TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK
MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA
Oleh :
EKA KARTIKA FITRIANI
070402104
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK
MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA
Oleh :
EKA KARTIKA FITRIANI
070402104
Disetujui oleh:
Pembimbing,
Ir. ARMAN SANI, MT
NIP. 19631128 0199103 1003
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si
NIP. 19540531 198601 1002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi pada jaringan WCDMA menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena Helical adalah salah satu pilihan penguatan perolehan sinyal.
Pada Tugas Akhir ini dirancang, direalisasikan dan dilakukan pengukuran parameter-parameter Antena Helical. Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA demi memaksimalkan perolehan sinyal dan koneksi. Adapun parameter antena diuji sebagai titik ukur kemampuan antena. Dari pengukuran diperoleh gain Antena Helical untuk 10 lilitan adalah 44 dB dan untuk 20 lilitan adalah 49 dB. Antena ini memiliki
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, serta kakanda - kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.
4. Adikku tersayang Dwi Puspitasari dan Arif Budiman. Terima kasih atas perhatian dan doanya.
5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
6. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU
7. Ichsan Safirza yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
8. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Arynda, Hirzi, Suib, Fajar, Selfi, Arief, Roy, Yovie, Komeng, Febri, Ichsan, Ryan, Rido, Bayu, Samuel, Frans, Borong, Raedi, Dion dan segenap angkatan ‘07, semoga silaturahmi kita terus terjaga.
9. Senior dan junior yang telah membantu : B’Reza, B’Gifari, B’Riki , B’Rudi, B’Syu’ib, Siska, Dina, Dian, Ari, Wendli serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini. 10. Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro dan semua pengurus
11. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran.
12. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Mei 2011 Penulis
DAFTAR ISI
II. TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA) ... 6
2.1 Umum ... 6
2.2 Gelombang Elektromagnetik ... 7
2.3 Pengertian Antena ... 7
2.4 Parameter – Parameter Antena ... 8
2.4.1 Direktivitas Antena ... 8
2.4.2 Gain Antena ... 9
2.4.4 Polarisasi Antena ... 13
2.4.5 Beamwidth Antena ... 16
2.4.6 Bandwidth Antena ... 17
2.4.7 Impedansi Antena ... 18
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) ... 19
2.5 Antena Isotropis ... 21
2.6 Antena Directional ... 22
2.6.1 Antena Unidirectional ... 22
2.6.2 Antena Omnidirectional ... 23
2.7 Material ... 24
2.7.1 Dielektrik ... 24
2.7.2 Logam ... 24
2.8 Wideband Code Division Mulitiple Access (WCDMA) ... 25
2.8.1 Arsitektur Jaringan WCDMA ... 25
2.8.2 Mekanisme Kerja WCDMA ... 29
2.8.3 Keunggulan Teknologi WCDMA ... 31
III. RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL ... 35
2.1 Umum ... 35
3.2 Antena Helical ... 36
3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Rancangan AntenaHelical ... 36
3.4 Bagian DasarAntena Helical ... 38
3.5 Pola Radiasi (pattern) Antena Helical Pada Mode Axial ... 41
3.6 Operasi Antena Helical Pada Mode Axial ... 42
3.8 Perancangan Antena Helical ... 45
3.8.1 Perhitungan Parameter Antena ... 45
3.9 Perakitan Antena Helical ... 48
3.9.1 Peralatan ... 48
3.9.2 Pembuatan Antena Helical ... 49
3.10 Instalasi Software ... 52
3.10.1 Instalasi Driver Modem GSM HUAWEI E160 ... 52
3.10.2 Instalasi dan Konfigurasi QPST dan QXDM ... 52
IV. PENGUJIAN ANTENA HELICAL ... 58
4.1 Umum ... 58
4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian ... 58
4.3 Pengukuran Pola Radiasi ... 60
4.4 Penghitungan Beamwidth ... 67
4.5 Pengukuran Gain ... 70
4.6 Pengujian Transfer Data ... 75
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 84
5.1 Kesimpulan ... 84
5.2 Saran ... 84
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 8
Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ... 12
Gambar 2.3 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional ... 12
Gambar 2.4 Polarisasi Antena ... 13
Gambar 2.13 Contoh Antena Unidirectional ... 23
Gambar 2.14 Contoh Antena omnidirectional ... 24
Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA ... 26
Gambar 2.16 Alur Evolusi Dari Sistem Generasi ke-2 dan Ke-3 ... 30
Gambar 3.1 Diagram Aur Perancangan dan Perakitan Antena Helical ... 37
Gambar 3.2 Model Antena Helical ... 32
Gambar 3.3 Bentuk Dasar Antena Helical dan Hubungan Antara D, S, C, L ... 39
Gambar 3.4 Antena Helix dangan Ground Plane ... 40
Gambar 3.6 Pipa Yang Sudah Dibuat Template ... 49
Gambar 3.7 Penutup Pipa Yang Sudah Dipotong ... 50
Gambar 3.8 Penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan dilubangi ... 50
Gambar 3.9 Bentuk Lempengan Kuningan ... 51
Gambar 3.10 Lempengan yang sudah disolder pada kawat email dan kawat RG58 ... 51
Gambar 3.11 System Properties My Computer ... 53
Gambar 3.12 Device Manager ... 54
Gambar 3.13 QPST Configuration ... 54
Gambar 3.14 Pemilihan Port ... 55
Gambar 3.15 QXDM Communication ... 56
Gambar 3.16 Tampilan Power Sinyal Yang Terbaca QXDM ... 56
Gambar 3.17 Pembacaan Power Sinyal ... 57
Gambar 4.1 Antena Helical ... 59
Gambar 4.2 Alat Peletakan Antena ... 60
Gambar 4.3 Perkiraan Jarak Pengukuran Pertama ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth ... 61
