 250 -50,54

70 -36,42 260 -52,02

80 -38,12 270 -44,12

90 -40,15 280 -41,15

100 -43,12 290 -34,42

110 -48,67 300 -36,72

120 -43,5 310 -31,14

130 -49,3 320 -30,57

140 -48,14 330 -30,03

150 -43,54 340 -30,53

160 -40,32 350 -29,78

170 -45,13

180 -51,57

Gambar 4.7 Plot Pola Radiasi Bidang H-Plane

-55

-45

-35

-250

10 20 3040

5060

708090100

110120

130140

150160170180190200210

220230

240250

260270280290300

310320

330340350360

H-Plane

H-Plane

45

4.3.4 Analisis Hasil Pengukuran

Hasil pengukuran pola radiasi yang didapatkan menunjukkan bahwa

antena mikrostrip ini menghasilkan pola radiasi direksional. Bentuk dari pola

radiasi dipengaruhi oleh beberapa faktor sehingga memiliki perbedaan dari hasil

pengukuran dengan hasil simulasi. Salah satu faktor nya disebabkan oleh kondisi

lokasi pengukuran yang bukan merupakan tanah lapang dan terdapat banyak

penghalang disekitar lokasi sehingga dapat menyebabkan pantulan-pantulan.

Selain itu, perbedaan frekuensi antara antena referensi dan antena yang diukur

berakibat terhadap pola radiasi yang dihasilkan. Beamwith yang diperoleh pada

polaradiasi E-plane dan polaradiasi H-plane sebesar 60°.

4.4 Pengukuran Polarisasi

Polarisasi antena merupakan arah gerak medan listrik dari gelombang

elektromagnetik yang dipancarkan oleh antena pada lobe utamanya. Pengukuran

polarisasi pada sebuah antena dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar

daya yang diterima oleh suatu antena ketika antena penerima di putar-putar

dengan posisi antena horizontal.


Peralatan yang digunakan untuk mengukur pola radiasi diantaranya :









Prosedur pengukuran pola radiasi sebuah antena, diantaranya :

1. Lakukan setup pengukuran seperti Gambar 4.8. Antena pemancar

merupakan antena mikrostrip yang memiliki frekuensi 2480 MHz dan

dipasang horizontal, sedangkan pada penerima adalah antena Horn 12

dB.

46

Gambar 4.8 Setup Pengukuran Polarisasi

2. Set Signal Generator pada frekuensi tengah 2480 MHz.

3. Hubungkan output RF dari Signal Generator ke antena pemancar.

4. Set frekuensi pada Spectrum Analyzer di frekuensi kerja dari antena

yang akan di tes (2480 MHz).

5. Menetapkan posisi antena penerima di 0o oleh rotator.

6. Putar antena mikrostrip setiap 10o, lalu didapatkan daya penerima

maksimum pada Spectrum Analyzer.

7. Catat nilai yang terbaca oleh Spectrum Analyzer pada tabel yang

tersedia.

8. Polarisasi dapat terlihat dengan cara memplot nilai yang diperoleh.

47

4.4.3 Hasil Pengukuran Tabel 4.8 Hasil Pengukuran Polarisasi

Arah Antena

(Derajat)

Level Daya

(dBm)

Arah Antena

(Derajat)

Level Daya

(dBm)

0 -34,32 190 -51,16 10 -34,18 200 -51,99 20 -36,28 210 -47,65 30 -35,51 220 -45,76 40 -37,77 230 -46,87 50 -47,72 240 -49,35 60 -45,75 250 -51,45 70 -53,16 260 -51,76 80 -56,83 270 -50,39 90 -50,16 280 -56,96

100 -51,9 290 -53,78 110 -51,87 300 -45,74 120 -49,17 310 -47,88 130 -46,98 320 -37,66 140 -45,86 330 -39,65 150 -47,86 340 -36,89 160 -51,82 350 -34,55 170 -51,02

180 -48,62

48

Gambar 4.10 Hasil Plot Polarisasi

4.4.4 Analisa Hasil Pengukuran

Hasil pengukuran polarisasi yang didapatkan menunjukkan bahwa antena

mikrostrip ini menghasilkan polarisasi linier vertikal.

4.5 Pengukuran Gain

Pengukuran Gain dari sebuah antena dilakukan untuk mengetahui

seberapa besar sebuah antena meradiasikan gelombang ke arah yang diinginkan

atau membandingkan intensitas maksimum suatu antena referensi. Dalam proyek

akhir ini digunakan antena monopol sebagai antena referensi yang telah diketahui

Gain nya.

