makalah antena mikrostrip circular dian dan naomi
Post on 11-Feb-2016
157 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH CIRCULAR
PADA FREKUENSI 3,5 GHz
Disusunoleh : Dian SeptyaNingrum (1312030029)
Naomi Octuberna (1312030041)
Kelas : TELEKOMUNIKASI - 3A
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
2013
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI i
ABSTRAK ii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. TujuandanManfaat 1
1.3. SistematikaPenulisan 2
BAB 2 DASAR TEORI
2.1. Pengertian WIMAX 3
2.2. PengertianAntena 7
2.3. AntenaMikrostrip 8
BAB 3 PERANCANGAN ANTENA
3.1. MenentukanKarakteristikAntena 15
3.2. PerancanganDimensiAntenaMikrostrip Circular 15
3.3. PerancanganSimulasi 19
BAB 4 PENGUJIAN
4.1. HasilSimulasi 42
4.2. Pembahasan 47
BAB 5 KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan 49
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
i
Abstrak
Pada saat ini perkembangan teknologi sangat dibutuhkan.Terutama pada bidang
telekomunikasi.Telekomunikasi yang menggunakan internet membutuhkan jangkauan yang lebih
besar.Teknologi tersebut dikenal dengan istilahWimax.WiMAX adalah singkatan
dari Worldwide Interoperability for Microwave Access, merupakan teknolog iakses nirkabel pita
lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang
tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA
sebelumnya dengan fitur-fitur yang lebih menarik.Wimax tersebut bekerja pada frekuensi sekitar
3,5 GHz dan 5,8 GHz. Untuk menunjang aplikas tersebut dapa tmenggunakan rancangan sebuah
antenna salah satunya adalah rancangan antenna mikrostrip. Antena mikrostrip menunjang
karena antenna mikrostrip adalah antenna yang ringan, bentuk fisiknya kecil dan efisiensi yang
tinggi. Untuk meningkatkan gain yang di inginkan, maka di gunakan antenna mikrostrips irkular.
Perancangan antenna mikrostrip sirkular ini akan menggunakan software computer simulation
tool (CST).
Kata kunci : Antenna microstrip circular, Wimax.
ii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pada saat ini, kebutuhan manusia akan informasi sangat meningkat. Baik informasi dalam
negeri maupun luar negeri bahkan sampai informasi yang sedang mencuat di seluruh dunia.
Untuk menjangkau informasi yang begitu banyak, dibutuhkan kemajuan di bidang teknologi
informasi. Salah satu teknologi yang dapat membantu adalah WIMAX (Worldwide
Interoperability for Microwave Access). Teknologi WIMAX adalah teknologi akses pita
lebar (Broadband Wireless Access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang
tinggi dengan jangkauan yang luas dan bekerja pada bandwidth berkisar 3.5 GHz.
Untuk memaksimalkan kinerja dari teknologi WIMAX dibutuhkan sebuah antena sebagai
pendukungnya. Dimana antena yang dibutuhkan adalah antena microstrip. Antena microstrip
merupakan antena yang tersusun atas bagian lapisan tipis konduktor berbahan metal atau
logam di atas sebuah substract yang dapat merambatkan gelombang elektromagnetik dan di
salah satu sisinya dilapisi konduktor sebagai bidang pentanahan atau yang lebih dikenal
dengan sebutan groundplane. Antena yang akan dirancang ini adalah antena microstrip
circular. Dimana antena ini memiliki beberapa keuntungan, yaitu bentuknya yang kecil dan
ringan juga penguatan jangkauan yang lebih lebar. Untuk merancang antena ini, diperlukan
perhitungan agar antenna yang dirancang dapat memenuhi kriteria dan bekerja sesuai dengan
apa yang diharapkan. Dan untuk mengoptimalisasikannya diperlukan sebuah software dalam
perancangannya.
1.2 TUJUAN PERANCANGAN
Pada simulasi perancangan antena microstrip circular ini, software yang akan digunakan
adalah CST STUDIO SUITE. Dimana perancangan antena microstrip circular ini ditujukan
untuk membantu sistem kerja dari WIMAX yang bekerja pada frekuensi 3.5 GHz.
