RANCANG BANGUN ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY UNTUK APLIKASI GPS dan LTE

RANCANG BANGUN ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY UNTUK APLIKASI GPS dan LTE Andi Asmi Pratiwi ( D41107087 ) dan Nadhifah ( D41107060) Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Abstrak Pada Tugas Akhir ini telah dirancang Antenna Lungs yang ditujukan untuk aplikasi nirkabel generasi lanjut yang memiliki polarisasi sirkular, khususnya untuk GPS-SAR dan LTE dan mengimplementisakannya ke dalam bentuk prototipe. Perancangan menggunakan software Ansoft High Frequency Structural Simulator (HFSS) v11. Selanjutnya, menganalisis hasil simulasi parameter yang dihasilkan, yaitu Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), koefisien refleksi (S11), pola radiasi, dan axial ratio (AR). Untuk Aplikasi GPS, antena ini berbentuk lingkaran yang dicetak pada bahan dielektrik berbentuk rectangular dengan dimensi L=495 mm, W=280 mm dengan jari-jari patch antena sebesar 120mm yang kemudian dimodifikasi pada bentuk patch-nya sedangkan aplikasi LTE memiliki dimensi L=480 mm, W=300 mm dengan jari-jari patch antenna sebesar 120mm. Pada perancangannya antena Lungs untuk aplikasi GPS beroperasi pada frekuensi 1.2 GHz dan menghasilkan S11= -17.96 dan VSWR = 1.28. Sedangkan untuk aplikasi LTE, beroperasi pada frekuensi 1.96 GHz dengan S11= -10.4 db dan VSWR = 1.85. Di samping itu, dengan menggunakan HFSS v.11, didapatkan nilai axial ratio sebesar 2.3 db untuk aplikasi GPS dan axial ratio sebesar 3 db untuk aplikasi LTE. Kata Kunci : GPS-SAR, LTE, Antena Array, Microstrip, Pola Radiasi, S 11, VSWR, Axial Ratio I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Saat ini perkembangan teknologi nirkabel mengalami kemajuan yang sangat pesat. Di masa yang akan datang diperkirakan komunikasi data akan lebih banyak membutuhkan perhatian khusus karena kebutuhan tersebut akan jauh lebih meningkat daripada layanan suara. Karena itu, saat ini sedang dikembangkan teknologi akses dan sistem lainnya yang akan mampu menyesuaikan dengan kebutuhan tersebut. Namun, seharusnya perlu juga diberi perhatian lebih pada perancangan antena yang mampu melayani kebutuhan pada sistem komunikasi nirkabel tersebut. I.2. Perumusan Masalah Permasalahan yang dijadikan sebagai fokus studi dalam penelitian terkait rancang bangun antena ini akan mencakup beberapa hal yaitu : 1. Menentukan beberapa parameter dari Antena yang bekerja di frekuensi 1.2 GHz dan 1.96 GHz. 2. Mendesain Antena yang optimal dan cocok untuk aplikasi GPS-SAR dan LTE sesuai dengan parameter dan karakteristik yang diinginkan dengan menggunakan software High Frequency System Simulator 11 (HFSS 11). 3. Membuat prototype Antena yang optimal dan cocok untuk aplikasi GPS- SAR dan LTE sesuai dengan hasil desain dengan menggunakan software High Frequency System Simulator 11 (HFSS 11). 4. Menganalisis dan mengevaluasi parameter S 11, VSWR, pola radiasi, dan Axial Ratio dari hasil simulasi Antena di frekuensi 1.2 GHz dan 1.96 GHz. I.3. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mendesain antena untuk aplikasi GPS-SAR dan LTE sesuai dengan karakteristik antena yang diinginkan dengan menggunakan software High Frequency Structure Simulator 11 (HFFS v11) yang beroperasi pada frekuensi 1.2 GHz dan 1.96 GHz. 2. Mendapatkan karakteristik antena berupa S11, VSWR, pola radiasi, dan Axial Ratio.

