PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA DIPOLE …

of 85/85
sCover TUGAS AKHIR PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP DENGAN FREKUENSI 2,4 GHZ Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma RAIMONDUS FEBY NIM: 165114056 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2020 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
  • date post

    01-Oct-2021
  • Category

    Documents

  • view

    1
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ANTENA DIPOLE …

GHZ
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
RAIMONDUS FEBY
NIM: 165114056
ii
FREQUENCY
For the degree of Sarjana Teknik
Department of Electrical Engineering
RAIMONDUS FEBY
NIM: 165114056
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vi
MOTTO:
duniamu”
viii
INTISARI
terbimbing ke ruang propagasi, maupun sebaliknya. Pada dasarnya antena memiliki banyak
jenis, dari bentuk yang sederhana hingga bentuk yang sangat komplek, yang mana setiap
jenisnya memiliki karakteristik masing-masing. Kegunaan antena telah banyak diterapkan
untuk kepentingan telekomunikasi, antara lain untuk komunikasi wireless pada frekuensi
tertentu.
Tugas akhir ini yang berjudul “Perancangan dan Implementasi Antena Dipole
Mikrostrip dengan Frekuensi 2,4 GHz” membahas perancangan dan pembuatan antena
dipole mikrostrip dengan memiliki 2 lengan. Antena yang dirancang merupakan antena
dipole mikrostrip yang dicetak pada sebuah plat tembaga diatas substrat berjenis FR-4.
Perancangan awal antena menggunakan bantuan software simulator, yaitu: CST Studio Suite
2018.
Antena yang telah direalisasikan pada tugas akhir ini adalah antena jenis dipole
mikrostrip. Bentuk dipole mikrostrip adalah bentuk geometri yang dapat difragmentasi atau
dibagi-bagi menjadi 2 bagian yang lebih kecil, yang mana ukuran dari pembagian tersebut
memiliki ukuran yang sama. Hasil pengukuran menunjukkan, antena dipole mikrostrip yang
telah difabrikasi dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz dengan VSWR 1,0345, return loss
2,38 dB dengan menggunakan directional coupler dan 0,11 tanpa menggunakan directional
coupler serta mempunyai gain 7 dBi dari spesifikasi awal yaitu ≤ 10 dBi.
Kata Kunci: Antena, Substrat FR-4, Dipole Mikrostrip, CST Studio Suite 2018, WiFi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
ABSTRACT
Telecommunication technology is growing, the antenna is a small part of the
development of this technology. The antenna functions as a radiation from the guided wave
to the propagation space, and vice versa. Basically, the antenna has many types, from simple
shapes to very complex shapes, where each type has its own characteristics. The use of
antennas has been widely applied for telecommunications purposes, including for wireless
communication at certain frequencies.
This final project entitled "Design and Implementation of a Microstrip Dipole Antenna
with a Frequency of 2.4 GHz" discusses the design and manufacture of a microstrip dipole
antenna with 2 arms. The antenna designed is a microstrip dipole antenna that is printed on
a copper plate on the FR-4 type substrate. The initial design of the antenna uses the help of
simulator software, namely: CST Studio Suite 2018.
The antenna that has been realized in this final project is a dipole microstrip antenna.
The dipole microstrip shape is a geometric shape that can be fragmented or divided into 2
smaller parts, where the size of the division has the same size. The measurement results show
that the fabricated microstrip dipole antenna can work at a frequency of 2.4 GHz with VSWR
1.0345, return loss of 2.38 dB using a directional coupler and 0.11 without using a directional
coupler and has a gain of 7 dBi from the initial specifications. ie ≤ 10 dBi.
Keywords: Antenna, FR-4 Substrate, Microstrip Dipole, CST Studio Suite 2018, WiFi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena telah
melimpahkan berkat dan kasih karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir yang berjudul Perancangan dan Implementasi Antena Dipole Mikrostrip dengan
Frekuensi 2,4 GHz.
Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari campur
tangan dan bantuan dari banyaknya pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa banyak pihak yang telah memberi dukungan, semangat,
bimbingan dan arahan serta bantuan materil. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
ingin mengucapkan terimakasih kepada:
1. Tuhan Yesus Kristus.
2. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Augustinus Bayu Primawan D.Tech.Sc., selaku Dosen Pembimbing
Tugas Akhir yang selalu memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis
untuk berkembang dan berproses, selalu sabar dan meluangkan waktunya untuk
bimbingan sehingga tugas akhir dapat diselesaikan dengan hasil yang baik.
4. Orang Tua, selaku motivator utama untuk penyelesaian Tugas Akhir ini melalui
doa dan juga support sistem semuanya.
5. Saudara Rezky Benedikto Renwarin, selaku teman dan juga partner yang selalu
mengingatkan penulis untuk memperhatikan semua hasil pengukuran antena
dipole mikrostrip. Selain itu, dia selalu dan senantiasa sabar ketika dimintai
bantuan oleh penulis, baik melalui proses simulasi maupun penulisan naskah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS…………………………………………………………....vii
1.3 BATASAN MASALAH.................................................................................................... 3
2.1 FREKUENSI KERJA PADA WIRELESS FIDELITY (WI-FI) ........................................ 6
2.2 ANTENA .......................................................................................................................... 7
2.4 BIDANG PATCH ........................................................................................................... 10
2.6.1 IMPEDANSI MASUKKAN.................................................................................... 16
2.6.3 BANDWIDTH ........................................................................................................ 18
xii
BAB III PERANCANGAN ANTENA ............................................................................... 26
3.1 PERANCANGAN UMUM ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP .................................... 26
3.2 TAHAPAN PERANCANGAN ANTENA ...................................................................... 27
3.3 KONSTRUKSI PERALATAN ....................................................................................... 28
3.5 PERANCANGAN ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP .................................................. 30
3.5.1 PERANCANGAN DIMENSI ANTENA ................................................................ 31
3.5.2 HASIL PERHITUNGAN DIMENSI ANTENA ...................................................... 32
3.5.3 PENGUJIAN ANTENA SETELAH FABRIKASI .................................................. 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 37
4.1 HASIL IMPLEMENTASI ANTENA.............................................................................. 37
4.2 HASIL SIMULASI ANTENA ........................................................................................ 40
4.3 HASIL PENGUKURAN ANTENA SETELAH DIFABRIKASI ................................... 41
4.3.1 PENGUKURAN ANTENA TANPA DIRECTIONAL COUPLER .......................... 41
4.3.2 PENGUKURAN ANTENA MENGGUNAKAN DIRECTIONAL COUPLER ....... 42
4.4 PERBANDINGAN DATA HASIL SIMULASI DAN PENGUKURAN ........................ 43
4.5 ANALISIS DATA HASIL SIMULASI DAN PENGUKURAN ANTENA .................... 44
4.5.1 ANALISIS HASIL SIMULASI ANTENA ............................................................. 44
4.5.2 ANALISIS HASIL SIMULASI DAN PENGUKURAN ANTENA ........................ 45
4.6 ANALISIS KESALAHAN UMUM ................................................................................ 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 48
5.1 KESIMPULAN ............................................................................................................... 48
5.2 SARAN ........................................................................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 49
xii
Lampiran 2 ......................................................................................................................... L-3
Lampiran 3 ......................................................................................................................... L-5
xiii
Gambar 2.2 Kabel Koaksial ........................................................................................................... 12
Gambar 2.3 Konektor SMA Female .............................................................................................. 13
Gambar 2.4 Spectrum Analyzer ..................................................................................................... 14
Gambar 2.5 Pola Radiasi Isotropic ................................................................................................ 20
Gambar 2.6 Pola Radiasi Directional ............................................................................................. 20
Gambar 2.7 Pola Radiasi Omnidirectional ..................................................................................... 20
Gambar 2.8 Pola Radiasi Main Lobe ............................................................................................. 21
Gambar 2.9 Pola Radiasi Side Lobe .............................................................................................. 21
Gambar 2.10 Pola Radiasi Back Lobe ........................................................................................... 22
Gambar 2.11 Directional Coupler .................................................................................................. 24
Gambar 2.12 Connector BNC ........................................................................................................ 25
Gambar 2.13 USG Signal Generator .............................................................................................. 25
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Antena ............................................................................. 27
Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Simulasi Antena .............................................................. 29
Gambar 3.3 Dimensi Antena Dipole Mikrostrip ............................................................................ 33
Gambar 3.4 Return Loss Sebelum Iterasi ...................................................................................... 34
Gambar 3.5 VSWR Sebelum Iterasi .............................................................................................. 34
Gambar 3.6 Impedansi Masukkan Sebelum Iterasi ........................................................................ 35
Gambar 3.7 Pola Radiasi Sebelum Iterasi ...................................................................................... 35
Gambar 4.1 Antena Dipole Mikrostrip .......................................................................................... 37
Gambar 4.2 Cara pengambilan data Pola Radiasi .......................................................................... 38
Gambar 4.3 Software Wifi Analyzer ............................................................................................. 38
Gambar 4.4 Hasil pengambilan data parameter ............................................................................. 40
Gambar 4.5 Pola Radiasi Azimuth ................................................................................................. 41
Gambar 4.6 Pola Radiasi Elevasi ................................................................................................... 42
Gambar 4.7 Grafik perbandingan nilai VSWR antara hasil Pengukuran dan Simulasi .................. 45
Gambar 4.8 Grafik perbandingan nilai Return Loss antara hasil Pengukuran dan Simulasi .......... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
Tabel 2.1 Beberapa penelitian tentang antena Dipole Mikrostrip [10] ............................................ 10
Tabel 3.1 Spesifikasi antena yang diharapkan [12] ......................................................................... 26
Tabel 3.2 Dimensi Antena Tanpa Iterasi ........................................................................................ 32
Tabel 3.3 Parameter Antena Dipole Mikrostrip dari Hasil Simulasi ............................................... 33
Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi Perancangan Awal dan Setelah Optimalisasi .................................. 40
Tabel 4.2 Data Parameter Antena Tanpa Directional Coupler ........................................................ 41
Tabel 4.3 Data Parameter Antena Menggunakan Directional Coupler ........................................... 42
Tabel 4.4 Data Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Simulasi .............................................. 43
Tabel 4.5 Data Perbandingan Pengukuran Hasil Perancangan dengan Hasil Implementasi ............ 43
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
1.1 LATAR BELAKANG
Antena adalah alat yang digunakan untuk mengirim dan menerima data melalui
gelombang elektromagnetik, tergantung pada pemakaian dan penggunaan frekuensi.
