perancangan antena mikrostrip mimo 2x2 dan 4x4...
TRANSCRIPT
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN
4X4 RECTANGULAR PATCH MENGGUNAKAN FREKUENSI
1800 MHz
TUGAS AKHIR
MUHAMMAD REZHA AFRIANDO
NIM : 150309277093
POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
BALIKPAPAN
2018
PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN
4X4 RECTANGULAR PATCH MENGGUNAKAN FREKUENSI
1800 MHz
TUGAS AKHIR
KARYA TULIS INI DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATU SYARAT
UNTUK MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA DARI
POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
MUHAMMAD REZHA AFRIANDO
NIM : 150309277093
POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
BALIKPAPAN
2018
iv
Karya Ilmiah Ini Kupersembahkan Kepada
Ayahanda Dan Ibunda Tercinta
Kasmin Dan Rumiani,
Saudariku Yang Kusayangi
Clara Nisia Deaneta
Kepada Seseorang Yang Spesial
Terima Kasih Pula Kepada Seluruh Sahabat 3TE3 Angkatan 2015
Kepada Sabahat Yang Telah Membantu
Maulina Nur Ainie
Imam Taufiq
Yossy Nugraha
Faris Hilman
Serta Kepada Semua Pembaca Yang Budiman
vi
ABSTRACK
Microstrip antenna has several advantages, including the form of compact,
small dimensions, easy to manufactured, easily connected and integrated with other
electronic devices. The increasing need for faster and larger data transfer in Wifi
users encourage the emergence of new technologies and standards. One of them is
MIMO technology. Challenge of using MIMO techniques in user’s device is how to
design a 2x2 microstrip antenna and 4x4 microstrip antenna.
This Final Project discusses the design of 2x2 and 4x4 rectangular patch
MIMO microstrip antennas for the LTE frequency of 1800-1900 MHz. Design and
simulation are done in CST Studio Suite 2018. After simulation results meet
specification, antenna prototype will be built and measured.
Dimension of realized antenna 2x2 is 16.2 mm x 13.1 mm, and dimension of
realized antenna 4x4 is 16.2 mm x 6.6 mm, can work at 1800 to 1900 MHz. The
average VSWR results on a 2x2 antenna is 1,781 and a 4x4 antenna is 1,876. The
average gain on the 2x2 antenna is 4,839 dB and the 4x4 antenna is 4,922 dB. The
average Return Loss on the 2x2 antenna is -13.569 dB and the 4x4 antenna is -
16.275. The antenna has omnidirectional radiation pattern.
Keyword: Antenna, Microstrip, MIMO, Rectangular Patch
vii
ABSTRAK
Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan, di anataranya bentuk
kompak, dimensi kecil, mudah untuk fabrikasi, mudah dikoneksikan dan
diintegrasikan dengan devais elektronik lain. Meningkatnya kebutuhan transfer
data cepat dalam komunikasi mendorong munculnya teknologi dan standar baru.
Salah satunya adalah teknologi MIMO. Tantangan dari penggunaan teknik MIMO
ini pada terminal pengguna adalah bagaimana mendesain antena mikrostrip 2x2 dan
antena mikrostrip 4x4.
Tugas Akhir ini membahas perancangan antena mikrostrip MIMO 2x2 dan
4x4 rectangular patch untuk frekuensi LTE yaitu 1800 - 1900 MHz. Desain dan
simulasi dilakukan pada software CST Studio Suite 2018. Setelah hasil simulasi
sesuai spesifikasi, kemudian dibuat prototypenya dan dilakukan pengukuran secara
langsung. Antena 2x2 yang direalisasikan memiliki dimensi 16,2 mm x 13,1 mm, dan
antena 4x4 yang direalisasikan memiliki dimensi 16,2 mm x 6,6 mm, dapat bekerja
pada frekuensi 1800 - 1900 MHz. Rata-rata hasil VSWR pada antena 2x2 sebesar
1,781 dan pada antena 4x4 sebesar 1,876. Rata-rata Gain pada antena 2x2 sebesar
4,839 dB dan pada antena 4x4 sebesar 4,922 dB. Rata-rata Return Loss pada antena
2x2 sebesar -13,569 dB dan pada antena 4x4 sebesar -16,275. Pola radiasi yang
dihasilkan omnidirectional.
Kata Kunci: Antena, Mikrostrip, MIMO, Rectangular Patch
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa,
karena atas berkat-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul
“Perancangan Antena Mikrostrip MIMO 2x2 Dan 4x4 Rectangular Patch
Menggunakan Frekuensi 1800 MHz” dengan tepat waktu dan tanpa adanya
halangan yang berarti.
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan tugas akhir meliputi proses
proses perancangan smart antena untuk teknologi 5G beserta realisasinya.
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari
berbagai pihak, oleh sebab itu penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Tuhan Yang Maha Kuasa atas kasih karunia-Nya sehingga penulis bisa
menyelesaikan Tugas Akhir dengan lancar.
2. Ramli, S.E., M.M., sebagai Direktur Politeknik Negeri Balikpapan.
3. Drs. Armin, M.T. sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektronika Politeknik Negeri
Balikpapan.
4. Maria Ulfah, S.T., M.T., sebagai pembimbing I dan Hilmansyah, S.T.,M.T.,
sebagai pembimbing II yang telah membimbing dan memberikan pengarahan
selama pengerjaan tugas akhir ini.
5. Seluruh staf dan karyawan jurusan Teknik Elektronika Politeknik Negeri
Balikpapan dan rekan-rekan atas diskusi dan konsultasi yang diberikan.
6. Ayahanda dan Ibunda tercinta beserta seluruh keluarga yang telah memberikan
dukungan dan doa yang tiada henti-hentinya.
7. Seluruh teman angkatan 2015 Teknik Elektronika yang telah banyak membantu
selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai.
8. Semua pihak yang penulis tidak dapat menyebutkan satu persatu, yang telah
memberikan bantuan secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan
tugas akhir ini hingga selesai.
ix
Penulis menyadari bahwasanya tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,
dan masih banyak ditemui kekurangan dan kelemahan. Oleh karena itu, saran dan
kritik yang membangun sangat diharapkan.