3. Mengimplementasikan desain antena ke dalam bentuk fisik 4. Mengukur karateristik Prototype yang telah dibuat. 5. Membandingkan dan menganalisis karakteristik antara desain antena dengan Prototype antena yang telah dibuat. I.4. Batasan Masalah Berdasarkan perumusan-perumusan masalah dan tujuan penelitian di dalam tahap perancangan antena ini, dan untuk menentukan arah studi terkait, maka akan dibatasi sejumlah hal dalam penelitian ini yakni diantaranya : 1. Perancangan desain Antena yang sesuai dengan parameter dan karakteristik yang bekerja di frekuensi 1.2 GHz dan 1.96 GHz dengan menggunakan software HFSS v11. 2. Parameter yang dianalisis dan dievaluasi yaitu S 11, VSWR, pola radiasi, dan axial ratio dari hasil simulasi dan pengukuran desain Antena di frekuensi 1.2 GHz dan 1.96 GHz. 3. Pembuatan protipe menggunakan bahan dan alat yang tersedia umum di pasaran. Untuk Antena mengggunakan PCB dengan bahan FR4 Epoxy dan mempunyai ketebalan 1.6 mm. I.5. Metodologi Penelitian Tahapan-tahapan yang ditempuh dalam penelitian untuk penyusunan Tugas Akhir ini dimulai dengan studi pustaka menggunakan beberapa literatur berupa buku-buku teks dan jurnal internasional yang relevan dengan permasalahan yang dikaji dan software yang digunakan. Mengacu pada hasil studi pustaka, ditentukan frekuensi kerja (f o ), permitivitas relatif (ε r ), ketebalan dielectric(h), dan impedansi input (Z o ). Berdasarkan dimensi yang telah ditentukan, dihitung dimensi patch. Langkah selanjutnya adalah perancangan dan simulasi menggunakan software Ansoft High Frequency Structural Simulator (Ansoft HFSS) v11. Hasil simulasi yang optimal selanjutnya dibuat dalam bentuk sebuah prototipe sebagai bahan analisis untuk perbandingan antara simulasi menggunakan softwareansoft HFSS v11 dengan hasil pengujian prototipe. Tahapan akhir yang dilakukan adalah membuat simpulan mengenai hasil yang dicapai pada penelitian. I.5.1 Waktu dan Tempat Penelitian Waktu penelitian pada studi ini dimulai sejak November 2010 sampai Januari 2012 bertempat di Laboratorium Telematika Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. I.5.2 Objek Penelitian Objek penelitian pada studi ini adalah Antena untuk aplikasi GPS- SAR pada frekensi 1.2 GHz dan aplikasi LTE pada frekuensi 1.96 GHz. I.5.3 Teknik Penelitian a. Jenis Penelitian Pada studi dihitung dimensi antena yang sesuai dengan frekuensi yang digunakan kemudian melakukan langkah modifikasi pada software Ansoft HFSS v11. Selain itu juga melakukan pengujian prototipe dengan menggunakan alat Vector Network Analyzer E5017C dan Antenna Trainer ED-3200. b. Alat dan Bahan Perancangan Antena Microstrip menggunakan beberapa alat dan bahan antara lain : 1. Printed Circuit Board (PCB) dual Layer. 2. SMA Connector 3. Vector Network Analyzer E5017C 4. Antenna Trainer ED-3200 5. Soldering Tools 6. Ferrite Chloride 7. Software Ansoft HFSS v11 8. Software PCAAD 5 9. Software AutoCAD 2009 10. Sofware Matlab R2008a. c. Teknik Pengolahan Data Pada studi ini, diperoleh nilai parameter koefisien refleksi (S 11 ), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) serta pola radiasi menggunakan software Ansoft HFSS v11. Hasil simulasi dianalisa berdasarkan referensi dari beberapa hasil penelitian dan jurnaljurnal internasional. Selanjutnya data yang diperoleh divalidasi menggunakan software MATLAB R2008a. Proses validasi dilakukan dengan membandingkan data yang diperoleh dari hasil simulasi dengan hasil pengujian prototipe. Dari hasil perbandingan, dianalisis dan dibuat simpulan.

I.6. Sistematika Penulisan Laporan Tugas Akhir ini disusun dengan menggunakan sistematika sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Merupakan bab yang membahas tentang latar belakang penulisan, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Merupakan bab yang membahas tentang teori, fungsi, struktur dan bagian-bagian mengenai antena untuk aplikasi GPS-SAR dan LTE. BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA ARRAY Merupakan bab yang membahas tentang metodemetode yang digunakan dalam perancangan Antena Lungs untuk aplikasi GPS-SAR dan LTE. BAB IV UNJUK KERJA ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY Merupakan bab yang membahas tentang hasil perancangan Antena Lungs untuk aplikasi GPS-SAR dan LTE. BAB V PENUTUP Merupakan bab yang membahas tentang kesimpulan dari uraian keseluruhan isi bab dan saran-saran yang perlu dikemukakan. II. LANDASAN TEORI II.1 UMUM Pada bab ini dijelaskan tentang Next Generation Network dan pengenalan antena yaitu parameter-parameter antena yang meliputi parameter S, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), pola radiasi antena, lebar beam (beamwidth), keterarahan (directivity), penguatan (gain), lebar pita (bandwidth), polarisasi, impedansi input. Dan kemudian akan dijelaskan juga mengenai Antena Microstrip dan Antena. II.2 NEXT GENERATION NETWORK Dalam era perkembangan teknologi informasi dan komunikasi yang demikian cepat, masyarakat modern memerlukan adanya sarana komunikasi yang handal dan canggih. Sarana komunikasi yang dibutuhkan tersebut harus berorientasi untuk memenuhi kebutuhan layanan yang berlaku tidak hanya saat ini, namun juga diorientasikan untuk memenuhi kebutuhan layanan di masa mendatang. [ 18] Di samping itu berkembangnya jaringan komunikasi bergerak dan permintaan yang tumbuh dengan cepat terhadap komunikasi personal, menyebabkan kebutuhan akan mobilitas tinggi dalam berkomunikasi akan tumbuh makin kuat diantara pengguna jasa telekomunikasi. Maka dapat ditarik kesimpulan bahwa Next Generation Network (NGN) harus mampu mendukung karakteristik sistem komunikasi bergerak, dengan terminal yang portable dan memenuhi persyaratan komunikasi bergerak yang ada.[18 ] II.3 GPS ( GLOBAL POSISSION SYSTEM ) Global Positioning Sistem (GPS) adalah sebuah sistem navigasi radio yang sangat luas, yang terbentuk dari kumpulan 24 satelit dan stasiun monitornya di bumi. Ada 5 stasiun monitor yaitu : Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, and Colorado Springs. Stasiun ini bertugas mengawasi kedudukan satelit satelit di luar angkasa dan operasionalnya. Satelit-satelit tersebut mengirimkan sinyal ke pesawat penerima GPS. Pesawat penerima GPS sendiri telah dibuat sekecil mungkin dan sangat ekonomis. [20] II.4 LTE (LONG TERM EVOLUTION) LTE didefinisikan dalam standar 3GPP (Third Generation Partnership Project) release 8 dan juga merupakan evolusi teknologi 1xEV-DO sebagai bagian dari roadmap standar 3GPP2. Teknologi ini diklaim dirancang untuk menyediakan efisiensi spektrum yang lebih baik, peningkatan kapasitas radio, latency dan biaya operasional yang rendah bagi operator serta layanan mobile broadband kualitas tinggi untuk para pengguna.[17] II.5 TERMINOLOGI ANTENA Antena (antenna atau areal) didefinisikan sebagai suatu struktur yang berfungsi sebagai media transisi antara saluran transmisi atau pemandu gelombang dengan udara, atau sebaliknya. Karena merupakan perangkat perantara antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan saluran pencatunya.[21] Secara umum, antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena omnidirectional, antena directional, antena phase array, antena optimal dan antena adaptif. Antena isotropis (isotropic)

merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Antena ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke segala arah dan bentuk pola radiasinya digambarkan seperti bentuk donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena ini ada dalam kenyataan dan dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks. Contoh antena ini adalah antena dipole setengah panjang gelombang. Antena directional merupakan antena yang memancarkan daya ke arah tertentu. Gain antena ini relatif lebih besar dari antena omnidirectional. [21] II.6 PARAMETER-PARAMETER ANTENA Untuk menggambarkan unjuk kerja suatu antena, sangat penting untuk memahami parameter-parameter antena. Beberapa parameter saling berhubungan dan tidak semua perlu ditentukan untuk gambaran keseluruhan dari kinerja antena. Jenis parameter-parameter antena menurut IEEE Standard Definition of Terms for Antennas, yaitu pola radiasi, intensitas radiasi, lebar beam (beamwidth), keterarahan (directivity), penguatan (gain), lebar pita (bandwidth), polarisasi, dan impedansi input [1]. Parameter lain yang turut menentukan keberhasilan unjuk kerja antena yaitu Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), dan koefisien refleksi (S 11 ). III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA ARRAY Secara umum, alur diagram research framework perancangan antena microstrip array diilustrasikan pada Gambar III.1 Mulai Studi Pustaka Menentukan Parameter Antena Microstrip untuk GPS-SAR dan LTE 1. Frekuensi Kerja (f o ) 2. Konstanta Dielektrik (ε r ) 3. Ketebalan Dielektrik (h) 4. Dimensi Patch (R) 5. Impedansi Input (Z o ) Menghitung Dimensi Antena Microstrip Mengatur Parameter Antena Array Membuat Desain Antena Simulasi dengan HFSS untuk Mendapatkan Parameter Koefisien Refleksi (S 11 ), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), dan Pola Radiasi Prototipe / Modifikasi Kualitas Pengukuran Baik? Selesai Gambar III.1 Framework perancangan Antena Microstrip Array

III.1 PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP ARRAY UNTUK APLIKASI GPS-SAR Antena Lungs yang dirancang ini berfungsi sebagai antena untuk Global Posision System-Sinthetic Apperture Radar (GPS-SAR). Perancangan Antena Lungs melewati tiga tahapan utama. Pertama, menentukan spesifikasi dan dimensi desain antena Lungs. Kedua adalah perancangan dengan software Ansoft HFSS v.11 hingga diperoleh hasil yang diharapkan. Ketiga adalah proses pembuatan prototipe untuk menguji keberhasilan perancangan. III.1.1 Perancangan awal Lung Microstrip Antenna Parameter penting dalam mendesain antena microstrip, yaitu : Frekuensi operasi (f o ) : Frekuensi resonansi dari antena adalah 1.2 GHz dan 1.96 GHz. Permitivitas relatif (ε r ) : Bahan dielektrik yang dipakai dalam desain ini adalah FR4-Epoxy yang memiliki ε r = 4.4. Pemilihan bahan substrat ini berdasarkan kemudahan memperolehnya, karena sering digunakan untuk produksi massal produkproduk konsumer elektronik. Sedangkan untuk patch dan ground plane menggunakan Perfect Electric Conductor (PEC) dengan ε r = 1. Tebal substrat dielektrik (h) : Bahan substrat dielektrik yang digunakan memiliki ketebalan 1.6 mm. Alasan pemilihan dimensi ini adalah karena banyak tersedia di pasaran sehingga lebih mudah diperoleh. Dimensi patch (a) : Patch terbentuk dari beberapa bentuk patch yang di-substrate. Dimensi patch diperoleh dari hasil perhitungan matematis sesuai dengan rumus perhitungan jari-jari antenna circular patch. Kemudian dilakukan langkah modifikasi untuk memperoleh hasil yang optimal. Impedansi : Impedansi Input yang digunakan dalam perancangan Antena Microstrip ini sebesar 50 Ω. { [ ( ) ]} III.1.2 Perancangan Akhir Antena Lungs Microstrip Array Hal yang penting dalam mendesain sebuah Antena adalah sebagai berikut: Jarak antar elemen microstrip. Jarak antar elemen dipilih yaitu sebesar λ/8. Jarak tersebut dipilih karena untuk mengurangi efek dari grating lobe. Panjang feeder yang dipilih adalah λ/4 dan λ/2. Konfigurasi Feeder Array yang digunakan adalah parallel feed array. Konfigurasi ini menggunakan power splitter yang berfungsi membagi daya untuk impedansi 50 Ω pada feeder. Lebar feeder antara elemen adalah 0.68 mm. Lebar feeder untuk Antena adalah 3mm. Kedua lebar feeder ini diperoleh dari software PCAAD 5 Dengan asumsi awal penggunaan konfigurasi λ/4 impedance transformer lines yang menyesuaikan impedansi feeder elemen 100 Ω dengan feeder antena 50 Ω, dilakukan perancangan desain dengan merujuk pada software PCAAD. Berdasarkan Software tersebut, diperoleh lebar feeder elemen = 0.68 mm dan lebar feeder antenna = 3 mm. Panjang feeder elemen adalah λ/8 = 31.25 mm. Dari hasil perhitungan diperoleh gambar seperti pada Gambar III.9. Dengan asumsi awal tebal substrat h = 1.6 mm, ε r = 4.4 dan f o = 1.2 GHz, dilakukan perancangan desain dengan merujuk pada persamaan ( II.20) : Gambar III.9 Struktur Desain Akhir Antena Lungs Microstrip Array

