SKRIPSI RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2...

SKRIPSI

“ RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2

ELEMEN PERADIASI SEGITIGA UNTUK APLIKASI LTE 1800

MHz ”

“ DESIGN AND REALIZATION OF MICROSTRIP ANTENNA

MIMO 2X2 TRIANGLE PATCH FOR 1800 MHZ LTE

APPLICATIONS ”

Disusun oleh :

IMAN SUTRISNA

13101085

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI

FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO

2017

“ RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2 ELEMEN

PERADIASI SEGITIGA UNTUK APLIKASI LTE 1800 MHz ”

“ DESIGN AND REALIZATION OF MICROSTRIP ANTENNA MIMO 2X2

TRIANGLE PATCH FOR 1800 MHZ LTE APPLICATIONS ”

HALAMAN JUDUL

Skripsi ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh

Gelar Sarjana Teknik (S.T.)

Di Institut Teknologi Telkom Purwokerto

2017

Disusun oleh :

IMAN SUTRISNA

13101085

Dosen Pembimbing :

Imam Muhammadi Pb, S.T., M.T.

Sigit Pramono, S.T., M.T.

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK TELEKOMUNIKASI

FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM PURWOKERTO

2017

HALAMAN PENGESAHAN

“ RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2 ELEMEN

PERADIASI SEGITIGA UNTUK APLIKASI LTE 1800 MHz ”

“ DESIGN AND REALIZATION OF MICROSTRIP ANTENNA MIMO 2X2

TRIANGLE PATCH FOR 1800 MHZ LTE APPLICATIONS ”

Disusun oleh:

IMAN SUTRISNA

13101085

Telah dipertanggungjawabkan di hadapan Tim Penguji pada tanggal ……..

Susunan Tim Penguji :

Pembimbing Utama : Imam Muhammadi Pb, S.T., M.T. ( )

NIDN. 0611056202

Pembimbing Pendamping : Sigit Pramono, S.T., M.T. ( )

NIDN. 0622058005

Penguji 1 : xx………………………. ( )

NIDN. 06xx………….

Penguji 2 : xx………………………. ( )


Penguji 3 : xx………………………. ( )


Mengetahui,

Ketua Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

Institut Teknologi Telkom Purwokerto

Norma Amalia S.T, M., Eng.

NIDN. 0631018902

v

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Dengan ini saya, IMAN SUTRISNA, menyatakan bahwa skripsi dengan judul

“RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2 ELEMEN

PERADIASI SEGITIGA UNTUK APLIKASI LTE 1800 MHz” adalah benar-

benar karya saya sendiri. Saya tidak melakukan penjiplakan kecuali melalui

pengutipan sesuai dengan etika keilmuan yang berlaku. Saya bersedia menanggung

risiko/sanksi yang dijatuhkan kepada saya apabila ditemukan pelanggaran terhadap

etika keilmuan dalam skripsi saya ini.

Purwokerto, Nopember 2017

Yang menyatakan,

Iman Sutrisna

NIM : 13101085

vi

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan kasih dan sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

yang berjudul “ Rancang Bangun Antena Mikrostrip MIMO 2x2 Elemen

Peradiasi Segitiga Untuk Aplikasi LTE 1800 MHz ”.

Laporan Skripsi ini disusun guna memenuhi salah satu syarat dalam

memperoleh gelar Sarjana Telekomunikasi pada Fakultas Teknik Telekomunikasi

dan Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto.

Dalam melakukan penyusunan Laporan Skripsi ini penulis telah mendapatkan

banyak dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Penulis mengucapkan terima

kasih yang tak terhingga kepada :

1. Allah SWT Yang senantiasa memberikan limpahan nikmat iman dan islam serta

rezeki berupa kesehatan baik jiwa, raga maupun hati yang sehat hingga skripsi

ini selesai dibuat.

2. Kedua orang tua dan juga keluarga yang tiada henti-hentinya berdo’a untuk

menguatkan penulis serta dukungan baik moril maupun materil hingga skripsi

ini selesai dibuat.

3. Bapak Imam Muhammadi Pb, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang

senantiasa memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis untuk

menyelesaikan skripsi ini.

4. Bapak Sigit Pramono, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing 2 yang telah

Memberikan Bimbingan baik ilmu maupun motivasi kepada penulis hingga

skripsi ini selesai dibuat

5. Para Dosen Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Institut Teknologi

Telkom Purwokerto, yang telah sejauh ini telah memberikan bekal ilmu kepada

penulis.