Gambar 4.4 Perkiraan Jarak Pengukuran Kedua ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth ... 61
Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran ... 62
Gambar 4.7 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Pertama ... 68 Gambar 4.8 Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Kedua
... 69 Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Kedua
... 69 Gambar 4.10 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Tanpa
Menggunakan Antena Helical ... 71 Gambar 4.11 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan
Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 71 Gambar 4.12 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan
Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ... 72 Gambar 4.13 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Tanpa
Menggunakan Antena Helical ... 73 Gambar 4.14 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan
Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 74 Gambar 4.15 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan
Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ... 74 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa
Menggunakan Antena Helical ... 76 Gambar 4.18 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa
Gambar 4.19 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 77 Gambar 4.20 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan
Helical 10 lilitan ... 78 Gambar 4.21 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena
Helical 20 lilitan ... 78 Gambar 4.22 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan
Helical 20 lilitan ... 78 Gambar 4.23 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa
Menggunakan Antena Helical ... 80 Gambar 4.24 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa
Menggunakan Antena Helical ... 80 Gambar 4.25 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena
Helical 10 lilitan ... 81 Gambar 4.26 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan
Helical 10 lilitan ... 81 Gambar 4.27 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena
Helical 20 lilitan ... 82 Gambar 4.28 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA ... 30
Tabel 3.1 Peralatan Pembuatan Antena Helical ... 48
Tabel 4.1 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 10 lilitan ... 63
Tabel 4.2 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 20 lilitan ... 64
Tabel 4.3 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 10 lilitan ... 65
Tabel 4.4 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 20 lilitan ... 66
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Gain Pada Gedung Teknik Tegangan Tinggi ... 73
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Gain Pada Jalan Mesjid ... 75
Tabel 4.7 Rata-Rata Hasil Pengujian Pertama Transfer Data ... 79
ABSTRAK
Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi pada jaringan WCDMA menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena Helical adalah salah satu pilihan penguatan perolehan sinyal.
Pada Tugas Akhir ini dirancang, direalisasikan dan dilakukan pengukuran parameter-parameter Antena Helical. Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA demi memaksimalkan perolehan sinyal dan koneksi. Adapun parameter antena diuji sebagai titik ukur kemampuan antena. Dari pengukuran diperoleh gain Antena Helical untuk 10 lilitan adalah 44 dB dan untuk 20 lilitan adalah 49 dB. Antena ini memiliki
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi mobile telah memberi kemudahan-kemudahan untuk dapat mengakses media informasi global ini. Jaringan mobile sebagian besar telah memenuhi standar koneksi dengan teknologi 3G, Next G atau HSDPA yang semakin mempermudah pengguna untuk mendapatkan layanan internet. Internet telah menjadi kebutuhan penting. Bahkan bagi sebagian orang, internet telah menjadi kebutuhan primer. Kendala yang umum terjadi adalah kecepatan akses yang menjadi lambat seiring dengan banyaknya pengguna telepon yang melakukan pembicaraan langsung serta akibat tidak stabilnya sinyal yang diterima oleh pelangan.
Wideband Code Division Multiple Access merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada
ketidakstabilan. Upaya yang dapat dilakukan adalah memperkuat penerimaan sinyal dengan memasang antena bantu dengan gain yang cukup besar.
Antena Helical adalah pilihan yang tepat dengan penguatan yang cukup besar. Pembuatan Antena Helical tidak terlampau sulit, material bahannya mudah didapat serta tidak memerlukan peralatan khusus untuk membuatnya. Antena Helical sangat mungkin dibuat oleh masyarakat umum dengan memperhatikan urutan pengerjaan yang tepat. Dari segi ekonomis, pembuatannya tidak memerlukan biaya yang cukup mahal dibandingkan dengan membeli antena built
up yang tersedia dipasaran.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu :
1. Bagaimana merancang Antena Helical yang dapat bekerja pada frekuensi 1.9 GHz dan memiliki gain yang maksimal?
2. Apa saja kinerja antena yang dirancang?
3. Bagaimana menguji kinerja antena hasil rancang bangun tersebut.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Membangun Antena Helical 1.9 GHz.
1.4 Batasan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas pada Tugas Akhir dibatasi pada :
1. Hanya membahas WCDMA secara umum.
2. Analisa parameter Antena Helical meliputi pola radiasi, gain,
beamwidth dan uji transfer data.
