15101118 6 1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena Antena ...

15101118 6

1 BAB II

DASAR TEORI

2.1 Antena

Antena didefinisikan sebagai sebuah perangkat yang biasanya

terbuat dari logam (sebagai tongkat atau kawat) yang digunakan untuk

memancarkan dan menerima gelombang radio [3]. Dengan kata lain,

Antena memiliki definisi sebagai transformator dan struktur transisi dari

gelombang terbimbing dan gelombang bebas atau sebaliknya. Pada

gambar 2.1 menunjukkan perbedaan dari spesifikasi antena [3].

1. Antena menurut jenisnya

a. Antena kawat : dipole, loop, helix

b. Antena aparture : horn, slot

c. Antena cetak/strip : patch, spiral, dipole

2. Antena menurut gain

a. Gain tinggi : dish

b. Gain sedang : horn

c. Gain rendah : loop, slot, dipole, patch

3. Antena menurut Bandwidth

a. Wideband : spiral, log, helix

b. Narrow band : patch, slot

Gambar 2.1 Jenis-jenis Antena [3]

15101118 7

2.2 Antena Mikrostrip[3]

Berdasarkan asal katanya, mikrostrip terdiri atas dua kata, yaitu

micro (sangat tipis/kecil) dan strip (bilah/potongan),maka antena

mikrostrip dapat didefenisikan sebagai salah satu jenis antena yang

mempunyai bentuk seperti bilah/potongan yang mempunyai ukuran yang

sangat tipis/kecil. Hal ini yang menjadikan antena mikrostrip popular

karena memiliki keunggulan dan memenuhi permintaan akan antena yang

kecil dan ringan sehingga kompatibel dan mudah diintegrasikan. Antena

mikrostrip merupakan antena yang berbentuk papan (board) tipis dan

mampu bekerja pada frekuensi tinggi. Gambar 2.1 menunjukkan

gambaran umum antena mikrostrip.

Gambar 2.2 Gambaran Umum Antena mikrostrip [4]

Berdasarkan Struktur Gambar diatas, dapat dilihat bahwa antena

mikrostrip terdiri atas beberapa bagian, yakni [4]

1. Conducting Patch, adalah lapisan logam (metal) dengan

ketebalan tertentu yang berfungsi untuk meradiasi gelombang

elektromagnetik. Pada antena mikrostrip dikenal beberapa

bentuk (patch) seperti persegi panjang (rectangular), persegi

(square), lingkaran (circular), elips (elliptical), segitiga

(triangular), dan circular ring seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.3.

2. Substrate, merupakan bahan dielektrik dengan nilai konstanta

dielektri tertentu (Ԑr) dan ketebalan (h) tertentu, yang

memepengaruhi frekuensi kerja, bandwidth,dan efisiensi dari

suatu antena. Substrate digunakan sebagai pembatas antara

elemen peradiasi (patch) dengan elemen pertanahan (ground).

15101118 8

3. Groundplane, berada pada lapisan paling bawah yang

berfungsi sebagai reflektor, yakni untuk memantulkan sinyal

yang tidak diinginkan.

56

Gambar 2.3 Beberapa Bentuk Patch Antena Mikrostrip [4]

Beberapa kelebihan antena mikrostrip, antara lain : [1]

1. Bentuknya low-profile, ringan serta ukuran kecil dan

compact.

2. Low-fabrication, fabrikasi mudah dan murah.

3. Bisa menghasilkan polarisasi sirkular maupun linier.

4. Bisa beroperasi pada single, dual, ataupun multi band.

Sedangkan, beberapa kekurangan antena mikrostrip antara lain : [1]

1. Memiliki gain yang kecil

2. Mempunyai bandwidth yang sempit

3. Sinyal yang dipancarkan dengan daya yang relatif kecil,

maksimum 100 Watt

2.3 Parameter-parameter Antena

Dalam merancang suatu antena kita harus memahami parameter-

parameter antena, antara lain :

2.3.1 Pola Radiasi

Pola radiasi (radiation pattern) suatu antena

merupakan bentuk pancaran dari sebuah antena dalam bentuk

koordinat bola yang direpresentasikan oleh fungsi (ɵ,ɸ). Pola

radiasi dapat disebut sebagai pola magnet (field pattern)

15101118 9

apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut

pola daya (power pattern) apabila yang digambarkan pointing

vector. Dengan adanya gambaran pola radiasi kita dapat

melihat bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena tersebut

seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Gambaran Pola Radiasi [5]

Lebar berkas ½ daya (half power beamwidth atau HPBW)

adalah lebar sudut pada 3 dB dibawah maksimum. Untuk

menyatakan lebar berkas bisaanya dalam satuan derajat. Pada

gambar 2.2 tampak pola radiasi yang terdiri dari lobe-lobe

radiasi yang meliputi main lobe dan minor lobe (side lobe).

