Feedback

Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole

Informasi dokumen
ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE OLEH : NAMA : ARIEF ANANDA HASIBUAN NIM : 070402003 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011 Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Antena dipole adalah suatu antena resonan yang mempunyai panjang total nominal ½ pada frekuensi pembawa. Antena dipole merupakan antena fundamental yang digunakan untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio. Dalam Tugas Akhir ini digunakan simulasi untuk menampilkan parameterparameter antena yang diperlukan guna menganalisis pengaruh bahan yang akan digunakan dalam menentukan pola radiasi pada antena dipole. Dari hasil analisis yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa dalam pola radiasi antena dipole, nilai konduktivitas dan luas penampang terhadap suatu bahan sangat berpengaruh. Hal ini berdasarkan dari hasil nilai bidang-E dan bidang-H yang mempunyai nilai maksimal. Analisis ini berdasarkan pada simulasi yang dilakukan dengan menggunakan software Matlab. Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda Baharuddin Hasibuan,SH dan Ibunda Nurmiany serta abangda dan kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST.MT , selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir,R.Sugih Arto Yusuf selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini. Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Ir. Arman Sani, MT , selaku Kepala Laboraturium Sistem Komunikasi Radio, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Maksum Pinem, ST.MT , selaku Kepala Laboraturium Dasar Telekomunikasi, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Abang dan kakakku tersayang Supriyanti Hasibuan & Syamsul Bahri, Bayu Wardana Hasibuan dan Wenny Setiawan Hasibuan, ponakanku yg imut Farras Azzam. Sepupu yang gokiel Syahrizal Lubis. Terimakasih atas perhatian dan doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir. 7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya. 8. Sahabat sekaligus teman yang terbaik dan tercantik, Pratiwi Surya Ningsih “Tiwie” dan Anastasya Citra “Tachii” terima kasih perhatian, doa dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir. 9. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro para warriors: Irzi “Kepo”,Fitri ”Mbak Iti”,Roy “RFS”, Ridho “Jota”, Samy “Mak Bores”, Fajar ”LegalPrince”, Habib ”Komeng”, Sobirin ”Mu5h0”, Arynda ”Ryndul”, Ichan “Gochan007”, Bon “Jempollers” , Dyan “Narcissus”, Agus “Guzzy”, Iyal “MasterJava”, Nikman “Vidi”, Ichsan “Tombol”, Ryan “Dewa Cinta”, Universitas Sumatera Utara Selvi ”Chayoo”, Dion Citoruzz , Rey “Bieber”, Syuib ”Maho”, Frans “motivator”, Fernadi “Borong”, Yovie “Tutuk” dan segenap angkatan ’08 yang masih beraktifitas di kampus, semoga silaturahim kita terus terjaga. 10. Senior-senior Gembonk ’05 dan ‘06 yang sudah tamat : Bg Harpen, Bg Gifari, Bg Lutfi, Bg Riki, Bg Sujeck, Bg Cuib, Bg Rudy, Mutiara “Muteng”,Kak Diana, Kak Liza, yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini 11. Keluarga Besar Laboratorium Antena, Telematika dan Laboratorium Dasar Telekomunikasi FT USU : Bg Alifsyah, Bg Arbi Divo, Bg Ibenk, Bg Demon, dan Rasyid. Terimakasih atas doa dan dukungannya 12. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri. Medan, 02 Juli 2011 Penulis Arief Ananda Hasibuan NIM. 070402003 Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI ABSTRAK . i KATA PENGANTAR . ii DAFTAR ISI . v DAFTAR GAMBAR. viii DAFTAR TABEL . x I. PENDAHULUAN . 1 1.1 Latar Belakang Masalah . 1 1.2 Rumusan Masalah . 2 1.3 Tujuan Penulisan . 2 1.4 Batasan Masalah. 