6. Teman-teman seperjuangan dan rekan-rekan S1 Teknik Telekomunikasi 2013

yang banyak sekali membantu terutama memberikan masukan masukan positif

untuk penulis hingga skripsi ini diselesaikan.

7. Tri Retno Palupi selaku Teman Hidup dan juga Pujaan hati yang senantiasa

menemani disaat penulis sedang suka maupun duka. Dan juga kesetiaanya yang

luar biasa kepada penulis hingga detik ini.

vii

8. Anak-anak Bekasi 2013 yang selalu memberikan hiburan disaat sedang galau

mengerjakan skripsi kepada penulis yang menjadikan pembuatan skripsi ini

tidak selalu tegang.

9. Dendi Darwinanto, Bro Andre dan juga Pak Hendra yang telah memberikan

kontribusi yang cukup besar bagi penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Laporan Skripsi ini masih jauh dari

sempurna, untuk itu semua jenis saran, kritik dan masukan yang bersifat membangun

sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat

dan memberikan wawasan tambahan bagi para pembaca dan khususnya bagi penulis

sendiri.

Purwokerto, 8 November 2017

Iman Sutrisna

NIM : 13101085

viii

ABSTRAK

Sebelum skripsi ini dibuat telah dilakukan penelitian dengan judul Rancang

bangun antena MIMO 2x2 elemen peradiasi segitiga untuk aplikasi WiMAX 2300

MHz. Seiiring perkembangan zaman di Indonesia sendiri Teknologi 4G lebih

dominan ke 4G LTE. Sehingga dari latar belakang tersebut munculah ide untuk

mengembangkan penelitian tersebut agar dapat diaplikasikan ke teknologi LTE pada

frekuensi kerja 1800-1900 MHz. Proses pembuatan skripsi dilakukan dengan metode

experimen dimana pembuatan simulasi antena dilakukan dengan menggunakan

software CST microwave Studio. Kemudian setelah antena berhasil dirancang

dilakukan Fabrikasi dan selanjutnya dilakukan pengukuran parameter untuk

mengetahui perbandingan antara antena hasil simulasi dengan antena hasil fabrikasi.

Hasil yang diperoleh dari simulasi menunjukan nilai rata-rata parameter antenna 1

hingga antena 4 untuk Return loss sebesar -14 dB; VSWR kurang dari 1,4;

bandwidth 70 MHz; gain 5 dBi dan koefisien korelasi kurang dari 0,2. Sedangkan

untuk hasil antena fabrikasi parameter antenna 1 hingga antena 4 menunjukan hasil

rata-rata Return loss -18 dB; VSWR kurang dari 1,3 bandwith 40MHz; gain 10dBi

dan koefisien korelasi kurang dari 0,2.

Kata kunci : Antena mikrostrip, Multiple Input Multiple Output , Long Term

Evolution, Worldwide Interoperability for Microwave Access

ix

ABSTRACT

Before this final project was made has been done research with the title Design

and Realization Of Microstrip Antenna Mimo 2x2 Triangle Patch For WiMAX

Applications working on frequency 2300 MHz. in Indonesia the technology of 4G is

more dominant to 4G LTE. So from the background came the idea to research

antenna to be applied to the LTE technology at a working frequency of 1800-1900

MHz. The process of making this research doing by experiment method where CST

Microwave Studio software is using for doing simulation. Then after the antenna

successfully designed, the antena will be Fabrication and doing anylisis parameter

measurement to find out the comparison between antenna simulation results with

antenna result of fabrication. Results obtained from the simulation show the average

value of antenna parameter 1 until antenna 4 for Return loss is -14dB, VSWR less

than 1.4, 70 MHz bandwidth, 5 dBi gain and correlation coefficient less than 0.2.

While for the antenna fabrication results antenna parameter 1 until antenna 4 shows

the average of Return loss -18 dB, VSWR less than 1.3 bandwidth 40MHz, gain 10

dBi and correlation coefficient less than 0.2.