Main lobe adalah lobe radiasi yang mempunyai arah radiasi

maksimum. Sedangkan minor lobe adalah radiasi pada arah

lain.

Berdasarkan pola radiasinya, antena dikelompokkan menjadi

dua yaitu [5] :

1. Antena unidirectional, yaitu antena yang mampu

memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik

pada arah tertentu saja.

2. Antena omnidirectional, yaitu antena yang mampu

memancarkan atau menerima energi ke segala arah.

Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi 360 apabila dilihat pada bidang magnetnya.

15101118 10

2.3.2 Gain Antena

Gain antena berkaitan erat dengan direktivitas,

merupakan besaran yang memperhitungkan efisiensi antena

dan kemampuan direksionalnya. Gain suatu antena

merupakan perbandingan intensitas radiasi maksimum suatu

antena terhadap intensitas radiasi antena referensi. Parameter

gain antena (G) dapat dinyatakan dengan persamaan 2.1 [6].

G = 10 log II .................................................................... [2.1]

Dengan :

I0 = Intensitas radiasi Maksimum

I = Intensitas radiasi antena referensi

Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang

diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima

oleh antena (Pin) dibagi dengan 4. Absolute gain ini dapat

dihitung dengan persamaan 2.2 [5]:

𝐺𝑎𝑖𝑛 = 𝜋 𝑥 𝜃,𝜙𝑃𝑖 ................................... ............... ..[2.2]

Dengan :

Pin = daya yang diterima oleh antena 𝜃, 𝜙 = intensitas radiasi.

2.3.3 Polarisasi [7]

Polarisasi gelombang teradiasi adalah karakteristik

gelombang elektromagnetik teradiasi yang menggambarkan

arah fungsi waktu dan magnitude relatif dari vektor medan

listrik yang diamati sepanjang arah propagasi. Selain itu,

polarisasi juga dapat didefinisikan sebagai gelombang yang

diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah

tertentu. Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linear

(linier), circular (melingkar), atau elliptical (elips) seperti

yang ditunjukkan pada gambar 2.5.

15101118 11

Gambar 2.5 Polarisasi Antena (Linear (a) , Circular (b), Elliptical (c) ) [7]

2.3.3.1 Polarisasi Linier

Polarisasi linier yaitu jika medan listrik pada arah y

dan AR(axial ratio) = ~. AR adalah rasio antara sumbu mayor

dan sumbu minor. Polarisasi linier bisa horizontal dan

vertikal. Polarisasi ini bersesuaian dengan pemasangan

antena, jika antena dipasang vertikal maka polarisasi antena

linier vertikal dan jika antena dipasang horizontal maka

polarisasi antena linier horizontal. seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Polarisasi Linier [7]

2.3.3.2 Polarisasi Circular

Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang

berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor

medan elektrik (magnet) pada titik tersebut berada pada jalur

lingkaran sebagai fungsi waktu. Polarisasi melingkar terjadi

jika sumbu mayor sama dengan sumbu minor dan AR (axial

ratio) = 1. Pada polarisasi melingkar besarnya medan listrik

(a) (b) (c)

15101118 12

sama dan berputar dalam lintasan berbentuk lingkaran.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Polarisasi Melingkar [7]

2.3.3.3 Polarisasi elips

Polarisasi elips terjadi ketika gelombang yang berubah

menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet)

berada pada jalur kedudukan elips pada ruang. Polarisasi

elips sama dengan polarisasi lingkaran, tetapi polarisasi elips

memiliki AR (axial ratio) = E2/E1 dan berputar dalam

lintasan berbentuk elips. Seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.8.