4.5.1 Peralatan yang Digunakan








-55-50-45-40-35-30

010 20 30

4050

60708090100

110120

130140

150160170180190200210

220230

240250

260270280290300

310320

330340350360

Polarisasi

Polar…

49


1. Melakukan set-up peralatan seperti pada gambar 4.11:

Gambar 4.11 Set-up pengukuran Gain

2. Mengatur sweep osicllator pada posisi yang dikehendaki. Yaitu pada

frekuensi 2480 MHz

3. Menghubungkan RF out dari sweep oscillator ke antena pemancar.

4. Melakukan set-up pada spectrum analyzer dengan mengatur frekuensi

pada 2480 MHz.

5. Menentukan jarak pengukuran untuk medan jauh, dikarenakan pada

daerah tersebut gelombang elektromagnetik bersifat transversal penuh

dan antena tidak terpengaruh oleh benda di sekitarnya. Persamaan di

bawah ini merupakan persamaan untuk medan jauh.

𝑅 ≥2𝐷2

𝜆

Dimana:

• D = panjang dimensi terbesar antena, yaitu 13 cm

• 𝜆 = 𝑐𝑓𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ

adalah panjang gelombang

Sehingga 𝜆 = 3 𝑥 108

2.441 𝑥 109= 0.12288 𝑚 = 12.28 𝑐𝑚

• Jadi 𝑅 ≥ 2 𝑥 132

12.28 𝑅 ≥ 27.52 𝑐𝑚

Sehingga jarak antena pemancar dan antena penerima minimal adalah

27.52 cm. Pada pengukuran pola radiasi antena mikrostrip lingkaran, jarak

yang digunakan ± 1 meter.

50

6. Membaca kuat medan maksimum yang didapat pada spectrum analyzer

dicatat sebagai Ptest.

7. Mengganti antena penerima dengan antena referensi yaitu antena Horn.

kemudian melakukan pengukuran seperti pada langkah ke 4. Harga

maksimal sinyal yang tercatat pada spectrum analyzer tersebut dicatat

sebagai Pref.

8. Menghitung Gain antena dengan metode perbandingan Gain berikut:

Gaintest (dBi) = Gainref (dBi) + 10 log 𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡𝑃 𝑟𝑒𝑓

(dB)

Gaintest (dBi) = Gainref (dBi) + Pref – Ptest (dB)


Pada Gambar 4.12 menunjukan hasil pengukuran level daya pada

antena tes sebesar -29,36 dBm.

Gambar 4.12 Hasil Pengukuran level daya antena test

Sedangkan Pada gambar 41 ditunjukan Level Daya Antena referensi yaitu

sebesar -23,05 dBm.

51

Gambar 4.13 Hasil Pengukuran level daya antena Referensi

Dengan persamaan diatas didapatkan hasil pengukuran Gain sebagai

berikut :

𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡 = −29,36 𝑑𝐵𝑚

𝑃𝑟𝑒𝑓 = −23,05 𝑑𝐵𝑚

𝐺𝑟𝑒𝑓 = 12 𝑑𝐵𝑖

𝐺𝑡𝑒𝑠𝑡 = 12 + (−29,36) − (−23,05)𝑑𝐵𝑚

𝐺𝑡𝑒𝑠𝑡 = 5.69 𝑑𝐵𝑖


Berdasarkan hasil pengukuran didapat Gain antena mikrostrip adalah 5,69

dBi. Gain antena yang diukur berbeda dengan Gain pada simulasi CST yang

berkisar 4.449 dBi. Hail ini dikarenakan level daya terima antena mikrostrip dan

antena referensi berubah setiap waktunya, sehingga sulit untuk mendapatkan hasil

yang akurat.

52

4.6 Aplikasi Antena Mikrostrip

Hasil realisasi antena miskrotrip untuk wifi ini di aplikasikan sebagai

antena penerima atau antena client. Dengan memasang antena mikrostrip patch

rectangular ke USB wireless TP-Link TN WL722N, seperti pada gambar 4.14 :

Gambar 4.14 Antena mikrostrip terpasang pada USB wireless TP-Link TN

WL722N

Untuk mengukur seberapa besar sinyal yang di dapat setelah memakai

antena mikrostrip di instal sebuah Software yaitu XIRRUS Wi-Fi Inspector,

seperti pada gambar 4.15

Gambar 4.15 Tampilan Software yaitu XIRRUS Wi-Fi Inspector

53

4.6.1 Peralatan yang Digunakan

Peralatan yang digunakan agar antena mikrostrip patch rectangular dapat di

aplikasikan adalah :

