MAKALAH ANTENA DAN PROPAGASI
Anggota Kelompok:
Ahmad Ilmiawan 1106052631
Faddly Triwanto 1206226532
Immanuel Chandra 1206263710
Oki Yoga 1206263686
Roland Sidabutar 1306482211
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa. Berkat rahmat dan Karunia-
Antena
Array Mikrostrip Square Patch untuk Aplikasi Bluetooth pada Frekuensi 2,4-2.48
GHz
Pada kesempatan kali ini, kami juga ingin mengucapkan terima kasih
kepada orang tua dan keluarga kami yang telah memberikan dukungan baik dari
segi moril dan materil.Tidak lupa kami juga ingin mengucapkan terima kasih
kepada teman-teman dan semua pihak yang telah membantu dalam pengerjaan
makalah ini.
Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas yang diberikan oleh Bu Yuli
Fitria.Karena keterbatasan kemampuan, maka makalah ini masih memiliki banyak
kekurangan baik dari segi isi maupun segi penyusunannya.Oleh karena itu kami
mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk perbaikan makalah ini.Diluar
itu semua kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada
umumnya.Terakhir, kami memohon maaf yang sebesar-besarnya apabila ada kata-
kata yang tidak berkenan atau menyinggung hati pembaca.
Depok, 13 November 2014
Penulis
i
DAFTAR ISI
....... ..... i
....... ..... ii
BAB I : Pendahuluan . 1
1.1 Latar . 1
1.2 Rumusan .............................. 2
1.3 Tujuan Penelitian .... 2
1.4 Metode Penelitian . 2
BAB II : Pembahasan . ....... ....... 4
2.1 Pengertian Antena.................................................................................... 4
2.2 Antena Mikrostrip.............................................. 5
2.3 Parameter Umum Antena Mikrostrip....................................................... 7
2.4 Kelebihan dan Kekurangan Antena Mikrostrip...... 12
2.5 Bahan Substrat............................................. 13
2.6 Pengertian Bluetooth.................................... 14
2.7 Sistem Operasi Bluetooth............................. 14
2.8 Spektrum Bluetooth........................................... 15
2.9 Interferensi Bluetooth......................................... 15
2.10 Range Bluetooth............................................... 16
2.11 Daya Bluetooth................................................. 16
2.12 Kelebihan dan Kekurangan Bluetooth.................................. 17
ii
BAB III : Perancangan Antena............................................................................... 18
BAB IV : Simulasi dan Analisa Antena................................................................. 29
BAB V : Pengukuran Antena.................................................................................. 41
BAB VI : Penutup.................................................................................................... 46
Kesimpulan ............................... 46
Daftar Pu . ... 48
iii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kita semua tentunya menyadari, bidang informasi dan telekomunikasi
mengalami revolusi khususnya untuk perangkat audiovisual, telepon selular, dan
antenna. Teknologi tersebut telah mengubah cara hidup masyarakat dan
mempengaruhi berbagai aspek kehidupan masyarakat. Kemajuan teknologi
informasi dan komunikasi memberikan begitu banyak kemudahan yang
memungkinkan setiap orang dapat berkomunikasi tanpa berkontak secara
langsung, salah satunya dengan menggunakan bluetooth.[1]
Perkembangan terkini dari komunikasi wireless seringkali membutuhkan
suatu karakteristik antenna yang mempunyai ukuran kecil, ringan, biaya rendah,
dengan proses fabrikasi yang mudah, dan conformal (dapat menyesuaikan dengan
tempat dimana antenna tersebut diletakkan). Antena mikrostrip merupakan salah
satu jenis 5ntenna dengan karakteristik yang tepat akan kebutuhan tersebut. Akan
tetapi jenis antenna ini memiliki beberapa kelemahan, diantaranya : gain rendah,
keterarahan yang kurang baik, efisiensi rendah, rugi-rugi hambatan pada saluran
pencatu, eksitasi gelombang permukaan dan bandwidth rendah [2].
Pada paper ini akan dibahas perancangan sebuah 5ntenna array mikrostrip
patch rectangularyang dapat digunakan pada 5ntenn wireless 5ntenna5h pada sisi
terminal (laptop, PC dan PDA). Rancang bangun 5ntenna mikrostrip dengan
frekuensi kerja 2.400-2.480 GHz dengan jangkauan efektif 12 m. Antena
mikrostrip yang dibuat adalah 5ntenna array 4 mikrostrip rectangular patch dan
jenis substrat FR-04 dengan dielektrik 4.4 dan h=1.6 mm. Perancangan dan
perhitungan parameter antenna secara 5ntenna menggunakan software simulasi
5ntenna CST.
1
1.2 Rumusan Masalah
Antena yang didesain merupakan antena mikrostrip array square patch.
dengan spesifikasi yang diinginkan. Untuk frekuensinya, antena bluetooth ini
bekerja pada rentang frekuensi dari 2.4 - 2.48 GHz sesuai dengan rentang
frekuensi kerja normal bluetooth pada umumnya.Dengan bandwidth dari antena80
MHz. Gain dari antenamikrostrippada jurnal referensi sebesar3dBi . Pada proyek
ini akan dibuat gain yang lebih besar. Hal ini dikarenakan kami ingin menambah
jangkauan dan kuat intensitas radiasiantena mikrostrip ini dengan cara meng-array
patch antena. Pada proyek ini, antena akan dibuat agar dapat mencapai jangkauan
lebih dari 3 meter. Untuk mencapai jangkauan tersebut, maka gain nya harus
ditingkatkan. Maka dari itu, pada penelitian ini fokusnya akan ditekankan untuk
meningkatkan gain sampai lebih dari 3dBi.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian paper ini adalah rancang bangun antena array mikrostrip
untuk applikasi bluetooth yang bekerja pada frekuensi 2.40-2.48GHz. Kemudian
menganalisis parameter kerja antena tersebut melalui perbandingan desain dan
hasil pengukuran serta membandingkan gain dan dimensi dengan jurnal acuan.