Kelangsungan telekomunikasi teknologi didukung oleh akses dan sistem kerja seperti
antena. Ada berbagai macam antena yang sering digunakan yaitu antena monopole, antena
dipole, antena yagi, antena dipole mikrostrip dan lainnya. Pada saat ini, sudah banyak antena
yang dibuat dengan ukuran dan frekuensi kerja yang berbeda-beda dan telah digunakan
dalam kehidupan sehari-hari. Namun, sebagian besar dari antena yang telah diproduksi
memiliki ukuran yang cukup besar dan belum mampu bekerja pada frekuensi yang tinggi
serta membutuhkan ruang yang cukup luas untuk ditempati pada saat penggunannya. Selain
itu, biaya produksi dari antena-antena tersebut relatif cukup tinggi atau mahal. Kebanyakan
antena yang sudah diproduksi berdasar pada jenis antena isotropik untuk merancang dan
menganalisa antena yang kompleks, seperti: antena parabola, antena TV dan antena radio.
Radiasi dari antena isotropik memancar ke segala arah dengan intensitas yang sama. Oleh
sebab itu, pola pancaran antena isotropik berupa bola. Semakin populernya komunikasi
nirkabel membuat kebutuhan akan antena meningkat.
Seiring dengan semakin majunya teknologi semikonduktor, menyebabkan ukuran dari
perangkat komunikasi yang digunakan semakin mengecil. Oleh karena itu dibutuhkan suatu
antena dengan bentuk fisik yang kompak, mudah difabrikasi serta memiliki performa tinggi
untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada. Salah satu penelitian
sebelumnya tentang antena tersebut adalah” Perancangan dan Realisasi Antena Mikrostrip
Bentuk Fraktal Seirpinski Gasket pada beberapa Range Frekuensi dengan Menggunakan
Substrat Rogers 4003”, yang disusun oleh Iqbal Adhiyogo [1]. Pada tugas akhir yang disusun
oleh Iqbal Adhiyogo dirancang sebuah antena fraktal seirpinski gasket monopole yang
menghasilkan polaradiasi unidireksional. Hal ini dikarenakan antena mikrostrip memiliki
beberapa keunggulan, diantaranya bentuk fisik yang relatif kecil, ringan, serta mudah dalam
perancangan dan fabrikasinya. Namun demikian, antena mikrostrip juga memiliki
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
kekurangan, yaitu gain yang rendah dan bandwidth yang sempit. Antena dipole mikrostrip
adalah jawaban dari permasalahan diatas. Berdasarkan bentuk patch-nya antena mikrostrip
terbagi menjadi beberapa jenis seperti patch segiempat, patch segitiga, patch lingkaran,
patch elips dan dipole. Antena dipole setengah gelombang merupakan tipe antena dipole
yang sering digunakan, sebab cenderung lebih efisien. Jadi kombinasi antara antena dipole
setengah gelombang dengan antena mikrostrip yang kemudian disebut antena dipole
mikrostrip.
Antena dipole mikrostrip adalah elemen planar yang terdiri dari sepasang bilah
konduktor tipis yang terpasang pada sebuah bahan dielektrik [2]. Antena dipole mikrostrip
memiliki bentuk yang hampir sama dengan antena mikrostrip, tetapi ada sedikit perbedaan
pada panjang dan lebar rasionya. Kelebihan antena dipole mikrostrip dibandingkan dengan
antena mikrostrip adalah bandwidthnya yang lebih lebar. Selain itu, kelebihan antena dipole
mikrostrip dibandingkan dengan antena lainnya yaitu ukurannya yang relatif lebih kecil dan
mudah diperbanyak. Antena dipole mikrostrip dengan frekuensi 2,4 GHz memiliki beberapa
ciri khas, yaitu: bekerja dengan tanpa overlapping (menumpuk), standar wireless adalah B,
G dan N, jangkauan jaringan yang lebih luas dan tingkat gangguan yang lebih tinggi [3].
Kelebihan dari frekuensi 2,4 GHz adalah memiliki toleransi pemakaian dan gangguan yang
lebih kecil jika dibandingkan dengan frekuensi lainnya. Selain itu, adapun kerugian dari
penggunaan frekuensi 2,4 GHz yakni: memiliki jumlah channel yang lebih sedikit, frekuensi
ini lebih banyak gangguan dan penggunanya lebih banyak. Tingkat pemakaian frekuensi 2,4
GHz harus disesuaikan dengan daya pemakaian yang diinginkan. Antena dipole mikrostrip
ini dibuat karena memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan antena mikrostrip
lainnya seperti patch segi empat dan segitiga. Jenis antena ini juga memiliki pola radiasi
yang omnidirectional sehingga lebih sesuai dengan peralatan yang point to multipoint.
Proposal Tugas akhir ini menitik-beratkan pada perancangan dan pembuatan antena
dipole mikrostrip dengan frekuensi kerja 2,4 GHz yang bisa digunakan untuk jaringan Wi-
Fi. Antena dipole mikrostrip adalah sepasang konduktor metal yang menempel di atas bahan
dielektrik. Antena dipole mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan, mudah
untuk difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir
semua jenis permukaan. Selain dengan ukurannya lebih kecil dibandingkan dengan antena
jenis lain, antena mikrostrip juga sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat
diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain. Proposal Tugas akhir ini disusun untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
dengan tujuan pola radiasi yang pancarkan omnidirectional. Oleh karena itu, antena dipole
mikrostrip lebih cocok digunakan sebagai penerima karena pola radiasi antenanya menyebar
kesegala arah seperti donat sedangkan untuk antena fraktal seirpinski gasket monopole pada
penelitian terdahulu hanya memancar ke satu arah saja atau unidirectional. Dengan alasan
berikut, maka dibuatlah tugas akhir dengan judul “Perancangan dan Implementasi Antena
Dipole Mikrostrip dengan Frekuensi 2,4 GHz”.
1.2 TUJUAN DAN MANFAAT
Tujuan penelitian adalah membuat antena dipole mikrostrip 2,4 GHz. Selain itu,
memberikan dugaan karakteristik antena dipole mikrostrip dengan hasil simulasi CST
Microwave 2018 sebelum dilakukan fabrikasi dan menganalisa karakteristik antena dengan
membandingkan hasil simulasi dan hasil uji laboraturium.
Manfaat penelitian adalah untuk diperoleh perancangan dan pembuatan antena jenis
dipole mikrostrip. Selain itu, antena dipole mikrostrip yang dibuat dapat bekerja pada
frekuensi tinggi dan begitu juga dengan karakteristik dari antena dipole mikrostrip itu
sendiri. Untuk selanjutnya juga sebagai alat atau referensi yang dapat dikembangakan lebih
jauh lagi dengan desain antena dipole mikrostrip yang lebih efektif dan efisien.
1.3 BATASAN MASALAH
Dalam pembuatan dan penelitian antena ini dibutuhkan beberapa batasan masalah
yang bertujuan untuk menghindari meluasnya materi pembahasan pada tugas akhir ini. Oleh
karena itu, dalam perancangan antena dipole mikrostrip ini terdapat beberapa batasan
masalah, yaitu:
1. Perancangan antena dipole mikrostrip menggunakan software CST Microwave 2018.
2. Antena dipole mikrostrip yang akan direalisasikan bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.
3. Bahan yang digunakan dalam pembuatan antena dipole mikrostrip yaitu: Printed
Circuit Board (PCB).
4
1.4 METODE PENELITIAN
Metodologi yang digunakan dalam penelitian dan pembuatan alat ini adalah sebagai
berikut:
mikrostrip, cara mengimplementasikan antena dipole mikrostrip, cara mendesain
antena dipole mikrostrip dengan menggunakan pengukuran desain antena, dan
mengetahui cara kerja dari antena dipole mikrostrip.
2. Perancangan
Perancangan antena dipole mikrostrip dengan menggunakan beberapa
komponen, yakni: plat tembaga, sma connector tipe female dan patch microstrip.
Selain itu, juga menggunakan beberapa perangkat pendukung untuk menghitung dan
membaca parameter-parameter antena yang sudah difabrikasi, seperti kabel koaksial
dan spectrum analyzer. Semua komponen dan alat yang telah dijelaskan di atas
bertujuan untuk menunjang pembuatan antena dipole mikrostrip yang akan dibuat.
Merancang antena dipole mikrostrip di software simulator untuk mengetahui
ukuran dari antena yang akan dibuat dan paramter-parameter antena yang dihasilkan,
yakni: lebar antena, panjang antena, VSWR, bandwidth, gain, return loss, impedansi
masukkan dan pola radiasi antena dipole mikrostrip.
3. Implementasi Perancangan
Mengimplementasikan perancangan antena dipole mikrostrip bertujuan untuk
mengetahui ukuran dari antena yang telah didesain sudah sesuai atau belum dengan
desain yang telah dibuat pada software simulator. Selain itu, untuk diuji coba hasil
pengukurannya: sudah sesuai atau belum dengan target dan hasil yang diinginkan.
4. Pengambilan Data
Pengambilan data pada antena dipole mikrostrip dengan mengukur nilai dari
parameter-parameter antena, seperti: parameter VSWR, bandwidth, gain, return loss,
impedansi masukkan dan pola radiasi dari antena yang telah dihasilkan.
5. Analisis dan Penyimpulan Data
Analisis data dilakukan dengan tujuan untuk membandingkan nilai parameter-
parameter antena dari antena yang telah difabrikasi atau dicetak dengan nilai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
parameter-parameter antena pada hasil perancangan simulasi pada software simulator
sudah sesuai atau belum. Penyimpulan data dapat dilihat dari data analisis yang telah
dibuat.
6
2.1 FREKUENSI KERJA PADA WIRELESS FIDELITY (WI-FI)
Sejak awal Wi-Fi, ada banyak standar Wi-Fi baru yang bertujuan untuk meningkatkan
kecepatan Wi-Fi dan jangkauan Wi-Fi. Pada tahun 2009, standar Wi-Fi 802.11n (juga
dikenal sebagai Wi-Fi 4) dirilis, yang merupakan standar pertama yang beroperasi di pita
frekuensi Wi-Fi 2,4 GHz dan 5 GHz. Sejak itu, sebagian besar router telah beralih dari
single-band ke dual-band, artinya mereka dapat memilih antara dua band frekuensi Wi-Fi
untuk mengirimkan sinyal nirkabel [4].
