TUGAS AKHIR PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY PATCH SEGITIGA DUAL- BAND ( 2,4 GHz dan 3,3 GHz) DENGAN STUB PADA SALURAN PENCATU Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh EDEN HERDANI 100402016 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Antena mikrostrip merupakan salah satu perangkat komunikasi yang sangat penting disamping memiliki bentuk dan ukuran yang kecil dengan kemampuan meradiasi dan menerima sinyal dengan baik. Seiring perkembangan telekomunikasi, WLAN dan WiMAX merupakan teknologi wireless yang sering digunakan saat ini. Pada Tugas Akhir ini, dirancang sebuah antena mikrostrip array patch segitiga dengan penambahan stub pada saluran pencatunya yang diharapkan mampu bekerja secara optimal pada frekuensi 2,4 GHz untuk aplikasi WLAN dan frekuensi 3,3 GHz untuk aplikasi WiMAX. Berdasarkan analisa pengukuran, diperoleh nilai VSWR sebesar 1,43 untuk frekuensi 2,4 GHz dengan bandwidth antena yang diperoleh sudah memenuhi spesifikasi teknis yaitu sebesar 135 MHz dan 1,48 untuk frekuensi 3,3 GHz dengan bandwidth sebesar 81 MHz. Gain diperoleh sebesar 5,6 db untuk WLAN dan 5,1 db untuk WiMAX. Dengan pola radiasi unidirectional. Kata kunci : antena mikrostrip, dual band, stub ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya yang senantiasa memberikan kekuatan, pengetahuan, dan kesempatan kepada penulis untuk mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Strata 1 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP ARRAY PATCH SEGITIGA DUAL- BAND ( 2,4 GHz dan 3,3 GHz ) DENGAN STUB PADA SALURAN PENCATU. Selanjutnya Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk Ayahanda dan Ibunda tercinta yang selalu memberikan kasih sayangnya kepada anak-anaknya. Semoga Allah SWT senantiasa melindungi dan memberikan kemudahan dalam segala urusan. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain : 1. Bapak DR. Ali Hanafiah Rambe, ST.,MT, selaku Dosen Pembimbing penulis yang dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis, banyak meluangkan waktu, tenaga dan fikiran dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini. iii
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 4. Bapak Soeharwinto, ST.MT, selaku dosen pembimbing akademik penulis. 5. Bapak Ir. Arman Sani, MT dan Ibu Naemah Mubarakah, ST., MT selaku dosen pembanding pada Tugas Akhir ini. 6. Seluruh staf dan pengajar, khususnya staf dan pengajar di Program studi Teknik Elektro. 7. Teristimewa kepada kedua orang tua tercinta ( Maskun Bin Kosasih dan Iyet Suryati Binti Usman ) yang selalu mendo akan dan memberi motivasi dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini. 8. Saudara kandung (Kang Aming, Kang Awam, Teh Uyu, ) dan adikadik yang selalu mendukung dan mendo akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Buya H. Thosin Burhani, S.H dan Ibu Hj. T. Mardatillah beserta seluruh keluarga besar. 10. Teman-teman stambuk 2010 yang tidak bisa disebutkan satu persatu. 11. Abang-abang dan kakak-kakak alumni, MME-GS, Teman-teman Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. 12. Pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang selalu membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. iv
Akhir kata, Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, kritik dan saran penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, September 2014 Penulis, (Eden Herdani) NIM : 100402016 v
