SIMULASI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH BERBENTUK SEGIEMPAT DAN LINGKARAN PADA FREKUENSI 1800 MHZ UNTUK APLIKASI LTE MENGGUNAKAN SOFTWARE ZELAND IE3D V12 Nama : Widi Pramudito NPM : 18410009 Jurusan : TEKNIK ELEKTRO
Latar Belakang Masalah Sistem telekomunikasi LTE membutuhkan antena yang memiliki ukuran dimensi kecil, material bahan yang mudah didapat, dan biaya fabrikasi yang murah. Antena mikrostrip dapat menjadi solusi masalah di atas karena memenuhi semua kriteria yang dibutuhkan.
Tujuan Penulisan Merancang, mensimulasikan hingga menganalisa parameter nilai kinerja antena mikrostrip, serta membandingkan kinerja berdasarkan bentuk patch mikrostrip dengan menggunakan rumus rumus terkait antena mikrostrip dan menggunakan perangkat lunak Zeland IE3D V12.
Batasan Masalah Kedua buah antena didesain untuk beroperasi pada frekuensi 1800 Mhz. Kedua antena dibuat dari substrat berbahan FR4 (epoxy), yang memiliki ketebalan substrat 1,5 mm dan konstanta dielektrik ε r = 4,785593. Teknik pencatuan pada kedua buah antena mikrostrip yang digunakan adalah slot mikrostrip. Perancangan kedua buah antena menggunakan rumus terkait antena mikrostrip untuk mengukur dimensi dari patch masing masing antena, dengan patokan bahwa variabel awal antena telah ditentukan pada poin pertama.
Perangkat yang digunakan untuk mensimulasikan antena adalah perangkat lunak Zeland IE3D V12. Kedua buah antena didesain di dalam perangkat lunak Zeland IE3D V12 setelah mengetahui ukuran dimensi masing masing, lalu disimulasikan, dengan parameter kinerja yang akan diukur dari kedua buah antena adalah : 1. Return Loss antena 2. Gain antena 3. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) 4. Pola radias antena 5. Efisiensi Antena 6. Bandwidth Antena
Hasil dari simulasi berupa parameter kinerja kedua buah antena dianalisis dan dibuat kesimpulan tentang keuntungan dan kerugian masing masing.
LTE (Long Term Evolution) LTE adalah sebuah standar baru dari layanan yang mempunyai kemampuan tinggi dalam sistem komunikasi bergerak yang merupakan langkah menuju generasi ke-4 (4G) dari teknologi radio yang dirancang untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan telepon mobile.
Antena Mikrostrip Antena yang terdiri dari substrat yang berada di antara dua lapisan konduktor yang berfungsi sebagai elemen peradiasi dan elemen grounding.
Langkah Prosedur Analisis Penentuan spesifikasi antena mikrostrip yang akan dirancang. Dalam penulisan ini yaitu dengan bahan FR4 (epoxy) dengan tebal substrat 1,5 mm, konstanta dielektrik ε r = 4,785593, dan frekuensi kerja 1800 MHz. Perhitungan nilai dimensi antena menggunakan rumus umum antena mikrostrip. Dari perhitungan, didapat dimensi patch antena segiempat yaitu panjang L = 37,8579 mm, lebar W= 48,995 mm panjang slot mikrostrip F = 19,085 mm, tebal slot mikrostrip T = 2 mm, panjang inset D =12,619 mm, lebar inset S= 3 mm, sedangkan patch mikrostrip antena didapat dimensinya yaitu jari-jari patch R = 22,69115 mm,
panjang slot mikrostrip L = 19,61725 mm, lebar slot mikrostrip B = 0,54139 mm, panjang inset D = 13,07817 mm, lebar inset W = 3,91162 mm. Perancangan desain antena menggunakan perangkat lunak Zeland IE3D. Pengujian frekuensi kerja apakah sudah sesuai dengan perhitungan yang dilakukan dengan rumus menggunakan Zeland IE3D. Jika belum cocok, maka dilakukan perhitungan ulang. Simulasi menggunakan perangkat lunak Zeland IE3D Pengambilan data kinerja kedua buah antena mikrostrip Analisa dan penarikan kesimpulan
Desain Kedua Buah Antena
Hasil Pengujian Frekuensi Antena Parameter Patch Segiempat Patch Lingkaran Frekuensi yang ditetapkan 1800 MHz 1800 MHz Frekuensi hasil pengujian 1805 MHz 1812 MHz Tingkat kesalahan 0,28 % 0,67 %
Hasil Simulasi Kinerja Antena Parameter Patch Segiempat Patch Lingkaran Return Loss -14,63 db -21,21 db Gain 5,3416 db 5,5577 db VSWR 1 VSWR 2 terpenuhi 1 VSWR 2 terpenuhi Efisiensi 85,2962 % 80,7929 % Bandwidth 12 MHz 10 Mhz
Kesimpulan Pada pengujian frekuensi kerja kedua buah antena didapat frekuensi resonansi kedua buah antena melalui simulasi, yaitu 1805 MHz untuk antena mikrostrip segiempat dan 1812 MHz untuk antena mikrostrip lingkaran. Maka didapat tingkat kesalahan masing masing antena yaitu 0,28 % untuk antena mikrostrip segiempat dan 0,67 % untuk antena mikrostrip lingkaran. Dengan tingkat kesalahan masing masing bernilai < 1%, maka metode penentuan dimensi antena menggunakan rumus bisa disimpulkan mendekati nilai hasil simulasi.