Balikpapan, 18 Juli 2018
Penulis
x
DAFTAR ISI
JUDUL ............................................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... ii
SURAT PERNYATAAN ................................................................................... iii
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................ iv
SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
KEPENTINGAN AKADEMIS ......................................................................... v
ABSTRACK ...................................................................................................... vi
ABSTRAK ......................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah ........................................................................................... 2
1.4 Tujuan Masalah ............................................................................................ 2
1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka .............................................................................................. 4
2.2 Antena .......................................................................................................... 6
2.3 Antena Mikrostrip ........................................................................................ 6
2.3.1 Karaktristik Dasar Antena Mikrostrip ....................................................... 7
2.3.2 Parameter Umum Antena Mikrostrip ........................................................ 9
2.3.3 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip ................................................................... 12
2.3.4 Teknik Pencatuan ...................................................................................... 14
2.4 Long Term Evolution (LTE) ........................................................................ 15
xi
BAB III PERANCANGAN
3.1 Waktu dan Tempat ....................................................................................... 17
3.2 Alat dan Bahan ............................................................................................. 17
3.3 Perancangan Antena ..................................................................................... 17
3.3.1 Tahap Perangan ......................................................................................... 17
3.3.2 Spesifikasi Perancangan ............................................................................ 18
3.3.3 Pemilihan Substrat .................................................................................... 18
3.4 Simulasi Antena ........................................................................................... 19
3.5 Flowchart ..................................................................................................... 19
3.6 Rencana Anggaran Biaya ............................................................................. 21
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Spesifikasi Dimensi Antena ......................................................................... 22
4.1.1 Dimensi Antena ......................................................................................... 22
4.1.2 Dimensi Saluran Antena ........................................................................... 22
4.1.3 Dimensi Saluran dan Groundplane ........................................................... 23
4.2 Simulasi Antena ........................................................................................... 23
4.3 Simulasi Antena 1 Patch ............................................................................. 24
4.3.1 Simulasi Single Patch sesuai perhitungan ................................................. 24
4.3.2 Hasil Simulasi Single Patch Setelah Optimasi ......................................... 26
4.3.3 Tabel Perbandingan ................................................................................... 29
4.4 Simulasi Antena 2 Patch .............................................................................. 30
4.4.1 Hasil Simulasi Double Patch .................................................................... 30
4.5 Simulasi Antena 4 Patch .............................................................................. 33
4.5.1 Hasil Simulasi Antena 4 Patch ................................................................. 33
4.6 Hasil Pengujian Menggunakan Speed Test .................................................. 38
4.6.1 Hasil Simulasi Antena 2 Patch Menggunakan Speed Test ....................... 38
4.6.2 Hasil Simulasi Antena 4 Patch Menggunakan Speed Test ....................... 40
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 43
5.2 Saran ............................................................................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 44
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip ......................................................... 7
Gambar 2.2 Jenis Antena Mikrostrip .............................................................. 12
Gambar 2.3 Jenis Rectangular Patch ............................................................... 13
Gambar 2.4 Teknik Pencatuan Mikrostrip Line .............................................. 15
Gambar 3.1 Sistem Kerja ................................................................................ 20
Gambar 4.1 Simulator CST 2018 .................................................................... 24
Gambar 4.2 Tampak Depan ............................................................................ 24
Gambar 4.3 Tampak Belakang ........................................................................ 24
Gambar 4.4 Hasil VSWR antena sebelum optimasi ......................................... 25
Gambar 4.5 Hasil Gain antena sebelum optimasi ........................................... 25
Gambar 4.6 Hasil S-Parameter antena sebelum optimasi ............................... 26
Gambar 4.7 Bentuk Pola Radiasi antena sebelum optimasi ............................ 26
Gambar 4.8 Tampak Depan ............................................................................ 27
Gambar 4.9 Tampak Belakang ........................................................................ 27
Gambar 4.10 Hasil VSWR Antena setelah optimasi ......................................... 27
Gambar 4.11 Hasil Gain Setelah Optimasi ...................................................... 28
Gambar 4.12 Hail S-Parameter Setelah Optimasi ............................................ 28
Gambar 4.13 Betuk Pola Radiasi Antena Setelah Optimasi ............................ 29
Gambar 4.14 Tampak Depan ........................................................................... 30
Gambar 4.15 Tampak Belakang ....................................................................... 30
Gambar 4.16 Hasil VSWR antena double patch ............................................... 30
Gambar 4.17 Hasil Gain Patch1 ...................................................................... 31
Gambar 4.18 Hasil Gain Patch2 ...................................................................... 31
Gambar 4.19 Hasil S-Parameter pada Double Patch ....................................... 32
Gambar 4.20 Pola Radiasi Antena Double Patch ............................................ 32
Gambar 4.21 Tampak Depan ........................................................................... 33
Gambar 4.22 Tampak Belakang ....................................................................... 33
xiii
Gambar 4.23 Hasil VSWR Antena 4 Patch ...................................................... 34
Gambar 4.24 Hasil Gain Patch1 ...................................................................... 34
Gambar 4.25 Hasil Gain Patch2 ...................................................................... 35
Gambar 4.26 Hasil Gain Patch3 ...................................................................... 35
Gambar 4.27 Hasil Gain Patch4 ...................................................................... 35
Gambar 4.28 Hasil S-Parameter pada Antena 4 Patch .................................... 36
Gambar 4.29 Pola Radiasi Patch1 ................................................................... 37
Gambar 4.30 Pola Radiasi Patch2 ................................................................... 37
Gambar 4.31 Pola Radiasi Patch3 ................................................................... 37
Gambar 4.32 Pola Radiasi Patch4 ................................................................... 38
Gambar 4.33 Rangkaian Antena 2 patch ......................................................... 38
Gambar 4.34 Hasil Speed Test tanpa Antena ................................................... 39
Gambar 4.35 Hasil Speed Test Menggunakan Antena ..................................... 39
Gambar 4.36 Rangkaian Antena 4 Patch ......................................................... 40
Gambar 4.37 Hasil Speed Test tanpa Antena ................................................... 40
Gambar 4.38 Hasil Speed Test menggunakan Antena ..................................... 41
Gambar 4.39 Tempat Pengujian Antena 1 ....................................................... 41
Gambar 4.40 Tempat Pengujian Antena 2 ....................................................... 42
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Substrat ......................................................................... 8
Tabel 3.1 Rencana Anggaran Biaya ................................................................ 21
Tabel 4.1 Tabel Perbandingan ......................................................................... 29
Tabel 4.2 Rata-rata VSWR ............................................................................. 30
Tabel 4.3 Rata-rata Gain ................................................................................. 31
Tabel 4.4 Rata-rata S-Parameter ..................................................................... 32
Tabel 4.5 Tabel Rata-Rata VSWR .................................................................. 33
Tabel 4.6 Tabel Rata-Rata Gain ...................................................................... 34
Tabel 4.7 Rata-rata S-Parameter ..................................................................... 36
Tabel 4.8 Perbandingan Hasil Speed Test Antena 2x2 dan 4x4 ..................... 42
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk
meradiasikan atau menerima gelombang radio. Antena memindahkan energi
gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari
udara ke media kabel (Dian Rahmanda, 2016).
Perkembangan komunikasi nirkabel (wireless) sudah sampai pada
generasi ke-4. Salah satunya adalah pemanfaatan teknologi Long Term
Evolution (LTE) yang merupakan pengembangan teknologi Universal Mobile
Telecommunication System (UMTS). LTE didefinisikan dalam standar 3GPP
(Third Generation Partnetship Project) dengan sebutan Evolved UMTS
Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN), dan juga merupakan evolusi
teknologi 1xEV-DO sebagai bagian dari roadmap standar 3GPP2. Teknologi ini
diklaim dirancang untuk menyediakan efisiensi spektrum yang lebih baik,
peningkatan kapasitas radio, latency dan biaya operasional yang rendah bagi
operator serta layanan mobile broadband kualitas tinggi untuk para pengguna.
Salah satu komponen LTE yang bisa diunggulkan dengan teknologi
sebelumnya adalah mengenai efisiensi spektrumnya, kecepatan data hingga
kehandalan sistem transmisi data karena LTE menggunakan konsep antena
dengan Multiple Input Multiple Output (MIMO).
Kebutuhan manusia untuk dapat melakukan komunikasi dimana saja
menyebabkan teknologi komunikasi mobile wireless berkembang semakin
pesat. Perkembangannya menuntut akan komunikasi yang tidak hanya terbatas
pada komunikasi suara saja, akan tetapi dapat dilakukannya komunikasi berupa
data multimedia dengan menggunakan peralatan wireless.
Sistem komunikasi tanpa kabel membutuhkan suatu alat yang berguna
sebagai pemancar dan penerima (transmitter dan receiver). Untuk menunjang
kebutuhan tersebut diperlukan suatu antena yang dapat mendukung komunikasi
tanpa kabel. Salah satu jenis antena yang saat ini banyak digunakan untuk
komunikasi tanpa kabel adalah antena mikrostrip.
2
MIMO (Multiple Input Multiple Output) merupakan sistem yang terdiri
dari sejumlah terminal (antena) pengirim dan penerima. MIMO digunakan
dalam teknologi wireless karena dapat meningkatkan throughput tanpa adanya
tambahan bandwidth maupun transmit power (Rangga Fandyka Dahlan, 2015).
Kelebihan menggunakan antenna MIMO adalah sinyal pantulan (multi
path) sebagai penguat sinyal utama sehingga tidak saling menggagalkan,
mempercepat koneksi wireless dan memperjauh jarak jangkauan, menghemat
penggunaan bandwidth dan peningkatan kapasitas kanal.
Berdasarkan alasan tersebut, maka judul tugas akhir ini adalah
“PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN 4X4
RECTANGULAR PATCH MENGGUNAKAN FREKUENSI 1800 MHz”.
antena mikrostrip MIMO dirancang dengan menggunakan software CST. Hasil
perancangan diharapkan dapat menemukan suatu bentuk antena mikrostrip
yang tepat dan efisien, sehingga dapat diaplikasikan pada teknologi LTE.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, permasalahan yang
dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang dan menghitung dimensi antenna mikrostrip
MIMO 2x2 dan 4x4 Rectangular patch?
2. Bagaimana menganalisa parameter antena MIMO yang dibuat?
3. Bagaimana membandingkan pengukuran rancangan antena
menggunakan software CST dengan pengukuran antena secara
langsung?
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi lingkup dari permasalahan pembuatan tugas akhir,
maka batasan masalah dari implementasi sistem ini sebagai berikut:
1. Jenis antena yang dirancang adalah antena mikrostrip MIMO 2x2 dan
4x4 rectangular path.
