TUGAS AKHIR ANALISA ANTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL PRAKTIKUM B4520 MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS VERSI 10..0 DAN CST MICROWAVE STUDIO 2010 Oleh: MUHAMMAD RUMI RAMADHAN 080402057 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARAA MEDAN 2013
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ANALISA ANTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL PRAKTIKUM B4520 MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS VERSI 10.0 DAN CST MICROWAVE STUDIO 2010 Oleh : NAMA : MUHAMMAD RUMI RAMADHAN NIM : 08 0402 057 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 27 bulan Juli tahun 2013 di depan penguji 1) Ali Hanafiah Rambe, ST,MT : Ketua Penguji 2) Rahmad Fauzi, ST, MT : Anggota Penguji Diketahui oleh : Disetujui Oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si Ir. Arman Sani, MT NIP : 19540531 198601 1 002 NIP : 19631128 199103 1 003
ABSTRAK Untuk mengetahui parameter suatu antena diperlukan analisis yang didasarkan pada berbagai macam asumsi yang bisa diterima secara praktis. Saat ini terdapat sejumlah perangkat lunak yang dapat membantu analisa dalam perancangan antena yang diinginkan. Masing-masing perangkat lunak tersebut menggunakan formulasi pendekatan yang berbeda-beda yang sekaligus menjadi kelebihan masing-masingnya. Dalam Tugas Akhir ini dianalisa Antena Dipole- /2 pada modul praktikum Antenna Trainer B4520 yang dimiliki oleh Laboratorium Sistem Komunikasi Radio (Lab. Antena dan Propagasi). Analisa menggunakan perangkat lunak Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) v10 dengan Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio 2010 dengan mengacu pada nilai parameter antena yang tercantum pada dokumen spesifikasi dan pengukuran langsung di laboratorium. Dari hasil simulasi diperoleh nilai Gain dan pengarahan yaitu 2.115 db db dan 2.122 db dengan menggunakan simulator CST dengan lama waktu simulasi 12 menit 56 detik. Sedangkan perangkat lunak HFSS 2.509999 db dan 2.431961 db dengan lama waktu simulasi 5 menit 14 detik. Kata Kunci : Antena Dipole- /2, HFSS, CST, gain, direktivitas, waktu simulasi i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda Drs.H.Busra SH.MH dan ibunda Eldawati, S.Pd, serta kakanda Yulia Fadilah, drg, Sukma Faizah, SKM dan Ika Andryas,drg yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : ANALISA ANTENA DIPOLE- /2 PADA MODUL PRAKTIKUM B4520 MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS VERSI 10.0 DAN CST MICROWAVE STUDIO 2010 Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir.Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir saya, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas ii
Akhir ini dan telah menjadi sosok inspirasi dalam kehidupan perkuliahan penulis selama ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya. 4. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro : Habibi, Dina, Aulia, Syukur, Harmoko, Rhivki, Pindo, Rama, Rizal, Razi, Aji, Siska, Dian, Ihsan, Uki, Parlin, Ikbal, Muklis, Ari, Eka Rahmat, Edi, Eka, Rasyid, dan segenap angkatan 08 yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu, semoga silaturahmi kita terus terjaga. 5. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio DTE USU. 6. Senior dan junior : Bg Roy, Bg Arif, Bg Komeni, Bg Ryan, Bg Fajar, Bg Hirzi, Kak Fitri, Haditia, Teguh, Arif, serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini. 7. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran. 8. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. iii
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri. Medan, Mei 2013 Penulis M.Rumi Ramadhan NIM. 080402027 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii v viii xi I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 1 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metode Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 II. TEORI DASAR... 6 2.1 Umum... 6 2.2 Gelombang Elektromagnetik... 7 2.3 Pengertian Antena... 8 2.4 Parameter Karakteristik Antena... 8 2.4.1 Direktivitas Antena... 9 2.4.2 Gain Antena... 9 2.4.3 Pola Radiasi Antena... 11 2.4.4 Polarisasi Antena... 11 2.4.5 Beamwidth Antena... 14 v