1.4 Metode Penelitian
1. Studi Pustaka
Studi pustaka adalah proses mencari literature untuk dijadikan referensi.
Literatur yang didapat berupa jurnal, buku, dan skripsi yang sudah pernah
ada. Proses studi pustaka ini harus dilakukan sebanyak mungkin agar
dapat memperoleh pemahaman yang baik dan didapat analisa yang tepat
mengenai bahasan masalah yang didapat.
2. Desain dan simulasi
Setelah melakukan studi pustaka dan dapat menentukan batasan masalah
yang diinginkan, dapat dilakukan proses desain. Proses desain yaitu
2
mendesain model antena yang dibutuhkan menggunakan software dengan
metode optimasi iterasi dan perhitungan mulai dari bahan sampai
parameter-parameter yang telah ditentukannya harus dipenuhi.Setelah
tahap desain, dilanjutkan dengan tahap simulasi.Simulasi adalah
mensimulasikan hasil desain antena yang telah dibuat untuk mengetahui
keberhasilan antena tersebut.
3. Fabrikasi
Fabrikasi adalah proses pembuatan bentuk fisik dari antena yang telah
didesain dan disimulasikan.
.
3
BAB II
ANTENA MI CROSTRIP UNTUK BLUETOOTH
2.1 PENGERTIAN ANTENA
Antena adalah sebuah alat yang bisa memancarkan dan atau menerima
gelombang elektromagnetik.Contoh penggunaaan antenna adalah komunikasi
tanpa kabel (nirkabel/wireless).
Dalam merancang antena diperlukan beberapa parameter, diantaranya :
Pola radiasi /pancaran : besaran yang menentukan ke arah sudut mana
sebuah antena memancarkan/mendistribusikan energinya.
Polarisasi antena : polarisasi gelombang yang diradiasikan oleh antena
pada arah yang diberikan/menyatakan arah dan orientasi dari medan listrik
dalam perambatannya dari antena.
Impedansi : impedansi masukkan antena pada terminalnya.
Resiprositas antena : penunjuk bahwa sebuah antena dapat berfungsi
sebagai pengirim dan juga penerima.
FBR (Front to Back Ratio) : perbandingan kuat pancaran padaa arah depan
dan belakang antena.
Daya teradiasi : daya teradiasi yang dihasilkan oleh antena.
Gain (penguatan) : perbandingan daya pancar suatu antena terhadap daya
pancar antena refrensi.
Directivity (keterarahan) : suatu karakteristik yang menggambarkan
seberapa besar energy dikonsentrasikan pada arah tertentu.
Efisiensi : efisiensi total yang dihasilkan dari sebuah antena.
Bandwidth : suatu range frekuensi dimana antena dapat beroperasi dengan
kinerja yang baik.
4
2.2 ANTENA MIKROSTRIP
Antena mikrostrip merupakan sebuah antena yang tersusun atas 3 elemen
yaitu: elemen peradiasi (radiator), elemen substrat (substrate), dan elemen
pentanahan (ground).
Elemen peradiasi (radiator) atau biasa disebut sebagai patch, berfungsi
untuk meradiasi gelombang elektromagnetik dan terbuat dari lapisan logam
(metal) yang memiliki ketebalan tertentu. Jenis logam yang biasanya digunakan
adalah tembaga (copper) dengan konduktifitas 5,8 x 107 S/m. Berdasarkan
bentuknya, patch memiliki jenis yang bermacam-macam diantaranya bujur
sangkar (square), persegi panjang (rectangular), garis tipis (dipole), lingkaran,
elips, segitiga, dll.
5
Gambar 2. Macam-macam bentuk Patch
Elemen substrat (substrate) berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena
mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen pentanahan. Elemen
ini memiliki jenis yang bervariasi yang dapat digolongkan berdasarkan nilai
konstanta dielektrik (r ) dan ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut
mempengaruhi frekuensi kerja, bandwidth, dan juga efisiensi dari antena yang
akan dibuat. Ketebalan substrat jauh lebih besar daripada ketebalan konduktor
metal peradiasi.Semakin tebal substrat maka bandwidthakan semakin meningkat,
tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan (surface wave).
Gelombang permukaan pada antena mikrostrip merupakan efek yang merugikan
karena akan mengurangi sebagian daya yang seharusnya dapat digunakan untuk
meradiasikan gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan.
Sedangkan elemen pentanahan (ground) berfungsi sebagai pembumian
bagi sistem antena mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis
bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam tembaga.
Antena mikrostrip memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan
antena lainnya, seperti secara fisik antena mikrostrip lebih tipis, lebih kecil, dan
lebih ringan, biaya pabrikasi yang murah, dapat dilakukan polarisasi linear dan
lingkaran dengan pencatuan yang sederhana, dan sebagainya. Tetapi, antena
mikrostrip juga memiliki keterbatasan dibandingkan dengan antena lainnya,
diantaranya memiliki bandwidth yang sempit, gain yang rendah, dan memiliki
efek gelombang permukaan (surface wave). Karena memiliki bentuk dan ukuran
yang ringkas, antena mikrostrip sangat berpotensi untuk digunakan pada berbagai
macam aplikasi yang membutuhkan spesifikasi antena yang berdimensi kecil,
6
dapat mudah dibawa (portable) dan dapat diintegrasikan dengan rangkaian
elektronik lainnya (seperti IC, rangkaian aktif, dan rangkaian pasif). Antena
mikrostrip telah banyak mengalami pengembangan sehingga mampu
diaplikasikan pada berbagai kegunaan seperti komunikasi satelit, militer, aplikasi
bergerak (mobile), kesehatan, dan, komunikasi radar.