1.3 SISTEM MATEMATIKA
Dalam sistem matematika ini akan dibahas sistematika (susunan) dari makalah yang dibuat
ini. Makalah ini terdiri dari lima bab yang tersusun sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang, tujuan dan manfaat, dan sistem
matematika dari antenna yang dibuat.
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang dasar teori yang menunjang pembuatan antenna ini baik
mengenai teori antenna secara umum dan teori antenna yang dirancang yang
berasal dari refrensi-refrensi lain dan jurnal yang didapat.
BAB III PERANCANGAN
Bab ini berisi tentang perancangan antenna baik melalui rumus dan perancangan
menggunakan CST.
BAB IV PENGUJIAN
Bab ini membahas tentang hasil perancangan antenna yang didapatkan dari CST.
BAB V KESIMPULAN
Bab ini berisi kesimpulan dari proses dan hasil yang didapatkan dari perancangan
antenna ini.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian WIMAX
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) merupakan sebuah tanda
sertifikasi untuk produk-produk yang lulus tes cocok dan sesuai dengan standar IEEE 802.16.
WiMAX merupakan teknologi nirkabel yang menyediakan hubungan jalur lebar dalam jarak
jauh. WiMAX merupakan teknologi broadband yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dan
jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya dengan fitur-
fitur yang lebih menarik. Disamping kecepatan data yang tinggi mampu diberikan, WiMAX juga
membawa isu open standar. Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX diantara beberapa vendor
yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar
(sampai 70 MBps), WiMAX layak diaplikasikan untuk ‘last mile’ broadband connections,
backhaul, dan high speed enterprise. Yang membedakan WiMAX dengan Wi-Fi adalah standar
teknis yang bergabung di dalamnya. Jika WiFi menggabungkan standar IEEE 802.11 dengan
ETSI (European Telecommunications Standards Intitute) HiperLAN sebagai standar teknis yang
cocok untuk keperluan WLAN, sedangkan WiMAX merupakan penggabungan antara standar
IEEE 802.16 dengan standar ETSI HiperMAN. Standar keluaran IEEE banyak digunakan secara
luas di daerah asalnya, Amerika, sedangkan standar keluaran ETSI meluas penggunaannya di
daerah Eropa dan sekitarnya. Untuk membuat teknologi ini dapat digunakan secara global, maka
diciptakanlah WiMAX. Kedua standar yang disatukan ini merupakan standar teknis yang
memiliki spesifikasi yang sangat cocok untuk menyediakan koneksi berjenis broadband lewat
media wireless atau dikenal dengan BWA.
2.1.1 Elemen Perangkat WIMAX
Elemen/ perangkat WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan.
Namun demikian masih ada perangkat tambahan seperti antena, kabel dan asesoris lainnya.
Base Station (BS)
Merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu
lokasi (colocated) dengan jaringan Internet Protocol (IP). Dari BS ini akan
disambungkan ke beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang
mengikuti standar WiMAX. Komponen BS terdiri dari:
NPU (networking processing unit card)
AU (access unit card)up to 6 +1
PIU (power interface unit) 1+1
AVU (air ventilation unit)
PSU (power supply unit) 3+1
Antena
Antena yang dipakai di BS dapat berupa sektor 60°, 90°, atau 120° tergantung
dari area yang akan dilayani.
Subscriber Station (SS)
Secara umum Subscriber Station (SS) atau (Customer Premises Equipment)
CPE terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), perangkat radionya ada
yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena.
BWA WiMAX adalah standards-based technology yang memungkinkan
penyaluran akses broadband melalui penggunaan wireless sebagai komplemen wireline.
WiMAX menyediakan akses last mile secara fixed, nomadic, portable dan mobile tanpa
syarat LOS (NLOS) antara user dan base station. WiMAX juga merupakan sistem BWA
yang memiliki kemampuan interoperabilty antar perangkat yang berbeda. WiMAX
dirancang untuk dapat memberikan layanan Point to Multipoint (PMP) maupun Point to
Point (PTP). Dengan kemampuan pengiriman data hingga 10 Mbps/user.
Pengembangan WiMAX berada dalam range kemampuan yang cukup lebar.