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAK...ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang Masalah...1 1.2 Rumusan Masalah...2 1.3 Tujuan Penulisan Tugas Akhir...3 1.4 Batasan Masalah...3 1.5 Metodologi Penelitian...3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI...6 2.1 Antena...6 2.2 Antena Mikrostrip...6 2.3 Parameter Antena... 9 2.3.1 Volt Standing Wave Ratio (VSWR)... 9 2.3.2 Bandwidth...10 2.3.3 Gain...11 2.3.4 Polaradiasi...13 2.3.5 Return Loss...14 2.3.6 Directivity...14 vi
2.3.7 Impedansi Masukan... 15 2.4 Teknik Pencatuan...15 2.5 Antena mikrostrip Patch Segitiga Sama Sisi....16 2.5.1 Antena Mikrostrip Array Patch Segitiga...17 2.5.2 Menentukan Lebar Saluran Pencatu...18 2.6 Power Divider...19 2.7 T-Junction...19 2.8 Penyesuaian Impedansi Metode Single Stub...20 2.9 WLAN...22 2.10 WiMAX...23 2.11 Dual Band... 26 2.12 Alokasi Frekuensi 2,4 GHz... 26 2.13 Alokasi Frekuensi 3,3 GHz... 27 2.14 Perangkat Lunak AWR Microwave2004...27 BAB III PERANCANGAN ANTENA...29 3.1 Umum...29 3.2 Diagram Alir Perancangan Antena...30 3.3 Perangkat yang digunakan...30 3.4 Perancangan Elemen Antena...31 3.5 Jenis Subtrat yang digunakan...32 3.6 Perancangan Lebar Saluran Pencatu...33 3.7 Pengaturan Jarak antar Elemen...34 3.8 Perancangan T-Junction...35 3.9 Perancangan Stub... 35 vii
3.10 Hasil Perancangan Antena...38 BAB IV ANALISIS HASIL SIMULASI... 39 4.1 Umum...39 4.2 Hasil simulasi Elemen 2.4 GHz...39 4.3 Hasil Simulasi Elemen 3.3 GHz...42 4.4 Hasil simulasi Dual-Band...45 4.5 Analisa Hasil Simulasi...47 4.5.1 VSWR... 47 4.5.2 Bandwidth... 49 4.5.3 Gain dan Pola Radiasi... 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...54 5.1 Kesimpulan...54 5.2 Saran...55 DAFTAR PUSTAKA...56 LAMPIRAN viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur antena mikrostrip...7 Gambar 2.2 Bentuk grafis pola radiasi antena...13 Gambar 2.3 Antena mikrostrip patch segitiga sama sisi...16 Gambar 2.4 Struktur antena mikrostrip patch segitiga...18 Gambar 2.5 N-way Wilkinson Combiner...19 Gambar 2.6 T-Junction Untuk Antena Mikrostrip...20 Gambar 2.7 Rangkaian matching dengan metode single Stub....20 Gambar 3.1 Diagram alir perancangan antena mikrostrip dual-band...30 Gambar 3.2 Tampilan TXLine 2003 untuk mencari lebar saluran pencatu...33 Gambar 3.3 Tampilan 2003 untuk mencari dimensi T-Junction....35 Gambar 3.4 Ukuran patch, lebar pencatu, dan panjang stub antena mikrostrip array segitiga dual band....38 Gambar 4.1 Nilai VSWR Perancangan Awal Elemen Tunggal Frekuensi 2,45 GHz sebelum penambahan stub.... 39 Gambar 4.2 Elemen Tunggal WLAN (a) sebelum penambahan stub (b) Setelah Penambahan Stub...40 Gambar 4.3 Nilai Bandwidth Elemen Tunggal Frekuensi 2,45 GHz setelah penambahan stub...41 Gambar 4.4 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal Frekuensi 2,45 GHz setelah penambahan stub...41 Gambar 4.5 Nilai VSWR Rancangan Awal Elemen Tunggal untuk Frekuensi 3,35 GHz sebelum penambahan stub.......42 Gambar 4.6 Elemen Tunggal WiMAX...42 Gambar 4.7 Nilai VSWR Optimal untuk WiMAX... 44 ix
Gambar 4.8 Gain dan Pola Radiasi Elemen Tunggal WiMAX...44 Gambar 4.9 Model Antena Array Patch Segitiga Dual Band dengan Penambahan Stub.... 45 Gambar 4.10 Nilai VSWR Awal Antena Dual Band Patch Segitiga Array....45 Gambar 4.11 Nilai VSWR optimal untuk dual-band...47 Gambar 4.12 Nilai pada Smitchcart...48 Gambar 4.13 Nilai VSWR dual band... 50 Gambar 4.14 Pola Radiasi dan gain WLAN...51 Gambar 4.15 Pola Radiasi dan gain WiMAX...51 x
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Substrat yang Digunakan...34 Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah panjang Stub Frekuensi 2,45 GHz...41 Tabel 4.2 Data Hasil Iterasi Mengubah panjang Stub Frekuensi 3,35 GHz...44 Tabel 4.3 Hasil Iterasi Perubahan Panjang Stub Pada Setiap Pencatu...47 Tabel 4.4 Hasil Analisa Perbandingan Antara Antena Mikrostrip Tunggal dengan Dual Band... 53 xi