2.3 PARAMETER UMUM ANTENA MIKROSTRIP
Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari
parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan
dijelaskan sebagai berikut.
2.3.1Bandwidth
Bandwidth (Gambar 1) suatu antena didefinisikan sebagai rentang
frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik
(seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR,
return loss, axial ratio)memenuhi spesifikasi standar.
Gambar 1. Rentang Frekuensi Yang Menjadi Bandwidth
7
Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini :
Dimana :f2 = frekuensi tertinggi
f1 = frekuensi terendah
fc= frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya [4]:
a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada
pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena
impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai
frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Pada
umumnya nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik masing-
masing adalah kurang dari -9,54 dB dan 2.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana beamwidth, sidelobe, atau
gain,yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai
tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth
dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana
polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk
polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.
8
2.3.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing
wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min) [3].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 sebagai koefisien refleksi
tegangan () [3]:
Dimana ZLadalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran
lossless.Koefisien refleksi tegangan () memiliki nilai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa
kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka [3]:
: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
= 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna
= +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
9
2.3.3 Penguatan (Gain)
Penguatan (Gain) pada antena mikrostrip merupakan perbandingan
intensitas radiasi pada arah tertentu terhadap intensitas radiasi yang diterima jika
daya yang diterima berasal dari antena isotropik.
2.3.4 Return Loss
Return Loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang
direfleksikan terhadap amplitude gelombang yang dikirimkan. Return loss
digambarkan sebagai peningkatan amplitude dari gelombang yang direfleksian
disbanding dengan gelombang yang dikirim. Return loss dapat terjadi akibat
adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan
beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas
(mismatched),besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi.
10
2.3.5 Keterarahan (Directivity)
Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio)
intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-
rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang
diradiasikan oleh a
intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini
dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Dan jika arah tidak ditentukan keterarahan terjadi pada intensitas radisasi
maksimum yang didapat dengan rumus :
Dimana :
D = keterarahan
Do = keterarahan maksimum
U = intensitas radiasi
11
Umax = intensitas radiasi maksimum
Uo = intensitas radiasi pada sumber isotropic
Prad = daya total radiasi
2.4 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ANTENA
MIKROSTRIP
GambarAntena Array Mikrostrip Patch Square
12
A. Kelebihan Antena Mik rostrip :
ukuran kecil dan ringan,
mudah dalam pembuatannya,
dapat beroperasi dalam single maupun dual band,
dapat dibuat untuk dual atau tripel frekuensi.
B. Kekurangan Antena Mik rostrip :
memiliki gain yang kecil untuk satu patch,
bandwidth sempit.
2.5 BAHAN SUBSTRAT
Bahan substrat adalah bahan yang berada antara dua konduktor dalam
saluran mikrostrip.Terdapat banyak bahan substrat dengan katakteristik masing-
masing yang berbeda. PadaTabel 1 terdapat 5 jenis bahan substart yaitu Bakelite,
FR 4 Glass Epoxy, RO4003, Taconic TLC, danRT Duroid. Setiap bahan substart
memiliki nilai konstanta dielektrik yang berbeda dengan yang lain, seperti terlihat
pada Tabel 1.
Tabel 1. Macam-Macam Bahan Substrat
13
2.6 BLUETOOTH
Bluetooth adalah spesifikasi industri untuk jaringan kawasan pribadi
(personal area networks atau PAN) tanpa kabel.Bluetooth menghubungkan dan
dapat dipakai untuk melakukan tukar-menukar informasi di antara peralatan-
peralatan. Bluetooth beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 Ghz dengan
menggunakan sebuah frequency hopping traceiver yang mampu menyediakan
layanan komunikasi data dan suara secara real time antara host-host bluetooth
dengan jarak terbatas.Kelemahan teknologi ini adalah jangkauannya yang pendek
dan kemampuan transfer data yang rendah
2.7 SISTEM OPERASI BLUETOOTH
Parameter Spesifikasi
Transmiter
Frekuensi
ISM band, 2400 - 2483.5 MHz
(mayoritas), untuk beberapa negara
mempunyai batasan frekuensi
sendiri, spasi kanal 1 MHz.
Maksimum Output Power
Power class 1 : 100 mW (20
dBm)Power class 2 : 2.5 mW (4
dBm)Power class 3 : 1 mW (0 dBm)
Maksimum Output Power
Power class 1 : 100 mW (20
dBm)Power class 2 : 2.5 mW (4
dBm)Power class 3 : 1 mW (0 dBm)
Modulasi
GFSK (Gaussian Frequency Shift
Keying), Bandwidth Time : 0,5;
Modulation Index : 0.28 sampai
dengan 0.35.
14
Out of band Spurious Emission
30 MHz - 1 GHz : -36 dBm
(operation mode), -57 dBm (idle
mode)1 GHz 12.75 GHz: -30 dBm
(operation mode), -47 dBm (idle
mode)1.8 GHz 1.9 GHz: -47 dBm
(operation mode), -47 dBm (idle
mode)5.15 GHz 5.3 GHz: -47 dBm
(operation mode), -47 dBm (idle
mode)
Receiver
Actual Sensitivity Level -70 dBm pada BER 0,1%.
Spurious Emission 30 MHz - 1 GHz : -57 dBm1 GHz
12.75 GHz : -47 dBm
Max. usable level -20 dBm, BER : 0,1%
2.8 SPEKTRUM BLUETOOTH
Teknologi Bluetooth beroperasi dalam tanpa izin industri, ilmiah dan
medis (ISM) band di 2,4-2,48 GHz, menggunakan spread spectrum, frekuensi
hopping, sinyal full-duplex pada tingkat nominal 1.600 hop / detik. 2,4 GHz ISM
band tersedia dan berlisensi di banyak negara.