Gambar 2.8 Polarisasi Elips [7]

2.3.4 VSWR

Akibat adanya gelombang pantul yang disebabkan ZL

≠ Z0 (tidak match) maka akan terjadi interferensi antara

gelombang datang dan gelombang pantul pada saluran.

15101118 13

Dengan adanya interferensi gelombang tersebut akan terjadi

gelombang berdiri, akan timbul tegangan-tegangan

maksimum dan minimum pada saluran. Voltage standing

wave ratio (VSWR) merupakan perbandingan antara

tegangan maksimum (|V|max) terhadap tegangan minimum

(|V|min).

Perbandingan amplitudo-amplitudo gelombang yang

dipantulkan terhadap gelombang datang ditentukan oleh

impedansi beban (ZL), perbandingan tersebut dinyatakan oleh

suatu bilangan yang disebut koefisien pantul (Reflection

Coefficient)yang disimbolkan Γ seperti pada persamaan 2.3 [8] : Γ = −+ = 𝐿−𝐿+ ........................................ ...................... ...[2.3]

Sedangkan, untuk mencari nilai VSWR dengan menggunakan

persamaan 2.4 [7] = | +Γ|| −Γ| ................................... ..................... ........[2.4]

Dengan, Γ = Koefisien pantul

ZL= Impendansi beban

Z0 = Impedansi karakteristik

Koefisien pantul sangat menentukan besarnya VSWR

(Voltage Standing Wave Ratio) antena, karena dengan

VSWR ini juga dapat ditentukan baik buruknya antena.

Semakin tinggi nilai VSWR maka semakin besar pula

mismatch, dan semakin minimum VSWR maka antena

semakin matching. Batas nilai VSWR yang ditentukan adalah

≤ 2 [9].

2.3.5 Bandwidth

Lebar pita (bandwidth) didefinisikan sebagai lebar pita

frekuensi yang digunakan oleh suatu sistem. Lebar pita

15101118 14

antena dapat ditentukan oleh beberapa karakteristik yang

memenuhi ketentuan yang dispesifikasikan. Dalam

penggunaan sebuah antena didalam sistem pemancar atau pun

penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada

range frekuensi kerja tersebut, antena diusahakan dapat

bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan

memancarkan gelombang elektro magnetik pada band

frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan

efektif disini adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari

antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum

mengalami perubahan yang berarti, sehingga masih sesuai

dengan pola radiasi yang direncanakan serta VSWR yang

ditentukan. Lebar band frekuensi atau dikenal sebagai

bandwidth antena adalah range frekuensi kerja dimana antena

masih dapat bekerja dengan efektif. Seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.9

Gambar 2.9 Hubungan VSWR dengan Bandwidth [8]

Bandwidth dapat dinyatakan dalam bentuk persen. Dapat

dinyatakan dalam persamaan 2.5: = − Χ % ………………… ........................ [2.5]

Dengan :

BW = Bandwidth (MHz) untuk VSWR ≤ 2

f2 = frekuensi tertinggi

f1 = frekuensi terendah

fc = frekuensi center

Bandwidth

2

1

VSWR

15101118 15

Salah satu kelemahan antena mikrostrip adalah bandwidth

yang sangat sempit. Namun hal itu bisa diatasi dengan

beberapa cara, yaitu [7]:

1. Menambah tebal substrat (h) pada plat parallel

saluran transmisi yang juga akan meningkatkan

impedansi karakteristik.

2. Menggunakan permitivitas dielektrik substrat untuk

mengurangi dimensi fisik dari saluran plat parallel.

3. Meningkatkan induktansi dari mikrostrip dengan

membuat slot.

4. Menambah komponen reaktif untuk menurunkan

VSWR

2.3.6 Direktivitas

Direktivitas (keterarahan) sebuah antena merupakan

perbandingan intensitas radiasi maksimum dengan intensitas

radiasi dari antena referensi isotropis [10]. Direktivitas yakni

merepresentasikan ‘pengarahan’ antena, semakin besar direktivitas dapat diartikan bahwa lebar berkasnya semakin

sempit Keterarahan pada antena dapat didefinisikan pada

persamaan 2.6 :

𝐷 = = 𝐼 𝑖 𝑖 𝑖 𝑀 𝑘 𝑖𝐼 𝑖 𝑖 𝑖 − .... ..................... ....[2.6]

