PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN 4X4...

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


MUHAMMAD REZHA AFRIANDO

NIM : 150309277093


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 4.19 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 4.28 Hasil S-Parameter pada Antena 4 Patch .................................... 36

Gambar 4.29 Pola Radiasi Patch1 ................................................................... 37




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


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


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


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

http://id.wikipedia.org/wiki/GSM

http://id.wikipedia.org/wiki/EDGE

http://id.wikipedia.org/wiki/UMTS

http://id.wikipedia.org/wiki/2G


http://id.wikipedia.org/wiki/TeliaSonera

http://id.wikipedia.org/wiki/Stockholm

http://id.wikipedia.org/wiki/Oslo

http://id.wikipedia.org/wiki/GSM

http://id.wikipedia.org/wiki/EDGE

http://id.wikipedia.org/wiki/UMTS


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


4.4.1 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


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


Rata-rata 4,839 dB

Gambar 4.17 Hasil Gain Patch1


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


4.5.1 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


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





Rata-rata 4,922 dB


35




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





Patch2





Patch3





Patch4





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



38


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).

http://meditaruk.blogspot.com/2015/01/sekilas-tentang-lte.html

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

PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN 4X4...

Documents

Transcript of PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2X2 DAN 4X4...