BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Antena merupakan sebuah bagian yang menjadi ciri khas dari sistem komunikasi

radio. Berbagai jenis antena telah banyak diciptakan dan dikembangkan untuk beragam

aplikasi seperti radar, telemetri, biomedik, radio bergerak, penginderaan jauh dan komunikasi

satelit. Untuk dapat mendukung teknologi WLAN, antena ini harus compatible, kecil dan

mampu bekerja pada pita frekuensi lebar (broadband). Antena mikrostrip adalah sebuah

kandidat yang mampu memberikan kebutuhan tersebut.

Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang pengembangannya dimulai

sejak tahun 1970an dan hingga kini masih menjadi jenis antena yang terus dikembangkan.

Berbagai aplikasi komunikasi radio tidak luput dari penggunaan antena ini. Hal yang menjadi

alasan dalam pemilihan antena mikrostrip pada berbagai aplikasi adalah bahannya yang

sederhana dan murah tetapi mampu memberikan unjuk kerja (performance) yang cukup baik.

Mikrostrip merupakan saluran transmisi yang bentuk fisiknya tidak berupa kabel yang berupa

lentur akan tetapi bersifat kaku. Jenis saluran transmisi ini umumnya dipergunakan untuk

bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro (GHz) dan digunakan untuk

menghubungkan piranti-piranti elektronika yang berjarak cukup dekat.

Dalam makalah ini akan dibahas tentang perancangan antena mikrostrip dengan simulator

Ansoft HFSS versi 13.0 dan analisa hasil dari simulasi antena mikrostrip yang meliputi VSWR,

Return Loss, dan Gain.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu:

1. Bagaiamana langkah perancangan antenna mikrostrip menggunakan simulator HFFS

versi 13.0?

2. Bagaimana VSWR, Return Los, dan Gain dari antenna yang di buat?

1

1.2 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat pembatasan masalah

sebagai berikut :

1. Hanya membahas antenna mikrostrip secara umum.

2. Parameter yang dibahas hanya meliputi VSWR, Return Loss, dan Gain.

3. Perancangan dilakukan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS versi 13.0 .

4. Pengukuran parameter antena dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ansoft

HFSS versi 13.0.

5. Perancangan tidak sampai ke tahap pabrikasi.

1.3 Tujuan Penulisan

1. Untuk megetahui langkah perancangan antena mikrostrip menggunakan simulator

ansoft HFFS versi 13.0.

2. Untuk mengentahui karakteristik antenna mikrostrip yaitu: Parameter VSWR, Return

Loss, dan Gain.

2

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Antena

Antena merupakan salah satu dari beberapa komponen yang paling kritis dalam

sistem komunikasi tanpa kabel atau wireless. Perancangan antena yang baik akan

mempertinggi performansi dari keseluruhan sistem tersebut. Antena memiliki sifat resonansi,

sehingga antena akan beroperasi pada daerah tertentu. Antena digunakan untuk mengirim dan

menerima gelombang elektromagnetik, bergantung kepada pemakaian dan penggunaan

frekuensinya. Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran

transmisi menjadi gelombang bebas di udara. Dapat juga dikatakan antena merupakan

struktur transisi antara ruang bebas dengan alat pembimbing. Alat pembimbing atau saluran

transmisi dapat berupa saluran koaxial ataupun pipa dan digunakan sebagai alat transportasi

energi elektromagnetik dari sumber transmisi ke antena atau dari antena ke penerima.

Kekuatan dalam mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal radio, satuan ukurnya

dalam antena adalah dB. Jadi ketika dB bertambah, maka jangkauan jarak yang bisa

ditempuh pun bertambah. Jenis antena yang akan dipasang harus sesuai dengan sistem yang

akan kita bangun, juga disesuaikan dengan kebutuhan penyebaran sinyalnya.

Antena merupakan sebuah komponen yang penting dalam sistem telekomunikasi.

Dengan kata lain, antena menyediakan transisi dari sebuah gelombang terbimbing pada

sebuah saluran transmisi menjadi gelombang ruang bebas. Informasi yang dikirim dapat

ditransfer di antara lokasi yang berbeda tanpa adanya struktur yang mengintervensi.

