STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH ARRAY SEGITIGA TRIPLE BAND (,3 GHz, 3,3 GHz DAN 5, GHz ) Ibahim Sinaa, Ali Hanafiah Rambe Depatemen Teknik Elekto Fakultas Teknik Univesitas Sumatea Utaa Jl. Almamate, Kampus USU Medan 155 INDONESIA email: sinaa_ibahim@yahoo.com o ibahimsinaa9mail.com Abstak Antena tiple-band meupakan antena altenatif yan dapat diunakan untuk sistem adio yan bekeja pada tia kanal fekuensi yan bebeda jauh. Ketika tia fekuensi keja tepisah denan jaak yan cukup jauh, sebuah stuktu patch tiple-band dapat diancan untuk menhindai penunaan antena yan tepisah. Antena mikostip adalah salah satu solusi antena tiple-band yan dapat dikembankan, kaena memiliki bentuk sedehana, unjuk keja yan baik dan mudah dalam instalasinya. Pada tulisan ini diancan antena mikostip patch aay seitia yan bekeja pada fekuensi,3 GHz, 3,3 GHz dan 5, GHz. Hasil peancanan dievaluasi dan dioptimasi menunakan Applied Wave Reseach (AWR) Micowave 4. Voltae Standin Wave Ratio (), ain dan bandwidth yan dipeoleh denan paamete input fekuensi yan diencanakan adalah betuut tuut 1,536, 6,4 db, 11 MHz untuk fekuensi,35 GHz, 1,976, 6,51 db, 6 MHz untuk fekuensi 3,35 GHz dan 1,77, 6,1dB, 131 MHz untuk fekuensi 5,5 GHz. Kata kunci : Tiple-Band, antena mikostip, WiMAX 1. Pendahuluan Teknoloi komunikasi nikabel salah satu teknoloi yan banyak diunakan dalam dunia telekomunikasi. Sebaai teknoloi yan tidak memelukan saana fisik dalam inteface-nya, teknoloi komunikasi nikabel menuntut sistem antena bekeja meskipun tedapat penhalan anta peniim dan peneima. Salah satu jenis antena yan sesuai untuk teknoloi komunikasi nikabel adalah antena mikostip, kaena memiliki kaakteistik dimensi kecil, inan, ekonomis dan mudah dalam instalasinya.. Antena Mikostip Patch Aay Seitia Tiple-Band Antena mikostip meupakan salah satu antena komunikasi nikabel elomban miko yan diunakan sebaai adiato pada sejumlah sistem telekomunikasi moden sepeti Radio Detection and Ranin (Rada) dan Global Positionin System (GPS). Antena mikostip meupakan sebuah antena yan tesusun atas tia elemen, yaitu: elemen peadiasi (patch), elemen dielectic substate dan elemen pentanahan (ound plane). Bentuk antena mikostip dapat dilihat pada Gamba 1 [1]. Bentuk seitia yan umum diunakan dalam peancanan patch bedasakan sudut yan dibentuk yaitu,45,-45,-9,3, -6, -9 dan 6, -6, 6. Saluan pencatu yan diunakan pada peancanan antena mikostip patch seitia dihaapkan mendekati nilai impedansi masukan sebesa 5 Ω. Gamba 1. Stuktu Antena Mikostip [1]. Hal yan haus dipetimbankan dalam meancan patch yaitu petimbanan memilih substat. Elemen ini ada bebeapa jenis yan dapat diolonkan bedasakan nilai konstanta dielektik dan ketebalannya. Dalam pemilihan jenis substat sanat dibutuhkan penenalan tentan spesifikasi umum dai substat tesebut yaitu kualitasnya. Tabel 1 menunjukkan spesifikasi substat yan diunakan. 