TUGAS AKHIR. SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGI EMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : GIAT FRANSISCO BATUBARA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2

3 ABSTRAK Teknologi wireless yang ada saat ini adalah teknologi WiMAX. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Acces) merupakan teknologi wireless yang menawarkan jasa telekomunikasi dengan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar sehingga mampu menyediakan berbagai aplikasi meliputi suara, video dan data dengan kecepatan yang tinggi. Untuk mencakup area yang sangat luas serta mampu melayani subscriber dengan keadaan Line Of Sight (LOS) maupun Non-Line Of Sight maka dibutuhkan salah satu perangkat pada sistem WiMAX adalah antenna. Salah satu antena yang digunakan pada sistem WiMAX ini adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip merupakan antena yang sangat popular memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang kecil dan ringan sehinggan kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena mikrostrip terdiri dari 3 komponen yaitu patch yang merupakan lapisan teratas, substrat yang menggunakan bahan dielektrik,dan groundplane yang merupakan bagian paling bawah. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sebuah antenna mikrostrip patch segi empat dengan pencatuan aperture coupled yang dapat digunakan untuk aplikasi WiMAX. Antena mikrostrip yang dihasilkan bekerja pada frekuensi 2,35 GHz.

4 KATA PENGANTAR Segala puji serta syukur penulis haturkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DENGAN PENCATUAN APERTURE COUPLED UNTUK APLIKASI WIMAX 2,35 GHz Selanjutnya Tugas Akhir ini Penulis persembahkan buat ayahnda dan ibunda tercinta yang telah mengorban segalanya buat anaknya yang tercinta. Semoga dengan segala pengorbannyan Tuhan Yang Maha Esa membalasnya dengan memudahkan segala urusannya baik didunia maupun diakhirat kelak. Selama penulis menjalani masa pendidikan dikampus ini hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST. MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis hingga Tugas Akhir terselesaikan. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro dan selaku Dosen Pembimbing Akademik penulis selama perkuliahan.

5 3. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Dosen Pembanding Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT dan Ibu Naemah Mubarakah, ST.MT yang telah membantu dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Syahrawardi, Selaku Penasehat Akademis Penulis. 6. Kepada Bapak dan Ibu tercinta D.Batubara dan R.Sitorus Pane yang telah menghatarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. 7. Keluarga penulis Bellina Irawati Batubara, Deri Erianto Batubara, Tante Jonny, opung, dan Tulang Prima Terima kasih atas perhatian dan doanya. 8. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis selama menjalani perkuliahan. 9. Seluruh Karyawan di Dapartemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya buat Bang Martin dan Bang Divo terima kasih atas semua bantuannya. 10. Adinda tersayang Ivana Ronauli Christina Hutagalung terima kasih atas semua bantuan dan doanya. 11. Sahabat penulis Ornal Putra Purba yang telah membantu saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 12. Sahabat-sahabat The Bagor : Hermanto Wadanku, Ornal Boss, Alex Aparaku, Anris bobiku, Mangasi, Monic, Janri king, Charles, Willy, Junedi, Ihut, Sony, Blucer, Oji, Wira, dan bang Iqbal yang telah memberi

6 masukan dan semangat kepada penulis dan semua pihak yang tidak tersebutkan satu persatu. 13. Teman seperjuangan angkatan 2009 Teknik Elektro: Emil, Lola, Haris, Daniel, James. 14. Buat Bang dedy Terimakasih atas saran, nasihat dan wejangannya. 15. Buat Teman-teman Batalyon A Resimen Mahasiswa USU/Kader Perintis : hermanto, Ornal, Julianto, Hendra Kesuma, Niko, Idris, Saut, Zulvia, Roni, Andi, Thomas, Mastopan dan Alumni terima kasih untuk semangatnya. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritikan dengan tujuan penyempurnaan dan pengembangan penelitian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis mohon perlindungan pada Tuhan Yang Maha Esa, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama buat penulis sendiri. Medan, Februari 2014 Penulis Giat Fransisco Batubara NIM

7 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR.... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI Antena Antena Mikrostrip Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip Model Cavity Parameter Umum Antena Mikrostrip Bandwidth... 12

8 2.5.2 Return Loss Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) Polarisasi Keterarahan(Directivity) Penguatan (Gain) Frekuensi Resonansi Pola Radiasi Antena Mikrostrip Patch Segiempat Aplikasi Mikrostrip Aperture Couple WiMAX Tipe WiMAX Cara Kerja WiMAX Ansoft High Frequency Structure Simulator v Instalasi Ansoft HFSS v Cara Kerja Ansoft HFSS v Perancangan Dasar Model Pada Ansoft HFSS v Proses Pencarian Simulasi Simulator Ansoft HFSS v BAB III PEMODELAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT PENCATUAN APERTURE UNTUK APLIKASI WIMAX MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS V Pemodelan Dasar Pada Ansoft HFSS v

