Pengaruh Penambahan Slot Terhadap Kinerja Antena WLAN

Pengaruh Penambahan Slot Terhadap Kinerja Antena WLAN

Intisari - Salah satu perangkat yang berperan penting pada kinerja Wireless LAN (WLAN) adalah antena. Antena microstrip umumnya digunakan pada perancangan teknologi dengan frekuensi tinggi. Oleh karena itu cocok untuk meningkat kinerja WLAN yang bekerja di frekuensi 2,4 GHz. Pada penelitian ini menambahan slot pada antena untuk meningkatkan kinerja WLAN. Antena susun 2x1 yang dirancang bekerja pada frekuensi WLAN yakni 2,4 GHz. Gain yang dihasilkan antenna ini sebesar 3,8 dB yang sangat berpengaruh pada penguatan sinyal antena WLAN.

I. PENDAHULUAN

Teknologi komunikasi telah berkembang dengan pesat dari tahun 1997, disebabkan adanya kebutuhan masyarakat terhadap informasi dan komunikasi sudah berkembang. Komunikasi nirkabel salah satunya sudah menjadi pilihan yang begitu diminati oleh seluruh jajaran masyarakat pada masa ini. Maka dari itu kebutuhan akan perangkat telekomunikasi semakin banyak, terutama seperti teknologi telekomunikasi nirkabel (wireless) [1]. Sistem komunikasi nirkabel memerlukan suatu antena yang dapat berfungsi sebagai transmitter dan receiver. Antena merupakan salah satu perangkat yang dapat memfasilitasi kebutuhan akan teknologi telekomunikasi berkembang saat ini karena antena merupakan salah satu perangkat yang mampu melakukan penerimaan sinyal pada frekuensi tertentu. [2].

Penelitian tentang antena telah banyak digunakan sebelumnya. Pada penelitian [3] antena mikrostrip dengan patch persegi panjang 2x1 dengan hasil yang didapat adalah VSWR 1,497, return loss sebesar -14,939 dB menggunakan metode sisipan diantara patch dan saluran pencatu untuk memperbaiki nilai VSWR yang dapat diaplikasikan pada Wireless Fidelity (WiFi). Penelitian [4] antena mikrostrip dengan patch persegi menggunakan teknik array dengan hasil yang didapatkan adalah VSWR 1,37, return loss -16,58 dB dan frekuensi kerja 2300 MHz penelitian ini dengan memodifikasi slot diantara patch untuk memperbaiki nilai return loss dan VSWR untuk aplikasi 4G LTE. Pada penelitian [5] menggunakan antena mikrostrip patch circular dengan hasil yang didapat adalah VSWR sebesar 1,3749 dan gain sebesar 3,4301 dB. Penelitian ini menggunakan metode teknik linier array 2x1 untuk meningkatkan gain dan mendapatkan frekuensi kerja sebesar 2,4 GHz, namun pada penelitian ini tidak dijelaskan bandwidth yang dihasilkannya.

Berdasarkan ke tiga penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, penulis melakukan penggabungan dengan slot patch dan array 2x1 untuk mendapatkan nilai gain tertentu dan nilai bandwidth tertentu.

II. LANDASAN TEORI

Wireless Lan mempunyai 4 konfigurasi, yakni [6].

• Wireless Personal Area Network (WPAN) cakupan 10 m.
• Wireless Local Area Network (WLAN cakupan 100 m.
• Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) cakupan 10 KM.
• Wireless Wide Area Network (WWAN) cakupan 50 KM.

Pembagian bandwidth pada band frekuensi 2,4 GHz dibagi menjadi 14 kanal dengan rentang bandwidth sebesar 22 MHz per kanal, namun beda antar kanal sebesar 5 MHz menunjukkan bahwa kanal bersebelahan saling [7]. Standarisasi dalam bidang teknologi informasi diatur oleh group dari organisasi insinyur termasuk (IEEE) Institute of Electrical and Electronics Engineers. Standarisasi di jaringan wireless salah satunya yang memiliki kode 802.11. Standar wireless yang pertama bekerja pada frekuensi 2,4 GHz yang dinamakan 802.11. Kode standar ini hanya mendukung bandwidth jaringan maksimal 2 Mbps, terlalu kecil untuk digunakan pada komunikasi jaringan pada saat ini [8].