Fixed WiMAX pada prinsipnya dikembangkan dari sistem WiFi, sehingga keterbatasan
WiFi dapat dilengkapi melalui sistem ini, terutama dalam hal coverage/jarak, kualitas
dan garansi layanan (QoS). Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat
mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan
Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta
kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh karena itu sistem WiMAX sangat
mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala
kecil.
2.1.2 Spektrum Frekuensi WIMAX
Sebagai teknologi yang berbasis pada frekuensi, kesuksesan WiMAX sangat
bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi. Sistem wireless
mengenal dua jenis band frekuensi yaitu Licensed Band dan Unlicensed Band. Licensed
band membutuhkan lisensi atau otoritas dari regulator, yang mana operator yang
memperoleh licensed band diberikan hak eksklusif untuk menyelenggarakan layanan
dalam suatu area tertentu. Sementara Unlicensed Band yang tidak membutuhkan lisensi
dalam penggunaannya memungkinkan setiap orang menggunakan frekuensi secara bebas
di semua area.
WiMAX Forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication profile untuk
Fixed WiMAX (band 3.5 GHz dan 5.8 GHz), sementara untuk Mobile WiMAX ditetapkan
4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz
dan 3.5 GHz.
Secara umum terdapat beberapa alternatif frekuensi untuk teknologi WiMAX
sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternatif tersebut band frekuensi 3,5 GHz
menjadi frekuensi mayoritas Fixed WiMAX di beberapa negara, terutama untuk negara-
negara di Eropa, Canada, Timur-Tengah, Australia dan sebagian Asia. Sementara
frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile WiMAX adalah 2,5 GHz. Isu frekuensi
Fixed WiMAX di band 3,3 GHz ternyata hanya muncul di negara-negara Asia. Hal ini
terkait dengan penggunaan band 3,5 GHz untuk komunikasi satelit, demikian juga
dengan di Indonesia. Band 3,5 GHz di Indonesia digunakan oleh satelit Telkom dan PSN
untuk memberikan layanan IDR dan broadcast TV. Dengan demikian penggunaan secara
bersama antara satelit dan wireless terrestrial (BWA) di frekuensi 3,5 GHz akan
menimbulkan potensi interferensi terutama di sisi satelit.
2.1.3 Kelebihan dan Kekuranga WIMAX
a. Kelebihan WIMAX
1. Jarak jangkau jauh mencapai maksimal 50km dengan jarak jangkau
optimal 7-10 km, tidak ada masalah ‘hidden node’. Karena layer PHY
pada standar IEEE 802.16d tahan terhadap 10 multi-path delay spread.
2. Daerah jangkauan dioptimalkan untuk outdoor yang didukung dengan
teknologi smart antenna, modulasi adaptif dan menggunakan topologi
jaringan mesh.
3. QoS untuk layanan data, video dengan dukungan Grant/Request MAC dan
differential service : E1/T1 untuk pelanggan bisnis data best effort untuk
residential.
4. Interoperability perangkat dehingga operator atau peyedia layanan tidak
tergantung pada satu vendor untuk pengadaan perangkat sehingga biaya
dan resiko ivertasi dapat lebih rendah atau ditekan.
5. Bandwidth kanal yang fleksibel dari 1.5 MHz sampai 20 MHz untuk
spectrum frekuensi berlisensi maupun spectrum frekuensi yang tidak
berlisensi, menggunakan frekuensi reuse dan dimungkinkan dilakukan
perencanaan sel untuk penyediaan layanan komersial.
b. Kekurangan WIMAX
1. Seperti terjadi dengan negara lain di dunia, maka pemerintah Indonesia
pun belum menentukan frekuensi WiMAX yang akan digunakan.
Kemungkinan besar vendor pertama kali membuat perangkat WiMAX di
frekuensi 3,5 GHz. Sedangkan di Indonesia, frekuensi dimaksud juga
digunakan untuk komunikasi satelit. Sehingga diperlukan penentuan range
frekuensi yang tepat agar menguntungkan baik bagi operator, regulator
maupun pengguna.
2. Harga peralatan infrastruktur yang masih sangat mahal
3. Teknologinya masih berkembang terus, sehingga bisa salah investasi.
4. Terlalu banyak jenis perangkat yang tidak saling kompatibel.
5. Dibutuhkan pengalaman untuk memasang perangkatnyA
2.2 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.