Keywords : Antena microstrip, Multiple Input Multiple Output , Long Term

Evolution, Worldwide Interoperability for Microwave Access

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ....................................................... v

PRAKATA.................................................................................................................. vi

ABSTRAKSI ............................................................................................................ viii

ABSTRACT ............................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ............................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................... xvii

DAFTAR SINGKATAN ........................................................................................ xviii

1 BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang............................................................................................... 1

1.2 Rumusan masalah .......................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 3

1.6 Metode Penelitian .......................................................................................... 3

2 BAB II DASAR TEORI ............................................................................................. 5

2.1 Antena............................................................................................................ 5

2.2 Antena Mikrostip ........................................................................................... 6

2.3 Antena Mikrostrip Patch Segitiga (Triangular) ............................................ 8

2.4 Teknik Pencatuan Antena Mikrostrip ............................................................ 9

2.5 Parameter Antena......................................................................................... 11

2.6 Long Term Evolution (LTE) ......................................................................... 20

2.7 Teknologi MIMO (Multiple Input Mulitple Output) ................................... 22

2.8 Antena MIMO ............................................................................................. 23

2.9 Teknik Slit loaded patches ........................................................................... 25

2.10 Defected Ground Structure (DGS) .............................................................. 25

2.11 Undang-Undang tentang LTE di Indonesia ................................................. 26

3 BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI ....................................................... 27

3.1 Proses Pengerjaan ........................................................................................ 27

xi

3.2 Spesifikasi Parameter Antena ...................................................................... 28

3.3 Spesifikasi Bahan Antena ............................................................................ 29

3.4 Alat dan Bahan Perancangan ....................................................................... 29

3.5 Perancangan Antena Mimo Triangular Patch .............................................. 29

3.5.1 Menentukan Karakteristik Antena........................................................ 30

3.5.2 Perancangan Dimensi Patch Triangular .............................................. 30

3.5.3 Perancangan Lebar dan Panjang Saluran Pencatu ............................... 31

3.5.4 Perancangan Dimensi Jarak Antar Elemen .......................................... 32

3.5.5 Perancangan Dimensi Slit loaded patches ........................................... 32

3.6 Perancangan Antena di CST microwave studio ........................................... 33

3.6.1 Perancangan Single patch Segitiga ...................................................... 33

3.6.2 Perancangan Saluran Pencatu .............................................................. 34

3.6.3 Perancangan Substrate ......................................................................... 34

3.6.4 Perancangan Groundplane ................................................................... 35

3.6.5 Perancangan Waveguide port ............................................................... 35

3.7 Simulasi Antena ........................................................................................... 37

3.7.1 Return Loss........................................................................................... 38

3.8 Optimasi Antena .......................................................................................... 39

3.8.1 Optimasi Dimensi Patch Antena .......................................................... 39

3.8.2 Optimasi Lebar Saluran Pencatu .......................................................... 40

3.8.3 Optimasi Penambahan Slit loaded patches .......................................... 41

3.8.4 Teknik DGS (Defected Ground Structure) ........................................... 43

3.9 Perancangan Antena MIMO 2x2 ................................................................. 48

3.9.1 Perancangan 4 buah antena identik ...................................................... 50

3.9.2 Perancangan Substrate ......................................................................... 49

3.9.3 Perancangan Groundplane ................................................................... 49

3.9.4 Perancangan Waveguide port ............................................................... 50

3.9.5 Perancangan DGS (Defected Ground Structure).................................. 50

3.10 Hasil Simulasi Antena MIMO 2x2 .............................................................. 51

3.11 Optimasi Antena MIMO 2x2 ....................................................................... 52

3.11.1 Penambahan Stub pada stripline .......................................................... 52

3.12 Hasil simulasi antenna MIMO 2x2 setelah optimasi ................................... 53

3.12.1 Return loss ............................................................................................ 53

xii

3.12.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ................................................ 54

3.12.3 Gain ...................................................................................................... 55

3.12.4 Pola Radiasi .......................................................................................... 56

3.12.5 Impedensi ............................................................................................. 57

3.12.6 Koefisien Korelasi ................................................................................ 57

3.13 Fabrikasi antenna MIMO 2x2 ..................................................................... 58

4 BAB IV HASIL PERANCANGAN DAN ANALISA ............................................ 60

4.1 Alat ukur yang digunakan .............................................................................. 60

4.2 Prosedur Pengukuran Parameter .................................................................... 61

4.3 Pengukuran Parameter Antena Prototipe MIMO 2x2 .................................... 62

4.3.1 Pengukuran Parameter Return Loss ...................................................... 62

4.3.2 Pengukuran VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ............................. 64

4.3.3 Pengukuran Parameter Bandwidth ........................................................ 66

4.3.4 Pengukuran Parameter Impedansi ........................................................ 67

4.4 Pengukuran Parameter pola radiasi, polarisasi dan gain ................................ 68

4.4.1 Pengukuran Parameter Pola Radiasi ..................................................... 69

4.4.2 Pengukuran Parameter Gain ................................................................. 73

4.4.3 Hasil Pengukuran Parameter Koefisien korelasi .................................. 73

5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 80

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 80

5.2 Saran ............................................................................................................... 81

