STUDI PERANCANGAN SALURAN PENCATU UNTUK MIKROSTRIP ARRAY ELEMEN 2X2 DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED

Transkripsi

1 STUDI PERANCANGAN SALURAN PENCATU UNTUK ANTENA MIKROSTRIP ARRAY ELEMEN 2X2 DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi Oleh: PINDO AHMAD ALFADIL NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR STUDI PERANCANGAN SALURAN PENCATU UNTUK ANTENA MIKROSTRIP ARRAY ELEMEN 2X2 DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED Oleh: PINDO AHMAD ALFADIL Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 17 Bulan Juli Tahun 2013 di depan penguji: 1. Ketua penguji : Ir. Arman Sani, MT 2. Anggota Penguji : Rahmat Fauzi, ST, MT Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir Ali Hanafiah Rambe, ST, MT NIP Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si NIP

3 ABSTRAK Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Salah satu perangkat yang dibutuhkan pada sistem WLAN adalah antena. Ada berbagai jenis antena yang dapat digunakan pada WLAN diantaranya adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip array elemen 2x2 banyak digunakan karena antena ini memiliki nilai gain yang lebih baik dibandingkan dengan antena mikrostrip elemen tunggal. Pencatuan aperture coupled pada antena mikrostrip merupakan salah satu teknik pencatuan secara tidak langsung (electromagnetic coupling). Pada teknik pencatuan ini pengkopelan dari saluran pencatu ke patch melalui sebuah aperture kecil berupa slot pada bidang pertanahan. Terdapat beberapa teknik konfigurasi saluran pencatu yang dapat digunakan sebagai sistem pencatuan antena mikrostrip array elemen 2x2. Pada Tugas Akhir ini telah dirancang 4 (empat) teknik konfigurasi yang dapat digunakan sebagai sistem pencatuan untuk antena mikrostrip array elemen 2x2. Rancangan dilakukan dengan menggunakan simulator AWR microwave office Dari hasil perancangan diperoleh bahwa Konfigurasi-4 merupakan konfigurasi yang lebih diutamakan sebagai sistem pencatuan antena mikrostrip array elemen 2x2 karena memiliki nilai VSWR 2 dan nilai gain sebesar db dengan pola radiasi directional serta dimensi antena sebesar 128x128 mm. i

4 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur hanya bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Tugas Akhir yang berjudul: Studi Perancangan Saluran Pencatu Untuk Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 Dengan Pencatuan Aperture Coupled ini, berisi analisis pengaruh bentuk konfigurasi untuk antena mikrostrip array elemen 2x2 pada frekuensi kerja WLAN. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Drs. Purwadi dan Ibunda Ponikem yang telah membesarkan, mendidik, dan selalu mendoakan saya, serta rasa sayang kepada saudara saudara saya Prima Aldila dan yang paling saya sayangi dan rindukan Pastry Alpariz yang selalu bersama penulis dalam menjalani lika-liku kehidupan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis, atas segala kesabaran, dukungan dan motivasi beliau kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Panusur SML Tobing, selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU. ii

5 4. Seluruh Staf Pengajar dan seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro, yang telah banyak memberi inspirasi dan masukan bagi penulis untuk lebih baik dalam bersikap. 5. Rekan - rekan Laboratorium Elektronika Dasar. 6. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro : Dina, Dian, Edi, Syukur, Rumi, Habibi, Auliya, Parlin, Uki, Iqbal, Dedi, Rama, Ebo, Razi, Aji, Rizal, Cucut, Ihsan, Siska, Ari, Mukhlis, Rasyid dan Seluruh rekan-rekan 2008 yang telah banyak mendukung dan selalu dapat menjadi teman-teman terbaik bagi penulis. 7. Senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini. 8. Teman-teman terbaikku : Reza cipit, Adi ajo, Opung Zulfirman, Wulan Ramadhani, Rea, Robi, dan seluruh keluarga Dupati Smanda Binjai yang telah memberi semangat dan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juli 2013 Penulis iii

6 DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Tugas Akhir Batasan Masalah Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan...4 BAB II DASAR TEORI Umum PengertianAntena Antena Mikrostrip Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip Parameter Umum Antena Mikrostrip Dimensi Antena Bandwidth VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).12 iv

7 2.5.4 Pola Radiasi Gain Antena Antena Mikrostrip Dalam Array Teknik Pencatuan Pencatuan Secara Langsung (Direct Coupling) Pencatuan Secara Tidak Langsung (Electromagnetic coupling) Aperture Coupling Power Divider T-junction 50 Ohm Perhitungan Lebar Saluran Mikrostrip (Microstrip Line).21 BAB III PERANCANGAN SALURAN PENCATU UNTUK ANTENA MIKROSTRIP ARRAY ELEMEN 2X Umum Perancangan Patch Segiempat Elemen Tunggal Diagram Alir Perancangan Elemen Tunggal Penentuan Jenis substrat dan Perhitungan Dimensi Patch Antena Perhitungan Lebar saluran Pencatu dan Perancangan Slot aperture Hasil Simulasi Elemen Tunggal Perancangan Konfigurasi Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Perancangan Konfigurasi-1 32 v