2 1.5 Metode Penulisan . 3 1.6 II. Sistematika Penulisan . 3 TEORI DASAR ANTENA . 5 2.1 Umum . 5 2.2 Gelombang Elektromagnetik . 5 2.3 Pengertian Antena . 7 2.4 Parameter – Parameter Antena . 7 2.4.1 Direktivitas Antena . 8 2.4.2 Gain Antena . 8 2.4.3 Pola Radiasi Antena . 9 2.4.4 Beamwidth Antena . 17 2.4.5 Bandwidth Antena . 17 Universitas Sumatera Utara 2.4.6 Impedansi Antena . 19 2.5 Jenis – Jenis Antena . 19 2.5.1 Antena Isotropis . 19 2.5.2 Antena Directional. . 20 2.5.2.1 Antena Unidirectional . 20 2.5.2.2 Antena Omnidirectional . 21 III. TEORI ANTENA DIPOLE . 22 3.1 Umum . 22 3.2 Konsep Dasar Antena . 23 3.3 Antena Dipole . 26 3.4 Komponen Pada Antena Dipole . 30 3.4.1 Panjang Antena Dipole . 30 3.4.2 Bahan Antena Dipole . 31 3.5 Parameter Antena Dipole . 32 3.6 Pola Radiasi Pada Antena Dipole . 35 IV. ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE . 38 4.1 Umum . 38 4.2 Parameter Dalam Analisis Antena Dipole . 38 4.3 Analisis Nilai Konduktivitas Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole . 39 4.4 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Nilai Konduktivitas Yang Berbeda . . 45 4.5 Analisis Nilai Luas Penampang Bahan Terhadap Pola Radiasi Universitas Sumatera Utara Antena Dipole. 50 4.6 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Luas Penampang Bahan Yang Berbeda. . 56 V. KESIMPULAN DAN SARAN . 61 5.1 Kesimpulan . 61 5.2 Saran . 62 DAFTAR PUSTAKA. 63 LAMPIRAN Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Antena Sebagai Pemancar dan Penerima . 7 Gambar 2.2 Dimensi Pola Radiasi Antena . 9 Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena . 10 Gambar 2.4 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional . 10 Gambar 2.5 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional dalam Koordinat Polar . 11 Gambar 2.6 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional . 11 Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional dalam Koordinat Polar . 12 Gambar 2.8 Daerah-Daerah Medan Antena . 13 Gambar 2.9 Parameter-Parameter Pola Antena (Pola Daya Ternormalisasi) . 15 Gambar 2.10 Beamwidth Antena . 17 Gambar 2.11 Bandwidth Antena . 18 Gambar 2.12 Antena Isotropis . 20 Gambar 3.1 Antena dipole dan Monopole . 23 Gambar 3.2 Konfigurasi Antena Dalam Suatu Jaringan dan Rangkaian Ekivalennya . 24 Gambar 3.3 Alur Gelombang pada Antena . 25 Gambar 3.4 Arus, Tegangan, dan Pola Radiasi pada Antena Dipole. 28 Gambar 3.5 Antena Dipole . 30 Gambar 3.6 Beamwidth -3 dB. 32 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7 Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole . 35 Gambar 3.8 Koordinat-koordinat Bola (spherical coordinates) . 36 Gambar 3.9 Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi . 37 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Bahan Antena . 31 Tabel 4.1 Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal Dengan Nilai Konduktivitas Yang berbeda. 46 Tabel 4.2 Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal Dengan Luas Penampang Yang Berbeda . 57 Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Antena dipole adalah suatu antena resonan yang mempunyai panjang total nominal ½ pada frekuensi pembawa. Antena dipole merupakan antena fundamental yang digunakan untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio. Dalam Tugas Akhir ini digunakan simulasi untuk menampilkan parameterparameter antena yang diperlukan guna menganalisis pengaruh bahan yang akan digunakan dalam menentukan pola radiasi pada antena dipole. Dari hasil analisis yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa dalam pola radiasi antena dipole, nilai konduktivitas dan luas penampang