Gambar 1. Struktur dasar antena mikrostrip
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.
2.3 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.
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 (εr ) 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
bandwidth akan 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, 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.
2.3.1 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.
2.3.1.1 Bandwidth
Bandwidth (Gambar 2.10) 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 2.10. Rentang Frekuensi Yang Menjadi Bandwidth [11]
Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :
Dimana : f2 = frekuensi tertinggi
f1 = frekuensi terendah
fc= frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [12]:
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.
2.3.1.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing
wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min) [13]. 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 (Γ) [13]:
Dimana ZLadalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran
lossless. Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus
yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka [13]:
Γ = − 1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
Γ = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
2.3.1.3 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.
2.3.1.4 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.
2.3.1.5 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 antena dibagi
dengan 4П. Jika arah tidak ditentukan ,arah 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
Umax = intensitas radiasi maksimum
Uo = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
2.3.2 Antena Mikrostrip Patch Sirkular
a. Keuntungan antena microstrip :
ukuran kecil dan ringan,
mudah dalam pembuatannya,
dapat beroperasi dalam single maupun dual band,
dapat dibuat untuk dual atau tripel frekuensi.
b. Kekurangan antena microstrip :
memiliki gain yang kecil untuk satu patch,
bandwidth sempit.
2.3.3 Bahan Substract
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
BAB III
PERANCANGAN ANTENA
3.1 Menentukan Karakteristik Antena
Pada rancangan antena ini, diinginkan antena yang mampu bekerja pada frekuensi 3 – 4
GHz. Dengan frekuensi tengah 3,5 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 < 2 .
3.2 Perancangan Dimensi Antena Mikrostrip Cirkular
a. Memilih Substrat
Untuk mendesain path antena circular langkah pertama yang harus dilakukan ialah
memilih dielektrik substrat yang cocok serta ketebalan dari substrat yang digunakan.
Substrat yang memiliki ketebalan lebih tebal akan akan menambah daya radiasi serta
memiliki fisik yang lebih kuat. Namun ia akan menambah tahanan, dan rugi
permukaan gelombang
b. Menentukan Ukuran Jari-Jari Patch
Untuk menentukan ukuran jari-jari circular maka digunakan rumus :
a = k
1+ 2hhhhπ . ε r . k
¿¿
dengan nilai k sebesar :
k =8,791 x 109
fr √ εr
= 8,791 x 109
3,5 x 109 √ 4,4
= 1,197
Sehingga jari-jarinya adalah:
a = 1,197
1+ 2 x1,63,14 x4,4 x1,197
¿¿
= 11,98mm
Dimana, a = jari – jari patch antena
h = tebaldielektrik (mm)5
εr = nilai permitivitas
c. Menentukan lebar saluran transmisi
Dengan Zo = 60Ω
Rumusnya adalah:
A = Zo60
√ εr+12 +
εr−1εr+1 (0,23+
0,11εr )
= 6060
√ 4,4+12 +
4,4−14,4+1 (0,23+
0,114,4 )
= 1,803
Wod = 8e A
e2 A−2
Wo1,6 = 8 e1,803
e2 (1,803)−2
Wo = 2,23mm
d. 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:
λ0= c
