Perancangan Antena Mikrostrip Pada Frekuensi 2,3 Ghz Untuk Aplikasi LTE

SKRIPSI

Peranca Perancangan ngan Antena Antena Mik Mikrost rostrip rip Pada Pada Frekue Frekuensi nsi 2,3 2,3 Ghz Untuk Untuk Aplik Aplikasi asi LTE (Long Term Evolution) Evolution) Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Strata Satu (SI)

Disusun oleh :

Nama Nama : Moh Moh Sentot Sentot Samsul Samsul NIM

: 20 2010210008

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DARMA PERSADA JAKARTA 2015

Lembar Pernyataan

Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama

: Moh Sentot Samsul

NIM

: 2010210008

Judul Judul Tugas Tugas Akhir Akhir

: Peran Peranca canga ngan n Ante Antena na Mikros Mikrostrip trip Pada Pada Frek Frekuen uensi si 2,3 Ghz Untuk Aplikasi Aplikasi LTE (Long Term Evolution)

Menya Menyatak takan an bahw bahwaa skripsi skripsi ini meru merupa pakan kan tulisa tulisan n sendi sendiri ri dari dari hasil hasil penelitian dibawah dibawah bimbingan Bapak. Bapak. M Darsono, ST, MT dan bukan merupakan merupakan hasil jiplakan dari hasil karya orang lain. Dan isi Tugas Akhir ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab saya. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. sebenar-benarnya.

Jakart Jakarta, a, Septem Septembe berr 2015 2015 Penulis

Moh Sentot Samsul

i

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR Dengan Judul :

Perancangan Perancangan Antena Mikrostri Mikrostrip p Pada Frekuensi Frekuensi 2,3 2,3 Ghz Untuk Untuk Aplikasi Aplikasi LTE (Long Term Evolution)

Disusun oleh : MOH SENTOT SAMSUL 2010210008

Telah diterima dan disahkan disahkan sebagai sebagai salah satu satu syarat menyelesaikan menyelesaikan program Strata Satu (S1) untuk memperoleh memperoleh gelar Sarjana Teknik Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Darma Persada Disahkan Oleh : Ketua Jurusan Teknik Elektro

Pembimbing Tugas Akhir

M. Darsono, ST, MT

M. Darsono, ST, MT

NIDN. 0302116701

NIDN. 0302116701

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DARMA PERSADA JAKARTA 2015

ii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr.Wb. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana strata satu (S1) teknik elektro telekomunikasi Universitas Darma Persada. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan dan semua fasilitas serta pengarahan-pengarahan yang diberikan kepada penulis selama melaksanakan penyusunan tugas akhir ini, yaitu kepada yang terhormat : 1. Bapak M. Darsono, ST, MT selaku dosen pembimbing tugas akhir dan sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro 2. Bapak Ir. Agus Sun Sugiarto, MT selaku dosen Teknik Elektro Universitas Darma Persada. 3. Seluruh dosen dan staff fakultas teknik Universitas Darma Persada yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. 4. Orang tua penulis, ibunda tercinta yang selalu memberikan dorongan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 5. Semua pihak yang telah berjasa dalam memberikan saran dan dukungan yang tidak  dapat disebutkan satu persatu, khususnya teman-teman seangkatan Elektro 2010. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekeurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk  pengembangan dan perbaikan, sehingga penulis dapat mempersembahkan hasil yang lebih baik lagi kedepannya. Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi pembacanya. Wassalamualaikum Wr.Wb Jakarta, September 2015

Penulis

iii

ABSTRAK

Antena mikrostrip merupakan antena yang saat ini popular karena memiliki keunggulan sehingga kompatibel dan mudah diintegrasikan. Dengan adanya teknologi LTE, kebutuhan tidak hanya terbatas pada komunikasi suara saja, akan tetapi juga dilakukan untuk komunikasi  wireless. Pada tugas akhir ini telah dirancang sebuah antena mikrostrip planar monopol melalui metode simulasi, pada frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE. Perancangan antena menggunakan media substrat RT/Durroid 5880 dengan konstanta dielektrik ( ε r  ) 2.2,   loss tangent  ( tan δ ) 0.002, dan ketebalan substrat (h) sebesar 1,57  mm. 2 Rancangan antena dibentuk dalam dimensi substrat 80x80 mm dengan

struktur satu lapis menggunakan bidang pentanahan sebagian, serta bentuk  konduktor peradiasi bujur sangkar dengan penambahan celah persegi disisi tengah  patch.

Pencatuan menggunakan saluran transmisi mikrostrip dengan impendansi 50

Ω. Penentuan lebar

pencatu menggunakan   software PCAAD, sementara

pembentukan dan perancangan antena disimulasikan dengan menggunakan software AWR Microwave Office.

Melalui pendekatan simulasi, antena dengan jenis antena direksional dan memiliki polarisasi linier telah disimulasikan dan mendapatkan nilai parameterparameter dalam pembuatan antena mikrostrip. Yaitu meliputi  return loss, VSWR dan impedansi masukan. Hasil simulasi yang dilakukan, diperoleh untuk kerja antena pada  return loss dibawah -10 dB yaitu 26,69 dB dengan jangkuan frekuensi 2.099-2.599 Ghz

membentuk   wideband , memiliki   lebar bandwidth keseluruhan 500 Mhz yang tersimulasikan pada VSWR minimum 1.097 pada resonansi 2.3 Ghz dengan impedansi masukan Zin = 46.31 Ω.

Kata kunci : Mikrostrip, Bujur Sangkar, Direksional, Monopol, Celah Persegi, LTE (Long Term Evolution).

iv

Daftar isi

Lembar Pernyataan ...................................................................................

i

Lembar Pengesahan ..................................................................................

ii

Kata Pengantar ..........................................................................................

iii

Abstrak ......................................................................................................

iv

Daftar Isi ....................................................................................................

v

Daftar Gambar ...........................................................................................

ix

Daftar Tabel ...............................................................................................

xi

Daftar Simbol dan Singkatan ....................................................................

xii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................

1

1.1. Latar Belakang .....................................................................

1

1.2. Tujuan Penelitian .................................................................

3

1.3. Rumusan Masalah ...............................................................

3

1.4. Batasan Masalah ..................................................................

3

1.5. Metodelogi Penelitian .........................................................

3

1.6. Sistematika Penulisan ..........................................................

4

BAB II TEORI DASAR ANTENA MICROSTRIP ................................

6

2.1. Antena Microstrip ..................................................................

6

2.2. Elemen Peradiasi Antena ........................................................

8

2.2.1. Microstrip Patch Antena .......................................... 9 2.2.1.1. Patch persegi panjang ...............................

9

2.2.2. Microstrip Dipole Antena ........................................ 11 2.2.3. Printed Slot Antena .................................................. 11 2.2.4. Microstrip Travelling Antena ................................... 12 2.3. Teknik Pencatuan Saluran Transmisi Microstrip .................... 14

v

2.3.1. Microstrip Feed Line ................................................ 14 2.3.2. Coaxial Feed ............................................................

15

2.3.3. Aperture Coupled Feed ............................................ 16 2.3.4. Proximity Coupled Feed ........................................... 17 2.3.5. Coplanar Feed Line .................................................. 18 2.4. Metoda Analisa ....................................................................... 19 2.4.1. Transmission Line Model ........................................ 19 2.4.2. Cavity Model ...........................................................

20

2.5. Parameter Antena Microstrip .................................................

21

2.5.1. Return Loss .............................................................

22

2.5.2. VSWR .....................................................................

22

2.5.3. Bandwidth ...............................................................

23

2.5.4. Input Impedance ......................................................

24

2.5.5. Pola Radiasi .............................................................

24

2.5.5.1. Pola Radiasi Antena Unidirectional .........

25

2.5.5.2. Pola Radiasi Antena Omnidirectional ....... 26 2.5.6. Polarisasi .................................................................. 26 2.5.7. Gain .......................................................................... 28 2.5.8. Beamwidth ................................................................ 29 2.5.9. Directivity ................................................................. 30 2.5.10. Impedance Karakteristik Saluran Microstrip .......... 30 2.6. Modifikasi Antena Microstrip .................................................. 31 2.6.1. Antena Microstrip Broadband Multiband ................. 31 2.6.2. Antena Microstrip Ultrawideband ............................ 35 2.7. Perkembangan Teknologi LTE ................................................ 36

vi

2.7.1. OFDM ...................................................................... 41 2.7.2. MIMO ...................................................................... 42 2.7.3. Teknologi EPC ......................................................... 43 2.7.4. Perbandingan Karakteristik LTE dan UMTS/HSPA 45 2.7.5. Layanan-layanan LTE .............................................

46

2.7.6. LTE Link Budget ....................................................

47

2.7.7. Perangkat Pengirim LTE .........................................

49

2.7.8. Media Propagasi ......................................................

50

2.7.9. Path Loss Model ......................................................

50

2.7.10. Faktor Geografis ....................................................

51

2.8. Solusi NSN Untuk Jaringan LTE ............................................ 52 2.9. Produk NSN Untuk Perangkat BTS LTE ................................ 52 2.9.1. Sektor RF Module ..................................................... 53 2.9.2. Flexi Multimedia System Module ............................ 53 2.9.3. Flexi Multiradio BTS with MIMO ........................... 53 2.10. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE ........... 55 2.11. Dasar Acuan Perancangan Antena ......................................... 56 BAB III PERANCANGAN ANTENA MICROSTRIP ............................. 59 3.1. Dasar Perancangan Antena ...................................................... 59 3.2. Media Perancangan Antena ..................................................... 60 3.2.1. Software dan Hardware Perancangan Antena ........... 60 3.3. Perancangan Antena Microstrip .............................................. 62 3.4. Rancangan Dasar Antena ......................................................... 64 3.4.1. Menentukan Lebar Saluran Pencatu .......................... 64 3.4.2. Menentukan Dimensi Patch ....................................... 65

vii

3.4.3. Konfigurasi pada Software Simulasi AWR 2002 ..... 68 3.5. Konfigurasi Rancangan Antena ............................................... 74 3.5.1. Pemodelan Patch Pada Antena Persegi .................... 74 3.5.1.1 Perancangan Antena Persegi Tanpa Modifikasi ...... 75 3.5.1.2 Perancangan Antena Persegi dengan Slot ........... ... 76 3.5.1.3 Pembatasan pada Bidang Ground Plane ................. 79 BAB IV ANALISA PARAMETER ANTENA ......................................... 81 4.1. Konfigurasi Antena Hasil Rancangan ..................................... 81 4.2. Parameter Antena Hasil Rancangan ....... ...............................

84

4.2.1 Parameter Hasil Simulasi ........................................

84

4.2.1.1 Bandwidth ................................................

84

4.2.1.2 VSWR .......................................................

86

4.2.1.3 Impedansi Masukan ..................................

86

4.2.1.4 Polarisasi ...................................................

88

4.2.1.5 Pola Radiasi ..............................................

89

4.3. Spesifikasi Antena Hasil Rancangan .....................................

90

BAB V KESIMPULAN ............................................................................

91

Daftar Pustaka ............................................................................................ 92

viii

Daftar Gambar

Gambar 2.1. Struktur Antena Microstrip ..................................................

7

Gambar 2.2. Jenis - jenis Antena Microstrip ............................................

9

Gambar 2.3. Struktur dan patch antena mikrostrip ...................................

11

Gambar 2.4. Patch bujur sangkar .............................................................

12

Gambar 2.5. Bentuk dasar antena  slot .......................................................

13

Gambar 2.6. Contoh bentuk  Microstrip Traveling-Wave Antena .............

14

Gambar 2.7. Skema pencatuan microstrip line .........................................

16

Gambar 2.8. Skema pencatuan probe coaxial ...........................................

17

Gambar 2.9. Skema pencatuan aperture couple ........................................ 18 Gambar 2.10. Skema pencatuan proximity couple ...................................

19

Gambar 2.11. Skema Pencatuan  Coplanar Feedline ................................

20

Gambar 2.12. Saluran transmisi ................................................................

20

Gambar 2.13. Distribusi muatan dan arus .................................................

22

Gambar 2.14. Rentang frekuensi  bandwidth .............................................

24

Gambar 2.15. Bentuk Pola Radiasi Antena  Unidirectional ....................... 26 Gambar 2.16. Bentuk Pola Radiasi Antena  Omnidirectional .................... 27 Gambar 2.17. Polarisasi  ellips dengan sudut τ  yang dibentuk  Ex dan Ey ... 28 Gambar 2.18. Beamwidth antena ............................................................... 30 Gambar 2.19. Macam-macam bentuk celah untuk rancangan kompak ..... 33 Gambar 2.20. Evolusi Perubahan Teknologi Telekomunikasi .................... 36 Gambar 2.21. Orthogonal Frequency Division Multiple Access  (OFDMA) 41 Gambar 2.22. Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE ........... 44 Gambar 2.23. Ilustrasi Link Budget   LTE .................................................... 48 Gambar 2.24. Wilayah Geografis LTE Jakarta ........................................ 51 Gambar 2.25. Solusi NSN Untuk Setiap Jalur Migrasi LTE ..................... 52 Gambar 2.26. 3-Sector RF module ............................................................ 53 Gambar 2.27.  Flexi Multimode System Module ........................................ 53 Gambar 2.28.  Flexi Multiradio BTS Dengan MIMO ................................ 54 Gambar 2.29. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE ......... 55

ix

Gambar 2.30 Antena LTE 6  Slits .............................................................

56

Gambar 2.31 Antena Mikrostrip Array Persegi Empat ............................

57

Gambar 2.32 Antena Mikrostrip Patch Bowtie ........................................

58

Gambar 3.1. Diagram Alir Perancangan Antena ......................................

63

Gambar 3.2 Tampilan software PCAAD lebar saluran antena .................

64

Gambar 3.3 Ukuran Lebar Saluran Pencatu Antena ................................

65

Gambar 3.4 Ukuran Sisi  Patch Persegi ....................................................

68

Gambar 3.5 Tahap awal simulasi pada  Software Microwave Office 2002

69

Gambar 3.6 Konfigurasi Ukuran Dimensi  Substrate Antena ...................

69

Gambar 3.7 Konfigurasi  Layer   Dielektrik Antena ...................................

70

Gambar 3.8 Konfigurasi  Boundaries Setting pada Antena .......................

70

Gambar 3.9 Penggunaan  Port   pada Saluran Pencatu ................................. 71 Gambar 3.10 Pilihan Opsi pada  AWR MWO Program Simulasi Antena ... 72 Gambar 3.11 Pilihan perancangan parameter pada  Microwave Office ...... 73 Gambar 3.12 Pengaturan Jangkauan Frekuensi pada Perancangan Antena 74 Gambar 3.13 Rancangan antena  patch persegi tanpa modifikasi .............

75

Gambar 3.14 Hasil  return loss patch persegi tanpa modifikasi ................. 76 Gambar 3.15 Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah ............

77

Gambar 3.16 Konfigurasi awal pemberian celah persegi pada radiator .... 77 Gambar 3.17 Pengurangan dimensi pada slot persegi ...............................

78

Gambar 3.18 Hasil  return loss terhadap perubahan pengurangan dimensi

79

Gambar 3.19 Konfigurasi Penambahan Ground Plane ............................. 80 Gambar 3.20 Hasil  return loss terhadap penambahan  ground plane ......... 80 Gambar 4.1. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas ................... 81 Gambar 4.2. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah ............... 82 Gambar 4.3. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping ............ 83 Gambar 4.4. Parameter  return loss terhadap frekuensi hasil simulasi ....... 84 Gambar 4.5. Parameter  VSWR terhadap frekuensi hasil simulasi .............. 86 Gambar 4.6. Grafik  Smith Chart   impedansi input ...................................... 87 Gambar 4.7 Polarisasi pada  power directivity antena dari hasil simulasi ... 88

x

Gambar 4.8 Radiation pattern pada antena dari hasil simulasi .................. 90

xi

Daftar Tabel

Tabel 2.1. Evolusi Teknologi Telekomunikasi Selular Tabel 2.2. Klasifikasi layanan mobile pada LTE Tabel 2.3 Tabel Skenario Propagasi Tabel 3.1 Spesifikasi media substrate antena mikrostrip Tabel 4.1 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak atas Tabel 4.2 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak bawah

xi

Daftar Simbol dan Singkatan

3GPP

The 3rd Generation Partnership Project  

αc

Rugi konduktor 

αd

Rugi dielektrikal

β

 Beamwidth dari pola radiasi antena

εr 

Dielektrik konstan

εreff 

Dielektrik konstan aktif 

|E|

Resultan magnitude medan listik 

λ 0

Panjang gelombang di udara saat osilasi

λ g

Panjang gelombang guide  pada saluran

ΓL

Koefisien refleksi

η

Impedansi intrinsik ruang bebas (377 Ω)

 AR

Axial Ratio

c

Kecepatan cahaya (3xl 08 m /  s)

CDMA

Code Division Multiple Access

CSFB

Circuit Switched Fallback  

B

 Beamwidth

 BTS

Base Transceiver Station

 BW

Bandwidth

Eɵ

Komponen medan listrik ɵ

Eϕ

Komponen medan listrik ϕ

EDGE

 Enhance Data Rates for GSM Evolution

ƒ0

Frekuensi osilasi

ƒc

Frekuensi tengah

ƒH

Frekuensi atas untuk penentuan bandwidth

ƒL

Frekuensi bawah untuk penentuan bandwidth

FBW

Fractional Bandwidth

FCC

Federal Communication Commision

FDTD

Finite Different Time Domain

FEM

Finite Element Methode

xii

FNBW

First Null Bandwidth

G

Gain (Penguatan)

GHz

Giga Hertz

GPRS

General Packet Radio System

h

Ketebalan Substrat

 HPBW

Half Power Beamwidth

I0

Intensitas Radiasi maksimum antena

I

Intensitas Radiasi maksimum dari antena referensi

L

Panjang patch

Leƒƒ

Panjang sisi efektif 

 LHCP

Left Handed Circular Polarization

 LTE

Long Term Evolution

 MHz

Mega Hertz

 MIMO

Multiple Input Multiple Output 

 MoM

Methode of Moment 

 MTA

Microstrip Traveling Wave Antena

 MWO

Microwave Office

 NSN

Nokia Siemens Network 

PCAAD

Personal Computer Aided Antenna Design

PCB

Printed Circuit Board  

R in

Komponen impedansi real

 RFID

Radio Frequency Identification

 RHCP

Right Handed Circular Polarization

 RL

Return Loss

 RNC

Radio Network Controller 

SVLTE

Simultaneous Voice and LTE  

t

Ketebalan patch

tan  δ

Dielektrik loss tangent 

TDMA

Time Division Multiple Access

TE

Transverse Magnetic

OFDM

Orthogonal Frequency Division Mutiplexing

xiii

UWB

Ultrawideband  

V0-

Tegangan yang dipantulkan ( Volt )

V0+

Tegangan yang dikirimkan ( Volt )

VSWR 

Voltage Standing Wave Ratio

VoLTE

Voice over LTE 

W

Lebar patch  

w

Lebar saluran transmisi

W

width to height , rasio lebar  patch terhadap ketebalan substrat

WiMax

Worldwide Interoperability for Microwave Access

WLAN

Wireless Local Area Network  

WPAN

Wireless Personal Area Network  

Xin

Komponen impedansi imajiner 

Z0

Impedansi saluran

Zin

Impedansi masukan

Zt

Impedansi beban atau load 

/h

xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1.