Pita frekuensi adalah rentang frekuensi gelombang radio yang digunakan untuk
mengirimkan data dalam spektrum nirkabel, dan selanjutnya dapat dipecah menjadi saluran
Wi-Fi. (Semakin tinggi frekuensi, semakin cepat transmisi data dan semakin pendek rentang
sinyal.) Pita frekuensi Wi-Fi adalah rentang frekuensi dalam spektrum nirkabel yang
dirancang untuk membawa Wi-Fi: 2,4 GHz dan 5 GHz. TechTarget mengatakan bahwa pita
frekuensi Wi-Fi tidak berlisensi (misalnya: tidak memerlukan izin khusus untuk digunakan).
Inilah yang membuat pita frekuensi Wi-Fi lebih rentan terhadap gangguan, dan itulah
sebabnya jaringan Wi-Fi di rumah dan perangkat yang terhubung mungkin mengalami sinyal
yang buruk. Ada 4 perbedaan utama pita frekuensi Wi-Fi antara 2,4 GHz Wi-Fi dan 5 GHz
Wi-Fi [5], yaitu:
1. Cakupan Jaringan Wi-Fi
Dalam hal jangkauan Wi-Fi, 2,4 GHz mengalahkan 5 GHz. Pada pita 2,4 GHz,
frekuensi yang lebih rendah yang ditransmisikan disini dapat lebih mudah menembus
benda padat.
2. Kecepatan Jaringan Wi-Fi
Pita frekuensi 5 GHz yang lebih tinggi menggantikan jangkauannya yang lebih
pendek dengan kecepatan Wi-Fi yang lebih cepat daripada pita 2,4 GHz. Sebagai
perbandingan, band 2,4 GHz akan mendukung kecepatan antara 450 Mbps dan 600
Mbps, sementara 5 GHz akan mendukung kecepatan hingga 1.300 Mbps.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
3. Interferensi Saluran Bersama
Pada pita 2,4 GHz, terdapat opsi untuk memilih dari 11 saluran Wi-Fi, di mana
3 di antaranya tidak tumpang tindih. Dalam pita 5 GHz, terdapat opsi untuk memilih
dari 45 saluran Wi-Fi, di mana 24 di antaranya tidak tumpang tindih. Saluran yang
tumpang tindih merupakan penyebabkan gangguan jaringan, jadi dengan
membandingkan dua pita frekuensi Wi-Fi, dapat dengan mudah dilihat bahwa 5 GHz
menyediakan lebih sedikit ruang untuk interferensi saluran bersama.
Penting juga untuk dicatat bahwa dalam pita 2,4 GHz, tidak hanya menerima
interferensi dari jaringan Wi-Fi lain, tetapi sejumlah gangguan jaringan yang memadai
di sini berasal dari peralatan rumah tangga lain yang juga memakai sinyal 2,4 GHz.
4. Kompatibilitas Perangkat
Mengingat fakta bahwa standar Wi-Fi 802.11n (Wi-Fi 4) telah ada selama
hampir satu dekade sekarang, sebagian besar teknologi nirkabel telah dibangun untuk
mendukung kedua band yakni: 2,4 GHz dan 5 GHz. Namun, jika beberapa dari orang
yang menggunakan Wi-Fi memiliki peralatan atau perangkat jaringan lama dari pra-
2009, ada kemungkinan orang-orang tersebut hanya kompatibel dengan band 2,4 GHz.
2.2 ANTENA
Antena didefinisikan oleh Webster's Dictionary sebagai “perangkat yang biasanya
terbuat dari logam (sebagai batang atau kawat) untuk memancarkan atau menerima
gelombang radio. "Definisi Standar IEEE dari istilah untuk Antena (IEEE Std 145–1983) ∗
mendefinisikan antena sebagai “alat untuk memancarkan atau menerima gelombang radio"
[6]. Dengan kata lain antena adalah transisi struktur antara ruang bebas dan perangkat
pemandu. Panduan itu sebagai perangkat atau saluran transmisi yang dapat berbentuk garis
koaksial atau pipa berlubang (waveguide), dan digunakan untuk mengangkut energi
elektromagnetik dari transmisi sumber ke antena, atau dari antena ke penerima.
Arti lainnya juga mengatakan bahwa antena sebagai sinyal listrik yang dilakukan di
antara titik dalam satu dari dua cara: melalui saluran transmisi atau melalui ruang kosong
menggunakan antena di terminal. Saluran transmisi membatasi sinyal listrik dan energi dari
gelombang elektromagnetik yang terkait ke wilayah dekat, atau di dalam, saluran transmisi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Ini juga situasi untuk sirkuit konvensional di mana tidak ada energi yang tampak jauh dari
sirkuit. Sirkuit konvensional yang lebih kecil dari 1 meter, misalnya, jauh lebih kecil dari
ukuran panjang gelombang untuk frekuensi operasi hingga banyak MHz dan dengan
demikian tidak memancarkan. Analisis sirkuit konvensional menggunakan model elemen
disatukan di mana elemen (resistor, kapasitor, dan induktor) diasumsikan memiliki semua
bidang terbatas pada tingkat elemen.
Saluran transmisi sering menggunakan sistem konduktor yang seimbang atau
selungkup logam untuk membatasi energi menjadi sepenuhnya internal ke saluran transmisi
atau sangat dekat. Antena memiliki tujuan yang berlawanan, yaitu: untuk mendorong sinyal
listrik untuk mencapai jarak yang jauh dari antena dan memancarkan radiasi. Misalnya,
antena pemancar yang baik akan menghasilkan kerapatan daya yang dapat dideteksi pada
jarak yang jauh dari sumber. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
mendefinisikan antena sebagai "bagian dari sistem transmisi atau penerima yang dirancang
untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik" [7]. Sangat tepat untuk
melihat antena sebagai transduser yang mengubah gelombang terpandu (atau terikat) pada
saluran transmisi menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas (untuk kasing transmisi)
atau sebaliknya (untuk kasing penerima). Agar antena menjadi efisien, antena harus
memiliki tingkat fisik yang setidaknya merupakan fraksi yang cukup besar dari panjang
gelombang pada frekuensi operasi.
2.3 ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP
Antena dipole mikrostrip adalah antena yang berbentuk papan atau board tipis dan
mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi. Antena ini juga sering diartikan sebagai
elemen planar yang terdiri dari sepasang bilah konduktor tipis yang terdapat pada permukaan
dielektrik [8]. Antena ini terlihat sederhana karena hanya berupa lempeng PCB dan memiliki
bentuk yang kelihatan seperti antena mikrostrip patch, namun terdapat perbedaan pada rasio
panjang dan lebarnya. Antena mikrostrip persegi panjang dapat diklasifikasikan dalam dua
kategori utama yang bergantung pada rasio panjang dan lebarnya.
Sebuah antena mikrostrip persegi panjang dengan bidang yang sempit dinamakan
dipole mikrostrip, sedangkan antena persegi panjang dengan bidang yang lebih luas
dinamakan mikrostrip patch. Dibandingkan dengan antena mikrostrip lainnya, antena dipole
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, yaitu ukurannya yang lebih kecil dan bandwidth
yang lebih lebar. Secara umum, antena dipole mikrostrip hanya terdiri dari satu bagian
utama, yakni: substrate (bahan dielektrik berupa tembaga). Antena dipole mikrostrip bisa
dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Antena Dipole Mikrostrip [9]
Selain itu, terdapat juga persamaan untuk menghitung panjang total antena dipole
mikrostrip adalah sebagai berikut:
f = frekuensi resonansi (Hz)
Adapun terdapat model saluran transmisi yang hanya berlaku untuk ground plane tak
terbatas saja. Namun, untuk pertimbangan praktis, penting untuk memiliki bidang tanah
yang terbatas. Oleh karena itu, untuk desain ini, dimensi ground plane akan dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut:
10
Keterangan:
Berikut adalah beberapa penelitian yang terkait tentang antena dipole mikrostrip yang
ditampilkan pada Tabel 2.1.
Aplikasi Antena Dipole Mikrostrip Capaian Antena Dipole Mikrostrip
Antena dipole mikrostrip untuk frekuensi
2,4 GHz
217 MHz pada frekuensi 2,283 GHz – 2,5
GHz pada VSWR ≤ 2 dengan pola radiasi
omnidirectional serta gain 5 dBi.
Antena dipole microstrip dualband untuk
aplikasi wideband
2,4 GHz. Antena dipole microstrip
dualband dengan return loss minimal -36
dB. Antena dirancang pada substrat FR4
dengan konstanta dielektrik 4,4 pada PCB
ganda.
Antena dipole mikrostrip biasa terdiri dari sepasang lapisan konduktor parallel yang
dipisahkan suatu medium dielektrik atau dikenal dengan nama substrat. Pada sususan ini,
lapisan konduktor atas atau patch berfungsi sebagai sumber radiasi dimana energi
elektromagnetik menyusur tepian dari sisi patch ke dalam substrat. Lapisan konduktor
bawah bertindak sebagai bidang ground pemantulan sempurna, mengembalikan energi
kembali melalui substrat menuju udara bebas. Secara fisik, patch berupa konduktor tipis
yang merupakan bagian suatu panjang gelombang yang membentuk luas, yang palel dengan
bidang ground. Patch terbuat dari bahan konduktor seperti tembaga atau emas yang
mempunyai bentuk bermacam-macam. Bentuk patch ini bisa berupa lingkaran, persegi,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
persegi panjang, segitiga dan annular ring. Patch ini berfungsi untuk meradiasikan
gelombang elektromagnetik ke udara. Patch dan saluran pencatu biasanya terletak di atas
substrate. Ketebalan patch sangat tipis (t 0; = ketebalan patch).
