CST LPDA FIRDA Dan ABI [PDF]

Citation preview

MAKALAH PERANCANGAN ANTENA



Perancangan Antena LPDA sebagai Penerima Gelombang Televisi dalam Frekuensi 400-880 MHz



Disusun oleh: Abidzar Khalid (1316030095) Firdania Nuri Anandita (1316030031) TT-3A



Dosen Pembimbing: Yenniwarti Rafsyam, SST. MT.



PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2017



KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Allah SWT karena berkat limpahan karuniaNya, sehingga kami dapat menyusun dan menyelesaikan makalah antena yang berjudul, “Perancangan Antena LPDA sebagai Penerima Gelombang Televisi dalam frekuensi 400-880 MHz". Dalam makalah ini kami membahas tentang antena Log Periodik Dipole Array. Makalah ini kami susun dengan menggabungkan beberapa sumber yang menurut kami bagus untuk di publikasikan kepada para mahasiswa dan mahasiswi. Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada makalah ini. Oleh karena itu, kami meminta pembaca memberi saran atau kritik yang dapat membangun kami setelah membaca makalah ini. Kritik pembaca sangat kamiharapkan untuk kelanjutan makalah selanjutnya. Akhir kata, kami berharap semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua.



Depok, Desember 2017



Penulis



ABSTRAK Antena merupakan perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektro magnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Sebagai sarana per antara gelombang, antena harus mempunyai sifat yang sesuai dengan impedansi input kabelnya. Ada banyak jenis antena yang banyak digunakan saat ini, Log Periodik Dipole Array (LPDA) adalah salah satu dari jenis antena yang ada dan memiliki keunggulan tersendiri yaitu bentuknya yang sederhana dan dapat bekerja pada frekuensi yang tinggi. Pembuatan antena LPDA membutuhkan ketelitian perhitungan data daritiap-tiaplengan dengan menggunakan persamaan-persamaan yang ada. Perancangan antena LPDA akan lebih mudah jika dilakukan menggunakan computer dengan tingkat ketelitian yang tinggi. Pembuatan antena LPDA dapat menggunakan bahan seperti alumunium. Perancangan antena LPDA ini bekerja pada frekuensi 400 MHz sampai 880 MHz digunakan sebagai penerima sinyal televisi dengan menggunakan software CST Studio Suite. Gain yang diharapkan adalah 8 dB serta VSWR antena dibawah 2.0 (< 2.0).



Kata Kunci : Log Periodik Dipole Array, VSWR.



DAFTAR ISI



JUDUL KATA PENGANTAR



ii



ABSTRAK



iii



DAFTAR ISI



iv



DAFTAR GAMBAR



v



BAB I. PENDAHULUAN



1



1.1. Latar Belakang



1



1.2. Perumusan Masalah



1



1.3. Tujuan



2



1.4. Sistematika Penyusunan



2



BAB II. LANDASAN TEORI



3



2.1. Pengertian Antena



3



2.2. Gelombang Elektromagnetik



3



2.3. Parameter Antena



3



2.4. Antena Log Periodik Dipole Array



3



2.5. Karakteristik Antena Log Periodik



9



2.6. Jenis Antena Log Periodik



9



2.7. Dasar Log Periodik Dipole Array (LPDA)



10



2.8. Fungsi dan Kegunaan Antena Log Periodik



10



2.9. Langkah – Langkah Merancang Antena LPDA



11



BAB III. PERANCANGAN ANTENA



13



3.1. Perhitungan Ukuran-Ukuran Antena LPDA



13



3.2. Simulasi Antena di CST STUDIO SUITE 2014



17



BAB IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA



37



4.1. Hasil Simulasi



37



4.2. Analisa



40



BAB V. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA



42



DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.



Dasar Log Periodik Dipole Array



10



Gambar 2.2.



Kontur Gain Antena LPDA



11



Gambar 3.1.



Gain Antena LPDA 8 dB



14



Gambar 3.2.



Desain Antena LPDA 7 Elemen



16



Gambar 3.3.



Create Project



17



Gambar 3.4.



Menu Select Template Anntenas



17



Gambar 3.5.



Menu Select Template Wire



18



Gambar 3.6.



Menu Solvers



18



Gambar 3.7.



Menu Set Units



19



Gambar 3.8.



Menu Settings



19



Gambar 3.9.



Review



20



Gambar 3.10.



Local WCS



20



Gambar 3.11.



Parameter List



21



Gambar 3.12.



Membuat Boom 1



21



Gambar 3.13.



Memindahkan WCS



22



Gambar 3.14.



Menggeser WCS



22



Gambar 3.15.



Membuat Elemen L1



23



Gambar 3.16.



Membuat Spasi d1



23



Gambar 3.17.



Membuat Elemen L2



24



Gambar 3.18.