2.9 INTERFERENSI BLUETOOTH
Frekuensi adaptif teknologi Bluetooth yang melompat (Adaptive
Frequence Hopping) kemampuan dirancang untuk mengurangi interferensi antara
teknologi nirkabel berbagi spektrum 2,4 GHz. AFH bekerja dalam spektrum untuk
mengambil keuntungan dari frekuensi yang tersedia. Hal ini dilakukan dengan
teknologi mendeteksi perangkat lain dalam spektrum dan menghindari frekuensi
yang mereka gunakan. Adaptif ini melompat di antara 79 frekuensi pada interval
15
1 MHz memberikan tingkat tinggi kekebalan gangguan dan juga memungkinkan
untuk transmisi yang lebih efisien dalam spektrum.Untuk pengguna teknologi
Bluetooth hopping ini memberikan performa yang lebih baik bahkan ketika
teknologi lainnya yang digunakan bersama dengan teknologi Bluetooth.
2.10 RANGE BLUETOOTH
Range adalah aplikasi spesifik dan meskipun berbagai minimum
diamanatkan oleh Core Specification, tidak ada batas dan produsen dapat
mengatur pelaksanaannya untuk mendukung kasus penggunaan mereka
memungkinkan. Rentang dapat bervariasi tergantung pada kelas radio yang
digunakan dalam implementasi:
Kelas 3 radio - memiliki jangkauan hingga 1 meter atau 3 meter
Kelas 2 radio - paling banyak ditemukan pada perangkat mobile - memiliki
jarak 10 meter atau 33 kaki
Kelas 1 radio - digunakan terutama dalam kasus penggunaan industri -
memiliki jangkauan 100 meter atau 300 kaki
2.11 DAYA BLUETOOTH
Radio yang paling umum digunakan adalah kelas 2 dan menggunakan 2,5
mW power. Teknologi Bluetooth dirancang untuk memiliki konsumsi daya yang
sangat rendah.Hal ini diperkuat dalam spesifikasi dengan memungkinkan radio
untuk dimatikan ketika tidak aktif.
Generic Alternatif MAC / PHY di Versi 3.0 HS memungkinkan penemuan
AMP remote untuk perangkat kecepatan tinggi dan ternyata di radio hanya bila
diperlukan untuk transfer data memberikan manfaat optimasi daya serta
membantu dalam keamanan radio.
16
Bluetooth teknologi energi rendah, dioptimalkan untuk perangkat yang
membutuhkan daya tahan baterai maksimum bukannya kecepatan transfer data
yang tinggi, mengkonsumsi antara 1/2 dan 1/100 kekuatan teknologi Bluetooth
terdahulu.
2.12 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN BLUETOOTH
A. Kelebihan yang dimiliki oleh Sistem Bluetooth adalah:
Bluetooth dapat menembus dinding, kotak, dan berbagai rintangan lain
walaupun jarak transmisinya hanya sekitar 30 kaki atau 10 meter.
Bluetooth tidak memerlukan kabel ataupun kawat.
Bluetooth dapat mensinkronisasi basis data dari telepon genggam ke
komputer.
Dapat digunakan sebagai perantara modem.
B. Kekurangan dari Sistem Bluetooth adalah:
Sistem ini menggunakan frekuensi yang sama dengan gelombang LAN
standar.
Apabila dalam suatu ruangan terlalu banyak koneksi Bluetooth yang
digunakan, akan menyulitkan pengguna untuk menemukan penerima yang
diharapkan.
Banyak mekanisme keamanan Bluetooth yang harus diperhatikan untuk
mencegah kegagalan pengiriman atau penerimaan informasi.
Di Indonesia, sudah banyak beredar virus yang disebarkan melalui
bluetooth dari telepon genggam.
17
http://id.wikipedia.org/wiki/Dindinghttp://id.wikipedia.org/wiki/Kabelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kawathttp://id.wikipedia.org/wiki/Modemhttp://id.wikipedia.org/wiki/LANhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Koneksi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Informasihttp://id.wikipedia.org/wiki/VirusBAB III
PERANCANGAN ANTENA
3.1 Menentukan Karakteristik Antena
Pada rancangan antena ini, diinginkan antena yang mampu bekerja pada
frekuensi 2,40 2,48GHz. Dengan frekuensi tengah 2,44 GHz. Frekuensi tengah
resonansi ini, selanjutnya akan menjadi nilai parameter frekuensi dalam
menentukan parameter-parameter lainnya seperti panjang gelombang, panjang sisi
biquad antena, serta panjang dan lebar saluran pencatu. Pada rentang frekuensi
kerja tersebut, diharapkan antena memiliki parameter VSWR
L=W= 29.47mm
Sedangkan pada hasil parameterisasi iterasi desain dengan
simulator CST diperoleh L = W 27.9 mm
c. Menentukan tebal substrat
Substrat yang digunakan adalah FR 04 dengan tebal h = 1.6 mm
d. Menentukanlebarsalurantransmisi
Rumusnyaadalah:
A = + (0,23+ )
= + (0,23+ )
= 1,529
=
=
Wo = 3,062mm
DenganZo2= 29,167
Rumusnyaadalah:
A2 = + (0,23+ )
= + (0,23+ ) = 0,822
19
=
=
Wo2= 9,16mm
DenganZo3
Rumusnyaadalah:
A3 = + (0,23+ )
= + (0,23+ )
= 0,587
=
=
Wo3 = 18,634mm
e. Panjang Gelombang
Pada perancangan antena mikrostrip circular untuk mengetahui
panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip, harus diketahui
terlebih dahulu panjang gelombang pada ruang bebas dengan
persamaan berikut ini:
20
Maka panjang gelombang pada saluran transmisi mikrostrip dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut :
f. Menentukan panjang spasi setiap elemen
d =
=
= 0,0425 m
= 42,5 mm
g. Menentukan Panjang Saluran Transformer
Untuk menentukan panjang saluran transformer (TL ) menggunakan
persamaan (8) berikut ini :
h. Menghitung VSWR
T =
21
T =
T = 0
VSWR =
VSWR =
VSWR = 1
Sedangkan menurut hasil parameterisasi nilai VSWR yang didapat
sebesar 1.1385
i. Menghitung Return Loss
Return loss = 20 log (T)
= 20 log (0)
= 20 Db
Sedangkan menurut hasil parameterisasi nilai return loss yang didapat
sebesar 23.773
3.3 Perancangan Simulasi
Flowchart Menggunakan CST
22
Mulai
Menentukan Frekuensi Kerja (2.4-2.44 GHz)
Memasukan nilai-nilai
parameter yang
akandicari
dimensi patch,
dimensi pcb, dimensi
saluran transmisi
Tidak
Gambar simulasi array2 patch
23
Memulai perancangan dengan
menggunakan parameter yang
telah dimasukan
Melihat hasil polaradiasi, gain,
bandwidth dan VSWR sudah
seperti yang diinginkan Melakukan optimasi
Selesai
Grafik s paramater
Grafik hasil VSWR
Gambar Polaradiasi 2D
24
Directivity
Gain
Gambar 3D gain
3D directivity
25
Surface Current
Hasil parameterisasi
Grafik S parameter
26
Grafik VSWR
Pola Radiasi 2D
Gambar pola radiasi 3D
Directivity 3D
27
Gain 3D
Surface Current
Data sementara yang didapat
VSWR = 1.1385 dB
Return loss = 23.773 dB
POLARADIASI = directional
GAIN = 5.6 dB
DIRECTIVITY = 5,809 dBi
28
BAB IV
SIMULASI DAN ANALISA ANTENA
4.1 Simulasi Perubahan Nilai Parameter Antena Awal
Perancangan antenna ini dilakukan dengan menggunakan software CST.
Desain dan rancang bangun antena ini mengacu pada spesifikasi antena bluetooth
pada jurnal referensi Antena yang akan dibangun sudah sesuai dengan kebutuhan
dan spesifikasi yang sudah diinginkan. Perubahan parameter ukuran dilakukan
pada bagian Lp ini diubah-ubah untuk mencapai bandwidth 83.5 MHz dan
frekuensi tengah 2.44GHz. Hasil simulasi yang didapatkan dari ukuran diatas
dengan nilai parameter-parameter yang diubah-ubah adalah :
I. Array 2 Patch
1. Perubahan Parameter LP
Gambar. 4.1.I.1
Gambar diatas menunjukkan grafik koefisien refleksi dari simulasi yang
dilakukan.Pada saat Lp= 28.5 mm nilai koefisien refleksinya mencapai -30 dB
dan frekuensi kerjanya mencapai sekitar 60 MHz. Pada saat Lp=30 mm, didapat
nilai koefisien reflesi yang bernilai sekitar -35 dB.Berdasarkan data diatas maka
nilai lp berada 30 dan 28,5, dan didapat nilai sesuai karakteristik pada 29,47,
29
dicari return loss yang menjauhi titik 0, dimana frekuensi kerja dapat diatur pada
parameter selanjutnya.
2. Perubahan Parameter D
Gambar. 4.1.I.2
Gambar 4.1.I.2 menunjukan bahwa pada lebar spasi akan mempengaruhi
frekuensi kerja antena, dimana semakin kecil nilai d akan menggeser nilai
frekuens kerja antena menuju 2,5Ghz, dengan nilai return loss, maka untuk
mendapatkan nilai yang sesuai dengan frekuensi kerja bluetooth maka digunakan
angka disekitar 40 mm, berdasarkan perubahan parameter kembali maka nilai
yang sesuai ada pada d 42.5 mm
3. Perubahan Paramater L
Gambar. 4.1.I.3
Berdasarkan gambar grafik diatas maka disimpulkan bahwa perubahan L
30
tidak banyak mempengaruhi nilai, namun pergerseran frekuensi kerja juga terjadi
meskipun sedikit, oleh karena itu digunakan L 120mm , karena didapat hasil
sesuai dengan frekuensi kerja bluetooth.
4. Perubahan Paramater W
Gambar. 4.1.I.4
Berdasarkan gambar diatas nilai w mempengaruhi return loss antena,
dimana perbesaran nilai w akan merubah return loss semakin mendekati titik 0,
dan mendekati titik 2,4 Ghz, sehingga tepat digunakan w dengan nilai 100 sesuai
dengan spesifikasi bluetooth.
5. Perubahan Parameter Wl
Berdasarkan grafik nilai wl akan merubah nilai returnloss menjauhi titik 0
dan menggeser frekuensi kerja menuju 2,5Ghz. Didapat nilai 18mm mendekati
nilai frekuensi kerja, dan 19mm melewati frekuensi kerja , sehingga didapat
31
bahwa nilai wl yang sesuai spesifikasi pada titik antara 2 titik tersebut, bedasarkan
perubahan nilai parameter kembali, didapat nilai wl sebesar 18,634mm yang
sesuai dengan spesifikasi pada frekuensi kerja 2,4 Ghz.
II. Array 4 Patch
1. Perubahan paramater LP
gambar 4.1.II.1
Gambar diatas menunjukkan grafik koefisien refleksi dari simulasi yang
dilakukan. Pada saat Lp berukuran 27mm(merah) dengan frekuensi mendekati 2.5
GHzdengan nilai koefisien refleksinya bernilai sekitar -20dB. Sedangkan pada
saat Lp= 28.5 mm mendekati 2.4 GHz, nilai koefisien refleksinya mencapai -30
dB dan frekuensi kerjanya mencapai sekitar 60 MHz. Pada saat Lp=27 mm,
didapat nilai koefisien reflesi yang bernilai sekitar -35 dB. Dari simulasi yang
sudah dilakukan ini, didapatkan bahwa nilai w7 yang diubah-ubah akan maksimal
saat Lp bernilai diantara 27 - 28.5 mm. Sehingga didapatkan nilai Lp yang sesuai
27.9 mm.