f=0,085 m
Maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung dengan
persamaan sebagai berikut :
λd=
λ 0
√E r
= 0,085√4.4
=0,04m
e. Menentukan panjang spasi setiap elemen
d = λ2
= 0,085 m
2
= 0,0425 m
= 42,5 mm
f. Menentukan Panjang Saluran Transformer
Untuk menentukan panjang saluran transformer (LT ) menggunakan persamaan (8) berikut
ini :
LT=λd
4
LT=0,04
4
LT=0,010 m
g. Menghitung VSWR
T = ZL−ZoZl+Zo
T = 50−6050+60
T = 0,09
VSWR = 1+T1−T
VSWR = 1+0,091−0,09
VSWR = 1,19
h. Menghitung Return Loss
Return loss = 20 log (T)
= 20 log (0.09)
= -20.91 Db
i. Perancangan Lebar Saluran Transformer
Dengan Zt = 35Ω
A = Zo60
√ εr+12 +
εr−1εr+1 (0,23+
0,11εr )
= 3560
√ 4,4+12 +
4,4−14,4+1 (0,23+
0,114,4 )
= 1,803
Wtd = 8 e A
e2 A−2
Wt1,6 = 8 e1,803
e2 (1,803)−2
Wt = 4.451mm
Dengan Zl = 25Ω
A = Zo60
√ εr+12 +
εr−1εr+1 (0,23+
0,11εr )
= 2560
√ 4,4+12 +
4,4−14,4+1 (0,23+
0,114,4 )
= 1,803
Wld = 8e A
e2 A−2
Wl1,6 = 8 e1,803
e2 (1,803)−2
Wl = 8.71044mm
3.3 Perancangan Simulasi
Flowchart Menggunakan CST
Tidak
Mulai
Menentukan Frekuensi Kerja
Memasukan nilai-nilai parameter yang akan digunakan
Memulai perancangan dengan menggunakan parameter yang telah
dimasukan
Melihat hasil polaradiasi, gain, S-parameter dan VSWR sudah seperti yang diinginkan
Melakukan optimasi
Ya
Langkah-langkah Membuat Simulasi Antena Microstrip Circular dengan CST
1. Membuka program CST, lalu memilih CST MICROWAVE STUDIO
Gambar 3.3.1 Tampilan awal CST
2. Memilih antenna (planar)
Selesai
Gambar 3.3.2 Memilih Jenis Antena
3. Klik WCS, pilih WCS LOCAL COORDINATE untuk menentukan titik
koordinat.
Gambar 3.3.3 toolbar untuk WCS
Gambar 3.3.4 Posisi WCS pada lembar kerja CST
4. Masukan semua parameter yang sudah ada sesuai dengan perhitungan.
Gambar 3.3.5 Nilai-nilai Parameter Sesuai dengan Perhitungan
Gambar 3.3.6 Nilai-Nilai Parameter yang telah di Optimasi
5. membuat PCB dengan memilih BRICKESC, memasukan ukuran seideal
mungkin
Gambar 3.3.7 Memilih Bentuk Persegi Untuk Substract
3.3.8 Memasukan Nilai Ukuran Untuk Substract
Gambar 3.3.9 Bentuk Substract
6. membuat groundplane pada PCB
Gambar 3.3.10 Memilih Object,lalu klik Pick, klik Pick Face
Gambar 3.3.11 Klik Dua Kali Pada Substract
Gambar 3.3.12 Memasukan Jenis Groundplane Yaitu Copper
Gambar 3.3.13 Penampilan Groundplane
7. Membuat patch dengan memilih CYLINDER, klik ESC, memasukan ukuran
sesuai dengan parameter yang telah dihitung sebelumnya
Gambar 3.3.14 Memilih Bentuk Cylinder untuk Patch 1
Gambar 3.3.15 Memasukan Ukuran Patch sesuai dengan Ukuran yang telah
diperhitungkan
Gambar 3.3.16 Penampilan Patch 1
8. memindahkan koordinat untuk membuat saluran
Gambar 3.3.17 Memilih Shortcut Move Local Transform
Gambar 3.3.18 Memasukan Nilai Pemindahan
9. membuat saluran transmisi dengan memilih BRICK, klik ESC
Gambar 3.3.19 Memasukan Nilai yang Telah diperhitungkan
Gambar 3.3.20 Penampilan Patch 1 dengan Saluran 1
10. Memindahkan Patch 1 dengan Saluran 1 ke Posisi Semestinya
Gambar 3.3.21 Klik Kanan, pilih Transform
Gambar 3.3.22 Memasukan Nilai Pemindan Pada koordinat U sejauh –d/2
11. Membuat Patch 2 dengan langkah yang sama seperti membuat patch 1
Gambar 3.3.23 Cylinder, klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan
12. Membuat Saluran 2 dengan langkah yang sama seperti sebelumnya
Gambar 3.3.24 Brick klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan
Gambar 3.3.25 Penampilan 2 elemen yang telah terbuat
13. Membuat spasi antar elemen
Gambar 3.3.26 Brick klik ESC, memasukan nilai Spasi sesuai perhitungan