1. USB wireles (TP-Link TL-WN722N) 2. Antenna Under Test (antena mikrostrip square patch)

3. Jumper konektor SMA

4. Software XIRRUS Wi-Fi Inspector

4.6.2 Cara mengaplikasikan mikrostrip patch rectangular

Untuk mengaplikasikan antena mikrostrip patch rectangular ada beberapa cara

yang dilakukan :

1. Instal driver TP-Link TL-WN722N ( catatan : USB Wireles sudah terpasang

ke laptop)

Gambar 4.16 Tampilan saat mengintal driver TP-Link TL-WN722N

2. Gunakan Jumper konektor SMA female to male untuk menyambungkan

USB wireless dengan antena mikrostrip Patch rectangular

3. Sesudah menginstal driver TP-link TL-WN722N selesai dan antena

mikrostrip telah terhubungan ke USB wireless dengan menggunakan Jumper

konektor SMA. Lalu cari internet yang tersedia.

4. Pada kali ini internet dengan SSID “tatik” yang akan dipakai untuk megukur

kekuatan sinyal yang didapat, seperti gambar 4.15 :

54

Gambar 4.17 Tampilan saat USB wireless TP-link TL-WN722N terhubung

ke internet dengan SSID “tatik”

5. Setelah USB wireless TP-link TL-WN722N terhubung dengan internet yang

mempunyai SSID “ tatik”. Instal Software XIRRUS Wi-Fi Inspector untuk

mengukur kekuatan sinyal yang dapat di terima oleh antena mikrostrip .

6. Dengan jarak ±4 dari antena Wi-Fi ke ISP yang telah di sediakan. Catat

signal yang diterima oleh antena dengan menggunakan Software XIRRUS

Wi-Fi Inspector.

7. Lakukan langkat ke-4 dengan melepaskan antena mikrostripnya. Lalu catat

signal yang keluar di Software XIRRUS Wi-Fi Inspector.


1. Hasil yang diperoleh malalui Software XIRRUS Wi-Fi Inspector dengan

jarak antena ke ISP ±4 m dapat di lihat pada gambar berikut :

55

Gambar 4.18 Penerimaan strength signal saat memakai antena omni

Gambar 4.19 Penerimaan strength signal sesudah antena mikrostrip dipasang

Saat USB wireless TP-Link TL-WN 722N memakai antena omni

strength signal sebesar -82dBm kemudian saat USB wireless TP-Link

TL-WN 722N sudah dipasang antena miksrotrip strength signal yang

diterima mencapai -77dBm.

56

2. Hasil yang diperoleh malalui driver TP-Link WN-TL722N dapat di

lihat pada gambar berikut :

Gambar 4.20 Penerimaan data rate saat memakai antena omni

Gambar 4.21 Penerimaan data Rate saat antena mikrostrip sudah dipasang

Saat USB wireless TP-Link TN-WL 722N memakai antena omni

data rate yang diterima sebesar 54Mbps dengan strength signal 80%, dan

saat USB wireless TP-Link TN-WL 722N memakai antena data rate yang

diterima sebesar 54Mbps strength signal 82%,.


Pada proses pengukuran aplikasi untuk antena mikrostrip saat USB

wireless TP-Link TL-WN 722N memakai antena omni strength signal

sebesar -82 dBm kemudian saat USB wireless TP-Link TL-WN 722N

57

sudah dipasang antena miksrotrip strength signal yang diterima mencapai

-77dBm

Saat menggunakan Driver TP-Link WN-TL722N data rate yang

diterima sebesar 54Mbps dengan strength signal 80%, dan saat USB

wireless TP-Link TN-WL 722N memakai antena data rate yang diterima

sebesar 54Mbps strength signal 82%,.

Adanya redaman pada kabel konektor SMA dan ruangan yang di

kelilingi tembok tinggi dipakai saat proses pengukuran hal tersebut

merupakan beberapa faktor besar kecilnya strength signal dan data rate

yang diterima.

58

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan dan realisasi antena mikrostrip dengan

teknik pencatuan proximity coupling pada frekuensi 2400 – 2483.5 MHz ini, dapat

disimpulkan :

1. Pada Proyek Akhir ini dirancang sebuah antena mikrostrip persegi dengan

teknik pencatuan proximity coupling dengan range frekuensi 2400 Mhz –

2483,5 Mhz dengan VSWR ≤ 2 , gain ≥ 3dBi, dan pola radiasi direktional

2. Pada proses perancangan akan dilakukan simulasi menggunakan software

CST Suite Studio 2010. Dari hasil simulasi didapat bandwith 82,6 Mhz,

range frekuensi 2401,7 – 2484,3 Mhz, VSWR 1,009 dan return Loss -

47,18dB.