Membuat Spasi d2



24



Gambar 3.19.



Membuat Elemen L3



25



Gambar 3.20.



Membuat Spasi d3



25



Gambar 3.21.



Membuat Elemen L4



26



Gambar 3.22.



Membuat Spasi d4



26



Gambar 3.23.



Membuat Elemen L5



27



Gambar 3.24.



Membuat Spasi d5



27



Gambar 3.25.



Membuat Elemen L6



28



Gambar 3.26.



Membuat Spasi d6



28



Gambar 3.27.



Membuat Elemen L7



29



Gambar 3.28.



Menggabungkan Semua Elemen



29



Gambar 3.29.



Memindahkan WCS pada Sisi Kanan Boom1



30



Gambar 3.30.



Menggeser WCS ke Bagian Tengah Boom1



30



Gambar 3.31.



Membuat Boom 2



31



Gambar 3.32.



Mengubah Nama menjadi Boom2



31



Gambar 3.33.



Menggeser Boom2



32



Gambar 3.34.



Memindahkan WCS ke Sisi Atas



32



Gambar 3.35.



Menggeser WCS untuk Membuat Port



33



Gambar 3.36.



Membuat Port



33



Gambar 3.37.



Mengisi Range Frekuensi



34



Gambar 3.38.



Mengatur Field Monitor



34



Gambar 3.39.



Memulai Simulasi



35



Gambar 3.40.



Simulasi sedang berjalan



35



Gambar 3.41.



VSWR



36



Gambar 3.42.



S-Parameter



36



Gambar 4.1.



Optimasi Manual



37



Gambar 4.2.



VSWR minimum di Frekuensi Kerja



38



Gambar 4.3.



S-Parameter minimum di Frekuensi Kerja



38



Gambar 4.4.



Farfield 3D



39



Gambar 4.5.



Polar



39



BAB I PENDAHULUAN



1.1.



Latar Belakang Pesatnya perkembangan informasi di era globalisasi saat ini memicu setiap orang untuk mendapatkan informasi mengenai berbagai hal dari seluruh dunia secara cepat dan mudah. Salah satu media yang memenuhi kriteria tersebut adalah televisi. Televisi merupakan media informasi yang paling umum saat ini. Melalui televisi, masyarakat mengetahui beragam informasi, baik dari program berita maupun program hiburan. Televisi sudah menjadi barang pokok bagi setiap masyarakat. Televisi adalah salah satu media komunikasi yang prosesnya dibantu oleh suatu perangkat yang disebut antena. Antena adalah salah satu alat atau media penunjang proses komunikasi yang berguna dan penting bagi berjalannya proses komunikasi. Makin tinggi kualitas antena maka makin baik pula kualitas komunikasi tersebut. Saat ini banyak beredar berbagai macam model antena untuk pesawat penerima TV kanal Ultra High Frequency (UHF). Pada proses pembelajaran mata kuliah Antena dan Propagasi, terdapat suatu tugas untuk merancang sebuah antena. Hal inilah yang melatar belakangi proses perancangan antenna ini, dan antena yang akan dibuat adalah antena Log Periodik Dipole Array (LPDA).



1.2.



Perumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang dibahas pada makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Merancang antena LPDA pada software CST Studio Suite 2015 2. Merancang antena LPDA dengan menggunakan bahan aluminium yang berdiameter 1 mm 3. Melakukan pengukuran yang meliputi parameter antena yaitu VSWR, Return Loss, Bandwith, dan PolaRadiasi 4. Menganalisa hasil pengukuran dan perancangan antena LPDA.



1.3.



Tujuan Adapun tujuan penulisan laporan ini antara lain: 1. Mengetahui cara merancang sebuah antena yang berfungsi untuk menangkap sinyal yang baik pada televisi. 2. Mendesain dan merealisasikan antena LPDA pada frekuensi 500 MHz – 790 MHz. 3. Menambah pengetahuan tentang antena Log Periodik Dipole Array. 4. Menambah keterampilan tentang antena yang akan dirancang. 5. Mampu menggunakan software CST Studio Suite 2015 untuk melakukan perancangan antena.



1.4.



Sistematika Penyusunan Sistematika penyusunan pada makalah ini adalah sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN  Bab ini membahas tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan, dan sistematika penyusunan dari makalah antena yang dibuat.



BAB II. LANDASAN TEORI  Bab ini berisi tentang landasan teori yang menunjang pembuatan antena, baik mengenai teori antena secara umum dan teori antena yang dirancang yang berasal dari refrensi-refrensi lain dan jurnal yang didapat. BAB III. PERANCANGAN ANTENA  Bab ini berisi tentang perancangan antena baik melalui rumus dan perancangan menggunakan software CST Studio Suite 2015.



BAB IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA  Bab ini membahas tentang hasil perancangan antena yang disimulasikan melalui software CST Studio Suite 2015 serta analisanya.



