BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS 4.1 Syarat Pengukuran Pengukuran suatu antena yang ideal adalah dilakukan di suatu ruangan yang bebas pantulan atau ruang tanpa gema (Anechoic Chamber). Pengukuran antena dilakukan di daerah medan jauh antena, hal ini dimaksudkan agar antena tidak terpengaruh oleh medan dari benda-benda di sekitarnya. Jarak pengukuran antara antena pemancar dengan penerima adalah 2 R 2 D, dengan D adalah panjang dimensi terbesar antena. Untuk menghindari kesalahan dan data yang dihasilkan dapat dipertanggung jawabkan maka syarat-syarat pengukuran harus diperhatikan seperti frekuensi sistem harus stabil dan tidak boleh berubah-ubah, kriteria medan jauh dan lingkungan bebas pantulan harus dipenuhi, lingkungan bebas noise dan interferensi benda-benda sekelilingnya, dan antena diarahkan berimpit dengan sumbu utama. Namun kondisi ideal susah dicapai karena kondisi nyatanya adalah : Pengukuran antena sering kali dipengaruhi oleh pantulan gelombang yang tidak diinginkan. Pengukuran outdoor memberi kondisi lingkungan EM yang tidak terkontrol. Secara umum, teknologi pengukuran antena sangat mahal. Melihat pertimbangan inilah maka akan dilakukan pengukuran antena dengan kondisi yang seideal mungkin. Dengan menggunakan sarana dan prasarana yang terbatas tetapi diharapkan mendapatkan hasil yang dapat dipertanggung jawabkan Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 28
4.2 Alat Ukur Perangkat ukur yang digunakan dalam pengukuran antenna ini adalah: 1. Network Analyzer (Anritsu), range 300 KHz - 3 GHz. Alat ukur ini digunakan dalam pengukuran VSWR, bandwidth, dan impedansi antena. Network analyzer akan menampilkan grafik hasil ukur berupa VSWR fungsi frekuensi, dan impedansi dalam bentuk smith chart. 2. Spectrum Analyzer (GWInstek GSP-830), range 9 KHz - 3 GHz. Alat ukur ini digunakan dalam pengukuran gain, dan polarisasi dari antena yang diukur. Spectrum Analyzer digunakan untuk mengukur level daya terima. 3. Signal Generator (HAMEG 3GHz) Alat ukur ini berfungsi membangkitkan frekuensi dan level daya. 4.3 Pengukuran Karakteristik Antena 4.3.1 Pengukuran VSWR, Bandwidth, dan Impedansi input Pengukuran VSWR dilakukan untuk mengetahui nilai gelombang berdiri yang disebabkan oleh sinyal pantul yang terjadi. Semakin besar nilai VSWR, maka semakin besar pula gelombang yang dipantulkan kembali ke transmitter. Nilai VSWR harus sesuai dengan ambang batas dari perangkat yang digunakan. Pada Tugas Akhir ini nilai VSWR yang diharapakan tidak lebih dari 2,0. Pengukuran bandwidth dilakukan untuk mengetahui daerah frekuensi yang dimiliki antena tersebut dengan batas VSWR tertentu (dalam hal ini VSWR 2,0). Jika bandwidth antena besar, maka akan banyak aplikasi yang dapat dilakukan dengan menggunakan antena tersebut. Sedangkan pengukuran impedansi bertujuan untuk mengetahui apakah antena yang dipakai sesuai dengan impedansi saluran transmisi yang digunakan. Untuk mengukur VSWR, bandwidth dan impedansi antena, alat yang digunakan adalah Network Analyzer, merek Anritsu (300 KHz - 3 Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 29
GHz) yang mempunyai kemampuan mengukur karakteristik antena dari frekuensi 300 KHz sampai dengan 3 GHz. 4.3.1.1 Prosedur Pengukuran VSWR, Bandwidth dan Impedansi Prosedur pengukurannya adalah sebagai berikut : 1. Kalibrasi Network Analyzernya beserta kabel koaxial yang dipergunakan dengan calibration kit yang tersedia sehingga nilai return loss mendekati nol untuk semua frekuensi. Langkah kalibrasi ini sangat penting untuk mendapatkan nilai validitas pengukuran sebaik mungkin. 2. Hubungkan antena AUT (antena under test) ke port 1 Network Analyzer. Posisi AUT adalah arah radiasi yang menjauhi Network Analyzer. 3. Tampilkan masing-masing parameter yang ingin diketahui melalui tombol format, kemudian catat serta rekam grafik hasil pengukuran tersebut. 4. Untuk VSWR didapatkan fungsi grafik SWR terhadap frekuensi, sedangkan impedansi input didapatkan fungsi grafik smith chart yang menggambarkan fungsi impedansi terhadap frekuensi. Gambar 4.1 Konfigurasi Pengukuran VSWR, Bandwidth, dan Impedansi Gambar diatas memperlihatkan konfigurasi pengukuran VSWR, bandwidth dan impedansi. Antena yang diukur terhubung melalui kabel koaxial 50 ohm pada port 1 Network Analyzer. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 30
