STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP DIPOLE DUAL-BAND FREKUENSI 2,3 GHz DAN 3,3 GHz UNTUK APLIKASI BROADBAND WIRELESS ACCESS

Transkripsi

1 STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP DIPOLE DUAL-BAND FREKUENSI 2,3 GHz DAN 3,3 GHz UNTUK APLIKASI BROADBAND WIRELESS ACCESS Yahya Ahmadi Bata, Ali Hanafiah Rambe Konsentasi Teknik Telekomunikasi, Depatemen Teknik Elekto Fakultas Teknik Univesitas Sumatea Utaa (USU) Jl. Almamate, Kampus USU Medan 2155 INDONESIA Abstak Antena mikostip meupakan jenis antena yang teus bekembang pada teknologi komunikasi mobile, hal ini dikaenakan antena mikostip memiliki bebeapa keuntungan diantaanya bentuk fisik yang kecil dan massa yang ingan.tulisan ini membahas tentang peancangan antena mikostip dipole yang memiliki dua fekuensi keja yaitu pada fekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz yang dapat diaplikasikan untuk teknologi Boadband Wieless Access (BWA). Antena mikostip ini menggunakan sebuah Pinted Cicuit Boad (PCB) double laye dengan substate bebahan FR-4. Peancangan dan simulasi antena menggunakan bantuan softwae simulato stuktu fekuensi tinggi. Hasil yang dipeoleh dai peancangan antena yaitu VSWR sebesa 1,41 untuk fekuensi 2,35 GHz dengan bandwidth sebesa 242 MHz ( MHz) dan 1,24 untuk fekuensi 3,35 GHz dengan bandwidth sebesa 359 MHz ( MHz). Gain yang dipeoleh sebesa 1,77 db untuk fekuensi 2,35 GHz dan 2,5 db untuk fekuensi 3,35 GHz dengan pola adiasi omni-diectional. Kata Kunci: antena mikostip, mikostip dipole, dual-band 4. Pendahuluan Antena mikostip meupakan jenis antena yang banyak digunakan dalam teknologi komunikasi wieless, khususnya pada peangkat mobile. Hal ini dikaenakan antena mikostip memiliki bebeapa keunggulan diantaanya bentuk fisik yang elatif kecil, ingan, seta mudah dalam peancangan dan pabikasinya. Namun demikian, antena mikostip juga memiliki kekuangan, yaitu gain yang endah, dan bandwidth yang sempit. Saat ini antena mikostip banyak dikembangkan untuk mendukung teknologi Boadband Wieless Acces (BWA). BWA meupakan teknologi akses yang dapat menawakan akses data/intenet bekecepatan tinggi dan bekemampuan menyediakan layanan kapan dan di manapun dengan menggunakan media nikabel. Di Indonesia, penataan pita fekuensi adio untuk kepeluan BWA telah ditetapkan dalam Peatuan Menkominfo Nomo: 7/PER/M.KOMINFO/1/29 yaitu menggunakan pita fekuensi 3 MHz, 1,5 GHz, 2 GHz, 2,3 GHz, 3,3 GHz dan 1,5 GHz. Izin penggunaan fekuensi tesebut bedasakan izin pita fekuensi adio. Sedangkan untuk pita fekuensi 2,4 GHz dan 5,8 GHz, izin penggunaan fekuensinya bedasakan izin kelas. Untuk itu akan diancang antena mikostip dipole dual-band untuk fekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz, dimana kedua fekuensi tesebut temasuk dalam fekuensi yang digunakan pada teknologi BWA. Antena miksotip dipole dipilih kaena memiliki kelebihan dibandingkan dengan antena mikostip konvensional, yaitu bandwidth yang lebih leba, seta bentuk yang lebih kompak. Adapun paamete-paamete yang akan diamati adalah VSWR, bandwidth, pola adiasi, dan gain. Peancangan dan simulasi dilakukan menggunakan softwae simulato stuktu fekuensi tinggi. 5. Antena Mikostip Dipole Antena mikostip dipole adalah elemen plana yang tedii dai sepasang bilah kondukto tipis yang tedapat pada pemukaan dielektik [1]. Mikostip dipole memiliki bentuk yang menyeupai mikostip patch, hanya saja ada sedikit pebedaan pada asio panjang dan lebanya, sepeti dipelihatkan pada Gamba 1 [2]. 77 copyight@ DTE FT USU

