TUGAS AKHIR STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR MENGGUNAKAN ANSOFT Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh DENNY OSMOND PELAWI NIM : 060402057 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2012
ABSTRAK Antena mikrostrip merupakan antena yang cukup pesat perkembangannya terutama dalam hal desain. Perkembangan ini didorong dengan semakin meningkatnya kebutuhan desain antena yang ringkas dan praktis terutama pada komunikasi nirkabel. Antena dengan tipe polarisasi melingkar merupakan antena yang paling banyak digunakan dalam bidang telekomunikasi saat ini khususnya pada sistem komunikasi nirkabel. Antena mikrostrip merupakan peradiator paling efektif dalam polarisasi melingkar. Dalam Tugas Akhir ini dirancang dan disimulasikan sebuah antena mikrostrip berpolarisasi melingkar dengan menggunakan teknik sudut patch dipotong dan slot diagonal pada patch. Perancangan dan simulasi antena menggunakan perangkat lunak Ansoft HFSS v.10. Dari hasil simulasi diperoleh axial ratio antena yang paling optimum sebesar 1,54 db pada VSWR 1,43 pada antena dengan sudut patch yang dipotong, dan axial ratio sebesar 1,74 db dengan VSWR 1,7 pada antena yang diberi slot diagonal pada patchnya.
KATA PENGANTAR Syukur dan Alhamdulillah penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala rahmat dan karunia-nya yang telah dilimpahkan kepada penulis hingga dapat melalui segala proses peneyelesaian Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada orang paling istimewa dalam hidup penulis, yaitu Ayahanda Abd. Hakim Pelawi dan Ibunda Ingan Pulung br Singarimbun, adik-adik saya Yoseinaita, Nurul Aini, Rahmi Fajrina, yang senantiasa mendukung serta mendo akan penulis hingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : STUDI PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT DENGAN TIPE POLARISASI MELINGKAR MENGGUNAKAN ANSOFT Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan, pengarahan dan dukungannya.
2. Bapak Ir. T. Ahri Bahriun, Msc. selaku penasehat akademi penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya. 6. Sahabat-sahabat di Departemaen Teknik Elektro, khususnya sahabat separ les an, dan terutama sahabat-sahabat stambuk 06, semoga persahabatan kita selalu terjaga. 7. Sahabat- sahabat terbaik Veri, Leni, Rosma, Andrian, serta Iwan, atas do a dan dukungannya. 8. Dan semua pihak yang tidak dapat dituliskan namanya satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu sangat diharapkan saran dan kritik dengan tujuan mengembangkan kajian dalam bidang ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian. Medan, Desember 2012 Penulis Denny Osmond Pelawi NIM.060402057
DAFTAR ISI ABSTRAK. i KATA PENGANTAR.. ii DAFTAR ISI. iv DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR TABEL. ix I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang.. 1 1.2 Rumusan Masalah. 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah 2 1.5 Metodologi Penulisan 3 1.6 Sistematika Penulisan 3 II. ANTENA MIKROSTRIP 2.1 Pengertian Antena. 5 2.2 Antena Mikrostrip. 5 2.2.1 Pengertian Antena Mikrostrip.. 6 2.2.2 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip. 6 2.2.3 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip... 7
2.2.4 Teknik Pencatuan. 8 2.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat. 9 2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip 10 2.4.1 Dimensi Antena... 10 2.4.2 Frekuensi Resonansi 11 2.4.3 Bandwidth... 12 2.4.4 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR). 13 2.4.5 Return Loss. 14 2.4.6 Pola Radiasi. 15 2.4.7 Penguatan (Gain). 15 2.4.8 Impedansi Masukan. 16 2.4.9 Polarisasi.. 17 2.5 Simulator Ansoft HFSS 10.0 21 2.6 Proses Pencarian Solusi Simulator HFSS 10.0. 22 III. POLARISASI MELINGKAR (CIRCULAR POLARIZATION) 3.1 Umum... 25 3.2 Polarisasi Melingkar pada Antena Mikostrip... 26 3.2.1 Antena Mikrostrip dengan Pencatu Rangkap Dua. 27