2. Perancangan dan Simulasi menggunakan Software CST 2018.
3
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah yang telah diuraikan, maka tujuan tugas
akhir ini sebagai berikut:
1. Merancang dan menghitung dimensi antena mikrostrip MIMO 2x2 dan
4x4 rectangular path yang bekerja pada frekuensi 1800 Mhz.
2. Menganalisa parameter antena MIMO yang dibuat, meliputi VSWR,
Gain, Return Loss, Pola Radiasi dan Bandwitdth.
3. Membandingkan pengukuran rancangan antenna menggunakan
software CST dengan pengukuran secara langsung antena yang telah
dibuat.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah:
1. Mengetahui antena yang dibuat apakah sesuai dengan standar MIMO.
2. Menjadi refrensi dalam pengembangan alat yang menggunakan sistem
serupa.
3. Mengetahui parameter apa saja yang diukur dalam pengukuran antenna
secara simulasi dan pengukuran antenna secara langsung.
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka
LTE merupakan sebuah standar komunikasi nirkabel berbasis jaringan
GSM/EDG dan UMTS/HSDPA untuk akses data kecepatan tinggi menggunakan
telepon seluler maupun perangkat mobile lainnya. Banyak komponen-komponen
yang mendukung implementasi LTE. Salah satu pendukungnya yaitu dari segi
transmisi. Dibutuhkan sistem transmisi yang sesuai dengan karakteristik LTE.
Perangkat transmisi yang dimaksud adalah antena. Antena mikrostrip dipilih karena
bobotnya ringan dan dimensinya relatif kecil. Dalam teknologi LTE, banyak teknik
yang dapat meningkatkan kualitas performansi LTE, salah satunya adalah teknik
antena MIMO yang merupakan sistem multiple antena baik di sisi transmitter
maupun di sisi receiver.
Antena mikrostrip MIMO seperti ini sebelumnya sudah pernah dibuat dan
digunakan, namun dengan pengimplementasian dan bentuk yang berbeda-beda .
Beberapa penelitian yang berhubung dengan antenna MIMO sebagai berikut:
1. Yusnita Rahayu, Kurnia Alfikri, Rhendy Theopilus Silalahi (2017) dengan
judul penelitian Perancangan Antena Dengan Circular Line Patch Dan Thick
Line Untuk LTE Frekuensi 1.8 GHz. Kesimpulan penilitian ini adalah nilai
Bandwith untuk antenna circular patch didapat pada rentan frekuensi 1.8 Ghz
yaitu 160 Mhz. Returnloss yang didapat bernilai -24.36 dB. Sedangkan hasil
dari VSWR yang didapat ≤ 1.1345 dan Gain yang diperoleh bernilai 2.23dBi.
Secara umum dapat dikatakan bahwa pola radiasi bersifat omnidirectional.
2. Egi Pratama, Ery Safrianti (2017) dengan judul penelitian Perancangan
Antena Mikrostrip Circular Patch MIMO 2x2 Untuk Aplikasi Wireless Fidelity
(WiFi) Pada Frekuensi Kerja 2,4 GHz . Kesimpulan penelitian ini adalah
Antena mikrostrip circular patch MIMO 2x2 yang dirancang mampu bekerja
pada frekuensi 2.4 GHz
3. Asri Wulandari, Riski Martha Fitriani dan Fadli Kurniawan (2017) dengan
judul penelitian Rancang Bangun Antena Mikrostrip MIMO 2x2 Untuk
5
Aplikasi WIFI 802.11n di Frekuensi 2,4 GHz. Kesimpulan penelitian ini adalah
Antena Mikrostrip MIMO 2x2 Patch Triangular telah memenuhi spesifikasi
yang telah ditentukan dengan memiliki nilai return loss -33.176 dB, nilai
mutual coupling pada S1,2 -43.143 dB dan pada S2,1 -42.468 dB, nilai VSWR
sebesar 1.050 dan nilai gain 3.85 dB.
4. Arif Pratama, Dr. Ir. Heroe Wijanto,MT., Dr. Ir. Yuyu Wahyu,MT. (2015)
dengan judul penelitian Perancangan dan Realisasi Antena Mikrostrip MIMO
4x4 Dengan Catuan EMC (Electromagnetically Coupled) Untuk Aplikasi LTE
2,3 GHz. Kesimpulan penelitian ini adalah Semua Antena yang dirancang dan
direalisasikan dapat bekerja pada rentang frekuensi yang sesuai dengan
spesifikasi yaitu 2,3 GHz dengan VSWR ≤ 2. Mutual Coupling keempat antena
dari hasil pengukuran ≤ -20 dB, Gain antena pertama 3,38 dBi, antena kedua
3,34 dBi, antena ketiga 3,35 dBi, antena keempat 3,27 dBi. Perubahan dimensi
pada patch dan substrat setelah proses optimasi mempengaruhi pergeseran nilai
frekuensi kerja dan juga membuat VSWR menjadi lebih baik.
5. Angga Budiawan Adipurnama, Heroe Wijanto, Yuyu Wahyu (2016) dengan
judul Perancangan dan Realisasi Antena MIMO 4x4 Mikrostrip Patch Persegi
Panjang 5,2 GHz Untuk WIFI 802.11n. kesimpulan penelitian ini adalah
Semua Antena yang dirancang dan direalisasikan dapat bekerja pada rentang
frekuensi yang sesuai dengan spesifikasi yaitu 5,180 GHz – 5,220 GHz dengan
VSWR ≤ 1.5. Bandwidth yang dihasilkan juga memenuhi spesifikasi yaitu
antena pertama 92 MHz, antena kedua 96 MHz, antena ketiga 68 MHz, antena
keempat 83 MHz. Mutual Coupling keempat antena dari hasil pengukuran ≤ -
20 dB, Gain antena pertama 3,306 dBi, antena kedua 3,428 dBi, antena ketiga
3,38 dBi dan antena keempat 3,315 dBi. Pola radiasi yang dihasilkan antena
adalah unidireksional, sedangkan polarisasi yang dihasilkan antena adalah
elips.
2.2 Antena
Menurut Hery Sujendro (2013) antena adalah suatu alat yang mengubah
gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara
dan sebaliknya. Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai
6
pelepas energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai
penerima energi itu dari ruang bebas.
Dapat juga dikatakan bahwa antena merupakan struktur transisi antara ruang
bebas dan alat terbimbing. Alat pembimbing atau saluran transmisi dapat berupa
saluran koaksial ataupun pipa yang digunakan sebagai alat transportasi energi
elektromagnetik dari sumber transmisi ke antena atau dari antena ke penerima.
Antena menurut IEEE (IEEE Std 145-1983) “ antenna is a means for radiating
or receiving radio waves”. Antena memiliki fungsi:
Matching Device yaitu sebuah perangkat yang memiliki tingkat penyesuaian
yang baik antara saluran transmisi dengan ruang bebas, atau secara lebih
spesifik apabila impedansi saluran sistem transceiver “matched” dengan
impedansi radiasi antena tersebut.
Directional Device yaitu mengarahkan atau mengkonsentrasikan daya
elektromagnetik ke arah yang diinginkan dan menekan radiasi ke arah lainnya
2.3 Antena Mikrostrip
Menurut Mudrik Alaydrus (2009) antena mikrostrip pertama kali
diperkenalkan pada tahun 1950, dan perkembangannya dilakukan secara serius
pada tahun 1970. Melalui beberapa dekade penelitian, diketahui bahwa kemampuan
beroperasi antena mikrostrip diatur oleh bentuknya. Antena mikrostrip merupakan
salah satu antena yang paling populer saat ini. Hal ini disebabkan karena antena
mikrostrip sangat cocok digunakan untuk perangkat telekomunikasi yang sekarang
ini memperhatikan bentuk dan ukuran.
Antena mikrostrip adalah suatu antena yang terbuat dari konduktor yang
menempel pada suatu dielektrik dan pada bagian bawahnya ada ground plane, atau
pada umumnya dicetak pada PCB (printed ciruit board). Pencetakan antena pada
PCB disebut juga etching.
7
Gambar 2.1 Struktur Antena Mikrostrip
Sumber: http://casdoper.blogspot.co.id
2.3.1 Karakteristik Dasar Antena Mikrostrip
Berdasarkan asal katanya mikrostrip terdiri dari dua kata, yaitu micro (sangat
kecil/tipis) dan strip (bilah/potongan). Antena mikrostrip secara umum terbagi
menjadi tiga bagian yaitu:
a. Patch
Menurut Gusman (2014) pada umumnya patch terbuat dari bahan konduktor
seperti tembaga atau emas yang mempunyai bentuk bermacam-macam.