2 SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 215 disebut sebagai koefisien efleksi tegangan (Γ) pada Pesamaan (1) [4]: v Z L Z (1) v Z Z L Gamba 1. Antena Mikostip Dipole Antena mikostip pesegi panjang dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategoi utama yang begantung pada asio panjang dan leba masing-masing. Sebuah antena pesegi panjang dengan bidang yang sempit (leba bidang biasanya kuang dai,5 λ ) dinamakan mikostip dipole, sedangkan antenna pesegi panjang yang bidangnya lebih luas dinamakan mikostip patch [2]. Dibandingkan dengan mikostip patch, mikostip dipole memiliki bebeapa kelebihan, yaitu ukuannya yang lebih kecil dan bandwidth yang lebih leba [2]. 5.1 Paamete Umum Antena Pefomansi dai suatu antena sangat ditntukan oleh paamete-paametenya. Tedapat banyak jenis paamete dai suatu antena. Beikut akan dijelaskan bebeapa paamete tesebut. a. Bandwidth Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai besa entang fekuensi keja dai suatu antena yang behubungan dengan bebeapa kaakteistik diantaanya impedansi input, pola adiasi, dan polaisasi yang memenuhi standa [3]. Nilai bandwidth dapat diketahui dai nilai fekuensi bawah dan fekuensi atas dai suatu antena telah diketahui sebelumnya. Fekuensi bawah adalah nilai fekuensi teendah dai fekuensi keja antena, sedangkan fekuensi atas meupakan nilai fekuensi tetinggi dai fekuensi keja antena. b. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) VSWR adalah pebandingan antaa amplitudo gelombang bedii (standing wave) maksimum ( V max) dengan minimum ( V min). Pada saluan tansmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikiimkan (V + ) dan tegangan yang diefleksikan (V - ). Pebandingan tegangan yang diefleksikan dengan yang dikiimkan Sedangkan umus untuk mencai nilai VSWR adalah Pesamaan (2) [4]: V 1 max VSWR (2) V 1 min c. Pola Radiasi Pola adiasi adalah fungsi matematika atau epesentasi gafik dai sifat adiasi antena sebagai fungsi koodinat uang [4]. Sifat adiasi tesebut meliputi keapatan fluks, intensitas adiasi, kuat medan, atau polaisasi. Biasanya sifat dai adius yang sangat dipentingkan adalah pesebaan secaa tiga dimensi atau dua dimensi dai enegi yang diadiasikan antena. d. Gain Gain adalah asio antaa intensitas adiasi suatu antena pada aah tetentu dengan intensitas adiasi dai antena isotopik yang senilai dengan daya masukan yang sama dibagi 4π. Secaa matematis, gain dapat dituliskan dengan Pesamaan (3) [4]: U (, ) G 4 (3) P in Gain dai suatu antena tekait dengan diektivitas dan efisiensinya. Hubungan antaa gain dengan diektivitas adalah sepeti pada Pesamaan (4) [5]: G k D (4) 5.2 Dimensi Antena Mikostip Dipole Dalam peancangan antena mikostip dipole, telebih dahulu haus dihitung dimensi antena yang akan dibuat, khususnya panjang dai lengan dipole tesebut. Untuk mempeoleh dimensi antena mikostip dipole, haus diketahui paamete-paamete dai bahan yang akan digunakan, yaitu tebal dielektik (h), dan konstanta dielektik (ε ). 78 copyight@ DTE FT USU