III. METODE PENELITIAN

Langkah awal perancangan adalah dengan menentukan spesifikasi antena. Selanjutnya melakukan perancangan dengan menghitung dimensi patch seperti jari-jari patch, lebar saluran pencatu, panjang saluran pencatu, kemudian hasil dari perhitungan patch dimasukan pada simulasi yang menggunakan software CST. Hasil yang didapatkan akan dianalisa apakah sudah sesuai dengan spesifikasi antena, jika belum sesuai melakukan optimasi dengan mengubah ukuran dimensi patch dan menambahkan slot patch-H dengan menambahkan elemen peradiasi menggunakan array 2x1 elemen sampai hasilnya betul-betul memenuhi spesifikasi antena.

A. Penentuan spesifikasi antena

• Frekuensi Kerja : 2,4 -2,5 GHz
• Return loss : ≤ -10 dB
• VSWR : ≤ 2
• Gain : ≥ 3 dB
• Pola radiasi : Unidireksional

B. Pemilihan jenis substrat

Substrat mikrostrip memiliki beberapa jenis dengan nilai konstanta dielektrik (εr) pada rentang 2,2 ≤ εr ≤ 12. Antena pada perancangan ini menggunakan substrat FR-4 Epoxy dengan nilai konstanta dielektrik 4,1 ≤ εr ≤ 4,6 [9].

C. Perancangan dimensi patch

a. Menentukan frekuensi kerja antena: Fc = (Fh + Fl) / 2 = 2,45 x 10⁹ Hz. Dimana: Fc = Frekuensi tengah, Fh = Frekuensi atas, Fl = frekuensi bawah.

b. Menentukan fungsi logaritmik peradiasi: F = 8,7919 x 10⁹ / (Fc √εr) = 1,710.

c. Menentukan jari-jari elemen patch [10]: a = 1,710 / {1 + (2 x h) / (π ε_r F) [ln(πF / (2h)) + 1,7726]}^1/2 = 14,947 mm.

d. Menentukan B dari nilai impedansi 50Ω: B = (60π²) / (Z₁ √ε_r) = 5,640.

e. Menentukan lebar saluran pencatu [11]: W = (2h / π) {B - 1 - ln(2B - 1) + (ε_r - 1) / (2ε_r) [ln(B - 1) + 0,39 - 0,61 / ε_r]}.

f. Menentukan panjang saluran pencatu: λ₀ = C / f = 122 mm; λ_d = λ₀ / √ε_r = 0,0581 m; l_t = 1/4 x λ_d = 14,525 mm.

D. Perancangan antena array 2x1

a. Menentukan jarak antar elemen [12]: d = λ₀ / 4 = 30,5 mm.

b. Menentukan panjang antara sisi patch: d_susunan = d - l_t = 15,975 mm.

IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Setelah melakukan proses perhitungan dimensi patch tahapan selanjutnya adalah variasi dimensi patch agar spesifikasi antena sesuai yang diinginkan, pada variasi pertama mendapatkan nilai return loss yang baik, VSWR baik, namun gain belum memenuhi spesifikasi yang diinginkan sampai hasil sesuai spesifikasi yaitu pada perancangan antena mikrostrip patch lingkaran 2x1 elemen dengan menambahkan slot, yang pertama diukur adalah nilai return loss, VSWR, dan gain.

Hasil akhir yang didapatkan nilai return loss sebesar -25,25 dB pada frekuensi kerja sebesar 2,45 GHz. Nilai return loss ini sudah sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan dibawah ≤ -10 dB. Nilai return loss yang semakin mengecil menandakan bahwa kinerja antena semakin bagus untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik [13]. Hasil perhitungan bandwidth sebagai berikut: Fr = 2,451 GHz (Frekuensi tengah), Fh = 2,496 GHz (Frekuensi tinggi), Fl = 2,407 GHz (Frekuensi rendah), BW = 2,496 GHz – 2,407 GHz = 0,089 GHz = 89 MHz.

Hasil variasi dimensi patch pada array 2x1 elemen terhadap VSWR mendapatkan nilai yang diinginkan pada variasi ke-4 yaitu sesuai spesifikasi dengan nilai VSWR ≤ 2. Data yang didapat dengan teknik array 2x1 elemen dapat menurunkan nilai VSWR. Peningkatan gain antena mikrostrip setelah menggunakan array 2x1 elemen adalah 3,881 dB – 2,217 dB yaitu dengan selisih 1,664 dB pada frekuensi 2,45 GHz, artinya pengaruh array 2x1 terhadap elemen pada data yang didapat mengalami peningkatan gain sebesar 1,664 dB.

V. KESIMPULAN

Perancangan antena mikrostrip patch lingkaran susun 2x1 dengan slot memperoleh nilai return loss -25,25 dB, VSWR 1,11 dan gain 3,881 dB. Hasil perancangan antena telah sesuai dengan spesifikasi awal yang diharapkan.