terhadap suatu bahan sangat berpengaruh. Hal ini berdasarkan dari hasil nilai bidang-E dan bidang-H yang mempunyai nilai maksimal. Analisis ini berdasarkan pada simulasi yang dilakukan dengan menggunakan software Matlab. Universitas Sumatera Utara BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Keunggulan suatu sistem telekomunikasi tidak hanya ditentukan oleh kualitas pemancar dan penerimanya saja, namun juga sangat dipengaruhi oleh kualitas pemancaran dan penerimaan antena, diantaranya ialah antena dipole. Antena dipole merupakan antena fundamental untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio. Salah satu karakteristik antena dipole yang akan dibahas disini adalah pola radiasi antena. Pola radiasi antena terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang dipancarkan lewat udara bebas dalam suatu bentuk radiasi (pancaran) tertentu dalam medan radiasi, yaitu medan jauh. Pola radiasi antena bisa berubah-ubah berdasarkan nilai parameter yang ditentukan sebagai variabel. Salah satu parameter yang juga dapat mempengaruhi pola radiasi pada antena dipole adalah jenis bahannya dimana bahan yang di pakai mempunyai nilai konduktivitas yang berbeda – beda. Konduktivitas adalah parameter yang sangat berpengaruh dalam pembuatan antena sehingga diperlukan konduktivitas yang maksimal untuk mengoptimalkan pola radiasi antena. Pada Tugas Akhir ini akan di analisis bagaimana pengaruh dari jenis bahan – bahan tersebut terhadap pola radiasi pada antena dipole. Bahan – bahan yang di pakai dalam melakukan analisis adalah perak, tembaga, emas alumunium, kuningan dan besi. Analisis dilakukan menggunakan simulasi Matlab. Universitas Sumatera Utara 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan pada Tugas Akhir ini yaitu: 1. Apa yang dimaksud dengan antena dipole. 2. Apa yang dimaksud dengan pola radiasi antena. 3. Bagaimana cara mensimulasikan pola radiasi pada antena dipole. 4. Bagaimana pengaruh bahan terhadap pola radiasi pada antena dipole. 1.3 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh bahan terhadap pola radiasi yang dipancarkan antena dipole dengan cara simulasi. 1.4 Batasan Masalah Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Parameter yang dibahas hanya : pola radiasi dan dimensi antena. 2. Hanya membahas antena dipole. 3. Frekuensi yang di pakai 300 MHz (pada sistem FM), panjang gelombang (λ) 100 m, panjang antena dipole 0,5 m dan tegangan sumber 1mV. 4. Bahan yang dipakai dalam analisis yaitu perak, tembaga, emas, aluminium, kuningan dan besi berupa nilai konduktivitas. 5. Khusus untuk analisis luas penampang bahan yang di pakai adalah bahan tembaga. 6. Luas penampang yang di analisis 2mm, 3mm, 4mm, 5mm dan 6mm. Universitas Sumatera Utara 7. Analisis dilakukan dengan menggunakan bantuan software Matlab. 1.5 Metodologi Penulisan Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis pada penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnaljurnal pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy. 2. Simulasi, yaitu suatu proses yang dilakukan sebagai bantuan dalam menganalisis Tugas Akhir ini. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini. BAB II TEORI DASAR ANTENA Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum, konsep perambatan, parameter antena, jenis-jenis antena dan aplikasi antena. Universitas Sumatera Utara BAB III TEORI ANTENA DIPOLE Bab ini berisi penjelasan tentang defenisi antena dipole, komponen pembuat antena dipole, jenis bahan, parameter antena dipole dan pola radiasi pada antena dipole. BAB IV ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE Bab ini berisi tentang analisis pengaruh bahan yang digunakan pada antena dipole dengan bantuan software Matlab. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara BAB II TEORI DASAR ANTENA 2.1 Umum Dilihat dari latar belakang telekomunikasi berupa komunikasi wireless, antena radio pertama dibuat oleh Heinrich Hertz yang tujuannya untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik yang sebelumnya telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena antena. Directivity sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, directivity akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relatif yang memberikan sebuah indikasi karakteristik pengarahan antena dibandingkan dengan karakteristik pengarahan antena isotropis [3]. 2.6 Dimensi Antena Dimensi antena mempresentasikan bentuk serta ukuran dari antena mikrostrip. Untuk dapat menentukan dimensi antena patch segiempat, terlebih dahulu harus diketahui parameter bahan yang akan digunakan seperti ketebalan dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), frekuensi kerja yang diharapkan (f Hz). Pengaturan panjang dan lebar antena mikrostrip harus sesuai agar bandwidth yang dihasilkan lebar, karena apabila terlalu pendek maka bandwidth yang dihasilkan sempit sedangkan apabila terlalu panjang maka akan dihasilkan bandwidth yang lebar tetapi efisiensi radiasi nya menjadi kecil. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena mikrostrip patch segiempat dapat menggunakan Persamaan 2.10 [4]. dimana : = ( (2.10) ) W : lebar patch (m) εr : konstanta dielektrik c : kecepatan cahaya diruang bebas (3×108 m/s2) fr : frekuensi kerja antena (Hz) 17 Universitas Sumatera Utara Untuk menentukan lebar patch (L) diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect yaitu efek pada elemen peradiasi antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya. Pertambahan panjang dari L (ΔL) tersebut dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.11 [4]. . ∆ = 0.412ℎ . dimana h merupakan tebal substrate dan εr eff ( ( . ) . ) (2.11) merupakan konstanta dielektrik relatif yang ditentukan dengan Persamaan 2.12 [4]. = + [1 + 12 ] (2.12) lebar patch (L) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.13 [4]. = dimana Leff − 2∆ (2.13) merupakan lebar patch efektif yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14 [4]. = (2.14) Untuk perhitungan ukuran saluran pencatu inset dilakukan dengan menghitung lebar dan panjangnya. Lebar saluran pencatu inset (W0) dihitung dengan Persamaan (2.15) [3]. = (2.15) 18 Universitas Sumatera Utara < 2, sedangkan untuk Persamaan (2.15) berlaku untuk nilai nilai W0 ditunjukkan oleh Persamaan (2.16) [6]. = ( − 1) + 0.39 − − 1 − ln(2 − 1) + >2 . (2.16) dengan A dan B bernilai seperti Persamaan (2.17) dan (2.18). = = + 0.23 + . (2.17) (2.18) √ Untuk menghitung panjang saluran pencatu (y0) digunakan Persamaan (2.19), dimana persamaan ini valid untuk nilai 2 ≤ εr ≤ 10 [9]. = 10 (0.001699 2561.9 − 4043 + 0.13761 + 6697) − 6.1783 + 93.187 − 682.69 + (2.19) Penentuan besar ground plane pada desain antena mikrostrip patch segiempat perlu dilakukan sesuai ketentuan karena akan berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Idealnya, luas dan tebal dari ground plane tidak terbatas atau dikenal dengan istilah infinite ground plane, namun dalam prakteknya tidak mungkin terealisasi sehingga hanya bisa disiasati sesuai kebutuhan. Setelah penentuan dimensi patch dan ground plane, penentuan dimensi feeder sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan berupa konektor SMA 50 Ω dengan patch antena mikrostrip. Secara simulasi akan diperoleh ukuran panjang dan lebar feeder dengan cara mengubah ukuran secara iterasi sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan [3]. 