REALISASI SQUARE MICROSTRIP ANTENNA (SMSA) DENGAN METODE NOTCH UNTUK APLIKASI WIMAX

Realization of Square Microstrip Antenna (SMSA) with Notch Method for WIMAX Application

Nursyifa Fujiyati1, Sanam Herlambang, ST.,MT.2

1Mahasiswa Program Studi Teknik Telekomunikasi2Dosen Program Studi Teknik Telekomunikasi

ABSTRAKPada Proyek Akhir ini akan dibahas mengenai antena mikrostrip serta aplikasinya untuk WiMax. Penulis mengambil topik tersebut karena teknologi antena mikrostrip yang berkembang pesat dimana dimensinya yang relatif kecil dengan biaya pabrikasi yang murah. Akan tetapi kelemahan antena mikrostrip konvensional adalah bandwidth yang sempit. Pada proyek akhir ini penulis mencoba memperbaiki kelemahan tersebut dengan merealisasikan antena mikrostrip persegi dengan metode notch untuk memperlebar bandwidth-nya. Teknik pencatuan yang digunakan adalah probe feed yang dipasang diagonal sehingga polarisasi yang didapatkan adalah sirkular. Dengan bentuk polarisasi ini antena dapat diaplikasikan sebagai antena penerima yang bersifat mobile. Antena mikrostrip ini didesain untuk aplikasi WiMax dan memiliki rentang frekuensi 2300-2390 MHz sehingga bandwidth yang dibutuhkan adalah 90 MHz pada VSWR ≤ 2. Antena mikrostrip yang dibuat ini telah memenuhi spesifikasi tersebut.

Kata kunci: antena mikrostrip, notch, wimax, bandwidth

1

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang Membuat antena mikrostrip untuk aplikasi

WiMax menggunakan teknik pemotongan dua buah notch.

Mendapat bandwidth lebar yang melewatkan kanal frekuensi WiMax dari 2300-2390 MHz.

Dapat mengatasi keterbatasan teknologi mikrostrip akan bandwidth yang sempit.

1.2 Tujuan Merealisasikan sebuah antena square

mcrostrip degan dua buah notch untuk aplikasi WIMAX.

Mengukur parameter-parameter antena seperti VSWR, gain, bandwidth, return loss dan pola radiasi sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.

1.3 Batasan Masalah Dalam pelaksanaan Proyek Akhir ini,

penulis batasi dengan hanya membahas hal-hal yang berkaitan dengan perancangan dan perealisasian Antena Mikrostrip dengan Metode Notch Untuk Aplikasi WiMax.

Melakukan pengukuran VSWR, return loss, pola radiasi, dan gain antena sampai didapatkan hasil yang mendekati spesifikasi perancangan serta menganalisa hasil pengukuran tersebut.

2. Perancangan dan Realisasi AlatSpesifikasi antena mikrostrip

persegi yang diinginkan adalah sebagai berikut:

Frekuensi kerja : 2300-2390 MHz (frekuensi kerja WIMAX di Indonesia)

Pola radiasi : direksional

Polarisasi : sirkular VSWR : 2 : 1 Gain : > 7 dBi Ukuran

Antena : 39.6 mm

Ukuran Patch : 29.6 mm

Perhitungan antena

1) Perhitungan Patch dan Groundplane

Band Frekuensi: 2300 - 2390 MHFrekuensiKerja:

Panjang gelombang :

Untuk menghitung lebar patch persegi antena mikrostrip maka digunakan rumus di bawah ini.

Menghitung Lebar Patch ( )

Menghitung (konstanta

dielektrik efektif)

Menghitung lebar panjang medan

limpahan fringing field ( )

1

Menghitung lebar panjang antena

persegi ( )

Karena untuk antena patch persegi W=L[15] maka ukuran sisi patch persegi antena mikrostrip yang dibuat adalah 30,7 mm.

Menghitung dimensi Groundplane

Untuk memudahkan pabrikasi lebar groundplane menjadi 40mm.

2) Menghitung Dimensi NotchDalam perhitungan dimensi notch

( ) maka dihitung terlebih dahulu induktansi dan kapasitansi yang timbul akibat adanya notch melalui penjelasan berikut.

Menghitung impedansi

karakteristik efektif ( ) antena

mikrostrip

Menghitung kapasitansi saluran (

) dengan pendekatan coupled

line :

;

Kapasitansi saluran ( ) karena

adanya gap atau spasi ( )

;

2

Menghitung kapasitansi total

saluran ( )

Menghitung induktansi saluran (

) tanpa notch

Menghitung impedansi

karakteristik efektif ( ) antena

mikrostrip setelah adanya notch

Perhitungan Notch Inductance (

):

Menghitung lebar kedalaman

notch ( )

Untuk memudahkan dan mendapatkan hasil perhitungan yang presisi maka rumus-rumus perhitungan dimensi notch yang terdapat pada BAB 2 di-plot menggunakan Matlab sehingga menghasilkan grafik pada gambar 3.2.

