Triprijooetomo EkoTjipto Rahardjo. Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2 5,8 GHz

Transkripsi

1 Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2 5,8 GHz Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran Triprijooetomo EkoTjipto Rahardjo Yulia Dhamayanti Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer Tardi Supomo Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535 Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang Siswo Wardoyo Ri Munarto Vicky Pratama Putra Sila Abdullah Syakry Mulyadi Syahroni Rahardhita Widyatra Suwadi Toto Supriyanto Teguh Firmansyah Dewi Lestari Prawito Dandun Widhiantoro Suryadewi Eva Arindhita Shelvi Eka Tassia Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME Dandun Widhiantoro Elite Elektro Volume 4 Nomor 1 Halaman 1 70 Depok Maret 2013 ISSN X

2 Dewan Redaksi Jurnal Ilmiah ELITE ELEKTRO ISSN : X Vol. 4, No. 1, Maret 2013 Penanggung Jawab Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Wakil Penanggung Jawab Sekretaris I Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Sekjur II Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Ketua Dewan Redaksi Aminuddin Debataraja Editor Ahli Prof. T. Basruddin, PhD (UI) Dr. Ridwan Gunawan (UI) Dr. Gibson Hilman Sianipar (ITB) Hiskia, PhD (LIPI) Dr. Mashury Wahab (LIPI, AsRI) Son Kuswadi, Dr. Eng. (ITS) Prof. Dr. Adi Soeprijanto (ITS) Anggota Dewan Redaksi Nur Fauzi Soelaiman Iwa Sudradjat A. Tossin Alamsyah Benny Isdawimah Agus Wagyana Budianto Surbakti (Industri-Schneider) Sektretariat/Humas Jamser Simanjuntak Kendi Moro Nitisasmita M. Fathurahman Toto Supriyanto Alamat Redaksi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta Kampus Baru Universitas Indonesia Depok Telp./Fax.: (021) jurnal@elektro-pnj.ac.id; jurnal_elektropnj@yahoo.com; elektro@pnj.ac.id Website: pnj.ac.id Redaksi mengundang para Akademis, Peneliti, Praktisi, dan Profesional untuk menyumbangkan tulisan di bidang Teknik Elektro berupa hasil riset atau kajian pustaka yang belum pernah diterbitkan dalam media lain. Jurnal terbit dua kali setahun, yaitu pada bulan Maret dan September. Naskah sudah diterima redaksi paling lambat 2 (dua) bulan sebelum penerbitan. Pengiriman naskah dan korespondensi melalui surat elektronik lebih diutamakan.

3 Kata Pengantar Puji syukur kita panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia-nya Jurnal Ilmiah Elite Elektro Volume 4, Nomor 1, Maret 2013 dapat terbit sesuai dengan waktu yang ditentukan. Jurnal ilmiah ini merupakan terobosan baru pada Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta, yang terbit rutin dan teratur dua kali setiap tahunnya. Oleh sebab itu para peneliti, dosen (akademisi), praktisi industri, dan civitas akademika dapat menggunakan sebagai wadah penyaluran artikel ilmiah dalam wawasan elektro dan teknologi. Pada Volume 4, Nomor 1, Maret 2013 Dewan Redaksi menampilkan 12 judul artikel yaitu:. Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2 5,8 GHz; Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran; Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta; Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer; Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview; Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina; Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit; Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator; Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535; Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS; Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang; Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME. Akhirnya kami berharap semoga artikel-artikel dalam jurnal ini, bermanfaat bagi pembaca dan merupakan media saling tukar informasi hasil penelitian, serta memberikan inspirasi dalam pengembangan teknologi di bidang teknik elektro. Salam, Ketua Dewan Redaksi, Aminuddin Debataraja