Bentuk patch ini bisa bermacam-macam, lingkaran, persegi, persegi panjang,
segitiga, ataupun annular ring. Patch ini berfungsi untuk meradiasikan gelombang
elektromagnetik ke udara. Patch dan saluran pencatu biasanya terletak diatas
substrat. Tebal patch dibuat sangat tipis (t << λ0; t = ketebalan patch).
b. Substrate dielectric
Menurut Gusman (2014) substrat terbuat dari bahan-bahan dielektrik. Substrat
biasanya mempunyai tinggi (h) antara 0,002λ0 – 0,005λ0. Berfungsi sebagai media
penyalur GEM dari catuan. Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar
parameter-parameter antena. Pengaruh ketebalan substrat dielektrik terhadap
parameter antena adalah pada bandwidth. Penambahan ketebalan substrat akan
memperbesar bandwidth.
Adapun jenis-jenis substrate sebagai berikut :
8
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Substrat
Ɛr Bahan Supplier
1.0 Aeroweb (honeycomb) Ciba Geigy, Bonded Structures Div.,
Duxford, Cambridge, CB2 4QD
1.06 Eccofoam PP-4 (flexible low-
loss plastic foam sheet)
Emerson & Cumming Inc, Canton,
Massachusetts, USA
(Colville Road, Acton, London.
W3 8BU, UK)
1.4 Thermoset microwave
foam material
Rogers Corp., Bo 700, Chandler, AZ
85224, USA. (Mektron
Circuit Systems Ltd., 119
Kingston Road, Leatherhead,
Surrey, UK)
2.1 RT Duroid 5880 (microfiber
Teflon glass laminate)
Rogers Corp
2.32 Polyguide 165 (polyolefin) Electronized Chemical Corp.,
Burlington, MA 01803, USA
2.52 Fluorglas 6001 1
(PTFEimpregnated glass
cloth)
Atlantic Laminates, Oak Materials
Group, 174 N. Main St., Franklin,
MH 0323, USA.
(Walmore Defence Components,
Laser House, 1321140 Goswell
Road,
London, EClV 7LE)
2.62 Rexolite 200 (cross-linked
styrene copolymer)
Atlantic Laminates
3.20 Schaefer Dielectric Material,
PT (polystyrene with
titania filler)
Marconi Electronic Devices Ltd.,
Radford Crescent, Billericay,
Essex, CM12 ODN, UK
3.5 Kapton film (copper clad) Dupont (Fortin Laminating
Ltd., Unit 3, Brookfield
Industrial Estate,
Glossop, Derbyshire, UK)
3.75 Quartz (fuzed silica) A & D Lee Co. Ltd., Unit 19,
Marlissa Drive, Midland Oak
Trading Estate, Lythalls Lane,
Coventry, U
10.2 RT Duroid 6010
(ceramic-loaded PTFE)
Rogers Corp.,
11 Sapphire Tyco Saphikin
(A & D Lee Co Ltd., Unit 19,
Marlissa Drive, Midland Oak
Trading Estate, Lythalls Lane,
Coventry, UK)
9
c. Ground Plane
Ground plane bisa terbuat dari bahan konduktor. Ukurannaya selebar dan
sepanjang substrat. Fungsi ground plane adalah sebagai ground antenna..
Beberapa keuntungan utama ntenna mikrostrip adalah mempunyai penampang
yang tipis, ukuran yang kecil dan ringan, mudah dalam pembuatan, dapat
diintegrasikan dengan microwave sirkuit terpadu (MICs), dapat dibuat untuk dual
atau triple frekuensi.
Beberapa kelemahan utama mikrostrip adalah gain yang rendah, efisiensi yang
rendah, bandwidth yang sempit, kecilnya alat mengakibatkan perlu ketelitian yang
tinggi dalam perancangan dan pembuatannya, rugi-rugi daya yang cukup besar
akibat polarisasi silang, penyusunan feed yang cukup kompleks untuk dapat
diintegrasikan langsung
2.3.2 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Seperti bentuk antena-antena yang lain, antena mikrostrip mempunyai
parameter-parameter yang digunakan untuk dilihat performance yaitu :
a. Penguatan (Gain)
Penguatan (G) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan intensitas
radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika daya yang
diterima berasal dari antena isotropik . Gain dirumuskan :
𝐺𝑎𝑖𝑛 = 4𝜋𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑃𝑎𝑑𝑎 𝐴𝑟𝑎ℎ 𝑇𝑒𝑟𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑌𝑎𝑛𝑔 𝐷𝑖𝑡𝑒𝑟𝑖𝑚𝑎= 4𝜋
𝑈(𝜃,∅)
𝑃𝑖𝑛 (2.1)
b. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR merupakan perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri
(standing wave) maksimum (|Vmax|) dengan minimum (|Vmin|). 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 koefisien refleksi tegangan
(Γ).
Γ =𝑉0
−
𝑉0+ =
𝑍𝐿−𝑍0
𝑍𝐿+𝑍0 (2.2)
10
Dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi
saluran lossless.
Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks yang
merepersentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk dari beberapa
kasus 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 dan rangkaian terbuka.
Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :
𝑆 =|𝑉|𝑚𝑎𝑥
|�̃�|𝑀𝑖𝑛=
1+|Γ|
1−|Γ| (2.3)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti
tidak ada refleksi ketika saluran berada dalam keadaan matching sempurna. Namun
pada kenyataannya nilai tersebut sulit didapatkan sehingga nilai dasar VSWR yang
digunakan pada antena umumnya ≤ 2.
c. Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara gelombang amolitudo yang
direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat
terjadi akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi
masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas (missmatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada
frekuensi.
Return loss juga dapat digunakan untuk melihat atau mengindikasi
hilangannya suatu daya yang ditransmisikan dan seberapa besar receiver menerima
daya yang di transmisikan. Dan juga dalam penentuan nilai performansi berbanding
lurus dengan VSWR yaitu semakin kecil nilai return loss-nya maka akan semakin
baik pula performansi antena tersebut. Hal ini dapat di simpulkan bahwa semakin
sedikit daya yang hilang pada pentransmisian antena maka akan semakin bagus
antena tersebut
11
Nilai return loss yang biasa digunakan adalah di bawah -9,54 dB, untuk
menentukan lebar bandwidth, sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang
direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan
atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini
digunakan sebagai salah satu acuan apakah antena sudah bekerja pada frekuensi
yang sesuai atau tidak.
d. Impedance Matching
Impedance matching merupakan cara atau teknik yang dipakai untuk
menyesuaikan dua impedansi yang tidak sama, yaitu impedansi karakteristik
saluran (Z0) danimpedansi beban (ZL). Transformator λ/4 adalah suatu teknik
impedance matching dengan cara memberikan saluran transmisi dengan impedansi
ZT di antara dua saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transformator
λ/4 ini adalah:
𝐿𝑓 = ¼ 𝜆𝑔 (2.4)
Dengan λg merupakan panjang gelombang pada bahan dielektrik yang
besarnya dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝜆𝑔 = 𝜆0
√𝜀𝑒 (2.5)
Dengan λ0 = panjang gelombang di udara bebas
𝜆0 =𝑐
𝑓 (2.6)
e. Bandwidth Antena
Bandwidth antena adalah rentang frekuensi dimana kinerja antena yang
berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola
radiasi, bandwidth, polarisasi, gain, efisiensi VSWR, return loss, axial ratio)
memenuhi spesifikasi standar. Dalam menentukan bandwidth antena perlu
memspesifikasikan kriteria apa saja yang digunakan karena tidak ada definisi baku
dalam menentukan bandwidth.