Pada beberapa aplikasi antena merupakan sebuah komponen yang wajib digunakan.

Sebagai contoh pada komunikasi bergerak yang melibatkan pesawat terbang, pesawat luar

angkasa, kapal laut atau transportasi darat adanya sebuah antena sangat diperlukan. Antena

juga sangat populer kegunaannya pada komunikasi broadcast dimana satu terminal transmisi

dapat melayani penerima dengan jumlah yang tak terbatas. Pada aplikasi radio amatir ataupun

nonbroadcast radio antena juga sangat dibutuhkan. Antena juga penting kedudukannya pada

aplikasi radar.

Perkembangan antena pada awalnya sangat terbatas. Namun dengan tingkat

kebutuhan akan sebuah alat komunikasi yang makin meningkat, perkembangan antena pada

saat ini menjadi sangat pesat. Penelitian dan pengembangan antena akan terus berlanjut

seiring dengan perkembangan teknologi komunikasi.

3

2.1 Antena Mikrostrip

Salah satu antena yang paling populer saat ini adalah antena mikrostrip. Hal ini

disebabkan karena antena mikrostrip sangat cocok digunakan untuk perangkat

telekomunikasi yang sekarang ini sangat memperhatikan bentuk dan ukuran. Ukurannya yang

kecil dan beratnya yang ringan membuat jenis antena ini sederhana untuk dibuat dan mudah

untuk diintegrasikan.

Beberapa kemajuan pada area penelitian ini mulai menghasilkan perkembangan

antena praktis untuk pertama kalinya. Bentuk paling sederhana dalam peralatan mikrostrip

adalah berupa sisipan dua buah lapisan konduktif yang saling paralel yang dipisahkan oleh

suatu substrat dielektrik. Konduktor bagian atas adalah potongan metal yang tipis (biasanya

tembaga atau emas) yang merupakan fraksi kecil dari suatu panjang gelombang. Konduktor

bagian bawah adalah bidang pentanahan yang secara teori bernilai tak hingga. Keduanya

dipisahkan oleh sebuah substrat dielektrik yang non magnetik.

Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki masa ringan, mudah untuk

difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua

jenis permukaan dan ukurannya kecil dibandingkan dengan antena jenis lain, karena sifat

yang dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini, sehingga dapat

diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil.

Antena mikrostrip dikenal dalam beberapa macam bentuk patch, seperti: persegi panjang

(rectangular), persegi (square), lingkaran (circular), elips (elliptical), segitiga (triangular),

dan circular ring, seperti yang terlihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bentuk Patch Antena Mikrostrip

4

2.3 Struktur Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip mempunyai struktur yang terdiri dari 3 lapisan[3] seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.1, yaitu :

1. Patch, bagian yang berfungsi untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat

dari lapisan logam (metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Patch dapat berbentuk

lingkaran, persegi panjang, dan segitiga.

2. Substrat berfungsi berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena mikrostrip yang

membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini memiliki jenis

yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik (εr)

dan ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth,

dan juga efisiensi dari antena yang akan dibuat.

3. Groundplane yaitu lapisan paling bawah yang berfungsi sebagai reflektor yang

memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.

Pada dielektrik substrat terdapat parameter h yang merupakan ketebalan dari substrat,

loss tangent (tan δ) yang merupakan rugi rugi dielektrik dan εr yang merupakan konstanta

dielektrk substrat. Ketiga konstanta tersebut sangat penting pada saat perancangan antena.