32
2. Perubahan paramater WO
gambar 4.1.II.2
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa
semakin besar nilai Wo maka lebar bandwidth akan semakin lebar,namun terlihat
bahwa pergeseran frekuensi terjadi, meskipun nilai wo 3,2 mm memiliki
bandwidth lebih besar dari nilai wo 2,8 mm, namun 2,8 mm memiliki nilai return
loss yang lebih baik, oleh karena itu diambil titik nilai diantara nilai tersebut,
karena meskipun dengan keuntungan seperti itu, nilai frekuensi kerja tidak sesuai
dengan spesifikasi bluetooth. Dan dari parameter ini , kami menggunakan nilai
yang sesuai dengan frekuensi kerja, yakni Wo=3,062mm karena paling sesuai
dengan standar spesifik Bluetooth kami.
3.Perubahan paramater D
gambar 4.1.II.3
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa
semakin besar nilai d maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, namun
kecenderungan tersebut diikuti dengan semakin turunya grafik return loss, yang
33
menandakan kinerja return loss yang baik, namun spesifikasi bluetooth pada
frekuensi kerja 2,4Ghz sesuai pada nilai 50mm, sehingga diambil angka 50mm
sebagai lebar spasi.
4.Perubahan paramater Wl
gambar 4.1.II.4
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa
semakin besar nilai wl maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, dan return
loss nya semakin baik, namun ditinjau kembali sesuai standar frekuensi kerja
bluetooth maka nilai wl yang digunakan berada pada wl 17.
5. Perubahan paramater Wt
gambar 4.1.II.5
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa
semakin besar nilai wt maka nilai frekuensinya akan semakin rendah, dan semakin
sempit bandwith, namun return loss nya semakin baik, berdasarkan tinjauan
standar kerja bluetooth maka nilai yang digunakan berkisar 7mm hingga 8mm,
34
berdasarkan perubahan tersebut didapat nilai yang sesuai berada pada 7,534mm.
6. Perubahan paramater L
gambar 4.1.II.6
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat bahwa semakin besar nilai L maka
nilai frekuensinya cenderung tetap. Dan dari parameter, kami menggunakan nilai
L=200 mm
7.Perubahan paramaterW
gambar 4.1.II.7
Berdasarkan grafik di atas, dapat dilihat kecenderungannya bahwa
semakin besar nilai W maka lebar bandwidthnya akan semakin rendah. Dan dari
parameter, kami menggunakan nilai W=150mm karena paling mendekati standar
spesifik Bluetooth kami, yaitu pada 2,4-2,83 GHz disamping telah melebihi batas
-10 dB
35
4.2 Kondisi Simulasi Antena Baru
Sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dan dibutuhkan, yaitu frekuensi
kerjanya yang berada diantar 2,4-2,48 GHz. Selain itu, juga dicari nilai koefisien
refleksinya dan frekuensi kerjanya. Frekuensi kerjanya harus mencapai 2,4-2,48
GHz.
Adapun rancangan desain yang dilakukan untuk mencapai kondisi
tersebut, dilakukan beberapa kali simulasi dengan berbagai jenis parameter yang
diubah. Yang disimulasikan adalah perubahan ukuran-ukuran dari antenna
tersebut. Adapun ukuran yang diubah ada tiga, yaitu ukuran lebar subtrat, ukuran
panjang subtrat, Lebar saluran transmisi dan Lebar spasi antar patch .
4.2.1 Hasil Simulasi
Antena array 2 patch bluetooth dengan disain array persegi 2 patch yang
diharapkan dapat menghasilkan frekuensi kerja antara 2,4-2,48 GHz dan gain
lebih dari 3 dbidisimulasikan dengan menggunakan software CST (Computer
Simulation Technology) Microwave Studio 2012. Proses pembuatan antena
terbagi menjadi tiga tahap yaitu :
1. Perancangan, yaitu membuat antena dengan dimensi yang sesuai dengan
literatur.
2. Simulasi, yaitu tindakan mensimulasikan antena yang sudah dirancang,
bertujuan untuk melihat parameter-parameter antena yang dihasilkan dari
rancangan tersebut. Setelah parameter-parameter diperoleh, proses
evaluasi dan penyesuaian dapat dilakukan.
3. Evaluasi dan penyesuaian, pada tahap ini dilakukan evaluasi jika
ditemukan parameter yang kurang atau tidak cocok dengan spesifikasi
yang diiinginkan. Setelah itu proses penyesuaian terhadap rancangan
antena dapat dilakukan untuk memperoleh spesifikasi antena sesuai
dengan yang diinginkan.
36
Proses ini dilakukan dengan banyak pengulangan agar ketidaksesuaian
rancangan dan hasil simulasi dapat diminimalisasi. Dengan demikian, kinerja
antena yang optimal dan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dapat
diperoleh.