Gambar 3.3.27 Penampilan Spasi sesuai perhitungan
14. Membuat saluran 3 untuk disambungkan dengan port
Gambar 3.3.28 Brick klik ESC, memasukan nilai sesuai perhitungan
15. Membuat saluran lainnya yang dinamakan wl
Gambar 3.3.29 Brick klik ESC untuk memasukan nilai sesuai perhitungan
16. Membuat saluran lainnya yang dinamakan wt
Gambar 3.3.30 Brick klik ESC untuk memasukan nilai sesuai perhitungan
Gambar 3.3.31 Penampilan semua elemen yang telah dimasukan
17. Menyatukan semua elemen yang telah dibuat
Gambar 3.3.32 Klik semua elemen, klik kanan, pilih Boolean lalu add
Gambar 3.3.33 Penampilan semua elemen yang telah disatukan
18. Membuat port antenna pada saluran 3
Gambar 3.3.34 memperbesar gambar pada bagian bawah antenna, klik object
pilih pick pilih pick face, klik dua kali pada bagian bawah antenna
Gambar 3.3.35 memilih shortcut Waveguide ports
Gambar 3.3.36 memasukan nilai port untuk antenna microstrip
Gambar 3.3.37 penampilan port antenna pada bagian bawah antenna
19. Memasukan nilai range frekuensi kerja antenna
Gambar 3.3.38 memasukan nilai frekuensi dengan fmin = 3GHz dan fmax =
4Ghz
20. Memasukan field monitor untuk antenna
Gambar 3.3.39 klik solve, pilih field monitors
Gambar 3.3.40 mengaplikasikan e-field, h-field dan farfield pada frekuensi
kerja 3.5 GHz
21. Setelah semuanya terbentuk selanjutnya adalah me-run antenna
Gambar 3.3.41 klik shortcut Transient solver
Gambar 3.3.42 menjalankan run antenna
22. Klik 1D result, pilih S-Parameter untuk melihat nilai S-Parameter
Gambar 3.3.43 Hasil S-Parameter
Gambar 3.3.44 Hasil S-Parameter setelah dioptimasi
23. Klik 1D result, pilih VSWR untuk melihat nilai VSWR
Gambar 3.3.45 Hasil VSWR
Gambar 3.3.46 Hasil VSWR setelah di optimasi
24. Klik 2D/3D result pilih farfield untuk melihat polaradiasi yang dihasilkan
Gambar 3.3.47 Hasil polaradiasi 2D
Gambar 3.3.48 Hasil polaradisi 2D setelah di optimasi
Gambar 3.3.49 Hasil Polaradiasi 3D
Gambar 3.3.50 Hasil polaradiasi 3D setelah di optimasi
BAB IV
PENGUJIAN
4.1 Hasil Simulasi
Dari perhitungan yang telah dilakukan dan memasukannya kedalam simulasi maka
bentuk antenna yang didapatkan adalah seperti yang diperlihatkan Gambar 4.1
Gambar 4.1
Antena Microstrip Circular Patch dengan 2 elemen
Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan hasil vswr yang didapatkan adalah seperti
terlihat pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 setelah di optimasi
Gambar 4.2 Hasil VSWR
Gambar 4.3 Hasil VSWR setelah di optimasi
Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan maka didapatkan nilai s-parameter yang
dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 yang sudah di optimasi
Gambar 4.4 Hasil S-Parameter
Gambar 4.4 Hasil S-Parameter setelah di optimasi
Dari hasil simulasi antenna yang dilakukan maka didapatkan pola radiasi sebagai
berikut :
Gambar 4.4 Hasil polaradiasi dalam 2D
Gambar 4.5 Hasil polaradiasi 2D setelah di optimasi
Gambar 4.6 Hasil Polaradiasi 3D
Gambar 4.7 Hasil Polaradiasi 3D setelah di optimasi
4.2 Pembahasan
Perancangan antenna microstrip curcular patch 2 elemen dan bekerja pada
freuensi untuk WIMAX yaitu 3,5 GHz ini dibuat menggunakan bahan FR-
4(lossy) dengan konstanta dielektrik yaitu 4,4 dan juga menggunakan parameter-
parameter sebagai berikut ini :
a = Jari-jari elemen lingkaran
d = Jarak/spasi antara 2 elemen
lt = panjang saluran transimisi
wo = lebar saluran transmisi
wl = lebar saluran transmisi dari hasil impedansi Zl