db(s(lumpport1,lumpport1)) VSWR(LumpPort1) III.1.3 Simulasi Rancangan Akhir Antena Lungs Microctrip Array Secara umum, dalam perancangan antena ini, unjuk kerja antena hasil simulasi ditinjau dari 4 parameter, antara lain: Koefisien Refleksi (S11) Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Pola Radiasi, dan Axial Ratio (AR) III.1.3.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) XY Plot 3 40.00 30.00 20.00 10.00 m1 0.00-10.00-20.00 Name X Y VSWR(LumpPort1) -30.00 m1 1.2000 1.2892 Setup1 : Sw eep1-40.00-50.00 Nilai S11 dan VSWR menunjukkan kemampuan antena yang dirancang mampu bekerja pada frekuensi yang diinginkan sedangkan nilai axial ratio (AR) menunjukkan kemampuan antenna memiliki polarisasi melingkar. Antena dianggap bekerja dengan baik pada frekuensi tertentu jika S11 menunjukkan nilai di bawah -10 db dan VSWR di bawah 2. Sementara, karakteristik polarisasi melingkar dari antena dapat diketahui dari unjuk kerja dengan nilai axial ratio 3 db. Dengan desain akhir perancangan antenna seperti Gambar III.9 di atas, diperoleh hasil simulasi karakteristik dan unjuk kerja antena sebagai berikut: III.1.3.1 Koefisien Refleksi (S11) 5.00-0.00-5.00-10.00-15.00-20.00 m1 XY Plot 1 Name X Y m1 1.2000-17.9697 db(s(lumpport1,lumpport1)) Setup1 : Sw eep1-25.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] Gambar III.10 Plot S11 Simulasi hasil akhir Antena Ansoft Lungs Corporation Gambar III.10 menunjukkan hasil simulasi akhir dari antena yang merupakan hasil modifikasi bentuk patch. Dapat diperhatikan bahwa koefisien refleksi (S11) sesuai dengan hasil yang diharapkan. Dengan acuan -10 db, antena ini bekerja pada frekuensi 1.2 GHz dengan lebar pita 1.12 GHz hingga 1.24 GHz. -90-120 -150 Radiation Pattern 1 Radiation 0 Pattern 1-150 -60.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] -180 150 120 90-120 Radiation Pattern 2 Radiation Pattern 2 0-30 30 db10normalize(gaintotal) -30 30-6.00 0 Setup1 : LastAdaptive 0.04 0-30 30 db10normalize(gaintotal) -30-12.00-6.00 0.03-60 60-60 Setup1 : LastAdaptive 60 0.04-60 -18.00-12.00 0.02 0.03-60 60-24.00 0.01 0.02-18.00-90 -24.00 90-90 0.01 90-120 Gambar III.11 Plot VSWR Simulasi Akhir Antena Lungs Nilai VSWR yang ditunjukkan pada Gambar III.11 menunjukkan unjuk kerja yang memenuhi standar antenna bekerja dengan baik pada frekuensi 1.2GHz dengan nilai 2. III.1.3.3 Pola Radiasi Pada Gambar III.12 diperlihatkan pola radiasi dari dimensi akhir Antena Lungs. Pada bidang azimuth, pola radiasinya berbentuk lingkaran dan pada bidang elevation pola radiasinya berbentuk angka 8 sehingga disebut pola radiasi omni directional. Pada bidang Azimutal, di sudut 0 o nilai gain ternormalisasi adalah 0 db dan pada sudut 90 o nilai gain ternormalisasi adalah -12.774 db. Sedangkan pada bidang Elevation, di sudut 0 o nilai gain ternormalisasi adalah -0.087 db dan pada sudut 90 o nilai gain ternormalisasi adalah -7.949 db. Pola radiasi dalam dua dimensi diperlihatkan pada Gambar III.12 (a) dan Gambar III.12 (b). dan dalam 3 dimensi diperlihatkan pada Gambar III.13. -180 150 (a) 120-150 -90-180 -120 150-150 120-180 (b) 30 150 60 120 90 GainTotal Setup1 : LastAdaptive GainTotal Setup1 : LastAdaptive Gambar III.12 Pola radiasi dua dimensi untuk Antena Lungs (a) Medan Listrik (b) Medan Magnet

db(axialratiovalue) Gambar III.13 Pola Radiasi Tiga Dimensi untuk Antena Lungs Pada Gambar III.13 menunjukkan pola radiasi 3 dimensi. Pancaran pola radiasi maksimum berwarna merah, sedangkan pancaran pola radiasi mínimum berwarna biru. III.1.3.4 Axial Ratio ( AR ) 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 Name X Y m1 1.2000 2.3039 m1 XY Plot 2 db(axialratiovalue) Setup1 : Sw eep1 0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] III.2.1 Perancangan Akhir Antena Lungs Microstrip Array Hal yang penting dalam mendesain sebuah Antena adalah sebagai berikut: Jarak antar elemen microstrip. Jarak antar elemen dipilih yaitu sebesar λ/8. Jarak tersebut dipilih karena untuk mengurangi efek dari grating lobe. Panjang feeder yang dipilih adalah λ/4 dan λ/2. Konfigurasi Feeder Array yang digunakan adalah parallel feed array. Konfigurasi ini menggunakan power splitter yang berfungsi membagi daya untuk impedansi 50 Ω pada feeder. Lebar feeder antara elemen adalah 0.7mm. Lebar feeder untuk Antena adalah 3mm. Kedua lebar feeder ini diperoleh dari hasil software PCAAD. Dengan asumsi awal penggunaan konfigurasi λ/4 impedance transformer lines yang menyesuaikan impedansi feeder elemen 100 Ω dengan feeder antena 50 Ω, dilakukan perancangan desain dengan merujuk pada software PCAAD. Berdasarkan Software tersebut, diperoleh lebar feeder elemen = 0.7 mm dan lebar feeder antenna = 3 mm. Panjang feeder elemen adalah λ/8 = 19.125 mm. Hasil dimensi Akhir diperoleh tabel seperti Tabel III.6. Dan diperoleh gambar III.23. Gambar III.14 Plot AR Simulasi Akhir Antena Lungs Axial Ratio pada plot di atas menentukan performansi polarisasi melingkar dari antena hasil perancangan pada frekuensi 1.2 GHz. III.2 PERANCANGAN ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY untuk APLIKASI LTE Antena Lungs yang akan dirancang ini berfungsi sebagai antena untuk 4G Long Term Evolution (LTE). Perancangan Antena Lungs akan melewati tiga tahap utama. Pertama, menentukan spesifikasi dan dimensi desain Antena Lungs. Kedua adalah perancangan dengan software Ansoft HFSS v.11 hingga diperoleh hasil yang diharapkan. Ketiga adalah proses pembuatan prototipe untuk menguji keberhasilan perancangan. Gambar III.22 Struktur desain akhir Antena Lungs III.2.2 Simulasi Rancangan Akhir Antena Lungs Microctrip Array Secara umum, dalam perancangan antenna ini, unjuk kerja antenna hasil simulasi ditinjau dari 4 parameter, antara lain: Koefisien Refleksi (S11) Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