2.4.6 Bandwidth Antena... 15 2.4.7 Impedansi Antena... 16 2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)... 17 2.5 Antena Isotropis... 19 2.6 Antena Directional... 20 2.6.1 Antena Unidirectional... 20 2.6.2 Antena Omnidirectional... 21 2.7 Antena Dipole - /2... 22 2.8 Komponen pada Antena Dipole- /2... 23 2.8.1 Panjang Antena Dipole- /2... 24 2.8.2 Bahan Antena Dipole- /2... 24 2.9 Parameter Antena Dipole - /2... 25 2.10 Pola Radiasi Antena Dipole... 28 2.11 Aplikasi Metoda Numerik pada Antena... 31 III. SIMULATOR DAN SUMBER DATA... 37 3.1 Umum... 37 3.2 HFSS... 38 3.2.1 Instalasi Ansoft HFSS... 38 3.2.2 Cara Kerja Ansoft HFSS... 40 3.2.3 Perancangan Dasar Model pada Ansoft HFSS... 41 3.2.4 Aplikasi Ansoft HFSS... 46 3.3 CST Microwave Studio... 47 3.3.1 Instalasi CST Microwave Studio... 47 3.3.2 Cara Kerja CST Microwave Studio... 48 vi
3.3.3 Perancangan Dasar Model pada CST Microwave Studio... 50 3.3.4 Aplikasi CST Microwave Studio... 55 3.4 Antena Dipole Modul B4520 Antenna Trainer... 55 3.4.1 Modul B4520 Antenna Trainer... 56 3.4.2 Antena Dipole- /2 Modul B4520... 58 IV. DATA DAN ANALISA... 63 4.1 Prosedur Analisa... 63 4.2 Blok Diagram Pengukuran... 64 4.3 Hasil Pengukuran... 67 4.4 Spesifikasi Komputer Simulasi dan Setting Simulator Antena... 69 4.5 Simulator Ansoft HFSS v.10... 70 4.6 Simulator CST Microwave Studio 2010... 75 4.7 Analisa Antena Dipole- /2 menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010... 80 V. KESIMPULAN DAN SARAN... 83 5.1 Kesimpulan... 83 5.2 Saran... 83 DAFTAR PUSTAKA vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima... 8 Gambar 2.2 Pola Radiasi Antena Directional... 11 Gambar 2.3 Polarisasi Linier... 12 Gambar 2.4 Polarisasi Eliptis... 13 Gambar 2.5 Polarisasi Circular... 14 Gambar 2.6 Beamwidth Antena... 15 Gambar 2.7 Bandwidth Antena... 16 Gambar 2.8 Voltage Standing Wave Ratio... 19 Gambar 2.9 Antena Isotropis... 20 Gambar 2.10 Contoh Antena Unidirectional... 21 Gambar 2.11 Contoh Antena Omnidirectional... 22 Gambar 2.12 Struktur Antena Dipole /2... 23 Gambar 2.13 Beamwidth -3dB... 26 Gambar 2.14 Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole... 29 Gambar 2.15 Koordinat-koordinat Bola... 30 Gambar 2.16 Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi... 31 Gambar 2.17 Diskretisasi Elemen menggunakan Metode Elemen Hingga... 34 Gambar 2.18 Diskretisasi Elemen pada CST Microwave Studio... 35 Gambar 3.1 Tampilan Awal Ansoft HFSS... 39 Gambar 3.2 Diagram Alir yang Menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS... 41 Gambar 3.3 Geometri yang Disediakan Oleh Simulator Ansoft HFSS... 42 viii
Gambar 3.4 Bentuk yang Muncul Setelah Menekan Bidang Balok pada Ansoft HFSS... 43 Gambar 3.5 Property Window yang keluar setelah Model dibuat... 43 Gambar 3.6 Property Window dengan tab attribute... 44 Gambar 3.7 Project Manager Window Pada Ansoft HFSS... 45 Gambar 3.8 Salah satu aplikasi dari Ansoft HFSS yaitu Antena Horn... 46 Gambar 3.9 Tampilan Awal CST Studio Suite 2010... 48 Gambar 3.10 Diagram Alir yang menunjukkan Cara Pencarian Solusi Simulator CST Microwave Studio... 49 Gambar 3.11 Bentuk Dasar Model... 50 Gambar 3.12 Bentuk yang muncul setelah menekan bidang pada CST Microwave Studio... 51 Gambar 3.13 Window Unit... 52 Gambar 3.14 Geometri Model CST Microwave Studio... 53 Gambar 3.15 Window Pengaturan Balok... 53 Gambar 3.16 Model Balok pada CST Microwave Studio... 54 Gambar 3.17 Navigation Tree CST Microwave Studio... 55 Gambar 3.18 Model Antena Horn... 55 Gambar 3.19 Model B4520 Antenna Trainer... 56 Gambar 3.20 Dimensi Antena Dipole- /2... 58 Gambar 3.21 SWR Antena Dipole- /2... 59 Gambar 3.22 Return Loss... 60 Gambar 4.1 Diagram Alir Analisa Antena Dipole- /2... 63 Gambar 4.2 Blok Diagram Modul B4520... 63 ix
Gambar 4.3 Skema Modul B4520... 64 Gambar 4.4 Pola radiasi Pengukuran Antena Dipole- /2... 67 Gambar 4.5 Diagram Simulasi Antena Dipole /2 menggunakan Ansoft HFSS... 69 Gambar 4.6 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi HFSS... 70 Gambar 4.7 Waktu Simulasi HFSS... 74 Gambar 4.8 Diagram Simulasi Antena Dipole /2 menggunakan CST... 75 Gambar 4.9 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi CST MWS... 76 Gambar 4.10 Gain Antena Dipole- /2 pada CST MWS... 77 Gambar 4.11 Data Direktivitas CST MWS... 77 Gambar 4.12 Waktu Simulasi CST Microwave Studio 2010... 78 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Bahan Antena... 25 Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Dipole /2 B4520... 60 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Radiasi Antena... 66 Tabel 4.2 Gain Antena pada Ansoft HFSS... 73 Tabel 4.3 Data Direktivitas HFSS... 73 Tabel 4.4 Tabel Teoritis dan Pengukuran dan Simulasi... 80 Tabel 4.5 Waktu Simulasi... 81 xi