Hal penting lainnya dalam perancangan antena mikrostrip adalah panjang gelombang

elektromagnetik yang digunakan. Gelombang elektromagnetik saat ini aplikasinya banyak

digunakan untuk membantu kehidupan manusia, seperti komunikasi wireless, antena, radar,

dan lain-lain. Panjang gelombang elektromagnetik dapat dicari dengan menggunakan

Persamaan 2.1 berikut:

………………………………………. (2.1)

Dimana: 𝛌0 = panjang gelombang (mm)

c = kecepatan cahaya (m/s)

f = frekuensi (Hz)

5

𝜆0=𝑐𝑓

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip

Bentuknya yang low profile membuat antena mikrostrip dapat diintegrasikan pada

berbagai bidang permukaan, sederhana dan tidak mahal untuk diproduksi dengan

menggunakan teknologi sirkuit modern, secara mekanik tangguh pada saat diintegrasikan

pada permukaan yang kasar, dan sangat baik dalam frekuensi resonansi, polarisasi, bentuk

dan impedansi. Jenis antena ini dapat diintegrasikan pada permukaan yang memerlukan

performansi yang sangat tinggi seperti pada pesawat terbang, pesawat antariksa, satelit, misil,

mobil bahkan pada telepon genggam.

Secara garis besar antena mikrostrip memilki kelebihan yakni[3] :

1. Dimensi antena yang kecil

2. Bentuknya yang sederhana memudahkan proses perakitan

3. Tidak memakan biaya besar pada proses pembuatan

4. Kemampuan dalam dual frequency dan triple frequency

5. Dapat diintegrasikan pada microwave integrated circuit (MIC)

Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki kekurangan seperti :

1. Efisiensi yang rendah

2. Gain yang rendah

3. Bandwidth yang sempit

4. Daya (power) yang rendah

5. Radiasi yang berlebih pada proses pencatuan

2.5 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari

parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip meliputi VSWR,

Return Loss, Gain, Bandwith, Pola radiasi, Impedansi masukkan, dan Directivitas. Berikut

penjelasan dari beberapa parameter antena mikrostrip.

2.5.1 Bandwidth

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja

antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola

radiasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi

standar.

6

Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus:

............................................. (2.2)

Dimana : f2 = frekuensi tertinggi

f1 = frekuensi terendah

fc = frekuensi tengah

2.5.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave)

maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min)[5]. Pada saluran transmisi ada dua komponen

gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan

(V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan

disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ):

………………………….. (2.3)

Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless.

Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya

magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian

imajiner dari Γ adalah nol, maka :

• Γ = − 1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat,

• Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna,

• Γ = + 1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah:

............................................. (2.4)

7

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi

ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit

untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

2.5.3 Return Loss

Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan

terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return Loss digambarkan sebagai

peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding dengan

gelombang yang dikirim (V0+). Return Loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas

diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian

gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi

tergantung pada frekuensi.

............................................... (2.5)

............................................... (2.6)

2.5.4 Penguatan (Gain)

Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute dan relative gain. Absolute

gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah

tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antenna

teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan

secara isotropik sma dengan daya yang diterima oleh antenna (Pin) dibagi dengan 4π .

Absolute gain ini dapat dihitung dengan rumus:

Gain = 4πU (θ , ϕ)

Pin ............................................... (2.7)

Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain dapat didefiniskan

sebagai perbandingan natara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya

antenna referensi pada arah yang direferensikan juga. Akan tetapi antenna referensi

merupakan sumber isotropic yang lossless. Relative gain dapat di hitung dengan rumus:

8

Gain = 4πU (θ ,ϕ)

Pin( lossles) ............................................... (2.8)

BAB III

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP

3.1 Dasar Perancangan Antena Mikrostrip

Proses perancangan antena mikrostrip dilakukan secara bertahap. Perancangan di

awali dengan permbuatan port, elemen peradiasi, groundplane, reflector, dan radiation box.

Kemudian menentukan bahan dari masing-masing komponen antena mikrostrip yang akan di

buat. Untuk tahap perancangannya akan di gunakan simulator Ansoft HFFS versi 13.0

sebagai media perancangan.