4 DAFTAR ISI Filter Ultra Wideband Memakai Sisipan Filter Bandstop pada Frekuensi 5,2 5,8 GHz Analisis Perbandingan Kinerja Protokol Dynamic Source Routing dan Ad hoc On-demand Distance Vector pada Mobile Ad Hoc Network untuk Sistem Komunikasi Taktis Kapal Peran Triprijooetomo EkoTjipto Rahardjo Yulia Dhamayanti Rancangan Sistem Informasi Pendukung Keputusan untuk Penentuan Perusahaan Pemasok Perangkat Listrik di Politeknik Negeri Jakarta Simulasi dan Eksperimen Two Channels Macroheater Tilt Sensor berdasarkan Pola Radiasi Heat Transfer Tardi Supomo Rancang Bangun Data Logger Suhu Menggunakan Labview Analisis Tingkat Kandungan Nilai Warna untuk Penentuan Tingkat Kematangan pada Citra Buah Papaya callina Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator Alat Deteksi Kematangan Buah Melon dengan Sensor Suara dan Mikrokontroller At-Mega 8535 Sistem Informasi Pengiriman Nilai dengan SMS Adaptasi Dinamis Protokol Routing AODV Menggunakan Distributed Routing pada Mobile Ad Hoc Networks untuk Sistem Komunikasi Kapal Perang Siswo Wardoyo Ri Munarto Vicky Pratama Putra Sila Abdullah Syakry Mulyadi Syahroni Rahardhita Widyatra Suwadi Toto Supriyanto Teguh Firmansyah Dewi Lestari Prawito Dandun Widhiantoro Suryadewi Eva Arindhita Shelvi Eka Tassia Aplikasi Informasi Data Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Jakarta Menggunakan Handphone Berbasis J2ME Dandun Widhiantoro 65 70

5 JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: Peningkatan Gain Antena Mikrostrip Multiple Input Multiple Output 2 x 2 Menggunakan Penambahan Parasitik Radiator Toto Supriyanto 1* dan Teguh Firmansyah 2 1. Program Studi Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta, Depok 16425, Indonesia 2. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten 42435, Indonesia * totosupr@yahoo.com Abstrak Pada makalah ini akan dirancang dan dievaluasi antena multiple input multiple output (MIMO) mikrostrip lingkaran untuk aplikasi long term evolution (LTE). Antena ini beroperasi pada frekuensi 2,35 GHz yang merupakan alokasi untuk aplikasi LTE. Pada penelitian ini, diusulkan 2 buah struktur antena MIMO mikrostrip dengan substrat ε r = 2,2 dengan h = 1,52 mm. Struktur antena pertama (I) yaitu antena MIMO lingkaran konvensional, hasil struktur antena tersebut memiliki nilai return loss S 11 = -30 db, bandwidth 55 MHz saat VSWR <2, nilai kopling koefisien S 21 = -27 db, dan gain sebesar 6,5 dbi. Struktur antena kedua (II) yaitu antena MIMO lingkaran yang ditambahkan parasitic radiator. Hasil di antaranya memiliki nilai return loss S 11 = -21 db, bandwidth 100 MHz saat VSWR <2, nilai kopling koefisien S 21 = -26,5 db, dan gain sebesar 7,5 dbi. Pada penelitian ini dapat ditunjukkan bahwa gain antena MIMO akan meningkat dengan ditambahkan parasitic substrat. Abstract Enhanced Gain Microstrip Antenna MIMO 2 x 2 with Parasitic Radiator. In this paper, multiple input multiple output (MIMO) microstrip circular antenna for application long term evolution (LTE) will be designed and analyzed. This antenna operates at frequency 2.35 GHz which allocated for LTE applications. Two MIMO antenna structure with microstrip substrate with ε r = 2.2 and h = 1.52 mm will be designed. The first antenna structure is a conventional circular MIMO antenna, where the antenna structure has a return loss S 11 = -30 db, 55 MHz bandwidth at VSWR <2, coupling coefficient S 21 = -27 db, and gain of 6.5 dbi. The structure of the second antenna is loop MIMO with additional parasitic radiator. The second antenna had return loss S 11 = -21 db, bandwidth of 100 MHz at VSWR <2, the coupling coefficient S 21 = db, and gain of 7.5 dbi. It is shown that the MIMO antenna structure with additional substrate parasitic will increase the gain antenna Keywords: gain, LTE, MIMO, parasitic radiator 1. Pendahuluan Sistem multiple-input multiple-output (MIMO) merupakan sistem yang terdiri dari sejumlah terminal (antena) pengirim dan penerima. Tidak seperti sistem antena konvensional yang sangat rentan terhadap multipath, sistem MIMO justru bekerja sangat baik pada komponen multipath. Pada Gambar 1 terlihat sistem MIMO dengan antena pengirim dan penerima yang lebih dari satu. Antena penerima akan menerima sinyal yang dikirimkan oleh antena pengirim setelah sinyal tersebut dikalikan dengan suatu matriks kanal. Untuk aplikasi CPE maka diperlukan sebuah antena yang kompak, namun memiliki gain yang tinggi, sebagai awal penelitian. Pada penelitian ini akan dilakukan perancangan antena array MIMO yang menggunakan teknologi mikrostrip. Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan, di antaranya mempunyai bentuk yang kompak, dimensi kecil, mudah untuk difabrikasi. Selain itu, antena mikrostrip pun memiliki bentuk yang beragam, di antaranya persegi, persegi panjang, elips, segitiga, dan lingkaran. 43

