Antena Biquad untuk WLAN 2,4 GHz

Transkripsi

1 51 Antena iquad untuk WLAN,4 GHz wi Fadila K., Rudy Yuwono dan Putu Agus P. Abstrak ewasa ini, untuk mengkoneksikan sistem inormasi dan jaringan komputer banyak menggunakan teknologi wireless LAN (WLAN), khususnya dengan requensi,4 GHz. Untuk sistem komunikasi wireless,4 GHz terdapat beberapa jenis antena yang dapat digunakan, dengan beberapa kekurangan. alam penelitian ini dirancang sebuah antena buquad sebagai antenna alternati yang sederhana, berdimensi relati kecil (,1m ), leksibel, praktis, dan murah (menggunakan kawat tembaga) untuk aplikasi wireless LAN,4 GHz. Meskipun demikian kinerja antenna biquad ini bias diandalkan karena memiliki Return Loss sebesar -11,574 d, VSWR sebesar 1,717, pola radiasi unidirectional, penguatannya sebesar 11,56 di dan bandwidth sebesar 75 MHz. engan demikian antena biquad ini, dapat digunakan pada teknologi WLAN,4 GHz. Gambar 1. Untuk antena loop tidak hanya berbentuk lingkaran, ada juga yang membuat dengan bentuk persegi panjang, bujur sangkar, ellips, dan bentuk yang lain. Tapi paling umum adalah loop lingkaran disebabkan kemudahan dalam perancangan. Kata Kunci biquad, unidirectional, bandwidth, WLAN. I. PENAHULUAN ALAM penelitian ini antena biquad yang dirancang menggunakan kawat tembaga yang berbentuk dua buah bujursangkar, dimana perancangan tahap awal dilakukan dengan menggunakan persamaan-persamaan klasik yang sudah dikenal dan dituliskan dalam banyak buku antena. Selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator Ansot untuk mengetahui kinerja perancangan awal dari antena, dan dilajutkan dengan pengotimasian untuk mendapatka kinerja optimumnya. entuk geometri yang diperoleh dari optimasi selanjutnya dibangun dengan menggunakan kawat tembaga dan pemantuk PC polos. an untuk mengetahui kinerja yang sesungguhnya antena yang telah dibangun kemudian diuji dan diukur kinerjanya (Return Loss, koeisien pantul, VSWR, gain, pola radiasi dan polarisasi) dengan penggunakan seperangkat instrumen yang ada di Laboratorium Telekomunikasi Politeknik Negeri Malang. A. Antena Kawat II. TINJAUAN PUSTAKA Ada beberapa macam bentuk antena kawat seperti kawat lurus (dipole), loop dan helix seperti terlihat pada (a) ipole (b) Circular (square) loop (c) Helix Gambar 1. Konigurasi Antene Kawat[1]. Antena ipole Lipat Antena dipole ½ yang sederhana memiliki resistansi terminal sekitar 7 sehingga diperlukan adanya perubahan impedansi untuk menyesuaikan antena ini dengan antena kawat dengan karakteristik impedansi 3-6. Resistansi terminal dari antena diple / yang dimodiikasi seperti tampak pada Gambar adalah mendekati 3 sehingga bisa langsung dihubungkan dengan antena kawat yang memiliki karakteristik impedansi yang sama. Susunan dengan jarak yang sangat dekat inilah yang disebut dengan dipole lipat. C. Modiikasi Antena ipole Lipat engan memodiikasi dipole bisa diperoleh resistansi terminal yang lebih lebar. engan menarik kawat dipole terpisah di tengahnya, didapatkan sebuah antena loop satu putaran dengan panjang masing-masing sisinya adalah ¼. Loop ini memiliki resistansi terminal yang lebih kecil dari dipole lipat. wi Fadila Kurniawan adalah dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas rawijaya Malang (korespondensi [email protected], [email protected] ) Rudy Yuwono, ST., MSc. berkarya di Jurusan Teknik Elektro Universitas rawijaya, Malang, Indonesia. Putu Agus P. adalah alumni Jurusan Teknik Elektro Universitas rawijaya. (a) dipole lipat kawat (b) dipole lipat 3 kawat Gambar. Model Antena ipole Lipat[]