3.2 Langkah Kerja Perancangan Antena Mikrostrip

Berikut adalah langkah-langkah perancangan antena mikrostrip menggunakan

simulator Ansoft HFFS 13.0:

1. Membuat port

Pembuatan port terdiri dari 6 cylinder, 1 box, 1 circle sebagai lumped port

Bahan dari salah satu cilynder yang berfungsi sebagai port adalah Teflon dan

untuk cylinder yang lain berbahan dasar Gold

1 box juga berbahan dasar Gold

Screen Shoot desain port:

2. Membuat elemen peradiasi berbentuk keong

9

Terdiri dari 2 buah cylinder yang di unit (digabungkan)

Elemen peradiasi berbentuk keong berbahan dasar Arlon DiClad 522

Screen shoot :

3. Mmbuat grounplane

Terdiri dari 1 buah box berbahan dasar aluminum

1 buah box yang di lubangi

Screen shoot:

4. Membuat reflector

Terdiri dari 1 buah box berbahan dasar aluminum

Screen shoot:

5. Membuat radiation box

Terdiri dari 1 buah box berbahan air (udara)

Screen shoot:

10

6. Tahap selanjutnya

Elemen peradiasi, reflector, dan groundplane di blok

Klik Asiggn boundary > Perfect E..

Screen shoot:

Radiation box di blok

Klik Asiggn boundary > Radiation..

Screen shoot:

7. Langkah selanjutnya mengatur setup

8. Untuk tahap terakhir jangan lupa klik HFFS > Radiation > Insert far field setup >

Infinite sphere…

9. Finish

Screen shoot antenna mikrostrip dengan elemen peradiasi berbentuk keong:

11

BAB IV

PENGUKURAN dan ANALISA

4.1 Pengukuran Parameter Antena Mikrostrip

Pada proses pengukuran parameter antena mikrostrip digunakan simulator Ansoft

13.0. Hasil pengukuran meliputi parameter VSWR, Return Loss, dan Gain.

4.2 Hasil dan Analisa Pengukuran VSWR

Adapun gambar hasil pengukuran VSWR antenna mikrostrip yang telah dibuat

menggukan simulator Ansoft HFFS 13 adalah sebagai berikut:

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat bahwa antenna mikrostrip yang dibuat ini

termasuk dalam antena dengan memiliki VSWR yang baik yaitu antara 1-2.

4.3 Hasil dan Analisa Pengukuran Return Loss

Adapun gambar hasil pengukuran Return Loss antena mikrostrip yang telah dibuat

menggukan simulator Ansoft HFFS 13 adalah sebagai berikut:

12

Dari gambar diatas dapat disimpulkan bahwa antena mikrostrip yang dibuat termasuk

antenna yang baik karena memiliki nilai Return Loss <-10db.

4.4 Hasil Pengukuran Gain

Adapun gambar hasil pengukuran Gain antena mikrostrip yang telah dibuat

menggukan simulator Ansoft HFFS 13 adalah sebagai berikut:

Dari gambar grafik diatas dapat dilihat penguatan Gain pada antenna yang telah di

buat.

13

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan antena mikrostrip dengan elemen peradiasi berbentuk keong

yang telah dibuat menggunakan simulator Ansoft HFFS 13, maka dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut:

1. VSWR dari antenna yang telah dibuat ini cukup baik yaitu di antara 1-2 dB.

2. Return Loss dari antena yang telah dibuat ini memenuhi syarat antenna yang baik

yaitu < -10dB.

3. Diestimasikan untuk meningkatkan Gain dapat dengan cara menambah patch

mikrostrip.

4. Antena dengan peradiasi berbentuk keong ini termasuk dalam jenis antena yang baik.

14

Daftar Pustaka

Balanis, Constantine A, 2005, Antena Theory Analysis and Design, third edition,

Willey inc.

Balanis,Constantine A, “Antenna Theory Analysis And Design” John Willey & Sons,

New York 1982.

Garg, Rames, 2001, Microstrip Antenna Design Handbook, first edition, Artech

house.

Henry Jasik , “ Antenna Engineering HandBook”, McGraw-Hill , USA ,1961.

James, J.R. dan Hall, P.S., , Handbook of Microstrip Antennas – IEE Electromagnetic

Waves Series, London, 1989.

Alaydrus, Mudrik. Antena dan Propagasi, Jakarta, UMB,

Surjati, Indra, 2010. Antena Mikrostrip: Konsep dan Aplikasinya, Universitas

Trisakti, Jakarta.

Anonim, http://andhikabayuwijaya.blogspot.com/2008/11/parameter-parameter-

antena.html

15

16