4.3.1.2 Hasil Pengukuran VSWR, Bandwidth 1. VSWR dan bandwidth a. Antenna 1 Gbr. 4.2 Penampang Antenna dengan posisi Switch 0000 Gbr. 4.3 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 0000 Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR = 3.56, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.4 GHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR < 2 tidak tercapai, dengan kata lain, antena ini tidak menghasilkan VSWR sesuai dengan spesifikasi. Nilai VSWR yang terbaik berada pada frekuensi 3.66 GHz yaitu 1,2. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 31
b. Antenna 2 Gbr. 4.4 Penampang Antenna dengan posisi Switch 1000 Gbr. 4.5 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 0000 Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR = 4.38, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.4 GHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR < 2 tidak tercapai, dengan kata lain, antena ini tidak menghasilkan VSWR sesuai dengan spesifikasi. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 32
c. Antenna 3 Gbr. 4.6 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 1101 Gbr. 4.7 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 1101 Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR = 3.30, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.4 GHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR < 2 tidak tercapai, dengan kata lain, antena ini tidak menghasilkan VSWR sesuai dengan spesifikasi. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 33
d. Antenna 4 Gbr. 4.8 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 1110 Gbr. 4.9 Grafik Hasil Pengukuran VSWR untuk Switch 1110 Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR = 5.00, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.4 GHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR < 2 tidak tercapai, dengan kata lain, antena ini tidak menghasilkan VSWR sesuai dengan spesifikasi. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 34
4.3.1.3 Analisis Hasil Pengukuran VSWR dan Bandwidth Pada pengukuran VSWR, bandwidth dan impedansi dihubungkan dengan port Network Analyzer dengan impedansi 50 Ω. Dari pengukuran ini diharapkan transfer daya maksimum dengan impedansi antena yang bersifat resistif murni sebesar 50 Ω. Dari hasil pengukuran VSWR 2 diketahui hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukani. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal,yaitu: 1. Antena mikrostrip memiliki karakteristik bandwidth yang sempit. 2. Pemilihan substrat FR4 dengan tebal 1.6 mm memiliki bandwidth yang lebih kecil dibandingkan FR4 dengan tebal 3.2 mm. Perbandingan hasil pengukuran antara antena prototipe dengan simulasi adalah: Kombinasi Tabel 4.1 VSWR Simulasi. Rentang Frekuensi (MHz) Simulasi Bandwidth (MHz) 0000 Tidak dapat ditentukan 1000 BW = fu fl = 2410 MHz 2350MHz = 60MHz 1101 BW = fu fl = 2400 MHz 2390MHz = 10MHz Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 35
1110 Tidak dapat ditemtukan Dari tabel tersebut dapat diketahui bahwa terjadi penyimpangan bandwidth antara pengukuran dan simulasi, hal ini dipengaruhi karena ada penyimpangan yang terjadi pada ukuran prototipe antena saat diproduksi. 4.3.2 Pengukuran Pola Radiasi Pola radiasi dari suatu antena merupakan gambaran dari intensitas pancaran antena sebagai fungsi dari parameter koordinat bola (θ,φ). Komponen-komponen yang terdapat dalam gambaran pola radiasi adalah mainlobe, sidelobe, dan backlobe. Dari mainlobe bisa dilihat parameter Half Power Beamwidth (HPBW) dan First Null Beamwidth (FNBW). Pola radiasi antena diukur pada daerah medan jauh antena, karena pada daerah tersebut gelombang elektromagnetik yang terpancar tidak bergantung jarak dari antena. Nilai medan jauh dapat dihitung melalui persamaan 2 2L R dengan L adalah dimensi terbesar dari antena dan adalah panjang gelombang. L dari antena mikrostrip ini adalah diagonal dari groundplane yang panjangnya= 18.87cm, sedangkan 8 c 3x10 = 0.125 m 12.5cm 9 f 2.4x10 Medan jauh dari AUT yaitu 2 2L 2(18.87) 12.5 2 56.97cm 0.5697 m. Medan jauh antena Referensi yaitu 2 2L 2(25) 12.5 2 100cm 1.0m Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 36