2 5 (a) dipole lipat kawat (b) modiikasi dipole lipat kawat Gambar 3. Tahap Modiikasi Antena ipole Menjadi ipole Lipat[]. Antena iquad Antena iquad merupakan antena kawat dipole loop berbentuk kubus ganda dengan relektornya berbentuk sebuah lat panel (large lat sheet) dengan lebar sisi yang sedikit lebih panjang daripada rangkaian dipolenya sehingga bertindak seolah-olah sebagai bidang yang tak berhingga luasnya. Letak relektor tidak jauh dari dipolenya yang bertujuan untuk mengurangi radiasi ke arah belakang. engan jarak yang kecil antara antena dengan relektornya, maka susunan ini juga menghasilkan gain yang lebih besar pada radiasinya ke arah depan. Gain yang dihasilkan oleh antena ½ dengan large lat sheet relektor relati tergantung dari jarak dipolenya. Semakin jauh jarak dipolenya, gain yang diperoleh akan semakin kecil namun bandwidthnya akan semakin besar. Sedangkan pola radiasi antena biquad pada umumnya berbentuk lobe seperti terlihat pada Gambar 4. Gambar 4. Pola Radiasi Antena iquad[3] E. imensi Antena iquad Antena biquad merupakan perpaduan antena quad yang dirancang dalam 1 elemen. Panjang elemen driven antena biquad adalah 1λ yang mana nilai panjang gelombangnya (λ) yang dapat dirumuskan sebagai berikut:. (λ) = c (m) (1) engan: Λ = Panjang gelombang (m) c = Kecepatan gelombang cahaya 8 (3x1 ) Frekuensi kerja antena (Hz) m/s Untuk rancangan dipole antena biquad didapat dari panjang gelombang 1/λ yang dibentuk menjadi dipole lipat sehingga panjang masing-masing sisinya menjadi 1/4λ. Jarak dipole biquad yang digunakan sejauh 1/8λ dari relektornya. Relektor antena biquad berbentuk bujur sangkar dengan lebar sisi yang sedikit lebih panjang daripada rangkaian dipolenya, dengan ukuran dapat dirumuskan sebagai berikut: R R a, 1R a (3) dengan: R = Panjang elemen relector (m) R a = Panjang elemen dipolenya (m). Perencanaan ukuran desain antena biquad dapat digambarkan sebagai berikut : R a +,1R a Gambar 5. Rancangan Ukuran esain Antena iquad F. Parameter Antena dan Kinerjanya Setelah melakukan perancangan untuk mengetahui unjuk kerja suatu antena yang sesungguhnya maka, dilakukan serangkaian pengujian parameter parameter dari yang dibutuhkan, yaitu Pola radiasi untuk mengetahui keterarahan radiasi lebar berkas dan penguatan yang dihasilkan antena Polarisasi antena untuk mengetahui arah vektor medan elektrik dan magnetiknya VSWR (standing wave ratio antena) untuk mengetahui kualitas penyaluran daya dan bandwidth dari antena. III. PERANCANGAN AN PEMUATAN ANTENA IQUA A. Tinjauan Umum Antena iquad ini adalah antena yang terdiri dari sebuah dipole dan sebuah relektor yang dirangkaikan sedemikian rupa, yang mana dipole menggunakan bahan kawat tembaga dengan bentuk dua buah bujur sangkar yang sudutnya berhimpitan. Sedangkan untuk relektor dari antena rancangan ini menggunakan bahan papan PC polos yang didesain berbentuk bujur sangkar dengan panjang sisi lebih lebar dari panjang dipole antena. alam perancangan antena iquad ini, ahan utama yang digunakan adalah tembaga baik itu dalam