Pemilihan material substrat berdasarkan parameter material yang diinginkan untuk
daya yang optimal pada suatu jarak frekuensi tertentu. Spesifikasi umum termasuk nilai
konstanta dielektrik dan ketebalan dengan nilai konstanta antara 2,2 < < 12 digunakan
untuk frekuensi operasi dari 1 GHz hingga 100 GHz. Ketebalan substrat penting untuk
diperhatikan ketika akan mendesain antena dipole mikrostrip. Kebanyakan substrat yang
diinginkan untuk kehandalan suatu antena dipilih yang tebal dengan konstanta dielektrik
yang rendah. Hal ini cenderung menghasilkan antena dengan bandwidth yang lebar dan
efisiensi yang tinggi akibat bebas dari loncatan medan tepi yang berasal dari patch dan
berpropagasi ke dalam substrat. Namun, hal ini menyebabkan volume antena menjadi besar
dan meningkatkan kemungkinan pembentukkan gelombang permukaan. Disisi lain, substrat
yang tipis dengan konstanta dielektrik yang tinggi mengurangi ukuran antena. Namun, akibat
adanya disipasi faktor yang lebih tinggi, menyebabkan efisiensinya menjadi lebih rendah
dan bandwidth kecil. Oleh karena itu, terdapat timbal balik yang menjadi dasar dalam
pembuatan antena dipole mikrostrip yang harus diperhatikan.
Selain itu, terdapat juga beberapa komponen penting yang harus diperhatikan dan
digunakan dalam pembuatan antena dipole mikrostrip [11], antara lain:
1. Coaxial Cable (Kabel Koaksial)
Kabel koaksial adalah suatu jenis kabel yang menggunakan dua buah konduktor.
Pusatnya berupa inti kawat padat yang dilingkupi oleh sekat yang kemudian dililiti lagi oleh
kawat berselaput konduktor. Jenis kabel ini biasa digunakan untuk jaringan dengan bandwith
yang tinggi. Kabel koaksial mempunyai pengalir tembaga di tengah (centre core).
Lapisan plastik (dielectric insulator) yang mengelilingi tembaga berfungsi sebagai
penebat di antara tembaga dan metal shielded. Lapisan metal berfungsi untuk menghalang
sembarang gangguan luar dari lampu, motor, and perlatan elektonik lain. Lapisan paling luar
adalah lapisan plastik yang disebut Jaket Plastik. Lapisan ini berfungsi seperti jaket yaitu
sebagai pelindung bagian terluar.
Kabel koaksial biasa disebut juga BNC (Bayonet Naur Connector) atau coax kabel ini
sering digunakan untuk kabel antena tv dan sering juga digunakan pada jaringan LAN. Kabel
ini biasanya banyak digunakan untuk mentransmisikan sinyal frekuensi tinggi mulai 300
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
sistem transmisi dengan menggunakan kabel koaksial memiliki kapasitas kanal yang cukup
besar, seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kabel Koaksial
Terdapat juga beberapa fungsi atau penggunaan dari Kabel Koaksial berikut, antara
lain:
1) Kabel koaksial digunakan dalam jaringan LAN terutama pada Topologi Bus
yang banyak menggunakan kabel koaksial. Kesulitan utama dari penggunaan
kabel koaksial adalah sulit untuk mengukur apakah kabel koaksial yang
dipergunakan benar-benar matching atau tidak. Karena kalau tidak benar-benar
diukur secara benar akan merusak NIC (Network Interface Card) yang
dipergunakan dan kinerja jaringan menjadi terhambat, tidak mencapai
kemampuan maksimalnya.
2) Untuk mentransmisikan frekuensi tinggi mulai dari 300 kHz keatas, dan
penggunaan kabel ini mempunyai kanal frekuensi yang sangat besar.
3) Dalam penggunaan sehari-hari, kabel koaksial banyak dijumpai pada antena
televisi, antena pemancar radio, dan juga kabel jaringan LAN. Penggunaan kabel
koaksial dalam jaringan internet melengkapi instalasi kabel UTP yang juga
berperan penting dalam jaringan LAN.
4) Kabel ini sering digunakan sebagai kabel antena TV. Kabel ini merupakan kabel
yang paling banyak digunakan pada LAN, karena memiliki perlindungan
terhadap derau yang lebih tinggi, murah dan mampu mengirimkan data dengan
kecepatan standar.
13
5) Untuk mentransmisikan sinyal frekuensi tinggi mulai 300 kHz keatas. Karena
kemampuannya dalam menyalurkan frekuensi tinggi tersebut, maka sistem
transmisi dengan menggunakan kabel koaksial memiliki kapasitas kanal yang
cukup besar.
6) Kegunaan kabel koaksial adalah untuk melakukan transmisi data kecepatan
tinggi dan juga digunakan untuk membagi sinyal broadband atau sinyal
frekuensi tinggi. Kabel koaksial biasa ditemukan pada barang-barang elektronik
misalnya antena TV.
Yang dimaksud dengan Konektor (connector) dalam Teknik Elektronika adalah suatu
komponen Elektro-Mekanikal yang berfungsi untuk menghubungkan satu rangkaian
elektronika ke rangkaian elektronika lainnya ataupun untuk menghubungkan suatu
perangkat dengan perangkat lainnya. Pada umumnya, konektor terdiri konektor Plug (male)
dan konektor Socket (female).
Konektor SMA (Sub Miniature versi A) adalah konektor RF koaksial semi presisi yang
dikembangkan pada 1960-an sebagai antarmuka konektor minimal untuk kabel koaksial
dengan mekanisme kopling tipe-sekrup. Untuk ukuran tipe male 7/16 inci (11 mm)
melingkar atau heks dan female 3/8 in (9,5 mm) ulir eksternal). Bentuk konektor SMA bisa
dilihat pada Gambar 2.3.
3. Spectrum analyzer
Spectrum analyzer adalah alat ukur serbaguna dalam melakukan pengukuran sinyal
pada domain frekuensi. Sebuah penganalisa dapat dipakai untuk melakukan pengukuran
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
power, gain, dan noise. Spectrum analyzer juga digunakan untuk menyelidiki mengenai
distribusi energi sepanjang spektrum frekuensi dari sinyal listrik yang diketahui. Dari
penyelidikan ini diperoleh informasi yang sangat berharga mengenai lebar bidang frekuensi
(bandwidth), efek berbagai jenis modulasi, pembangkitan sinyal yang palsu dan begitu juga
pada semua manfaatnya dalam perencanaan dan pengujian rangkaiaan RF (radio frequency).
Spectrum analyzer mempunyai fungsi secara khusus untuk mengukur beberapa besaran
sinyal dalam suatu spectrum frekuensi yang terbatas. Spectrum analyzer merupakan sebuah
penerima sinyal secara pasif, yang berarti sinyal yang diterima hanya ditampilkan saja untuk
mengukur sinyal elektrik yang melalui atau ditransmisikan oleh sebuah sistem atau
perangkat.
Sinyal yang ditampilkan oleh spectrum analyzer akan dianalisis oleh pengguna untuk
mengetahui parameter sinyal tersebut. Dengan mengetahui parameter sinyal tersebut,
pengguna dapat menentukan kinerja, menemukan masalah, dan sebagainya terkait dengan
sistem atau perangkat tersebut. Spectrum Analyzer bisa terlihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Spectrum Analyzer
Dalam perancangan antena dipole mikrostrip, terlebih dahulu harus dihitung dimensi
antena yang akan dibuat khususnya panjang dari lengan dipole tersebut. Untuk memperoleh
dimensi antena dipole mikrostrip, harus diketahui parameter-parameter dari bahan yang akan
digunakan, yaitu tebal dielektrik (h), dan konstanta dielektrik. Elemen substrat (substrate)
berfungsi sebagai bahan dielektrikum dari antena dipole mikrostrip yang membatasi elemen
peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen ini memiliki jenis yang bervariasi yang dapat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
digolongkan berdasarkan nilai permitivitas relatif (εr) dan ketebalan (h). Kedua nilai tersebut
mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth, dan juga efisiensi antena yang akan dibuat.
Ketebalan substrat jauh lebih besar daripada ketebalan logam peradiasi. Semakin tebal
substrat maka bandwidth akan semakin meningkat tetapi akan berpengaruh terhadap
timbulnya gelombang permukaan (surface wave).
Bidang pentanahan (ground plane) berfungsi sebagai pembumian bagi sistem antena
mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis bahan yang sama dengan
elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga. Untuk menghitung panjang dari lengan dipole
mikrostrip, terlebih dahulu harus dihitung konstanta dielektrik efektif () dari dipole
mikrostrip menggunakan persamaan berikut:
Sehingga diperoleh panjang total dari lengan dipole mikrostrip menggunakan persamaan
berikut:
Selain panjang lengan dipole mikrostrip, hal lain yang perlu dilakukan perhitungan
adalah lebar saluran pencatu (Wf). Saluran pencatu yang digunakan dalam perancangan
memiliki impedansi 50 Ω. Lebar saluran pencatu dapat diperoleh dengan menggunakan
persamaan berikut:
16
−1
Ada beberapa parameter penting sebagai parameter antena yang biasanya ditentukan
pada pengamatan medan jauh (far field). Parameter-parameter tersebut adalah sebagai
berikut:
Umumnya, antena dipandang sebagai beban saluran transmisi dengan impedansi
tertentu, impedansi ini dikenal dengan impedansi masukan dari antena dan dapat ditentukan
dengan persamaan berikut:
Dimana mewakili impedansi input, adalah Resistansi kerugian, adalah
resistansi radiasi, adalah reaktansi. Jika koefisien refleksi dikenal:
= ( 1+11
Dimana mewakili impedansi masukan, 0 adalah impedansi parameter saluran
transmisi, dan 11 sebagai koefisien refleksi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Impedansi masukan dapat digunakan untuk menentukan transfer daya maksimum
antara saluran transmisi dan antena, akan terjadi ketika kedua impedansi sama. Jika terjadi
ketidaksesuaian antara kedua impedansi, sinyal akan dipantulkan ke pemancar, dan mungkin
menyebabkan kegagalan pemancaran sinyal.
Perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|
max) dengan minimum (|V| min). 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 (T) pada persamaan berikut:
T = 0 −
ZL = impedansi beban
Z0 = impedansi saluran
Sedangkan persamaan yang digunakan untuk mencari nilai VSWR atau S, adalah
seperti yang terlihat pada persaman berikut:
= ||
1−|| (2.11)
Kondisi terbaik adalah ketika nila VSWR sama dengan 1 atau S = 1, yang berarti tidak
ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna, tetapi pada prakteknya sangat
sulit untuk diperoleh. Oleh sebab itu, biasanya nilai standar VSWR yang diizinkan dalam
perancangan antena adalah tidak lebih dari atau ≤ 2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
2.6.3 BANDWIDTH
Bandwidth suatu antena diartikan sebagai besar rentan frekuensi kerja dari suatu
antena yang berhubungan dengan beberapa parameter diantaranya impedansi input, pola
radiasi dan polarisasi yang memenuhi standar.