Latar Belakang

Telekomunikasi data mobile saat ini sangat diminati oleh masyarakat karena mereka dapat dengan mudah mengakses data dimana saja dan kapan saja. Untuk mengimbangi kebutuhan akan akses data yang capat dan berkualitas bagus maka diperlukan teknologi baru yang lebih handal agar efisiensi penggunaan frekuensi dapat dipertahankan. Salah satu elemen penting dari sistem wireless pada perangkat komunikasi adalah antena. Yang berfungsi sebagai penguat daya pada perangkat penyesuaian antara sistem pemancar dan penerima. Pada sistem pemancar, antena digunakan untuk meradiasikan gelombang radio ke udara, dan sebaliknya untuk menangkap radiasi gelombang radio dari udara antena diterapkan pada sistem penerima. Teknologi generasi ke-4 (4G) yang menawarkan efisiensi dan akses data berkecepatan tinggi adalah teknologi  Long Term Evolution (LTE).  Long Term  Evolution (LTE) merupakan salah satu teknologi jaringan telekomunikasi generasi

keempat (4G). Pemerintah belum akan mengeluarkan kebijakan penggelaran teknologi LTE apabila operator telekomunikasi atau operator seluler di Indonesia belum siap untuk menerapkannya. Bagi industri Teknologi Informasi dan Komunikasi (TIK) kesiapan operator seluler memberikan pengaruh produk TIK yang akan dihasilkan. Industri TIK akan berusaha membuat produk yang menunjang teknologi LTE apabila operator seluler sudah siap menerapkan teknologi tersebut dan pemerintah sudah mengeluarkan kebijakan penggelaran LTE. Penggelaran LTE sangat diinginkan masyarakat karena teknologi LTE memberikan kualitas pengiriman data yang handal dan cepat melebihi kualitas yang ditawarkan teknologi 3G (WCDMA dan CDMA- 2000). Dengan demikian

1

semakin banyak peluang bagi masyarakat untuk mengakses data sehingga kebutuhan informasi dapat terpenuhi. Dari sisi teknologi, LTE hadir dengan teknologi terkini, baik dari sisi transmisi, antena maupun jaringan inti berbasis IP. Untuk transmisi, LTE menggunakan teknologi OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple  Access) untuk downlink.

Sedangkan untuk  uplink , LTE menggunakan SC-FDMA (Single Carrier  Frequency Division Multiple Access), teknologi yang dipercaya lebih efisien

dalam hal penggunaan energi. Sementara untuk antena, LTE menggunakan konsep MIMO (Multiple Input Multiple Output) yang memungkinkan antena untuk melewatkan data berukuran besar setelah sebelumnya dipecah dan dikirim secara terpisah. Dengan LTE, memungkinkan para user maupun subscribers menikmati beragam media (multimedia), seperti musik   , internet , film, sampai game dalam satu peralatan yang saling terhubung menjadi satu. Tapi, seperti halnya WiMAX, LTE juga masih menunggu regulasi yang jelas. Terutama dalam hal penggunaan frekuensi. Meskipun, 3GPP menjanjikan bahwa LTE bisa dioperasikan dihampir seluruh frekuensi yang distandarisasi 3GPP, mulai dari 2.5/2.6 GHz, 2.3 GHz, 2.1 GHz, 1900 MHz, 1800 MHz, 1700/2100 MHz, 1500 MHz, 900 MHz, 850 MHz, 700 MHz, hingga 450 MHz. LTE dirancang untuk mendukung carrier bandwidth yang fleksibel dari 1.4 MHz up to 20 MHz, dibanyak band spectrum dan untuk penyebaran FDD (frequency division duplexing) dan TDD (time division duplexing).

2

1.2.

Tujuan

Tujuan dalam pembuatan penelitian tugas akhir ini adalah untuk membuat perancangan sebuah antena mikrostrip, yang dapat bekerja pada frekuensi wideband  sebagai antena penerima dan mampu mendukung sistem komunikasi

4G LTE pada frekuensi 2,3 Ghz.

1.3

Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah : 1. Merancang sebuah antena mikrostrip yang sesuai pada frekuensi untuk  aplikasi LTE. 2. Membuat rancangan antena mikrostrip berbentuk persegi. 3. Sifat material substrat PCB menggunakan Duroid 4. Penentuan rancangan antena dilakukan melalui metode simulasi. 5. Nilai-nilai parameter antena yang menjadi target sebuah rancangan.

1.4

Batasan Masalah

Batasan masalah dalam laporan tugas akhir ini adalah : 1. Tidak membahas arsitektur LTE secara menyeluruh, hanya fokus pada perancangan AMP Persegi untuk frekuensi resonansi 2,3 Ghz pada LTE dengan metode simulasi. 2. Model rancangan antena dibentuk dengan media substrat RT Duroid 5880, memiliki spesifikasi ketebalan atau thickness (h) 1,57 mm, konstanta dielektrik ( ε r ) 2,2, loss tangent  ( tan δ ) 0,002, ukuran substrat 80x80 mm dan saluran transmisi mikrostrip dengan impendansi 50 Ω 3. Karakteristik VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ≤ 2, return loss -10 dB, pada frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE.

1.5

Metodologi Penelitian

a. Study Literatur Pencarian dan pengumpulan literatur serta kajian yang berkaitan dengan masalah-masalah yang ada laporan tugas akhir ini,

dilakukan untuk 

3

mempelajari teori umum yang diperlukan melalui buku-buku referensi, internet, artikel, jurnal dan web yang berkaitan dengan antena mikrostrip

dan teknologi LTE. b. Perancangan Pemodelan Simulasi Melakukan proses perancangan antena mikrostrip melalui alat bantu software untuk menghasilkan pemodelan antena mikrostrip.

c. Perangkat Lunak Simulasi Pengukuran

antena

mikrostrip

dengan

nilai

parameter

dengan

menggunakan software AWR Microwave 2002 dan PCCAD 5.

1.6

Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini secara sistematis dibagi dalam beberapa bab yang dapat diuraikan sebagai berikut :

BAB I

:

Pendahuluan

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan, metodelogi penulisan dan sistematika penulisan. BAB II

:

Teori Dasar Antena Mikrostrip & Teknologi LTE

Bab ini berisi tentang uraian teori dasar antena mikrostrip dan parameter-parameter umum dan infrastruktur teknologi LTE. BAB III

:

Perancangan Antena Mikrostrip Untuk Aplikasi LTE 2,3 Ghz

Bab ini membahas tentang perancangan antena mikrostrip meliputi

disain,

pembuatan,

dan

pemodelan

dengan

Simulator AWR Microwave Office 2002 untuk masingmasing rancangan. BAB IV

:

Hasil Analisis Pengukuran Model Antena Mikrostrip Untuk Aplikasi LTE 2,3 Ghz

Bab ini akan membahas mengenai hasil analisis pemodelan

4

antena mikrostrip dan membandingkan dengan parameterparameter pabrikan. BAB V

:

Kesimpulan

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan tugas akhir ini.

5

BAB II TEORI DASAR ANTENA MIKROSTRIP

2.1. Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang menempel diatas groundplane yang diantaranya terdapat bahan dielektrik seperti yang terlihat pada

Gambar.2.1. Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki masa ringan, mudah difabrikasi, dengan sifatnya yang konformal sehingga dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan ukurannya kecil jika dibandingkan dengan antena jenis lain. Karena sifat yang dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu:  bandwidth yang sempit,  gain dan  directivity yang kecil, serta efisiensi yang rendah. [7]

Gambar 2.1. Struktur Antena Microstrip [1] Antena mikrostrip terdiri dari tiga lapisan. Lapisan tersebut adalah conducting patch, substrat dielektrik  , dan   groundplane. Masing-masing dari

bagian ini memiliki fungsi yang berbeda.

6

a. Conducting patch, Patch ini berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke

udara, terletak paling atas dari keseluruhan sistem antena.   Patch terbuat dari bahan konduktor, misal tembaga. Bentuk    patch bisa bermacammacam, lingkaran,   rectangular , segitiga, ataupun bentuk   circular ring . Bentuk  patch tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.2. b. Substrat dielektrik. Substrat dielektrik berfungsi sebagi media penyalur GEM dari catuan. Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besar parameter-parameter antena. Pada antena mikrostrip, semakin tinggi besar permitivitas relatif, ukuran   conducting patch akan semakin kecil dan sebagai akibatnya memperkecil daerah radiasi. Pengaruh ketebalan substrat dielektrik  terhadap parameter antena adalah pada  bandwidth. Penambahan ketebalan substrat akan memperbesar   bandwidth. tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan ( surface wave). c. Ground plane. Ground plane antena mikrostrip bisa terbuat dari bahan konduktor, yang

berfungsi sebagai  reflector  dari gelombang elektromagnetik. Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi yang pada umumnya digunakan adalah berbentuk persegi empat dan lingkaran karena bisa l ebih mudah dianalisis. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip terlihat pada Gambar 2.2.

7

Antena mikrostrip adalah salah satu jenis antena   wireless yang paling populer digunakan saat ini. Ada beberapa alasan kenapa antena mikrostrip sangat terkenal[3]: 1) Sangat mudah difabrikasi, 2) Selaras dengan permukaan  nonplanar , 3) Sangat murah karena hanya dengan menggunakan papan cetak sirkuit, 4) Fleksibel sehingga menghasilkan berbagai macam pola dan polarisasi yang berbeda, 5) Strukturnya sangat kuat.

Gambar 2.2. Jenis - jenis Antena Microstrip [1] 2.2 Elemen Peradiasi Antena

Peradiasi suatu antena

atau   patch mikostrip,

elektromagnetik

radiator

merupakan

dimana

pola

akan dipancarkan

keseluruhan

mikrostrip

dapat

dari

beberapa

dikategorikan

utama

propagasi

menjadi

digunakan

pada

bentuk elemen empat

dari

gelombang

pada ruang bebas atau udara.

beberapa model   patch antena yang dapat Secara

komponen

ruang

radiator

bagian, yaitu

Ada bebas. antena

mikrostrip

8

 patch

antena,

mikrostrip   dipole,

printed

slot  antena,

dan mikrostrip

traveling-wave antena [4].

2.2.1 Microstrip Patch Antena

Sebuah  patch antena mikrostrip terdiri dari sebuah   patch dengan bentuk geometri bagian

planar

pada

pentanahan  (grounding)

pola   patch

untuk

satu pada

sisi

substrat

sisi yang

antena mikrostrip,

namun

dielektrik,

serta

lain. Terdapat

banyak  

pada dasarnya

bentuk  

konfigurasi   patch yang dapat digunakan di dalam merancang suatu antena mikrostrip seperti bujur sangkar, persegi empat, ring dan  el1ips.

2.2.1.1 Patch Persegi Panjang

Perancangan sebuah  patch peradiasi dari sebuah antena mikrostrip dibuat pada sisi permukaan lapisan atas dari dielektrik   substrate. Salah satu bentuk  umum dari  patch peradiasi adalah persegi panjang, disamping bentuk lingkaran (circular) dan segi tiga (triangular). Gambar 2.3 memperlihatkan struktur sebuah  patch dari antena mikrostrip pada lapisan permukaan dielektrik  substrate dengan ketebalan (h), dimana  patch persegi panjang dengan dimensi ukuran panjang (L) dan lebar (W) dengan ketebalan (t) konduktor   patch. Pada sisi lapisan bawah konduktor dijadikan sebagai bidang  ground . Bentuk struktur dari  patch persegi panjang terhadap frekuensi resonansi (f r ) dipengaruhi oleh mode dominan propagasi gelombang   tranverse magnetic

(TM) mn, dimana  m dan  n mode orde. Sehingga dimensi  patch persegi panjang diperoleh melalui persamaan:

9

Gambar 2.3. Struktur dan patch antena mikrostrip

 m  2   n   2   f r         2 ε r    L    W   

1 / 2

c

.........................................

(1)

Dimana  f r  adalah frekuensi resonansi dalam Hertz, ε r  adalah konstanta dielektrik efektif dan c adalah kecepatan cahaya (3 x 10

8

m/s). Untuk mode

dominan TM10 , maka panjang sisi (L)  patch persegi panjang diperoleh melalui persamaan:  L10 

c

2 f r  ε r 

....................................................................

(2)

Untuk sisi panjang efektif   patch bujur sangkar dengan pertimbangan terhadap efek   fringing pada sisi tepi peradiasi diperluas dengan menambahkan ΔL seperti yang terlihat pada gambar 4. Besarnya ΔL dapat diperhitungkan dengan persamaan:

  w     ε eff   0,3 h  0,264        .............................  L  0,412h    ε eff   0,258  w  0,8     h    

(3)

Dimana ε eff  

ε r   1 2



ε r   1  1  12 h  2

    W   

1 2

.....................................

(4)

10

Gambar 2.4. Efek  fringing patch radiator 

Sehingga panjang efektif untuk sisi  patch bujur sangkar diperoleh melalui persamaan:  Leff    L  2 L ..................................................................

(5)

Gambar 2.5. Patch bujur sangkar

 2.2.2

Microstrip Dipole Antena  Microstrip dipole memiliki geometris yang berbeda dari   patch antena

persegi panjang pada ukuran dimensinya. Lebar antena dipol biasanya kurang dari 0.05 λ 0. Antena tipe ini sangat cocok untuk frekuensi yang lebih tinggi dengan substrat elektrik yang tebal sehingga dapat mencapai  bandwidth besar, penentuan pemilihan mekanisme pencatuan juga bagian yang sangat penting sebagai bagian analisis.

 2.2.3

Printed Slot Antena Antena ini merupakan bentuk modifikasi dari geometri dasar   microstrip

 patch antena, secara teoritis, sebagian besar bentuk   microstrip patch dapat

11

direalisasikan dalam bentuk  slot. Seperti halnya patch antena mikrostrip, antena slot dapat diberikan pencatuan baik oleh saluran   microstrip atau   coplanar  waveguide . Beberapa bentuk dasar antena slot dapat dilihat seperti pada gambar

2.5 dibawah berikut ini.

Gambar 2.6. Bentuk dasar antena slot  2.2.4

Microstrip Travelling Wave Antenna Sebuah antena  microstrip travelling-wave (MTA) dapat terdiri dari bentuk 

susunan patch konduktor atau garis microstrip yang cukup panjang untuk  mendukung mode   tranverse electric TE. Ujung lain dari antena   traveling-wave diakhiri dalam beban resistif, teknik ini digunakan untuk menghindari gelombang berdiri pada antena. MTA dapat dibentuk sedemikian rupa dengan bentuk susunan  patch di segala arah, contoh bentuk antena ini seperti terlihat dalam gambar 2.6.

12

Gambar 2.7. Contoh Bentuk  Microstrip Traveling-Wave Antena

13

2.3 Teknik Pencatuan Saluran Transmisi Mikrostrip

Teknik pencatuan digunakan untuk menghasilkan radiasi baik dengan kontak langsung maupun tidak langsung[7] adalah salah satu metode yang paling mudah untuk dibuat karena hanya menghubungkan  strip konduktor kepada  patch dan oleh karena itu dapat dianggap sebagai  patch tambahan[12]. Hal ini mudah dimodelkan dan mudah di- matching dengan mengontrol posisi   inset . Bagaimana kerugian metode ini adalah dengan bertambahnya ketebalan substrat, gelombang permukaan dan radiasi catuan spurious juga bertambah yang mengakibatkan  bandwidth nya juga menyempit. Antena patch mikrostrip dapat diberikan saluran dengan berbagai metode. Metode ini dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori yaitu kontak langsung dan tidak kontak langsung. Dalam kategori kontak langsung, daya RF disalurkan langsung ke patch menggunakan elemen penyambung seperti mikrostrip  line. Dalam skema saluran yang tidak kontak langsung yaitu pengkoplingan medan elektromagnetik dilakukan untuk men- transfer  daya antara mikrostrip  line dan patch yang diradiasi. Empat teknik yang paling populer digunakan adalah mikrostrip  line, probe koaksial (untuk dua kategori metode saluran), kopling   aperture dan kedekatan pengkoplingan (untuk dua kategori yang tidak kontak langsung).