71 copyiht@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 15 Tabel 1. Spesifikasi Substat Jenis substat FR-4 epoxy Konstanta Dielektik 4,4 elative ( ) Dielektik Loss Tanent, ( tan ) Ketebalan substat (h) 1,6 Paamete-paamete antena diunakan untuk menuji atau menuku pefoma antena yan diunakan, yaitu fekuensi antena,, bandwidth, ain antena, dan polaadiasi. ff 4 1 G axt (5) (6) 3. Peancanan Antena Pada tahap ini dilakukan penentuan fekuensi esonansi, spesifikasi substate, dimensi patch antena dan dimensi saluan pencatunya. Tahapan tahapan peancanan ditunjukkan dalam diaam ali pada Gamba 3. a. (Voltae Standin Wave Ratio) Gelomban bedii memiliki teanan maksimum dan minimum dalam saluan yan besanya teantun pada teanan maupun aus pantul. Secaa sedehana umus untuk menentukan [1]. = = 1+ Γ (1) 1 Γ b. Fekuensi Resonansi Fekuensi esonansi adalah fekuensi dimana antena mikostip memiliki impedansi esistif dimana, nilai eaktansi impedansi sama denan nol [1]. c. Bandwidth Bandwidth suatu antena didefenisikan sebaai entan fekuensi yan behubunan denan bebeapa kaakteistik antena lain sepeti, impedansi masukan, bandwidth, polaisasi dan ain. Bandwidth suatu antena ditentukan oleh paamete yan diunakan sepeti diumuskan sebaai beikut []: h = 1 1% () d. Gain Gain adalah kaakte antena yan tekait denan kemampuan antena menaahkan adiasi sinyalnya atau peneima sinyal dai aah tetentu. Untuk menentukan ain antena, maka telebih dahulu haus ditentukan fekuensi keja yan diunakan, aa dapat mencai panjan elomban diuan bebas pada Pesamaan 3,4 5 dan 6 [3]. c f (3) 1 1 1 11h a (4) Gamba 3. Diaam Ali Peancanan Antena Tiple- Band. Pada diaam ali diatas betujuan untuk menetahui lankah-lankah peancanan sehina lebih mudah untuk menetahui dan lebih tetata lenan baik. Adapun lankahlankah peancanan antaa lain: 1. Mulai, Untuk memulai peancanan dalam laya keja AWR 4 klik kanan pada toolba EM Stuctues, lalu pilih New EM Stuctues dan ketikkan nama file yan akan kita buat,lalu klik ceate.. Masukkan data peancanan elemen tunal untuk setiap band, Sebelum meancan bentuk antena yan akan buat, telebih dahulu kita masukkan sfesifikasi antena yan akan kita buat denan memilih options > poject options > masukkan entan fekuensi dan step fekuensinya. 3. Menhitun jaak anta elemen, Jaak elemen tehadap sisi substat sanat bepenauh, sehina dapat dicai denan dalam enclosue masukkan ukuan dai substat yan akan dibuat dan mulai peancanan. 7 copyiht@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 15 4. Menjalankan simulasi, Setelah antena selesai diancan, lakukan analyze untuk mendapatkan paamete antena yan kita cai. 5. Iteasi letak titik pencatu dan ukuan patch, Setelah selesai disimulasikan ( analyze ) tekadan paamete yan kita cai belum mendapatkan hasil yan kita iinkan, sehina dipelukan bebeapa kali peubahan ( iteations ) sepeti yan dipelihatkan pada aloitma peancanan. 