Gambar 2.1 Grafik Frekuensi vs Kedalaman Notch Hasil Plot Matlab

Data yang di-plot pada Matlab berkisar dari rentang frekuensi 2.2GHz – 2.4GHz. Dengan menggunakan program diatas, didapatkan dimensi notch untuk lebar saluran 30.7 mm dan frekuensi 2.345 GHz adalah :Lebar Notch = 2 mmKedalaman Notch = 2.138 mm ~ 2 mm

Menghitung jarak probefeed

3

Untuk menempatkan probe feed penulis menggunakan pendekatan melalui rumus dibawah[11]:

Gambar 2.2 Ilustrasi antena patch persegi

Simulasi Ansoft HFSS 9.2

Gambar 2.3 Flowchart proses simulasi Antena menggunakan AWR dan Ansoft

Gambar 2.4 Bentuk geometri antena SMSA dengan notch menggunakan AWR

Return Loss

Gambar 2.5 Gambar simulasi Return Loss menggunakan AWR

Gain

Gambar 2.6 Simulasi gain hasil Ansoft

3. Pengukuran dan Analisa

Return Loss

Gambar 3.1 Hasil Pengukuran Return

4

Analisa Hasil PengukuranRL pada frekuensi 2,345GHz,

dengan nilai VSWR sebesar:RL = -20 log |Γ|28,45 = -20 log |Γ||Γ| = log-1 (-1,4225)

= 0,0378

Berdasarkan hasil pengukuran yang dapat dilihat pada gambar 3.1 frekuensi tengah 2.345GHz memiliki return-loss sebesar 28.45dB, sedangkan pada frekuensi 2.3GHz sebesar 9.44dB dan pada frekuensi 2.39GHz sebesar 10.50dB. Bandwith sebesar 90MHz pada VSWR<2 pada rentang frekuensi 2.3GHz–2.39GHz (spesifikasi WiMaX) sudah terpenuhi.

Pola Radiasi

Gambar 3.2 Pola radiasi H-plane

Gambar 3.3 Pola radiasi E-plane

Analisa Hasil Pengukuran Pola RadiasiDari gambar 3.2 dan 3.3 diatas

diketahui bahwa pola radiasi yang dihasilkan dari pengukuran antena adalah directional. Pola radiasi yang diukur tidak memiliki bentuk yang ideal disebabkan faktor-faktor seperti kondisi tempat pengukuran yang dikelilingi oleh pepohonan dan bangunan sehingga menyebabkan terjadinya pantulan-pantulan, posisi rotator yang tidak tepat, ketidaksamaan tinggi permukaan antara antena pemancar dan penerima, dan kesalahan pembacaan level daya terima pada spectrum analyzer.

PenguatanHasil Pengukuran GainGain Referensi Monopol (Gref) = 5,15 dB (diasumsikan)

Daya Maksimum Antena Referensi (Pref) = -62,24 dBm

Daya Penerima maksimum (Ptest) = -59,19 dBm

Gain Test (Gtest) = Gref - Pref + Ptest

=5,15–(-62,24)+(-59,19)

= 5,15 + 3,05

= 8,2 dB

Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan Gain antena yang didapat sebesar 8,2dB. Penguatan tersebut cukup baik karena menurut spesifikasi WiMax gain yang dibutuhkan sekitar ≥7dBi.

Spesifikasi Hasil PengkuranSpesifikasi antena SMSA dengan

notch yang terealisasi adalah sebagai

berikut:

Frekuensi kerja : 2300-2390 MHz Pola radiasi : direksional Polarisasi : sirkular VSWR : 2 : 1

Gain : ± 8.2 dB

5

Bandwidth : 90 MHz Ukuran

Antena : 40 mm Ukuran Patch: 29.6 mm

4. Kesimpulan

1. Pada proyek akhir ini telah direalisasikan antena persegi dengan dua buah notch pada rentang frekuensi 2300-2390 MHz dengan gain 8.2 dB.

2. Ketidaksempurnaan bentuk pola radiasi dapat disebabkan oleh oleh kondisi lingkungan pada saat pengukuran dan kontruksi antenna biquad yang kurang presisi.

3. Antena mikrostrip persegi dengan dua buah notch adalah antena patch persegi yang dipotong kedua sisinya yang saling berhadapan pada sumbu-X dengan ukuran yang sama besar.

4. Daftar Pustaka

[1] Wibisono, G. dan Hantoro, G. D. WiMAX Teknologi Broadband Wireless Access (BWA) Kini dan Masa Depan. 2006. Bandung: Informatika.

[2] Teknologi WIMAX untuk Operator Seluler Indonesia. www.roromendut.blogspot.com tanggal download: 20 Maret 2009.

[3] BENARKAH WiMAX MENGALAHKAN 3G?www.ristishop.com

[4] Ridwan, Muhammad. Realisasi Antena Mikrostrip Rectangular Patch Dengan Teknik Pencatuan EMC (electromagnetically coupled) Untuk Aplikasi WiMaX. 2008. Politeknik Negeri Bandung.

[5] Kumar, Girish dan Ray, K.P. Broadband Microstrip Antennas. 2003. Boston: Artech House.

[6] Muhammad M., Aris. Realisasi Antena Susun Planar Empat Elemen Mikrostrip Lingkaran Dengan Segmen Perturbasi untuk Aplikasi WLAN. 2008. Politeknik Negeri Bandung.

[7] Simanjuntak, A.B., Modul Antena, Bab III, Politeknik Negeri Bandung, Bandung 2007.

[8] Biquad Antenna: www.trevormarshall.com

[9] Wireless Wimax: www.wirelessis.com

[10] Balanis, Constantine A. Antenna Theory: Analysis Design. John Wiley & Sons, Inc.

[11] Balanis, Constantine A. Antenna Theory: Analysis Design, 3rd

Edition. 2005. John Wiley & Sons, Inc.

[12] Ansari ,dkk. H-Shaped Stacked Patch Antenna For Dual Band Operation. Progress In Electromagnetics Research B, Vol. %, 291-302. 2008. Department of Electronics & Communication, University of Allahabad, India.

[13] Bahl, Inder. Lumped Elements for RF and Microwave Circuits. Microstrip Overview. 2003. Artech House, Boston, London.

[14] Valkonen, R. dkk. S-26.3100 RF-ja mikroaaltotekniikka.

[15] Rahim, Mohamad Kamal A. dan Peter Gardner. Jurnal Teknologi, 41(D) Dis. 2004:53-66, Universiti Teknologi Malaysia, hal 60.

6

7