12
Bandwidth antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth karena
bersifat relatif lebih konstan terhadap frekuensi dan dirumuskan :
Dimana, ƒh : frekuensi tertinggi dalam band (Ghz)
ƒ1 : frekuensi terendah dalam band (Ghz)
ƒc : frekuensi tengah dalam band (Ghz)
f. Pola Radiasi
Pola radiasi (radiation pattern) suatu antena adalah pernyataan grafis yang
menggambarkan sifat radiasi suatu antena pada medan jauh sebagai fungsi arah
. Antena menunjukkan arah dengan meradiasikan hampir semua power dalam
satu arah (arahnya adalah arah dari main lobe)
2.3.3 Jenis-Jenis Antena Mikrostrip
Berdasarkan bentuk patch-nya antena mikrostrip terbagi menjadi :
a. Antena mikrostrip patch persegi panjang (rectangular)
b. Antena mikrostrip patch persegi (square)
c. Antena mikrostrip patch lingkaran (circular)
d. Antena mikrostrip patch elips (elliptical)
e. Antena mikrostrip patch segitiga (triangular)
f. Antena mikrostrip patch circular ring
Gambar 2.2 Jenis Antena Mikrostrip
Sumber: http://casdoper.blogspot.co.id
13
a. Rectangular Patch
Bentuk persegi panjang adalah bentuk yang paling mudah dan paling banyak
digunakan. Karena ketebalan substrat jauh lebih tipis dari panjang gelombang,
maka patch persegi panjang dianggap suatu bidang planar untuk memudahkan
dalam analisa. .Konfigurasi peradiasi persegi panjang (rectangular patch) terdiri
dari parameter lebar (W) dan parameter panjang (L) seperti pada gambar
Gambar 2.3 Jenis Rectangular Pach
Sumber: http://casdoper.blogspot.co.id
Untuk merancang sebuah antena mikrostrip patch segi empat, terlebih dahulu
harus diketahui parameter bahan yang digunakan yaitu ketebalan dielektrik (h),
konstanta dielektrik(εr),dan dielektrik loss tangent (tan δ). Dari nilai tersebut
diperolehdimensi antena mikrostrip (W dan L). Pendekatan yang digunakan untuk
mencari panjang dan lebar antena mikrostrip dapat menggunakan Persamaan
𝑊 =𝑐
2𝑓𝑟√
𝜀𝑟+1
2 (2.7)
Dimana :
W : lebar konduktor
εr : konstanta dielektrik
c : kecepatan cahaya di ruang bebas (3x108)
fo : frekuensi kerja antena
Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ΔL
yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.
Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dapat dicari menggunakan
Persamaan
14
∆𝐿
ℎ= 0.412
(𝜀𝑒+0.3)[𝑊
ℎ0.264]
(𝜀𝑒−0.258)[𝑊
ℎ+0.813]
(2.8)
Dimana h merupakan tinggi substrate atau tebal substrate, dan εe adalah
konstanta permitivitas efektif yang dapat diperoleh dengan menggunakan
Persamaan
𝜀𝑒 =𝜀𝑟+1
2+
𝜀𝑟−1
2(1 + 12
ℎ
𝑊)
1
2 (2.9)
Panjang patch (L) dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan
𝐿 = 𝐿𝑒𝑓𝑓 − 2∆𝐿 (2.10)
Dengan Leff merupakan panjang patch efektif yang dapat dihitung
menggunakan Persamaan
𝐿𝑒𝑓𝑓=𝑐
2𝑥𝑓√𝜀𝑒𝑓𝑓
(2.11)
Ukuran Ground plane sama dengan ukuran substrat, yaitu :
Lg = 6h + L (2.12)
Wg = 6h + W (2.13)
2.3.4 Teknik Pencatuan
Antena dapat dicatu dengan beberapa metode, Ada 2 macam teknik
pencatuan, yaitu metode kontak dan metode nonkontak. Dalam metode kontak,
daya RF dicatu secara langsung ke patch menggunakan satu elemen penghubung,
metode kontak itu sendiri ada 3 macam yaitu microstrip feeding, probe feeding,dan
EMC.
1. Teknik Microstrip Line
Pada jenis teknik penyambungan ini, saluran terhubung langsung ke tepi
bidang mikrostrip seperti yangditunjukkan pada gambar di bawah ini.
15
Gambar 2.4 Teknik Pencatuan Mikrostrip Line
Sumber: http://casdoper.blogspot.co.id
2.4 LTE (Long Term Evolution)
Menurut Medi Taruk (2015) 3GPP Long Term Evolution atau yang biasa
disingkat LTE adalah sebuah standar komunikasi akses data nirkabel tingkat tinggi
yang berbasis pada jaringan GSM/EDGE dan UMTS/HSPA. Jaringan antarmuka-
nya tidak cocok dengan jaringan 2G dan 3G, sehingga harus dioperasikan melalui
spektrum nirkabel yang terpisah. Teknologi ini mampu download sampai dengan
tingkat 300mbps dan upload 75mbps. Layanan LTE pertama kali dibuka oleh
perusahaan Telia Sonera di Stockholm dan Oslo pada tanggal 14 desember 2009.
3GPP Long Term Evolution, atau lebih dikenal dengan sebutan LTE dan dipasarkan
dengan nama 4G LTE adalah sebuah standar komunikasi nirkabel berbasis jaringan
GSM / EDGE dan UMTS / HSDPA untuk akses data kecepatan tinggi
menggunakan telepon seluler mau pun perangkat mobile lainnya.
LTE pertama kali diluncurkan oleh TeliaSonera di Oslo dan Stockholm pada
14 Desember 2009. LTE adalah teknologi yang didaulat akan menggantikan
UMTS/HSDPA. LTE diperkirakan akan menjadi standarisasi telepon selular secara
global yang pertama.Walaupun dipasarkan sebagai teknologi 4G, LTE yang
dipasarkan sekarang belum dapat disebut sebagai teknologi 4G sepenuhnya.
LTE sudah mulai dikembangkan oleh 3GPP sejak tahun 2004. Faktor-faktor
yang menyebabkan 3GPP mengembangkan teknologi LTE antara lain adalah
permintaan dari para pengguna untuk peningkatan kecepatan akses data dan
kualitas servis serta memastikan berlanjutnya daya saing sistem 3G pada masa
depan. 3GPP LTE mewakili kemajuan besar didalam teknologi selular. LTE di
rancang untuk memenuhi kebutuhan operator akan akses data dan media angkut
yang berkecepatan tinggi serta menyokong kapasitas teknologi suara untuk
16
beberapa dekade mendatang. LTE meliputi data berkecepatan tinggi, dan servis
penyiaran multimedia.Selain itu LTE diperkirakan dapat membawa komunikas
pada tahap yang lebih tinggi, tidak hanya menghubungkan manusia saja tetapi dapat
juga menyambungkan mesin.
Dari White Paper yang ditulis oleh Steve Mace, dapat dipertimbangkan
beberapa parameter penting untuk Antena LTE yang patut diperhatikan, yaitu:
1. Pola Radiasi Omnidirectional
2. Gain minimum 3 dB
3. Menggunakan teknik MIMO
17
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Waktu dan Tempat
Tempat perancangan serta penyusunan Tugas Akhir ini dilakukan di:
1. Jl. APT Pranoto No 3 RT 39 Gn Sari Ilir, Balikpapan Tengah, Balikpapan,
Kalimantan Timur.
2. Politeknik Negeri Balikpapan, Gedung Elektronika, Jl. Soekarno-Hatta KM 8
Balikpapan Utara, Kalimantan Timur.
Waktu perancangan serta penyusunan Tugas Akhir ini dimulai pada bulan Mei
2018 sampai dengan Juni 2018.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam perancangan antena ini adalah sebagai berikut:
1. Solder
2. Attractor
3. Pemotong PCB
4. Wadah Etching
5. Spidol Permanen
6. Penggaris
Bahan yang digunakan dalam perancangan antena ini adalah sebagai berikut:
1. PCB Double Layer FR4
2. Cairan Etching
3. Timah
4. Konektor Coaxial BNC
3.3 Perancangan Antena
3.3.1 Tahap Perancangan
Proses perancangan antena mikrostrip ini dilakukan dengan metode
eksperimental, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut:
18
1. Penentuan spesifikasi : Langkah awal dalam pembuatan antena dengan
menentukan bentuk antena, frekuensi kerja, pola radiasi, bandwidth, gain,
polarisasi , vswr . Kemudian dilanjutkan dengan melakukan perhitungan
dimensi fisik dari antena mikrostrip yang bisa didapatkan dari perhitungan
secara teoritis. Parameter yang dihitung di antaranya adalah panjang dan lebar
patch, lebar dan panjang saluran mikrostrip.