3. Penerimaan sinyal menggunakan USB Modem GSM merk HUAWEI dengan menggunakan simcard XL.
4. Antena Helical yang akan dirancang menggunakan material bahan pipa PVC.
5. Tidak membahas software secara khusus karena hanya digunakan sebagai aplikasi.
1.5 Manfaat Penulisan
Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah dapat merealisasikan teori yang didapat mengenai antena untuk dapat merancang bangun sebuah antena bantu penguat sinyal khususnya penerimaan sinyal WCDMA. Tugas Akhir ini diharapkan dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.
1.6 Metodologi Penulisan
1. Studi literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan jurnal-jurnal pendukung, baik dalam bentuk hardcopy dan
softcopy.
2. Mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan. 3. Memulai proses membuatan Antena Helical. 4. Melakukan pengukuran parameter antena. 5. Melakukan analisa dan evaluasi.
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.
BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION
MULTIPLE ACCESS (WCDMA)
Bab ini berisi penjelasan tentang teori dasar antena secara umum dan uraian mengenai Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA).
BAB III RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ANTENA HELICAL
Bab ini berisi tentang pengujian Antena Helical 1.9 GHz untuk memperkuat penerimaan sinyal WCDMA. Parameter yang akan diuji adalah gain antena, pengarahan antena dan transfer data maksimum yang diperoleh.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA)
2.1 Umum
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 ditunjukkan pada Persamaan 2.1[7] :
(2.1)
Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa
udara (free space), maka [7]:
v = c = 3 x 108 m/s (2.2)
2.3 Pengertian Antena
Dalam sejarah komunikasi, perkembangan teknik informasi tanpa menggunakan kabel ditetapkan dengan nama antena. Antena berasal dari bahasa latin ”antena” yang berarti tiang kapal layar. Dalam pengertian sederhana kata latin ini berarti juga “penyentuh atau peraba” sehingga kalau dihubungkan dengan teknik komunikasi berarti bahwa antena mempunyai tugas menyelusuri jejak gelombang elektromagnetik, hal ini jika antena berfungsi sebagai penerima. Sedangkan jika sebagai pemancar maka tugas antena tersebut adalah menghasilkan sinyal gelombang elektromagnetik [2] .
elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas. Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada penerima akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima [2].
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima
2.4 Parameter – Parameter Antena
Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, polarisasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedasi antena dan voltage standing wave ratio (VSWR).
2.4.1 Direktivitas Antena
Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada
ke arah khusus. Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa ketempat dalam suatu arah. Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke semua arah (omnidirectional). Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan. Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah (unidirectional) [2].
Direktivitas antena merupakan perbandingan kerapatan daya maksimum dengan kerapatan daya rata-rata. Maka dapat dituliskan pada persamaan [6] :
(2.3)
2.4.2 Gain Antena
Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan
kemampuan antena mengarahkan arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah
Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil
daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [4]:
Gain = G = k. D (2.4)
Dimana :
Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan
membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam satuan decibel. Decibel dapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [5] : a. Ketika mengacu pada pengukuran daya (power)
(2.5)
b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan (volt)
(2.6)
Gain antena biasanya diukur relatif pada : 1) dBi (relatif pada radioator isotropic) 2) dBd (relatif pada radioator dipole)
Hubungan antara dBi dan dBd adalah sebagai berikut [5]:
0 dBd = 2,15 dBi (2.7) Umumnya dBi digunakan untuk mengukur gain sebuah antena.
Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum
antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan [6]:
(2.8)
Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2.9 [6]:
Dimana :
Gt = Gain total antena.
Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm). Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm). Gs = Gain antena referensi.
2.4.3 Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat. Di sebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan di luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional [7]. Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan antena [3].
Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi.
a. Pola Radiasi Antena Unidirectional
Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional
b. Pola Radiasi Antena Omnidirectional
Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena
Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 3600 jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.3 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional [9].
2.4.4 Polarisasi Antena
Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless, polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Gambar 2.4 menunjukkan gambar polarisasi antena. Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi
circular dan polarisasi cross [8].
Gambar 2.4 Polarisasi Antena
a. Polarisasi Vertikal
Gambar 2.5 Polarisasi Vertikal
b. Polarisasi Horizontal
Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika elemen antena horizontal terhadap permukaan tanah. Polarisasi horizontal digunakan pada beberapa jaringan wireless [8]. Gambar 2.6 menunjukkan polarisasi horizontal.
c. Polarisasi Circular
Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan
wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik
berputar secara konstan terhadap antena [8]. Gambar 2.7 menunjukkan polarisasi circular.
e
Gambar 2.7 Polarisasi Circular
Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena.
d. Polarisasi Cross
Gambar 2.8 Polarisasi Cross
2.4.5 Beamwidth Antena
Beamwidth Adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi
radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama [4]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut [8] :
(2.10)
Dimana :
B = 3 dB beamwidth (derajat) = frekuensi (GHz)
d = diameter antena (m)
Gambar 2.9 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main
lobe,nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor dua) dan lobe sisi belakang
lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Gambar 2.9 Beamwidth Antena
2.4.6 Bandwidth Antena
Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena . Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi
f1 (di bawah fC) sampai dengan f2 (di atas fC), maka bandwidth antena tersebut
adalah [8] :
(2.11)
Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan
untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
2.4.7 Impedansi Antena
Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [4]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.
