Perpustakaan Digital ITB

Kebutuhan untuk meningkatkan kapasitas kanal dengan biaya yang relatif murah merupakan hal yang sangat penting pada sistem komunikasi nirkabel. Salah satu pendekatan yang dapat digunakan untuk meningkatkan kapasitas sistem komunikasi nirkabel adalah dengan menggunakan antena multi-beam. Pendekatan tersebut menawarkan biaya implementasi yang lebih murah dibanding pendekatan menggunakan antena single-beam. Antena multi-beam mampu menyediakan lebih banyak beam untuk melayani pengguna dalam area layanan. Salah satu komponen yang penting dalam sistem antena multi-beam adalah multiple beamforming network. Jumlah beda fasa progresif yang dapat dihasilkan oleh komponen tersebut merupakan faktor yang menentukan keberhasilan dalam peningkatan kapasitas dalam suatu sistem komunikasi nirkabel. Pada sistem komunikasi nirkabel dengan pendekatan antena multi-beam, beam yang dihasilkan digunakan untuk membagi setiap sektor konvensional 120o menjadi beberapa sektor dengan cakupan area yang lebih kecil yang disebut sebagai sub-sektor. Untuk meningkatkan kapasitas sebesar dua, tiga atau empat kali lipat, sebuah sektor harus dibagi menjadi dua, tiga atau empat sub-sektor. Semakin besar peningkatan kapasitas yang diinginkan, semakin banyak beam yang diperlukan untuk menghasilkan banyak sub-sektor. Pencatu pada suatu antena multi-beam berfungsi menyediakan beda fasa progresif untuk membangkitkan beam dengan arah yang diinginkan. Jumlah beam yang dapat dihasilkan oleh suatu antena multi-beam bergantung pada jumlah beda fasa progresif yang dapat disediakan oleh pencatunya. Salah satu metode untuk meningkatkan jumlah beda fasa progresif adalah dengan menggunakan multiple beamforming network sebagai pencatu. Berdasarkan literatur, terdapat beberapa jenis multiple beamforming network yang telah dikembangkan diantaranya adalah Blass matrix, Nolen matrix dan Butler matrix. Blass matrix dan Nolen matrix mampu menghasilkan banyak beam dengan arah sembarang, namun kekurangan dari kedua jenis multiple beamforming network tersebut adalah memiliki bandwidth yang sempit, kerugian daya yang besar, dan efisiensi daya yang rendah. Butler matrix memiliki bandwidth yang lebih lebar, kerugian daya yang lebih kecil, dan efisiensi daya yang lebih besar dibanding Blass matrix dan Nolen matrix. Selain itu, Butler matrix memiliki kompleksitas yang rendah karena strukturnya yang sederhana, jumlah komponen penyusun yang lebih sedikit dan biaya fabrikasi yang murah. Oleh karena itu, Butler matrix sesuai untuk diaplikasikan sebagai pencatu antena multi-beam. Salah satu kekurangan Butler matrix adalah hanya dapat menghasilkan beda fasa progresif dengan jumlah yang terbatas. Penerapan Butler matrix sebagai pencatu sistem antena multi-beam hanya dapat menghasilkan beam dengan jumlah yang terbatas. Jumlah beda fasa progresif yang lebih banyak dapat dihasilkan dengan meningkatkan orde Butler matrix. Namun, peningkatan orde Butler matrix akan meningkatkan ukuran rangkaian secara signifikan karena bertambahnya jumlah komponen penyusun. Oleh karena itu, diperlukan suatu metode untuk meningkatkan jumlah beda fasa progresif Butler matrix dengan tetap mempertahankan orde yang rendah. Untuk mengatasi masalah tersebut, penelitian ini mengusulkan Butler matrix dengan karakteristik yang dapat direkonfigurasi. Untuk mendapatkan Butler matrix dengan karakteristik yang dapat direkonfigurasi, penelitian ini mengusulkan penggunaan branch-line coupler dengan penambahan kapasitor. Perubahan nilai kapasitansi kapasitor yang dipasang pada lengan branch-line coupler mengakibatkan perubahan panjang elektrik lengan sehingga menghasilkan perubahan pada beda fasa progresif. Untuk memverifikasi metode yang diusulkan, sebuah rancangan branch-line coupler dengan penambahan kapasitor disimulasikan dan diukur. Hasil simulasi menunjukkan bahwa beda fasa progresif dari ?25° sampai ?155° dapat diperoleh dengan melakukan perubahan nilai kapasitansi kapasitor dari 0,3 pF sampai 2,3 pF. Hasil pengukuran menunjukkan kesesuaian yang baik dengan hasil simulasi. Branch-line coupler dengan penambahan kapasitor selanjutnya diimplementasikan dalam rancangan Butler matrix dengan karakteristik yang dapat direkonfigurasi menggantikan hybrid coupler konvensional. Untuk memverifikasi metode, rancangan Butler matrix disimulasikan dan diukur. Hasil simulasi menunjukkan beda fasa progresif rata-rata sebesar ?45o dan ?135o dengan deviasi sebesar ?5o dan koefisien transmisi rata-rata sebesar ?7,6 dB dengan deviasi sebesar ?1 dB dalam rentang lebar pita frekuensi sebesar 290 MHz dari 2,25 GHz sampai 2,54 GHz. Hasil pengukuran dan hasil simulasi menunjukkan kesesuaian yang baik. Butler matrix yang dihasilkan kemudian diimplementasikan sebagai komponen pencatu antena multi-beam. Antena dirancang dengan menggunakan dua lapis substrat dan metode pencatuan via feeding dimana setiap terminal keluaran Butler matrix dihubungkan dengan setiap terminal masukan antena melalui sebuah through hole. Untuk memverfikasi metode, rancangan antena multi-beam disimulasikan dan diukur. Hasil simulasi menunjukkan bahwa perubahan pada nilai kapasitansi kapasitor menghasilkan perubahan pada arah beam. Hasil pengukuran menunjukkan kesesuaian yang baik dengan hasil simulasi. Dengan menggunakan Butler matrix yang diusulkan, antena multi-beam dapat menghasilkan arah beam tiga kali lebih banyak dibanding menggunakan Butler matrix konvensional.