Berdasarkan persamaan diatas, direktivitas antena dapat

didefinisikan sebagai rasio intensitas radiasi dalam arah

tertentu dari antena untuk intensitas radiasi rata-rata ke segala

arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan daya total yang

dipancarkan oleh antena dibagi dengan 4π. Secara umum, keterarahan pada antena dinyatakan dengan persamaan 2.7 :

D0 = 10 log π×U axPrad .................... ................................ .....[2.7]

Dengan:

D0 = Direktivitas (dB)

Umax = Intensitas radiasi maksimum (watt)

15101118 16

Prad = Daya radiasi total (watt)

2.3.7 Impedansi Karakteristik Antena

Pada antena mikrostrip terdapat impedansi

karakteristik yang sangat sensitif terhadap perubahan

frekuensi. Karakteristik bahan antena yang digunakan, serta

lebar patch antena akan mempengaruhi impedansi

karakteristik. Impedansi karakteristik antena mikrostrip dapat

dinyatakan dengan persamaan 2.8 dan persamaan 2.9 [11].

Untuk W/h ≤ 1 dinyatakan dengan :

Z0 = √𝜀 𝑙𝑛 + ...................................................... [2.8]

Untuk W/h ≥ 1 dinyatakan dengan : Z0=

𝜋√𝜀 [𝑊+ , + , 𝑊+ , ] ..................................... [2.9]

Nilai dimensi W/h dapat dinyatakan dengan menggunakan

persamaan 2.10, 2.11, 2.12, 2.13.

Untuk W/h 2 :

ℎ = 𝐴𝐴− ....................................................................... [2.10]

Dimana, = √𝜀𝑟+ + 𝜀𝑟−𝜀𝑟+ , + ,𝜀𝑟 ................................ [2.11]

Untuk W/h 2 :

ℎ = 𝜋 − − ln − + 𝜀𝑟−𝜀𝑟 [𝑙𝑛 − + , 9 −,𝜀𝑟 ] ............................................................................... [2.12]

Dimana, = 𝜋√𝜀𝑟 ............................................................... [2.13]

2.3.8 Impedansi Masukkan

Impedansi masukan dari suatu antena didefinisikan

sebagai impedansi pada bagian terminal antena atau

15101118 17

merupakan perbandingan antara tegangan dan arus listrik

pada terminal antena. Pada gambar 2.10 ini, akan

menunjukkan rasio antara tegangan dan arus pada terminal a

dan b tanpa beban.

Gambar 2.10 Impedansi Antena

Impedansi antena terdiri dari bagian riil dan imajiner,

yang dapat dinyatakan dengan persamaan 2.14[12] :

Zin = Rin+ j Xin................................... ...................... ...[2.14]

Dalam perancangan antena, biasanya memiliki nilai

impedansi masukan sebesar 50 Ω atau 75 Ω. Jika impedansi antena seusai (matching) dengan impedansi saluran transmisi,

maka daya yang disalurkan dapat tercapai secara maksimum.

Hal ini berarti, seluruh daya dapat tersalurkan secara sempura

dan tidak ada daya yang dipantulkan. Namun, jika impedansi

antena tidak sesuai dengan impedansi saluran transmisi,

maka akan terjadi kerugian, yaitu daya dari pemancar tidak

bisa ditransmisikan oleh antena secara maksimal.

2.3.9 Return loss

Return loss merupakan perbandingan antara amplitudo

dari gelombang yang dipantulkan (V0-) terhadap amplitudo

gelombang yang dikirimkan (V0+). Return loss dapat terjadi

jika impedansi antena dengan impedansi saluran transmisi

tidak sesuai (missmatch). Dimana, keadaan ini menimbulkan

adanya daya yang dipantulkan kembali. Dan pengukuran

return loss adalah untuk mengetahui seberapa banyak daya

yang dipantulkan kembali. Batas nilai return loss yang

15101118 18

ditentukan adalah ≤ 10 dB [9]. Return loss dapat dinyatakan

pada persamaan 2.15 dan persamaan 2.16 :

𝚪 = −+ = 𝐿−𝐿+ = −+ ...................... ..................... ...[2.15]

Return loss = 20 log10 | Γ | ....................... ..................... .[2.16]

Dimana :

: Koefisien Pantul

ZL : Impedansi Beban (Ω) Z0 : Impedansi Karakteristik (Ω) (V0

-) : Amplitudo dari gelombang yang dipantulkan

(V0+) : Amplitudo dari gelombang yang dikirimkan

VSWR : Voltage Standing Wave Ratio

2.4 Antena Mikrostrip Patch Persegi Panjang (Rectangular)

Secara umum, antena mikrostrip terbagi atas 2 bentuk patch yakni

bentuk persegi panjang (rectangular) dan patch berbentuk bulat (circular).