db(s(waveport1,waveport1)) VSWR(WavePort1) 0.08 Pola Radiasi, dan Axial Ratio (AR) Nilai S11 dan VSWR menunjukkan kemampuan antenna yang dirancang mampu bekerja pada frekuensi yang diinginkan sedangkan nilai axial ratio (AR) menunjukkan kemampuan antenna memiliki polarisasi melingkar. Antena dianggap bekerja dengan baik pada frekuensi tertentu jika S11 menunjukkan nilai di bawah -10 db dan VSWR di bawah 2. Sementara, karakteristik polarisasi melingkar dari antena dapat diketahui dari unjuk kerja dengan nilai axial ratio 3 db. Dengan desain akhir perancangan antenna seperti Gambar III.23 di atas, diperoleh hasil simulasi karakteristik dan unjuk kerja antenna sebagai berikut. III.2.2.1 Koefisien Refleksi (S11) 0.00-5.00-10.00-15.00-20.00-25.00 Name X Y m1 1.9600-10.4496 S11 m1 db(s(waveport1,waveport1)) Setup1 : Sw eep1 Nilai VSWR yang ditunjukkan pada Gambar III.24 menunjukkan unjuk kerja yang memenuhi standar antenna bekerja dengan baik pada frekuensi 1.96 GHz dengan nilai 2. III.2.3.3 Pola Radiasi Dimensi Pada Gambar III.25 diperlihatkan pola radiasi dari dimensi akhir Antena Microstrip. Pada bidang azimuth, pola radiasinya hampir menyerupai lingkaran dan pada bidang elevation pola radiasinya berbentuk 2 buah angka 8 hanya saja memiliki lobe yang tidak diinginkan. Pada bidang Azimutal, di sudut 0 o nilai gain ternormalisasi adalah -14.425 db dan pada sudut 90 o nilai gain ternormalisasi adalah -10.769 db. Sedangkan pada bidang Elevation, di sudut 0 o nilai gain ternormalisasi adalah -11.309 db dan pada sudut 90 o nilai gain ternormalisasi adalah -7.762 db. Pola radiasi dalam dua dimensi diperlihatkan pada Gambar III.25 (a) dan Gambar III.25 (b). dan dala 3 dimensi diperlihatkan pada Gambar III.26-30 Elevation 0-7.00 30 db10normalize(gaintotal) Setup1 : LastAdaptive -30 Azimuth 0 0.32 30 GainTotal Setup1 : LastAdaptive -30.00-35.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] -60-14.00-21.00-28.00 60-60 0.24 0.16 60 Gambar III.23 Plot S11 Simulasi akhir Antena Lungs -90 90-90 90 Gambar III.3 menunjukkan hasil simulasi akhir dari antena yang merupakan hasil modifikasi bentuk patch. Dapat diperhatikan bahwa koefisien refleksi (S11) sesuai dengan hasil yang diharapkan. Dengan acuan -10 db, antena ini bekerja pada frekuensi 1.96 GHz dengan lebar pita 1.92 GHz hingga 2.02 GHz -120-150 -180 (a) 150 120-120 -150-180 (b) Gambar III.25 Pola radiasi dua dimensi untuk Antena Lungs (a) Medan Magnet (b) Medan Listrik 150 120 III.2.3.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) 15.00 VSWR Name X Y m1 1.9600 1.8583 VSWR(WavePort1) Setup1 : Sw eep1 10.00 5.00 m1 0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] Gambar III.24 Plot VSWR Simulasi Akhir Antena Lungs Gambar III.26 Pola radiasi tiga dimensi untuk Antena Lungs Gambar III.26 menunjukkan pola radiasi 3 dimensi. Pancaran pola radiasi maksimum berwarna merah,

db(axialratiovalue) sedangkan pancaran pola radiasi minimum berwarna biru. III.2.3.4 Axial Ratio ( AR ) 60.00 Name X Y 50.00 m1 1.9600 2.2908 AR db(axialratiovalue) Setup1 : Sw eep1 40.00 30.00 20.00 Gambar III.28 Hasil Lay Out Desain Antena Lungs untuk aplikasi GPS-SAR 10.00 m1 0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Freq [GHz] Gambar III.27 Plot AR Simulasi Akhir Antena Lungs Axial Ratio pada plot di atas menentukan performansi polarisasi melingkar dari antenna hasil perancangan pada frekuensi 1.96 GHz. III.3 PEMBUATAN PROTOTIPE ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY Berdasarkan hasil perancangan pada software Ansoft HFSS v.11 seperti pada Gambar III.9 dan Gambar III.22, maka dibuat prototipe Antena Model lungs. Antena Microstrip ini merupakan potongan (patch) logam yang biasanya terbuat dari tembaga yang dicetak tipis pada dasar dielektrik yang ditanahkan. Patch sebagai pelat yang meradiasikan daya dari sebuah dielectric dengan ketebalan h. Ground plane dan patch dihubungkan oleh sebuah SMA Connector yang biasanya terbuat dari bahan tembaga. Teknik feeding yang digunakan dalam perancangan ini adalah Microstrip line. Adapun tahap-tahap yang dilakukan adalah sebagai berikut : Meng-convert model desain sesuai Gambar III.9 dan Gambar III.22 pada software Auto Cad 2009 Desain yang diperoleh berdasarkan hasil perancangan pada software Ansoft HFSS v11 selanjutnya dibuat layout pada Printed Circuit Board (PCB). Gambar III.29 Hasil Lay Out Desain Antena Lungs untuk aplikasi LTE Men-sablon PCB sesuai model yang telah dibuat dengan menggunakan Software AutoCad 2009 Mengeringkan PCB yang telah disablon. Setelah hasil sablon didapatkan, maka dilakukan tahap pembuatan prototipe. Bahan dan alat yang digunakan meliputi PCB FR4-Epoxy dual layer, tinta sablon,, software Auto Cad 2009, SMA Connector, timah, Ferrite Chloride / pelarut PCB, dan solder. Tahap-tahap yang dilakukan dalam pembuatan prototipe Antena Microstrip sebagai berikut : Melarutkan Ferrite Chloride dengan menggunakan air panas dalam suatu wadah. Merendam desain yang telah tersablon dalam larutan tersebut selama ± 15 menit hingga daerah yang tidak tersablon terangkat. Mengangkat PCB dari larutan kemudian mencucinya dengan air hangat. Selanjutnya, menggosok bagian PCB yang tersablon dengan menggunakan ampelas halus. Memasang SMA Connector pada ujung PCB, kemudian mensolder bagian atas dan bawah PCB untuk dilekatkan dengan SMA Connector.

