BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS 4.1. Hasil Pengukuran Parameter Antena Dari simulasi desain antena menggunakan Ansoft HFSS v11.1, didapatkan nilai parameter antena yang diinginkan, yang selanjutnya difabrikasi menjadi antena seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1. Setelah itu dilakukan pengukuran antena dengan alat ukur untuk mengetahui nilai parameter antena yang telah difabrikasi. Pengukuran tersebut untuk mendapatkan nilai VSWR, return loss, gain dan impedansi antena. Metode pengukuran dijelaskan pada Sub Bab 2.11. (a) (b) Gambar 4.1. (a) Hasil fabrikasi antena mikrostrip elemen tunggal (b) Hasil fabrikasi antena mikrostrip array dua elemen 45

46 4.1.1. Pengukuran VSWR dan Return Loss Pengukuran VSWR dan return loss hanya menggunakan satu antena uji, yaitu satu antena yang telah difabrikasi. 4.1.1.1. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Elemen Tunggal Hasil pengukuran terhadap VSWR, return loss dan impedansi antena elemen tunggal secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 4.2, Gambar 4.3 dan Gambar 4.4. Gambar 4.2. Grafik hasil pengukuran VSWR antena elemen tunggal

47 Gambar 4.3. Grafik hasil pengukuran return loss antena elemen tunggal Gambar 4.4. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena elemen tunggal

48 Dalam Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 pada marker 2 (MKRO2) didapat nilai VSWR = 1,92 dan nilai return loss sebesar -10,028 db pada frekuensi 2,4 GHz. Nilai VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturut-turut yaitu 1,055 dan -31,444 db pada frekuensi 2,45 GHz. Pada marker 4 (MKRO4) didapat nilai VSWR = 1,888 dan nilai return loss sebesar -10,243 db pada frekuensi 2,5 GHz. Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.4, dengan marker 3 (MKRO3) pada frekuensi resonansi 2,45 GHz memberikan nilai impedansi 47,755 Ω. Hasil rancangan antena elemen tunggal dapat bekerja pada nilai VSWR 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR 2 dan nilai return loss - 9,54 db. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR 2 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut : Bandwidth = f 2 f 1 f c 100 % Bandwidth = 2,5 2,4 2,45 100 % Bandwidth = 4,08 % 100 MHz 4.1.1.2. Hasil Pengukuran VSWR dan Return Loss Antena Array Dua Elemen Hasil pengukuran terhadap VSWR, return loss dan impedansi antena array dua elemen ditunjukkan grafik VSWR, return loss dan smith chart berturut-turut pada Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.

49 Gambar 4.5. Grafik hasil pengukuran VSWR antena array dua elemen Gambar 4.6. Grafik hasil pengukuran return loss antena array dua elemen

50 Gambar 4.7. Smith Chart impedansi hasil pengukuran antena array dua elemen Dalam Gambar 4.5 dan Gambar 4.6, untuk marker 2 (MKRO2) didapatkan nilai VSWR sebesar 1,471 dan nilai return loss sebesar -14,387 db pada frekuensi 2,35 GHz. Nilai VSWR dan return loss terendah dapat dilihat pada marker 3 (MKRO3) berturutturut yaitu 1,036 dan -34,929 db pada frekuensi 2,45 GHz. Untuk marker 4 (MKRO4) didapat nilai VSWR sebesar 1,497 dan nilai return loss -14,016 db pada frekuensi 2,5 GHz. Impedansi antena ditunjukkan pada Gambar 4.7, dengan marker 3 (MKRO3) pada frekuensi resonansi 2,45 GHz diperoleh nilai impedansi 51,716 Ω. Hasil pengukuran antena array dua elemen, antena dapat bekerja pada nilai VSWR 2. Nilai tersebut telah memenuhi nilai yang diinginkan yaitu VSWR 2 dan nilai return loss -9,54 db. Tetapi pada pengukuran antena array dua elemen didapat nilai VSWR dan return loss yang lebih baik, masing-masing sebesar 1,5 dan -13,979 db. Bandwidth yang dicapai pada nilai VSWR 1,5 dihitung dengan Persamaan (2.7) pada Bab II sebagai berikut : Bandwidth = f 2 f 1 f c 100 % Bandwidth = 2,5 2,35 2,45 100 %