Namun, patch persegi panjang yang banyak digunakan saat ini. Karena,

pada patch ini sangat mudah untuk dianalisis menggunakan transmission-

line dan model cavity [7]. Berikut adalah perhitungan yang digunakan

untuk merancang antena mikrostrip berbentuk persegi panjang [7].

Untuk menentukan lebar patch antena (W) dapat menggunakan

persamaan 2.17:

W = 𝐶 √𝜀𝑟+ .................................................................................... [2.17]

Dimana :

c : Kecepatan cahaya di ruang bebas yaitu 3×108 m/s

f0 : Frekuensi kerja dari antena

Ɛr : Konstanta dielektrik dari bahan substrat

Sedangkan untuk menentukan panjang patch antena (L), diperlukan

nilai konstanta dielektrik antena (Ԑff) dan pertambahan panjang dari L

(∆L). Dengan perumusan Ԑff dinyatakan pada persamaan 2.18 :

15101118 19

𝜀 = 𝜀𝑟+ + 𝜀𝑟− ([ + ℎ]− / )..................... ...................... [2.18]

Dan pertambahan panjang (∆L) pada antena dapat dinyatakan pada

persamaan 2.19:

∆𝐿 = , ℎ (𝜀 + , ) 𝑊ℎ + ,(𝜀 + , ) 𝑊ℎ + , ....................... ...................... ...[2.19]

Dimana h merupakan tinggi substrat. Dengan demikian panjang patch

(L) dinyatakan pada persamaan 2.20: 𝐿 = 𝐿 − ∆𝐿........................................................................... .[2.20]

Leff merupakan panjang patch efektif antena dengan persamaan 2.21 : 𝐿 = 𝐶 √𝜀 ............................................... ..................... .....[2.21]

2.5 Teknik Pencatuan Antena[8]

Pada antena, untuk mengirimkan energi dari sumbernya ke antena

mikrostrip diperlukan suatu pencatu (feeding). Antena mikrostrip

memiliki beberapa teknik pencatuan, yang terbagi atas 2 jenis, yakni

pencatuan terhubung (contacting feed) dan pencatuan tidak terhubung

(non-contacting feed). Pada pencatu terhubung yang terbagi menjadi

Microstrip Line Feeding dan Coaxial Probe Feeding, daya pada pencatu

ditransfer secara langsung ke microstrip patch melalui saluran pencatu

(line feed) yang terhubung ke konduktor patch peradiasi. Sedangkan pada

pencatu tidak terhubung yang terbagi menjadi Aperture Coupled Feeding

dan Proximity Coupled Feeding, medan elektromagnetik digunakan untuk

mentransfer daya antara saluran mikrostrip dan patch peradiasi.

2.5.1 Microstrip Line Feeding

Pencatuan ini dilakukan langsung dengan

menghubungkan line pencatuan dengan patch antena. Secara

umum, microstrip line dibuat dengan panjang dan lebar

tertentu yang sesuai dengan impedansi karakterisitik (Zo) yang

diinginkan. Nilai impedansi karakteristik pada saluran

15101118 20

microstrip line akan menentukan lebar saluran pencatu (Wst)

dan tinggi substrat.