Berikut merupakan hasil prototipe antena Lungs yang telah dibuat melalui tahapan-tahapan yang telah dijelaskan sebelumnya. dihindari pada saat melakukan pengujian kinerja prototipe. Antena Microstrip ini menggunakan Antenna Trainner System ED-3200 sebagai main controller-nya. Transmitter yang digunakan adalah Monopole Antenna 2 GHz. IV.1 Alat Ukur Pengujian Rancang Bangun Sistem- Sistem Antena Gambar III.30 Hasil rancangan prototipe Antena Lungs untuk aplikasi GPS-SAR Gambar III.31 Hasil rancangan prototipe Antena Lungs untuk aplikasi LTE IV. UNJUK KERJA ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY Setelah proses perancangan dan pembuatan antena, perlu dilakukan pengujian untuk menilai unjuk kerja keberhasilan perancangan suatu antena. Dalam mengujinya, diperlukan beberapa parameter. Parameter tersebut antara lain adalah koefisien refleksi (S11), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), pola radiasi berdasarkan sudut pandang dua dimensi (2D). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengujian ini adalah: Salah satu karakteristik Antena Microstrip yaitu memiliki penguatan yang kecil. Pengukuran dilakukan bukan di dalam ruangan yang bebas interferensi (anechoic chamber) sehingga pengaruh interferensi tidak dapat Beberapa karakteristik antena yang akan diukur yaitu S11, VSWR, dan pola radiasi. Alat ukur yang digunakan adalah Vector Network Analyzer ENA E5071C dan ED 3200. Vector Network Analyzer ENA E5071C IV.2 KONFIGURASI PENGUKURAN Untuk pengukuran koefisien refleksi (S11), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan pola radiasi menggunakan Vector Network Analyzer 5017C. Pertama tama saluran dari prototipe antenna Lungs dan Circular Waveguide dihubungkan dan dikalibrasi pada Vector Network Analyzer. 5017C (untuk keadaan open circuit, short circuit dan load). Sedangkan untuk pengukuran pola radiasi, prototipe Antena Lung bertindak sebagai receiver dan yang bertindak sebagai transmitter adalah antena Monopole 2 GHz. Pengukuran ini dilakukan dalam dua kondisi yaitu, kondisi pengukuran pola radiasi medan listrik dan kondisi pengukuran pola radiasi medan magnet. Pengukuran ini dilakukan dengan merotasi tower antena penerima secara otomatis melalui kontrol PC 3600 dan pengambilan data dilakukan setiap kenaikan 1 o. IV.3 PENGUKURAN PROTOTIPE ANTENA LUNGS MICROSTRIP ARRAY IV.3.1 PENGUKURAN GPS IV.3.1.1 Koefisien Refleksi (S11) Berdasarkan hasil pengukuran yang ditunjukkan pada Gambar IV.3, antena Microstrip memiliki koefisien refleksi (S11) sesuai dengan hasil yang diharapkan yaitu -12.032 db. Dengan acuan -10 db, antena Microstrip ini bekerja di

frekuensi 1.2 GHz dengan lebar pita dari 1.19 GHz hingga 1.27 GHz. dalam dua kondisi yaitu, kondisi pengukuran pola radiasi medan listrik dan kondisi pengukuran pola radiasi medan magnet. a. Pola Radiasi Antena pada Medan Magnet Pola radiasi pada medan magnet dapat diukur dengan melihat daya penerimaan antena pada arah Azimuthnya. Kedua antena tersebut diatur seperti terlihat pada gambar di bawah. Gambar IV.3 Koefisien Refleksi (S11) hasil pengukuran antenalungs IV.3.1.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Gambar IV.7 Konfigurasi pengukuran pola radiasi antena pada medan magnet Gambar IV.5 VSWR untuk pengukuran Antena Lungs Microstrip Aray VSWR pada Gambar IV.5 yang merupakan hasil pengukuran antena hasil prototipe Lungs. VSWR dari hasil pengukuran telah memberikan nilai yang ideal (VSWR 2). Pada frekuensi 1.2 GHz menujukkan nilai 1.6955. Perbandingan VSWR dari hasil simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar IV.6. VSWR yang dihasilkan pada hasil pengukuran menunjukkan nilai yang hampir sama namun pada frekuensi sekitar 2.1 GHz - 2.2 GHz terdapat perbedaan yang signifikan. IV.3.1.3 Pola Radiasi Kedua antena yakni receiver dan transmitter yang telah telah diatur dan terhubung ke perangkat dihadapkan dengan jarak 1 m kemudian diputar tiap 1 o searah jarum jam. Pengukuran ini dilakukan Gambar IV.8 Posisi antena pada pengukuran pola radiasi medan magnet b. Pola Radiasi Antena pada Medan Listrik Pola radiasi pada medan listrik dapat diukur dengan melihat daya penerimaan antena pada arah elevasinya. Gambar IV.9 Konfigurasi pengukuran pola radiasi antena pada medan listrik