Untuk mendapatkan parameter yang ingin dicapai, dalam hal ini gain yang
lebih besar dari 3 dBi, dilakukan tiga kali iterasi, dengan mengubah variabel
dimensi antena. Variabel dimensi antena dipilih karena berdasarkan rumusan
matematis (), gain dipengaruhi oleh ukuran atau dimensi dari antena, yaitu :
1. Sama dengan dimensi antena pada sumber acuan (tidak ada perubahan
dimensi)
2. Ukuran lebar substrat antena
Pada program CST pengujian dilakukan dengan menggunakan time
domain solver. Nilai parameter-parameter yang diuji melalui proses simulasi ini
dapat diperoleh berdasarkan grafik hasil simulasi yang ditampilkan. Berikut
adalah hasil yang diperoleh dari simulasi pada tiap iterasi, yaitu :
1. Tanpa ada perubahan dimensi terhadap antena acuan
(a)
Gambar 4.2.1.1 Parameter S11 antena tanpa perubahan terhadap dimensi acuan
Gambar 4.2.1 menggambarkan hasil simulasi antena untuk parameter S11 (return
loss), pola radiasi, dan gain antena. Berdasarkan Gambar 4.2 bandwidth yang
diperoleh, yakni rentang frekuensi dibawah nilai return loss -10 dB, diperoleh
37
pada frekuensi kerja antara 2,4 hingga 2,46 GHz. Semakin negatif nilai return loss
maka semakin baik kualitas dari sebuah antena. Pada grafik nilai return loss
paling negatif pada nilai 30 dB.
Hasil simulasi untuk parameter S11yang diperoleh tanpa mengubah
dimensi antena referensi sudah cukup baik, dengan bandwidth sebesar 50 MHz.
Gambar 4.2.1.2 Pola radiasi dan gain antena
Selannjutnya, Gambar 4.2.2 menunjukkan pola radiasi dan gain antena
yang diperoleh. Pola radiasi yang dihasilkan memiliki bentuk yang berbeda
dengan antena referensi. Pada antena referensi, diperoleh pola radiasi dengan
HPBW di sudut 60o. Sedangkan pada antena yang diuji, pola radiasi memiliki
pancaran radiasi ke arah atas dan tegak lurus pada bidang patch. Penyesuaian ini
dilakukan karena pada percancangan awal, diinginkan pola radiasi antena yang
memiliki pancaran directional. Untuk nilai gain, pada main lobe sudah tercapai
gain sebesar 5,67 dBi. Hasil ini sudah memenuhi spesifikasi antena yang
diinginkan. Dengan gain yang lebih besar, jarak baca dari antena ini akan semakin
jauh dari jarak sebelumnya.
4.2.2. Hasil Akhir Simulasi
Berdasarkan iterasi yang dilakukan diatas maka design akhir antena yang
digunakan agar mendapatkan gain lebih dari 3 dbi, dan frekuensi kerja 2,4-2,48
38
GHz sebagai berikut:
Tabel hasil pengukuran array 2
L 150 mm
LP 28,47mm
W 100 mm
W0 3mm
d 42,5mm
h 1,6 mm
Wl 18,364mm
wt 9,16 mm
t 0,1 mm
x 10 mm
39
Gambar 4.2.2.1 design akhir array 2
Gambar 4.2.2.2 hasil akhir array 4
Tabel hasil pengukuran array 4
L 200 mm
LP 27,9 mm
W 150 mm
W0 3,062mm
d 50mm
h 1,6 mm
Wl 17 mm
wt 7,534 mm
t 0,1 mm
x 10 mm
40
BAB V
PENGUKURAN
Pada perancangan antenna ini, diharapkan antenna mikrostrip yang dihasilkan
dapat menghasilkan gain mencapai 5,6 dB dan mendapatka koefisien refleksi
5.2 Hasil Pengukuran
Adapun hasil pengukuran antenna yang dirancang bangun tersebut
ditunjukkan oleh gambar 5.1 dan gambar 5.2 .
Gambar 5.1
Gambar 5.1 memperlihatkan grafik VSWR dari antenna mikrostrip yang
telah dirancang bangun. Dari gambar 5.1 dapat terlihat bahwa nilai VSWR
antenna pada frekuensi kerja 2,4 GHz berada diantara titik 1 dan 2. Hal ini
sudah sesuai dengan pola radiasi yang diinginkan.
Berdasarkan hasil pengukuran, nilai VSWR bernilai 1,26. Hasil ini
merupakan nilai yang bagus karena berdasarkan standar antenna nilai
VSWR berada dibawah 2 . Namun hasil pada simulasi lebih bagus, karena
bernilai 1,13 dibawah nilai 1,26 yang merupakan hasil pengukuran.
42
Gambar 5.2
Gambar 5.2 menunjukkan hasil pengukuran koefisien refleksi dari antenna
yang telah dibuat. Dengan return loss pada 19,06 dB
Berdasarkan hasil pengukuran, didapat hasil yang lebih baik pada
parameter s11 dibanding dengan hasil simulasi,pada bandwidth nilai yang
didapat lebih dari 60dB, sebesar 62dB. Dan frekuensi kerja tercapai pada
frekeunsi 2,4 Ghz.
43
Gambar 5.3
Gambar 5.3 merupakan nilai input impedance dari frekuensi kerja hasil
pengukuran antena dari 2,4 Ghz 2,46 Ghz. Hambatan saluran antena pada
frekuensi kerja 2,43 Ghz sebesar 40,31 ohm. Jika dibandingkan dengan
simulasi terdapat perbedaan nilai, diakibatkan oleh ketidak matchingan saat
fabrikasi.
5.3 Analisa Hasil Pengukuran
Pada pengukuran antenna yang sudah dirancang ini terdapat beberapa
ketidakcocokkan antara nilai hasil simulasi dengan nilai hasil pengukuran
langsungnya. Hal ini dapat dianalisa dikarenakan beberapa hal :
1. Lokasi perubahan parameter ukuran antenna yang berada di tempat port
berada. Hal ini diidentifikasi sebagai salah satu masalah utama
ketidakmatchingan antenna yangtelah disimulasikan.
2. Adanya ketidakmatchingan antara port yang digunakan dan terlalu banyak
losses yang terjadi.