Nilai bandwidth dapat diketahui melalui nilai frekuensi bawah dan frekuensi atas dari
suatu antena telah diketahui sebelumnya. Frekuensi bawah adalah frekuensi terendah dan
frekuensi atas adalah frekuensi tertinggi dari frekuensi kerja antena. Untuk mencari
bandwidth dari suatu antena dapat menggunakan persamaan (9).
BW = −
× 100% (2.12)
= −
2 × 100% (2.13)
Bandwidth dalam persen disebut juga dengan fractional bandwidth (FBW) yang
mengukur seberapa lebar band yang dapat dicapai oleh antena. Nilai dari fractional
bandwidth bervariasi antara 0 sampai 2 atau dalam persen antara 0 % sampai 200 %. Antena
yang memiliki FBW sebesar 20 % atau lebih disebut dengan antena wideband, sedangkan
antena yang memiliki FBW lebih dari 50 % disebut antena ultra-wideband.
2.6.4 RETURN LOSS
terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya
diskontinuitas (mismatched) di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban
(antena). Return loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (12):
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
RL(dB) = 20 log10 |T| (2.14)
Frekuensi kerja dari antena yang baik adalah ketika return loss bernilai ≤ 10 dB
sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar
dibandingkan dengan gelombang yang ditransmisikan, atau dengan kata lain saluran
transmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan dalam melihat
apakah suatu antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.
2.6.5 POLA RADIASI
Pola radiasi adalah representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi koordinat
ruang. Sifat radiasi tersebut meliputi kerapatan fluks, intensitas radiasi, kuat medan, atau
polarisasi. Biasanya sifat dari radius yang sangat dipentingkan atau diprioritaskan adalah
persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Pola
radiasi terjadi karena arus listrik dalam suatu antena selalu dikelilingi oleh medan magnetis.
Arus listrik bolak balik (alternating current) menyebabkan muatan-muatan listrik bebas
dalam antena akan mendapat percepatan, sehingga timbul suatu medan elektromagnetik.
Medan elektromagnetik tersebut bolak-balik akan berjalan menjauhi antena dalam bentuk
gelombang elektromagnetik.
Pola radiasi di daerah dekat antena tidaklah sama seperti pola radiasi pada jarak jauh.
Istilah medan dekat merujuk pada pola medan yang berada dekat antena, sedangkan istilah
medan jauh merujuk pada pola medan yang berada di jarak jauh. Medan jauh juga disebut
sebagai medan radiasi dan merupakan hal yang diinginkan. Biasanya, daya yang dipancarkan
adalah yang diinginkan. Oleh karena itu, pola antena biasanya diukur di daerah medan jauh.
Untuk pengukuran pola radiasi, sangat penting untuk memiliki jarak yang cukup besar untuk
berada di medan jauh, jauh di luar medan dekat. Jarak dekat minimum yang diperbolehkan
bergantung pada dimensi antena berkaitan dengan panjang gelombang.
Selain itu, terdapat beberapa bentuk dari pola radiasi:
1) Pola Isotropic: antena yang memiliki radiasi sama besar ke segala arah. Antena
seperti ini akan memiliki pola radiasi berbentuk bola. Pola radiasi isotropic
seperti terlihat pada Gambar 2.5.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Gambar 2.5 Pola Radiasi Isotropic
2) Pola Directional: antena yang memiliki pola radiasi lebih efektif pada arah-arah
tertentu saja. Pola radiasi jenis ini seperti terlihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Pola Radiasi Directional
3) Pola Omnidirectional: antena yang memiliki pola radiasi yang sama hanya pada
bidang tertentu, seperti terlihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Pola Radiasi Omnidirectional
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
Persentase bagian-bagian dari pola radiasi yang ditunjukkan sebagai lobe. Lobe
tersebut dapat diklasifikasikan menjadi main (utama), side (samping), dan back (belakang).
Berikut adalah penjelasan dan gambar tentang pola radiasi antena:
1) Main lobe merupakan arah radiasi maksimum. Main lobe bisa terlihat pada
Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Pola Radiasi Main Lobe
2) Side lobe merupakan lobe-lobe yang lebih kecil dibandingkan dengan main lobe
yang disebut dengan minor lobe atau bisa dikatakan sebagai lobe selain main
lobe, seperti terlihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Pola Radiasi Side Lobe
3) Back lobe, merupakan lobe yang arahnya 1800 dengan main lobe. Side lobe dan
back lobe merupakan minor lobe yang keberadaannya tidak diharapkan. Hal ini
karena lobe-lobe kecil ini biasanya menyebabkan pemborosan energi dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
radiasi back lobe terlihat seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Pola Radiasi Back Lobe
2.6.6 GAIN
Gain adalah perbandingan antara intensitas radiasi suatu antena pada suatu arah
utama dengan intensitas radiasi dari antena isotropik yang menggunakan sumber daya
masukkan yang sama dan untuk menyatakan ini, power gain didefinisikan sebagai 4 kali
rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena. Hal ini dinyatakan
dengan persamaan berikut.
(2.15)
Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana
efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi
daya radiasi. Direktivitas merupakan besaran yang menyatakan perbandingan antara
kerapatan daya maksimal dengan kerapatan rata-rata. Pada antena yang tidak memiliki
kerugian, G=D. Gain menetukan seberapa besar sebuah antena memfokuskan energi
pancarnya.
Gain dari suatu antena terkait dengan direktivitas dan efisiensinya. Hubungan antara
gain dengan direktivitas adalah seperti pada persamaan berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
Jika dalam hasil pengukuran alat setelah difabrikasi, yang didapatkan adalah power
gain, berikut adalah rumus untuk menghitung gain seperti terdapat pada persamaan berikut:
2 = 2 − 1 + 1 (2.17)
Metode yang paling banyak digunakan untuk mengukur gain antena adalah metode
perbandingan. Cara ini mempergunakan penguatan standar untuk menentukan penguatan
absolut. Awalnya dilakukan pengukuran gain relative terhadap antena standar yang
penguatannya sudah diketahui.
Pada awalnya, antena yang diukur ditempatkan sebagai penerima dan daya yang
diterima antena diteruskan ke beban yang sesuai sambil direkam. Sesudah itu, antena
pembanding atau referensi menggantikan antena yang diukur dan daya yang diterima
diteruskan ke beban yang sesuai yang sama sambil direkam juga. Untuk kedua keadaan,
antena diarahkan pada polarisasi yang sesuai dan penerimaan maksimumnya. Dalam kedua
pengukuran daya pemancar tetap sama dan kondisi di daerah penerimaan juga sama, hanya
terjadi penggantian antena saja. Terdapat dua jenis gain, yaitu:
1) Absolute gain
Didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi yang diterima
antara suatu antena terhadap antena pembanding dengan input daya yang sama. Antena
pembanding pada absolute gain berupa antena isotropik.
2) Relative gain
Didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas radiasi yang diterima
antara suatu antena terhadap antena pembanding dengan input daya yang sama. Antena
pembanding pada relative gain biasanya berupa antena dipole ½ λ.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Penambahan komponen pada saat pengambilan data dengan tujuan untuk sebagai
pembanding dengan data asli yang telah diambil sebelumnya. Tambahan komponen tersebut
untuk melihat perbedaan dari parameter-parameter antena yang dijadikan acuan sebagai
keberhasilan suatu antena. Dalam hal ini, kira-kira data parameter yang telah diambil tanpa
dengan menggunakan komponen tambahan lebih baik dari pengambilan data parameter
dengan menggunakan komponen tambahan.
sering digunakan untuk pengukuran pada frekuensi radio. Tetapi, bisa juga digunakan untuk
pengukuran pada frekuensi-frekuensi rendah. Directional coupler memiliki beberapa
kemampuan, yaitu: mengarahkan sinyal dan mengkopling sinyal. Komponen tambahan
directional coupler bisa dilihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Directional Coupler
2.7.2 Connector BNC Kabel koaksial biasa disebut juga BNC (Bayonet Naur Connector) atau COAX. Kabel
ini sering digunakan untuk kabel antena TV dan sering juga digunakan pada jaringan LAN.
Kabel koaksial biasa disebut juga BNC (Bayonet Naur Connector) atau COAX. Kabel ini
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
sering digunakan untuk kabel antena tv dan sering juga digunakan pada jaringan LAN.
Connector BNC atau kabel koaksial bisa dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Connector BNC
2.7.3 GW Instek USG LF-44 (USG Signal Generator) GW Instek meluncurkan generator sinyal RF Seri USG yang baru, yang hadir dengan
lima model untuk memenuhi kebutuhan pengguna dan merupakan generator sinyal RF yang
kompatibel dengan antarmuka dan rentang frekuensi dari 35MHz hingga 4400MHz. Seri
USG menyediakan output sinyal gelombang kontinu (CW) tanpa fungsi modulasi sinyal.
Atenuasi elektronik bawaan dari Seri USG memungkinkan rentang daya yang dapat
disesuaikan dari -30dBm hingga 0dBm. Seri USG memiliki beberapa mode operasional
termasuk frekuensi tetap, sapuan frekuensi, lompatan frekuensi, dan sapuan daya. Generator
sinyal RF Seri USB, dengan batasan bandwidth frekuensi, memberikan kinerja keluaran
harmonik yang lebih rendah. GW Instek USG LF-44 bisa dilihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 USG Signal Generator
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Proses dalam merancang suatu antena yang pertama dilakukan adalah menentukan
parameter antena seperti: frekuensi kerja, return loss, VSWR, gain dan bandwidth antena.
Merancang dan membuat antena dipole mikrostrip yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.
Perancangan antena ini bertujuan untuk mendapatkan parameter antena dipole mikrostrip
dengan bandwidth tertentu. Selain itu, dilakukan juga proses fabrikasi antena dipole
mikrostrip yang memiliki sifat sesuai dengan desain dan nilai gain antena, pola radiasi, dan
bandwidth yang lebih baik. Untuk mencapai perancangan ini, dilakukan persiapan sesuai
spesifikasi teknis.