2. Perancangan dengan software CST 2018 : Penggunakan software ini untuk
memvisualisasikan dan mensimulasikan tahap sebelumnya. Visualisasi berupa
gambar tiga dimensi dengan spesifikasi jenis bahan, ukuran, dan letak
pencatuan agar bisa disimulasikan. Jenis bahan sesuai spesifikasi. Hasil
simulasi berupa parameter-parameter antena yang ditampilkan dalam bentuk
grafik yang selanjutnya dianalisis untuk mengetahui karakteristik dan kinerja
antena
3. Fabrikasi sesuai model simulasi : Fabrikasi merupakan proses realisasi model
simulasi ke dalam bentuk antena aslinya,
3.3.2 Spesifikasi Perancangan
Spesifikasi antena menjadi bagian yang penting dalam proses
perancangannya. Antena yang akan dibuat adalah antena mikrostrip rektangular 2
patch dan 4 patch dengan mengacu pada spesifikasi MIMO yaitu:
a) Frekuensi Kerja 1800 MHz – 1900 MHz
b) Bandwidth 160 MHz
c) VSWR ≤ 2
d) Gain ≤ 3 dBi
e) Pola Radiasi omnidirectional
3.3.3 Pemilihan Substrat
Ada beberapa parameter penting dalam pemilihan substrat yang akan
digunakan yaitu ketebalan dielektrik substrat. Ada banyak dielektrik yang dapat
digunakan untuk antena mikrostrip. Range konstanta dielektrik (εr) antara 2,2 ≤ εr
≤ 12 dengan klasifikasi low dielectric constant pada range 2,2 ≤ εr ≤ 3, medium
dielectric constant 5 ≤ εr ≤ 10, dan high dielectric constant di atas 10.
19
Untuk medium substrat yang tebal dengan konstanta dielektrik kecil, sering
digunakan dalam perancangan untuk mendapatkan efisiensi tinggi, bandwidth yang
lebar, dan loss medan radiasi yang kecil. Akan tetapi dengan konsekuensi dimensi
antena yang lebih besar. Sedangkan jika menggunakan substrat yang tipis dengan
konstanta dielektrik besar, akan menghasilkan dimensi antena yang lebih kecil.
Untuk mengutamakan dimensi antena yang relatif kecil, maka dibutuhkan
konstanta dielektrik yang kecil. Oleh sebab itu, dipilih substrat FR-4 lossy dengan
frekuensi kerja sesuai kebutuhan antena dan konstanta dielektrik yang cukup kecil
untuk mendapatkan dimensi antena yang kecil.
3.4 Simulasi Antena
Perancangan antena ini menggunakan software CST sebagai simulator.
Langkah awal mendesain antena sesuai perhitungan dalam simulator. Kemudian
pilih bahan material penyusun dari setiap elemen sesuai dengan perencanaan.
Setelah dilakukan desain antena kemudian dilakukan running program. Analisa
pertama terhadap hasil simulasi diperlukan, apakah sudah sesuai dengan spesifikasi
awal perencanaan atau belum. Jika terjadi penyimpangan maka diperlukan optimasi
dimensi yang tepat melalui percobaan dengan mengacu pada karakteristik yang
diharapkan. Rancangan hasil perhitungan dimensi antena digunakan sebagai data
awal di dalam simulasi. Simulasi ini bertujuan untuk mendapatkan ukuran dimensi
antena yang tepat sehingga diperoleh hail yang sesuai dengan spesifikasi
3.5 Flowchart
Dari tahap-tahap yang telah diuraikan, ada beberapa tahap pendukung dan jika
dibuat flowchart adalah sebagai berikut
20
mulai
Input frekuensi kerja: 1800 MHz
Perancangan alat
Pengujian alat
Apakah parameter
output sudah sesuai?
Tampil parameter
output
Selesai
YES
NO
Gambar 3.1 Sistem Kerja
21
3.6 Rencana Anggaran Biaya
Dibawah ini adalah rencana anggaran biaya untuk pembuatan Antena
Mikrostrip MIMO Rectangular Patch 2x2 dan 4x4
Tabel 3.1 Rencana Anggaran Biaya
No. Bahan Jumlah Harga
1. PCB Double Layer FR4 1 Rp. 200.000
2. Konektor Coaxial 6 Rp. 120.000
3. Kabel Coaxial 6 m Rp. 45.000
4. Cairan Etching 2 Rp. 10.000
5. Timah 1 roll Rp. 30.000
Jumlah Rp. 405.000
22
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 Spesifikasi Dimensi Antena
4.1.1 Menghitung Dimensi Antena
Perhitungan dimensi antenna mikrostrip secara umum bergantung dari
frekuensi kerja yang digunakan dan jenis bahas yang digunakan. Nilai konstanta
tergantung dari tebal dan permitivitas yang digunakan. Semakin kecil permitivitas
semakin besar dimensi antena yang akan dibuat
1. Lebar patch (W) dengan menggunakan persamaan (2.7) didapatkan 51 mm
𝑊 =3𝑥108
2𝑥1,8𝑥109(
4,4 + 1
2)
−21
= 0,051 𝑐𝑚
2. Panjang patch (L) dengan menggunakan persamaan (2.10) didapatkan 40 mm
𝐿 =3𝑥108
2𝑥1,8𝑥109√4,149− 2𝑥7,414𝑥10−4 = 0,039 𝑐𝑚
a) Menghitung 𝜀𝑒 dengan menggunakan persamaan (2.9) didapatkan 4,14 cm
𝜀𝑒 =4,4 + 1
2+
4,4 − 1
2(1 +
12𝑥0,0016
0,051)
−21
= 4,149 𝑐𝑚
b) Menghitung Δ𝐿 dengan menggunakan persamaan (2.8) didapatkan 7,414x10-4
Δ𝐿 = 0,412𝑥0,0016 (4,149 + 0,3
4,149 + 0,258) (
0,0510,0016 + 0,264
0,0510,0016 + 0,8
) = 7,414𝑥10−4
4.1.2 Menghitung Dimensi Saluran Antena
Setelah menghitung panjang dan lebar dari patch untuk substrate, langkah
selanjutnya adalah menentukan panjang pencatu. Untuk panjang pencatu sangat
mempengaruhi nilai VSWR dan besarnya W sangat mempengaruhi nilai panjang
pencatu dapat dituliskan dalam langkah-langkah sebagai berikut.
1. Menghitung λ dengan menggunakan persamaan (2.6) didapatkan 16,7 mm
23
λ =3𝑥108
1,8𝑥109= 0,167 𝑐𝑚
2. Menghitung 𝜆𝑔 dengan menggunakan persamaan (2.5) didapatkan 82 mm
𝜆𝑔 =0,167
√4,149= 0,082 𝑐𝑚
3. Menghitung Lf dengan menggunakan persamaan (2.4) didapatkan 21 mm
𝐿𝑓 =1
4𝑥0,082 𝑐𝑚
4.1.3 Menghitung Dimensi Substrat dan Groundplane
Secara ideal, groundplane yang digunakan memiliki luas dan tebal yang tidak
terhingga (infinite groudplane), akan tetapi kondisi ini jelas tidak mungkin untuk
direalisasikan. Untuk mendapatkan kondisi finite groundplane, lebar dan panjang
minimum groundplane hasil yang didapatkan:
1. Menghitung Lg dengan menggunakan persamaan (2.12) didapatkan 50 mm
𝐿𝑔 = 6𝑥0,0016 + 0,04 = 0,0496 𝑐𝑚
2. Menghitung Wg dengna menggunakan oersamaan (2.13) didapatkan 61 mm
𝑊𝑔 = 6𝑥0,0016 + 0,051 = 0,0606 𝑐𝑚
Dengan h adalah tebal substrat, L adalah panjang patch, dan W adalah lebar
patch. Dikarenakan bahan yang digunakan merupakan FR-4 epoxy, dimana substrat
terintergrasi dengan patch dan groundplane maka dimensi dari substrat mengikuti
ukuran dari groundplanenya.
4.2 Simulasi Antena
Perancangan menggunakan CST 2018 sebagai simulator. Langkah awal adalah
mendesain bentuk antena sesuai perhitungan ke dalam simulator. Kemudian pilih
material penyusun dari setiap elemen sesuai perencanaan. Setelah dilakukan desain
kemudian dilakukan running program. Simulasi disini bertujuan untuk
mendapatkan ukuran dimensi antena yang tepat sehingga diperoleh hasil yang
sesuai dengan spesifikasi.
24
Gambar 4.1 Simulator CST 2018
4.3 Simulasi Antena 1 Patch
4.3.1 Hasil Simulasi Single Patch sesuai dengan perhitungan
Sebelum melakukan simulasi antena dalam bentuk 2 elemen dan 4 elemen,
dilakukan simulasi single patch rectangular untuk mempermudah perancangan 2
elemen dan 4 elemen dan membandingkan perbedaannya. Berikut gambar antena 1
patch sebelum optimasi seperti berikut:
1. Hasil desain antena rectangular patch
Gambar 4.2 tampak depan Gambar 4.3 tampak belakang
2. Hasil Parameter yang didapat
VSWR
Pada hasil simulasi VSWR untuk antena satu patch sesuai dengan
perhitungan, didapatkan hasil VSWR yang belum memenuhi spesifikasi dan
sangat besar nilainya yaitu 5,073 pada frekuensi 1,85 GHz, sehingga perlu
25
dilakukan optimasi dengan mengubah dimensi antena dan mengubah bentuk
groundplane antena agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.