44
3. Adanya error baik teknis maupun non teknis (human error) dalam proses
fabrikasi dan pengukuran yang menyebabkan adanya perbedaan hasil
simulasi dan pengkuran
5.4 Jangkauan Antena
Jangkauan baca antena merupakan salah satu parameter yang penting
dalam menentukan kualitas kerja antena bluetooth. Jangkauan baca antena
bluetooth ini belum dapat diketahui, hal ini dikarenakan belum dilakukan
pengukuran gain dimana besar gain berpengaruh terhadap pengukuran jarak
jangkauan antena. Sehingga jarak maksimum pembacaan antena belum dapat
diketahui.
45
BAB VI
KESIM PULAN
Hasil simulasi antenna Bluetooth ini menghasilkan parameter-parameter
yang sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu beroperasi pada rentang
frekuensi 2,4 2,48 GHz dan memiliki gain dB. Hasil parameter dalam proses
simulasi ini sudah sesuai dengan yang diiginkan.
Pada Fabrikasi antena Bluetooth kali ini sudah tercapai parameter-
parameter yang diinginkan namun kurang maksimal pada frekuensi kerjanya.
Antena diharapkan bekerja pada frekuensi 2,4 2,48GHz, namun hasil
pengukuran menunjukan antena hanya bisa bekerja pada frekuensi 2,4 2,46GHz
namun tidak maksimal kerjanya. Karena gain antena belum bisa ditentukan maka
jarak baca maksimum antena ini belum bisa dihitung, sehingga belum dapat
disimpulkan apakah antena ini dapat diaplikasikan secara langsung.
Performa antena yang difabrikasi (hasil pengukuran) dengan hasil simulasi
memiliki performa yang berbeda, hal ini dapat dilihat dari retrun loss yang
dimiliki antena yang difabrikasi lebih besar dari simulasi. Hal ini disebabkan
adanya ketidakmatchingan port antena. Parameter yang diukur ada 3 yaitu:
VSWR, return loss, dan bandwith.
Nilai VSWR pada simulasi dengan 2 patch dan 4 patch berbeda sedikit,
yaitu 1,1385 pada 2 patch dan 1,326 pada 4 patch. Sedangkan nilai VSWR pada
hasil pengukuran 2 patch adalah 1,26. Dalam nilai parameter Return Loss, nilai
return loss pada simulasi dan pengukuran cukup berbeda. Didapatkan nilai return
loss hasil simulasi 2 patch sebesar 23.773 dB sedangkan pada antena 4 patch
sebesar 17.07 dB. Untuk nilai return loss pada hasil pengukuran (2 patch)
diperoleh hasil sebesar 19.06 dB. Besar bandwidth pada hasil simulasi mikrostrip
array 2 patch diperoleh BW sebesar 58 MHz dan pada hasil simulasi 4 patch
didapatkan sebesar 50 Mhz. Sedangkan pada hasil pengukuran diperoleh BW
sebesar 62 MHz.
46
Berdasarkan hasil simulasi berbanding dengan jurnal [10] dan [11], nilai
gain antenna yang dirancang lebih besar daripada kedua jurnal tersebut, namun
dimensi dari antena rancangan memiliki dimensi yang lebih besar dari jurnal [10]
dan [11], sehingga dapat disimpulkan untuk penilitian tujuan tidak sepenuhnya
berhasil, meskipun nilai gain jauh lebih besar pada jurnal [10] dan [11] maksimal
4 dB, pada rancangan tercapai >4 dB, namun dimensi ,dan bandwidth tidak
terpenuhi.
47
DAFTAR PUSTAKA
[1]
http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-
permasalahan-dan-pemanfaatannya/, diakses pada 11/12/2014 pukul 3.05 wib
Triple-Band
Linear Array
[3] Balanis, C. A., 1997, Antenna Theory, Analysis and Design, Second Edition,
John Willey and Son, Inc.
[4] Evizal, T. A. Rahman, and S. K. A. Rahim.A multi band mini printed omni
directionalantenna with v-shaped for rfid applications Progress elegtromagnetic
research B, vol 27, 2011
[5] -fed slot antenna for
personal mobile communication service (p
Microwave And Optical Technology Letters, Vol. 55,pp.no. 4, April 2013.
[6] Bahadi
Vol. 8, 2009.
[7] You- -fed folded slot dipole antenna for
-1935, 2011.
[8] R. lothi Chitra, B. Ramesh Karthik a -slot
microstrip patch antenna array for WiMAX and WLAN, ICCSP-12.
[9] Liang Xu, Bin Yuan, and Shuan antenna for
37, pp. 211-221, 2013.
[10] Ashish Chandelkar, Dr. T. Shanmuganantham, Bat Shaped CPW Fed Antenna for Bluetooth Application International Journal of Engineering
Trends and Technology (IJETT) volume 5 number 3- Nov 2013
48
http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-permasalahan-dan-pemanfaatannya/http://forumsejawat.wordpress.com/2010/10/27/teknologi-informasi-permasalahan-dan-pemanfaatannya/[11
Engineering Research & Technology,2014
Rafsyam, Yenniwati, SST. Parameter-parameter antenna. 2013. Depok PPT
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21600/3/Chapter%20II.pdf
Bluetooth Special Interest Group, Baseband Specification.
Bluetooth Special Interest Group, Radio Specification.
Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth Protocol Arsitechture
Bluetooth Special Interest Group, Bluetooth Security Arsitechture.
http://ijettjournal.org/volume-5/number-3/IJETT-V5N3P123.pdf
http://www.issr-journals.org/xplore/ijias/IJIAS-13-149-11.pdf
http://www.scirp.org/journal/PaperDownload.aspx?paperID=16519
Sumber gambar:
www.google.com
49
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21600/3/Chapter%20II.pdfhttp://ijettjournal.org/volume-5/number-3/IJETT-V5N3P123.pdfhttp://www.issr-journals.org/xplore/ijias/IJIAS-13-149-11.pdfTop Related