I V
ZT = (2.12)
Dimana :
ZT = impedansi terminal V = beda potensial terminal
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dipandang sebagai impedansi karakteristik saluran. Akan tetapi setelah sinyal mencapai ujung saluran dimana beban berada, keadaan akan lain tergantung pada kondisi beban tersebut.
Bila besar impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka daya sinyal yang datang ke beban akan diserap seluruhnya oleh beban. Tetapi bila besar impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka sebagian sinyal yang datang ke beban itu akan memantul dan kembali menuju ke sumbernya semula. Besarnya sinyal yang dipantulkan kembali menuju sumber ini bergantung kepada bagaimana ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban.
Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang
dinyatakan dengan simbol Γ.
Harga koefisien pantul ini dapat bervariasi antara 0 sampai 1. Jika bernilai 0 artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Hal ini dinyatakan dalam persamaan [8] :
Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dituliskan [8] :
Pantulan daya pada saluran yang direpresentasikan dengan adanya tegangan pantul dan arus pantul di sepanjang saluran akan bertemu dengan gelombang datang dan menimbulkan gelombang resultan yang disebut dengan gelombang berdiri (standing wave). Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Perbandingan antara tegangan maksimum terhadap tegangan minimum ini disebut voltage standing wave ratio (VSWR). Secara sederhana VSWR dapat dituliskan sebagai [8] :
min max
V V
VSWR= (2.15)
VSWR merupakan parameter yang menentukan kualitas dari transmisi suatu sinyal dari sumber ke beban. Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang artinya dalam saluran tidak ada gelombang pantul atau semua daya yang diradiasikan antena pemancar diterima semua oleh antena penerima. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar. Gambar 2.11 menunjukkan gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koefisien refleksi dapat dituliskan [8] :
Γ
2.5 Antena Isotropis
Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Karena itu dikatakan pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa stuktur antena yang lebih kompleks [7]. Gambar 2.12 menunjukkan gambar antena isotropis.
Gambar 2.12 Antena Isotropis
2.6 Antena Directional
Berdasarkan direktivitasnya, antena unidirectional dibagi menjadi antena
unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena
yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena
omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari
2.6.1 Antena Unidirectional
Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radisinya yang terarah. Antena
unidirectional mempunyai kemampuan direktivitasnya yang lebih dibandingkan
jenis – jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendapatan sinyal yang relative kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut [8]. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodic dan lain – lain [8]. Gambar 2.13 memperlihatkan beberapa contoh antena unidirectional.
2.6.2 Antena Omnidirectional
Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang melebar. Direktivitas antena omnidirectional berada dalam arah vertikal. Bentuk pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks [8]. Contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena
collinear, antena slotwave guide dan lain – lain [8]. Gambar 2.14 memperlihatkan
beberapa contoh antena omnidirectional.
2.7 Material
Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tanent dan ketahanan terhadap kondisi lingkunga adalah parameter utama yang harus diperhatikan [8].
2.7.1 Dielektrik
Bahan dielektrik dapat didapatkan dalam proporsi bentuk dipasaran. Keramik, kaca, plastic, styrofoom adalah beberapa yang termasuk dalam kategori dielektrk. Bahan ini digunakan secara luas sebagai segel untuk komponen gelombang mikro dan sekat pada reflektor. Bahan ini biasanya digunakan untuk aplikasi dengan daya yang rendah. Untuk aplikasi dengan daya yang tinggi bisa menggunakan semua dielektrik kecuali keramik. Plastik yang diperkuat juga digunakan secara luas sebagai penyusun antena, feeder dan mounting surface.
2.7.2 Logam
Pada saat ini tembaga, kuningan dan alumunium adalah logam penyusun paling penting pada antena. Jika berat bukan merupakan pertimbangan utama, maka kuningan dan tembaga merupakan pilihan yang dapat digunakan secara luas. Salah satu keunggulan kedua logam ini adalah dapat dibentuk dengan mudah tanpa perlu menggunakan peralatan yang khusus. Alumunium memiliki kemampuan yang sama bahkan melebihi kedua logam diatas kecuali dalam hal
plating. Alumunium memiliki struktur yang lebih ringan daripada tembaga dan
2.8 Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)
Wideband Code Division Multiple Access merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada
pita frekuensi yang lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Sistem WCDMA hanya memerlukan satu channel frekuensi radio untuk semua pemakainya, masing-masing pemakai diberi kode yang membedakan antara pengguna satu dengan yang lain. Skema metode akses yang digunakan untuk penyebaran sinyal WCDMA adalah direct sequence dimana code sequence digunakan secara langsung untuk memodulasi sinyal radio yang dipancarkan dengan menggunakan sinyal penebar [13].