2.3.1 Microstrip Feed line

Pada jenis saluran ini, sebuah garis langsung terhubung ke tepi dari patch mikrostrip seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Saluran strip tersebut lebih kecil jika dibandingkan dengan ukuran patch dan dalam hal ini saluran dapat dibuat satu sket dengan substrate yang sama dan teknik ini disebut struktur planar.

14

Gambar 2.8. Skema pencatuan microstrip line

Tujuan dari penyisipan cut-in dalam patch ini adalah untuk mencocokkan impedansi dari saluran terhadap patch tanpa memerlukan penambahan elemen matching lainnya. Hal ini dapat dicapai dengan benar dengan melakukan kontrol yang tepat pada posisi penyisipan. Maka hal ini merupakan skema pembuatan saluran yang mudah, karena memberikan kemudahan fabrikasi dan kesederhanaan dalam pemodelan serta pencocokkan impedansi. Namun dengan ketebalan dielektrik substrat yang digunakan, gelombang permukaan dan penyebaran radiasi saluran juga meningkat, yang dapat menghambat bandwidth dari antena. Radiasi saluran juga menghasilkan radiasi terpolarisasi yang tidak diinginkan.

2.3.2 Coaxial Feed  Feed Coaxial atau saluran   probe adalah teknik yang sangat umum

digunakan untuk saluran mikrostrip patch antena. Seperti yang terlihat dari Gambar 8, bagian dalam konduktor dari suatu konektor koaksial melewati bagian dielektrik   substrat  dan di solder ke   patch radiasi, sedangkan bagian luar konduktor terhubung ke  groundplane.

15

Gambar 2.9. Skema pencatuan  probe coaxial

Keuntungan utama dari jenis saluran ini adalah saluran dapat ditempatkan pada lokasi sesuai kebutuhan di dalam  patch agar sesuai dengan impedansi input. Saluran ini adalah metode yang mudah untuk dibuat dan memiliki sebaran radiasi yang rendah. Namun faktor utama kelemahannya adalah bahwa saluran ini bekerja pada bandwidth yang sempit dan cukup sulit dalam fabrikasi karena lubang harus dibor

pada substrat dan konektor yang menonjol pada bagian luar  ground, sehingga tidak membuat sepenuhnya planar untuk ketebalan substrat (h> 0.02λ 0). Juga untuk   substrat  yang lebih tebal, peningkatan panjang probe akan membuat impedansi masukan yang lebih induktif, menjadi masalah utama dalam matching impedansi. Hal ini terlihat di atas bahwa untuk substrat dielektrik tebal, yang menyediakan   broadband bandwidth , saluran mikrostrip dan saluran koaksial mempunyai berbagai kelemahan. Maka untuk menjawab permasalahan tersebut di atas, solusi selanjutnya akan dibahas pada teknik pencatuan tidak langsung.

16

2.3.3 Aperture Coupled Feed 

Dalam jenis teknik saluran ini, radiasi patch dan saluran mikrostrip dipisahkan oleh   groundplane eperti yang ditunjukkan pada Gambar 9. Penghubung antara  patch dan saluran dilakukan melalui  slot  atau  aperture pada ground.

Gambar 2.10. Skema pencatuan aperture couple

Celah kopling biasanya berpusat di bawah patch, yang mengarah lebih rendah dengan konfigurasi simetris pola menyilang. Jumlah kopling dari saluran untuk patch ditentukan oleh bentuk, ukuran dan lokasi celah. Karena   ground   plane memisahkan   patch dan saluran, maka radiasi yang tersebar dapat

diminimalkan. Secara umum, bahan dielektrik yang tinggi digunakan untuk substrat dasar dan lebih tebal, untuk material yang memiliki konstanta dielektrik yang rendah digunakan untuk substrat atas agar mengoptimalkan radiasi dari patch. Kerugian utama dari teknik saluran ini adalah sulit untuk di fabrikasi karena terdiri dari  multiple layer, yang juga dapat meningkatkan ketebalan antena. Skema saluran ini juga menyediakan bandwidth yang sempit.

2.3.4 Proximity Coupled Feed 

Jenis

teknik

saluran

ini

juga

disebut

sebagai

skema

kopling

elektromagnetik. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.4, digunakan dua substrat

17

dielektrik dan garis saluran diantara kedua substrat tersebut dan radiasi   patch berapa pada bagian atas pada substrat teratas. Keuntungan utama dari teknik ini adalah bahwa saluran dapat menghilangkan sebaran radiasi serta dapat menyediakan  bandwidth yang sangat tinggi, dikarenakan oleh kenaikan keseluruhan ketebalan mikrostrip antena  patch. Skema ini juga menyediakan pilihan antara dua bahan media dielektrik yang berbeda, satu untuk patch dan satu untuk saluran untuk mengoptimalkan performa individu.

Gambar 2.11. Skema pencatuan  proximity couple

 Matching dapat dicapai dengan mengontrol panjang garis saluran dan

lebar ke garis rasio  patch. Kerugian utama dari skema saluran ini adalah sulit untuk fabrikasi, karena penggabungan dua layer  substrate yang berbeda dielektrik  perlu penggabungan

yang

akurat. Juga ada peningkatan

ketebalan dari

keseluruhan antena.

2.3.5 Coplanar Feedline Patch

dengan saluran

mikrostrip

secara

elektromagnetis

kopling,

teknik

ini cenderung

dapat dapat

digabungkan memancarkan

18

gelombang dengan

radio lebih banyak konduktor,

teknik

karena

dicetak

pada

saluran kopling

sisi yang

ini digunakan

sarna untuk  

mendapatkan efisiensi radiasi yang tinggi.

Gambar 2.12. Skema Pencatuan  Coplanar Feedline 2.4 Metode Analisa [3][7] 2.4.1 Transmission Line Model 

Saluran transimisi merupakan suatu media rambatan bagi gelombang yang dikirimkan dari sumber ke beban. Bagian dari sistem antena adalah saluran transmisi yang dihubungkan dengan patch antena. Ada empat model yang dapat digunakan sebagai saluran pencatu patch antena, yaitu : rangkaian saluran microstrip planar, probe coaxial, aperture coupling dan proximity coupling [7].

Karakteristik dan dimensi saluran transmisi mikrostrip ditentukan oleh nilai konstanta dielektrik relative substrate dan loss tangent .

Gambar 2.13. Saluran transmisi

19

2.4.2 Cavity Model 

Antena mikrostrip merupakan antena yang memiliki pita resonansi yang sempit, keadaan ini disebut juga   lossy cavities . Antena mikrostrip menyerupai lubang-lubang yang dipenuhi oleh bahan dielektrik yang menghasilkan resonansi pada orde yang tinggi. Nilai medan yang ternormalisasi di dalam  substrate dielektrik yang dapat dicari dengan lebih akurat dengan mencermati daerah tersebut sebagai lubang (cavity) yang diselubungi oleh konduktor pada bagian atas dan bawah, serta pada

dinding magnet. Model ini merupakan model pendekatan yang berprinsip pada impedansi masukan reaktif dan tidak meradiasikan daya. Ketika antena mikrostrip diberikan energi distribusi muatan dibentuk pada bagian atas dan bagian bawah permukaan dari pada  patch tersebut, dan juga pada bagian pentanahan  (ground). Distribusi muatan dikendalikan oleh dua mekanisme, yaitu mekanisme atraktif  dan mekanisme  repulsive. Mekanisme atraktif  terjadi diantara muatan-muatan yang berlawanan pada bagian bawah  patch dan bagian  ground  yang cenderung untuk mempertahankan konsentrasi muatan pada bagian bawah  patch. Mekanisme repulsive terjadi diantara muatan-muatan pada bagian bawah permukaan   patch yang memiliki kecenderungan untuk mendorong berupa muatan pada bagian bawah  patch ke bagian atasnya melalui ujung-ujung  patch tersebut. Karena kebanyakan antena mikrostrip memiliki nilai  ratio height to width yang kecil, mekanisme   atraktif  menjadi dominan dan kebanyakan konsentrasi muatan berada pada bagian bawah  patch. Arus dalam jumlah yang kecil mengalir melalui ujung patch ke bagian atas permukaan  patch. Aliran arus semakin kecil seiring dengan semakin mengecilnya nilai  ratio height to width . Kedua jenis mekanisme diperlihatkan pada gambar 3 beserta

kerapatan arus (J) dapat diasumsikan bahwa besaran arus yang mengalir ke atas permukaan  patch adalah nol, sehingga tidak menyebabkan adanya medan magnet tangensial ke ujung  patch.

20

Hal ini menyebabkan keempat dinding samping menyerupai permukaan medan konduksi yang sempurna sehingga tidak mengganggu medan magnetik  menyebabkan distribusi medan elektrik tetap di bawah permukaan  patch.

Gambar 2.14. Distribusi muatan dan arus yang berbentuk pada  patch mikrostrip Cavity model merupakan dasar perhitungan yang banyak digunakan untuk 

analisis suatu  patch antena mikrostrip. Sedangkan bentuk atau metode persamaan integralnya dinyatakan sebagai   Method of Moment  (MoM) yang dikenal secara umum, dimana dalam penerapannya dilakukan dengan pendekatan komputasi maupun atau dengan cara pendekatan fisik. Antena mikrostrip mempunyai nilai radiasi yang paling kuat terutama pada daerah samping di antara tepi  patch. Untuk performa antena yang baik, biasanya substrat dibuat tebal dengan konstanta dielektrik yang rendah. Hal ini akan menghasilkan efisiensi dan radiasi yang lebih baik serta bandwidth yang lebih lebar, namun akan menambah ukuran dari antena itu

sendiri.

2.5 Parameter Antena Mikrostrip[2]

Untuk dapat melihat kerja dari antena mikrostrip, maka perlu diamati parameter  –  parameter pada mikrostrip. Beberapa parameter umum dijelaskan sebagai berikut.

21

2.5.1 Return Loss (RL)  Return Loss didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan yang

datang atau yang direflesikan dengan tegangan yang keluar. Perbandingan tersebut dinamakan koefesien refleksi tegangan yang dilambangkan dengan  L . Untuk koefesien refleksi dapat juga dinyatakan dengan persamaan:

 L =

V  x  Pantul V  x Terima

=

V   V  

.................................................

(6)

Parameter   Return Loss dapat juga dikatakan sebagai rugi-rugi pada transmisi, dikarenakan tidak seimbangnya impedansi karakteristik dengan impedansi beban. Untuk  Return Loss diperoleh dengan persamaan: Return Loss ( dB ) = 20 log  L ..........................................

(7)

2.5.2 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Bila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dengan   transceiver  maka akan timbul daya refleksi (   reflected power ) pada saluran yang berinterferensi dengan daya maju (   forward power ). Interferensi ini menghasilkan gelombang berdiri ( standing wave) yang besarnya bergantung pada daya refleksi. VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri ( standing wave) maksimum dengan minimum . Pada saluran transmisi ada dua

komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan dan tegangan yang direfleksikan . Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan tersebut sebagai koefisien refleksi tegangan (  Γ ) [2]:

VSWR =

V max V min

=

1   L  1   L 

....................................................

(8)

22

 2.5.3

Bandwidth  Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana

kerja yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola radiasi,  beamwidth, polarisasi,  gain, efisiensi, VSWR,  return loss , axial ratio ) memenuhi spesifikasi standard.

Dengan melihat Gambar 2.7  bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini[12]:

Gambar 2.15. Rentang frekuensi yang menjadi bandwidth [12]

=

100%

Dimana:

f2  

= frekuensi tertinggi

f 1

= frekuensi terendah

f c

= frekuensi tengah

(9)

Ada beberapa jenis  bandwidth diantaranya: a. Impedance bandwidth , yaitu rentang frekuensi dimana  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.

23

Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9.54 dB dan 2, secara berurutan. b.   Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana  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 adalah rentang frekuensi dimana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai   axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

 2.5.4

Input Impedance Sebuah impedansi yang masuk ke terminal antena yang dikondisikan dalam

keadaan seimbang dengan impedansi karakteristik dari saluran transmisi. Input impedansi dinyatakan dalam persamaan:

 in =  Zo Dimana

2.5.5

1  1 

.....................................................................

 in

= Input impedansi terminal (Ohm)

o

= Impedansi karakteristik dari antena (Ohm)



= Refleksi

(10)

Pola Radiasi

Pola radiasi adalah representasi grafis sifat-sifat pemancaran antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Dengan menggunakan model  slot  peradiasi diatas, maka berlaku persamaan medan elektrik[2]: untuk 

=

̅

untuk 

| ̅| ≤

(11)

24

Ada dua jenis pola radiasi, yaitu: a) Mutlak   Pola radiasi mutlak ditampilkan dalam satuan-satuan mutlak kekuatan atau daya medan. b) Relatif  Pola radiasi relatif merujuk pada satuan – satuan relatif kekuatan atau daya medan. Kebanyakan ukuran pola radiasi relatif kepada antena   isotropic dan metode transfer   gain dipergunakan untuk menentukan   gain mutlak  antena. Pola radiasi didaerah 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 kita inginkan, dan oleh karena itu pola antena biasanya diukur di daerah medan jauh. Untuk pengukuran pola sangatlah penting untuk memiliki jarak yang cukup besar untuk berada di medan jauh diluar medan dekat. jarak dekat minimum yang diperbolehkan bergantung pada dimensi antena berkaitan dengan panjang gelombang.  2.5.5.1  Pola Radiasi Antena Unidirectional  Antena   unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang  relative. Gambar 2.8. merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.

25

Gambar 2.16. Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional

2.5.5.2. Pola Radiasi Antena Omnidirectional 

Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti bentuk kue donat dengan pusat berimpit. Antena   omnidirectional pada umumnya 0

mempunyai pola radiasi 360  jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.16. merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional.

Gambar 2.17. Bentuk Pola Radiasi Antena  Omnidirectional 2.5.6

Polarisasi

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena.

26

Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnetik yang menggambarkan arah dan magnetudo vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu. Polarisasi melingkar terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki  vektor  medan elektrik (atau magnet) pada titik  tersebut barada pada jalur lingkar sebagai fungsi waktu kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah : a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus. b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitude yang sama. c. Kedua komponen tersebut harus mempunyai perbedaan fasa waktu 0

pada kelipatan ganjil 90 . Polarisasi melingkar terbagi menjadi dua, yaitu   Left Hand Circular  Polarization (LHCP), Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi

ketika δ = + π/2, sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = - π/2.

Gambar 2.18. Polarisasi ellip dengan sudut τ yang dibentuk Ex dan Ey dengan  amplitude E1 dan E2.

27

Pada gambar diatas bentuk polarisasi  elips dengan bagian sumbu pendek  OB dan bagian panjang OA membentuk sudut lancip τ, maka   axial ratio dapat diperoleh dengan persamaan:

 AR =

OA OB

=

 E  x  Ey

1  AR   ........................................

(9)

2.5.7   Gain Gain adalah perbandingan antara rapat daya persatuan  unit antena terhadap

rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama.  Gain suatu antena berlainan dengan  gain kutub empat,  gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan persamaan[2]: G=ƞxD

(13)

Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan antara

intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara  isotropik . Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi 4π.  Absolute gain ini dapat dihitung dengan rumus[2]:

=4

( ,∅)

(14)

Selain   absolute gain  juga ada   relative gain .   Relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama diantara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropik yang  lossless ( Pin(lossless )). Secara rumus dapat dihubungkan sebagai berikut[2]:

28

=4  2.5.8

( ,∅) (

(15)

)

Beamwidth  Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi

radio utama  (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak  lobe utama. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut:  B 

21,1  f   d 

.........................................................................

Dimana

(16)

B = 3 dB beamwidth (degree)  f  = frekuensi (Hz)

d  = diameter antena (degree) Apabila   beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka beamwidth dapat dirumuskan sebagai:

β  θ 2  θ1 ........................................................................

(17)

Gambar 2.10. menunjukkan tiga derah pancaran yaitu lobe utama ( main lobe, nomor 1), lobe sisi samping ( side lobe, nomor 2) dan lobe sisi belakang

(back lobe, nomor 3).  Half Power Beamwidth (HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh

titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0,707 dari medan maksimum pada lobe utama. First null beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.

