FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ANTENA PANEL 2,4 GHz BERISI 4 LARIK MIKROSTRIP

DOUBLE BI-QUAD

UMMI PUJI ASTUTIK1109201722

TESIS

Dosen PembimbingDr. YONO HADI PRAMONO, M.Eng

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN FISIKA

JUNI 2011

ANTENA MIKROSTRIP

Antena bi-quad

Antena

double bi-quad

Antena Mikrostrip Double Bi-Quad

w

s

x

P

L

Mikrostrip double bi-quad

reflektor

Konektor N Female

Difabrikasi oleh Umi Syafiqoh Budiningrum tahun 2009 Frekuensi kerja 2,405 GHz dengan gain antena 6 dB Nilai VSWR = 1,124, koefisien refleksi = 0,059, return loss = -24,475 dB Nilai sinyal maksimum pada pola radiasi E plane = 33 dB dan H plane = 34 dB

Karakteristik Antena yang Diukur

min

max

VVVSWR =

Γ1Γ1

VSWR−+

=

1. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

= 2010SWR

VSWR

2. Return Loss

Γlog20(dB)RL 10−=

3. Bandwidth

12)( ffBandwidth bandnarrow −=

4. Pola radiasi

5. Gain

Persiapan(Kajian Pustaka)

Pembuatan Desain Antena

Fabrikasi Antena

Karakterisasi Antena

Analisis Data Hasil Pengukuran

Pembuatan Program Perhitungan Antena

Kesimpulan

Penentuan Dimensi dan Substrat Antena

Desain gambar antena dengansoftware komputer

Tahap pelarutan(metode etching)

Pembuatan reflektor

Pemasangan antena dengankonektor dan reflektor

Cetak gambar pada kertasScotlight

Hasil Fabrikasi

Antena Mikrostrip 4 Larik Double Bi-quad

Reflektor

Proses Pengukuran

ANALISIS DATA

dibandingkan

Datapola radiasi

Data VSWR, RL, koefisien refleksihasil pengukuran

Data VSWR, RL, koefisien refleksihasil perhitungan

Gain Antena

Grafik dengan

Microsoft Excel 2007

Analisis Hasil Pengukuran

Pada frekuensi kerja 2,404 GHz VSWR bernilai 1,018

1. Pengukuran VSWR

Analisis Hasil Pengukuran

Pada frekuensi kerja 2,404 GHz koefisien refleksi bernilai 0,009

2. Pengukuran koefisien refleksi

Analisis Hasil Pengukuran

Pada frekuensi kerja 2,404 GHz return loss bernilai -40,859 dB

3. Pengukuran return loss

Analisa Hasil Pengukuran

Bandwidth (f2-f1= 2,46 – 2,34 = 0,12 GHz=120 MHz)

3. Bandwidth Antena

Bandwidthf1 f2

Hasil Pengukuran di Teknik Elektro ITS

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000Frekuensi

VS

WR

Antena IAntena II

POLA RADIASI

1. Pola radiasi E Plane

Sebelum dinormalisasiSinyal maksimum = 81 dBSinyal minimum = 24 dB

Setelah dinormalisasiSinyal maksimum = 57 dBSinyal minimum = 0 dB

POLA RADIASI

2. Pola radiasi H Plane

Sebelum dinormalisasiSinyal maksimum = 68 dBSinyal minimum = 24 dB

Setelah dinormalisasiSinyal maksimum = 44 dBSinyal minimum = 0 dB

Pola radiasi E Plane dan H Plane

HPBW (Half Power Beamwidth)