Bahan substrat yang digunakan adalah jenis FR4 dengan konstanta dielektrik sebesar
4,4 dan ketebalan substrat sebesar 1,6 mm. Ketebalan substrat berpengaruh terhadap
parameter bandwidth, semakin tebal substrat maka bandwidth akan semakin meningkat,
tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan (surface wave). Begitu juga
sebaliknya, semakin kecil tebal substrat maka efek gelombang permukaan semakin kecil
sehingga diharapkan dapat meningkatkan kinerja antena seperti return loss, bandwidth, dan
gain. Spesifikasi antena yang akan dibuat terlampir pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi antena yang diharapkan [12]
No Parameter Antena Nilai
2. Gain ≤ 10 dBi
4. VSWR ≤ 2
27
Tahap perancangan antena dipole mikrostrip yang akan dilakukan terlihat pada
Gambar 3.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat keras yang
digunakan untuk fabrikasi dan pengukuran antena menggunakan network analyzer,
sedangkan perangkat lunak menggunakan CST Microwave 2018 yang digunakan untuk
melakukan simulasi dan untuk mengetahui karakteristik atau kinerja antena dipole
mikrostrip.
Perangkat keras yang digunakan untuk membuat dan mengukur antena dipole
mikrostrip, yaitu:
2. Connector SMA 50 Ω
3. Kabel Koaksial
4. Spectrum Analyzer
Selain itu, terdapat juga perangkat lunak (software) yang digunakan untuk mendesain
antena, yaitu:
seperti frekuensi kerja, bandwidth, impedansi input, return loss, VSWR, pola radiasi
dan gain.
Perangkat ini digunakan untuk membuat diagram alir perancangan antena dipole
mikrostrip.
3.4 TAHAPAN SIMULASI ANTENA
Diagram alir penelitian pada skripsi ini dapat dilihat pada Gambar 3.2. Penelitian
dimulai dengan menentukan frekuensi kerja dan jenis substrat yang akan digunakan.
Selanjutnya melakukan perancangan antena secara teoritis terhadap ukuran dipole
microstrip. Tahap dari perancangan simulasi antena dipole mikrostrip yang akan dilakukan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Hal pertama yang dilakukan dalam pengerjaan antena adalah menentukan parameter-
parameter yang mempengaruhi desain dari antena yang akan dirancang. Setelah ditentukan
semua parameter yang dibutuhkan, kemudian menentukan frekuensi antena dan jenis
substrat yang akan digunakan. Selanjutnya, menghitung panjang dan lebar antena dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
dipole mikrostrip dengan frekuensi 2,4 GHz menggunakan software desain antena,
kemudian nilai yang telah dihitung menggunakan persamaan dimasukkan ke dalam simulasi
nilai-nilai dari panjang antena. Selain itu, dilakukan penambahan waveguide port agar
simulasi dapat dijalankan.
Setelah semua parameter telah sesuai dan didapatkan desain antena dipole mikrostrip
sesuai maka dilakukan running simulation untuk melihat hasilnya sudah sesuai atau belum
dengan parameter antena yang diharapkan. Jika parameter yang diharapkan berupa nilai
VSWR ≤ 2 dan nilai return loss ≤ -10 dB telah didapatkan pada frekuensi kerja 2,4 GHz,
maka dapat dilakukan fabrikasi dari antena. Namun, jika parameter antena belum sesuai
dengan yang diharapkan, maka dilakukan optimasi terlebih dahulu hingga sesuai dengan
parameter antena yang ingin dicapai. Setelah antena di fabrikasi, akan dilakukan pengujian
dan pengukuran antena. Pengujian dan pengukuran antena ini akan dilakukan di
laboratorium. Saat melakukan pengujian secara real, apabila hasil pengujian tidak sesuai
dengan parameter antena yang ingin dicapai, maka perlu dilakukan optimasi lagi pada
fabrikasi antena untuk memperoleh hasil yang sesuai.
Optimasi perancangan dilakukan untuk mendapatkan hasil yang paling optimal. Hal
ini dilakukan dengan cara mengatur ukuran dipole mikrostip.
3.5 PERANCANGAN ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP
Tahapan antena pertama kali adalah menentukan karakteristik antena yang diinginkan,
sesuai dengan diagram alir yang telah dibuat. Karakteristik antena yang dimaksud yaitu
frekuensi kerja dan VSWR. Pada perancangan ini diharapkan dapat memberikan
karakteristik hasil yang diinginkan yaitu [13]:
1. Frekuensi kerja : 2,4 GHz
2. Impedansi karakteristik : 50 (koaksial konektor SMA)
3. VSWR : ≤ 2
31
perancangan dilakukan untuk mendapatkan hasil yang paling optimal. Hal ini dilakukan
dengan cara mengatur ukuran antena dipole mikrostip.
Perancangan dimensi antena dipole mikrostrip untuk frekuensi 2,4 GHz dibagi atas
perhitungan panjang dan lebar dari lengan dipole. Pada perancangan antena dipole
mikrostrip, lebar dari antena dipole ditetapkan sebesar 2 mm dan jarak dari kedua lengan
dipole antena adalah 0,1 mm.
3.5.1 PERANCANGAN DIMENSI ANTENA
Pada perancangan dimensi antena dipole mikrostrip untuk frekuensi 2,4 GHz, dicari
panjang total lengan dipole (L) dengan lebar dipole (W) sebesar 2 mm.
1) Berdasarkan persamaan (2.4), (2.5) dan (2.1) diperoleh panjang total antena dipole
miksrostrip sebagai berikut:
= 4,4 + 1
2 + 4,4 − 1
= 107
2) Berdasarkan persamaan (2.6) dan (2.7) diperoleh lebar antena dipole mikrostrip
sebagai berikut:
32
4,4 − 1
2 ∗ 4,4 }
4,4 ]} = 3,05 mm
3) Berdasarkan persamaan (2.2) dan (2.3) diperoleh panjang dan lebar ground sebagai
berikut:
Lebar Ground
Dalam perancangan antena ini tidak menggunakan pencatu tapi dirancang
menggunakan internal port dengan jarak kedua patch 0,1 mm, dengan impedansi saluran
sebesar 50 Ω.
Berdasarkan perhitungan secara teoritis diperoleh ukuran antena dipole mikrostrip
tanpa iterasi pada frekuensi 2,4 GHz, diperlihatkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Dimensi Antena Tanpa Iterasi
Ukuran Lambang Nilai
Jarak antar lengan dipole g 2 mm
Panjang substrat L 63,1 mm
Lebar substrat W 12,65 mm
Tebal Substrat h 1,6 mm
Tebal Patch t 0,035 mm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Setelah diperoleh ukuran panjang total dan lebar pada antena dipole mikrostrip tanpa
iterasi untuk frekuensi 2,4 GHz, kemudian dilakukan perancangan untuk menentukan
panjang total dan lebar antena. Hasil perancangan tanpa iterasi dapat dilihat pada Gambar
3.3.
Berikut merupakan parameter antena dipole mikrostrip dari hasil simulasi tanpa
iterasi atau optimasi seperti terlihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Parameter Antena Dipole Mikrostrip dari Hasil Simulasi
Parameter Antena Nilai
34
Di bawah ini, ditampilkan juga hasil perencanaan perancangan antena dipole
mikrostrip tanpa iterasi dengan menggunakan software CST Microwave 2018, seperti
berikut:
Pada hasil perancangan tanpa iterasi, menunjukan antena dipole mikrostrip bekerja
pada frekuensi 8,92 GHz. Bandwidth yang dihasilkan sebesar 417 MHz dengan rentang
frekuensi sebesar 8,71 GHz - 9,13 GHz. Hasil simulasi tanpa iterasi yang telah dirancang
masih sangat jauh dari hasil yang diharapkan, seperti terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Return Loss Sebelum Iterasi
2. VSWR
Pada perancangan tanpa iterasi, menunjukan antena mendapatkan VSWR bernilai
1,26. Hasil simulasi tanpa iterasi yang telah dirancang masih sangat jauh dari hasil yang
diharapkan seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 VSWR Sebelum Iterasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Pada perancangan tanpa iterasi, menunjukan antena dipole mikrostrip bekerja pada
frekuensi 8,92 GHz dan mendapatkan impedansi masukkan sebesar 58,65 + j9,24 seperti
pada Gambar 3.6.
4. Pola Radiasi
Pada perancangan tanpa iterasi, menunjukan antena bekerja pada frekuensi 8,92 GHz
dan menghasilkan pola radiasi directional karena radiasinya hanya mengarah pada suatu
derajat tertentu. Hasil simulasi tanpa iterasi yang telah dirancang bisa dilihat pada Gambar
3.7.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
Berdasarkan hasil perhitungan dimensi antena tanpa iterasi secara teoritis dan simulasi
dengan software simulator di atas, maka langkah selanjutnya adalah perencanaan proses
pengujian visual hasil fabrikasi setelah antena dipole mikrostrip dicetak atau dalam istilah
antena disebut dengan proses fabrikasi. Adapun pengukuran yang dilakukan untuk
mengetahui parameter-parameter dari antena yang telah dirancang dan difabrikasi dalam
proposal Tugas Akhir ini. Perencanaan pengujian visual hasil fabrikasi PCB meliputi
pengukuran parameter VSWR, bandwidth, gain, return loss, impedansi masukkan dan pola
radiasi. Pengukuran parameter-parameter tersebut mengunakan alat ukur signal generator
sebagai sinyal penerima dan spectrum analyzer sebagai sinyal pengirim konfigurasi
pengukurannya. Perencanaan proses pengujian visual hasil fabrikasi dilakukan dengan cara
sebagai berikut:
a) Probe 50 pada input spectrum analyzer dipasang, lalu kalibrasi dengan
memasukan sinyal dari signal generator untuk melakukan validasi pengukuran
dengan cara membuat kondisi alat ukur sesuai standar.
b) Setelah kalibrasi selesai hubungkan konektor input 50 pada antena yang akan
diukur pada probe yang terpasang di spectrum analyzer dan signal generator.
c) Untuk menampilkan rentang frekuensi sebagai pengamatan, digunakan tombol
start dan tombol stop pada spectrum analyzer.
d) Signal generator dan spectrum analyzer dinyalakan dengan frekuensi 2,4 GHz
sebagai frekuensi kerja antena.