Gambar 2.19. Beamwidth antena

29

2.5.9 Directivity

Pengarahan (   directivity ) adalah sebagai perbandingan antara rapat daya maksimum pada berkas utama terhadap rapat daya rata – rata yang diradiasikan[2]

=

(18)

Intensitas radiasi rata  –  rata sama dengan jumlah daya yangdiradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud.   Directivity ini dapat dirumuskan sebagai berikut[2]:

=

=

(19)

Dimana: D

= Keterarahan ( Directivity)

D0

= Keterarahan maksimum

U

= Intensitas radiasi

Umax

= Intensitas radiasi maksimum

U0

= Intensitas radiasi pada sumber isotropik 

Prad

= Daya total radiasi

2.5.10 Impedansi Karakteristik Saluran Mikrostrip

Pada prinsipnya antena mikrostrip mempunyai kesamaan dengan saluran mikrostrip. Dengan memperhatikan adanya kesamaan sifat yang dimiliki sebagai komponen pasif, maka dalam menentukan impedansi karakteristik antena dapat dilakukan dengan menggunakan analisis saluran transmisi dalam bentuk  mikrostrip. Tujuan

penentuan

impedansi

karakteristik

antena

adalah

untuk 

menentukan lebar saluran atau elemen radiasinya. Secara matematik besarnya

30

nilai impedansi karakteristik unutk saluran antena mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut[3]:

0=

(Ω)

√ 

Dimana:

(20)

Z0

= impedansi karakteristik (Ω)

εr

= permitivitas dielektrik relatif substrat (F/m)

W

= lebar el elemen radiasi (mm)

h

= tinggi bahan substrat (mm)

Impedansi karakteristik merupakan salah satu parameter yang penting dalam merancang antena mikrostrip, karena apabila impedansi saluran yang tidak  matching dengan impedansi masukan antena akan menyebabkan beberapa

masalah, antara lain timbulnya sinyal pantul, distorsi dan interferensi antar alur rangkaian. 2.6 2.6

Modi Modifi fika kasi si Ante Antena na Mikr Mikros ostr trip ip

Antena mikrostrip berbagai apl aplikasi telekomunikasi

telah lama dan banyak

komunikasi   wireless, dengan bentuk

dikembangkan

mengikuti

sederhana

dan

untuk  

tren

perangkat

minimalis,

menuntut

rancangan anten tena yang kompak dan kompatibel bel untuk dapat diinte integ grasika ikan pada perangkat tel telekomunikasi Mengacu

pada

dieksperimentasikan mikrostrip

masa kini.

pola

dasar

antena

berbagai modifikasi

dengan menjaga geometris

untuk

mikrostrip,

banyak  

merancang

antena

yang ke kecil, namun memungkinkan

untuk penggunaan multi lti aplika ikasi. Pada sub bab ini dijelaskan bermacam teknik yang telah dilakukan dalam

merealisasikan

antena mi mikrostrip,

dengan

kriteria

penggunaan

untu ntuk keb kebutu utuhan han komu komun nika ikasi multiband, broadband  dan   ultrawideband. Secara umum terdapat

beberapa

konfigurasi

modifikasi

antena

31

mikrostrip diantaranya,

Micr Micros ostr trip ip

serta konfigurasi

 Monopole,  Monopole,

Arra Array, y,

Micr Micros ostr trip ip

lain dengan

bermacam

Slot Slotte ted, d,

Plan Planar  ar 

modifikasi,

baik 

pada   patch ataupun pada groundplane. Penggunaan

celah antena pun beragam

celah Y, celah lingkaran potongan, dan dibahas

lain

seperti celah L, celah U,

dan persegi, celah loop melingkar

sebagainya.

Pada

sub

bab

dan kotak,

selanjutnya

akan

teknikik-tek teknik modifi ifikasi antena mikr ikrostrip yang berkaita itan dengan

konfigurasi

tersebut

di atas untuk

mendukung

teori

dan teknik

yang

digunakan dalam lam penelitia tian ini.

2.6.1

[6] Antena Antena Microstr Microstrip ip Broadband Broadband Multiband  Multiband [6]

Dalam sebuah buk buku referensi yang disusun oleh K.L Wong [6] tela telah h Wong [6] diteliti bermacam

konfigurasi

antena

mikrostrip

dengan

struktur

kompak. Untuk memperkecil

ukuran

antena

dengan

perolehan

impedansi

dapat dilakukan dengan menambahkan bandwidth yang lebar da

celah pada

 patch

celah pada

atau disebut

groundplane

slot load loadin ing g dengan is istilah   slot

tech techni niqu que, e,

juga uga un untuk tuk memperlebar bar   bandwidth dan

dapat dita itambahkan

perolehan   gain. Untu Untuk k ope operas rasi  multi band  dapat di dilakukan atau

cuakan

tipis

didemonstrasikan segitiga.

pada

tepi

antena,

untuk membentuk

Secara umum beberapa

dengan

dalam ri risetnya

menambah bentuk

dual frekuensi pada  patch

celah

celah V berbentuk 

pola lain yang diperkenalkan juga oleh

Wong dapat pat ditu ditun njuka jukan n sepert pertii pad pada gamba mbar 2.21 2.21

32

Gambar 2.20. Macam-macam bentuk celah celah untuk rancangan rancangan kompak 

Waka akabayashi

rancangan antena

T

et al pada tahun

menggunakan

dan menggunakan saluran

celah

transmisi

2007

e pada

mikrostrip

[18], melaporkan patch yang

persegi dikopel

hasil

panjang dilapisan

bawah, hasil rancangan tersebut diperoleh kinerja antena   dual dual band  band  pada 2.4-2.52 dilakukan

GHz dan 4.82-6.32 GHz, perolehan impedansi   bandwidth tersebut dengan

pengaturan

lebar celah dan pengaturan

posisi

celah

terh terhad adap ap salu salura ran. n. PN

Misra

pada tahun 2011

[19] memperoleh

dual band  band  untuk resonansi antena planar   dual

hasil rancangan

l.8 GHz dan 2.4 GHz, antena

yang ang dira iranca ncang dipe iperole roleh h denga ngan bebe bebera rapa pa meto etoda, da, meng mengg gunaka nakan n celah V, dan cuak tipis pada   patch digunakan

berjenis RT Duroid

persegi

5880 dengan

panjang, d im imensi

cela elah U,

substrat

yang

W x L sebesar

65.88 x 55.45 mm.

33

Dalam

risetnya

tersebut disebutkan pula untuk membentuk   dual band 

memungkinkan diperoleh dengan melakukan pengaturan posisi saluran. Struktur antena Couplanar Feedline dengan menghilangkan   groundplane dilaporkan

Wen-Chung

Liu

dan Ping-Chi

Kao

[20], radiator

antena

monopol dibentuk dengan dua saluran berlipat melalui saluran transmisi CPW, impedansi bandwidth

yang diperoleh

mencapai 450 MHz pada resonansi

5.8 GHz. Antena tersebut pula dengan

dirancang untuk aplikasi RFID, bahkan disebutkan

perolehan  bandwidth

yang

lebar

tersebut

memungkinkan

antena dapat diaplikasikan pula untuk WLAN. Pada 2010   D. Parkash, CPW dengan

dan   R. Khanna

patch persegi

panjang

[23] merancang

yang ditambah

dengan

antena beberapa

celah panjang saling menyambung, antena dicetak pada media substrat FR4 dan dengan teknik dengan   range diaplikasikan

tersebut

diperoleh

dari 3.424

GHz

impedansi   bandwidth sampai

GHz

frekuensi

yang

rancangan

yang

dapat

beresonansi

pada

antena kompak persegi 2.4

GHz

perolehan   dual band tersebut didapat dengan menambahkan berhadapan

lebar

untuk WLAN dan WiMax.

Wang E, et al [21] melaporkan

untuk dual

6.274

yang

dan

5 GHz,

dua celah L

simetris pada tengah  patch.

 Byrareddy

C.R et al [22] merancang

planar dengan   patch

persegi

mikrostrip. Antena membentuk

panjang

menggunakan

mikrostrip

saluran

transmisi

dual frekuensi resonansi 2.4 GHz dan 2.8

GHz untuk aplikasi WLAN dan WiMax, dengan menggunakan

antena kompak

dual operasi tersebut

3 bentuk   patch persegi panjang,

diperoleh

dengan salah satu

 patch dicatu dan 2 patch dipisahkan dengan celah tipis yang memanjang.  M. Maidurrahaman S ,

mendemonstrasikan antena

et

persegi

pada

tahun

kompak  multi band,

adalah dengan menambahkan dua kanan   patch

al

celah

T

teknik

dari

luar

2012 yang sisi

[24]

digunakan kiri

dan

panjang.

Dengan penambahan

dua celah tersebut

dapat mengurangi

ukuran

34

antena sampai sekitar 60%, antena tersbut 5.29 GHz

beresonansi

pada 3.35 GHz,

dan 7.65 GHz yang diaplikasikan untuk   WiMax, WLAN, dan

aplikasi   Microwave C Band.

2.6.2

Antena Mikrostrip   Ultrawideband  Ultrawideband

merupakan

(UWB)

komunikasi  wireless semenjak disepakatinya bebas

lisensi

oleh sebuah

Communication

lembaga

istilah

yang

tren

alokasi penggunaan di

USA

dalam

frekuensi

bernama   Federal

Commision (FCC) pada 14 Februari 2002 [16].

FCC memberikan konsep komunikasi nirkabel jarak pendek, kecepatan

yang tinggi

menggunakan

7.5 GHz, dengan jangkauan

alokasi   wide

dengan

bandwidth mencapai

mulai dari 3.1 - 10.6 GHz. Teknologi UWB

tersebut dapat diaplikasikan untuk   imaging system, radar system, medical imaging, indoor comunication dan lain sebagainya.

Antena yang sangat

UWB lebar

setidaknya untuk

harus memiliki

mendukung

karakteristik     bandwidth

penggunaan

pulsa

pendek

yang

memerlukan bandwidh sekitar 500 MHz. Dalam sebuah rancangan antena banyak

bentuk

serta konfigurasi

untuk

tersebut, disamping penggunaan array bentuk 

planar

monopole

mencapai

antena,

karakteristik

printed

banyak didemonstrasikan

slot

UWB antenna,

sebagai struktur

umum mengingat bentuk, ukuran, serta disain yang sederhana. Antena  monopole UWB biasanya dibentuk dalam struktur planar, dengan penggunaan   groundplane panjang gelombang

sebagian dan ukuran   patch

sekitar seperempat

dari frekuensi osilasi antena [9]. Bentuk   patch yang

digunakan dapat berbentuk persegi panjang, persegi, e1ips, lingkaran, atau modifikasi menjadi

dari bentuk dasar tren

terutama

tersebut.

Pemilihan

untuk diintegrasikan

struktur

planar

ini

pada perangkat-perangkat

mobile yang memiliki disain kompak dan minimalis.  Eng

Gee,

et al

[27] mempresentasikan

perkembangan

antena

mikrostrip UWB yang dibentuk dalam printed circuit board  (PCB), dalam risetnya

tersebut ditampilkan

beberapa

konfigurasi

antena

UWB,

ciri

35

umum antena diperlihatkan dengan   groundplane Antena struktur,

palanr

UWB

dicetak

sebagian.

dalam   single layer  PCB

lapisan atas sebagai lapisan konduktor,

dengan

3

lapisan tengah sebagai

bahan dielektrik, dan lapisan bawah merupakan lapisan   groundplane

yang

di   etching sebagian. Lapisan persegi

konduktor

panjang.

bandwidth,

dapat berupa   patch

Beberapa

seperti

pada   groundplane,

modifikasi

penggunaan   slot, potongan

bertingkat

lingkaran,

ditunjukan potongan

segitiga, ataupun

dalam

memperlebar

pada   patch,

pada   groundplane,

potongan penggunaan

struktur CPW, dan lain sebagainya seperti ditunjukan pada gambar 2.22. Untuk beberapa kondisi penempatan   patch tidak yang

pada lebar.

kondisi

seimbang

Diperlihatkan

untuk mendapat juga

dengan

ground plane

impedansi   bandwidth

beberapa konfigurasi antena UWB

dengan modifikasi untuk memfilter frekuensi tertentu.

2.7

Perkembangan Teknologi LTE

Sekilas tentang LTE

Gambar 2.21. Evolusi Perubahan Teknologi Telekomunikasi[28] LTE sudah mulai dikembangkan oleh 3GPP sejak tahun 2004. Faktorfaktor yang menyebabkan 3GPP mengembangakan teknologi LTE antara lain adalah permintaan dari para pengguna untuk peningkatan kecepatan akses data

36

dan kualitas servis serta memastikan berlanjutnya daya saing sistem 3G pada masa depan. 3GPP LTE mewakili kemajuan besar didalam teknologi selular. LTE dirancang untuk memenuhi kebutuhan operator akan akses data dan media angkut yang berkecepatan tinggi serta menyokong kapasitas teknologi suara untuk  beberapa dekade mendatang. LTE meliputi data berkecepatan tinggi, multimedia unicast dan servis penyiaraan multimedia. Selain itu LTE diperkirakan dapat membawa komunikasi pada tahap yang lebih tinggi, tidak hanya menghubungkan manusia saja tetapi dapat juga menyambungkan mesin. Teknologi LTE dan layanannya [29] 

Teknologi LTE secara teoritis menawarkan kecepatan  downlink  hingga 300 Mbps dan  uplink 75 Mbps.



LTE menggunakan  Orthogonal Frequency Division Mutiplexing (OFDM) yang mentransmisikan data melalui banyak operator spektrum radio yang masing-masing sebesar 180 KHz. OFDM melakukan transmisi dengan cara membagi aliran data menjadi banyak aliran-aliran yang lebih lambat yang kemudian ditransmisikan secara serentak. Dengan menggunakan OFDM memperkecil kemungkinan terjadinya efek  multi path.



Meningkatakan kecepatan transmisi secara keseluruhan, kanal transmisi yang digunakan LTE diperbesar dengan cara meningkatan kuantitas  jumlah operator spectrum radio tanpa mengganti parameter   channel spectrum radio itu sendiri. LTE harus bisa beradaptasi sesuai jumlah

bandwith yang tersedia. 

LTE mengadopsi pendekatan all-IP. Menggunakan arsitektur jaringan allIP ini menyederhanakan rancangan dan implementasi dari antar muka LTE, jaringan radio dan jaringan inti, hingga memungkinkan industri wireless untuk beroprasi layaknya  fixed-line network.

37



Agar menjadi  universal, perangkat  mobile yang berbasis LTE harus juga mampu menyokong GSM, GPRS, EDGE dan UMTS. Jika dilihat dari sisi  jaringan, antar muka dan protocol di tempatkan di tempat yang memungkinkan terjadinya perpindahan data selancar mungkin jika pengguna berpindah tempat ke daerah yang memiliki teknologi antar muka yang berbeda.

Kecepatan LTE

Kecepatan maksimum LTE bisa mencapai 299.6 Mbps untuk mengunduh dan 75.4 Mbps untuk mengunggah. Namun, operator seluler yang telah menyediakan jaringan ini, masih membatasi kapasitas dan kecepatan untuk  pelanggannya. Pemerintahan di suatu negara juga punya cara yang berbeda mengatur pengalokasian rentang pita frekuensi. Arsitektur Jaringan dan Antarmuka dari Teknologi LTE

Secara keseluruhan jaringan arsitektur LTE sama dengan teknologi GSM dan UMTS. Secara mendasar, jaringan di bagi menjadi bagian jaringan radio dan bagian jaringan inti. Walaupun begitu, jumlah bagian jaringan logis dikurangi untuk melangsingkan aristektur secara keseluruhan dan mengurangi biaya serta latensi di dalam jaringan. Pengaturan teknlogi LTE

Transmisi data dalam LTE baik dalam arah uplink maupun downlink  dikontrol oleh jaringan. Proses ini sama seperti teknologi GSM maupun UMTS. Di dalam sistem LTE, pengaturan sepenuhnya dikontrol oleh  eNode-B. Pengaturan Downlink

Pada arah   downlink, eNode-B bertanggung jawab untuk menyampaikan data yang diterima dari jaringan kepada para pengguna, melalui antar muka udara.

38

Pengaturan Uplink

Untuk mendapatkan informasi, perangkat   mobile harus mengirimkan permintaan penugasan kepada  eNode-B. Prosedur Dasar

Perangkat LTE yang cenderung lebih data sentris akan memulai pencarian  jaringan yang sesuai terdahulu. Jika perangkat tidak menemukan  cell LTE maka perangkat akan menggunakan teknologi  cell UMTS dan GSM. Setelah perangkat mobile informasi untuk untuk bisa mengakses jaringan terpenuhi, maka perangkat akan melakukan prosedur attach. Prosedur   attach memberikan alamat IP dan perangkat mobile mulai bisa mengirim dan menerima data dari jaringan. Pada teknologi GSM dan UMTS perangkat bisa tersambung dengan  jaringan tanpa alamat IP, namun pada teknologi LTE perangkat harus memiliki alamat IP agar tersambung dengan jaringan. Jaringan telepon

Seperti yang sudah diungkapkan sebelumnya LTE menggunakan jaringan all-IP. Sedangkan telepon pada GSM dan UMTS menggunakan circuit switching. Dengan pengadopsian teknologi LTE, maka para operator harus merencanakan ulang jaringan telepon mereka. Munculah tiga pendekatan yang dapat digunakan: 

CSFB   (Circuit Switched Fallback ): Pada pendekatan ini, LTE hanya menyediakan servis data dan ketika telepon dilakukan atau diterima maka akan kembali menggunakan   circuit switching . Kerugian yang didapatkan adalah pengaturan telepon mengambil waktu yang lebih lama.



SVLTE   (Simultaneous Voice and LTE): Pada pendekatan ini ponsel bekerja sebagai LTE dan circuit switching secara bersamaan. Kekurangan

39

pada pendekatan ini adalah ponsel cenderung memiliki harga mahal dan menggunakan konsumsi tenaga yang tinggi. 