Gambar IV.10 Posisi antena pada pengukuran pola radiasi medan listrik Data yang telah diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui software Matlab 7.6 (Matlab R2008a) untuk gambar pola radiasi seperti di bawah ini Gambar IV.12 Koefisien Refleksi (S11) hasil pengukuran Antena Lungs IV.3.2.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) (a) (b) Gambar IV.11 Gambar Hasil Pengukuran Pola Radiasi 2D (a) Azimuth (b) Elevation Pola radiasi pada hasil pengukuran terlihat tidak menyerupai pola radiasi hasil simulasi disebabkan oleh sulitnya mencapai dimensi yang tepat pada proses pembuatan prototipe sesuai dimensi pada simulasi. IV.3.2 PENGUKURAN LTE IV.3.2.1 Koefisien Refleksi (S11) Berdasarkan hasil pengukuran yang ditunjukkan pada Gambar IV.11, antena Microstrip memiliki koefisien refleksi (S11) sesuai dengan hasil yang diharapkan yakni -11.355 db. Karakteristik multiband berhasil diperoleh dengan acuan jumlah frekuensi yang beresonansi di bawah nilai -10 db. Dengan acuan -10 db, antena Microstrip ini bekerja di frekuensi 1.96 GHz dengan lebar pita dari 1.91 GHz hingga 1.99 GHz. Gambar IV.14 VSWR untuk pengukuran Antena Lungs VSWR pada Gambar IV.12 yang merupakan hasil pengukuran antena hasil prototipe Lungs. VSWR dari hasil pengukuran telah memberikan nilai yang ideal (VSWR 2). Pada frekuensi 1.96 GHz menujukkan nilai 1.721. Perbandingan VSWR dari hasil simulasi dan pengukuran dapat dilihat pada Gambar IV.13. VSWR yang dihasilkan pada hasil pengukuran menunjukkan nilai yang hampir sama IV.3.2.3 Pola Radiasi Sama seperti pengukuran antena sebelumnya, kedua antena yakni receiver dan transmitter yang telah telah diatur dan terhubung ke perangkat dihadapkan dengan jarak 1 m kemudian diputar tiap 1 o searah jarum jam. Pengukuran ini dilakukan

dalam dua kondisi yaitu, kondisi pengukuran pola radiasi medan listrik dan kondisi pengukuran pola radiasi medan magnet. a. Pola Radiasi Antena pada Medan Magnet Pola radiasi pada medan magnet dapat diukur dengan melihat daya penerimaan antena pada arah Azimuthnya. Kedua antena tersebut diatur seperti terlihat pada gambar di bawah. Gambar IV.19 Posisi antena pada pengukuran pola radiasi medan listrik Data yang telah diperoleh dari hasil pengukuran diolah melalui software Matlab 7.6 (Matlab R2008a) untuk gambar pola radiasi seperti di bawah ini : Gambar IV.16 Konfigurasi pengukuran pola radiasi antena pada medan magnet Gambar IV.17 Posisi antena pada pengukuran pola radiasi medan magnet b. Pola Radiasi Antena pada Medan Listrik. Pola radiasi pada medan listrik dapat diukur dengan melihat daya penerimaan antena pada arah elevasinya. (a) (b) Gambar IV.20 Gambar Hasil Pengukuran Pola Radiasi 2D (a) Azimuth (b) Elevation. Pola radiasi pada hasil pengukuran terlihat tidak menyerupai pola radiasi hasil simulasi disebabkan oleh sulitnya mencapai dimensi yang tepat pada proses pembuatan prototipe sesuai dimensi pada simulasi. Gambar IV.18 Konfigurasi pengukuran pola radiasi antena pada medan listrik V. PENUTUP V.1 SIMPULAN Berdasarkan analisis hasil simulasi dan hasil pengukuran prototipe Antena Lungs Microstrip Array dengan menggunakan Software Ansoft High Frequency Structural Simulator (HFSS) v11, dan MATLAB R2008a, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Perancangan pada simulasi Antena Lungs untuk aplikasi GPS-SAR