Gambar 4.4 Hasil VSWR antena sebelum optimasi
Gain
Pada hasil simulasi Gain untuk antena 1 patch sesuai dengan perhitungan,
didapatkan hasil Gain yang belum memenuhi spesifikasi yang diinginkan dan
sangat kecil yaitu 1,426 pada frekuensi 1,85 GHz, sehingga perlu dilakukan
optimasi dengan mengibah dimensi antena dan mengibah bentuk groundplane
antena.
Gambar 4.5 Hasil Gain antena sebelum optimasi
S-Parameter
Pada hasil simulasi S-Parameter untuk antena 1 patch sesuai dengan
perhitungan, didapatkan hasil S-Parameter yaitu -3,469 pada frekuensi 1.85
26
GHz, sehingga perlu dilakukan optimasi dengan mengubah dimensi antena dan
mengubah bentuk groundplane antena.
Gambar 4.6 Hasil S-Parameter antena sebelum Optimasi
Pola Radiasi
Pada hasil simulasi Polas Radiasi untuk antena 1 patch sesuai dengan
perhitungan, didapatkan Pola Radiasi sudah memenuhi spesifikasi yaitu
Omnidirectional.
Gambar 4.7 Bentuk Pola Radiasi antena sebelum optimasi
4.3.2 Hasil Simulasi Single Patch setelah optimasi
Sebelum melakukan simulasi antena dalam bentuk 2 elemen dan 4 elemen,
dilakukan simulasi single patch rectangular patch untuk mempermudah
perancangan 2 elemen dan 4 elemen dan membandingkan perbedaannya. Berikut
gambar antena 1 patch setelah optimasi seperti berikut:
27
1. Hasil desain antena rectangular patch
Gambar 4.8 tampak depan Gambar 4.9 tampak belakang
2. Hasil Parameter yang Didapat
VSWR
Pada hasil simulasi VSWR untuk antena 1 patch setelah optimasi, didapatkan
hasil VSWR sudah memenuhi spesifikasi yaitu 1,734 pada frekuensi 1,85 GHz,
karena hasil VSWR sudah memenuhi spesifikasi maka tidak perlu dilakukan
optimasi lagi.
Gambar 4.10 Hasil VSWR Antena setelah optimasi
Gain
Pada hasil simulasi Gain untuk antena 1 patch setelah optimasi, didapatkan
hasil Gain sudah memenuhi spesifikasi yang diinginkan yaitu 4,338 dB pada
frekuensi 1,85 GHz, karena hasil Gain sudah memenuhi spesifikasi maka tidak
perlu dilakukan optimasi lagi.
28
Gambar 4.11 Hasil Gain Setelah Optimasi
S-Parameter
Pada hasil simulasi S-Parameter untuk antena 1 patch setelah optimas,
didapatkan hasil S-Parameter yaitu -11,414 dB pada frekuensi 1.85 GHz, karena
hasil Return Loss sudah memenuhi spesifikasi maka tidak perlu dilakukan
optimasi lagi.
Gambar 4.12 Hail S-Parameter Setelah Optimasi
Pola Radiasi
Pada hasil simulasi Polas Radiasi untuk antena 1 patch sesuai dengan
perhitungan, didapatkan Pola Radiasi sudah memenuhi spesifikasi yaitu
Omnidirectional.
29
Gambar 4.13 Betuk Pola Radiasi Antena Setelah Optimasi
4.3.3 Tabel Perbandingan Single Patch Antena sebelum optimasi dan
sesudah optimasi
Tabel 4.1 Tabel Perbandingan
No Parameter Ukuran Sebelum
Optimasi (mm)
Ukuran Sesudah
Optimasi (mm)
1. h 1,6 1,6
2. L 40 36
3. Lf 21 15
4. Lg 50 15
5. Ls 50 65
6. t 0,018 0,018
7. W 51 50
8. Wg 61 61
9. Wo 3,34 9
10. Ws 61 61
Dari tabel perbandingan dapat dilihat dimensi antena sebelum optimasi dan
sesudah optimasi, nilai L, Lf, Lg, W, lebih kecil dari sebelumnya dan nilai Ls,
dan Wo lebih besar sebelumnya agar spesifikasi dan parameter yang
direncanakan sebelumnya dapat terpenuhi.
30
4.4 Simulasi Antena 2 Patch
4.4.1 Hasil Simulasi Double Patch
Setelah dilakukan optimasi pada single patch selanjutnya membuat antena
double patch rectangular, dengan cara menyalin patch yang telah dioptimasi
menjadi dua patch.
1. Desain antena rectangular patch
Gambar 4.14 Tampak Depan Gambar 4.15 Tampak Belakang
2. Hasil Parameter yang didapat
VSWR
Pada hasil simulasi VSWR pada antena double patch, didapatkan nilai VSWR
sudah memenuhi spesifikasi.
Tabel 4.2 Rata-rata VSWR
Patch Antena VSWR Nilai
Patch1 VSWR1 1,778
Patch2 VSWR2 1,785
Rata-rata 1,781
Gambar 4.16 Hasil VSWR antena double patch
31
Gain
Pada hasil simulasi Gain pada antena double patch, didapatkan nilai VSWR
sudah memenuhi spesifikasi yaitu >2, pada patch1 nilai Gain 4,848 dB dan
patch2 nilai Gain 4,830 dB
Tabel 4.3 Rata-rata Gain
Patch Antena Gain Nilai
Patch1 Gain1 4,848 dB
Patch2 Gain2 4,830 dB
Rata-rata 4,839 dB
Gambar 4.17 Hasil Gain Patch1
Gambar 4.18 Hasil Gain Patch2
32
S-Parameter
Pada hasil simulasi S-Parameter pada antena double patch, nilai S-
Parameter terbesar adalah -16,115 dB dan yang terkecil -10,998 dB berikut nilai
S-Parameter yang didapatkan pada antena 2 patch:
Tabel 4.4 Rata-rata S-Parameter
Patch Antena S-Parameter Nilai
Patch1 S-Parameter1,1 -11,051 dB
S-Parameter1.2 -16,115 dB
Patch3 S-Parameter2,1 -16,115 dB
S-Parameter2,2 -10,998 dB
Rata-rata -13,569 dB
Gambar 4.19 Hasil S-Parameter pada Double Patch
Pola Radiasi
Bentuk Pola Radiasi yang dihasilkan pada simulasi antena double patch
adalah omnidirectional
Gambar 4.20 Pola Radiasi Antena Double Patch
33
4.5 Simulasi Antena 4 Patch
4.5.1 Hasil Simulasi Antena 4 Patch
Setelah membuat antena double patch selanjutnya membuat antena 4 patch
dengan menyalin dua patch antena sebelumnya menjadi 4 patch
1. Desain Antena
Gambar 4.21 Tampak Depan Gambar 4.22 Tampak Belakang
2. Hasil Parameter yang didapat
VSWR
Pada hasil simulasi pada antena 4 patch nilai VSWR masih <2 tetapi
mengalami peningkatan VSWR dibandingkan dengan hasil VSWR pada antena
double patch, nilai yang didapatkan:
Tabel 4.5 Tabel Rata-Rata VSWR
Patch Antena VSWR Nilai
Patch1 VSWR1 1,875
Patch2 VSWR2 1,882
Patch3 VSWR3 1,875
Patch4 VSWR4 1,873
Rata-rata 1,876
34
Gambar 4.23 Hasil VSWR Antena 4 Patch
Gain
Hasil Gain yang didapat pada antena 4 patch lebih besar dari antena 2 patch
dikarenakan jumlah patch yang digunakan 2x lebih banyak dari sebelumnya,
nilai Gain yang diapatkan:
Tabel 4.6 Tabel Rata-Rata Gain
Patch Antena Gain Nilai
Patch1 Gain1 4,947 dB
Patch2 Gain2 4,923 dB
Patch3 Gain3 4,894 dB
Patch4 Gain4 4,927 dB
Rata-rata 4,922 dB
Gambar 4.24 Hasil Gain Patch1
35
Gambar 4.25 Hasil Gain Patch2
Gambar 4.26 Hasil Gain Patch3
Gambar 4.27 Hasil Gain Patch4
36
S-Parameter
Pada hasil simulasi S-Parameter antena 4 patch terdapat beberapa S-