VoLTE   (Voice over LTE): Pendekatan ini berbasis pada IP multimedia subsistem, yang bertujuan menyokong akses telepon dan multimedia melalui terminal nirkabel. Selain ketiga pendekatan diatas, terdapat alternatif lain yang tidak 

diinisiasikan oleh operator yaitu ,   over-the-top-content servis , menggunakan aplikasi seperti  skype dan   google talk  untuk menyediakan servis telepon bagi LTE. Walupun begitu sekarang dan beberapa masa kedepan, servis telepon masih menjadi pemasukan utama bagi operator   mobile. Maka menggantungkan servis telepon LTE sepenuhnya pada OTT, merupakan suatu tindakan yang tidak akan menerima banyak dukungan dari industri telekomunikasi. Hak cipta LTE

Menurut database milik   European Telecommunications Standart Institute (ETSI ), terdapat 50 perusahaan yang memiliki hak paten dari LTE. Kekurangan Teknologi LTE

Kekurangan yang dimiliki oleh teknologi LTE antara lain adalah biaya untuk infrastruktur jaringan baru relatif mahal. Selain itu jika jaringan harus diperbaharui maka peralatan baru harus diinstal. Selain itu teknologi LTE menggunakan   MIMO (Multiple Input Multiple Output), teknologi yang memerlukan antena tambahan pada pancaran pangakalan

 jaringan untuk transmisi data. Sebagai akibatnya jika terjadi pembaharuan jaringan maka pengguna perlu membeli mobile device baru guna menggunakan infrastruktur jaringan yang baru.

40

2.7.1

Orthogonal

Frequency

Division

Multiple

Access

(OFDMA)

Teknologi LTE Menggunakan OFDM-based  pada suatu   air interface yang sepenuhnya baru yang merupakan suatu langkah yang radikal dari 3GPP. Merupakan pendekatan evolusiner berdasar pada peningkatan   advance

dari

WCDMA. Teknologi OFDM-based  dapat mencapai data  rates yang tinggi dengan implementasi yang lebih sederhana menyertakan biaya relatif lebih rendah dan efisiensi konsumsi energi pada perangkat kerasnya. Data  rates  jaringan WCDMA dibatasi pada lebar saluran 5 MHz. LTE menerobos batasan lebar saluran dengan mengembangkan   bandwidth yang mencapai 20 MHz. Sedangkan nilai capaian antena pada  bandwidth di bawah 10 MHz, HSPA+ dan LTE memiliki performa yang sama. LTE menghilangkan keterbatasan WCDMA dengan mengembangkan teknologi

OFDM yang memisah kanal 20 MHz ke dalam beberap   narrow

sub kanal. MasingMasing   narrow sub kanal dapat mencapai kemampuan maksimumnya dan sesudah itu sub kanal mengkombinasikan untuk menghasilkan total data keluarannya.

Gambar 2.22. Orthogonal Frequency Division Multiple Access [7]

41

Gambar

2.22.

merupakan

modulasi

OFDMA

yang

menghindari

permasalahan yang disebabkan oleh pemantulan   multipath dengan mengirimkan pesan

per bits secara perlahan. Beribu-ribu subkanal   narrow menyebar untuk 

mengirimkan banyak pesan dengan kecepatan yang rendah secara serempak  kemudian mengkombinasikan pada penerima kemudian tersusun menjadi satu pesan yang dikirim dengan kecepatan tinggi. Metode ini menghindari distorsi yang disebabkan oleh multipath. Subkanal   narrow pada OFDMA dialokasikan pada basis  burst by burst  menggunakan

suatu

algoritma

yang

memperhatikan

faktor-faktor

yang

mempengaruhi RF ( Radio Frequency) seperti kualitas saluran,   loading dan interferensi. LTE menggunakan

OFDMA

pada   downlink  dan   single carrier 

 –  Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) pada uplink nya. SC-FDMA secara teknis serupa dengan OFDMA tetapi lebih cocok diaplikasikan pada device  handheld  karena lebih sedikit dalam konsumsi battery.

2.7.2

Multiple Input Multiple Output (MIMO) LTE mendukung teknik MIMO untuk mengirimkan data pada sinyal  path

secara terpisah yang menduduki bandwidth RF yang sama pada waktu yang sama, sehingga dapat mendorong pada peningkatan data  rates dan throughput . Sistem antena MIMO merupakan metode pada suatu layanan broadband sistem wireless memiliki kapasitas lebih tinggi serta memiliki performa dan keandalan

yang lebih baik. MIMO adalah salah satu contoh teknologi dengan kualitas yang baik dari LTE pada kecenderungan teknologi yang berkembang saat ini. Saat ini fokus adalah untuk menciptakan frekuensi yang dapat lebih efisien. Teknologi seperti MIMO dapat menghasilkan frekuensi yang efisien yaitu dengan mengirimkan informasi yang sama dari dua atau lebih pemancar terpisah kepada sejumlah penerima,

sehingga

mengurangi

informasi

yang

hilang dibanding bila menggunakan system transmisi tunggal.

42

Pendekatan lain yang akan dicapai pada system MIMO adalah teknologi beam forming yaitu mengurangi gangguan interferensi

dengan

cara

mengarahkan   radio links pada penggunaan secara spesifik. Fleksibilitas di dalam penggunaan spektrum adalah suatu corak   utama pada teknologi LTE, tidak hanya bersifat tahan terhadap interferensi antar sel tetapi juga penyebaran transmisi yang efisien pada spektrum yang tersedia.

Hasilnya

adalah

peningkatan

jumlah

pengguna

per

sel

bila

dibandingkan dengan WCDMA. LTE dirancang untuk mampu ditempatkan di berbagai   band  frekuensi dengan

sedikit

perubahan

antarmuka

radio.

Juga

dapat

digunakan

di

bandwidth 1.4, 1.6, 3, 3.2, 5, 10, 15 dan 20 MHz.

2.7.3

Teknologi Evolved Packet Core  (EPC)  Evolved Packet Core pada LTE adalah arsitektur jaringan yang telah

disederhanakan, dirancang untuk  seamless integrasi dengan komunikasi berbasis  jaringan IP. Tujuan utamanya adalah untuk menangani rangkaian dan panggilan multimedia

melalui konvergensi pada inti IMS.

EPC memberikan sebuah jaringan   all-IP yang memungkinkan untuk  konektivitas dan peralihan ke lain akses teknologi, termasuk semua teknologi 3GPP dan 3GPP2 serta WiFi dan fixed line broadband  seperti DSL dan GPON. Jaringan E-UTRAN adalah jaringan yang jauh lebih sederhana daripada  jaringan sebelumnya pada jaringan 3GPP. Semua masalah pemrosesan paket IP dikelola pada  core EPC, memungkinkan waktu respons yang lebih cepat untuk  penjadwalan

dan

re-transmisi

dan juga

meningkatkan   latency

dan

throughput .

RNC ( Radio Network Controller )

telah sepenuhnya dihapus dan

sebagian besar dari fungsionalitas RNC pindah ke eNodeB yang terhubung langsung ke evolved  packet core.

43

Gambar 2.23. Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE

Pada gambar 2.22.   Evolved packet core dalam arsitektur jaringan LTE memungkinkan

terhubung langsung

atau

melakukan

perluasan

jaringan

ke jaringan nirkabel lainnya. Sehingga operator dapat mengatur fungsi kritis seperti mobilitas,   handover ,   billing, otentikasi dan keamanan dalam jaringan selular. IP dikembangkan pada wired networks data link  dimana   endpoint  dan terkait kapasitas  (bandwidth) statis. Masalah arus trafik pada jaringan tetap, akan muncul apabila  link  kelebihan beban atau rusak. Kelebihan beban dapat dikelola dengan

mengontrol   volume trafik yaitu dengan membatasi jumlah

pengguna terhubung ke sebuah hub dan bandwidth yang ditawarkan. Jaringan EPC meningkatkan performa secara paket tidak perlu lagi diproses oleh beberapa node dalam jaringan. LTE menggunakan teknologi retransmisi di eNodeB, untuk mengelola beragam laju data yang sangat cepat. Hal tersebut memerlukan   buffering dan mekanisme kontrol aliran ke eNodeB dari jaringan inti untuk mencegah overflow data atau loss bila tiba-tiba

sinyal menghilang yang dipicu oleh retransmission tingkat tinggi.

44

2.7.4

Perbandingan Karakteristik LTE dengan UMTS/HSPA

Karakteristik Kunci LTE dengan perbandingan jaringan UMTS/ HSPA yang ada saat ini, antara lain: a. Peningkatan  Air interface memungkinkan peningkatan kecepatan data: LTE

pada   all-new  jaringan

dibangun

akses

radio

didasarkan

pada teknologi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). Ditetapkan

dalam

3GPP

Release

8,   Air interface

untuk

LTE

menggabungkan OFDMA-based  dan skema akses   multiple untuk  downlink, dan SC-FDMA (Single Carrier  FDMA) untuk  uplink.

Hasil dari fitur Air interface ini adalah peningkatan kinerja radio secara signifikan, dapat menghasilkan sampai lima kali rata-rata throughput HSPA. Kecepatan data puncak pada   downlink  diperluas hingga maksimum secara teoretis 300 Mbit/s per 20 MHz dari spektrum. Demikian juga, tingkat uplink LTE teoretis dapat mencapai 75 Mbit/s per 20 MHz dari spectrum. b. Efisiensi spektrum yang tinggi: efisiensi spektrum LTE yang lebih besar memungkinkan

operator

untuk

mendukung

peningkatan

jumlah

pelanggan di dalam alokasi existing dan spektrum alokasi yang akan datang, dengan suatu pengurangan biaya pengiriman per bit nya. c. Perencanaan radio yang fleksibel: jangkauan  cell LTE dapat mencapai performa yang optimum

hingga 5 km. Hal tersebut, masih mampu

untuk mengirimkan hingga capaian efektif di dalam ukuran sel hingga radius 30 km, dengan capaian maksimal batasan sel hingga radius 100 km. d. Mengurangi   Latency: Dengan mengurangi waktu   round-trip ke 10ms atau bahkan lebih (dibandingkan dengan 40 – 50ms untuk HSPA), LTE dapat memberikan Hal

kepada   user  sesuatu

yang

lebih

responsif.

ini memungkinkan , layanan secara   real-time seperti   high-quality

konferensi audio/video dan permainan  multi-player . e. Lingkungan All-IP : salah satu fitur yang paling signifikan adalah transisi

45

LTE menuju 'flat', jaringan inti berbasis all-IP dengan arsitektur yang disederhanakan dan  open interface.

2.7.5

Layanan-Layanan LTE

Melalui kombinasi   downlink  dan kecepatan transmisi (uplink ) yang sangat tinggi, lebih fleksibel, efisien dalam penggunaan spektrum dan dapat mengurangi paket

latensi,

LTE

menjanjikan

untuk

peningkatan

pada

layanan   mobile broadband serta menambahkan layanan   value-added  baru yang menarik. Manfaat besar bagi pengguna antara lain   streaming skala besar, download  dan berbagi video, musik dan konten multimedia yang semakin

lengkap. Untuk  pelanggan bisnis LTE dapat memberikan transfer file besar dengan kecepatan tinggi,   video conference berkualitas tinggi dan   nomadic access yang aman ke jaringan korporat.

Semua layanan ini memerlukan   throughput  yang signifikan lebih besar untuk dapat memberikan   quality of service . Tabel 2.2. berikut menggambarkan beberapa layanan dan aplikasi LTE: Tabel 2.2. Klasifikasi layanan mobile pada LTE [29] KATEGORI LAYANAN

SAAT INI

Layanan Suara   Real-time audio

LTE

VoIP, konferensi video berkualitas tinggi Pesan foto, IM, mobile e-mail, Pesan video

Pesan P2F

SMS, MMS, e-mail prioritas rendah

Browsing

Akses ke layanan Browsing super-cepat, meng informasi upload konten ke social situs online dimana  jaringan pengguna membayar tarif jaringan standar. Saat ini terbatas untuk  browsing WAP Informasi berbasis teks E-newspapers , streaming audio berkualitas tinggi

Informasi pembayaran

46

Personalisasi

Games

TV/ video on demand

Musik

Didominasi ringtones, termasuk  screensaver dan Didownload dan online game

 Realtones (asli artis rekaman), situs Web mobile pribadi

Video streaming dan konten video hasil download Full track downloads , layanan radio analog

Layanan siaran televisi,  true on-demand television , streaming video kualitas tinggi Download musik berkualitas tinggi

Permainan game online secara konsisten pada jaringan   fixed  maupun mobile

Konten pesan Pesan   peer-to-peer  Distribusi klip video, layanan serta dan karaoke, video berbasis iklan interaksi dengan lintas media mobile dengan skala yang luas media lainnya

KATEGORI LAYANAN

SAAT INI

LTE

M- commerce

fasilitas pembayaran dilakukan melalui  jaringan selular

 Mobile data  networking

Akses ke intranet perusahaan dan database

2.7.6

 Mobile handset sebagai alat pembayaran, rincian pembayaran dibawa melalui  jaringan kecepatan tinggi untuk memungkinkan penyelesaian transaksi secara ce at transfer file P2P, aplikasi bisnis,   application sharing, komunikasi M2M,   mobile intranet / ekstranet

LTE Link Budget  Link budget  adalah perhitungan dari semua gain dari pemancar dan

terima setelah melalui redaman di berbagai media transmisi hingga akhirnya diterima oleh receiver  di dalam sebuah sistem telekomunikasi.  Link budget  akan memperhitungkan besarnya redaman dari sinyal

termasuk di dalamnya berbagai macam

redaman

propagasi

yang

dipancarkan selama proses propagasi berlangsung. Ilustrasi link budget dan gambaran tentang alur propagasi sinyal mulai dari sisi pengirim hingga

47

ke sisi penerima. Ada pada gambar 2.23 berikut

Gambar 2.24. Ilustrasi Link Budget LTE Dimana : Ptx

= Sinyal pancar yang dikeluarkan oleh pengirim

Gtx

= Gain atau penguatan yang ada di sisi pengirim

Apl

= Besarnya redaman yang terjadi selama proses propagasi

Prx

= Sinyal pancar yang sampai di penerima

Grx

= Gain atau penguatan sinyal di sisi penerima setelah melalui proses

propagasi.

Secara umum dari ilustrasi

gambar 2.4 maka   link budget  bisa

dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu kelompok perangkat pengirim dan penerima serta kelompok media propagasi.  Link budget  dari teknologi LTE dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti

sudah diatas . Besarnya   Down Load  (DL)   link budget  dinyatakan dalam persamaan 2.1 berikut. (DL) link budget = [(DL Tx power) + (DL Tx Antena Gain) + (Other DL Tx Gain) + (DL RX Antena Gain) + (Other DL RX Gain) + (Urban Correction) – 

48

(Thermal Noise) - ((RX SNR) – (DL RX Noise Figure) – (Implementation Loss)  – (Interfarance Margin) – (Fade Margin)(2.1) Sedangkan besarnya Upload (UL) link budget  dinyatakan dan bisa dihitung dengan persamaan 2.2 berikut.

(UL) link budget = [(UL Tx power) + (UL Tx Antena Gain) + (Other DL Tx Gain) + (UL RX Antena Gain) + (Other UL RX Gain) + (Urban Correction) + (UL Subchanelling Gain) - (Thermal Noise) - ((RX SNR)  –  (UL RX Noise Figure) – (Implementation Loss) – (Interfarance Margin) – (Fade Margin) (2.2)

2.7.7

Perangkat Pengirim LTE

Perangkat pengirim dalam teknologi LTE dikenal sebagai BTS. Berfungsi mengirimkan sinyal dari BTS ke arah perangkat penerima  Costumer  Premise Equipment  (CPE). Sinyal yang dikirim ini disebut sebagai  Down Link 

(DL) signal dan menerima sinyal balikan dari perangkat CPE. Sinyal balikan dari CPE ini disebut  Upload (UL) signal. Sedangkan perangkat penerima dalam teknologi mobile LTE dikenal dengan istilah CPE. Perangkat ini berfungsi mengirimkan sinyal dari CPE ke arah  Base Station (UL signal) dan menerima sinyal balikan dari perangkat  Base Station (DL signal).

Di samping sinyal pengirim dan penerima ada faktor lain dari sisi perangkat yang mempengaruhi besarnya sinyal yang diterima yakni  noise figure, thermal noise, receiver  SNR dan uplink subchanellization gain .

a.

Noise Figure adalah pengukuran dari degradasi   Signal to Noiser Ratio

(SNR) dikarenakan komponen-komponen yang ada pada RF  signal chain . Nilai ini biasa didapatkan dari membandingkan sinyal noise keluaran dari perangkat. b.

Thermal Noise adalah  noise yang timbul karena pengaruh suhu atau panas

terhadap frekuensi yang digunakan. c.   Receiver  SNR. Nilai   receiver  SNR sangat bergantung pada skema modulasi yang digunakan. LTE secara adaptif akan memilih skema penggunaan

49

bergantung dari kondisi dan jarak dari pengguna terhadap BTS. d.

Uplink Subchanneling Gain adalah penguatan yang terjadi di sisi   uplink 

dikarenakan

adanya pengiriman

sinyal data menggunakan

semua sinyal

carrier  secara simultan.

2.7.8

Media Propagasi

Jarak dan halangan antar BTS dengan CPE menimbulkan berbagai redaman yang timbul karena berbagai faktor. Beberapa parameter lain yang digunakan dalam perhitungan link budget  adalah : a.