8 3.3.2 Perancangan Konfigurasi Perancangan Konfigurasi Perancangan Konfigurasi Spesifikasi Komputer Untuk Melakukan Simulasi Perangkat Lunak AWR Microwave Office Proses Pencarian Solusi Simulator AWR Microwave Office Spesifikasi Setting Parameter Simulasi Untuk Pengambilan Data...43 BAB IV HASIL SIMULASI PERANCANGAN SALURAN PENCATU ANTENA MIKROSTRIP ARRAY ELEMEN 2X Umum Hasil Simulasi Konfigurasi-1 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Hasil simulasi Konfigurasi-2 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Hasil Simulasi Konfigurasi-3 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Hasil Simulasi Konfigurasi-4 Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Analisa Hasil Simulasi Antar Konfigurasi BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vi

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 3.1 Struktur Dasar Antena Mikrostrip...8 Pola Radiasi Antena...14 Teknik Pencatuan Aperture Coupled...19 N-Way Wilkinson Combiner...20 T-Junction 50 Ohm...21 Diagram Alir Perancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Elemen Tunggal...24 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Grafik VSWR Hasil Simulasi Elemen Tunggal...28 Hasil Simulasi Pola Radiasi Elemen Tunggal...29 Antena Mikrostrip Array Elemen 2x2 dengan Jarak yang Sesuai dengan Teori...31 Gambar 3.5 Beberapa Konfigurasi Saluran Pencatu Antena Mikrostrip Array Elemen 2x Gambar 3.6 Konfigurasi-1 Saluran Pencatu Mikrostrip yang Akan Dirancang...32 Gambar 3.7 Tampilan Program TXLine Untuk Memperoleh Panjang Saluran Pencatu Mikrostrip 70.7 Ω...34 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 3.12 T-Junction yang Memiliki Impedansi Sebesar 70.7 Ω...35 Konfigurasi-2 Saluran Pencatu yang Akan Dirancang...35 T-Junction Impedansi 86.6 Ω...37 Konfigurasi-3 Saluran Pencatu yang Akan Dirancang...38 T-Junction Impedansi Ω...40 vii

10 Gambar 3.13 Konfigurasi-4 Saluran Pencatu yang Akan Dirancang Gambar 3.14 Settingan Nilai Frekuensi Pada Simulator Gambar 3.15 Settingan pada Harmonic Balance Gambar 3.16 Gambar 3.17 Gambar 3.18 Gambar 4.1 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Low Mesh...45 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Normal Mesh.46 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi High Mesh.47 Grafik VSWR Hasil Simulasi Perancangan Awal dengan Menggunakan Konfigurasi Gambar 4.2 Diagram Alir Proses Iterasi Untuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi Gambar 4.3 Grafik VSWR Hasil Simulasi Iterasi Jarak Antar Elemen Pada Konfigurasi Gmabar 4.4 Grafik VSWR Simulasi untuk Rancangan Konfigurasi-1 yang Optimal Gambar 4.5 Gambar 4.6 Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi Konfigurasi Grafik VSWR Hasil Simulasi Perancangan Awal dengan Menggunakan Konfigurasi Gambar 4.7 Diagram Alir Proses Iterasi Untuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi Gambar 4.8 Grafik VSWR Hasil Simulasi Iterasi jarak Antar Elemen Pada Konfigurasi Gambar 4.9 Grafik VSWR Hasil Simulasi Untuk Rancangan Konfigurasi-2 yang Optimal.57 Gambar 4.10 Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi Konfigurasi viii

11 Gambar 4.11 Grafik VSWR Hasil Simulasi Perancangan Awal dengan Menggunakan Konfigurasi Gambar 4.12 Diagram Alir Proses Iterasi Untuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi Gambar 4.13 Grafik VSWR Hasil Simulasi Iterasi Jarak Antar Elemen Pada Konfigurasi Gambar 4.14 Grafik VSWR Hasil Simulasi Untuk Rancangan Konfigurasi-3 yang Optimal...62 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Hasil Simulasi Gain daan Pola Radiasi Konfigurasi Grafik VSWR Hasil Simulasi Perancangan Awal dengan Menggunakan Konfigurasi Gambar 4.17 Diagram Alir Proses Iterasi Untuk Mendapatkan Hasil yang Optimal Pada Konfigurasi Gambar 4.18 Grafik VSWR Hasil Simulasi Iterasi Jarak Antar Elemen Pada Konfigurasi Gambar 4.19 Grafik VSWR Hasil Simulasi Untuk Rancangan Konfigurasi-4 yang Optimal Gambar 4.20 Hasil Simulasi Gain dan Pola Radiasi Konfigurasi ix

12 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel 4.1 Spesifikasi Parameter yang Digunakan...25 Perbandingan Parameter Hasil Simulasi Optimal Antar Konfigurasi...69 x