BAB V. KESIMPULAN  Bab ini berisi kesimpulan dari proses dan hasil yang didapatkan dari perancangan antena yang telah dilakukan.



BAB II LANDASAN TEORI



2.1.



Pengertian Antena Di bidang elektronika, definisi antena adalah transformator atau struktur transmisi antara gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang ruang bebas atau sebaliknya. Antena adalah salah satu elemen penting yang harus ada pada sebuah teleskop radio, TV, radar, dan semua alat komunikasi nirkabel lainnya. Sebuah antena adalah bagian vital dari suatu pemancar atau penerima yang berfungsi untuk menyalurkan sinyal radio ke udara. Bentuk antena bermacam macam sesuai dengan desain, pola penyebaran dan frekuensi dan gain. Panjang antena secara efektif adalah panjang gelombang frekuensi radio yang dipancarkannya. Antena dipol setengah gelombang adalah sangat populer karena mudah dibuat dan mampu memancarkan gelombang radio secara efektif.



2.2.



Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnet adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukan oleh persamaan : 𝑣 λ= 𝑓 Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka : v = c = 3 x 108 m/s



2.3.



Parameter Antena Antena memiliki parameter yang bisa mempengaruhi kualitas antena yaitu polaradiasi atau pancaran, polarisasi antenna, resiprositas antena, Front to Back Ratio (FBR), daya teradiasi, Return Loss (RL), impedansi input, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), koefisien refleksi, direktivitas, effisiensi antenna, gain, bandwith, tahanan radiasi antenna, distribusi arus dan tegangan pada antenna.



1. Polaradiasi atau Pancaran merupakan gambaran kekuatan pancaran atau penerimaan sinyal suatu antena dalam fungsi sudut atau sebagai besaran yang menetukan ke arah sudut sebuah antena memancarkan atau mendistribusikan energinya.



2. Polarisasi Antena merupakan polarisasi gelombang yang diradiasikan oleh antena pada arah yang diberikan atau menyatakan arah dan orientasi dari medan listrik dalam perambatannya dari antena



3. Resiprositas Antena menunjukkan bahwa suatu antena bisa berfungsi sebagai pengirim dan antena yang sama juga bisa sebagai penerima.



4. Front to Back Ratio (FBR) merupakan perbandingan kuat pancaran antena pada arah depan dan belakang antena.



5. Daya Teradiasi 𝑃𝑟 = 𝐼 2 × 𝑅𝑟 Dengan : I



= Arus Antena (A)



Rr = Resistansi Radiasi (Ω) 6. Return Loss merupakan koefisien refleksi dalam bentuk logaritmik yang menunjukkan daya yang hilang karena antena dan saluran transmisi tidak matching. Sehingga tidak semua daya diradiasikan melainkan ada yang dipantulkan kembali. Return Loss dapat dirumuskan sebagai berikut : 𝑠−1 𝑅𝑒𝑡𝑢𝑟𝑛 𝐿𝑜𝑠𝑠 (dB) = 20 log ( ) 𝑠+1 Jika daya dari tegangan input dipancarkan semua, maka besar nilai koefisien refleksi adalah nol. Sebaliknya, jika semua daya dari tegangan input direfleksikan (dipantulkan), maka besar nilai koefisien refleksi adalah 1.



7. Impedansi input (masukan) didefinisikan sebagai impedansi yang diberikan kepada rangkaian di luar oleh antena pada suatu titik acuan teretntu. Impedansi masukan antena harus mendekati nilai impedansi gelombang saluran transmisi supaya tidak terjadi refleksi. Impedansi antena penting untuk pemindahan daya dari antena ke penerima. Jiak Return Loss diketahui, impedansi input dinyatakan dalam persamaan: 𝑍𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛 + 𝑗𝑋𝑖𝑛 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑍𝑖𝑛 =



𝑉 𝐼



Dengan: Zin



= Impedansi Input (Ω)



Rin



= Resistansi Input (Ω)



I



= Arus Input (A)



V



= Tegangan Input (Volt)



8. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah ketidaksesuaian antara beban dan saluran transmisi pada antenna. Jika impedansi beban tidak sesuai dengan impedansi saluran, maka sebagian energi pad gelombang datang akan dipantulkan kembali oleh beban. Harga VSWR anatra 1 sampai dengan ∞. Bernilai 1 jika tidak ada pantulan di dalam antena. Jika VSWR dinyatakan dalam desibel disebut standing wave rasio (SWR). 𝑉𝑆𝑊𝑅 =



1 + |𝜏| 1 − |𝜏|



9. Koefisien Refleksi berfungsi ntuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, maka impedansi antena haruslah conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi sama tetapi berlawanan tanda). Jika hal ini tidak dipengaruhi maka akan terjadi pemantulah energi yang dipancarkan atau diterima, sesuai dengan persamaan berikut: 𝜏= Dimana: ZL = Impedansi Beban (Ω) Z0 = Impedansi Masukan (Ω)