2.8.1 Arsitektur Jaringan WCDMA
Teknologi telekomunikasi wireless generasi ketiga (3G) yaitu Universal
Mobile Telecommunication System (UMTS). Universal Mobile Telecommunication System merupakan suatu evolusi dari GSM, dimana interface
Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA
Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa arsitektur jaringan WCDMA terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu sebagai berikut :
1. UE (User Equipment)
User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan
untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan
smart card yang dikenal dengan nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module)
yang berisi nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk keamanan seperti authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga dilengkapi dengan ME (Mobile Equipment) yang berfungsi sebagai terminal radio yang digunakan untuk komunikasi lewat radio.
2. UTRAN (UMTS Terresterial Radio Access Network)
Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah RNC
a. RNC (Radio Network Controller)
RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang membawahi beberapa Node B, menghubungkan CN (Core Network) dengan user dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource Control) yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN. b. Node B
Node B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node B merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada UE. Fungsi utama node B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain : channel coding, interleaving, spreading, de-spreading,
modulasi, demodulasi dan lain-lain. Node B juga melakukan beberapa operasi RRM (Radio Resouce Management), seperti handover dan power control.
3. CN (Core Network)
Core Network berfungsi sebagai switching pada jaringan UMTS,
memanajeman jaringan serta sebagai interface antara jaringan UMTS dengan jaringan yang lainnya. Komponen Core Network UMTS terdiri dari :
a. MSC (Mobile Switching Center)
MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switch seperti video, video call.
b. VLR (Visitor Location Register)
c. HLR (Home Location Register)
HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location)
d. SGSN ( Serving GPRS Support Node)
SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS. Fungsi SGSN adalah sebagai berikut :
1) Mengantarkan packet data ke MS 2) Update pelanggan ke HLR 3) Registrasi pelanggan baru
e. GGSN ( Gateway GPRS Support Node )
GGSN berfungsi sebagai gerbang penghubung dari jaringan GPRS ke jaringan paket data standard (PDN). GGSN berfungsi dalam menyediakan fasilitas internetworking dengan eksternal packet-switch network dan dihubungkan dengan SGSN via Internet Protokol (IP). GGSN akan berperan antarmuka logik bagi PDN, dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN. Selain itu juga terdapat beberapa interface baru, seperti : Uu, Iu, Iub, Iur. Antara UE dan UTRAN terdapat interface Uu. Di dalam UTRAN terdapat interface Iub yang menghubungkan Node B dan RNC,
Interface Iur yang menghubungkan antar RNC, sedangkan UTRAN dan CN
dihubungkan oleh interface Iu. Protokol pada interface Uu dan Iu dibagi menjadi dua sesuai fungsinya, yaitu bagian control plane dan user plane . Bagian user
plane merupakan protokol yang mengimplementasikan layanan Radio Access
Sedangkan control plane berfungsi mengontrol RAB dan koneksi antara mobile
user dengan jaringan dari aspek : jenis layanan yang diminta, pengontrolan
sumber daya transmisi , handover , mekanisme transfer Non Access Stratum (NAS) seperti Mobility Management (MM), Connection Management (CM),
Session Management (SM) dan lain-lain.
2.8.2 Mekanisme Kerja WCDMA
WCDMA adalah salah satu dari 5 standar telekomunikasi selluler generasi ketiga yang memiliki kapabilitas layanan dengan kecepatan transfer data sebagai berikut:
a. 144 kbps untuk pengguna dengan mobilitas yang cepat.
b. 384 kbps untuk pengguna yang mobilitasnya lambat.
c. 2 Mbps untuk pengguna tanpa mobilitas
Gambar 2.16 Alur Evolusi dari Sistem Generasi ke-2 ke Generasi ke-3
Dari evolusi sistem yang ada, terdapat beberapa parameter dari generasi ke-2 yang masih relevan digunakan pada sistem generasi ke-3. Parameter-parameter yang dimaksud diantaranya:
a. Mobility Management (MM)
b. GPRS Mobility Management c. Connection Management
d. Session Management
e. Subscriber IdentityModule
Tabel 2.1 menunjukkan beberapa perbedaan mendasar antara teknologi generasi ke-2 GSM dan generasi ke-3 WCDMA [15]:
Tabel 2.1 Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA
Parameter GSM WCDMA
Metode Akses TDMA CDMA
Tabel 2.1 Lanjutan
Parameter GSM WCDMA
Frequency Kerja 900 Mhz & 1800 Mhz 1900 Mhz & 2100 Mhz Frequency Reused Factor 7 1
Packet Data Timeslot based scheduling (GPRS)
Load based on Packet Scheduling
Frequency Diversity Frequency Hopping Multipath Diversity dengan Rake Receiver Frequency Power Control Di bawah 2 Hz 1500 Hz
Downlink Transmit Diversity
Tidak distandarkan Distandarkan
2.8.3 Keunggulan Teknologi WCDMA
WCDMA sebagai sistem telekomunikasi selular digital memiliki keunggulan yang jauh lebih banyak, di antaranya [14]:
1. Layanan yang Fleksibel
WCDMA menerapkan setiap 5 MHz carrier untuk menangani layanan yang beragam dari 8 Kbps hingga 2 Mbps. Layanan berbasis circuit dan packet
switched dapat dikombinasikan kedalam kanal yang sama, sehingga pada
terminal dapat menerapkan layanan multimedia dengan multiple packet ataupun
circuit connection.