Parameter yang didapatkan, nilai S-Parameter terbesar adalah -23,130 dB dan
nilai S-Parameter terkecil adalah -10,278 dB
Tabel 4.7 Rata-rata S-Parameter
Patch Antena S-Parameter Nilai
Patch1
S-Parameter1,1 -10,332 dB
S-Parameter1,2 -16,267 dB
S-Parameter1,3 -23,130 dB
S-Parameter1,4 -15,398 dB
Patch2
S-Parameter2,1 -16,267 dB
S-Parameter2,2 -10,278 dB
S-Parameter2,3 -15,421 dB
S-Parameter2,4 -23,120 dB
Patch3
S-Parameter3,1 -23,130 dB
S-Parameter3,2 -15,421 dB
S-Parameter3,3 -10,332 dB
S-Parameter3,4 -16,223 dB
Patch4
S-Parameter4,1 -15,398 dB
S-Parameter4,2 -23,120 dB
S-Parameter4,3 -16,223 dB
S-Parameter4,4 -10,345 dB
Rata-rata -16,275 dB
Gambar 4.28 Hasil S-Parameter pada Antena 4 Patch
37
Pola Radiasi
Pada simulasi antena 4 patch dihasilkan Pola Radiasi Omnidireksional,
sinyalnya menyebar kesegala arah
Gambar 4.29 Pola Radiasi Patch1
Gambar 4.30 Pola Radiasi Patch2
Gambar 4.31 Pola Radiasi Patch3
38
Gambar 4.32 Pola Radiasi Patch4
4.6 Hasil Pengujian Menggunakan Speed Test
4.6.1 Hasil Simulasi Antena 2 Patch menggunakan Speed Test
Pengujian kali ini menggunkan speed test untuk melihat seberapa
meninggkatnya kualitas sinyal sebelum menggunakan antena 2 patch dan pada
saat menggunakan antena 2 patch
1. Bentuk Rangkaian Antena 2 Patch
Gambar 4.33 Rangkaian Antena 2 patch
39
2. Hasil speed test tanpa menggunakan antena 2 patch
Gambar 4.34 Hasil Speed Test tanpa Antena
3. Hasil speed test dengan mrnggunakan antena 2 patch
Gambar 4.35 Hasil Speed Test Menggunakan Antena
40
4.6.2 Hasil Simulasi Antena 4 Patch menggunakan Speed Test
Pengujian kali ini menggunkan speed test untuk melihat seberapa
meninggkatnya kualitas sinyal sebelum menggunakan antena 4 patch dan pada
saat menggunakan antena 4 patch
1. Bentuk Rangkaian Antena 4 Patch
Gambar 4.36 Rangkaian Antena 4 Patch
2. Hasil speed test tanpa menggunakan antena 4 patch
Gambar 4.37 Hasil Speed Test tanpa Antena
41
3. Hasil speed test dengan menggunakan antena 4 patch
Gambar 4.38 Hasil Speed Test menggunakan Antena
Gambar 4.39 Tempat Pengujian Antena 1
42
Gambar 4.40 Tempat Pengujian Antena 2
Tabel 4.8 Perbandingan Hasil Speed Test Antena 2x2 dan 4x4
Modem
Bolt
2x2 Patch 4x4 Patch Ping
Patch
2x2
Ping
Patch
4x4 Download Upload Download Upload
Dengan
Antena
11,4
Mbps
15,6
Mbps
12,5
Mbps
3,30
Mbps 44 ms 219 ms
Tanpa
Antena
3,28
Mbps
5,69
Mbps
5,95
Mbps
13,8
Mbps 31 ms 169 ms
Rata-rata 7,34
Mbps
10,6
Mbps
9,22
Mbps
8,55
Mbps 37,5 ms 194 ms
Dari tabel perbandingan yang telah dibuat dapat dilihat antena mikrostrip
4x4 lebih baik dari antena mikrostrip 2x2. Dengan menggunakan antena
ekternal 2x2 sebesar 11,4 Mbps sedangkan antena ekternal 4x4 sebesar 12,5
Mbps
43
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan peneliti melalui tahap
perencanaan, perancangan, pembuatan dan pengujian maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Dimensi antena mikrostrip 2x2 dan 4x4 yang telah di optimasi lebar
patch antena 50 mm dan panjang patch antena 36 mm
2. Nilai rata-rata VSWR pada antena mikrostrip 2x2 sebesar 1,781
3. Nilai rata-rata Gain pada antena mikrostrip 2x2 sebesar 4,839 dB
4. Nilai rata-rata Return Loss pada antena mikrostrip 2x2 sebesar -13,569
dB
5. Untuk Pola Radiasi yang didapatkan berbentuk Omnidirecional
6. Nilai rata-rata VSWR pada antena mikrostrip 4x4 sebesar 1,876
7. Nilai rata-rata Gain pada antena mikrostrip 4x4 sebesar 4,922 dB
8. Nilai rata-rata Return Loss pada antena mikrostrip 4x4 sebesar -16,275
dB
9. Untuk Pola Radiasi yang didapatkan berbentuk Omnidirecional
5.2 Saran
Penelitian yang dilakukan peneliti tentunya tidak terlepas dari kekurangan dan
kelemahan. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dan kesimpulan yang
didapatkan, maka saran untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini antara
lain:
1. Untuk pengembangan antena selanjutnya dapat menggunakan patch
yang digunakan lebih banyak.
2. Dapat menggunakan teknik T-Junction saat membuat simulasi dan
untuk menghemat penggunaan konektor.
3. Dapat menggunakan bentuk patch lain untuk mendapatkan performansi
yang lebih baik.
44
DAFTAR PUSTAKA
Budiawan, Adipurnama, Angga, Heroe Wijayanto, Yuyu Wahyu.“Perancangan
dan Realisasi Antena MIMO 4x4 Mikrostrip Patch Persegi Panjang 5,2 GHz
Untuk WIFI 802.11n”. Bandung (2016).
Gusman, R. A.”Simulasi Antena Mikrostrip Patch Persegi Panjang Plannar Array
6 Elemen Dengan Pencatuan Aperture Coupled Untuk Aplikasi CPE WiMax
Pada Frekuensi 3,3-3,34 GHz”. Riau (2014).
Herudin.”Perancangan Antena Mikrostrip Frekuensi 2,6 GHz untuk Aplikasi LTE
(Long Term Evolution)”. Cilegon (2012).
Insomasta. 2012. “Antena Mikrostrip”.
http://casdoper.blogspot.co.id/2014/02/antena-mikrostrip.html
Diakses pada 20 April 2018. 01:06:43 WITA.
Pratama, Arif, Dr. Ir. Heroe Wijanto,Mt., Dr. Ir. Yuyu Wahyu,MT. ”Perancangan
dan Realisasi Antena Mikrostrip MIMO 4x4 Dengan Catuan EMC
(Electromagnetically Coupled) Untuk Aplikasi LTE 2,3 GHz”. Bandung
(2015).
Pratama, Egi, Ery Safrianti. “Perancangan Antena Mikrostrip Circular MIMO 2x2
Untuk Aplikasi Wireless Fidelity (WiFi) Pada Frekuensi Kerja 2,4 GHz”.
Riau (2017).
Rahayu, Yusnita, Kurnia Alfikri, Rhendy Theopilus Silalahi. “Perancangan Antena
Dengan Circular Line Patch Dan Thick Line Untuk LTE Frekuensi 1,8 GHz”.
Riau (2017).
Electro. 2015 .”Sekilas Tentang LTE”.
http://meditaruk.blogspot.com/2015/01/sekilas-tentang-lte.html
Diakses pada tanggal 27 April 2018. 05.12.54 WITA.
Sujendro, Herry.”Perekayasaan Sistem Antena 1”. Kementrian Pendidikan &
Kebudayaan Republik Indonesia. Malang (2013).
45
Tambunan Austin, Dr Levy Olivia Nur, Budi Syihabuddin. ”Perancangan Dan
Realisasi Antena MIMO 8x8 Array Rectangular Patch Dengan U-Slot Pada
Frekuensi 15 GHz”. Bandung (2017).
Wulandari, Asri, Riski Martha Fitriani, Fadli Kurniawan. “Rancang Bangun Antena
Mikrostrip MIMO 2x2 Untuk Aplikasi WIFI 802.11n Di Frekuensi 2,4 GHz”.
Jakarta (2017).
46
LAMPIRAN