3 53 pembuatan dipole antena, relektor, maupun pipa penyangga antara relektor dengan dipolenya. Untuk bahan tembaga diketahui : Konstanta dielektrik relati (ε r ) = 1 Konduktiitas tembaga (σ) = 5,8 x 1 7 mho m -1 Untuk rekuensi kerja,4 GHz, dapat diketahui nilai panjang gelombangnya dengan perhitungan : c 3x1 8,4x1 9,15 m Sehingga untuk rancangan dipole antena dibuat dari panjang gelombang 1/λ yang dibentuk menjadi dipole lipat yang memiliki bentuk berupa persegi sama sisi yang masing-masing sisinya memiliki panjang 1/4 λ. Adapun perhitungannya sebagai berikut: λ =,15 m ½ λ = ½ (,15) =,65 m ¼ λ = ½ (,65) =,315 m Untuk jarak dipole direncanakan sebesar 1/8 λ dari relektornya, sedangkan untuk relektor digunakan papan PC polos dimana panjang sisi relektor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : R = Ra, 1Ra = 9 +,1(9) = 9 +,9 = 9,9 cm = 99 mm. Perancangan Antena iquad dengan Simulator Pada perancangan antena ini, setelah menghitung beberapa dimensi antena yang diperlukan selanjutnya dilakukan pensimulasian terhadap rancangan antena dengan menggunakan simulator ANSOFT. ari hasil simulasi dapat dilihat bahwa antena iquad hasil perancangan sudah memiliki VSWR < sehingga diharapkan antena dapat bekerja dengan baik pada rekuensi kerja,4 GHz. Graik 1. Hasil simulasi VSWR Antena iquad Gambar 7. Gain Antena iquad hasil perancangan Gambar 8. irectivity Antena iquad hasil perancangan Gambar 6. Antena iquad Hasil Perancangan Kemudian dilakukan simulasi terhadap rancangan antena iquad untuk dapat mengetahui besarnya nilai VSWR yang dihasilkan oleh antena hasil perancangan. Adapun hasil simulasi tersebut sebagai berikut : Simulasi pada graik 1 menunjukkan nilai VSWR antena iquad hasil perancangan. Untuk nilai VSWR sebuah antena bekerja dengan baik jika nilai VSWR <. Pada Gambar 7 ditunjukkan hasil simulasi dari nilai Gain antena iquad hasil perancangan secara 3 dimensi dan untuk nilai irektiitasnya ditunjukkan pada Gambar 8. ari gambar hasil simulasi, diketahui besarnya nilai gain dari antena iquad hasil perancangan adalah 1.33 d, sedangkan untuk besarnya nilai irectivity dari hasil simulasi dapat diketahui sebesar 9,911 d Simulasi pada Graik menunjukkan nilai S11. Untuk nilai S11 sebuah antena bekerja dengan baik jika nilai S11 < -1 d. ari hasil simulasi dapat dilihat bahwa antena sudah memili nilai S11 < -1, sehingga diharapkan antena dapat bekerja dengan baik.

4 Return Loss (d),5,75,3,35,35,375,4,45,45,475,5,55,55 VSWR 54 andwidth dalam persen: p u c l 1%,55,75 1% 11,39%, 415,5, Graik. Hasil simulasi S11 C. Pembuatan Antena iquad Setelah semua dimensi antena diketahui, selanjutnya akan dirancang bentuk isik antena sesuai dengan dimensi hasil perhitungan tersebut. Tahap pembuatan antena antara lain, pembuatan relektor, pembuatan penyangga antena, pembuatan elemen dipolenya, pemasangan dipole pada penyangga diakhiri dengan pemasangan kabel RG-8 pada dipole antena. 1,5 1, 5,5,75,3,35,35,375,4,45 Frekuensi (GHz) Graik 3. Graik ungsi VSWR terhadap rekuensi,45,475,5,55,55 Jadi dapat diketahui besarnya bandwidth antena iquad hasil perancangan sebesar 75 MHz. Sedangkan untuk aplikasi WLAN hanya membutuhkan bandwidth sebesar 83,5 MHz. Series1-5, -1, -15, Return Loss -, -5, Gambar 9. entuk isik antena iquad hasil perancangan IV. PENGUKURAN ari hasil pengukuran dan perhitungan diperoleh nilai VSWR terkumpul dalam data yang dapat dilihat pada Graik 3-5. erdasarkan hasil pengukuran yang dilakukan, Antena iquad ini memiliki nilai VSWR yang bebedabeda pada setiap perubahan rekuensinya. Pada rekuensi kerja,4 GHz antena memiliki nilai VSWR sebesar 1,717. Hal ini berarti antena ini dapat bekerja dengan baik pada rekuensi kerja yang direncanakan sesuai dengan batas 1 VSWR <. erdasarkan data hasil pengukuran VSWR, antena ini memiliki rekuensi terendah pada rekuensi,75 GHz, dan rekuensi tertinggi antena ini adalah pada rekuensi,55 GHz. Sehingga bandwidth antena ini adalah : u,55ghz 75MHz l,75ghz -3, rekuensi (GHz) Graik 4. Graik Fungsi Return Loss Terhadap Frekuensi erdasarkan hasil pengukuran, dapat diketahui Antena iquad ini memiliki nilai return loss yang berbeda-beda pada setiap perubahan rekuensinya. Pada rekuensi kerja,4 GHz, antena memiliki nilai return loss sebesar -11,574 d. Hal ini berarti antena dapat bekerja dengan rekuensi kerja yang direncanakan sesuai dengan batas yang diijinkan yakni < -1 d. ari hasil pengukuran yang dilakukan, dapat diketahui besarnya nilai koeisien pantul antena biquad berbeda-beda pada setiap perubahan rekuensinya. Untuk rekuensi kerja,4 GHz, antena biquad memiliki nilai koeisien pantul sebesar,64. engan nilai impedansi antena pada rekuensi kerja,4 GHz adalah 71,3 + j4,75 Ω sedangkan impedansi yang direncanakan adalah 5 Ω. Adanya perbedaan ini disebabkan oleh bermacam-macam aktor diantaranya pengaruh lingkungan saat pengukuran, maupun dalam pengambilan data, rugi-rugi pada saluran kabel koaksial,