6 44 JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: Namun, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan diantaranya yaitu gain rendah, bandwidth rendah, dan efisiensi yang rendah [1]. Struktur antena MIMO 2 x 2 mikrostrip lingkaran konvensional dapat dilihat pada Gambar 2. Untuk meningkatkan cakupan area layanan suatu base station, maka diperlukan antena yang memiliki gain yang tinggi. Beberapa modifikasi dilakukan diantaranya dengan ditambahkan reflektor seperti yang diusulkan [2-3], di mana penambahan reflektor ini dapat meningkatkan gain akan tetapi memerlukan dimensi yang lebih besar dari antenanya sendiri. Pada Stoytchev et al. dan Capobianco et al. [4-5] diusulkan untuk menggunakan metode array, yaitu membentuk antena yang sama dengan sebuah catu, teknik ini sudah banyak dilakukan. Teknik selanjutnya yaitu menggunakan metode defected ground structure (DGS), dengan menghilangkan sebagian bidang ground, sehingga rugi-rugi gelombang Gambar 1. Sistem Komunikasi MIMO permukaan dapat dikurangi [6]. Sementara itu, pada Tilane [7], diusulkan perancangan antena berbentuk lingkaran dengan parasitik radiator berupa ring, sehingga dihasilkan gain antena sebesar 6 dbi. Berbeda dengan metode-metode sebelumnya, pada penelitian ini diusulkan perancangan antena MIMO 2 x 2 mikrostrip lingkaran menggunakan parasitik radiator, seperti terlihat pada Gambar 3. Perancangan antena ini menggunakan perangkat lunak CST. 2. Metode Penelitian Persamaan patch jari-jari antena lingkaran diberikan oleh Bahl et al. [8]. F r = (1) 2h πf 1 + In + 1,7726 πε F 2 r h di mana nilai F dinyatakan dengan 9 8, F = (2) f r ε r Pada pers. (1) nilai h dalam satuan cm, sementara pada pers. (2) nilai f harus dalam satuan Hz. Desain antena tersebut memiliki fundamental frekuensi yang bekerja pada dominan mode TM 110. Nilai resonannya diberikan oleh 1,8412 1,8412c [ fr ] = = (3) r r π µε 2π ε r di mana nilai c merupakan kecepatan cahaya sebesar m/s. Desain antena ini merupakan desain antena lingkaran yang konvensional seperti pada Gambar 2. Nilai dimensi dan karakteristik subtrat terlihat pada Tabel 1. Gambar 2. Struktur MIMO 2 x 2 Mikrostrip Lingkaran Konvensional Pada subab ini akan dijelaskan karakteristik dari antena, diantaranya return loss, bandwidth, kopling koefisien dan gain. Pada Gambar 4 menunjukkan nilai return loss (S 11 ) dari antena lingkaran konvensional (Gambar 2). Tabel 1. Dimensi dan Karakteristik Antena Spesifikasi Ukuran Keterangan Gambar 3. Struktur Antena MIMO 2 x 2 Mikrostrip Lingkaran Menggunakan Parasitic Substrat W 70 mm Lebar L 150 mm Panjang R 26 mm Jari-jari D 23 mm Separator ε r (Taconic) h tan δ ε r = 2,2 h = 1,52 mm tan δ = 0,0009 Substrat