2. Efisiensi spektrum
WCDMA. Kapasitas jaringan dapat ditingkatkan dengan beberapa teknik seperti
Hierarchical Cell Structures (HCS), Adaptive Antena Array (AAA) dan coherent demodulation (bi-directional).
3. Kapasitas dan cakupan
Tranceiver frekuensi radio WCDMA dapat menangani delapan kali lipat
user yang menggunakan voice dibandingkan dengan transceiver narrowband.
Setiap RF carrier dapat menangani 100 panggilan voice secara simultan, atau 50 internet (data) secara simultan. Kapasitas dari WCDMA diperkirakan dua kali dari Narrowband CDMA dalam lingkungan urban maupun sub urban. Adanya
bandwidth yang lebih lebar, penggunaan coherent demodulation dan fast power
control pada uplink maupun downlink memberikan threshold penerima yang
lebih rendah.
4. Ragam layanan per koneksi
Packet dan circiut switched dapat secara bebas digabungkan, dengan variable bandwidth dan kecepatan serta pengiriman yang simultan ke user yang
sama dengan kualitas tertentu. Setiap terminal WCDMA dapat mengakses beberapa layanan yang berbeda pada saat yang bersamaan. Hal ini dapat berupa
voice atau kombinasi layanan seperti internet, e-mail dan video. Kecepatan data
yang bervariasi dapat dicapai dengan menggunakan variable orthogonal
spreading codes dan penyesuaian dari daya keluaran yang ditransmisikan.
5. Efisiensi jaringan
jaringan inti dan base station yang sama dapat digunakan. Hubungan antara jaringan akses WCDMA dengan jaringan GSM menggunakan ATM mini-cell
transmission protocol, yang dikenal dengan ATM Adaptive Layer 2 (AAL2). Ini
merupakan cara yang sangat efisien dalam menangani data paket dalam meningkatkan kapasitas.
6. Kapasitas suara yang baik
Meskipun tujuan utama dari akses wireless generasi ketiga adalah untuk membawa trafik multimedia dengan bit rate yang tinggi, namun dapat pula mendukung mekanisme eifisiensi spektrum dari trafik suara. Sebagai contoh, setiap operator dengan alokasi spektrum 2 x 15 MHz dapat menangani setidak-nya 192 panggilan suara per sel sektor.
7. Keterbukaan akses
Dengan sistem dual-mode pada terminal, mekanisme akses yang terbuka dapat dilakukan, seperti handover dan roaming antara jaringan GSM dan UMTS, dengan adanya terlebih dahulu pengaturan layanan antara dua sistem akses tersebut.
8. Indoor coverage
Penggunaan mode operasi TDD (Time Division Duplex) secara teknik cocok untuk penerapan unlicensed spectrum pada lingkungan tertutup (indoor).
9. Akses layanan yang cepat
BAB III
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL
3.1 Umum
Kemajuan dunia komunikasi menghadirkan kemudahan-kemudahan dalam mendapatkan informasi. Internet adalah mediator komunikasi tersebut. Informasi dapat diperoleh dimana saja dan kapan saja asalkan pengguna berada di lokasi yang terdapat jaringan internet. Komunikasi seluler memberikan kemudahan itu. Kita dapat berkomunikasi dimana saja dan kapan saja asalkan berada di cakupan jaringan. Namun kecepatan akses juga menjadi faktor penting. WCDMA adalah jawaban untuk kecepatan akses internet yang dapat diandalkan. Dengan hanya melewatkan data saja, WCDMA memberikan keluasan bandwidth. Permasalahan yang timbul adalah minimnya area yang mendapat cakupan WCDMA. Sehingga level sinyal yang diperoleh sangat kecil dan relative mudah
disconected. Cara yang dapat dilakukan adalah mengupayakan peningkatan gain
penerimaan sinyal. Dengan menggunakan antena bantu level sinyal sangat mungkin untuk ditingkatkan. Segi ekonomis juga dipertimbangkan untuk menentukan antena bantu apa yang dapat diupayakan disamping juga kemudahan dalam pembuatan dan kemampuan penguatan sinyal.
3.2 Antena Helical
Antena Helical adalah suatu antena yang terdiri dari 'conducting wire' yang dililitkan pada media penyangga berbentuk Helix. Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi. Bentuk dari Antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi.
Pada Antena Helical dirancang, menggunakan kawat email yang dililitkan pada pipa PVC dan lempengan kuningan sebagai ground plane, serta pigtail pada perpanjangan konektor SMA.
Pemilihan Antena Helical sebagai antena bantu lebih dikarenakan kemudahan dalam perakitannya dan biaya yang dikeluarkan relatif murah. Kemampuan antena ini untuk menguatkan sinyal juga terbilang sangat baik.
3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Rancangan Antena Helical
Mengumpulkan teori dan komponen yang dibutuhkan serta menentukan parameter
Perencanaan Antena Helical
Merakit Antena Helical
Selesai Mulai
Ya
Tidak Menguji Antena
Apakah Berfungsi Baik ?