Pada teknik ini mudah untuk dilakukan fabrikasi

karena, microstrip line dan elemen peradiasi (patch) dicetak

pada substrat yang sama. Namun, teknik ini akan

memunculkan radiasi yang tidak diinginkan dari feeder-nya.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Teknik Pencatuan Microstrip Line Feeding [8]

Dalam menghitung lebar saluran mikrostrip dapat dinyatakan

pada persamaan 2.22 [8] : = ℎ𝜋 𝜋√𝜀𝑟 − − ln 𝜋√𝜀𝑟 − + 𝜀𝑟−𝜀𝑟 [𝑙𝑛 𝜋√𝜀𝑟 −+ , 9 − ,𝜀𝑟 ]............................................................[2.22]

Dengan 𝜀 adalah konstanta dielektrik relatif

Besarnya konstanta dielektrik relatif untuk W/h≤1, dinyatakan

dengan dinyatakan dengan persamaan 2.23: 𝜀 = 𝜀𝑟+ + 𝜀𝑟− [√ + ℎ/ + , +ℎ − , ] ..........................................................................[2.23]

Besarnya konstanta dielektrik untuk W/h > 1, dinyatakan

dengan persamaan 2.24 : 𝜀 = 𝜀𝑟+ + 𝜀𝑟− + ℎ............. ..................... ......[2.24]

Untuk menghitung panjang saluran mikrostrip dapat

dinyatakan dengan persamaan 2.25 .

15101118 21

𝐿 = 𝜆......................................................................... [2.25]

Dengan λg merupakan panjang gelombang pada bahan

dielektrik yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan

2.26 : 𝜆 = 𝜆√𝜀 ........................................................................[2.26]

2.5.2 Coaxial Probe Feeding

Pada teknik ini, pencatuan dilakukan dengan

melubangi patch untuk dihubungkan dengan elemen pencatu.

Pencatuan dapat dilakukan pada seluruh bagian patch untuk

mendapatkan impedansi yang sepadan dengan impedansi

input. Teknik ini merupakan teknik pencatu yang cukup

efisien dalam meminimalisir radiasi yang tidak diinginkan.

Namun, perbedaan lapisan pada inner dan outer konduktor

pada patch menyulitkan fabrikasi dari antena jenis ini. Seperti

yang ditunjukkan pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Teknik Coaxial Probe Feeding [8]

2.5.3 Aperture Coupled Feeding

Pada teknik pencatuan ini, ground plane terpisah dari

patch dan saluran mikrostripnya. Kopling diantara patch dan

microstrip line-nya dihasilkan dengan adanya sebuah

aparture pada ground plane. Besar kopling yang terjadi

antara microstrip line dengan patch dipengaruhi oleh bentuk

15101118 22

ukuran dan letak dari aparture. Seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Teknik Pencatuan Aperture Couple Feeding [8]

2.5.4 Proximity Coupled Feeding

Pada teknik ini terdiri dari dua lapisan yakni, ground

substrat berada dibagian bawah layer yang terdiri dari saluran

pencatu mikrost.rip. Dan bagian atas material yang

merupakan layer dielektrik dengan sebuah patch terletak pada

permukaan lapisannya. Daya dari pencatu digabungkan

diantara lapisan hingga ke patch secara elektromagnetik.

Oleh sebab itu, teknik ini disebut juga dengan skema

pencatuan elektromagnetik kopling. Seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Teknik Pencatu Proximity Couple Feeding [8]

15101118 23

2.6 Antena T-Shaped slot

Antena microstrip T- shaped slot merupakan modifikasi pada

geometri patch pada mikrostrip rectangular (persegi panjang). Pada patch

antena akan dibuat slot/celah yang berbentuk huruf “T”. Konfigurasi T-

shaped ini dilakukan untuk meningkatkan bandwidth antena yang

digunakan pada komunikasi Wi-Fi. Hal ini dilakukan, karena pada antena

mikrostrip patch rectangular memiliki kekurangan berupa bandwidth yang

terbatas. Saluran pencatu yang akan digunakan pada penelitian ini yaitu

microstrip line. Pada teknik pencatuan microstrip line. Teknik pencatuan

dilakukan langsung dengan menghubungkan line pencatuan dengan patch

antenna. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Antena T-shaped slot [13]

T-shaped yang akan didesain pada antena melekat pada patch rectangular,

yang terdiri dari panjang Ls dan lebar Ws. Dimensi panjang Ls dan lebar Ws

merupakan fungsi dari frekuensi kerja antena. Sedangkan, fungsi dari

impedansi saluran mikrostrip terdapat pada dimensi Wf . Variasi dari

dimensi panjang, lebar patch dan T-shaped akan menghasilkan impedansi

bandwidth antena yang lebar [13].

