tesis fabrikasi dan karakterisasi antena...
TRANSCRIPT
FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA PANEL 2,4 GHz BERISI 4 LARIK MIKROSTRIP
DOUBLE BI-QUAD
UMMI PUJI ASTUTIK1109201722
TESIS
Dosen PembimbingDr. YONO HADI PRAMONO, M.Eng
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN FISIKA
JUNI 2011
ANTENA MIKROSTRIP
Antena bi-quad
Antena
double bi-quad
Antena Mikrostrip Double Bi-Quad
w
s
x
P
L
Mikrostrip double bi-quad
reflektor
Konektor N Female
Difabrikasi oleh Umi Syafiqoh Budiningrum tahun 2009 Frekuensi kerja 2,405 GHz dengan gain antena 6 dB Nilai VSWR = 1,124, koefisien refleksi = 0,059, return loss = -24,475 dB Nilai sinyal maksimum pada pola radiasi E plane = 33 dB dan H plane = 34 dB
Karakteristik Antena yang Diukur
min
max
VVVSWR =
Γ1Γ1
VSWR−+
=
1. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
= 2010SWR
VSWR
2. Return Loss
Γlog20(dB)RL 10−=
3. Bandwidth
12)( ffBandwidth bandnarrow −=
4. Pola radiasi
5. Gain
Persiapan(Kajian Pustaka)
Pembuatan Desain Antena
Fabrikasi Antena
Karakterisasi Antena
Analisis Data Hasil Pengukuran
Pembuatan Program Perhitungan Antena
Kesimpulan
Penentuan Dimensi dan Substrat Antena
Desain gambar antena dengansoftware komputer
Tahap pelarutan(metode etching)
Pembuatan reflektor
Pemasangan antena dengankonektor dan reflektor
Cetak gambar pada kertasScotlight
Hasil Fabrikasi
Antena Mikrostrip 4 Larik Double Bi-quad
Reflektor
Proses Pengukuran
ANALISIS DATA
dibandingkan
Datapola radiasi
Data VSWR, RL, koefisien refleksihasil pengukuran
Data VSWR, RL, koefisien refleksihasil perhitungan
Gain Antena
Grafik dengan
Microsoft Excel 2007
Analisis Hasil Pengukuran
Pada frekuensi kerja 2,404 GHz VSWR bernilai 1,018
1. Pengukuran VSWR
Analisis Hasil Pengukuran
Pada frekuensi kerja 2,404 GHz koefisien refleksi bernilai 0,009
2. Pengukuran koefisien refleksi
Analisis Hasil Pengukuran
Pada frekuensi kerja 2,404 GHz return loss bernilai -40,859 dB
3. Pengukuran return loss
Analisa Hasil Pengukuran
Bandwidth (f2-f1= 2,46 – 2,34 = 0,12 GHz=120 MHz)
3. Bandwidth Antena
Bandwidthf1 f2
Hasil Pengukuran di Teknik Elektro ITS
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000Frekuensi
VS
WR
Antena IAntena II
POLA RADIASI
1. Pola radiasi E Plane
Sebelum dinormalisasiSinyal maksimum = 81 dBSinyal minimum = 24 dB
Setelah dinormalisasiSinyal maksimum = 57 dBSinyal minimum = 0 dB
POLA RADIASI
2. Pola radiasi H Plane
Sebelum dinormalisasiSinyal maksimum = 68 dBSinyal minimum = 24 dB
Setelah dinormalisasiSinyal maksimum = 44 dBSinyal minimum = 0 dB
Pola radiasi E Plane dan H Plane
HPBW (Half Power Beamwidth)
HPBW=00 85170
21
=x
Pengukuran Gain Antena
Gain 18 dBPower 25 dBm
Total =18+25=43 dB
Power Edimax =100mW=20dBm
Total power sebagai standar pengukuran
=43+20 =63 dB
Nilai sinyal maksimum pengukuran horizontal =
81 dB
Gain = 81 - 63=18 dB
Data Hasil Perhitungan1. Menghitung impedansi karakteristik (Zo) microstrip line
Dimensi Antena Ukuran