6. Apakah yan kita cai sudah, Setelah dilakukan bebeapa kali iteasi sehina didapat nilai, nilai inilah yan diunakan untuk peancanan tiple band. 7. Rancanan antena tiple-band, Setelah peancanan tiap elemen dilakukan, selanjutnya peancanan tiple-band denan menunakan hasil peancaan tiaptiap elemen. Untuk mendapatkan di lakukan sepeti pada lankah 5 aa nilai yan dicai optimal. Selesai, inilah yan diunakan untuk melanjutkan ke poses tahap bembuatan antena. Pada peancanan patch seitia elemen tunal, diawali denan menentukan fekuensi keja petama yan diininkan, dimensi patch antena dan saluan pencatu. Dipeoleh panjan sisi patch 41 mm, panjan dan leba saluan pencatu 3,5 mm dan 16,645 mm untuk fekuensi,35 GHz, panjan sisi patch 9 mm, panjan dan leba saluan pencatu 3,5 mm dan 11,645 mm untuk fekuensi 3,35 GHz dan panjan sisi patch 16 mm, panjan dan leba saluan pencatu 3,5 mm dan 6,75 mm untuk fekuensi 5,5 GHz. 4. Analisis Hasil Simulasi 4.1 Hasil Simulasi Elemen,3 GHz Setelah simulasi elemen,3 GHz dilakukan, didapat nilai sepeti dipelihatkan pada Gamba 4. 3 5.35 GHz 6.367 (1) tunal fek 1 Hasil simulasi yan diatas belum memenuhi nilai yan diininkan. Sehina dilakukan caa menese letak pencatu. Adapun hasil iteasi setelah melakukan penesean pencatu dapat dilihat pada Tabel. Tabel. Data hasil iteasi penesean pencatu Letak pencatu (mm) 4,165 6 3,56 5 3,6 4 3,93 3 3,539 Setelah dilakukan iteasi penesean sejauh 5 mm dipeoleh 3,6. Namun aa nilai yan dipeoleh lebih optimal maka dilakukan caa menubah ukuan patch dai hasil iteasi penesean pencatu. Adapun hasil iteasi setelah menubah ukuan patch dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Iteasi Menubah Panjan Sisi Patch Seitia pada penesean pencatu 5mm Panjan sisi patch seitia (mm) 4 6,17 41 3,36 4,476 39,796 3 5,553 Setelah dilakukan iteasi menubah panjan sisi Patch dipeoleh nilai yan mendekati yaitu panjan sisi patch seitia yan optimal 4 mm denan nilai sebesa,476. 4. Hasil Simulasi Elemen 3,3 GHz Setelah Simulasi elemen 3,3 GHz dilakukan, didapat nilai sepeti dipelihatkan pada Gamba 5. 15 1 3.35 GHz 6.643 (1) tunal fek ke 15 5 1 5..3.4.5 Fequency (GHz) Gamba 4. Rancanan Awal fekuensi,3 GHz 3. 3.3 3.4 3.5 Fequency (GHz) Gamba 5. Rancanan Awal fekuensi,3 GHz 73 copyiht@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 15 Hasil simulasi yan diatas belum memenuhi nilai yan diininkan. Sehina dilakukan caa menese letak pencatu. Adapun hasil iteasi setelah melakukan penesean pencatu dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Data hasil iteasi penesean pencatu Letak pencatu (mm) 1 5,749 11 4,97 1 4,617 9 4,75 5,5 Setelah dilakukan iteasi penesean pencatu sejauh 1 mm dipeoleh 4,617. Namun aa nilai yan dipeoleh lebih optimal maka dilakukan caa menubah ukuan patch dai hasil iteasi penesean pencatu. Adapun hasil iteasi setelah menubah ukuan patch dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil Iteasi Menubah Panjan Sisi Patch Seitia pada penesean pencatu 1mm Panjan sisi patchseitia (mm) 9 4,617 3,53 7,493 6 6,14 5 9,5 Setelah dilakukan iteasi menubah panjan sisi Patch dipeoleh nilai yan mendekati yaitu panjan sisi patch seitia yan optimal 7 mm denan nilai sebesa,493. 