2.7 Software Computer Simulation Technology (CST)

Computer Simulation Technology (CST) merupakan software yang

dapat digunakan untuk mensimulasikan semua jenis elektromagnetik dan

aplikasi yang terkait serta dapat juga mengintegerasikan berbagai macam

metode simulasi. Modul-modul yang terdapat pada CST Studio Suite

adalah :

15101118 24

1. CST Microwave Studio merupakan software analisis dan simulasi

medan elektromagnetik 3D untuk frekuensi tinggi.

2. CST EM Studio adalah tool yang digunakan untuk simulasi

elektromagnetik 3D untuk frekuensi rendah dan statis.

3. CST Particle Studio adalah simulasi 3D dari medan

elektromagnetik yang berintegrasi dengan perubahan partikel.

4. CST Design Studio adalah skematik tool untuk sistem level

simulasi.

5. CST PCB Studio adalah tool untuk mendeteksi dan mensimulasi

kuat sinyal serta integritas efek Electromagnetic Compatibility

(EMC) dan Electromagnetic Interference (EMI) pada PCB.

6. CST Cable Studio adalah tool untuk menganalisis EMC, EMI, dan

efek dalam sistem kabel termasuk single wires, dan twisted pairs.

Dalam simulasi ini menggunakan CST Microwave Studio untuk

mendesain antena mikrostrip untuk mendapatkan nilai return loss, VSWR,

dan bandwidth hingga mendapatkan bentuk dan ukuran antena yang

menghasilkan nilai-nilai parameter antena sesuai dengan yang diiginkan.

Gambar 2.16 menunjukkan tampilan awal dari simulator Computer

Simulation Technology (CST) Studio Suite 2012 .

Gambar 2.16 Tampilan Layout CST Studio Suite 2012

15101118 25

2.8 Software Advanced Design System (ADS)

Advanced Design System atau biasa disebut ADS merupakan

perangkat lunak yang digunakan dalam dalam mendesain elektronik pada

bidang RF, microwave, dan aplikasi digital berkecepatan tinggi. Banyak

perusahaan besar yang bergerak dalam bidang telekomunikasi dan

jaringan menggunakan -parameters dan 3D EM simulators yang ada pada

software ini untuk simulasi WIMAX, LTE, multi-gigabit per second data

links, radar, dan aplikasi satelit.

Adapun kemampuan atau keunggulan dari aplikasi ADS ini adalah

sebagai berikut:

1. Kemampuan untuk langsung membuat S-Paramater model dari

layout PCB Allegro.

2. Kemampuan untuk mencampur teknologi pemodelan dalam

simulasi tunggal, misalnya pada Touchstone, IBIS, dan HSPICE.

3. Library komponen yang khusus untuk pemodelan aplikasi

frekuensi tinggi.

4. Kemampuan untuk dengan cepat menganalisa ciri kanal, dan

dapat menjalani jutaan bit data dalam hanya beberapa menit.

Pada gambar 2.17 menunjukkan tampilan layout dari simulator Advanced

Design System (ADS) 2011.

Gambar 2.17 Tampilan Layout Software ADS

15101118 26

2.9 Teknologi Wi-Fi

Wi-Fi merupakan kependekan dari Wireless Fidelity, yang

memiliki pengertian yaitu sekumpulan standar yang digunakan untuk

Jaringan Lokal Nirkabel (Wireless Local Area Networks - WLAN) yang

didasari pada spesifikasi IEEE 802.11 [4]. Standar terbaru dari spesifikasi

802.11a atau b, dan 802.16 g, saat ini sedang dalam penyusunan,

spesifikasi terbaru tersebut menawarkan banyak peningkatan mulai dari

luas cakupan hingga kecepatan transfernya. Spesifikasi standar Wi-Fi

ditunjukkan pada tabel 2.1

Tabel 2.1 Tabel Spesifikasi Standar Wi-Fi

Wireless LAN (WLAN) merupakan sistem transmisi data yang

dirancang untuk memberikan suatu jaringan akses yang independen

terhadap lokasi antar peralatan komputer dengan menggunakan

gelombang radio yang lebih baik dari pada kabel. Wireless LAN biasanya

diimplementasikan sebagai link akhir diantara jaringan kabel yang ada

dan komputer client. Pokok persoalan yang terjadi pada WLAN yaitu

throughput yang terbatas. Kecepatan yang digunakan pada standar 802.11

terlalu lambat untuk mensuport kebutuhan bisnis. Keunggulan dari

WLAN adalah mobilitas yang dapat meningkatkan produktifitas dengan

menggunakan akses informasi secara real-time dengan tidak melihat

lokasi user, lebih cepat dan lebih efisien. Instalasi lebih mudah dan

meminimalisasi penggunaan kabel dan biaya tiap alat dan user.