4.3.2.1 Prosedur Pengukuran Pola Radiasi Sinyal Utama Sinyal dari sistem lain AUT Sinyal Pantul Pengirim 1.8 m Rotator Function Generator Sinyal yang tidak diinginkan Spectrum Analyzer 2 L 2 R > Gambar 4.10 Konfigurasi Pengukuran Pola Radiasi Pengukuran pola radiasi antena pada tugas akhir ini dilakukan di dalam ruang tertutup. Konsekuensi logis dari pengukuran di dalam ruangan adalah adanya gelombang elektromagnetik, pantulan sinyal seluler, wireless LAN Mercubuana. Hal ini akan turut mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. Rekayasa yang dilakukan antara lain : 1. Menaikkan daya pancar yang keluar dari generator, hal ini bertujuan agar terjadi dominasi level daya pada frekuensi ukur. Power output yang dipakai sebesar -13 dbm. 2. Menggunakan antena unidireksional pada sisi pemancar, penggunaan antena unidireksional bertujuan agar gelombang elektromagnetik yang terpancar akan terkonsentrasi pada boresight yang berhimpit dengan sumbu pengukuran. 3. Mencari ruangan yang memiliki pantulan kecil, seperti bahan bangunan berupa kayu, karena kayu sangat berkompeten mengurangi pantulan. 4. Pengukuran dilakukan pada waktu malam hari, pengukuran pada malam hari akan memberikan hasil yang lebih baik, karena variasi medan yang diterir signalma lebih kecil, hal ini ditunjukkan level daya terima yang tidak berubah-ubah secara drastis. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 37
Langkah-langkah pengukuran: 1. Antena pemancar dihubungkan ke generator signal dan Antenna Under Test (AUT) dihubungkan ke spectrum analyzer 2. Pengukuran dilakukan dengan AUT berada pada jarak 1.6m dari antena pemancar, yaitu memenuhi jarak minimum medan jauh (R 1.59 m) 3. AUT diputar-putar secara azimuth atau elevasi per 10 0 Catat level terima yang terbaca pada spectrum analyzer. Semakin kecil resolusi sudut pemutaran, maka akan semakin terlihat pola radiasinya. Hasil pengukuran dicatat sebanyak dua kali dalam rentang waktu yang sama, tujuan dari ini adalah untuk mencari nilai rata- rata akibat dari fluktuasi level daya yang terus berubah-ubah akibat multipath. Hasil rata-rata yang didapatkan akan dinormalisasikan terhadap daya yang terbesar. Normalisasi ini akan menghasilkan gain normalisasi yang kemudian hasilnya akan digambarkan sebagai pola radiasi normal dalam skala logaritmis, ini dapat dilihat dalam skala nilai terbesar adalah 0 db. Untuk melihat pola radiasi tersebut digunakan software Microsoft Excel. 4.3.2.2 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Setelah diperoleh level daya terima antena yang dicatat dan kemudian diolah dengan menggunakan software Excel, maka diperolehlah plot pola pancar dengan bentuk 2D sebagai berikut : Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 38
Tabel 4.2 Perbandingan Pola Radiasi Antara Hasil Pengukuran Dengan Dimulasi State Hasil Pengukuran Hasil Simulasi 0000 Azimuth Elevasi 1000 Azimuth Elevasi Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 39
1101 Azimuth Elevasi 1110 Azimuth Elevasi 4.3.2.3 Analisa Perbandingan Hasil Pengukuran Pola Radiasi dan Simulasi. Dari hasil pengukuran dan simulasi antena patch fractal persegi diperoleh pola radiasi tampak pada tabel 4.3. Hasil simulasi dan pengukuran terdapat penyimpangan pada besarnya mainlobe dan side lobenya. Tetapi secara Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 40
keseluruhan hasil pengukuran dari empat kombinasi hampir mendekati hasil simulasi. Penyimpangan ini disebabkan karena disekitar area pengukuran terdapat beberapa objek pemantul seperti bangunan gedung, sehingga selain sinyal langsung, receiver juga menerima sinyal tak langsung akibat multipath. Perubahan suhu udara juga turut mempengaruhi perilaku gelombang yang terpancar, akibatnya pada sisi penerima terjadi variasi medan yang cukup besar. Sedangkan pada simulasi, vektor medan yang datang hanya dari gelombang yang dinginkan saja dan diasumsikan pembentukan pola pancarnya berada di suatu ruangan ideal tanpa adanya pantulan. Perancangan dan Implementasi Antenna Mikrostrip dengan Kombinasi Ground Switch Pada 41