Implementation   loss adalah redaman yang muncul karena adanya   error 

yang tidak diharapkan saat proses instalasi berlangsung, baik itu muncul dari perangkat atau dari faktor manusia sebagai pelaku implementasi perangkat. b.

Interference margin adalah rugi-rugi akibat adanya interferensi  co-channel

saat pengembangan jaringan dengan frekuensi   re-use. Sebagai dampaknya pelanggan yang berada di batas sektor akan mengalami penurunan dalam kualitas koneksi. c.

Penetration Loss adalah redaman yang muncul sebagai akibat adanya user

yang berada di dalam gedung. Saat perangkat CPE digunakan di dalam gedung maka kualitas sinyal akan berkurang banyak. d.   Fade margin adalah redaman yang muncul saat pengguna melintasi rerimbunan pohon atau berada di daerah pantulan. Hal ini juga akan berpengaruh pada kuat lemah sinyal yang diterima.

2.7.9

Path Loss Model

LTE

masih

masuk

dalam

range

kerja

pemodelan

Erceg

yang

berkisar antara 1.900 MHz < f < 3.500 MHz . Rumus perhitungan  path loss dari tiap base station dengan erceg model adalah : PL= A + 10 · γ � log10( d / d0 ) + PLf + PLh + s dB ……… ……………… (2.3)

Dimana :

50

hb = tinggi perkiraan base station, rangenya berkisan antara 10 - 80m. Tiga macam skenario propagasi Terrain Type A: Kondisi berbukit dengan jumlah pepohonan sedang. Terrain Type B: Kondisi path-loss menengah Terrain Type C: Kondisi topografis dengan jumlah pohon sedikit hb = 30 m

Tabel 2.3 Tabel Skenario Propagasi [11] Model Parameter

Terrain Type A

Terrain Type B

Terrain Type C

a

4,6

4

3,6

b

0,0075

0,0065

0,005

c

12,6

17,1

20

2.7.10 Faktor Geografis

Seperti yang telah disebutkan diatas selain pemilihan teknologi, faktor geografis juga memiliki andil dalam menentukan cakupan dari LTE. Dengan luas tertentu maka harus diperhitungkan berapa perangkat yang harus terpasang. 2 Gambar 2.24 merupakan wilayah Jakarta dengan luas wilayah 740,28 km

Gambar 2.25. Peta wilayah Jakarta

51

2.8

Solusi NSN (Nokia Siemens Network) Untuk Jaringan LTE

Peran vendor tidak bisa dipisahkan dalam pengembangan teknologi Telekomunikasi.

Kondisi

saat

ini,

operator

telekomunikasi

selular

sedang berlomba-lomba untuk membangun infrastruktur yang mendukung permintaan pelanggan tentang bandwith yang besar. Solusi jaringan LTE diberikan oleh NSN kepada operator dalam mengembangkan kebutuhan telekomunikasi berpita lebar.

Gambar 2.26. Solusi NSN Untuk Setiap Jalur Migrasi LTE [12] Pada gambar 2.26 adalah solusi LTE Nokia Siemens pada seluruh  jaringan LTE, memungkinkan awal migrasi ke arsitektur   flat network , dengan menyajikan migrasi teknologi sesuai dengan standar LTE 3GPP, performa tinggi, serta memiliki jaringan mobile broadband  yang dapat diandalkan. 2.9

Produk NSN Untuk Perangkat BTS (Base Transceiver Station) LTE

NSN memimpin dalam pengembangan teknologi LTE di industri telekomunikasi

dan

memberikan

solusi

untuk

semua

jenis

layanan

telekomunikasi. Operator dapat mengambil keuntungan dari keunggulan produkproduk NSN untuk membangun jaringan radio telekomunikasi berbasis LTE.

52

Berikut adalah overview untuk beberapa perangkat radionya 2.9.1

Sektor RF Module

Gambar 2.27. 3-Sector RF module [12]

Flexi 3-Sektor RF Modul merupakan suatu RF Modul dengan 3 x 70W power amplifier memberikan 3 x 60W pada konektor antena.

Dukungan

 jangkauan sampai dengan jarak 20 km dari Sistem Modul ( distributed site configuration).

2.9.2

Flexi Multimode System Module

Gambar 2.28. Flexi Multimode System Module [12]

Flexi multimode system module merupakan perangkat jenis kategori prosessing power pada sebuah BTS ( Base Transceiver Station). Mendukung standar LTE , memiliki 3 sell masing-masing 20 MHz tiap sell, memiliki MIMO Kapabilitas.

2.9.3

Flexi Multiradio BTS With MIMO

Merupakan perangkat BTS yang fungsional dan   compact  serta telah mendukung teknologi LTE. Perangkat terdiri dari sistem modul, dua 3-sector RF

53

Modul, tiga sel /sektor dengan daya 120W, MIMO 2x2, bandwidth 20MHz, RF redundansi, 4   way UL diversity (opsional), TMA / MHAs (opsional). Dapat meningkatkan OPEX, karena konsumsi listrik adalah 25% lebih rendah dari generasi sebelumn ya.

Perangkat

Flexi Multiradio tersebut terlihat pada

Gambar 2.9.

Gambar 2.29. Flexi Multiradio BTS Dengan MIMO [12]

54

2.10

Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE

Berikut adalah skenario migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE :

Gambar 2.30. Skenario Migrasi BTS NSN Flexi WCDMA ke LTE [13]

Konsep dalam melakukan upgrade pada skenario migrasi perangkat BTS pada gambar 2.10 antara lain :



Fokus pada perlindungan investasi



Re-use site yang telah ada untuk instalasi



Pemanfaatan spektrum pada antenna



Backhaul sharing antara LTE dan 2G/3G



Menambahkan RF modul LTE pada  base station 3G

55

2.11. Dasar Acuan Perancangan Antena

Wilson Julius,

Syah Alam, S.Pd, M.T, Dr. Harry Arjadi, M,Sc,

Universitas Kristen Krida Wacana Jakarta[31], telah mengeksperimentasikan antena LTE mikrostrip untuk frekuensi 2,3 Ghz pada aplikasi   mobile dan frekuensi 2,5 Ghz untuk   fixed  frekuensi. Dengan menggunakan substrat jenis FR4  Epoxy dengan perancangan model antena mikrostrip bentuk persegi empat.

Disebutkan bahwa, model pencatuan menggunakan metode saluran mikrostrip (microstrip feed line ). Saluran ini mempengaruhi matching pada antena mikrostrip. Untuk me-matching -kan antena, hal yang perlu dilakukan adalah dengan mengubah-ubah ukuran dari elemen pencatu dengan memberikan  stub dan mengubah-ubah posisinya dengan  patch. Peripheral slits digunakan dalam pemodelan   patch pada referensi

pembanding ini. Yaitu salah satu teknik miniaturisasi ukuran antena mikrostrip yang bekerja dengan cara membuat belahan pada sisi-sisi   patch antena. Penggunaan  slits akan menggangu aliran arus dipermukaan, memaksa arus untuk  berbelok-belok, yang kemudian meningkatkan panjang elektris dan  patch. Jumlah slits yang digunakan semakin banyak juga akan dapat mengurangi frekuensi kerja. Dengan menggunakan beberapa buah slits, arus dipermukaan akan mengalir di sekeliling slits. Hasilnya adalah memperpanjang ukuran elektris dari patch dan timbulnya arus normal. Gambar 2.30 Antena LTE 6 Slits

56

Azwar Mudzakkir Ridwan, Nanang Ismail, MT, dan Afaf Fadhil R, MT, Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SGD Bandung[32], telah melakukan perancangan serta simulasi antena mikrostrip  array bentuk segiempat untuk aplikasi LTE pada frekuensi 2,3 Ghz. Dengan menggunakan substrat jenis FR4 Epoxy dengan perancangan model antena mikrostrip bentuk persegi empat.

Perancangan patch segiempat dilakukan melalui beberapa tahapan perhitungan untuk mendapatkan dimensi  patch. Dengan frekuensi tengah 2,3 Ghz, panjang gelombang 130,4347 mm, w = 39,68997 mm, lebar patch = 30,76827 mm, dan lebar pencatu = 18,18 mm. Perancangan saluran pencatu mikrostrip ini menggunakan array bentuk  T junction yang disebut sebagai  paralel feed  dengan dua saluran yaitu, 50 Ω dan 70

Ω   T-junction umumnya digunakan sebagai pembagi daya dalam antena   array. Power divider  yang dipakai dalam perancangan ini memiliki nilai sebesar 70,7 Ω.

Gambar 2.31 Antena Mikrostrip Array Persegi Empat

57

Halomoan Togatorop, Dr. Heroe Wijayanto, Ir, MT, Dr. Yuyu Wahyu, Ir, MT, Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom[33], melaporkan bahwa telah melakukan perancangan dan realisasi antena mikrostrip MIMO Bowtie pada frekuensi 2,3 Ghz untuk aplikasi LTE. Dengan menggunakan substrat jenis   FR4 Epoxy dengan perancangan model

antena

mikrostrip

bowtie.

Disebutkan

bahwa,

model

pencatuan

menggunakan metode saluran mikrostrip ( microstrip feed line ). Saluran ini mempengaruhi matching pada antena mikrostrip.

Gambar 2.32 Antena Mikrostrip Patch Bowtie

58

BAB III PERANCANGAN ANTENA MIKROSTRIP PERSEGI 3.1. Dasar Perancangan Antena

Pada skripsi ini akan dirancang antena mikrostrip persegi yang beroperasi diwilayah frekuensi kerja wideband 2,3-2,4 Ghz. Berdasarkan pada rentang frekuensi tersebut maka dalam perancangan ini telah ditentukan frekuensi tengah pada 2,3 Ghz. Adapun bebrapa tahapan dalam perancangan antena ini, diantaranya menentukan media substrat  yang akan digunakan, dengan spesifikasi konstanta dielektrik (εr ) 2.2, ketebalan substrate (h) 1.57 mm, dan dielektrik  loss tangent  ( tanδ ) 0.002, dapat ditentukan lebar saluran pencatu untuk penggunaan pada impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, penentuan lebar saluran diperoleh melalui penggunaan software PCAAD 5.0. Dengan menggunakan data substrat 

tersebut, didapat lebar saluran

pencatu yaitu sebesar 4.8 mm. Perancangan dilakukan dengan menggunakan suatu metode feed line untuk analisis ukuran suatu patch radiator. Langkah selanjutnya adalah proses desain dan simulasi gabungan  patch mikrostrip dan saluran pencatu menggunakan software AWR  Microwave Office. Dimana dimensi  patch dapat dihitung menggunakan persamaan pada bab sebelumnya, sementara dimensi substrat yang akan digunakan dalam perancangan 2

ini telah ditentukan sebesar 80x80 mm . Melalui bantuan penggunaan

software

ini hasil rancangan dapat

disimulasikan untuk melihat parameter antena yang didapat, seperti return loss, VSWR, pola radiasi bandwidth, gain dan lain sebagainya. Sebagai standar minimum, dimana antena dapat dikatakan optimum jika parameter hasil simulasi di dapat return loss (RL) < -10 dB, VSWR antara 1 sampai 2, dan untuk  antena mikrostrip ini jika diperoleh bandwidth > 130 MHz. Jika parameter tersebut belum tercapai, maka dapat dilakukan berbagai modifikasi sampai didapat nilai yang dikehendaki. Modifikasi yang dilakukan

59

dalam perancangan ini antara lain, memberikan slot pada radiator patch bujur sangkar untuk mencapai frekuensi resonansi yang sesuai, serta dilakukan pembatasan pada sisi Ground Plane, yang digunakan pada teknik  microstrip dengan tujuan untuk mendapatkan bandwidth yang lebar.

3.2. Media Perancangan Antena

Adapun media perancangan yang digunakan antara lain : 1. Media Substrat dan konektor 2. Software simulasi dan rancangan 3.  Hardware perancangan dan alat ukur Dalam tabel 3.1 diperlihatkan spesifikasi media yang digunakan meliputi, tipe substrate, dielektrik konstan, ketebalan substrate, dielektrik  loss tangent , dan dimensi substrate yang akan digunakan. sementara konektor yang digunakan untuke terminal saluran antena adalah konektor Sub Miniature version A (SMA) dengan impedansi 50 Ω. Tabel 3.1 Spesifikasi media substrate antena mikrostrip Tipe substrate

Rogers RT/Duroid 5880

Konstanta dielektrik (εr )

2.2

Ketebalan substrate (h)

1.57 mm

Dielektrik loss tangent ( tanδ )

0.002

Dimensi substrate

80x80 mm2

3.2.1 Software dan Hardware Perancangan Antena

Terdapat software yang digunakan dalam perancangan ini, diantaranya Personal Computer Aided Antenna Design (PCAAD), AWR  Microwave Office

dan Corel Draw X5. 1. PCAAD 5.0

60

Software

ini digunakan sebagai program yang membantu untuk 

menentukan lebar saluran pencatu, cukup dengan menginputkan nilai impedansi, ketebalan substrate dan konstanta dielektrik antena mikrostrip yang diinginkan. PCAAD yang digunakan dalam perancangan ini adalah versi 5.0. 2. AWR Microwave Office 2002 v.5.53 AWR MWO merupakan salah satu software yang biasa digunakan untuk  melakukan simulasi dan melakukan desain pemodelan antena yang akan dirancang, serta mensimulasikan hasil rancangan untuk melihat nilai parameter antena yang dibentuk seperti return loss, VSWR, pola radiasi, polarisasi, gain dan lain sebagainya. AWR MWO yang digunakan dalam perancangan ini adalah 2002 v.5.53 . 3. Corel Draw X5 Software ini digunakan untuk mendesain ulang pemodelan antena yang

telah dismulasikan untuk kebutuhan proses fabrikasi antena. Untuk  mencetak bentuk rancangan antena, dilakukan proses pengikisan lapisan konduktor atau biasa disebut proses etching. Sementara hardware yang digunakan dalam perancangan ini meliputi perangkat computer, peralatan perancangan dan alat ukur dengan keterangan sebegai berikut : 1. Laptop Laptop yang digunakan setidaknya harus memiliki spesifikasi perangkat diatas kebutuhan software AWR MWO dan mampu untuk dilakukan simulasi antena. 2. Peralatan perancangan dan alat ukur Peralatan yang digunakan dalam perancangan antenna ini meliputi perangkat standar workshop seperti solder, tang, timah, cutter , penggaris, dan lain sebagainya. Sementara alat ukur yang digunakan untuk 

61

mengetahui parameter dari antena adalah  Microwave Network Analyzer  Agilent tipe N5230C : A.08.50.10. 3.3.

Perancangan Antena Mikrostrip

Metode perancangan antena mikrostrip persegi untuk aplikasi LTE terdapat pada diagram alir perancangan antena mikrostrip pada gambar 3.1. Ada perancangan antena mikrostrip segiempat dilakukan melalui dua tahapan, yaitu : pertama merancang ukuran jarak  patch radiator persegi dan kedua merancang saluran pencatu. Pada perancangan ini digunakan proses analisis dan proses penggunaan software melalui metode simulasi. Penggunaan frekuensi resonansi 2,3 Ghz merupakan dasar dari acuan yang digunakan pada sistem rancangan. Kemudian karakteristik substrat RT Duroid 5880 dengan spesifikasi ketebalan 1,57 mm dengan konstanta dielektrik 2,2.

62

Start

Antena mikrostrip LTE dengan lebar frekuensi 2.32.4 GHz

Frekuensi center Fc = 2.3 GHz

Material substrat RT / Duroid 5880 = 2.2

h =1.57 Loss tangen = 0.002

Dimensi patch L=W= 45,6 mm

Merancang Lebar saluran transmisi Impedansi 50 Ohm

Implementasi desain antena mikrostrip persegi AWR microwave office

Modifikasi antenna : 1.panjang dan Lebar celah 2.pembatasan pada bidang groundplane

Menjalankan simulasi pada sofware AWR MWO

Tidak ?

Rl < -10 dB 1≤VSWR≤ 2 BW > 130 MHz

YA ?

Selesai

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan melalui metode simulasi

63

3.4. Rancangan Dasar Antena 3.4.1 Menentukan Lebar Saluran Pencatu

Penentuan

lebar

untuk

saluran

pencatu

dalam

perancangan

ini

menggunakan program PCAAD 5.0, untuk mencari nilai lebar saluran (Wf ) dapat menginputkan data substrate seperti dielektrik konstan (εr ) dan ketebalan substrate (h) seperti terlihat pada gambar. Untuk menghitung lebar saluran dipilih

opsi Compute Width dengan impedansi karakteristik yang dikehendaki, dalam perancangan ini digunakan impedansi karakteristik antena sebesar 50 Ω.

Gambar 3.2 Tampilan software PCAAD untuk menentukan lebar saluran antena Dengan menginputkan karakteristik impedansi 50

Ω

pada

isian

Characteristic Impedance, h = 1.57 mm = 0.157 cm pada isian Substrate Thickness, dan

εr  =

2.2 pada isian Dielectric Constant, maka didapat ukuran

lebar saluran mikrostrip sebesar 0.483 cm yang ditunjukkan pada kotak  Line Width. Dan untuk kebutuhan perancangan maka lebar saluran dibulatkan menjadi

0.48 cm = 4.8 mm.