Penempatan antena mikrostrip ini disesuaikan dengan tujuan

perancangan awal, yaitu antena ditempatkan pada sisi penerima. Oleh

sebab itu, perancangan antena ini difokuskan untuk memperlebar pita

frekuensi . Versi Wi-Fi yang paling luas dalam pasaran AS sekarang ini

Standar WiFi Frekuensi Jarak

802.11a 5 GHz < 50 m

802.11b 2,4 GHz < 100 m

802.11g 2,4 GHz < 100 m

15101118 27

(berdasarkan dalam IEEE 802.11b/g) beroperasi pada 2.400 MHz sampai

2.500 MHz. Dengan begitu mengijinkan operasi dalam 14 channel

(masing-masing 5 MHz), berpusat di frekuensi seperti yang ditunjukkan

pada tabel 2.2 [4]:

Tabel 2.2 Tabel Channel Frekuensi Wi-Fi

No. Channel Frekuensi

1. Channel 1 2,412 MHz










11. Channel 1 1 2,462 MHz




15101118 28

2.10 Metoda Komputansi CST dan ADS [14]

Analisa dan perancangan antena pada awalnya menggunakan

solusi persamaan Maxwell dan turunannya dengan menggunakan metode

pemisahan variabel dan ekspansei barisan. Metoda analitis ini sangat

berguna dan bisa memberikan jawaban secara eksak.

Seiring berkembangnya teknologi komputer, persamaan Maxwell

dan turunannya disolusikan secara numeris. Gambar 2.18, menunjukkan

taksonomi metoda komputansi elketromagnetika.

Gambar 2.18 Taksonomi Metoda Komputansi Elektromagnetika

Berdasarkan gambar diatas, dapat dilihat bahwa metoda

komputansi elektromagnetika terbagi atas dua kategori besar, yakni solusi

di wilayah waktu, yang bisa mengamati kondisi transien dari masalah, dan

solusi di wilayah frekuensi, yang mensyaratkan kondisi terayun, atau

kondisi harmonis dengan bantuan sinyal sinus.

Pada simulator CST menggunakan metoda Finite Integration

Technique (FIT), yang merupakan versi integral dari FDTD. Metode ini,

merupakan solusi yang dapat digunakan karena mendekati persamaan

Maxwell. Selain itu, CST juga mengembangkan fungsi lanjutnya dengan

memiliki bagian FEM dan metoda frekuensi tinggi. Pada metode ini,

seluruh volume dari model antena akan diamati, dimulai dengan bahan

antena yang digunakan sampai seluruh dimensi dan tata letak antena.

Dengan kata lain, pada simulator CST memiliki keunggulan berupa

detailnya setiap aspek pada perancangan antena. Oleh sebab itu, antena

yang dirancang menjadi lebih real dengan mendekati nilai pengukuran

yang sesungguhnya.

Sedangkan, pada simulator ADS menggunaan metode Method of

Moment (MoM). Metode ini menggunakan persamaan integral (Integral

15101118 29

Equation/IE). MoM mendiskretisasi model hanya pada permukaannya

saja dengan asumsi bagian dalam dari model yang didiskretisasi memiliki

distribusi material yang homogen. Hal ini berarti, analisis pada MoM

tidak dibatasi oleh batasan fisik/material yang membungkus volume

pengamatan, karena pada metode ini menggunakan fungsi Green yang

otomatis memenuhi syarat radiasi yang disyaratkan. Oleh sebab itu,

metode MoM tidak efisien digunakan sebagai pemecahan masalah-

masalah yang rumit yang berkaitan dengan struktural dan material pada

antena. Namun, sangat efektif digunakan untuk merancang Radio

Frequency (RF) dan microwave filters.

NIM Mahasiswa L-1

15101118 6 1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Antena Antena ...

Documents