Selain pengujian untuk mengetahui parameter-parameter antena diatas, terdapat
pengujian berikutnya yaitu: dengan memasangkan antena hasil rancangan pada sebuah Wi-
Fi router dan mengukur level daya sinyal terima pada perangkat mobile yang menangkap
sinyal dari antena Wi-Fi router tersebut. Hasil dari pengujian tersebut akan dibandingkan
dengan level daya terima dari antena dipole mikrostrip.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
4 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai hasil pengujian dan implementasi dari
perancangan antena dipole mikrostrip yang dapat beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz dan
kemudian akan disimulasikan serta dilakukan optimalisasi dari karakteristik dimensi antena
menggunakan software CST STUDIO SUITE 2018. Pengujian antena dipole mikrostrip
dibutuhkan untuk mengetahui kinerja yang dihasilkan oleh antena dipole mikrostrip yang
telah difabrikasi atau dicetak. Data yang didapat dari pengujian antena dipole mikrostrip
digunakan dalam proses analisis. Proses analisis dapat digunakan untuk mengembangkan
antena dipole mikrostrip yang dibuat agar dapat bekerja secara maksimal. Adapun parameter
yang akan dibahas adalah VSWR, gain, pola radiasi, return loss.
4.1 Hasil Implementasi Antena
4.1.1 Bentuk Fisik Antena Dipole Mikrostrip Perancangan antena dipole mikrostrip hasil simulasi kemudian difabrikasi dengan
menggunakan bahan substrat FR-4, sehingga didapatkan bentuk antena seperti terlihat pada
Gambar 4.1.
Substrat
38
Pengambilan data parameter pola radiasi dengan cara berikut:
Antena dipole mikrostrip disambungkan dengan kabel koaksial dengan port
SMA connector tipe female karena port SMA connector pada antena adalah tipe
male.
Kabel koaksial yang telah disambungkan ke antena dipole mikrostrip
disambungkan lagi ke port SMA connenctor bertipe female yang terdapat pada
router.
Sesudah itu, untuk melacak jaringan antena tersebut, digunakanlah aplikasi Wifi
Analyzer yang ada pada Android Handphone.
Langkah pengambilan data parameter pola radiasi di atas seperti terlihat pada
Gambar 4.2 dan Gambar 4.3.
Gambar 4.2 Cara pengambilan data Pola Radiasi
Gambar 4.3 Software Wifi Analyzer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Wifi Analyzer seperti terlihat pada Gambar 4.3 di atas, terdapat pada hp android yang
biasanya kita gunakan, yakni pada playstore. Untuk bisa diakses di hp, terbih dahulu kita
mendownload aplikasi tersebut. Setelah didownload, barulah bisa dihubungkan dengan
router dengan nama ElektroSpot yang tersambungkan dengan antena. Cara membaca data
parameter pola radiasi yang ada pada aplikasi tersebut, yaitu dengan melihat berapa besar
dBm yang ditangkap oleh antena dipole mikrostrip seperti contoh pada Gambar 4.3 diatas,
yaitu sebesar - 46 dBm.
Pengambilan data parameter pola radiasi dilakukan beberapa kali sesuai sudut elevasi,
yakni dari 00 sampai 3600 secara vertikal dan horizontal. Setelah semua data parameter pola
radiasi tersebut didapat, kemudian dimasukkan ke excel untuk diolah dan membentuk pola
radiasi Azimuth dan pola radiasi Elevasi seperti terlihat pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6.
2. Pengambilan Data Parameter Return Loss, VSWR, Impedansi
Masukkan dan Power Gain
Untuk menguji hasil rancangan, dilakukan pengukuran pada antena yang telah
difabrikasi menggunakan Spectrum Analyzer dan Network Analyzer. Parameter yang
diukur adalah VSWR, return loss, impedansi antena, pola radiasi dan power gain.
Pengambilan data parameter return loss, vswr, impedansi masukkan dan power gain
dengan cara berikut:
Kabel koaksial dengan port SMA connector tipe female disambungkan dengan
port tipe male yang ada di antena dipole mikrostrip.
Sisi lain dari kabel tersebut disambungkan ke BNC connector yang memiliki 3
port dan disambungkan ke spectrum analyzer.
Selain itu, sisi lain dari BNC disambungkan ke GW Instek USG LF-44 yang
dihubungkan langsung dari CPU. Tujuan dipasangkannya GW Instek USG ini
untuk meluncurkan generator sinyal RF yang kompatibel dengan antarmuka dan
rentang frekuensi dari 35MHz hingga 4400MHz. Seri USG ini menyediakan
output sinyal gelombang kontinu (CW) tanpa fungsi modulasi sinyal.
Port BNC yang lainnya dihubungkan ke spectrum analyzer untuk menampilkan
keluaran dari gelombang antena tersebut.
Langkah pengambilan data parameter di atas seperti terlihat pada Gambar 4.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
4.2 Hasil Simulasi Antena
Dari hasil simulasi awal antena dipole mikrostrip 2,4 GHz sebelum difabrikasi,
diketahui bahwa antena belum bekerja dengan baik pada frekuensi yang diinginkan,
sehingga proses optimalisasi dimensi antena perlu dilakukan. Optimalisasi dilakukan dengan
cara mengubah-ubah panjang dari lengan antena atau patch antena dipole mikrostrip
sehingga diperoleh hasil yang diinginkan. Data hasil dari optimalisasi dapat dilihat pada
lampiran 1. Gambar dari data parameter hasil simulasi antena dapat dilihat pada lampiran 3.
Data hasil simulasi antena dipole mikrostrip sebelum difabrikasi dapat dilihat seperti
terdapat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi Perancangan Awal dan Setelah Optimalisasi
Parameter Antena Nilai Perancangan Awal Nilai Setelah Optimasi
Return Loss -18,704 dB -35,402 dB
VSWR 1,26 1,0435
Gain 1,635 dB 2,034 dBi
Pola Radiasi Directional Directional
41
4.3.1 Pengukuran Antena Tanpa Directional Coupler Hasil pengukuran antena dipole mikrostrip setelah difabrikasi dilakukan setelah hasil
simulasi dari antena sudah dioptimalisasi. Hal ini bertujuan agar antena yang dicetak,
hasilnya bisa sesuai dengan antena yang diharapkan. Gambar dari hasil pengambilan data
antena setelah difabrikasi terdapat pada lampiran 3. Hasil data parameter antena dipole
mikrostrip bisa dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Data Parameter Antena Tanpa Directional Coupler
Parameter Antena Nilai
Power Gain -64,63 dBm
Selain data parameter antena di atas, terdapat juga data parameter pola radiasi. Hasil
pengukuran parameter pola radiasi antena dipole mikrostrip dengan frekuensi 2,4 GHz pada
sudut Azimuth (data pola radiasi diambil secara horizontal) dan sudut Elevasi (data pola
radiasi diambil secara vertikal) ditunjukkan seperti terlihat pada Gambar 4.5 dan Gambar
4.6.
42
4.3.2 Pengukuran Antena Menggunakan Directional Coupler Setelah diperoleh data parameter antena dipole mikrostrip dengan frekuensi 2,4 GHz
setelah difabrikasi tanpa menggunakan directional coupler, maka proses selanjutnya adalah
melakukan pengukuran data parameter pada antena dengan menggunakan directional
coupler. Tujuan pengambilan data parameter antena dengan menggunakan directional
coupler, hanya untuk mengetahui seberapa besar pengaruh directional coupler terhadap
parameter antena dipole mikrostrip tersebut. Berikut adalah pengukuran data parameter
antena setelah difabrikasi atau dicetak dengan menggunakan directional copler seperti
terlihat pada Tabel 4.3.
Parameter Antena Nilai
43
Perbandingan data parameter hasil simulasi, pengukuran tanpa directional coupler dan
pengukuran menggunakan directional coupler bertujuan untuk melihat perbandingan atau
perbedaan dari ketiga data tersebut. Gambar data hasil simulasi, pengukuran tanpa
menggunakan directional coupler dan pengukuran dengan menggunakan directional
coupler tersebut bisa dilihat di lampiran 3. Data hasil pengukuran dari hasil simulasi,
pengukuran tanpa directional coupler, pengukuran menggunakan directional coupler dan
tabel perbandingan untuk pengukuran hasil perancangan dengan hasil implementasi dapat
dilihat pada Tabel 4.4 dan Tabel 4.5.
Tabel 4.4 Data Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Simulasi
Parameter Antena Hasil Simulasi
VSWR 1,0435 158,024 7,334
Power Gain 9,701 dBm -64,63 dBm -67,24 dBm
Tabel 4.5 Data Perbandingan Pengukuran Hasil Perancangan dengan Hasil Implementasi
Parameter Antena Hasil
VSWR 1,26 158,024 7,334
Power Gain 9,701 dBm -64,63 dBm -67,24 dBm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Nilai gain yang didapatkan berasal dari perhitungan pada Persamaan (2.17):
2 = 2 − 1 + 1 = −67,24 − (−64,63) + 10,1 = 7,49 . Nilai gain tersebut agak
jauh dari target, tetapi antenanya masih layak karena hasilnya masih di bawah spesifikasi
yaitu ≤ 10 dBi. Hal ini disebabkan oleh rugi-rugi kabel koaksial dan gelombang
elektromagnetik lainnya, dan nilai gain dari hasil simulasi 2 = 2 − 1 + 1 = 1,635 −
2,034 + 10,1 = 9,431.
4.5.1 Analisis Hasil Simulasi Antena Hasil simulasi yang akan dilakukan pembahasan pada bagian ini adalah ukuran antena
dan parameter antena berkaitan dengan return loss, VSWR, impedansi masukkan, gain dan
pola radiasi. Tujuan dengan dimodelkannya antena dipole mikrostrip adalah untuk
meminimalisasi panjang fisik antenanya. Panjang dimensi antena yang dibuat dalam bentuk
dipole mikrostrip dapat menjadi lebih kecil dibandingkan panjang dimensi antena lainnya.
Begitu juga dengan antena dipole mikrostrip, panjang dimensi antenanya bisa berubah jika
dibuat dengan metode lainnya.