3. Dengan adanya hasil simulasi yang sudah optimal, direalisasikan sebuah

atena mikrostrip dengan bandwidth sebesar 114,3 MHz dengan VSWR

1,154 dan polaradiasi direktional. Akan tetapi frekuensi kerja bergeser

sebesar 10 MHz dari spesifikasi awal yaitu dari 2400 – 2483.5 MHz

menjadi 2410 - 2524.3MHz. Namun dari semua parameter yang sudah

dilakukan pengukuran sudah memenuhi spesifikasi awal.

4. Aplikasi dari antena mikrostrip ini adalah dengan memasang antena

mikrostrip di USB wireless TP-Link TL-WN 722N sebagai penerima. Hal

tersebut menghasilkan signal strength sebesar -77dBm dan pada saat USB

wireless TP-Link TL-WN 722N tidak menggunakan atena mikrostrip

tersebut menghasilkan signal strength sebesar -95dBm

5.2 Saran

Berdasarkan analisa dan hasil yang telah dicapai, saran untuk pelaksanaan

proyek akhir selanjutnya :

1. Hasil dari pengukuran unjuk kerja berbeda dengan hasil perancangan dan

simulasi. Hal ini dikarenakan pada tahap pengukuran, lingkungan pada

saat proses pengukuran ikut mempengaruhi hasil dari pengukuran. Dalam

59

hal ini seharusnya pengukuran dilakukan di lingkungan yang bebas pantul,

sehingga hasil pengukuran tidak jauh berbeda dengan hasil simulasi.

2. Hasil dari realiasi antena mikrostrip ini akan lebih maksimal jika memakai

subtrat duroid dengan εr 10,4.

3. Tugas akhir ini dapat dikembangkan dengan mendapatkan patch menjadi

array. Hal tersebut pun dapat mempermudah mendapatkan bandwith yang

diharapkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. G. Derneryd, Linearly Polarised Microstrip Antenas, IEEE Trans. Antenas

Propagat, Vol. AP-24, No. 6, pp. 846-851, November 1976.

[2] Balanis, A. Constantine. Antena Theory : Analysis Design Third Edition. John

Willey & Sons. Inc. 2005.

[3] Fitri, Iskandar dan Ngadino Surip. Proceeding, seminar Ilmiah Nasional Komputer

dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2006). Antenna Slot Mikrostrip Segitiga Array

Untuk Aplikasi Ultra-Wideband. Auditorium Universitas Gunadarma, Depok, 23-

24 Agustus 2006.

[4] Girish Kumar dan K.P. Ray, Broadband Microstrip Antennas, Artech House,

London, 2003.

[5] G. Kumar and K.P. Ray. Broadband Microstrip Antennas, London: Artech House.

2003.

[6] http://learn-antenna.blogspot.com/2010/07/polarisasi-antena.html

[7] Https://www.academia.edu/8572703/perancangan_dan_pembuatan_antena_mikros

trip_circular_patch_array_empat_elemen_dengan_konfigurasi_symmetry_parallel_

feed_network_untuk_frekuensi_kerja_2_4_Ghz

[8] Lebih Dekat Mengenal Wi-Fi; Mulyana Sandi; [email protected]

[9] Surjati, indra : Antena mikrostrip : konsep dan Aplikasi ; Universitas trisakti;

Jakarta;2010

[10] WIFI [online], http://id.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi [diakses Maret 2014]

http://learn-antenna.blogspot.com/2010/07/polarisasi-antena.html

https://www.academia.edu/8572703/perancangan_dan_pembuatan_antena_mikrostrip_circular_patch_array_empat_elemen_dengan_konfigurasi_symmetry_parallel_feed_network_untuk_frekuensi_kerja_2_4_Ghz



mailto:[email protected]

http://id.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi

LAMPIRAN 1

Antena Mikrostrip Square patch

LAMPIRAN 2

Antena Mikrostrip Square patch saat diukur menggunakan Network Analyzer

LAMPIRAN 3

Pengukuran Polaradiasi Antena Mikrostrip Square patch

LAMPIRAN 4

Antena Horn sebagai Antena Referensi

Documents

Skripsi Tatik Mustika 2212132051