9 3.2 Inisialisasi Model Menjalankan Hasil Rancangan Aplikasi Ansoft HFSS v Spesifikasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX Karakteristik Antena Perancangan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Parameter Pemodelan Pembuatan Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat Memulai HFSS v Memodelkan Substrat Memodelkan Patch Memodelkan Saluran Pencatu Memodelkan Slot Aperture Memodelkan Ruang Batasan (Boundaries) Hasil Perancangan Proses Validation Check Menampilkan Hasil Simulasi Gain VSWR BAB IV ANALISIS SIMULASI MODEL ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT... 61

10 4.1 Hasil Simulasi Model Antena Mikrostrip Patch Segiempat VSWR Untuk Boundaries Yang Berubah-ubah Hasil Perhitungan Antena Mikrostrip Patch Segiempat Secara Teori Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran... 70

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Contoh berbagai macam bentuk antena... 7 Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip... 8 Gambar 2.3 Jenis jenis antena mikrostrip... 8 Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada patch Gambar 2.5 Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth Gambar 2.6 Polarisasi linier Gambar 2.7 Polarisasi menglingkar Gambar 2.8 Polarisasi elips Gambar 2.9 Pola radiasi antena Gambar 2.10 Antena mikrostrip patch segiempat Gambar 2.11 Mikrostrip pada WiMAX Gambar 2.12 Mikrostrip pada WLAN Gambar 2.13 Mikrostrip pada bandpass filter Gambar 2.14 Mikrostrip pada mobile satellite Gambar 2.15 Bidang antena mikrostrip aperture coupled feed Gambar 2.16 Pemakaian alokasi frekuensi pada beberapa negara Gambar 2.17 Jaringan wimax.31 Gambar 2.18 Contoh tampilan 3D Ansoft HFSS V Gambar 2.19 Proses pencarian solusi Ansoft HFSS V Gambar 3.1 Geometri pada Ansoft HFSS V

12 Gambar 3.2 Bentuk bidang kotak pada Ansoft HFSS V Gambar 3.3 Property window yang tampil setelah model dibuat Gambar 3.4 Property window dengan tab attribute Gambar 3.5 Project manager windows pada Ansoft HFSS V Gambar 3.6 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu antena mikrostrip patch circular Gambar 3.7 Antena mikrostrip patch segiempat Gambar 3.8 Diagram alir pemodelan antena mikrostrip patch segiempat Gambar 3.9 Tampilan awal HFSS V Gambar 3.10 Menu Save As Gambar 3.11 Tab attribute pada Substrate Gambar 3.12 Pengisian koordinat untuk letak dan besar substrate Gambar 3.13 Pemberian nilai patch pada tab attribute Gambar 3.14 Pengisian koordinat untuk letak dan besar patch Gambar 3.15 Memodelkan saluran pencatu Gambar 3.16 Pengisian koordinat untuk letak dan besar saluran pencatu Gambar 3.17 Tab attribute pada elemen aperture slot Gambar 3.18 Koordinat aperture slot pada tab command Gambar 3.19 Gambar 3.20 Gambar 3.21 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Koordinat ruang batasan pada tab attribute...54 Koordinat ruang batasan pada tab command..54 Hasil rancangan antena mikrostrip patch segiempat..55 Nilai solusi frekuensi yang diinginkan.56 Pengaturan nilai awal dan akhir frekuensi.. 57

13 Gambar 4.3 Validation check tidak terdapat kesalahan. 58 Gambar 4.4 Pengaturan windows traces untuk gain 59 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Pengaturan windows traces untuk VSWR 60 Grafik VSWR antena mikrostrip patch segiempat yang dimodelkan DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe WIMAX Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Mikrostrip Patch Segiempat Untuk Aplikasi WiMAX Tabel 3.2 Parameter antena mikrostrip patch segiempat Tabel 3.3 Data substrate Tabel 3.4 Data Patch Tabel 3.5 Data saluran pencatu Tabel 4.1 Gain Hasil Simulasi Tabel 4.2 Hasil simulasi dimensi Z size Boundaries diubah dengan radius 10 mm Tabel 4.3 Hasil simulasi dimensi Xsize atau lebar terhadap koordinat sumbu X dengan radius 10 mm dan Ysize atau panjang terhadap koordinat sumbu Y tetap Tabel 4.4 Perbandingan Antara Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Secara Teori... 67