BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perkembangan yang pesat pada sistem telekomunikasi frekuensi tinggi di masa sekarang ini telah memacu permintaan antena dengan rancangan yang kompak, proses pembuatan yang mudah dan murah, mudah diintegrasikan, handal dan bisa bekerja pada frekuensi yang berbeda-beda (dualband/multiband). Spesifikasi antena yang dibutuhkan dalam sistem telekomunikasi frekuensi tinggi, khususnya teknologi Broadband Wireless Access (BWA), antara lain adalah antena dengan gain besar dan bandwidth yang lebih besar. Kemampuan beroperasi pada lebih dari satu pita frekuensi merupakan keunggulan yang perlu diupayakan, untuk mengikuti kecenderungan penggunaan dan alokasi frekuensi yang semakin bervariasi. Sebagai contoh, salah satu aplikasi teknologi BWA, yaitu WiMAX, di berbagai Negara termasuk Indonesia, alokasi frekuensi yang digunakan bisa berbeda-beda. Jika mengacu standar WiMAX 802.16e, spektrum frekuensi yang dipakai adalah < 6GHz, dan di Indonesia masih ada beberapa kemungkinan kisaran frekuensi yang dipakai yaitu 2,3GHz, 3,5GHz dan 5,8GHz [1]. Bersamaan dengan perkembangan lain dalam bidang antena mikrostrip, perkembangan dalam hal peningkatan bandwidth telah menjadi satu cabang aktifitas penelitian yang cukup pesat. Telah banyak penelitian perancangan antena untuk berbagai aplikasi broadband, sebagai gambaran sebagian dari penelitian yang telah dilakukan bisa dilihat pada [2, 3, 4]. Untuk penelitian [2, 3, 4], metode yang digunakan relatif sulit dan rancangan antena secara keseluruhan menjadi sangat kompleks. Metode yang digunakan dalam penelitian tersebut meliputi: 1. Antena mikrostrip setengah lingkaran, dua layer menggunakan spacer yang terbuat Styrofoam dan ditambahkan shorting posts di dua titik. 2. Antena mikrostrip segiempat susun 20 x 20 elemen, dan ditambahkan parasitic patch di setiap elemen. 1
3. Impedance matching dengan capacitive posts pada antena mikrostrip inverted patch. 4. Antena mikrostrip circular patch stacked inverted dengan geometri yang simetris. 5. Antena mikrostrip segiempat yang dicetak pada photo band gap substrat. Peningkatan bandwidth yang mampu dicapai dari ketiga penelitian tersebut adalah maksimal mencapai 43%. Namun dapat kita lihat dari penelitian [5], dimana metode yang digunakan relatif mudah dan rancangan antena secara keseluruhan menjadi lebih sederhana. Peningkatan bandwidth bisa mencapai 179,27% / 11,8 GHz. Rancangan antena pada penelitian tersebut adalah antena mikrostrip celah susun delapan elemen dengan multituning stubs. Hal ini menunjukkan bahwa upaya peningkatan bandwidth masih bisa dilakukan dengan menggunakan metode perancangan yang sederhana. Secara garis besar metode peningkatan bandwidth dapat dikategorikan ke dalam 3 bagian [6], yaitu: 1. Metode impedance matching 2. Metode multiple resonance 3. Metode reduced efficiency Namun trend dan perkembangan yang mendominasi dalam penelitian peningkatan bandwidth adalah dengan menggunakan prinsip variasi geometri dan memberikan gangguan untuk memunculkan multiple resonance dan juga input impedance matching [4]. Untuk menerapkan kedua metode tersebut tentu sangat bervariasi caranya. Pada Tesis ini cara yang digunakan adalah cara yang sederhana sehingga rancangan antena tidak menjadi kompleks. Penelitian yang dilakukan oleh penulis sebelumnya [7] berkaitan juga dengan peningkatan bandwidth, yaitu pembangkitan frekuensi ganda yang mampu ditala, menggunakan beban stub sebagai resonator sekaligus penala. Rancangan sederhana yang dihasilkan adalah sebuah antena mikrostrip segiempat elemen tunggal yang bekerja pada frekuensi ganda dengan kemampuan penalaan, sehingga memungkinkan perubahan frekuensi kerja. Metode yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah dengan impedance matching menggunakan matching network yang terdiri dari saluran mikrostrip dengan inset, serta menambahkan beban stub yang diletakkan tegak lurus di depan patch peradiasi. Penalaan dilakukan dengan mengubah posisi beban stub tersebut terhadap patch peradiasi. Hal ini dilakukan untuk mengubah nilai panjang beban yang 2
nantinya berpengaruh kepada nilai konduktansi beban, sehingga dapat mengubah perolehan frekuensi resonansi. Namun antena hasil rancangan dari penelitian tersebut masih memiliki keterbatasan dalam hal bandwidth dan gain. Dimana bandwidth terbesar yang bisa dicapai berkisar 55MHz yang terbagi dalam dua pita frekuensi, yaitu 19,75MHz pada 1,348GHz dan 35,7MHz pada 2,439Ghz, dengan gain terbesar yang bisa dicapai adalah 4,49dB pada frekuensi 2,37GHz. Selain kebutuhan bandwidth, kebutuhan nilai gain yang tinggi juga menjadi salah satu faktor yang penting. Berangkat dari hal ini penulis mengusulkan perancangan antena dengan memadukan metode-metode yang bersifat mendasar/sederhana, yaitu memadukan metode peningkatan bandwidth dengan menambahkan beban stub pada tiap patch peradiasi dan metode peningkatan gain dengan metode susun/array. Dengan menggunakan metode penambahan beban stub dan metode susun ini diharapkan mampu meningkatkan perolehan bandwidth dan gain, selain itu juga diharapkan hadir sebuah rancangan antena mikrostrip segiempat yang sederhana namun mampu memiliki berbagai konfigurasi yang dapat menghasilkan frekuensi resonansi dan bandwidth yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan. 1.2. Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Merancang dan membuat antena mikrostrip segiempat susun empat elemen dengan penambahan beban stub pada satu/dua/tiap elemen patch peradiasi. 2. Memperoleh rancangan antena dengan karakteristik yang diharapkan, yaitu kompak/ringkas, proses pembuatan mudah dan murah, dapat bekerja pada frekuensi yang berbeda-beda. Khusus untuk metode yang dipilih dalam penelitian ini diharapkan memperoleh berbagai konfigurasi titik dan posisi beban yang mampu meningkatkan bandwidth antena lebih dari bandwidth antena mikrostrip segiempat susun empat elemen sebelum diberi beban, sekaligus antena dengan gain yang meningkat dibanding gain antena mikrostrip segiempat elemen tunggal. 3
1.3. Perumusan Masalah Metode-metode yang digunakan dalam penelitian ini diharapkan mampu meningkatkan bandwidth dan juga gain. Metode yang utama untuk meningkatkan bandwidth adalah dengan penambahan beban stub pada patch peradiasi, sedangkan untuk meningkatkan gain digunakan metode susun/array. Permasalahan muncul ketika menerapkan metode susun/array untuk meningkatkan gain. Secara teori jika rangkaian pencatu pada antena susun memberikan matching yang baik maka bandwidth justru akan terbatas/sempit seperti bandwidth pada elemen tunggal. Bandwidth pada antena susun dapat meningkat jika ada loss yang cukup signifikan pada sistem antena, namun di sisi lain efisiensi menurun, dimana akan menyebabkan kenaikan gain tidak terlalu besar. Dapat disimpulkan bahwa metode susun/array yang utamanya ditujukan untuk meningkatkan gain, pada akhirnya juga mampu memberikan pengaruh untuk meningkatkan bandwidth, selain metode utama untuk peningkatan bandwidth itu sendiri, yaitu dengan penambahan beban stub. 1.4. Ruang Lingkup Penelitian Pembahasan dalam penulisan tesis ini terbatas pada mengenai implementasi teknik susun/array dan penambahan beban stub pada antena mikrostrip segiempat frekuensi 2,3 GHz. Karakteristik yang dibahas meliputi bandwidth, return loss, VSWR dan gain. Definisi bandwidth yang digunakan adalah rentang frekuensi kerja di mana pada rentang tersebut antena masih memiliki VSWR 2 [12]. 1.5. Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang dilakukan pada tesis ini sebagai berikut: 1. Tahap Formulasi Masalah dan Kajian Literatur Pada tahap ini dilakukan identifikasi permasalahan kebutuhan antena untuk akses broadband, formulasi masalah dengan melakukan kajian literatur kebutuhan antena broadband, dan melakukan kajian literatur teknologi pembuatan antena yang ada pada saat ini. Kajian literatur dilanjutkan dengan mengkaji berbagai metode yang ada untuk peningkatan bandwidth pada antena mikrostrip. Selanjutnya adalah memutuskan metode yang digunakan dalam perancangan antena 4
2. Tahap Pemodelan dan Simulasi Pada tahap ini dilakukan pemodelan antena sesuai dengan metode yang telah dipilih serta melakukan simulasi. 3. Tahap Pabrikasi dan Pengukuran Pada tahap ini, dibuat antena yang sesuai dengan rancangan dan hasil simulasi yang telah dilakukan. Sesudah itu dilakukan pengukuran terhadap antena yang telah di pabrikasi. 4. Tahap Analisa dan Evaluasi Pada tahap ini, akan dilakukan analisa dari hasil pengukuran dan simulasi yang telah diperoleh. Hasil pengukuran kemudian dibandingkan dengan hasil simulasi yang kemudian dilakukan evaluasi terhadap deviasi yang terjadi. 1.6. Sistematika Penulisan Laporan tesis ini terbagi dalam lima bab, dengan sistematika penulisan sebagai berikut: Bab 1 Pendahuluan Bagian ini terdiri dari latar belakang, tujuan, perumusan masalah, ruang lingkup penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. Bab 2 Teori Dasar pada Antena Mikrostrip Bagian ini berisi teori dasar mengenai analisa antena mikrostrip segiempat dengan menggunakan model cavity, teori dasar mengenai teknik pencatuan, dan teknik penambahan beban berupa stub. Bab 3 Perancangan, Simulasi dan Pabrikasi Antena Bagian ini berisi penjelasan tentang perancangan, simulasi dan pabrikasi/pembuatan rancangan antena mikrostrip segiempat susun empat elemen dengan beban stub, spesifikasi antena, peralatan-peralatan yang diperlukan, prosedur perancangan dan algoritma seluruh prosedur penelitian berupa diagram alir. 5
Bab 4 Pengukuran Antena, Hasil dan Analisa Bagian ini berisi data-data pokok yang akan dianalisa berupa hasil pengukuran parameter port tunggal (VSWR, return loss, impedansi masukan), pola radiasi dan gain. Juga berisi tentang perbandingan antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi dan analisanya. Bab 5 Kesimpulan dan Penelitian Lanjutan Bagian ini membahas tentang kesimpulan dari keseluruhan tesis dan memberikan arahan untuk penelitian lanjutan dari penelitian ini. 6