𝑍𝐿 − 𝑍0 𝑍𝐿 + 𝑍0



10. Direktivitas suatu antena didefinisikan sebagai perbandingan antara harga maksimum intensitas radiasi (Im) dengan intensitas radiasi rata-rata yang dipancarkan (Iev). Directivity (keterarahan) merupakan suatu karakteristik yang menggambarkan seberapa besar energi dikonsentrasikan pada arah tertentu. 𝐷=



𝐼𝑚 𝑃 4𝜋𝑈𝑚𝑎𝑥 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐷 = 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐷 = 𝐼𝑒𝑣 𝑃𝑟𝑒𝑓 𝑃𝑟𝑎𝑑



Dengan : D



= Directivity



P



= Daya pada antena yang diukur



Pref



= Daya pada antena refrensi



Umax



= Intensitas radiasi max



11. Effisiensi Antena Efesiensi antena disini merupakan efisiensi total yang diperoleh sebagai akibat adanya rugi-rugi (losses), rugi-rugi tersebut antara lain: 



Karena mismatch antara saluran transmisi dengan antena.







Rugi-rugi pada konduktor.







Rugi-rugi pada bahan dielektrik.



Efisiensi penting bagi antena pemancar, kurang penting bagi antena penerima. Ini menjelaskan mengapa sebuah kabel dengan sembarang panjang dapat dibuat menjadi antena penerima yang baik tetapi bukan sebuah antena pemancar yang baik. Apabila suatu antena dipakai sebagai antena pemancar, pada umumnya daya yang diradiasikan sedikit kurang jika dibandingkan dengan daya yang diberikan oleh transmitter diterminal catunya, hal ini disebabkan adanya faktor efisiensi () pada setiap antena, yang dinyatakan dengan: 𝜂=



𝑃𝑟𝑎𝑑 𝐼 2 𝑅𝑟 𝑅𝑟 𝑃𝑟𝑎𝑑 × 100% 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝜂 = = 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝜂 = × 100% 𝑃𝑖𝑛 𝐼(𝑅𝑟 + 𝑅𝑒) 𝑅𝑟 + 𝑅𝑒 𝑃𝑟𝑎𝑑 + 𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 Dengan : Prad



= Daya Radiasi (W)



Pin



= Daya Input (W)



Ploss



= Daya yang teradiasi ketika resistansi DC muncul



I



= Arus Antena (A)



Rr



= Tahanan Radiasi (Ω)



Re = Ro



= Tahanan Efektif Antena (Ω)



12. Gain antena merupakan perbandingan daya pancar suatu antena terhadap daya pancar antena referensi. Gain menentukan seberapa besar sebuah antena memfokuskan energy pancarnya. Gain antena mempunyai hubungan erat dengan directivity dan faktor efisiensi ini, dimana pada gain efisiensi antena ikut diperhitungkan. Pada praktisnya besaran gain antena merupakan besaran relatif terhadap acuan gain antena yang mudah dihitung. Karena daya yang dipancarkan sama dengan perkalian antara efisiensi dengan daya yang masuk ke antena, maka hubungan antara gain dan directivity adalah sebagai berikut: G = .D Dimana:  = Efisiensi antena D = Directivity



13. Suatu range frekuensi dimana antena dapat beroperasi dengan baik dinamakan Bandwith. Bandwith dinyatakan sebagai pembanding antara frekuensi atas terhadap frekuensi bawah dalam level yang dapat diterima. Bandwith antena dapat diukur berdasarkan hubungan antara VSWR terhadap frekuensi atau menggunakan hubungan gain terhadap frekuensi. Karakteristik gain frekuensi ini sangat penting karena antena yang tinggi akan memiliki bandwith yang sempit. 𝐵𝑊 =



𝑓ℎ 𝑓ℎ − 𝑓𝑙 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐵𝑊 = × 100% 𝑓𝑙 𝑓𝑐 𝑓𝑐 =



Dengan : fh = Frekuensi Tinggi (Hz) fl = Frekuensi Rendah (Hz) fc = Frekuensi Kerja (Hz)



𝑓ℎ + 𝑓𝑙 2



14. Tahanan Radiasi Antena Tahanan Radiasi adalah tahanan fiktif yang mendisipasikan daya yang akan diradiasikan jika antena tersebut dialiri gelombang elektromagnetik. Ro atau tahanan sebenarnya akan menghasilkan kerugian (losses) berupa panas dan diharapkan bernilai sekecil mungkin. Sedangkan tahanan radiasi Rr akan menimbulkan disipasi berupa radiasi dan diusahakan mempunyai nilai sebesarbesarnya. Antena dengan L = ½ λ mempunyai nilai Ro