Dari hasi simulasi antena dipole mikrostrip 2,4 GHz sebelum difabrikasi, diketahui
bahwa antena belum bekerja dengan baik pada frekuensi yang diinginkan. Proses
optimalisasi dimensi antena perlu dilakukan. Optimalisasi dilakukan dengan mengubah-
ubah panjang dari lengan antena dipole mikrostrip atau patch antena dipole mikrostrip. Maka
dari itu, diperoleh hasil yang diinginkan atau sesuai dengan hasil perencanaan awalnya. Jika
antena mikrostrip dipole dimodelkan dengan teknik optimalisasi dimana ukuran patch
antena didapatkan sebesar 52,5 mm. Dilihat pada hasil perancangan 53,5 mm adalah ukuran
panjang total antena tanpa optimalisasi pada frekuensi 2,4 GHz dan 52,5 mm pada saat
optimalisasi, maka diperoleh persentase panjang dimensi antena berkurang sebesar 1,86 %.
1 = 53,5 − 52,5
53,5 100%
45
4.5.2 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran Antena Hasil analisis berdasarkan data yang terlampir pada tabel di atas, bisa dikatakan bahwa
data pengukuran parameter antena setelah difabrikasi agak jauh dari hasil simulasi.
Perbedaan hasil simulasi dan pengukuran tersebut menghasilkan antena dipole mikrostrip
dengan frekuensi 2,4 GHz memiliki beberapa perbedaan pada data parameter. Analisis
perbandingan hasil pengukuran dan simulasi dilakukan untuk mengetahui kedekatan nilai
antara simulasi dan hasil fabrikasi antena. Gambar 4.7 merupakan grafik perbandingan nilai
simulasi dan pengukuran VSWR sedangkan Gambar 4.8 grafik perbandingan nilai simulasi
dan pengukuran return loss. Perbedaan kedua parameter tersebut seperti terlihat pada
Gambar 4.7 dan Gambar 4.8.
Gambar 4.7 Grafik perbandingan nilai VSWR antara hasil Pengukuran dan Simulasi
Gambar 4.8 Grafik perbandingan nilai Return Loss antara hasil Pengukuran dan Simulasi
Hasil simulasi dan pengukuran agak jauh dikarenakan pengaruh gelombang
elektromagnetik pada saat antena diukur. Pengaruh gelombang elektromagnetik tersebut
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
gelombang elektromagnetik terjadi karena pengukuran antena dipole mikrostrip dilakukan
di ruangan yang biasa, yakni di Laboratorium Telekomunikasi.
Sebaiknya pengukuran antena dipole mikrostrip atau juga untuk pnegukuran antena
lainnya diukur di ruangan khusus yang dinamakan dengan Ruangan Anechoic Chamber.
Ruangan Anechoic Chamber adalah ruangan yang mampu menyerap gelombang
elektromagnetik. Penyerapan gelombang elektromagnetik ini sangat berguna untuk
mengurangi pantulan dan interferensi gelombang. Sangat berguna untuk pengambilan atau
pengukuran antena karena bisa meningkatkan tingkat keakuratan hasil pengukuran antena
menjadi presisi. Persentasi keberhasilan data parameter antena dipole mikrostrip setelah
difabrikasi atau dicetak dibandingkan dengan hasil simulasi:
Return Loss
0,11 − (−35,402)
47
4.6 Analisis Kesalahan Umum
Ada beberapa penyebab yang menyebabkan hasil pengukuran agak jauh dengan hasil
simulasi. Penyebabnya antara lain:
1. Adanya rugi-rugi pada kabel penghubung, konektor, tembaga pada substrat akan
mempengaruhi hasil.
2. Dalam simulasi tidak memperhitungkan temperatur dan kelembaban udara, tetapi pada
saat pengukuran antena dipole mikrostrip, pengaruh temperatur dan kelembaban juga
berpengaruh pada propagasi gelombang dan resistansi udara.
3. Proses penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu yang kurang baik akan
menyebabkan perbedaan hasil.
dengan perancangan pada simulasi di software Computer Simulation Tools (CST)
Microwave Studio 2018. Sehingga menyebabkan sinyal mengalami pelemahan di
ruang bebas.
5. Pengukuran tidak dilakukan di ruangan anechoic chamber, sehingga memungkinkan
sinyal diserap atau dipantulkan oleh benda-benda yang ada di ruangan. Benda-benda
tersebut yaitu:
Besi Logam yang berada pada ruangan uji.
Semua benda-benda telah disebutkan di atas juga akan memengaruhi nilai gain,
pola radiasi antena dan parameter antena lainnya. Selain itu, ada juga kelembapan
udara yang mempengaruhi parameter antena dipole mikrostrip.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
5.1 Kesimpulan
Pada Skripsi ini telah dirancang antena dipole mikrostrip dengan frekuensi 2,4 GHz
yang dapat diaplikasikan pada Wireless Fidelity (WiFi). Berdasarkan simulasi yang
dilakukan pada antena diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu:
1. Antena dipole mikrostrip telah berhasil dirancang dan difabrikasi serta dapat bekerja
pada frekuensi 2,4 GHz.
2. Hal yang harus diperhatikan pada saat simulasi antena dipole mikrostrip dengan
frekuensi 2,4 GHz adalah ukuran pada dimensi patch atau lengan antena dan jarak
antara dua patch lengan dipolenya.
3. Dilihat dari analisa dan pembahasan bentuk dan ukuran antena bahwa antena dipole
mikrostrip dipole dengan optimalisasi pada frekuensi 2,4 GHz yang telah difabrikasi
dilakukan pengurangan dimensi patch antena dipole mikrostrip sebesar 1,86 %.
5.2 Saran
Saran yang dapat disampaikan pada Skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Simulasi antena dipole mikrostrip dapat dimodelkan atau dirancang dengan
menggunakan aplikasi lain yang bisa digunakan untuk merancang atau mendesain
antena, seperti: CST 2020, CST 2018, AWR Microwave 2004 dan 4NEC2.
2. Diusahakan agar pada saat perancangan awal antena, juga dilakukan opmilasisai untuk
mendapatkan hasil yang lebih optimal.
3. Pada saat proses fabrikasi antena, dalam hal ini antena dipole mikrostrip dan juga
untuk antena lainnya, diusahakan untuk dilakukan atau dicetak di pabrik percetakan
antena.
4. Pada waktu pengukuran antena setelah difabrikasi, disarankan untuk mengukur antena
dengan menggunakan alat ukur atau penggaris yang lebih presisi ketika antena hendak
diukur sendiri atau tidak di tempat percetakan yang seharusnya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
6 DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Putro, B. Prasetya, Y. Wahyu, S. Gasket, U. Frekuensi, and W. Ghz, 2012,
“PERANCANGAN DAN REALISASI ANTENA DIPOLE MIKROSTRIP FRAKTAL
Antena Mikrostrip Bentuk Fraktal Seirpinski Gasket pada beberapa.”
[2] A. H. Rambe, 2008, “Rancang Bangun Antena Mikrostrip,” Universitas
INDONESIA, pp. 6–21.
[3] R. Indra, 2017, “Analisis Frekuensi 2,4 GHz dan Pengertiannya,”
http://rickyindra002.blogspot.com/2017/10/analisis-frekuensi-24-ghz-dan.html.
[4] Emworks, 2020, “STUDY OF 2.4GHZ ANTENNAS FOR WIRELESS WI-FI
APPLICATION.” [Online]. Available at:
application. [Accessed: 16-May-2020].
[5] S. Albano, 2019, “WiFi frequency bands: 2.4 GHz and 5 GHz.” [Online]. Available
at: https://www.minim.co/blog/wifi-frequency-bands-2.4-ghz-and-5-ghz. [Accessed:
20-May-2020].
[6] C. A. Balanis, 2005, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd Edition. .
[7] Warren L. Stutzman and Gary A. Thiele, 1390, Antenna Theory and Design. .
[8] and P. S. H. James, J. R, 1989, “Handbook Of Microstrip Antennas.” [Online].
Available at:
https://www.google.com/search?q=James%2C+J.+R%2C+and+P.+S+Hall.+1989.+
Handbook+Of+Microstrip+Antennas.+1st+ed.+London%2C+U.K.%3A+P.+Peregri
nus+on+behalf+of+the+Institution+of+Electrical+Engineers.&oq=James%2C+J.+R
%2C+and+P.+S+Hall.+1989.+Handbook+Of+Micro. [Accessed: 27-Mar-2020].
[9] P. Segitiga, D. U. Aplikasi, G. H. Z. D. A. N. Wimax, N. Sihombing, and A. H.
Rambe, 2004, “Studi perancangan antena mikrostrip,” pp. 37–43.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
[10] U. S. Utara and U. S. Utara, 2017, “Perancangan Antena Dipole mikrostrip dengan
Fraktal Cohen-Minkowski untuk Frekuensi 433 MHZ.”
[11] P. Studi, T. Telekomunikasi, and P. C. Riau, 2018, “FREKUENSI 1800 MHz DAN
2400 MHz FREKUENSI 1800 MHz DAN 2400 MHz DIPOLE D.”
[12] G. Nuansa, 2011, “RANCANG BANGUN ANTENA MIKROSTRIP DENGAN
METAMATERIAL CSRR PADA FREKUENSI 2,602,7 GHz.”
[13] A. B. Mutiara, R. Refianti, and Rachmansyah, 2011, “Design of microstrip antenna
for wireless communication at 2.4 GHZ,” Journal of Theoretical and Applied
Information Technology, vol. 33, no. 2, pp. 184–192
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L-1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L-2
Ukuran Antena Dipole Mikrostrip
Berikut ini adalah masukkan untuk software CST Microwave 2018 dari hasil
perhitungan dimensi antena dipole mikrostrip.
Tabel 1 Antena Dipole Mikrostrip Sebelum Optimalisasi
Tabel 2 Antena Dipole Mikrostrip Sebelum Optimalisasi
Tabel 3 Antena Dipole Mikrostrip Setelah Optimalisasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
L-3
Tabel 1 Sudut Pola Radiasi
Besar Sudut Hasil (dBm)
L-4
Besar Sudut Hasil (dBm)
L-5
L-6
1.0000000000e+009,+3.656778e-002,-8.708649e-001
1.0100000000e+009,+9.192931e-003,-8.738501e-001
L-7
L-8
L-9
L-10
L-11
L-12
1. Return Loss
L-13
L-14
1. Return Loss
L-15
o 00
o 300
L-16
L-17
L-18
L-19
1. Return Loss
L-20