Tebal patch (t) 0.02 mm
Lebar patch (w) 1 mm
Tebal substrat FR4 (h) 1.6 mm
Permitivitas relatif substrat FR4 (εr) 4.3
009,314,34ln
3,41
214,3ln
13,413,4
561,2211
213,4
2
=
+
+−
−+
=−
xeffε
Ω=
+= 648,86
6,1662,025,0
662,06,18ln
075,360Zo
Data Hasil Perhitungan
2. Menghitung Impedansi Karakteristik (Zo) mikrostrip bi-quad
Dimensi Antena Ukuran
Tebal patch (t) 0.02 mm
Lebar patch (w) 2 mm
Tebal substrat FR4 (h1) 1.6mm
Tebal udara (h2) 18 mm
h1 + h1 (h total) 19.6 mm
Permitivitas relatif substrat FR4 (εr) 4.3
038,114,34ln
066,11
214,3ln
1066,11066,1
362,4211
21066,1
2
=
+
+−
−+
=−
xeffε
( )021,2592
26,1916
26,194ln
1066,129.119 2
0 =
+
+
+=Ζ Ω
Data Hasil Perhitungan
3. Menghitung Impedansi karakteristik (Zo) mikrostrip double bi-quaddengan teori kapasitansi
( )( ) Ω==−
088,263.1
1CeCecZoo
( )( ) Ω==−
432,258.1
1CoCocZoe
oeoo ZZZo .=
749,260088,263432,258 == xZo
4. Menghitung nilai VSWR
VSWR = 1,049
Γ = 0,023
Ω
%100xVSWR
VSWRVSWR
nperhitunga
nperhitungapengukuran −
%100049,1
049.1018.1 x−=
%39,2=
Error =
SWRSWR
VSWRVSWR ∆∂∂
=∆
SWRSWR
∆=20
10ln10 20/510860,5 −= x
)10860,5018.1( 5−±= xVSWRJadi harga sebenarnya
nstSWR21
=∆ 001.021
= 0005.0=
(Juliarti, Linda., 2011)
Analisis Kesalahan Pengukuran dan Perhitungan
DESAIN PROGRAM PERHITUNGAN ANTENA
PEMBAHASAN
Teknik Elektro ITS, frekuensi 2,4 GHz VSWR 1,237, koefisien refleksi 0,106 dan return loss -19,490.
PPET LIPI Bandung, frekuensi 2,404 GHz VSWR 1,018, koefisien refleksi 0,009, return loss -40,852 dan impedansi 49,948.
Pola radiasi E plane 81 dB dan pola radiasi H plane 68 dB, gain antena 18 dB.
Pada penelitian sebelumnya, antena mikrostrip double Bi-quad(Budiningrum, U.S., 2009) frekuensi 2,405 GHz VSWR 1,124, koefisien refleksi 0,059, return loss -24,47 dan impedansi 56,177 Ω . Pola radiasi E plane sinyal maksimum 33 dB dan pola radiasi H plane 34 dB gain 6 dB.
Hasil Pengukuran Penelitian Sebelumnya
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
frekuensi (MHZ)
VS
WR
VSWR
Hasil Pengukuran Penelitian Sebelumnya
00.20.40.60.8
11.21.41.61.8
22.2
2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4 2.42 2.44 2.46 2.48 2.5
frekuensi
VSW
R
KESIMPULAN
2. Karakterisasi antena panel berisi 4 larik mikrostrip double bi-quad yang telah difabrikasi meliputi pengukuran VSWR, koefisien refleksi, return loss, pola radiasi dan gain. Dari hasil pengukuran di PPET LIPI Bandung diketahui bahwa pada frekuensi 2,404 GHz antena hasil fabrikasi memiliki nilai VSWR 1,018, nilai koefisien refleksi 0,009, nilai return loss sebesar -40,859 dan bandwidth120 MHz. Dari pengukuran pola radiasi, diperoleh hasil HPBW (Half Power Beamwidth) untuk pola radiasi horisontal sebesar 850 , dengan nilai gain 18 dB
1. Pada penelitian ini telah dilakukan fabrikasi antena panel berisi 4 larikmikrostrip double bi-quad menggunakan PCB double side dari bahan substratFR4 dengan konstanta dielektrik= 4,3 dan desain reflector yang terpisah dariantena mikrostrip.