64

Gambar 3.3 Ukuran Lebar Saluran Pencatu Antena 3.4.2 Menentukan Dimensi Patch

Pada tahap ini ditentukan terlebih dahulu frekuensi kerja ( fc), dimana  jangkauan frekuensi yang digunakan pada perancangan antena ini yaitu dari 2-3 GHz. Dengan mengacu kepada aplikasi  LTE (Long Term Evolution) yang sudah dikomersilkan oleh perusahaan operator Telekomunikasi pengembang jaringan LTE [28], maka frekuensi kerja ( fc) yang digunakan yaitu pada 2.3 GHz. Perancangan dimensi  patch peradiasi dari sebuah antena mikrostrip model persegi, Pada tahap ini dapat ditentukan terlebih dahulu frekuensi tengah, dimana jangkauan frekuensi yang digunakan pada 2.3  – 2.4 GHz, dengan frekuensi bawah ( ) dan batas frekuensi atas ( ditentukan frekuensi tengah (

) menggunakan

), maka dapat

persamaan (2.20) sebagai

berikut:

= =

.

.

= 2.35 Maka untuk dapat bekerja pada frekuensi 2.3 GHz, dimensi patch antena dapat dihitung menggunakan persamaan (2.3): L=

√ 

65

/

L=

. .

√  .

L = 0.04397 m = 43.97 mm

Dikarenakan adanya efek  fringing, seperti yang telah dijelaskan pada bab 2, maka untuk  patch persegi digunakan panjang efektif dengan menggunakan persamaan (5) :

Leff  = L+2∆L

Dimana untuk menyelesaikan perhitungan tersebut digunakan persamaan (2) untuk menghitung W, persamaan (6)

untuk menghitung

re.ff ,

dan

persamaan (4) untuk menghitung ∆L , diperoleh :

c

W  

ε

2  f  O W  

r  2

 1

8

3 x 10 m/s 2 . 2.3x10 9 Hz

2.2  1 2

W   0 . 05156 m  51 . 56 mm Dengan mensubtitusikan nilai W pada persamaan (6) maka diperoleh :

       ε  1 ε 1 1 r  r    ε   reff  2 2   12 d   1   W     

66

       2.2  1 2.2  1  1   ε   reff  2 2   12 . 0 . 00157 m  1   0.05156 m     ε

reff 

= 2.113

W   0 .05156 m  51 .56 mm Dan dari persamaan (4) diperoleh :

  ε eff   0,3  w  0,264     h     L  0,412h    ε eff   0,258  w  0,8     h    

  0.05156m      2 . 113 0 , 3 0 , 264      0.00157m       L  0,412  0.00157m  0.01731m       2 . 113 0 , 258 0 , 8       0.00157m      L = 0.000804m = 0.804 mm Sehingga panjang patch efektif diperoleh :

L

=

+ 2∆

= 43.97 mm + 2. 0.804 mm = 45.57 mm Didapat panjang sisi efektif untuk patch persegi sebesar 45.57 mm, untuk  kebutuhan dalam perancangan maka dibulatkan menjadi 45,6 mm pada Simulator AWR 2002.

67

Gambar 3.4 Ukuran Sisi Patch Persegi 3.4.3 Konfigurasi Pada  Software Simulasi AWR Microwave Office 2002

Proses simulasi pada program simulator ini dilakukan pada software AWR  Microwave Office 2002. Proses ini dilakukan untuk menyesuaikan data substrat 

yang akan digunakan dalam perancangan antena.

Langkah 1

Untuk memulai perancangan dapat dilakukan dengan membuat  file project  baru dengan memilih menu File >   New Project . Kemudian untuk membentuk  area substrat dibuat melalui menu Project  >  Add 

E M 

Structure

> New

E M 

Structure.

68

Gambar 3.5 Tahap awal simulasi pada Software Microwave Office 2002 Langkah II

Lalu untuk menyesuaikan data substrate seperti dimensi dan spesifikasi substrate melalui menu Structure > Enclosure, untuk kemudian pada menu

tersebut diinputkan data substrate seperti ditunjukkan pada Gambar 3.5. Dengan pilihan unit satuan dalam millimeter  (mm). penentuan ukuran sel disesuaikan dengan ketentuan spesifikasi substrate, dan dalam rancangan ini untuk tipe RT Duroid 5880 ditentukan ukuran cell size adalah 0.8 mm yang didapat dari perbandingan antara dimensi X dan Y yaitu, 80:100 dan perbandingan terhadap divisi X dan Y sebesar 80:100.

Gambar 3.6 Konfigurasi Ukuran Dimensi Substrate Antena

69

Langkah III

Pada menu Dielectric Layers, substrate ditempatkan ditengah box dimana layer  atas dan layer  bawah adalah lapisan udara, dengan ketebalan kurang lebih 9

kali ketebalan substrate, seperti yang terlihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.7 Konfigurasi Layer Dielektrik Antena Langkah IV

Dan untuk penyesuaian batasan antena ( Boundaries Setting) dapat diatur pada menu Boundaries, menggunakan pendekatan ruang terbuka dengan hambatan udara pada kedua sisi antena sebesar 377 Ω seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.8 Konfigurasi Boundaries Setting pada Antena

70

Langkah V

Penambahan  port  untuk jenis pencatuan dengan saluran mikrostrip ini dapat ditambahkan melalui menu Draw > Add Edge Port, untuk posisi  port  tersebut ditempatkan ujung saluran tepatnya di bagian tepi pada substrate, dan penempatan  port pada saluran ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.9 Penggunaan Port pada Saluran Pencatu Langkah VI

Pengukuran parameter antena dapat dilakukan melalui simulasi yang dapat ditambahkan melalui menu Project > Add Graph, untuk menentukan parameter antena yang akan ditampilkan dapat dipilih melalui opsi yang ditampilkan pada gambar 3.12. 1. Untuk   return loss dapat dipilih melalui opsi Rectangular kemudian rename graph 1 menjadi return loss lalu klik kanan dengan  Measurement  Type : Port Parameter ,  Measurement : S ,  Data Source name : EM  Structure 1, Complex Modifier : Magnitude dan ceklis result type : DB.

2. Untuk  VSWR dapat dipilih melalui opsi  Linier  kemudian rename graph 2 menjadi VSWR lalu klik kanan dengan  Measurement Type : Linier ,

71

 Measurement : VSWR,  Data Source name : EM Structure 1, dan ceklis result type : DB.

3. Kemudian untuk Impedansi Masukan ( Zin) dapat dipilih melalui opsi

Smith Chart kemudian rename graph 3 menjadi  Zin lalu klik kanan dengan  Measurement Type : Linier ,  Measurement : Zin, dan  Data Source name : EM Structure 1.

4. Sementara untuk menampilkan pola radiasi antena dapat dipilih melalui opsi  Antena Plot  kemudian rename graph 4 menjadi Pola Radiasi lalu klik  kanan dengan  Measurement Type : Antena,  Measurement : PPC_TPwr  (Total radiation Power),  Data Source name : EM Structure 1 dan ceklis result type : DB.

5. Kemudian untuk menampilkan Polarisasi antena dapat dipilih melalui opsi

Antena Plot kemudian rename graph 4 menjadi Polarisasi lalu klik kanan dengan  Measurement Type : Antena, measurement : PPC_ETheta (Polarisasi pada fungsi Theta),  Data Source name : EM Structure 1 dan ceklis result type : DB. Untuk menambahkan satu bentuk polariasi lagi klik kanan pada polarisasi dengan  Measurement Type : antena,  Measurement : PPC_EPhi (Polarisasi pada fungsi Phi), Data Source name : EM Structure 1 dan ceklis result type : DB.

Gambar 3.10 Pilihan Opsi pada AWR MWO untuk Program Simulasi Antena

72

Gambar 3.11 Pilihan perancangan parameter pada Microwave Office untuk  Program Simulasi Antena Langkah VII

Pengaturan jangkauan frekuensi yang akan digunakan dapat dilakukan pada menu Options > Project Options, pengaturannya dengan  Modify Range : Start  untuk menentukan awal jangkauan frekuensi yang akan digunakan,  Modify  Range : Stop untuk akhir jangkauan frekuensi, dan  Modify Range : Step untuk 

kerapatan jangkauan frekuensi, kemudian untuk  Sweep Type dipilih opsi Linier dalam satuan GHz, pengaturan ini ditunjukkan seperti pada Gambar 3.10. Untuk tahap awal dalam perancangan ini, jangkauan frekuensi yang akan digunakan dimulai pada frekuensi 1 GHz dan berakhir pada 3 GHz dengan kerapatan jangkauan frekuensi 0.1 GHz. Selanjutnya untuk memulai simulasi dapat dilakukan dengan memilih menu Simulate > Analyze, kemudian simulasi akan diproses dan parameter antena hasil dari simulasi akan ditampilkan pada akhir proses.

73

Gambar 3.12 Pengaturan Jangkauan Frekuensi pada Perancangan Antena 3.5. Konfigurasi Rancangan Antena

Antena yang dirancang dalam penelitian ini merupakan jenis antena  planar  yang dicetak pada single layer substrate dengan εr  = 2.2 dan h = 1.57 mm 2 dengan panjang 45.6 mm , dimana  patch ini berbentuk persegi dengan pencatu

saluran mikrostrip yang dicetak pada satu sisi dan ground plane sebagian pada sisi yang lain. Perancangan antena ini dilakukan dalam beberapa tahapan uji coba, dimana pada tahap awal ini adalah untuk mencari rancangan yang optimum yang terlihat pada nilai return loss hasil simulasi, dimana  patch tanpa modifikasi. Tahap kedua modifikasi dilanjutkan pada  patch yang dilakukan dengan penambahan slot pada radiator , dan tahap ketiga adalah pembatasan ground plane pada sisi lain substrate. 3.5.1 Pemodelan Patch Pada Antena Persegi

Dalam tahap awal perancangan dibutuhkan sebuah pemodelan yang menjadi dasar sebuah perancangan antena. Berdasar dari acuan persamaan yang telah diperoleh sebelumnya dalam merancang dimensi yang akan digunakan,

74

tentunya akan menghasilkan ukuran-ukuran yang digunakan dalam membuat antena.

3.5.1.1 Perancangan Antena Persegi Tanpa Modifikasi

Rancangan antena tahap pertama disimulasikan tanpa melakukan beberapa perubahan yang signifikan. Ukuran panjang (W) dan (L) pada tahap awal perancangan antena ini yaitu 45,6 mm dan untuk perubahannya ini tidak  dilakukan slot pada bidang radiator , namun pada tahap ini dilakukan pengamatan terhadap hasil yang diberikan jika menggunakan  patch tanpa modifikasi, seperti yang terlihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Rancangan antena  patch persegi tanpa modifikasi

Bentuk tersebut merupakan bentuk tahap awal perancangan antena dan tidak dilakukan perubahan, untuk kemudian dilakukan pengamatan terhadap hasil keluaran dari simulasi itu, jika menggunakan  patch tanpa modifikasi akan terlihat nilai hasil return loss seperti yang terlihat dalam bentuk grafik pada gambar 3.14 berikut ini.

75

Gambar 3.14 Hasil return loss patch persegi tanpa modifikasi Perancangan antena tahap pertama ini hanya dilakukan tanpa memberi modifikasi, karena untuk tahap ini hanya ingin melihat hasil yang didapat apabila menggunakan  patch tanpa modifikasi sedikitpun dan sekaligus juga untuk  menguji disain apakah dapat mencapai nilai parameter yang diharapkan, yaitu nilai bandwidth pada frekuensi kerja 2,3 Ghz. 3.5.1.2 Perancangan Antena Persegi Dengan Penambahan Slot Persegi Pada Tengah Patch Radiator

Rancangan

antena

selanjutnya

disimulasikan

dengan

melakukan

penambahan slot  persegi pada tengah sisi  patch. Tahap awal penambahan slot  ini dapat digambarkan seperti pada Gambar 3.13, dimana pada gambar tersebut ditampikan bentuk awal pemberian slot persegi pada  patch. Ukuran panjang L1 = 16 mm, L2 = 13.6 mm, L3 = 16 mm, W1 = 16.8 mm, dan W2 = 22,8 mm, slot  pada radiator  tersebut dapat diatur dan disesuaikan dengan nilai simulasi yang dihasilkan, ini bertujuan dapat memberikan pengaruh terhadap parameter antena yaitu nilai bandwidth yang lebar.

76

Gambar 3.15 Konfigurasi awal pemberian celah persegi pada radiator

Gambar 3.16 Hasil return loss pemberian slot persegi pada peradiasi

77

Tahapan selanjutnya dilakukan dengan memodifikasi slot persegi itu sendiri dengan mengurangi ukuran L1=L2=L3 sebanyak 2 kali dengan skala pengurangan 0.8 mm. Selanjutnya mengurangi W1=W2 sebanyak 2 kali juga dengan skala setiap penguarangan 0.8 mm seperti pada gambar 3.17. Tujuannya untuk mencari parameter antena yang optimum dan mendapatkan bandwidth.

Gambar 3.17 Pengurangan dimensi pada slot persegi Dari hasil perubahan dimensi pada slot persegi dapat dili hat dari grafik  3.18 dibawah ini.

78

Gambar 3.18 Hasil return loss terhadap perubahan pengurangan dimensi 3.5.1.3 Pembatasan bidang  ground plane pada perancangan antena persegi

Konfigurasi rancangan antena persegi dengan melakukan pembatasan pada sisi ground plane seperti pada gambar 3.19 merupakan tahap terakhir dalam perancangan antena ini. Dengan adanya pembatasan pada ground plane ini, diharapkan mampu membentuk karakteristik  return loss yang baik dan nilai bandwidth yang optimum.

Namun, setelah beberapa kali dilakukan ujicoba terhadap penambahan celah pada ground plane, dan jika dilakukan perbandingan antara ground plane yang dicelah atau tidak dicelah, ternyata yang menghasilkan bandwidth yang lebih lebar adalah yang tidak dicelah. Walau sudah dinilai mendapatkan bandwidth yang cukup lebar, tetapi masih harus dilakukan ujicoba kembali, sampai didapat nilai yang paling optimum. Perubahan dilakukan cukup dengan mengubah lebar pada ground plane (Lg) ke sisi atas atau sisi bawah.

79

Gambar 3.19 Konfigurasi Penambahan Ground Plane pada Perancangan Antena Perubahan nilai ukuran diberikan pada Lg yaitu dengan dilakukan perubahan pada panjang ground plane. Hal ini bisa diamati terhadap pengaruh kepada pergeseran nilai frekuensi dan bandwidth yang dihasilkan, apabila diberikan pembatasan pada sisi ground plane. Untuk hasil pengamatan terhadap hasil perancangan yang dilakukan pada simulasi tersebut, seperti yang terlihat pada gambar 3.20 nilai return loss. Pergeseran ground plane dilakukan dengan mengurangi dimensi Lg dengan skala 0,8 mm sebanyak 3 kali.

Gambar 3.20 Hasil return loss terhadap penambahan ground plane

80

BAB IV ANALISA PARAMETER ANTENA 4.1.

Konfigurasi Antena Hasil Rancangan

Parameter merupakan dasar ukuran atau acuan yang menentukan kinerja dari suatu antena. Suatu analisis dilakukan untuk melihat dan menilai dari hasil suatu rancangan ke dalam implementasi yang sebenarnya. Pada gambar 4.1 menunjukan sebuah pemodelan antena persegi, yang menjadi dasar acuan untuk melihat unjuk kerja antena mikrostrip yang dapat di aplikasikan untuk   wideband  telah digambarkan pada desain tersebut. Yaitu dengan mengunakan slot persegi yang di gambarkan pada lapisan atas sebuah material substrate roger RT Duroid 5880 dengan ketebalan substrate 1.57 mm

serta dilakukan pembatasan pada bidang   ground plane untuk lapisan bawah parameter dari geometri antena merupakan dasar serta acuan untuk melihat unjuk kerja antena paling optimum, gambar dibawah ini memperlihatkan disain dari antena yang telah dirancang.

Gambar 4.1. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak atas

81

Tabel 4.1 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak atas

Dimensi

Simbol

 

Ukuran (mm)

Panjang substrate

40

Lebar substrate

40

Tebal substrate

h

1.57

Panjang antar tepi peradiasi

L

45.6

Panjang tepi slot

L1

31.2

Panjang slot sisi dalam peradiasi

L2

7.2

Lebar antar tepi peradiasi

W

45.6

Lebar tepi slot

W1

31.2

Lebar slot sisi dalam peradiasi

W2

7.2

Gambar 4.2. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak bawah

82

Tabel 4.2 Dimensi ukuran antena hasil perancangan tampak bawah

Dimensi

Simbol

Ukuran (mm)

Panjang patch pada ground plane

Lg

15.2

Lebar patch pada ground plane

Wg

38.4

Jarak antara saluran catu dengan tepi  substrate,

d

36.8

Lebar saluran catu

Wf

4.8

Panjang saluran catu

Lf

20.8

Gambar 4.3. Konfigurasi antena hasil rancangan tampak samping Berdasarkan parameter geometri seperti apa yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, dimana nilai dari setiap parameter sangat mempengaruhi perolehan optimum dari rancangan antena, pada tahap pertama antena tanpa celah persegi dan potongan pada   groundplane terhadap perolehan frekuensi resonansi, return loss, dan bandwidth.

Diperoleh nilai   return loss yang dianggap optimum pada L g = 15,2 mm, dengan membentuk frekuensi resonansi pada 2,3 Ghz (-26,69 Ghz) dengan BW = 595 Mhz. Dengan posisi saluran yang digeser pada jarak tepi substrat pada sumbu X yaitu 45,6 mm, maka pada rancangan tahap awal ini diperoleh nilai paling optimum dengan parameter L g = 15.2 mm dengan dan d = 36.8 mm untuk  dijadikan referensi antena untuk modifikasi selanjutnya.