19 Universitas Sumatera Utara 2.7 Rugi-Rugi Saluran Mikrostrip Rugi-rugi pada saluran mikrostrip terjadi pada substrate dan elemen peradiasi antena yang dinyatakan dalam faktor pelemahan (α). Faktor pelemahan yang paling domian pada antena mikrostrip tergantung pada faktor geometri, sifat dielektrik dari substrate dan konduktor, serta frekuensi yang digunakan . Ada 3 jenis rugi-rugi yang utama yaitu rugi-rugi dielektrik, rugi-rugi konduktor, dan rugi-rugi radiasi [10]. 2.7.1 Rugi-Rugi Dielektrik Rugi-rugi dielektrik disebabkan oleh sifat konduktivitas dielektrik dan dinyatakan sebagai koefisien pelemahan dielektrik (αd). Besarnya rugi-rugi dielektrik pada saluran mikrostrip dinyatakan dengan Persamaan 2.20 [3]. = 4.34 (2.20) dimana: αd : rugi-rugi dielektrik (dB/cm) σd : konduktivitas dielektrik (mho/m) εeff : permitivitas dilektrik relatif efektif (F/m) εr : permitivitas dielektrik relatif substrat (F/m) εo : permitivitas ruang hampa (8.854×10-12 F/m) µo : permeabilitas ruang hampa (4π×10 -7 H/m) 20 Universitas Sumatera Utara 2.7.2 Rugi-Rugi Konduktor Suatu saluran mikrostrip yang memiliki rugi-rugi dielektrik yang rendah, maka sumber rugi-rugi utama diakibatkan tidak sempurnanya konduktor yang ada dan besarnya rugi-rugi konduktor dinyatakan dengan Persamaan 2.21 dan 2.22 [3]. = dimana: . (2.21) . . . = (Ω) αc : rugi-rugi konduktor (dB/cm) Rs : resistansi permukaan (Ω) Zo : impedansi karakteristik saluran (Ω) w : lebar saluran mikrostrip (mm) µ : permeabilitas bahan σc : konduktivitas konduktor (mho/cm) (2.22) Berdasarkan persamaan diatas diperoleh besarnya koefisien pelemahan (α) merupakan penjumlahan antara rugi-rugi dielektrik (αd) dan rugi-rugi konduktor (αc) yang dinyatakan dengan Persamaan 2.23 [3]. dengan: = + α : koefisien pelemahan (dB/cm) αd : rugi-rugi dielektrik (dB/cm) αc : rugi-rugi konduktor (dB/cm) (2.23) 21 Universitas Sumatera Utara 2.7.3 Rugi-Rugi Radiasi Rugi-rugi radiasi sangat tergantung pada ketebalan dan konstanta dilektrik substrate. Rugi-rugi ini dinyatakan dalam bentuk rasio daya yang diradiasikan terhadap daya total yang diberikan ke saluran. Rasio daya yang diradiasikan oleh saluran microstrip open circuit dinyatakan oleh Persamaan 2.24 dan 2.25 [3]. = . = − (2.24) (2.25) dari substitusi persamaan diatas, diperoleh Persamaan 2.26. = 240. dimana : (2.26) Rr : rugi-rugi radiasi (dB/cm) Pt : daya total yang diberikan saluran (dB) Prad : daya yang diradiasikan (dB) o 2.8 − : panjang gelombang di udara (m) h : tebal substrat (mm) εeff : permitivitas dielektrik relatif efektif (F/m) AWR Microwave Office 2004 Awr Microwave Office 2004 merupakan software yang digunakan untuk mendesain dan menganalisis kinerja pada radio frequency (RF), microwave, millimeterwave, analog, dan desain RFIC yang memungkinkan untuk 22 Universitas Sumatera Utara menggambar langsung kedalam sistem AWR. Microwave Office (MWO) dan Analog Office (AO) memungkinkan untuk merancang desain sirkuit yang rumit secara linear, non-linear, serta struktur elektromagnet, dan menampilkan layout dari desain tersebut. Software ini juga bekerja dengan cepat dan menganalisis secara akurat. Microwave Office merupakan solusi perangkat lunak yang paling komprehensif dalam merancang berbagai jenis rangkaian microwave dan RF. Microwave office terkenal karena memiliki user interface yang intuitif. Keunikan dari arsitekturnya membuat perangkat ini dapat berintegrasi dengan produk AWR yang lain, perangkat-perangkat terbaru, perangkat lunak dengan aplikasi khusus dari perusahaan mitra dengan tujuan untuk memudahkan dan mempercepat dalam menyelesaikan rancangan-rancangan pada frekuensi tinggi. Adapun kemampuan dan aplikasi dari Microwave Office adalah sebagai berikut : Kemampuan : a. Perancangan schematic/layout. b. Simulasi rangkaian linier dan non linier. c. Analisa EM d. Sintesis, optimasi, dan analisis hasil e. DRC/L vs skematik f. Process designs kits (PDKs) dari berbagai perancangan Aplikasi : a. Microwave Integrated Circuits (MIC). b. Papan cetak perancangan RF (PCB). c. Rakitan microwave terpadu. 