7 JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: Seperti ditunjukkan pada Gambar 4, nilai bandwidth antena saat S 11 = -10 hanya mencapai 40 MHz. Nilai ini masih dapat ditingkatkan kembali apabila dipergunakan antena wideband mikrostrip. Pada Gambar 5 terlihat bahwa nilai kopling koefisien antena lingkaran MIMO konvensional mencapai nilai- 27 db. Hal ini memperlihatkan bahwa kedua antena tersebut tidak saling berhubungan. Parameter selajutnya yang akan dianalisis yaitu gain antena (Gambar 6). Pada Gambar 6 terlihat nilai gain antena mikrostrip pada frekuensi 2,35 GHz mencapai 6,5 dbi. Sementara itu, nilai HPBW sebesar 90,6º. Perancangan antena selanjutnya yaitu perancangan menggunakan parasitik radiator untuk meningkatkan gain antena MIMO. Pada Gambar 7 memperlihatkan nilai S 11 dan bandwidth antena lingkaran MIMO dengan menambahkan parasitik radiator. Nilai bandwidth antena saat S 11 = -10 db hanya mencapai 100 MHz. Hal ini menunjukan bahwa dengan ditambahkannya parasitik radiator, maka akan meningkatkan nilai bandwidth (Gambar 7). Sementara itu, pada Gambar 8 terlihat bahwa nilai koefisien kopling antena lingkaran MIMO ini mencapai nilai -26,5 db. Hal ini memperlihatkan bahwa kedua antena tersebut tidak saling berhubungan. Untuk menganalisis nilai gain, maka pada penelitian ini dilakukan karakterisasi nilai H dari antena MIMO, agar diperoleh nilai gain paling besar. Hasil karakterisasi terlihat pada Gambar 9. Gambar 4. Nilai S11 dan Bandwidth Antena Lingkaran MIMO Konvensional Gambar 7. Nilai S 11 dan Bandwidth Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator Gambar 5. Nilai Kopling Koefisien S21 Antena Lingkaran MIMO Konvensional Gambar 8. Nilai Kopling Koefisien S 21 Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator Gambar 6. Nilai Far-Field Antena Lingkaran MIMO Konvensional Gambar 9. Nilai Gain Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator terhadap Perubahan H

8 46 JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 4, NO. 1, MARET 2013: Pada Gambar 9, terlihat nilai gain antena mencapai maksimum saat H = 16 mm dengan nilai gain 7,5 dbi. Sementara itu, nilai far-field terlihat pada Gambar 10. Nilai gain antena mikrostrip pada frekuensi 2,35 GHz mencapai 7,5 dbi. Sementara itu, nilai HPBW sebesar 90,6º. Hasil simulasi menunjukkan bahwa antena lingkaran MIMO dengan parasitik radiator parasitik dapat meningkatkan gain sampai 1 db yang disertai pula peningkatan nilai bandwidth (Gambar 10). Tabel 2 memperlihatkan perbandingan kinerja antena lingkaran MIMO konvensional dengan antena lingkaran MIMO dengan parasitik radiator. Hasil perbandingan memperlihatkan bahwa antena lingkaran MIMO dengan penambahan parasitik radiator dapat menghasilkan gain yang lebih tinggi dan memberikan nilai bandwidth yang lebih besar. 4. Simpulan Antena mikrostrip MIMO 2 x 2 dengan penambahan parasitik radiator dapat meningkatkan gain dan bandwidth. Nilai bandwidth yang diperoleh mengalami peningkatan sebesar 45 MHz dan nilai peningkatan gain 1 db. Jenis substrat yang digunakan yaitu taconic dengan ε r = 2,2, h = 1,52 mm, dan tan δ = 0,0009 diperoleh jarak parasitik paling optimum sebesar 14 mm. Daftar Acuan Gambar 10. Nilai Far-field Antena Lingkaran MIMO dengan Parasitik Radiator Kinerja Tabel 2. Perbandingan Kinerja Antena Antena lingkaran MIMO konvensional Antena lingkaran MIMO dengan penambahan parasitik radiator Frekuensi 2,35 GHz 2,35 GHz MIMO 2 x 2 2 x 2 Bandwidth (S 11 < -10 db) 55 MHz 100 MHz Gain 6,5 dbi 7,5 dbi HPBW (-3 db) 90 67,3 Dimensi (mm) 150 x 70 x 1, x 70 x 16 [1] C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd ed., Wiley, New York, 2005, p [2] S.D. Targonski, R.B. Waterhouse, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Montreal, Canada, 3 (1997A) [3] D.G. Seleznyov, I.I. Reznik, A.D. Seleznyov, Proceedings of the 5th International Seminar/ Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory, Tbilisi, Geogia, 2000, p.104. [4] M. Stoytchev, H. Safar, A.L. Moustakas, S. Simon, IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., Boston, MA, USA, 3 (2001) 708. [5] A.D. Capobianco, F.M. Pigozzo, S. Boscolo, M. Midrio, F. Sacchetto, A. Assalini, L. Brunetta, N. Zambon, S. Pupolin, IEEE Conferences Publication, Wireless Technology Conference (EuWIT), Paris, 2010, p.93. [6] C.-Y. Chiu, R.D. Murch, C.R. Rowell, IEEE Trans. Antennas Propag. 55/6 (2007) [7] P. Tilane, Int. J. Eng. Technol. 3/2 (2011) 175. [8] I.J. Bahl, P. Bhartia, Microstrip Antennas, Artech House, Norwood, MA, 1980, p.348.