lwl = panjang saluran Wl
h = ketebalan substract
t = ketebalan patch
L = panjang substract/pcb
W = lebar substract/pcb
B = panjang saluran dari wo
Nilai-nilai parameter tersebut sesuai dengan hasil perhitungan yang terlampir
pada bab 3 mendapatkan beberapa hasil seperti vswr, s-paramter, polaradiasi dan
gain sebagai berikut :
VSWR = 1,357
S-PARAMETER = -16, 379
POLARADIASI = unidirectional
GAIN = 5 dB
DIRECTIVITY = 8,345 dB
Dari hasil simulasi terlihat berbeda dengan perhitungan. Hal itu dikarenakan
simulasi lebih memiliki keakuratan yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan hasil
simulasi yang baik maka digunakan optimasi. Optimasi tersebut merupakan
pencarian nilai/ukuran yang tepat dari setiap parameter. Optimasi ini perlu
dilakukan beberapa kali hingga mendapatkan hasil yang sesuai dengan syarat
antenna yang baik. Berdasarkan perancangan yang telah dilakukan parameter
yang paling berpengaruh dalam proses optimasi ini adalah jari-jari antenna, dan
semua panjang dan lebar saluran transmisi. Setelah semua parameter tersebut
dioptimasi, antenna ini dapat di buat dan bekerja pada frekuensi yang di inginkan
yaitu untuk WIMAX. Dari hasil vswr sudah memenuhi kriteria yaitu vswr ≤ 2,
jika vswr memenuhi nilai itu maka dapat dikatakan matching impedance yang
ideal walaupun akan lebih bagus lg jika vswr = 1. Yang dimaksud dengan
matching impedance adalah kecocokan antenna dengan saluran transmisi.
Penambahan elemen yang digunakan bermanfaat dalam penambahan Gain.
Namun dalam perancangan ini hanya digunakan 2 elemen, sehingga Gain yang
dihasilkan tidak terlalu besar, tetapi dengan gaian seperti itu sudah dapat
menguatkan pancaran antenna agar dapat mempu bekerja pada frekuensi kerja 3,5
GHz. Polaradiasi antenna microtsrtip pada umumnya adalah unidirectional yaitu
pancaran radiasia ke satu arah. Dari hasil simulasi yang telah dilakukan pancaran
radiasi yang didapatkan adalah unidirectional. Dengan polaradiasi ini pancaran
antenna akan terfokus pada satu arah, dan itu sangat baik dalam penyampaian
informasi agar tidak terjadi kebocoran informasi pada arah yang tidak diinginkan.
BAB V
KESIMPULAN
Dari perancangan antena microstrip circular yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan
sebagai berikut :
Antena dapat bekerja dengan baik pada frekuensi yang sudah ditentukan yaitu sebesar
3.5GHz dan dihasilkan VSWR sebesar 1.3576802
Didaptkan pula return loss yang sesuai (S-Parameter) yaitu sebesar -16.379799 dB
Sesuai dengan fungsi dari antenna microstrip circulkar ini yaitu sebaga penerima dan
pengirim sinyal WIMAX maka dihasilkan pola radiasi omnidirectional (pola radiasi
yang sama ke segala arah).
Software yang digunakan yaitu CST dapat berfungsi dengan baik dalam perancangan
antenna microstrip circular ini.
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
http://adibdevc.blogspot.com/2012/02/definisi-dan-jenis-jenis-antena-dalam.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio)
http://pengertianpengertian.blogspot.com/2013/07/pengertian-wimax.html
http://manusiabiasa830.blogspot.com/2010/06/pengertian-wimax.html
http://pacarita.com/mengenal-apa-itu-teknologi-wimax.html
http://inginmencariilmu.blogspot.com/2012/02/perancangan-antena-mikrostrip-
berbentuk.html
http://globalonlinebook.blogspot.com/2012/08/pengertian-antena-microstrip.html
http://kramchuk.blogspot.com/2010/10/antenna-microstrip-how-to.html
Rafsyam, Yenniwati, SST. Parameter-parameter antenna. 2013. Depok PPT
top related