Membuat Kesimpulan
Gambar 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perakitan Antena Helical
mengenai dimensi dan bentuk Antena Helical. Dimensi dan bentuk Antena Helical digambarkan oleh Gambar 3.2.
Lengan Penopang
Tiang Penopang
pigtail
USB
Ground Plane
Llilitan Kabel Email Potongan Kuningan
Konektor SMA Female
Gambar 3.2 Model Antena Helical
3.4 Bagian Dasar Antena Helical
Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi. Bentuk dari Antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran teretentu.
Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi seperti pada Gambar 3.3 memperlihatkan bentuk dasar dari sebuah Antena Helix dengan parameter-parameternya adalah sebagai berikut [10].
Gambar 3.3 Bentuk Dasar Antena Helical dan hubungan
antara D. S, C, L
D = diameter dari Helix
C = circumference ( keliling ) dari Helix = πD
S = jarak antar lilitan
= sudut jepit ( pitch angle ) = arctan S/πD
L = panjang dari 1 lilitan
n = jumlah lilitan
A = axial length = nS
d = diameter konduktor Helix
Diameter dan keliling ( Circumference ) digunakan sebagai parameter
panjang gelombang D dan C. Axial Length dan pitch angle menentukan gain dari Helix. Makin panjang axial length maka makin besar pula gain dari Helix. Relasi ini dapat dilihat dari persamaan berikut [10].
(3.1)
Antena Helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 3.4 Ground plane dapat berbentuk apa saja, tetapi biasanya bentuknya segi empat atau lingkaran dengan diameter satu sampai satu setengah kali panjang gelombang. Ground plane dapat berbentuk reflektor kerucut atau dapat pula berbentuk datar. Dengan menggunakan ground plane, diharapkan back lobe dari Antena Helix dapat diminimalisasi [10].
Gambar 3.4 Antena Helix dengan Ground Plane
Antena Helix dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu mode transmisi
(transmission mode) dan mode radiasi (radiation mode). Mode transmisi
saluran transmisi tak hingga atau waveguide, dimana beberapa mode transmisi yang berbeda dapat dioperasikan.
Mode radiasi digunakan untuk mengetahui bentuk dari medan jauh (far
field pattern) dari sebuah Helix. Pada mode radiasi dikenal dua macam mode,
yaitu mode axial dan mode normal [10].
3.5 Pola Radiasi (pattern) Antena Helix pada Mode Axial
Secara teori Antena Helix dapat dimodelkan sebagai jajaran sejumlah titik sumber isotropis (isotropic point source). Masing-masing titik merepresentasikan satu buah lilitan dari Helix, sementara jarak antara titik merepresentasikan jarak antar lilitan pada Antena Helix. Jumlah titik sumber isotropis analogi dengan jumlah lilitan pada Antena Helix. Pola radiasi (pattern) dari Antena Helix diturunkan dengan menggunakan prinsip pattern multiplication, dimana pola radiasi Helix merupakan produk dari semua titik sumber isotropis yang tersusun secara array, sehingga disebut sebagai array pattern atau array factor (faktor
array) .
Dengan asumsi bahwa satu buah lilitan dari Antena Helix mempunyai gelombang berjalan (traveling wave) yang seragam disepanjang antena, maka pola radiasi total dari Antena Helix dengan jumlah lilitan n merupakan produk dari faktor array dengan pola radiasi satu lilitan Helix.
(3.2)
Dimana,
n = jumlah lilitan
Ф = sudut
Sedangkan bernilai,
(3.3)
3.6 Opcrasi Antcna Helix pada Mode Axial
Mode operasi axial terjadi jika circumference, C dari Helix bernilai kurang lebih satu kali panjang gelombang pada frekuensi tengah dari rekuensi kerjanya ( 0,75λ< C < 1,3λ). Sementara sudut jepit ( pitch angle ),
yang optimal adalah antara 10< < 20.
Antena Helix pada mode operasi axial adalah antena yang sederhana dan mudah untuk dibuat karena sifatnya yang non-critical. Ada beberapa parameter penting dari antena yang perlu untuk diperhatikan, yaitu [10] :
1. Beamwidth (lebar berkas)
2. Gain (penguatan)
Parameter-parameter diatas merupakan fungsi dari banyaknya lilitan (n), jarak antar lilitan (S) dan frekuensi. Untuk jumlah lilitan yang telah ditentukan, sifat dari beamwidth, gain dan impedansi dapat menentukan lebar bandwith. Sementara itu, nilai dari bandwith juga berhubungan erat dengan circumference dari Antena Helix.
Parameter lain yang mempunyai peran penting dalam perancangan Antena Helix adalah bentuk dan ukuran dari ground plane, diameter konduktor Helix, struktur penunjang Helix, dan pengaturan feed. Ground plane dapat dibuat dalam berbagai macam bentuk. Namun umumnya ground plane dibuat dalam bentuk lingkaran atau persegi yang datar atau flat dengan ukuran diameter atau sisi
minimal 3λ/4. Ukuran konduktor dapat dipilih dari 0.005λ sampai dengan
mendekati 0,05λ.