HPBW=00 85170

21

=x

Pengukuran Gain Antena

Gain 18 dBPower 25 dBm

Total =18+25=43 dB

Power Edimax =100mW=20dBm

Total power sebagai standar pengukuran

=43+20 =63 dB

Nilai sinyal maksimum pengukuran horizontal =

81 dB

Gain = 81 - 63=18 dB

Data Hasil Perhitungan1. Menghitung impedansi karakteristik (Zo) microstrip line

Dimensi Antena Ukuran

Tebal patch (t) 0.02 mm

Lebar patch (w) 1 mm

Tebal substrat FR4 (h) 1.6 mm

Permitivitas relatif substrat FR4 (εr) 4.3

009,314,34ln

3,41

214,3ln

13,413,4

561,2211

213,4

2

=

+

+−

−+

=−

xeffε

Ω=

+= 648,86

6,1662,025,0

662,06,18ln

075,360Zo

Data Hasil Perhitungan

2. Menghitung Impedansi Karakteristik (Zo) mikrostrip bi-quad

Dimensi Antena Ukuran

Tebal patch (t) 0.02 mm

Lebar patch (w) 2 mm

Tebal substrat FR4 (h1) 1.6mm

Tebal udara (h2) 18 mm

h1 + h1 (h total) 19.6 mm

Permitivitas relatif substrat FR4 (εr) 4.3

038,114,34ln

066,11

214,3ln

1066,11066,1

362,4211

21066,1

2

=

+

+−

−+

=−

xeffε

( )021,2592

26,1916

26,194ln

1066,129.119 2

0 =

+

+

+=Ζ Ω

Data Hasil Perhitungan

3. Menghitung Impedansi karakteristik (Zo) mikrostrip double bi-quaddengan teori kapasitansi

( )( ) Ω==−

088,263.1

1CeCecZoo

( )( ) Ω==−

432,258.1

1CoCocZoe

oeoo ZZZo .=

749,260088,263432,258 == xZo

4. Menghitung nilai VSWR

VSWR = 1,049

Γ = 0,023

Ω

%100xVSWR

VSWRVSWR

nperhitunga

nperhitungapengukuran −

%100049,1

049.1018.1 x−=

%39,2=

Error =

SWRSWR

VSWRVSWR ∆∂∂

=∆

SWRSWR

∆=20

10ln10 20/510860,5 −= x

)10860,5018.1( 5−±= xVSWRJadi harga sebenarnya

nstSWR21

=∆ 001.021

= 0005.0=

(Juliarti, Linda., 2011)

Analisis Kesalahan Pengukuran dan Perhitungan

DESAIN PROGRAM PERHITUNGAN ANTENA

PEMBAHASAN

Teknik Elektro ITS, frekuensi 2,4 GHz VSWR 1,237, koefisien refleksi 0,106 dan return loss -19,490.

PPET LIPI Bandung, frekuensi 2,404 GHz VSWR 1,018, koefisien refleksi 0,009, return loss -40,852 dan impedansi 49,948.

Pola radiasi E plane 81 dB dan pola radiasi H plane 68 dB, gain antena 18 dB.

Pada penelitian sebelumnya, antena mikrostrip double Bi-quad(Budiningrum, U.S., 2009) frekuensi 2,405 GHz VSWR 1,124, koefisien refleksi 0,059, return loss -24,47 dan impedansi 56,177 Ω . Pola radiasi E plane sinyal maksimum 33 dB dan pola radiasi H plane 34 dB gain 6 dB.

Hasil Pengukuran Penelitian Sebelumnya

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000

frekuensi (MHZ)

VS

WR

VSWR

Hasil Pengukuran Penelitian Sebelumnya

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.2

2.3 2.32 2.34 2.36 2.38 2.4 2.42 2.44 2.46 2.48 2.5

frekuensi

VSW

R

KESIMPULAN

2. Karakterisasi antena panel berisi 4 larik mikrostrip double bi-quad yang telah difabrikasi meliputi pengukuran VSWR, koefisien refleksi, return loss, pola radiasi dan gain. Dari hasil pengukuran di PPET LIPI Bandung diketahui bahwa pada frekuensi 2,404 GHz antena hasil fabrikasi memiliki nilai VSWR 1,018, nilai koefisien refleksi 0,009, nilai return loss sebesar -40,859 dan bandwidth120 MHz. Dari pengukuran pola radiasi, diperoleh hasil HPBW (Half Power Beamwidth) untuk pola radiasi horisontal sebesar 850 , dengan nilai gain 18 dB

1. Pada penelitian ini telah dilakukan fabrikasi antena panel berisi 4 larikmikrostrip double bi-quad menggunakan PCB double side dari bahan substratFR4 dengan konstanta dielektrik= 4,3 dan desain reflector yang terpisah dariantena mikrostrip.