5 55 serta konektor yang digunakan. Graik 5. Graik Fungsi Koeisien Pantul Terhadap Frekuensi Pola Radiasi Horizontal dan Pola Radiasi Vertikal untuk kedua rekuen kerja di atas dapat dilihat dalam Gambar , , , ,7 3 -, ,7-3, -3,7-4, Gambar 1. Pola Radiasi Horizontal erdasarkan Gambar 1 dan 11 dapat diketahui bahwa bentuk pola radiasi antena hasil perancangan (antena mikrostrip circular array) adalah unidirectional, yaitu memiliki intensitas radiasi maksimum hanya pada satu arah tertentu saja. Perhitungan directivity dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 4 ( steradian ). ( radian ) 1 steradian = 1 radian Sehingga didapat : 4 18 = 18 derajat ( derajat ) ( derajat ) 41 engan : = directivity θ = beamwidth pola radiasi vertikal (rad) Φ = beamwidth pola radiasi horisontal (rad) θ = beamwidth pola radiasi vertikal (derajat) Φ Pola Radiasi = beamwidth idang pola Vertikal radiasi Antena horisontal iquad (derajat) Hasil Perancangan Gambar 11. Pola Radiasi Vertikal erdasarkan pada data hasil pengukuran pola radiasi, diperoleh nilai -3 d beamwidth pola radiasi horisontal adalah 6,5 ( 6, 5 ), dan nilai -3d beamwidth pola radiasi vertikal adalah 5 ( 5 ). Jadi nilai directivity antena iquad hasil perancangan adalah : db 41 6,5.5 13,1 1log 13,1 11,17 db Pengukuran polarisasi antena dilakukan untuk mengetahui vector medan listrik antena hasil rancangan ,67-5,67-1,67-15,67 -, Gambar 1. entuk Polarisasi Antena iquad Hasil Perancangan

6 56 V. KESIMPULAN erdasarkan hasil perancangan antena, pembuatan antena, pengujian dan pengukuran antena, serta analisis parameter-parameter antena, dapat diambil kesimpulan bahwa antena mikrostrip equilateral triangular array dua elemen yang dibuat ini dibuat pada rekuensi kerja,4 GHz memiliki nilai VSWR 1,717, dimana masih dalam batas yang diijinkan VSWR <, nilai Return Loss, adalah -11,574 d yang masih dalam batas diijinkan yaitu RL <-1d, dengan bandwidth sebesar 75 MHz. Nilai directivitysebesar 11,17 d dan bentuk pola radiasi unidirectional dan polarisasi linier. VI. AFTAR PUSTAKA [1] alanis, Constantine A Antena Theory: Analysis and esign, nd Edition. John Wiley and Sons, Inc. [] Kraus, John aniel Antennas. McGraw-Hill International, New York. [3] Sumber: wi Fadila Kurniawan, ST., MT, adalah seorang sta akademik Teknik elektro di Universitas rawijaya Malang, di mana ia memberikan kuliah : antenna dan propagasi, radar dan navigasi, Teknik telepon, kalkulus I, kalkulus II, matematika Teknik II, kimia Teknik dan optoelektronika. wi Fadila Kurniawan ST., MT., menyelesaikan pendidikan SMA di SMA 1 Jakarta tahun 1991, Sarjana Teknik di Jurusan Teknik elektro Universitas rawijaya tahun 1997, dan Master Teknik Telekomunikasi Multimedia di Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya tahun 1. Saat ini wi Fadila Kurniawan, ST., MT., bertempat tinggal di Graha Gardenia K-9, Saptorenggo, Pakis, Kabupaten Malang, telpon (341)79568, bersama 4 orang putra-putri (M. Nashiruddi Abdurrachman, Fadhilah Azizaturrusydah, M. Fadhil Abdulaziz dan M. Faiz Syariuddin) serta seorang istri (ewi Susanti, SE.). Selain sebagai sta akademik di Jurusan Teknik Elektro, wi Fadila Kurniawan, ST., MT., juga melakukan beberapa penelitian mengenai antena dan aplikasi pada rekuensi 5MHz.