STUDI PERANCANGAN ANTENA SUSUN MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DUAL-BAND (2.4 GHz dan 3.3 GHz) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh APLI NARDO SINAGA 110422021 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Perkembangan komunikasi wireless di abad ini sangat dibutuhkan. Hal ini dikarenakan manusia ingin berkomunikasi dengan sesamanya tanpa dibatasi oleh jarak dan tempat. Komunikasi wireless yang sedang berkembang saat ini adalah WLAN dan WiMAX dimana kelebihan dari kedua teknologi ini adalah mobilitas dan produktivitas tinggi, kemudahan dan kecepatan instalasi serta fleksibel. Teknologi WLAN dan WiMAX sangat didukung oleh perkembangan antena. Antena yang dikembangkan untuk menunjang pengembangan teknologi ini adalah antena mikrostrip. Antena mikrostrip dual-band adalah salah satu jenis antena yang dapat bekerja pada dual frekuensi sehingga dapat menunjang teknologi tersebut secara bersamaan. Pada Tugas Akhir ini dirancang antena mikrostrip dual-band dengan menggunakan patch segiempat, dimana dua buah patch segiempat disusun dan dihubungkan dengan saluran mikrostrip. Software yang digunakan dalam mendesain antena ini adalah AWR 2004, software ini diperlukan untuk mengoptimasi antena agar didapatkan nilai VSWR yang diinginkan. Nilai VSWR yang diperoleh dari studi perancangan ini adalah 1,379 untuk frekuensi 2,45 GHz dan VSWR sebesar 1,263 untuk frekuensi 3,35 GHz. Gain yang diperoleh dari studi perancangan ini adalah 7,535 db pada frekuensi 2,45 GHz dan 7,129 db pada frekuensi 3,35 GHz. Nilai ini menunjukkan bahwa hasil perancangan yang dibuat telah memenuhi spesifikasi perancangan awal yang sudah ditentukan. Kata kunci : antena mikrostrip, dual band, VSWR, W-LAN, WIMAX
KATA PENGANTAR Puji dan syukur serta hormat kepada Tuhan Yang Maha Esa sumber segala pengetahuan yang telah memberikan hikmat, kekuatan, kebijaksanaan, serta bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada Ibunda tercinta, yaitu Ibunda Lortina br. Damanik, abang penulis Bernard Sinaga, Loren Sisko Sinaga, Alwindo Sinaga dan adik penulis Dewi Sulastri Sinaga yang senantiasa mendukung serta mendoakan penulis hingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : STUDI PERANCANGAN ANTENA SUSUN MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DUAL-BAND (2.4 GHz dan 3.3 GHz) Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik moril maupun material dari berbagai pihak. Dan pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe,ST. MT selaku dosen pembimbing penulis, atas bimbingan, pengarahan dan dukungannya. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,.
3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 4. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen pembanding Tugas Akhir, atas saran dan semangatnya. 5. Seluruh Bapak/ Ibu Dosen yang telah mengajar dan mendidik penulis selama ini. 6. Teman-teman pelayanan di YAKPM BPC-Medan Andri, Herbet, Elwin, Dahnur dan seluruh pengurus YAKPM BPC-Medan tahun 2012-2014. 7. Sahabat-sahabat penulis ekstensi teknik elektro telekomunikasi stambuk 2011 Mediska Simanjuntak, Daniel, Feni, dan adik Nevia Sihombing terima kasih buat kasih dan dukungannya. Penulis tetap menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum begitu sempurna baik dari segi materi, pengolahan maupun penyajian. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun selalu penulis harapkan. Kiranya Tuhan selalu memberikan karunia-nya kepada kita semua. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan bagi yang memerlukannya. Medan, Maret 2014 Hormat saya, Apli Nardo Sinaga NIM 110422021