23 Universitas Sumatera Utara BAB III PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PATCH SEGIEMPAT FREKUENSI 2,45 GHz 3.1 Umum Pada bab ini akan disimulasikan antena mikrostrip patch segiempat yang bekerja pada frekuensi 2.45 GHz dengan menggunakan bantuan software simulator AWR Microwave Office 2004. Sebelum melakukan perancangan antena mikrostrip dengan ukuran ground plane yang berbeda, dilakukan studi literatur mengenai antena itu sendiri termasuk parameter antena seperti return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukanya. Ada beberapa tahap dalam perancangan antena ini, diantaranya adalah penentuan spesifikasi substrate yang akan digunakan dan penentuan dimensi antena. Hasil dari perhitungan tersebut selanjutnya disimulasikan dengan menggunakan simulator AWR Microwave Office 2004 untuk memperoleh parameter-paremeter antena yang dihasilkan seperti nilai return loss, VSWR, pola radiasi dan impedansi masukan. 3.2 Peralatan yang Digunakan Untuk melakukan perancangan antena pada Tugas Akhir ini digunakan bantuan perangkat lunak (software). Perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan antena antara lain: 1. AWR Microwave Office 2004 2. Microsoft Visio 2007 3. Microsoft Excel 2007 24 Universitas Sumatera Utara 3.3 Flowchart Perancangan Antena Gambar 3.1 menggambarkan diagram alir dalam perancangan antena hingga pengukuran parameter antena. Perancangan dimulai dengan menentukan jenis (a) (b) Gambar 4.8 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi HFSS (a) Plot Polar (b) Plot 3D Dari Gambar 4.6, Antena Dipole- /2 memiliki radiasi yang tidak hanya pada satu arah saja. Bentuk radiasi antena dipole berbentuk donut, yang berarti radiasi Antena Dipole- /2 ini hampir terpancar ke seluruh arah. Sehingga dari data hasil simulasi dapat dikatakan bahwa Antena Dipole- /2 merupakan antena yang memancar ke segala arah (omnidirectional). 73 3. Gain Dari simulasi menggunakan HFSS, gain Antena Dipole- /2 adalah 2.509999 dB. Seperti dijelaskan pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Gain Antena pada Ansoft HFSS Sudut 0o Gain (dB) 2.509999 4. Direktivitas Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat direktivitas seperti yang terlihat pada Tabel 4.3. Dari tabel dibawah dapat diambil kesimpulan bahwa direktivitas Antena Dipole- /2 adalah 2.431961 dB. Tabel 4.3 Data Direktivitas HFSS Sudut 0o Direktivitas (dB) 2.431961 5. Waktu Simulasi Waktu simulasi dari Antena Dipole- /2 menggunakan simulator Ansoft HFSS v.10 dijelaskan pada Gambar 4.9. Gambar 4.9 diketahui bahwa HFSS memerlukan waktu sebanyak 5 menit 14 detik dalam mensimulasikan Antena Dipole- /2 B4520. 74 Gambar 4.9 Waktu simulasi HFSS 4.6 Simulator CST Microwave Studio 2010 Pada bagian ini akan dijelaskan bagaimana mensimulasikan Antena Dipole- /2 B4520 dengan menggunakan simulator CST Microwave Studio 2010. Spesifikasi Antena Dipole- /2 yang terdapat pada bab sebelumnya seperti dimensi, jenis bahan, frekuensi dan lainnya digunakan sebagai dasar dalam pembentukan model pada simulator. Diagram alir pada Gambar 4.10 menunjukkan tahap-tahap dalam simulasi Antena Dipole- /2 menggunakan CST Microwave Studio 2010. 