3 SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 215 Untuk menghitung panjang dai lengan mikostip dipole, telebih dahulu haus dihitung konstanta dielektik efektif (ε eff) dai mikostip menggunakan Pesamaan (5) [6]: eff d W (5) Sehingga dipeoleh panjang total dai lengan dipole menggunakan Pesamaan (6) [6]: c L (6) 2 f eff diagam ali peancangan yang dapat dilhat pada Gamba 2. Mulai Menentukan Fekuensi Keja Yang Diinginkan Jenis Substate : FR-4 ε = 4,4 tan δ =,2 h = 1,6 mm Menentukan Leba Saluan Pencatu Selain panjang lengan mikostip dipole, hal lain yang pelu dilakukan pehitungan adalah leba saluan pencatu (W f). Saluan pencatu yang digunakan dalam peancangan memiliki impedansi 5 Ω. Leba saluan pencatu dapat dipeoleh dengan menggunakan Pesamaan (7) dan (8)[7]. 2h W f { B 1 ln (2B 1) dimana : 1 2 [ ln ( B 1),61,39 ]} (7) 377 B (8) 2 Z Meancang Patch Dipole Untuk Fekuensi 2,35 dan 3,35 GHz Menyatukan Kedua Patch Simulasi Dengan Softwae Simulato Nilai VSWR 2 Pada Kedua Fekuensi Ya Hasil Simulasi Tidak Optimalisasi Peancangan 6. Metode Peancangan Peancangan antena pada tulisan ini menggunakan dua lengan bebentuk dipole. Lengan dipole petama diancang untuk menghasilkan fekuensi 2,35 GHz, sedangkan lengan dipole kedua diancang untuk menghasilkan fekuensi 3,35 GHz. Teknik yang digunakan pada peancangan ini adalah dengan meneapkan teknik multi-patch, yaitu dengan melakukan penyusunan tehadap kedua lengan dipole yang dipisahkan pada jaak tetentu. Peancangan dilakukan pada pinted cicuit boad (PCB) double-laye dimana setengah dai panjang total lengan dipole beada di laye atas, dan sisanya beada di laye bawah, dengan posisi pencatuan yang sejaja. Langkah-langkah yang dilakukan dalam peancangan antena ini dapat dilihat pada Selesai Gamba 2. Diagam Ali Peancangan Antena 3.1 Penentuan Leba Saluan Pencatu Saluan pencatu yang digunakan dalam peancangan dihaapkan memiliki impedansi sebesa 5 Ω. Dengan menggunakan Pesamaan (7) dan Pesamaan (8) dipeoleh leba saluan pencatu sebesa 3 mm. 3.2 Peancangan Dimensi Lengan Dipole Dalam peancangan dimensi lengan dipole, dicai panjang total (L) dan leba (W) dai setiap lengan dipole untuk masing-masing fekuensi. Bedasakan Pesamaan (5) dan Pesamaan (6), dipeoleh dimensi lengan dipole sepanjang 54,5 mm untuk fekuensi 2,3 GHz 79 copyight@ DTE FT USU

4 SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 215 dan 38,5 mm untuk fekuensi 3,3 GHz dengan leba setiap lengan dipole sebesa 2 mm dan jaak anta lengan dipole sebesa 1 mm. 3.3 Dimensi antena mikostip dipole dualband Hasil yang dipeoleh dai peancangan dimensi antena dapat dilihat pada Gamba 3, dan ukuan dimensi antena telihat pada Tabel 1. tesebut menunjukkan bahwa antena belum bekeja dengan baik pada fekuensi yang diinginkan, sehingga poses optimalisasi dimensi antena pelu dilakukan. Optimalisasi dilakukan dengan caa mengubah-ubah panjang kedua lengan dipole hingga dipeoleh hasil yang diinginkan. Gafik VSWR untuk peubahan panjang lengan dipole dapat dilihat pada Gamba 5 dengan data optimalisasi sepeti pada Tabel 2. Gamba 3. Dimensi Antena Mikostip Dipole Dual-band Sebelum Optimalisasi Tabel 1. Ukuan Dimensi Antena Dipole Dualband Sebelum Optimalisasi Kaakteistik Simbol Nilai Panjang lengan dipole 1 a 38,5 mm Panjang lengan dipole 2 b 54,5 mm Leba lengan petama c 2 mm Leba lengan kedua d 2 mm Jaak anta lengan e 1 mm Panjang saluan pencatu - 12 mm Panjang substat - 6 mm Leba substat - 19 mm 3.4 Simulasi dan optimalisasi antena mikostip dipole dual-band Simulasi dai peancangan antena mikostip dipole dual-band membeikan hasil sepeti telihat pada Gamba 4. Gamba 4. Hasil Simulasi Peancangan Awal Antena Bedasakan Gamba 4, VSWR yang dipeoleh adalah 