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN.... i ABSTRAK..... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI... 5 2.1. Pengertian Antena... 5 2.2. Antena Mikrostrip... 6 2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip... 6 2.2.2 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip... 7 2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip... 8 2.2.4 Teknik Pencatuan... 8 2.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat... 9 2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip... 10
2.4.1 Bandwith... 10 2.4.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)... 11 2.4 3 Return Loss... 11 2.4.4 Pola Radiasi... 12 2.4.5 Direktivitas Antena... 14 2.4.6 Gain... 15 2.4.7 Impedansi Masukan... 15 2.5 Dimensi Antena Mikrostrip... 16 2.6 Antena Susun Mikrostrip... 17 2.7 Antena Susun Mikrostrip Dual-Band... 19 2.8 Impedance Matching... 19 2.9 Power divider... 20 2.10 T-Junction 50 Ohm... 21 2.11 Perangkat Lunak AWR Microwave Office... 21 2.12 Proses Pencarian Solusi Simulator AWR Microwave Office... 22 2.13 Spesifikasi Setting Parameter Simulasi Untuk Pengambilan Data... 23 BAB III PERANCANGAN ANTENA SUSUN MIKROSTRIP... 27 3.1 Umum... 27 3.2 Perangkat Yang Digunakan... 27 3.3 Jenis Substrat yang Digunakan... 27 3.4 Diagram Alir Perancangan Antena... 29 3.5 Perancangan Elemen Antena... 30 3.5.1 Perancangan Dimensi Patch WLAN... 30 3.5.2 Perangan Dimensi Patch WiMAX... 32
3.6 Pengaturan Jarak Antar Elemen... 34 3.7 Perancangan T-Juntion 50 ohm... 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 36 4.1 Umum... 36 4.2 Simulasi Elemen WLAN (2,45 GHz)... 36 4.3 Simulasi Elemen WiMAX (3,35GHz)... 37 4.4 Simulasi Antena Susun Mikrostrip Dual-Band... 38 4.5 Analisis Hasil Simulasi... 42 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 47 5.1 Kesimpulan... 47 5.2 Saran... 47 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Antena mikrostrip... 6 Gambar 2.2 Jenis-Jenis Patch Antena Mikrostrip... 7 Gambar 2.3 Bentuk Geometri Mikrostrip Patch Segiempat... 9 Gambar 2.4 Rentang Frekuensi yang Menjadi Bandwith... 10 Gambar 2.5 Pola Radiasi Antena... 12 Gambar 2.6 Antena Mikrostrip dengan Teknik Array... 18 Gambar 2.7 Trasformator λ/4... 20 Gambar 2.8 N-way Wilkinson Combiner... 20 Gambar 2.9 T-Junction untuk Antena Mikrostrip... 21 Gambar 2.10 Settingan Nilai Frekuensi Pada Simulator... 23 Gambar 2.11 Settingan Pada Harmonic Balance... 24 Gambar 2.12 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Low Mesh... 25 Gambar 2.13 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi Normal Mesh... 25 Gambar 2.14 Contoh Model Simulasi Dengan Spesifikasi High Mesh... 26 Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena susun mikrostrip Dual-Band... 29 Gambar 3.2 Perhitungan Lebar Saluran dan Panjang Pencatu WLAN... 31 Gambar 3.3 Rancangan Mikrostrip patch 2,45 GHz... 32 Gambar 3.4 Perhitungan Lebar Saluran dan Panjang Pencatu WiMAX... 33 Gambar 3.5 Rancangan Mikrostrip patch 3,35 GHz... 34
Gambar 3.6 Tampilan TXLine 2003 untuk Perancangan T-Junction... 35 Gambar 4.1 Nilai VSWR Rancangan Awal WLAN... 37 Gambar 4.2 Nilai Gain Rancangan Tunggal WLAN... 37 Gambar 4.3 Nilai VSWR Rancangan Tunggal WiMAX... 38 Gambar 4.4 Nilai Gain Rancangan Tunggal WiMAX... 38 Gambar 4.5 Model Rancangan Antena Susun Mikrostrip Dual-Band... 39 Gambar 4.6 Nilai VSWR Rancangan Awal Antena Susun Mikrostrip Dual-Band... 39 Gambar 4.7 Nilai VSWR Yang Optimal Antena Susun Mikrostrip Dual-Band... 42 Gambar 4.8 Pola Radiasi dan Gain WLAN... 43 Gambar 4.9 Pola Radiasi dan Gain WiMAX... 43 Gambar 4.10 Nilai Z in Antena Dual-Band Pada Smith Chart... 45 Gambar 4.11 Nilai Bandwith Hasil Simulasi... 46
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat Yang Digunakan... 28 Tabel 4.1 Hasil Iterasi Letak Titik Pencatu Antar Elemen... 40