4.3 Hasil Simulasi Elemen 5, GHz Setelah Simulasi elemen 5,GHz dilakukan, didapat nilai sepeti dipelihatkan pada Gamba 6. 1 1 5.5 GHz 6.143 (1) tunal fek ke 3 Hasil simulasi yan diatas belum memenuhi nilai yan diininkan. Sehina dilakukan caa menese letak pencatu. Adapun hasil iteasi setelah melakukan penesean pencatu dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Data hasil iteasi penesean pencatu Letak pencatu (mm) 6,76 7 6,517 6 6,169 5 6,76 4,3 Setelah dilakukan iteasi penesean pencatu sejauh 6 mm dipeoleh nilai 6,169. Namun aa nilai yan dipeoleh lebih optimal maka dilakukan caa menubah ukuan patch dai hasil iteasi penesean pencatu. Adapun hasil iteasi setelah menubah ukuan patch dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Hasil Iteasi Menubah Panjan Sisi Patch Seitia pada penesean pencatu 6 mm Panjan sisi patchseitia (mm) 17 19,96 16 6,14 15,9 14,165 13 11,9 Setelah dilakukan iteasi menubah panjan sisi Patch menjadi 15 mm dipeoleh nilai sebesa,9. 4.4 Hasil Simulasi Tiple-Band Hasil peancanan ketia elemen tunal diabunkan dalam satu substate menunakan T-junction sehina menhasilkan antena Tiple-Band sepeti dipelihatkan pada Gamba 1. 6 4 5.7 5. 5.9 6 Fequency (GHz) Gamba 6. ancanan awal pada fekuensi 5, GHz Gamba 1. ancanan awal antena Tiple-Band 74 copyiht@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 15 Adapun nilai yan dipeoleh setelah disimulasikan untuk fekuensi,35 GHz, 3,35 GHz dan 5.5GHz betuut-tuut adalah 1,7 1,5 dan 3,43. Untuk mendapatkan yan optimal dilakukan peesean pencatu, sehina dipeoleh sepeti yan dipelihatkan pada Gamba 11. 1 1.35 GHz 1.536 3.35 GHz 1.976 5.5 GHz 1.77 (1) abunan ese kanan 1 Gamba 13. Pola Radiasi dan Gain fekuensi 3,3 GHz 6.9 GHz 4 3.34 GHz 3.435 GHz.1.413 GHz.1 5.743 GHz 5.73 GHz. 3. 4. 5. 6 Fequency (GHz) Gamba 11. ancanan awal antena Tiple-Band Poses iteasi untuk mendapatkan optimal sepeti dilihat pada Tabel. Tabel. Data hasil iteasi penesean pencatu Y Z Fek. Fek. (mm) (mm),35 GHz 3,35 X (mm) Setelah dilakukan iteasi penesean pencatu dipeoleh nilai pada jaak X = 3mm, jaak Y = 5mm dan Z = mm denan nilai dan ain untuk fekuensi,35 GHz, 3,35 GHz dan 5,5GHz secaa betuut dalah 1,536 dan 6,4dB, 1,976 dan 6,51dB, 1,77 dan ain 6,1dB sepeti yan dipelihatkan pada Gamba 1, Gamba 13 dan Gamba 14. Gamba 1. Pola Radiasi dan Gain fekuensi,3 GHz Fek. 5,5 GHz GHz 6 9 11,365 1,7 3,649 5 7 1,7 1,6 3,96 4 6 9 1,6 1,6 3,459 3 5 1,536 1,976 1,77 4 7 1,743,17 1,643 1 3 6 1,56,3 1,539 5,51,51 1,567 Gamba 14. Pola Radiasi dan Gain fekuensi 5, GHz Adapun hasil pehitunan umus untuk ain pada fekuensi,3 GHz sebaai beikut: c 3x1,1765m 17,65mm 9 f,35x1 1 1 1 4,4 1 4,4 1 1 3,633 1 1 1 1(1,6) h a 4 17, 65 ff 3, 633 66, 97 mm 4 1 G axt 4 x3.14 77,9,3dB db 66,97 Hasil pehitunan pada fekuensi 3,35 GHz c 3x1 f 3,35 x1 9 9,5mm 1 1 1 4,4 1 4,4 1 1 1 h a 9,5 37, 3mm 5,755 ff 4 1 G axt 4x3.14 1 5,755 1 1(1,6) 7 315,59,4dB 3dB 37,3 Hasil pehitunan pada fekuensi 5,5 GHz c 3x1 f 5,5x1 9 51,mm 1 1 1 4,4 1 4,4 1 1,915 1 1 1 1(1,6) h a 15 51, 3, 41mm,915 ff 4 1 4x3.14 G axt 3,41 97,47 1,34dB 1dB 75 copyiht@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM VOL.11 NO.3/MEI 15 Dai amba Smith Chat, di peoleh nilai Zin sebesa 59,41 + 9,553j pada fekuensi,35 GHz. Denan menunakan Pesamaan.1 sampai.3 adapun hasil yan dipeoleh sebaai beikut: Z in 59,41 + 9,553j 59,41 + 9,553 j 5 59,41 + 9,553 j 5-9.41-9.553 j 19.41 9.553 j -.959 -.7675j Γ =,1 1,1 1,1 1, 7 1,1,797 Kemudian di peoleh nilai Zin sebesa 4,75 6,4j pada fekuensi 3,35 GHz, Sehina nilai yan dipeoleh secaa pehitunan sebaai beikut: Z in 4,75-6,4 j 4,75-6,4j 5 4,75-6,4j 5 9,115 6,4 j 9,75-6,4 j,1,9953j Γ =,99 1,99 1,99 1, 5 1,99,71 Kemudian di peoleh nilai Zin sebesa 5,17 11,96j pada fekuensi 5,5 GHz, Sehina nilai yan dipeoleh secaa pehitunan sebaai beikut: Z in 5,17-11,96j 5,17-11,96 j 5 5,17-11,96 j 5 4,111,96j 75,17-11,96j,91,19 j Γ =,347 1,347 1,347, 63 1,347,65 4.5 Analisis Pebandinan Hasil Simulasi dan Teoi Dai hasil pehitunan denan menunakan umus kita dapat bandinkan denan hasil simulasi sepeti dipelihatkan pada Tabel 9, maka dapat dilihat pebandinan ain dan tehadap hasil pehitunan menunakan umus, dimana pada peubahan nilai tidak telalu besa yaitu. Tabel 9. Pencapaian Spesifikasi Antena Hasil Pehitunan Hasil Simulasi Paamete Rumus No Fekuensi Fekuensi Antena (GHz) (GHz).35 3,35 5.5.35 3,35 5,5 1 1,7 1,5,63 1,536 1,976 1,77 Gain (db) 3 1 6,4 6,51 6,1 3 Bandwidth(MHz) - - - 11 6 131 Bebeda denan Gain yan menalami peubahan sampai 5 db. Sehina dapat dikatakan hasil simulasi dan pehitunan umus tidak selamanya sama. 5. Kesimpulan Dai pembahasan tentan mikostip patch seitia Tiple-band, dipeoleh bebeapa kesimpulan antaa lain: 6. Peancanan antena tiple band denan teknik aay patch seitia dapat dipeoleh denan baik denan caa menatu letak titik pencatu pada masin-masin patch. 7. dan Gain dai pehitunan dalam peancanan ini adalah untuk,35 GHz adalah 1,3 dan db, pada fekuensi 3,35 GHz adalah 1,13 dan 3 db, pada fekuensi 5,5 GHz adalah 1, dan 1dB. Sehina match kaena nilainya mendekati 1 yan meupakan nilai yan sempuna. 6. DAFTAR PUSTAKA [1] Sujati,Inda. ( 1 ). Antena Mikostip: Konsep dan Aplikasinya. Jakata:Univesitas Tisakti [] Huan, Y., & Boyle, K. (). Antennas: fom theoy to pactice. Jhon Wiley & Sons. [3] Rambe, Ali Hanafiah (). Rancan banun antena mikostip patch sei empat plana aay 4 elemen denan pencatuan apetue-coupled untuk aplikasi CPE pada WiMAX. Tesis Teknik Elekto Univesitas Indonesia. 76 copyiht@ DTE FT USU