3.2.2 Antena Mikrostrip dengan Pencatu Tunggal.. 28 3.2.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Sudut Terpotong. 32 3.2.4 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Slot Diagonal... 33 3.3 Axial Ratio (AR).. 34 IV. PERANCANGAN DAN SIMULASI ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT POLARISASI MELINGKAR MENGGUNAKAN ANSOFT HFSS v10 4.1 Umum. 38 4.2 Perancangan Antena 38 4.2.1 Menentukan Bahan Substrat.. 39 4.2.2 Menentukan Dimensi Patch 39 4.2.3 Menentukan Dimensi Ground Plane... 40 4.2.4 Menentukan Dimensi Pertubasi pada Patch 41 4.2.5 Menentukan Lebar dan Panjang Saluran Pencatu (Feed Line). 42 4.3 Perancangan Model Antena dan Simulasi Antena... 42 4.4 Simulasi Rancangan Awal 51
4.5 Simulasi Rancangan Modifikasi Patch Antena. 53 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 57 5.2 Saran. 58 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip 6 Gambar 2.2 Jenis-Jenis Patch Antena Mikrostrip... 7 Gambar 2.3 Bentuk Geometri Patch Mikrostrip Segiempat...9 Gambar 2.4 Bentuk Nyata Patch Mikrostrip Segiempat 9 Gambar 2.5 Antena pada Mode Transmisi.. 16 Gambar 2.6 Polarisasi Linier... 18 Gambar 2.7 Polarisasi Melingkar 19 Gambar 2.8 Polarisasi Elips 20 Gambar 2.9 Tampilan Awal Ansoft HFSS v10.0... 22 Gambar 2.10 Proses Pencarian Solusi HFSS v10.0.. 23 Gambar 3.1 Antena Mikrostrip dengan Pencatu Rangkap. 27 Gambar 3.2 Bentuk Umum Antena Mikrostrip Terpolarisasi Melingkar Pencatu Tunggal. 29 Gambar 3.3 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Slot C 30 Gambar 3.4 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Slot F 30 Gambar 3.5 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Slot S 31 Gambar 3.6 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Dua Slot Persegi
yang Saling Terhubung.. 31 Gambar 3.7 Bentuk Patch Antena Mikrostip Patch Segiempat dengan Sudut Terpotong 32 Gambar 3.8 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Sudut Terpotong-2... 33 Gambar 3.9 Antena Mikrostrip Patch Segiempat dengan Slot Diagonal pada Patchnya. 34 Gambar 3.10 Arah Propagasi Polarisasi Elips.. 35 Gambar 3.11 Medan-E Polarisasi Melingkar 37 Gambar 4.1 Antena Patch Segiempat dengan Sudut Terpotong... 41 Gambar 4.2 Model Rancangan Antena Mikrostrip Patch Segiempat. 45 Gambar 4.3 Model Rancangan Patch Segiempat dengan Sudut patch yang Dipotong 47 Gambar 4.4 Model Rancangan Patch Segiempat dengan Slot Diagonal 48 Gambar 4.5 Flowchart Simulasi dan Perancangan Antena. 50 Gambar 4.6 Grafik VSWR vs Frekuensi Simulasi Antena Rancangan Awal. 51 Gambar 4.7 Grafik Axial Ratio Simulasi Antena Rancangan Awal.. 52
Gambar 4.8 Grafik Gain Simulasi Antena Rancangan... 52 Gambar 4.9 Grafik Axial Ratio pada Panjang x = 6 mm... 54 Gambar 4.10 Grafik VSWR pada Axial Ratio Optimum 54 Gambar 4.11 Grafik Gain pada Axial Ratio Optimum 54 Gambar 4.12 Grafik Axial Ratio Antena dengan Slot Diagonal pada Patchnya 55 Gambar 4.13 Grafik VSWR Antena dengan Slot Diagonal pada Patchnya. 55 Gambar 4.14 Grafik Gain Antena dengan Slot Diagonal pada Patchnya 56
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Spesifikasi Substrat Patch yang Digunakan.. 39 Tabel 4.2 Spesifikasi Substrat Feed yang Digunakan... 39 Tabel 4.3 Axial Ratio Antena dengan Sudut Patch Dipotong... 53