1,26 untuk fekuensi 2,35 GHz dan 5,82 untuk fekuensi 3,35 GHz. Hasil Gamba 5. Gafik VSWR Optimalisasi Antena Tabel 2. Data VSWR Optimalisasi Antena Panjang Dipole-1 Panjang Dipole-2 2,35 GHz VSWR 3,35 GHz 23 mm 4 mm 1,79 11,5 25 mm 42 mm 1,67 1,73 27 mm 44 mm 1,41 1,24 29 mm 46 mm 1,52 1,91 31 mm 48 mm 2,54 2,74 33 mm 5 mm 7,29 3,59 35 mm 52 mm 7,3 4,6 37 mm 54 mm 2,1 5,38 39 mm 56 mm 1,37 5,63 Bedasakan Tabel 2, dipeoleh hasil maksimal dalam peancangan antena mikostip dipole dual-band yaitu dengan panjang lengan dipole sebesa 27 mm dan 44 mm, dimana VSWR yang dipeoleh adalah 1,41 untuk fekuensi 2,35 Ghz dan 1,24 untuk fekuensi 3,35 GHz. 7. Hasil dan Pembahasan Hasil yang dipeoleh dai peancangan antena mikostip dipole dual-band adalah sebagai beikut: a. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Nilai VSWR yang dipeoleh dai simulasi peancangan antena mikostip dipole dualband adalah sebesa 1,41 untuk fekuensi 2,35 8 copyight@ DTE FT USU

5 SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 215 GHz dan 1,24 untuk fekuensi 3,35 GHz sepeti telihat pada Gamba 6. Gamba 6. VSWR dai peancangan antena b. Bandwidth Nilai bandwidth yang dipeoleh dai simulasi peancangan antena adalah sebesa 242 MHz ( MHz) pada fekuensi 2,3 GHz, dan 359 MHz ( MHz) pada fekuensi 3,3 GHz. c. Pola Radiasi Bedasakan hasil simulasi peancangan antena, pola adiasi yang dipeoleh adalah Omni-diectional dimana pola adiasinya bebentuk donat (doughnut shape) sepeti dipelihatkan pada Gamba 7. (a) (b) Gamba 7. Pola Radiasi Antena: (a) Fekuensi 2,3 GHz, (b) Fekuensi 3,3 GHz d. Gain Dai hasil simulasi dipeoleh nilai gain sebesa 1,77 db pada fekuensi 2,35 GHz dan 2,5 db pada fekuensi 3,35 GHz sepeti dipelihatkan pada Gamba 8. (a) (b) Gamba 8. Gain Antena: (a) Fekuensi 2,3 GHz, (b) Fekuensi 3,3 GHz 5. Kesimpulan Bedasakan simulasi yang dilakukan pada antena dipeoleh bebeapa kesimpulan, yaitu: 2. Antena mikostip dipole dual-band telah behasil diancang dan dapat bekeja pada dua fekuensi, yaitu 2,3 GHz dan 3,3 GHz. 3. Nilai VSWR yang dipeoleh dai peancangan antena adalah sebesa 1,41 untuk fekuensi 2,35 GHz dan 1,24 untuk fekuensi 3,35 GHz. 4. Bandwidth yang dipeoleh dai peancangan antena adalah sebesa 242 MHz untuk fekuensi 2,3 GHz dan 359 MHz pada fekuensi 3,3 GHz. 5. Pola adiasi yang dipeoleh dai peancangan antena adalah omni-diectional. Gain yang dipeoleh dai peancangan antena mikostip dipole adalah 1,77 db pada fekuensi 2,35 GHz dan 2,5 db pada fekuensi 3,35 GHz. 6. Dafta Pustaka [1] James, J. R, and P. S Hall Handbook Of Micostip Antennas. 1st ed. London, U.K.: P. Peeginus on behalf of the Institution of Electical Enginees. [2] Gag, Ramesh. 21. Micostip Antenna Design Handbook. 1st ed. Boston, MA: Atech House. [3] Sinaga, Apli Nado Studi Peancangan Antena Susun Mikostip Patch Segiempat Dual-band (2,4 GHz dan 3,3 GHz). Skipsi Teknik Elekto Univesitas Sumatea Utaa. [4] Balanis, Constantine A. 25. Antenna Theoy. 1st ed. Hoboken, NJ: Wiley Intescience. [5] Kaus, John Daniel Antennas. 2nd ed. New Yok: McGaw-Hill. [6] Jamaluddin, M.H.; Rahim, M.K. A.; Aziz, M. Z. A. Abd.; Asokin, A. Micostip dipole antenna fo WLAN application. IEEE confeence publications, Publication Yea: 25, Page(s): [7] Ihas, Muhammad Peancangan dan Realisasi Antena Cognitive Radio Pada Alokasi Spektum 2,35 GHz dan 2,6 GHz. Lapoan Tugas Akhi Teknik Elekto dan Komunikasi IT Telkom 81 copyight@ DTE FT USU