DAFTAR PUSTAKA................................................................................................ 82

LAMPIRAN ..................................................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Peran antena di sistem komunikasi nirkabel ........................................... 5

Gambar 2.2 Struktur antenna Mikrostip ....................................................................... 7

Gambar 2.3 Feed line .................................................................................................. 9

Gambar 2.4 Bandwidth terletak diantara Low frekuensi dan High frek ................... 11

Gambar 2.5 Polarisasi Linear .................................................................................... 14

Gambar 2.6 Polarisasi Eliptis .................................................................................... 15

Gambar 2.7 Polarisasi Circular ................................................................................. 16

Gambar 2.8 Pola radiasi Unidirectional .................................................................... 17

Gambar 2.9 Pola radiasi Bidirectional ....................................................................... 17

Gambar 2.10 Pola radiasi Omnidirectional ................................................................ 18

Gambar 2.11 Antena sebagai beban dari rangkaian sebelumnya ............................... 19

Gambar 2.12 Arsitektur LTE ........................................................................................ 21

Gambar 2.13 Konfigurasi MIMO .............................................................................. 22

Gambar 2.14 Antena MIMO 2 elemen dengan parameter S ...................................... 23

Gambar 2.15 Teknik SLP pada macam-macam shapes ............................................. 24

Gambar 2.16 Salah satu teknik DGS pada bidang Groundplane ............................... 25

Gambar 3.1 Diagram alur ( flowchart ) ...................................................................... 28

Gambar 3.2 Desain awal patch segitiga ..................................................................... 33

Gambar 3.3 Desain saluran pencatu ........................................................................... 34

Gambar 3.4 Perancangan Substrate ........................................................................... 35

Gambar 3.5 Perancangan Groundplane ..................................................................... 35

Gambar 3.6 Perhitungan nilai port secara otomatis ................................................... 36

Gambar 3.7 Perancangan port .................................................................................... 36

Gambar 3.8 Bentuk akhir perancangan single patch antena ...................................... 36

Gambar 3.9 Tampilan Boundary ................................................................................ 37

Gambar 3.10 Pemberian rentang frekuensi ................................................................ 37

Gambar 3.11 Pengaturan field Monitor ..................................................................... 38

Gambar 3.12 Nilai Return loss ................................................................................... 38

Gambar 3.13 Grafik optimasi dimensi patch antena .................................................. 39

Gambar 3.14 Grafik optimasi dimensi patch antena .................................................. 40

Gambar 3.15 Teknik Slit loaded patches ................................................................... 41

xiv

Gambar 3.16 Return loss setelah SLP ........................................................................ 42

Gambar 3.17 Optimasi Slit Loaded patch tahap dua.................................................. 43

Gambar 3.18 Tampilan DGS pada Sisi Groundplane ................................................ 44

Gambar 3.19 Perumusan DGS pada Sisi Groundplane ............................................. 44

Gambar 3.20 Perbandingan return loss sebelum dan setelah penambahan DGS ..... 45

Gambar 3.21 VSWR setelah Penambahan DGS ....................................................... 46

Gambar 3.22 Grafik Perbandingan nilai Gain............................................................ 46

Gambar 3.23 Grafik impedansi antenna..................................................................... 47

Gambar 3.24 Tampilan Pola Radiasi .......................................................................... 47

Gambar 3.25 Formasi 4 Antena identik ..................................................................... 48

Gambar 3.26 Proses perancangan Substrate .............................................................. 49

Gambar 3.27 Proses perancangan Groundplane ........................................................ 49

Gambar 3.28 Proses perancangan Waveguide port .................................................... 50

Gambar 3.29 Proses perancangan DGS pada bidang groundplane ........................... 51

Gambar 3.30 Return loss awal antenna MIMO 2x2 ................................................ 51

Gambar 3.31 Penambahan stub pada antenna MIMO 2x2 ........................................ 53

Gambar 3.32 Grafik nilai Return loss MIMO 2x2 ..................................................... 54

Gambar 3.33 VSWR MIMO 2x2 ............................................................................... 55

Gambar 3.34 Gain antenna MIMO 2x2 .................................................................... 56

Gambar 3.35 Pola Radiasi phi dan theta dari 4 antenna MIMO 2x2 ........................ 56