51 Bandwidth = 6,122 % 150 MHz 4.1.2. Pengukuran Gain Pengukuran gain menggunakan spectrum analyzer, function generator serta antena horn sebagai antena referensi. Spectrum analyzer digunakan untuk mengukur daya yang diterima oleh antena penerima. Function generator digunakan untuk menghasilkan gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Antena yang diukur adalah antena elemen tunggal dan antena array dua elemen. Pengukuran gain menggunakan metode dua antena seperti dijelaskan pada Sub Bab 2.11.3. Pengukuran gain dilakukan pada frekuensi resonansi antena. Frekuensi resonansi dari antena hasil fabrikasi yaitu pada frekuensi 2,45 GHz. Pada pengukuran gain ini digunakan P r2 merupakan daya yang diterima antena uji, P r1 merupakan daya yang diterima antena referensi dan G 1 merupakan gain antena standar/antena referensi. Besar gain antena horn yang digunakan sebesar 12 db. Gain antena yang diukur menggunakan Persamaan (2.33) pada Bab II. 4.1.2.1. Hasil Pengukuran Gain Antena Elemen Tunggal Hasil pengukuran gain antena elemen tunggal ditunjukkan pada Tabel 4.1. Gambar 4.8 dan 4.9 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada antena mikrostrip elemen tunggal dan daya terima pada antena horn. Tabel 4.1. Gain antena elemen tunggal Frekuensi (GHz) P r2 (dbm) P r1 (dbm) G 1 (db) Gain (db) 2,45-32,14-24,04 12 3,9

52 Gambar 4.8. Daya yang diterima antena uji Gambar 4.9. Daya yang diterima antena referensi (antena horn) 4.1.2.2. Hasil Pengukuran Gain Antena Array Dua Elemen Hasil pengukuran gain antena array dua elemen ditunjukkan pada Tabel 4.2. Gambar 4.10 dan 4.11 masing-masing menunjukkan hasil pengukuran daya terima pada antena mikrostrip array dua elemen dan daya terima pada antena horn. Tabel 4.2. Gain antena array dua elemen Frekuensi (GHz) P r2 (dbm) P r1 (dbm) G 1 (db) Gain (db) 2,45-28,28-22,95 12 6,67

53 Gambar 4.10. Daya yang diterima antena uji Gambar 4.11. Daya yang diterima antena referensi (antena horn) 4.1.3. Pengukuran Pola Radiasi Pengukuran pola radiasi dilakukan dengan menggunakan alat ukur spectrum analyzer dan function generator. Function generator digunakan untuk menghasilkan gelombang dengan frekuensi 2,45 GHz. Pada function generator digunakan antena pemancar yang memiliki frekuensi kerja yang sama dengan antena hasil perancangan. Antena pemancar dan penerima dipisahkan pada jarak 150 cm, yaitu jarak yang cukup

54 memenuhi syarat medan jauh antena, dengan Persamaan (2.27) seperti yang dijelaskan pada Sub Bab 2.11.2. Pola radiasi diukur dengan mengubah-ubah sudut azimuth dan sudut elevasi. Antena penerima diputar dari posisi 0º sampai 350º dengan interval 10º. Data hasil pengukuran pola radiasi dapat dilihat pada Lampiran C. Data tersebut menunjukkan besar normalisasi daya yang diterima oleh antena penerima pada setiap perubahan sudut. Dari data tersebut dapat digambarkan pola radiasi seperti pada Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14 dan Gambar 4.15. Azimuth Antena Elemen Tunggal 350 1,00 320 330340 0,80 310 300 0,60 290 0,40 280 270 260 250 0,20 0,00 240 230 220 210 200 190 0 180 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Azimuth Gambar 4.12. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90 antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz

55 Elevasi Antena Elemen Tunggal 350 1,00 320 330340 0,80 310 300 0,60 290 0,40 280 270 260 250 0,20 0,00 240 230 220 210 200 190 0 180 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Elevasi Gambar 4.13. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0 antena elemen tunggal pada frekuensi 2,45 GHz Azimuth Antena Array Dua Elemen 350 1,00 320 330340 0,80 310 300 0,60 290 0,40 280 270 260 250 0,20 0,00 240 230 220 210 200 190 0 180 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Azimuth Gambar 4.14. Hasil pengukuran pola radiasi sudut azimuth pada sudut elevasi = 90 antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz

56 Elevasi Antena Array Dua Elemen 350 1,00 320 330340 0,80 320 300 0,60 290 0,40 280 270 260 250 0,20 0,00 240 230 220 210 200 190 0 180 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Elevasi Gambar 4.15. Hasil pengukuran pola radiasi sudut elevasi pada sudut azimuth = 0 antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz Dari hasil pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal dan antena array dua elemen pada frekuensi 2,45 GHz, dapat digambarkan pola radiasi antena mikrostrip array dua elemen yang cenderung berbentuk direksional. 4.2. Analisis Hasil Pengukuran Dari hasil pengukuran pada Sub Bab 4.1 dapat dilakukan analisis. Analisis yang dilakukan mencakup analisis mengenai perbedaan hasil pengukuran dengan hasil simulasi. 4.2.1. Antena Elemen Tunggal Gambar 4.16 merupakan grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran, sedangkan Gambar 4.17 merupakan grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran.