3. Telah dibuat program perhitungan karakteristik antena yang bertujuan untuk memudahkan dalam perhitungan karakteristik antena. Dari analisis data yang telah dilakukan, ternyata hasil perhitungan dengan hasil pengukuran sudah memberikan hasil yang cocok, dengan tingkat kesalahan (error) sebesar 2,39%.
SARAN
1. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan desain dan struktur antena, jumlah larik (array) serta jenis substrat .
2. Pengukuran karakteristik antena menggunakan alat ukur yang memiliki spesifikasi lebih tinggi serta penggunan anechoic chamber (ruang anti gema/pantulan gelombang) agar memberikan hasil yang lebih maksimal.
3. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mensimulasikan penelitian yang sudah dilakukan pada tesis ini.
DAFTAR PUSTAKA Balanis, C. A, (1977), Antenna Theory Analysis and Design, Second edition, John Wiley & Sons, New York.
Balemurli (2010), Perancangan Antena Mikrostrip Patch Sirkular Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan Simulator ANSOFT HFSS V10, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Budiningrum,Umi Syafiqoh. (2009). Prototipe Antena panel 2,4 GHz Berisi 10 Larik Mikrostrip Double Bi-Quad dengan Dua Arah Pola Radiasi Maksimum, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS , Surabaya.
Edward, Terry, (1995), Foundation for Microstrip Circuit Design, Second edition, John Wiley & Sons, New York.
Hidayah, Ifa, Pramono,YH. (2009), Prototipe Antena Bi-Horn dengan Dua Arah Radiasi dan Satu Feeding Monopole Beroperasi pada Frekuensi 2,4 GHz, Seminar Nasional Informatika hal 47-52.
Hermansyah, R.M. (2010), Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segi Empat Untuk Aplikasi Wireless-LAN, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Hund, E., (1989), Microwave Communications. Component and Circuits, McGraw-Hill, New York.
Khasanah, U., (2009), Fabrikasi dan Karakterisasi Dipole Biquad Antenna Untuk Komunikasi Wifi, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.
Kraus, John, (1999), Electromagnetics With Applications, Fifth edition, McGraw-Hill, New York.
L Wong, K , (2002), Compact and Broadband Microstrip Antennas, John Willey and Sons, New York, USA.
Juliarti, L. , (2011), Antena Panel 2,4 GHz Dengan Menggunakan Mikrostrip Biquad 4 Larik, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.
Muhtadi, D., (2009), Desain Fabrikasi Dan Karakterisasi Antena Wideband Mikrostrip Slot Bowtie Dengan CPW Untuk Komunikasi Wireless, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.
Rahayu, E.M., Pramono, Y.H., (2009), Fabrikasi dan Karakterisasi Antena mikrostrip Loop Co-Planar Waveguide dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band dan Ku-Band. Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol 5, No.2
Riyanto.(2009) , Pemanfaatan Antena Mikrostrip untuk Teknologi Wireless Ultra Wideband (UWB), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITB, Bandung.
Roody, D, and Coolen,J, (1990), Komunikasi Elektronika, Edisi ke 3, Penerbit Erlangga , 25-30.
Santoso, S.P. (2008), Antena Mikrostrip Segitiga dengan Saluran Pencatu Berbentuk Garpu yang Dikopel Secara Elektromagnetik, Magister Tesis Program Pasca Sarjana Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta.
Tobing, Lamuel.(2009), Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, Fakultas tehnik, Tesis, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Uboyo, A., Pramono, Y.H., (2009). desain dan Fabrikasi Antena Mikrostrip loop dengan Feed Line Mikrostrip Feed Line Dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band. Jurnal Fisika dan Aplikasinya, 5 (2).
Young, L., Haider, S., Neve, M., Dr. (2003). Microstrip Patch Antennas for Broadband Indoor Wireless System, Part 4 Project Report, Departemen of Electrical & Elektronics Engineering, The University
of Aucland Faculty of Engineering.
Zaki, Mahmud. (2000). Medan Elektromagnetik. Jurusan Fisika FMIPA ITS. Surabaya.