75 Gambar 4.10 Diagram Simulasi Antena Dipole /2 menggunakan CST Setelah dilakukan simulasi, berikut paparan hasil simulasi Antena Dipole- /2 menggunakan CST Microwave Studio 2010. 1. Return Loss dan SWR Dari simulasi yang telah dilakukan maka return loss dan SWR adalah seperti Gambar 4.11 dan 4.12. 76 Gambar 4.11 Return Loss Antena Dipole Gambar 4.12 SWR Antena Dipole Dari Gambar 4.11 dan 4.12 menunjukkan bahwa bandwidth dari Antena Dipole- /2 adalah 728.68 – 864.82 MHz. Hal ini berdasarkan dari nilai Return Loss dan SWR yang memenuhi syarat agar antena dapat bekerja dengan baik yaitu untuk Return loss dibawah -10 dB dan untuk SWR dibawah 2. 2. Pola Radiasi Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat pola radiasi seperti yang terlihat pada Gambar 4.13. 77 (a) (b) Gambar 4.13 Pola radiasi Antena Dipole- /2 dari simulasi CST MWS (a) Plot Polar (b) Plot 3D Dari Gambar 4.13, Antena Dipole- /2 memiliki radiasi yang tidak hanya pada satu arah saja. Bentuk radiasi Antena Dipole- /2 berbentuk donut, yang berarti radiasi Antena Dipole- /2 ini hampir terpancar ke seluruh arah. Sehingga dari data hasil simulasi dapat dikatakan bahwa Antena Dipole- /2 merupakan antena yang pancaran ke segala arah (omnidirectional). 78 3. Gain Dari simulasi yang telah dilakukan, gain Antena Dipole- /2 adalah 2.115 dB seperti yang terlihat pada Gambar 4.13 dan Tabel 4.4. Gambar 4.13 Gain Antena Dipole- /2 pada CST MWS 4. Direktivitas Dari simulasi yang telah dilakukan maka didapat direktivitas seperti yang terlihat pada Gambar 4.14. Dari Gambar 4.14 dibawah dapat diambil kesimpulan bahwa direktivitas Antena Dipole- /2 adalah 2.122 dB. Gambar 4.14 Data Direktivitas CST MWS 79 5. Waktu Simulasi Waktu simulasi dari Antena Dipole- /2 menggunakan simulator CST MWS dijelaskan pada Gambar 4.15. Dari Gambar 4.15 diketahui bahwa HFSS memerlukan waktu sebanyak 12 menit 56 detik dalam mensimulasikan Antena Dipole- /2 B4520. Gambar 4.15 Waktu Simulasi CST Microwave Studio 2010 4.7 Analisa Antena Dipole- /2 menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010 Pada bagian ini akan dibahas bagaimana hasil dari simulasi menggunakan Ansoft HFSS v.10 dan CST Microwave Studio 2010 dengan hasil dari pengukuran Antena Dipole- /2. Hasil pengukuran digunakan sebagai acuan terhadap hasil simulasi dari kedua simulator seperti yang diperlihatkan pada Tabel 4.6. 80 Tabel 4.4 Tabel Teoritis dan Pengukuran dan Simulasi Parameter yang diamati Teoritis dan pengukuran Pola Radiasi Omnidireksional Simulasi CST Microwave Studio Ansoft HFSS Omnidireksional Omnidireksional Gain Direktivitas Return loss 2.15 dB 2.15 dB 2.115 dB 2.122 dB 2.509999 dB 2.431961 dB SWR -43.9 dB pada frekuensi 791.5 MHz -43.848 dB pada -27.39 pada frekuensi frekuensi 784.76 MHz 800 MHz Bandwidth 1.01 pada frekuensi 1.0136 pada frekuensi 791.5 MHz 785.51 MHz 1.09 pada frekuensi 800 MHz 756.2 – 834.4 MHz 740.2 – 867.69 MHz 728.68 – 864.82 MHz. Dari Tabel 4.4 menunjukkan pola radiasi yang dihasilkan oleh kedua perangkat lunak sama dengan pola radiasi berdasarkan pengukuran yaitu pola 81 radiasi omnidireksional atau antena tersebut dapat memancar ataupun menerima lebih dari satu arah pancaran. Gain yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 2010 adalah 2.115 dB. Sedangkan Gain yang dihasilkan oleh Ansoft HFSS v.10 adalah 2.509999 dB. Direktivitas yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 2010 adalah 2.122 dB. Sedangkan Direktivitas yang dihasilkan oleh Ansoft HFSS v.10 adalah 2.431961 dB. Return loss dan SWR digunakan untuk mengetahui bandwidth dan untuk mengetahui frekuensi resonansi dari Antena Dipole- /2. Bandwidth yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulator CST Microwave Studio 740.2 – 867.69 MHz dengan frekuensi resonansi 784.76 MHz. Sedangkan Bandwidth yang dihasilkan Ansoft HFSS adalah 728.68 – 864.82 MHz dengan frekuensi resonansi 800 MHz. Dari Tabel 4.5 terlihat bahwa HFSS memerlukan waktu simulasi selama 5 menit 14 detik sedangkan CST Microwave Studio memerlukan waktu simulasi selama 12 menit 56 detik. Tabel 4.5 Waktu Simulasi Ansoft HFSS CST Microwave Studio 5 menit 14 detik 12 menit 56 detik 82 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari analisa Antena Dipole- /2 yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan : 1. Untuk mendapatkan parameter karakteristik dari Antena Dipole- /2 pada Modul B4520 dapat juga menggunakan cara alternatif dengan menggunakan CST Microwave Studio dan Ansoft HFSS. 2. Hasil simulasi Gain dari CST MWS dan HFSS adalah 2.115 dB dan 2.509999 dB 3. Hasil simulasi Direktivitas dari CST MWS dan HFSS adalah 2.122 dB dan 2.431961 dB. 4. Pola radiasi yang dihasilkan sama yaitu pola radiasi omnidireksional. 5. CST Microwave Studio dan Ansoft HFSS memerlukan waktu yaitu 12 menit 56 detik dan 5 menit 14 detik. 6. Hasil simulasi Bandwidth dari CST MWS dan HFSS adalah 740.2 – 867.69 MHz dan 728.68 – 864.82 MHz. 5.2 Saran Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Dalam melakukan simulasi sebaiknya menggunakan komputer atau laptop dengan prosesor berkecepatan tinggi untuk mempersingkat waktu simulasi. 2. Analisa dapat dilakukan dengan bentuk-bentuk antena yang lainnya. 83 DAFTAR PUSTAKA [1] Yudhanto, Muhammad Teddy. 2009. Rancang Bangun Antena Payungbolik 2,4 GHz Untuk Komunikasi Wireless LAN (WLAN). Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara. [2] Program Teknisi Jardiknas, 25 Februari 2011, Antena Dan Propagasi Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158. [3] Anonim, 04 Maret 2011,Teori dasar antena, dono.blog.unsoed.ac.id/files/2009/06/antena-bab1.doc. [4] Anonym. 05 Februari 2011. Karakter Antena. http://id.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio). [5] Angga Timothy, 03 Maret 2010, Karakteristik Antena, http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=1 2%3Aantena&id=267%3Akarakteristikantena&option=com_content&Itemid=15 [6] Anonim, 03 Maret 2011, Teori Penunjang, http://digilib.petra.ac.id/viewer.php?submit.x=0&submit.y=0&page =1&qual=high&submitval=prev&fname=%2Fjiunkpe%2Fs1%2Fel kt%2F2006%2Fjiunkpe-ns-s1-2006-23402103-4605-antenachapter2.pdf, Hal 19. [7] Alaydrus, Mudrik, 2011, Antena Prinsip & Aplikasi, Graha Ilmu, Yogyakarta. [8] Siregar, Mutiara Sofia. 2009. Rancang Bangun Antena Wajanbolik 2,4 Ghz Untuk Jaringan Wireless Lan. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara. [9] Balanis, Constantine. A. Antena Theory : Analysis and Design, (USA: John Willey and Sons,1997). [10] Kraus, John D. 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, NewYork. [11] Hayt, Jr, William H.1992. Elektromagnetika Teknologi. Jakarta: Erlangga, Hal 102 - 109, 411 (A) [12] Kosasih, PB., 2012. Teori dan Aplikasi Metode Elemen Hingga. Penerbit Andi, Wollongong [13] Anonim, 30 November 2011, HFSS, http://en.wikipedia.org/wiki/HFSS. [14] Anonim. 2005. User’s Guide High Frequency Structure Simulator. Ansoft Corporation, Pittsburgh. [15] Firmanto. 2010. Simulasi Perancangan Antena Yagi Untuk Aplikasi WLAN. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara [16] Anonim. 2007. Module B4520 Antenna Trainer User Guide.
Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole
Aktifitas terbaru
Penulis
Dokumen yang terkait
Upload teratas

Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole

Gratis