Gambar 3.36 Nilai Impedansi 4 antenna MIMO 2x2 ............................................... 57

Gambar 3.37 Nilai Koefisien korelasi antenna MIMO 2x2 ...................................... 58

Gambar 3.38 Tampak depan dan belakang hasil fabrikasi antenna MIMO 2x2 ....... 58

Gambar 4.1 Alat Ukur Network Analyzer Advantest R3770 ..................................... 61

Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengukuran Parameter Return Loss .................................. 62

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Nilai Parameter Return Loss ............................... 63

Gambar 4.4 Grafik Hasil Pengukuran Parameter VSWR .......................................... 64

Gambar 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Parameter VSWR ....................................... 65

Gambar 4.6 Hasil Pengukuran Antena Prototype Impedance .................................... 68

Gambar 4.7 Pengukuran Parameter Pola Radiasi, Polarisasi Dan Gain .................... 68

Gambar 4.8 Pengukuran Pola Radiasi ........................................................................ 70

Gambar 4.9 Grafik Pola Radiasi Hasil Simulasi Dan Pengukuran Elevasi ............... 70

xv

Gambar 4.10 Grafik Pola Radiasi Hasil Simulasi Dan Pengukuran Azimuth ........... 71

Gambar 4.11 Level Daya Terima Aut (Rx) ................................................................ 72

Gambar 4.12 Level Daya Terima Antena Referensi (Tx) .......................................... 73

Gambar 4.13 Grafik perbandingan nilai koefisien korelasi Antena mimo 2x2......... 74

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Awal Antena Mikrostrip ........................................................... 28

Tabel 3.2 Spesifikasi Material Antena ....................................................................... 29

Tabel 3.3 Nilai dimensi antena berdasarkan Perhitungan .......................................... 33

Tabel 3.4 Optimasi Panjang Slit loaded patches ....................................................... 41

Tabel 3.5 Optimasi Lebar Slit loaded patches ........................................................... 42

Tabel 3.6 Nilai Dimensi DGS .................................................................................... 44

Tabel 3.7 Dimensi Stub .............................................................................................. 53

Tabel 3.8 Besaran Bandwith antenna MIMO 2x2 ...................................................... 55

Tabel 3.9 Koefisien Korelasi antar parameter MIMO 2x2......................................... 58

Tabel 4.1 Perbandingan bandwidth simulasi dengan prototipe .................................. 67

xvii

DAFTAR SINGKATAN

1. 2G = (Second Generation)

2. 3G = (Third Generation)

3. 3GPP = (Third Generation Partnership Project)

4. 4G = (Forth Generation)

5. CDMA = (Code division multiple access)

6. dB = (Desibel)

7. dBi = (Desibel terhadap isotropic)

8. E-UTRAN = (Evolved UMTS Terresterial Radio Access Network)

9. EPC = (Evolved Packet Core)

10. EPS = (Evolved Packet System)

11. FDD = (frequency division duplex)

12. GHz = (Giga Hertz)

13. GSM = (Global System for Mobile Communications)

14. HLR = (Home Location Register)

15. HSS = (Home Subscription Service)

16. IMT = (International Mobile Telecommunications)

17. IP = (Internet Protocol)

18. ITU-R = (International Telecommunication Union Radio

communication)

19. LHCP = (Left Hand Circular Polarization)

20. LTE = (Long Term Evolution)

21. Mbps = (Megabit per second)

22. MBSFN = (Multicast/broadcast over single-frequency Network )

23. MME = (Mobility Management Entity)

24. MMS = (Multimedia Messaging Service)

25. MHz = (Mega Hertz)

26. MIMO = (Multiple input Multiple output)

27. MSC = ( Mobile Switching Center )

28. PCAAD = (Personal Computer Aided Antenna Design)

29. PCRF = (Policy and Charging Rules Function)

xviii

30. PGW = (Packet Data Network Gateway )

31. PS = (Packet switching)

32. QoS = (Quality of services)

33. RHCP = (Right Hand Circular Polarization)

34. SAE = (Sistem Architecture Evolution)

35. SGW = (Serving Gateway)

36. SGSN = (Serving GPRS Support Node )

37. TDD = (Time division duplex)

38. UE = (User Equipment)

39. UMTS = (Universal Mobile Telecommunications System)

40. VSWR = (Volt Standing Wave Ratio)

41. WiMAX = (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

42. DGS = ( Defected Ground Setructure)

SKRIPSI RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2...

Documents

Transcript of SKRIPSI RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP MIMO 2x2...