menghasilkan antena yang sesuai dengan frekuensi yang diinginkan. Band frekuensi Antena Lungs yang didapatkan terletak pada frekuensi 1.12 GHz - 1.24 GHz dengan frekuensi resonansi yaitu pada 1.2 GHz. Sedangkan dari hasil pengukuran, Antena Lungs bekerja pada band frekuensi 1.19 GHz hingga 1.27 GHz. 2. Perancangan pada Antena Lungs Microstrip Array untuk aplikasi LTE menghasilkan antena yang beroperasi pada frekuensi yang diinginkan. Band frekuensi Antena Lungs terletak pada frekuensi 1.94 GHz sampai 1.98 GHz dengan frekuensi resonansi 1.96 GHz. Sedangkan pada hasil pengukuran, band frekuensinya terletak pada frekuensi 1.91 GHz hingga 1.99 GHz. 3. VSWR yang diperoleh pada simulasi perancangan antena dengan software Ansoft HFSS v11 untuk aplikasi GPS dan LTE telah memenuhi standar ideal (VSWR 2). VSWR untuk aplikasi GPS adalah sebesar 1.2 untuk hasil simulasi dan 1.6 untuk hasil pengukuran. Sedangkan VSWR untuk aplikasi LTE adalah 1.8 untuk hasil simulasi dan 1.7 untuk hasil pengukuran. 4. Simulasi Axial Ratio pada Software Ansoft High Frequency Structural Simulator (HFSS) v11 untuk aplikasi GPS adalah 2.3 db, sedangkan untuk aplikasi LTE adalah 2.2 db. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa untuk aplikasi GPS dan LTE memiliki polarisasi melingkar. V.2 SARAN 1. Perlu pengetahuan lebih dalam mengenai teori Antena Array, khususnya Lungs Microstrip Array dan software simulasi perancangan serta metode optimalisasi lain yang digunakan untuk perancangan. 2. Dibutuhkan antena standar yang memiliki polarisasi circular dengan Right Hand Circular Polarization (RHCP) dan Left Hand Circular Polarization (LHCP) untuk digunakan dalam pengukuran nilai axial ratio dari suatu antena yang ingin diketahui karakteristik dan jenis polarisasinya. 3. Perlu pengetahuan lebih dalam mengenai teori circular polarized dan software simulasi perancangan dan metode optimalisasi lain yang digunakan untuk perancangan. 4. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang antena circular polarized dan teknik perancangannya untuk memaksimalkan kinerja penerimaan antena internal terminal bergerak. DAFTAR PUSTAKA [1] Balanis, Cosntantine A. 2005. Antenna Theory Analisis and Design, Third Edition. New jersey : John Wiley and Sons. [2] Diyah P.A, Roose. 2007. Rancang Bangun Antena Yagi Uda Berbasis Algoritma Genetika dan Implementasinya Pada Wireless LAN 2,4 GHz. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. [3] Paramita, Rizqi. 2008. Desain dan Implementasi Antena Horn Piramidal untuk Link Line Of Sight Wireless LAN 2,4 GHz. Surabaya : Politeknik Negeri Elektronika Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November. [4] Bin Razin, Zulhani. 2007. Performance Study of Proximity Coupled Staked Configuration For Wideband Microstrip Antenna. Malaysia: Universiti Teknologi Malaysia [5] Suryono, Dian R.S dan Buwarda Sukriyah 2009. Perancangan Microstrip Antenna Untuk Aplikasi Base Station Dan Mobile Station Pada Sistem WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Makassar : Universitas Hasanuddin. [6] Andrew Corporation. Application/Engineering Notes. www.andrew.com, Balanis, C.A. Antenna Theory : Analysis and Design. New York. NY: Willey, 1982 Schrank, H. 1993. IEEE Antenna and Propagation Magazine. 35;5, 50-1 [7] D.R. Lide, Ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Ed. CRC Press. Boca Raton. 2004. halaman 8-141 [8] J.R. Aguilar, M. Beadle, P.T. Thompson and M.W.Shelley. The Microwave And Rf Charactefustics of Fr4 Substrates. [9] Rahmatullah dan Putra Eka Anton 2010. Rancang Bangun Antena Array untuk Aplikasi Generasi Lanjut Sistem Komunikasi Nirkabel. Makassar : Universitas Hasanuddin [10] Maliang, Sudirman dan Ardiyansyah 2011. Rancang Bangun Antena Microstrip Multiband

dengan Polarisasi Circular untuk Aplikasi Antena Internal Terminal Bergerak. Makassar : Universitas Hasanuddin [11] Rambe, Hanafiah Ali 2008. Rancang Bangun Antena. FT UI [12] Siburian, Sandi 2011. Evaluasi Kinerja MIMO- OFDM dengan Modulasi Adaptif pada Long Term Evolution dalam Arah Downlink. Medan : Universitas Sumatra Utara [13] Kumar, Girish. 2003. Broadband Microstrip Antennas. Griffith University [14] Online Available (July 2004): http://etd.lib.fsu.edu/theses/available/etd04102004 143656/unrestricted/Chapter3.pdf [15] Abdelaziz, A.A. 2006. Bandwidth Enhancement Of Microstrip Antenna. Misr University for Science and Technology. Department of Electronics and Communication Faculty of Engineering. [16] Andersen JB, Vaughan RG. Transmitting, receiving, and scattering properties of antennas. IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2003;45(4):93-98. [17] Nuzulia, Grifina. Teknologi Antena MIMO pada Long Term Evolution (LTE). Universitas Diponegoro [18] Yunda Kumala Nasution. Arsitektur dan Konsep Radio Access pada Long Term Evolution. Universitas Diponegoro [19] Bambang Hutomo.2006 Bahan Ajar Antena Propagasi. Jakarta : Universitas Mercu Buana [20] Herman dan Saktiadi. 2010. Pelacakan Posisi Kendaraan Secara Online Menggunakan Teknologi GPS dan GPRS. Makassar:Universitas Hasanuddin [21] Tawabi, Ahmad Robby.2009. Rancang Bangun Antena Horn Konical utuk Aplikasi WLAN 2.4 GHz.Surabaya:Institute Teknologi Sepuluh Nopember A.Asmi Pratiwi, lahir di Ujung Pandang, 1989, Provinsi Sulawesi Selatan, Indonesia. Anak pertama dari pasangan Drs.A.Amirullah dan Dra.Hj.A.Sainarwana. Memulai Pendidikan di SD Muhammadiyah Karuwisi Makassar pada tahun 1995, pendidikan lanjutan di SMP Muhammadiyah 1 Makassar pada tahun 2001, dan SMAN 5 Makassar pada tahun 2004. Kemudian pada tahun 2007-sekarang menjalankan studi S1 di Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar, subjurusan Teknik Telekomunikasi dan Informasi. Nadhifah, lahir di Wiringtasi, 1988, Kelurahan Mangkoso, Kecamatan Soppeng Riaja, Kabupaten Barru, Provinsi Sulawesi Selatan, Indonesia. Anak Kedua dari pasangan Sakka Talitti, S.Pd dan Hj. Darmawati. Memulai pendidikan di SD INP Wiringtasi Barru pada tahun 1994, pendidikan lanjutan di I dadiyah DDI-AD Mangkoso Barru pada tahun 2000, melanjutkan pendidikannnya di tingkat MTs DDI-AD Mangkoso Barru pada tahun 2001, dan MA DDI-AD Mangkoso Barru pada tahun 2004. Kemudian pada tahun 2007-sekarang menjalankan studi S1 di Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar dengan subjurusan Teknik Telekomunikasi dan Informasi.