Pada simulasi pengujian nilai Return Loss kedua buah antena didapat nilai Return Loss kedua buah antena yaitu -14,63 db untuk antena mikrostrip segiempat dan -21,21 db untuk antena mikrostrip lingkaran. Didapat nilai return loss antena mikrostrip patch lingkaran lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip patch segiempat, maka dapat disimpulkan bahwa pada mikrostrip patch lingkaran, amplitudo gelombang yang dipantulkan lebih kecil. Maka daya yang hilang pun pada antena patch lingkaran lebih kecil.
Pada simulasi pengujian nilai Gain, didapat nilai gain maksimum kedua buah antena yaitu 5,5577 db untuk antena mikrostrip segiempat dan 5,2719 db untuk antena mikrostrip lingkaran. Didapat nilai gain maksimum antena mikrostrip patch segiempat lebih besar dibandingkan dengan antena mikrostrip patch lingkaran, maka dapat disimpulkan antena mikrostrip segiempat dapat meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan intensitas lebih besar pada frekuensi kerja yang telah ditetapkan.
Pada simulasi pengujian nilai VSWR, didapat nilai VSWR pada kedua buah antena mikrostrip segiempat dan lingkaran memiki rentang frekuensi di mana nilai 1 VSWR 2, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa kedua buah antena telah memenuhi syarat sebagai antena yang baik. Pada simulasi pengujian pola radiasi, didapat bahwa kedua buah antena mikrostrip memiliki bentuk pola radiasi yang identik satu sama lain. Pola radiasi keduanya terlihat terfokus di arah sekitar gain maksimum, hal ini disebabkan karena pada antena mikrostrip. Dapat ditarik kesimpulan bahwa bentuk lempengan patch pada antena mikrostrip tidak mempengaruhi bentuk pola radiasi.
Pada simulasi pengujian nilai efisiensi antena, didapatkan nilai efisiensi kedua buah antena yaitu 85,2962% untuk antena mikrostrip segiempat dan 80,7929% untuk antena mikrostrip lingkaran. Didapat bahwa nilai efisiensi maksimum dari antena patch mikrostrip segiempat lebih besar dibandingkan dengan antena patch mikrostrip lingkaran. Oleh karena itu, dapat disimpulkan antena mikrrostrip patch segiempat lebih dapat diandalkan untuk mengirimkan gelombang elektromagnetik dengan tingkat kesalahan yang lebih kecil.
Pada simulasi pengukuran nilai bandwidth, didapat nilai bandwidth kedua buah antena yaitu 12 MHz untuk antena mikrostrip segiempat dan 10 MHz untuk antena mikrostrip lingkaran. Didapat bahwa nilai bandwidth dari antena patch mikrostrip segiempat lebih besar dibandingkan dengan antena patch mikrostrip lingkaran, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa antena mikrostrip patch segiempat memiliki penyebaran radiasi pada kondisi standar yang lebih lebar dibandingkan dengan antena mikrostrip patch lingkaran.
Dari poin-poin analisis yang telah disebutkan, dapat ditarik kesimpulan bahwa kinerja antena mikrostrip patch berbentuk segiempat sedikit lebih baik daripada bentuk lingkaran dari segi gain, efisiensi, dan bandwidth, maka antena mikrostrip patch segiempat cocok untuk diterapkan pada aplikasi antena tunggal pada LTE. Namun, patch mikrostrip lingkaran memiliki nilai return loss yang lebih kecil dari segiempat, yang menjadikannya pilihan yang lebih ideal untuk aplikasi LTE yang membutuhkan input daya yang tinggi, contohnya adalah MIMO array antena.
Saran Melakukan simulasi dengan bentuk patch antena mikrostrip berbeda dan tidak umum, dengan harapan menghasilkan kinerja antena mikrostrip yang lebih bagus. Mengkonfigurasikan satu atau lebih jumlah antena mikrostrip sehingga berbentuk array.
Mengkonfigurasikan satu atau lebih jumlah antena mikrostrip sehingga berbentuk array Mensimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak lebih dari satu.