83

4.2.

Parameter Antena Hasil Rancangan

4.2.1. Parameter Antena Hasil Simulasi

Hasil parameter antena mikrostrip patch persegi dengan metode simulasi meliputi beberapa nilai-nilai parameter diantaranya yaitu,   bandwidth return loss, VSWR, Input Impedansi, dan Pola Radiasi. Berikut uraian dari hasil simulasi yang didapatkan.

4.2.1.1. Bandwidth

Gambar 4.5. memperlihatkan grafik dari parameter   return loss hasil simulasi dengan dua frekuensi resonansi fr  1.2 dimana diperoleh parameter bandwidth dari nilai  return loss

≤  -10

dB memperoleh nilai batas pada frekuensi

 fr 1 tertinggi 2.642 GHz dan batas frekuensi fr 2 terendah 2.047 GHz.

Gambar 4.4. Parameter  return loss terhadap frekuensi hasil simulasi Untuk lebar pita frekuensi atau   bandwidth return loss untuk frekuensi resonansi (2,3 GHz) diperoleh dengan persamaan (2.14) :

84

= f2  –  fl (GHz)

BW (2,3 GHz)

= (2.642 – 2.047) GHz = 0,595 GHz = 595 Mhz Dari perhitungan nilai   bandwidth yang diperoleh tersebut menunjukan bahwa antena hasil simulasi telah memenuhi   kriteria antena microstrip single wideband dengan perolehan  bandwidth 595 Mhz.

Sedangkan untuk persentase   bandwidth diperoleh dengan persamaan (2.15) : BW

=

BW

=

 

100%

.

.

 

.

100%

= 25.86 % Sedangkan  return loss maksimum untuk (2,3 GHz) yaitu -10 dB, maka koefisien refleksi diperoleh dengan persamaan (2.16) : RLmax (dB)

= 20 log |ГL|

-10 dB

= 20 log |Г|

ГL

= log |

ГL

= log

ГL

= 0,316

-1

|

-1

[−0,5]

85

4.2.1.2. VSWR

Gambar 4.5. memperlihatkan hasil simulasi pembentukan resonansi frekuensi yang terbentuk dari nilai VSWR, untuk VSWR 1 sampai dengan 2 dengan nilai VSWR ≤ 2, didapat untuk frekuensi 2 .036-2.664 Ghz diperoleh nilai VSWRmin = 1,097 pada frekuensi resonansi 2,3 Ghz.

Gambar 4.5. Parameter VSWR terhadap frekuensi hasil simulasi Untuk memperoleh nilai VSWR, maka diperoleh melalui persamaan (2.19) : VSWR maksimal (2,3 Ghz) diperoleh :

=

VSWR = =

|Г | |Г |

, ,

= 1,097

4.2.1.3. Impedansi Masukan

Pada gambar 4.9. memperlihatkan nilai impedansi masukan hasil simulasi terhadap kondisi rangkaian dalam keadaan  missmatch. Dimana, sebuah impedansi yang masuk ke terminal antena yang dikondisikan dalam keadaan seimbang dengan impedansi karakteristik dari saluran transmisi.

86

Sehingga impedansi yang masuk kembali ke arah sumber saluran dari beban menghasilkan koefisien refleksi yang terukur terhadap nilai return loss yang dihasilkan. Dimana diperoleh nilai impedansi masukkan adalah Zin = R + jX = 0,927776 + (- j 0,0525523) Ohm pada frekuensi resonansi 2,3 GHz. Nilai impedance masukan (Zin) merupakan impedansi masukan pada beban antena (patch) untuk dapat matching dengan beban saluran.

Gambar 4.6. Grafik Smith Chart impedansi input Impedansi sepanjang saluran terhadap koefisien refleksi diperoleh menggunakan persamaan (2.19) : Frekuensi resonansi 2,3 GHz : Zin

= Zo { R + jX } = 50 (0,927776 + (- j 0,0525523)) = 46,3888 + (-j 2,627615)

=

(46,3888) − ( . 2,627615)

=   2151,92 - 6,9042 =   2145,01 Zin

= 46,31 Ω 87

4.2.1.4. Polarisasi

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah arah tidak ditentukan maka maka polarisasi merupakan merupakan polarisasi pada arah arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah t engah antena. Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefenisikan sebagai suatu keadaan gelombang gelombang elektromagnetik elektromagnetik yang yang menggambarkan menggambarkan arah dan magnetudo magnetudo vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefenisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu. Pada gambar gambar 4.7 memperlihatkan memperlihatkan nilai polarisasi polarisasi yang di pancarkan pancarkan oleh patch persegi dari dari hasil simulasi yang telah di lakukan. Dimana Dimana untuk nilai total power radiasi yang di hasilkan polarisasi maksimum   directivity (PPC_TPwr) adal adalah ah 6,16 6,162 2 dB dan dan nil nilai ai maks maksim imum um   beamwidth dengan   magnitude ≤ 3 dB kearah kearah kiri -41,4°,s -41,4°,sedang edangkan kan  magnitude ≤ 3 dB kearah kanan 41,3° 41,3°,, maka maka dapat dapat diperoleh sudut  beamwidth yaitu aitu 41,9 41,9°° + 41,3 41,3°° = 83,2 83,2°. °.

Gambar Gambar 4.7 Polarisas Polarisasii pada power directivity antena dari hasil simulasi

88

4.2.1.5. Pola Radiasi Gain adalah perbandingan antara rapat daya persatuan  unit antena terhadap

rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama.  Gain suatu antena berlainan dengan  gain kutub empat,  gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Pada intensitas dari pola radiasi ( Radiation pattern) menjadi indikator besarnya gain pada antena,sehingga antena,sehingga setiap peningkatan peningkatan nilai intensitas dari pola radiasi dapat menunjukan gain pada pada  antena. Pada gambar 4.10 memperlihatkan bentuk pola arah radiasi ( Radiation  pattern) dari suatu suatu yang yang dihasilkan dihasilkan oleh oleh antena antena mikrostrip mikrostrip melalui melalui simulasi simulasi

dengan menggunakan skala  magnitude 10 dB per div. Untuk arah Radiation pattern disini hanya menampilkan sebagian dari sifat sebagai antena   monopole (satu arah),sehingga  Radiation pattern yang mampu dihasilkan pada perancangan perancangan ini yaitu berbentuk berbentuk antena antena  monopole dengan nilai gain maksimum  directivity yang yang dihasi dihasilka lkan n adalah adalah 6,161 6,161 dB (PPC_EP (PPC_EPhi) hi) denga dengan n sudut 0 derajat. Sedangkan untuk nilai yang di hasilkan hasilkan pola radiasi dari dari arah  Etheta adalah -30,17 -30,17 dB (PPC_EThe (PPC_ETheta) ta) dengan dengan sudut sudut 0 derajat. derajat.

89

Gamba Gambarr 4.8 Radiation pattern pada antena dari hasil simulasi 4.3

Spesifi Spesifikasi kasi Antena Antena Hasil Hasil Rancan Rancangan gan

Perubahan bentuk  bandwidth yang terjadi dari hasil simulasi membentuk  wideband  deng dengan an sapu sapuan an freku frekuen ensi si 2.04 2.047 7  –  2.642 Ghz pada pada resona resonansi nsi 2,3 2,3 Ghz

dengan   bandwidth 595 Mhz. Pada jangkauan frekuensi tersebut tersebut antena simulasi terdapat 1 resonansi frekuensi dimana hasil simulasi antena resonansi pada 2,3 Ghz, pergeseran pergeseran yang yang terjadi sejauh 595 Mhz atau sebesar sebesar 25,86 25,86 %. Nilai VSWR minimum dari dari hasil simulasi untuk untuk resonansi resonansi

1,097 dan dan

untuk hasil pengukuran pengukuran yang dilakukan dilakukan ialah 1,096 dan dibulatkan menjadi menjadi 1,097. Hasil impedansi masukan hasil simulasi untuk resonansi Z in = 46,3888 + (-j 2,627615), hasil tersebut menyatakan rangkaian antena antena bersifat induktif dengan dengan nilai Zin = 46,3 46,31 1 Ω. Simulasi Simulasi antena antena menunjukan menunjukan direktivit direktivitas as radiasi radiasi pada sudut sudut 0 derajat derajat sebesar 6,161 dB pada arah  E phi dengan kekuatan radiasi yang diperoleh sebesar 6,162 dB pada sudut 0 derajat.

90

BAB V

KESIMPULAN

1. Antena yang telah dirancang memiliki karakteristik   single wideband  yang terukur pada VSWR antara 1 dan 2, keseluruhan lebar  bandwidth dari hasil simulasi   antena diperoleh sebesar 500 Mhz. Pada jangkauan frekuensi tersebut terjadi 1 resonansi yaitu 2,3 Ghz dengan perolehan nilai VSWR minimum 1,097 dan impedansi masukan Z in = 46,3888 + (-j 2,627615)  Ω. 2. Hasil yang diperoleh melalui simulasi, antena yang dirancang memiliki polarisasi linier dengan pola radiasi direksional atau dapat dinyatakan antena berjenis monopol, dimana nilai gain maksimum yang menyatakan direktivitas radiasi antena pada sudut 0 derajat sebesar 6,161 dB pada arah  Ephi dan -30,17 dB arah   Etheta. Sementara kekuatan radiasi yang

menyatakan intensitas antena diperoleh sebesar 6,162 dB pada sudut 0 derajat. 3. Mengacu pada hasil proses simulasi antena, menunjukan bahwa penambahan celah persegi memberikan pengaruh dalam pembentukan frekuensi resonansi, dalam hal ini membentuk   wideband, dimana celah persegi dibentuk dengan lebar 7,2 mm ditempatkan sejauh 7,2 mm pada bagian dalam tepi peradiasi antena. Sementara antena dengan struktur groundplane memberi pengaruh terhadap pelebaran bandwidth, dalam 2 rancangan ini pada dimensi substrat 80x80 mm panjang   groundplane

optimum sebesar 36,8 mm, dengan panjang potongan kebawah 20,8, dan lebar 4,8 mm. Secara keseluruhan perubahan-perubahan struktur yang dilakukan pada   groundplane sangat berpengaruh dalam merancang antena mikrostrip single wideband.

91

Daftar Pustaka

[1]

Siwiak K adn McKewon D, “ Ultra Wideband Radio Technology ”, John Wiley & Sons Ltd, England, 2004.

[2]

Constantine A.Balanis,   "Antenna Theory Analysis And Design Second   Edition", John Wiley & Sons, Inc, 1997.

[3]

Girish Kumar and KP. Ray, “ Broadband Microstrip Antennas”. Artech House Inc, 2003.

[4]

R Garg, P. Bhartia, I. Bahl, A. Ittipiboon, “ Microstrip Antena Design  Handbook ”, Artech House, Inc

[5]

James IR, Hall, P.S,  Handbook of Microstrip Antennas”, IEEE   Electromagnetics Wave, Vol. 28 , Peter Peregrinus Ltd, 1989.

[6]

Kin-Lu Wong, “ Compact and Broadband Microstrip

 Antennas” ,  John

Wiley & Sons, Inc, 2002. [7]

Lal

Chand

“ Handbook

Godara,

of

Antennas

in

Wireless

Communications” , CRC Press, Washington DC., 2002. [8]

Kerkhoff, AI, “ Multi-objective Optimization of Antennas for Ultrawideband Applications” , ProQuest, 2008.

[9]

Yanagi M, “ A Planar UWB Monopole Antenna Formed on A Printed  CircuitBoard ”(http://www.fujitsu.com!downloadsIMICRO/fcailinput/uw

b_monopole_antenna.pdf) [10]

Aaron KShackelford, Small-

Size

Antennas

Kai-Fong

Wide-Bandwidth

and

Propagation

Lee, and K

M. Luk, "Design

Microstrip-Patch

MOQOZine.

of 

Antennas",   IEEE

Vol.4.N

O.I,

2003.

[http.z/www.e.kth.se/sevS_maa/number1.pdf  [11]

Gary Breed, "A Summary of Communications", High

FCC Rules for Ultra Wideband 

Frequency Electronics, Summit Technical

Media,2005.[http://highfreqe1ec.summittechmedia.com!Archives/JanOSI HFEO1OS_Tutorial.pdf]

92

[12]

Milligan, Thomas  A, "Modern Antenna Design Second Edition",   John Wiley & Sons, Inc, 2005.

[13]

Zhi Ning Chen, Terence

S. P. See, and Xianming

Printed Ultrawideband Antenna  Effect",

IEEE Transactions

With

Reduced

Qing,   "Small

Ground

On Antennas And Propagation,

Plane

VOL.

55,NO.2, February 2007.[http://www.edaboard.com/attachments/40800d 1250771051-paper_small _printed_ultrawideband _antenna_with_reduced _4585. pdf] [14]

Jalil EY,

Chakrabarty

Wideband Microstrip  Design",

CK,

and Kasi

Antenna

European Journal

Baskaran,

"A Compact 

with

Band-Notched 

Intergrated

of Scientific

Research

ISSN

1450-

216XVol.77No.4 (2012), pp.477-484EuroJournalsPublishing,Inc.2012 [http://www.europeanjournalofscientificresearch.com] [15]

Kasi

Baskaran,

Lee

Compact Microstrip

European

Chia

Ping,

Antenna for

and Ultra

Journal of Scientific Research

Chakrabarty

CK,

"A

Wideband Applications",

ISSN

1450-216X Vol.67

No.1 (2011), pp. 45-51. Euro Journals Publishing, Inc.2011. [http://www.europeanjournalofscientificresearch.com] [16]

Guha, Debatosh and Antar, Yahi,   "Microstrip

and Printed Antennas

 New Trends, Techniques, and Application", John Wiley & Sons Ltd.

2011. [17]

Kraus, Jhon D.,   "Antennas Second Edition", McGraw Hill, 1988.

[18]

Wakabayashi T, et al, "e-Shaped

Slot Antenna

for

WLAN  

 Applications",PIERSONLINE,VOL.3,NO.7,2007.

[http://www.piers.org/piersonline/pdf/VoI3No7PageII19toI123.pdf] [19]

Misra P.N.,"Planar Rectangular Microstrip Antenna for Dualband  Operation",ucs:Vol.2,ISSue3,September2011.

[http://www.ijcst.com/voI23/1/nmisra.pdf] [20]

Wen-Chung

Liu, and Ping-Chi

Folded- Strip Monopole

MICROWAVE AND

Antenna

OPTICAL

Kao,   "Compact

CPW-Fed Dual

For 5.8-Ghz Rfid Application",

TECHNOLOGY

LETTERS

I 

Vol. 48, No.8, August 2006. 93

[21]

Wang E.,et al, "A Novel Dual-Band Patch Antenna For WLAN  Communication",Progress In Electromagnetics Research C, Vol.6, 93-

102,2009. [22]

Byrareddy C.R, et al, "A Compact Dual Band Planar RSMA

For WLAN 

 /WiMax Applications",   International Journal of Advances in Engineering

& Technology, Jan 2012. [23]

Parkash D, and Khanna R,   "Design And Development Of CPW-Fed   Microstrip Antenna For

WLAN/WiMax Applications",

Progress

In

Electromagnetics Research C,Vol. 17,17-27,2010. [24]

Maidurrahaman S, et al, "New Compact

Tri-Band Microstrip

 Antenna Using Dual T-Shaped Slit for  Band Application", International

Patch

Wi-Max and Microwave

Journal

of Engineering

C

Sciences

Research- IJESR, Vol 03, Issue 05; September-October 2012. [25]

Srifi, Nabil M et al,   "Rectangular Slotted Patch Antenna for 5-6GHz  Applications",   INTERNATIONAL JOURNAL OF MICROWAVE AND

OPTICAL TECHNOLOGY, VOL.5 NO.2, MARCH 2010. [26]

Jawad

K

et

al, "A

 Monopole Antenna

New

Compact

with Reduced

Ultra

Wideband

Printed 

Ground Plane and Band Notch

Characterization", PIERS Proceedings,

Kuala Lumpur, MALAYSIA,

March27-30,2012. [http://www.researchgate.net/publication/216598899_A_New_Compact_U ltra_Wideband_Printed_Monopole_Antenna_with_Reduced_Ground_PIan e_and_Band_Notch_Characterization/file/8d1c84 f909a8e7ge96.pdf] [27]

Lim, Eng Gee, et al,

"Ultra Wideband Antennas-Past

and

Present",

IAENGInternational Journal of Computer Science, 2010. [28]

https://julitra.wordpress.com/2009/01/24/melihat-kembali-alokasi-frekuensioperator-gsm/ 

[29]

tekno.kompas.com/read/2013/11/14/1912134/internet.4g.lte.resmi.hadir

[30]

http://www.antaranews.com/berita/417547/kemenkominfo-lte-akangunakanfrekuensi-1800-mhz

94

[31]

Wilson Julius, Syah Alam, S.Pd, M.T, Dr. Harry Arjadi, M,Sc, Universitas Kristen Krida Wacana Jakarta

[32]

Azwar Mudzakkir Ridwan, Nanang Ismail, MT, dan Afaf Fadhil R, MT, Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN SGD Bandung

[33]

Halomoan Togatorop, Dr. Heroe Wijayanto, Ir, MT, Dr. Yuyu Wahyu, Ir, MT, Fakultas Teknik Elektro Universitas Telkom

95