3. Telah dibuat program perhitungan karakteristik antena yang bertujuan untuk memudahkan dalam perhitungan karakteristik antena. Dari analisis data yang telah dilakukan, ternyata hasil perhitungan dengan hasil pengukuran sudah memberikan hasil yang cocok, dengan tingkat kesalahan (error) sebesar 2,39%.

SARAN

1. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan desain dan struktur antena, jumlah larik (array) serta jenis substrat .

2. Pengukuran karakteristik antena menggunakan alat ukur yang memiliki spesifikasi lebih tinggi serta penggunan anechoic chamber (ruang anti gema/pantulan gelombang) agar memberikan hasil yang lebih maksimal.

3. Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mensimulasikan penelitian yang sudah dilakukan pada tesis ini.

DAFTAR PUSTAKA Balanis, C. A, (1977), Antenna Theory Analysis and Design, Second edition, John Wiley & Sons, New York.

Balemurli (2010), Perancangan Antena Mikrostrip Patch Sirkular Untuk Aplikasi WLAN Menggunakan Simulator ANSOFT HFSS V10, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Budiningrum,Umi Syafiqoh. (2009). Prototipe Antena panel 2,4 GHz Berisi 10 Larik Mikrostrip Double Bi-Quad dengan Dua Arah Pola Radiasi Maksimum, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS , Surabaya.

Edward, Terry, (1995), Foundation for Microstrip Circuit Design, Second edition, John Wiley & Sons, New York.

Hidayah, Ifa, Pramono,YH. (2009), Prototipe Antena Bi-Horn dengan Dua Arah Radiasi dan Satu Feeding Monopole Beroperasi pada Frekuensi 2,4 GHz, Seminar Nasional Informatika hal 47-52.

Hermansyah, R.M. (2010), Rancang Bangun Antena Microstrip Patch Segi Empat Untuk Aplikasi Wireless-LAN, Skripsi Sarjana Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Hund, E., (1989), Microwave Communications. Component and Circuits, McGraw-Hill, New York.

Khasanah, U., (2009), Fabrikasi dan Karakterisasi Dipole Biquad Antenna Untuk Komunikasi Wifi, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.

Kraus, John, (1999), Electromagnetics With Applications, Fifth edition, McGraw-Hill, New York.

L Wong, K , (2002), Compact and Broadband Microstrip Antennas, John Willey and Sons, New York, USA.

Juliarti, L. , (2011), Antena Panel 2,4 GHz Dengan Menggunakan Mikrostrip Biquad 4 Larik, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.

Muhtadi, D., (2009), Desain Fabrikasi Dan Karakterisasi Antena Wideband Mikrostrip Slot Bowtie Dengan CPW Untuk Komunikasi Wireless, Magister Thesis, Jurusan Fisika FMIPA ITS, Surabaya.

Rahayu, E.M., Pramono, Y.H., (2009), Fabrikasi dan Karakterisasi Antena mikrostrip Loop Co-Planar Waveguide dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band dan Ku-Band. Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol 5, No.2

Riyanto.(2009) , Pemanfaatan Antena Mikrostrip untuk Teknologi Wireless Ultra Wideband (UWB), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ITB, Bandung.

Roody, D, and Coolen,J, (1990), Komunikasi Elektronika, Edisi ke 3, Penerbit Erlangga , 25-30.

Santoso, S.P. (2008), Antena Mikrostrip Segitiga dengan Saluran Pencatu Berbentuk Garpu yang Dikopel Secara Elektromagnetik, Magister Tesis Program Pasca Sarjana Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jakarta.

Tobing, Lamuel.(2009), Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, Fakultas tehnik, Tesis, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Uboyo, A., Pramono, Y.H., (2009). desain dan Fabrikasi Antena Mikrostrip loop dengan Feed Line Mikrostrip Feed Line Dua Lapis Substrat untuk Komunikasi C-Band. Jurnal Fisika dan Aplikasinya, 5 (2).

Young, L., Haider, S., Neve, M., Dr. (2003). Microstrip Patch Antennas for Broadband Indoor Wireless System, Part 4 Project Report, Departemen of Electrical & Elektronics Engineering, The University

of Aucland Faculty of Engineering.

Zaki, Mahmud. (2000). Medan Elektromagnetik. Jurusan Fisika FMIPA ITS. Surabaya.