2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5 Return Loss (db) 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5 VSWR 57 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Pengukuran Simulasi Frekuensi Gambar 4.16. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40 Simulasi Pengukuran Frekuensi Gambar 4.17. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal Dari Gambar 4.16 dan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa hasil simulasi dan perancangan mempunyai frekuensi resonansi yang sama yaitu pada 2,45 GHz. Ada pergeseran impedance bandwidth antena hasil simulasi dan hasil pengukuran. Pada Gambar 4.16 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR 2 hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz 2,49 GHz (90 MHz). Sedangkan impedance bandwidth pada nilai VSWR 2 hasil pengukuran terletak pada frekuensi 2,4 GHz 2,5 GHz (100 MHz).

58 Frekuensi tengah hasil simulasi adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan return loss minimum masing-masing yaitu 1,034 dan -35,331 db. Sedangkan frekuensi tengah hasil pengukuran adalah 2,45 GHz mempunyai nilai VSWR dan return loss minimum masing-masing yaitu 1,055 dan -31,444 db. Gain hasil simulasi sebesar 3,82 db dan hasil pengukuran sebesar 3,9 db. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain yang lebih baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena elemen tunggal Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Rentang frekuensi kerja 2,4 GHz 2,49 GHz 2,4 GHz 2,5 GHz VSWR dan Return Loss pada frekuensi 2,45 GHz VSWR = 1,034 Return Loss = -35,331 db VSWR = 1,055 Return Loss = -31,444 db VSWR dan Return Loss pada bandwidth VSWR 2 Return Loss -9,54 db VSWR 2 Return Loss -9,54 db Impedance bandwidth pada VSWR 2 90 MHz 100 MHz Gain 3,82 db 3,9 db Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena elemen tunggal pada sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.18.

2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5 VSWR 59 3501,00 0,80 320 330340 310 0,60 300 0,40 290 0,20 280 0,00 270 260 250 240 230 220 210 200190 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 180170 Pengukuran Simulasi Gambar 4.18. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Elemen Tunggal Dari Gambar 4.18 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada di sekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena. 4.2.2. Antena Array Dua Elemen Perbedaan nilai VSWR dan return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen ditunjukkan pada Gambar 4.19 dan Gambar 4.20. 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Simulasi Pengukuran Frekuensi Gambar 4.19. Grafik perbedaan nilai VSWR hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen

2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2,4 2,41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,5 Return Loss (db) 60 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40 Simulasi Pengukuran Frekuensi Gambar 4.20. Grafik perbedaan nilai return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen Dari Gambar 4.19 dan Gambar 4.20 dapat dilihat adanya perbedaan kurva yang signifikan antara hasil simulasi dan hasil pengukuran, tetapi mempunyai kemiripan bentuk. Pada Gambar 4.19 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai VSWR 2 hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan impedance bandwidth hasil pengukuran yang terletak pada frekuensi 2,35 GHz 2,5 GHz (150 MHz) mempunyai nilai VSWR 1,5. Pada Gambar 4.20 dapat dilihat impedance bandwidth pada nilai return loss -9,54 db hasil simulasi terletak pada frekuensi 2,4 GHz 2,49 GHz (90 MHz), sedangkan impedance bandwidth hasil pengukuran didapat nilai yang lebih baik yaitu nilai return loss -13,979 db yang terletak pada frekuensi 2,35-2,5 GHz (150 MHz). Dengan demikian fabrikasi antena array dua elemen telah memenuhi kebutuhan yang diinginkan yaitu bekerja pada frekuensi 2,4 GHz mempunyai VSWR 2. Gain hasil simulasi sebesar 5,72 db dan hasil pengukuran sebesar 6,67 db. Hasil pengukuran antena menghasilkan gain yang lebih baik dibandingkan dengan gain hasil simulasi. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen dapat dilihat pada Tabel 4.4.

61 Tabel 4.4. Perbandingan nilai hasil simulasi dan hasil pengukuran antena array dua elemen Parameter Hasil Simulasi Hasil Pengukuran Rentang frekuensi kerja 2,4 GHz 2,49 GHz 2,35 GHz 2,5 GHz VSWR dan Return Loss pada frekuensi 2,45 GHz VSWR = 1,157 Return Loss = -22,720 db VSWR = 1,036 Return Loss = -34,929 db VSWR dan Return Loss pada bandwidth VSWR 2 Return Loss -9,54 db VSWR 1,5 Return Loss -13,97 db Impedance bandwidth pada VSWR 2 90 MHz 150 MHz Gain 5,72 db 6,67 db Dari hasil simulasi dan pengukuran pola radiasi antena array dua elemen pada sudut elevasi 90º dan sudut azimuth bervariasi dari 0º sampai 350º dapat dilihat perbandingan pola radiasi pada Gambar 4.21. 361,00 35 37 34 0,80 33 32 0,60 31 0,40 30 0,20 29 0,00 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 17 19 Pengukuran Simulasi Gambar 4.21. Pola Radiasi Antena Mikrostrip Array Dua Elemen Dari Gambar 4.21 dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan simulasi menghasilkan pola yang berbeda. Perbedaan hasil diakibatkan pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada disekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena.

62 4.2.3. Hasil Pengujian Antena Mikrostrip Pada Router Wifi Pengujian dilakukan dengan cara memasang antena mikrostrip pada router wifi dan diukur tingkat daya yang diterima, kemudian dibandingkan dengan hasil daya terima dari antena dipole. Hasil pengukuran tingkat daya (dbm) ditunjukkan pada Tabel 4.5. Tabel 4.5. Hasil pengujian antena mikrostrip pada router wifi TINGKAT DAYA (dbm) Dipole (5 db) Mikrostrip Elemen Tunggal (3,9 db) Mikrostrip Array Dua Elemen (6,67 db) Nama R2C Jarak (m) 2-33 dbm - 38 dbm - 32 dbm 4-40 dbm - 41 dbm - 39 dbm 7-48 dbm - 49 dbm - 47 dbm Nama zen5 Jarak (m) 2-35 dbm - 36 dbm - 32 dbm 4-43 dbm - 44 dbm - 40 dbm 7-48 dbm - 49 dbm - 46 dbm Nama ADITYA.NET Jarak (m) 2-35 dbm - 36 dbm - 32 dbm 4-36 dbm - 37 dbm - 35 dbm 7-40 dbm - 39 dbm - 42 dbm Pada pengujian antena wifi, hasil pengujian antena mikrostrip array dua elemen mempunyai daya terima yang lebih baik dibandingkan antena mikrostrip elemen tunggal. Sedangkan antena mikrostrip elemen tunggal mempunyai daya terima yang lebih kecil daripada antena dipole. Semakin besar nilai gain antena maka semakin baik tingkat daya terimanya.

63 4.3. Analisis Kesalahan Umum Ada beberapa penyebab yang menyebabkan hasil pengukuran tidak sesuai dengan hasil simulasi. Penyebab antara lain ; 1. Jenis bahan yang disediakan dalam simulasi dan yang digunakan dalam fabrikasi mempunyai nilai permitivitas relatif yang berbeda, sehingga penggantian nilai permitivitas relatif akan mempengaruhi hasil. 2. Perhitungan tebal tembaga dari substrat yang dipakai sangat sulit, karena ukuran yang sangat tipis. Sehingga penentuan ukuran hanya melalui tabel spesifikasi bahan. 3. Pada simulasi Ansoft HFSS v11.1 tidak mendefinisikan dengan jelas konektor SMA 50 Ω. 4. Adanya ketidakpresisisan dalam fabrikasi antena, nilai ralat hasil fabrikasi ±0,001 mm, sesuai hasil pengukuran dengan jangka sorong. 5. Dalam simulasi tidak memperhitungkan temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada saat pengukuran antena temperatur dan kelembaban akan berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara. 6. Proses penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu yang kurang baik akan menyebabkan perbedaan hasil. 7. Pengukuran tidak dilakukan di ruang anechoic chamber, sehingga benda-benda yang berada disekitar antena akan menyebabkan refleksi gelombang yang dipancarkan antena. Hal tersebut akan mempengaruhi hasil pengukuran gain dan pola radiasi. Benda-benda tersebut antara lain manusia, network analyzer, spectrum analyzer, function generator, handphone, laptop, besi logam dan alatalat elektronik lain yang berada pada ruang uji. 8. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, konektor, tembaga pada substrat akan mempengaruhi hasil.