Antena Helix dihubungkan dengan saluran transmisi (kabel coaxial) melalui feeder. Pada pemasangan feeder, konduktor Antena Helix dihubungkan dengan bagian dalam dari kabel coaxial melalui bagian dalam dari feeder, sementara bagian luar dari feeder berfungsi menghubungkan bagian luar dari kabel coaxial dengan ground plane. Pemasangan feeder ini dapat pula mempengaruhi impedansi dari Antena Helix. Pada Antena Helix, feeder dapat dipasang dengan 2 macam model, yaitu [10].
1. Peripheral feed
Dengan model peripheral feed, impedansi Antena Helix mempunyai nilai yang dihitung dengan persamaan berikut [19]:
(3.4)
Sementara dengan menggunakan axial feed impedansi Antena Helix bernilai [10]:
(3.5)
Impedansi Antena Helix dapat diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan impedansi yang diinginkan dengan cara memodifikasi ¼ lilitan terakhirnya.
Beamwidth dari Antena Helix dapat dihitung sesuai dengan persamaan
berikut [19]:
(3.6)
Sementara itu, beamwidth between first null dihitung berdasarkan persamaan berikut [10]:
(3.7)
Directivity Antena Helix dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini [10]:
3.7 Konektor Antena
Sambungan antara antena dan komputer sangat penting artinya karena konektor merupakan peredam daya jika instalasi kurang baik. Antena Helix menggunakan konektor yang berupa pigtail.
3.8 Perancangan Antena Helical
Sub bab ini menjelaskan hal – hal yang perlu diperhitungkan dalam perancangan Antena Helical yang meliputi perhitungan panjang gelombang, diameter antena, circumference, jarak lilitan, axial length, impedansi dan gain antena.
3.8.1 Perhitungan Parameter Antena
Agar dapat digunakan sebagai antena pengutan sinyal WCDMA. Helix harus diatur sedemikian rupa agar dapat bekerja pada frekuensi 1.9 GHz, maka panjang gelombang dapat dihitung sebagai berikut
Panjang gelombang :
Sehingga pipa PCV berdiameter 5 cm dapat digunakan untuk membuat antena ini, sementara kabel email yang biasa digunakan digunakan untuk koneksi listrik dapat digunakan sebagai konduktor Helixnya. Kawat email ini mempunyai diameter 1 mm.
Dengan diameter, D = 5 cm = 50 mm dioeroleh nilai circumference, C sebagai berikut :
Jarak antara lilitan adalah :
Untuk jarak 1 km sampai dengan 3 km dengan kondisi line of sight, 10 lilitan untuk antena A. Panjang dari Antena Helix (axial length) menjadi :
Sedangkan untuk antena B dengan 20 lilitan panjang dari Antena Helix (axial length) menjadi :
Ground plane antena adalah :
Impedansi antena adalah :
(3.4)
Melihat impedansi antena ini, maka diperlukan jaringan penyesuai impedansi agar impedansi antena sesuai dengan impedansi saluran transmisi (50
Ω).
Gain antena A dapat dihitung sebagai berikut :
Dan gain antena B dapat dihitung sebagai berikut :
(3.1)
3.9 Perakitan Antena Helical
Perakitan Antena Helical meliputi beberapa tahapan yaitu : 1. Mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan.
2. Pembuatan Antena Helical.
Peralatan yang digunakan dalam rancang bangun Antena Helical dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Peralatan Pembuatan Antena Helical
Peralatan Pembuatan Antena Helical Pipa PVC 2 inchi Baut U Solder Tutup pipa PVC 2 inchi Cutter Gergaji Tutup pipa PVC 6,5 inchi Baut Tang Kabel Email Mur Penggaris Lempengan kuningan Ring Gunting
Konektor SMA (female) Hotglue gun (lem lilin) Kunci untuk baut USB modem GSM Lilin Obeng
Pigtail Lem pipa PVC Bor
Kawat RG58 Timah Amplas
3.9.2 Pembuatan Antena Helical
Langkah kerja pembuatan Antena Helical yaitu :
1. Pipa PVC paralon dipotong sesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan seperti Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Pipa PVC
Gambar 3.6 Pipa PVC yang sudah dibuat template
3. Lilitkan kabel email dan gunakan Hotglue gun untuk menempelkan kabel ke tempat akhir kabel dipipa PVC. Perlahan lilitkan kabel sepanjang pipa PVC mengikuti template yang telah dibuat. Pada interval yang sama, missal setiap atau lilitan, tambahkan lem untuk menempelkan kabel ditempatnya.
4. Potong Lempengan kuningan dengan diameter 165 cm, sesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan.
5. Potong Penutup pipa PVC 2,5 inchi supaya ada tempat untuk konektor SMA. Seperti pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Penutup Pipa PVC yang sudah dipotong
7. Baut penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan menjadi satu. Kemudian lubangi agar cukup baut U dan konektor SMA. Seperti Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan
potongan lempengan kuningan dilubangi
8. Setelah penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan dilubangi masukan konektor SMA.
Gambar 3.9 Bentuk Lempengan Kuningan
10.Solder lempengan kuningan dengan bagian yang runcing ke kabel email, dan bagian sisi tegak solder ke kabel konektor SMA. Seperti Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Lempengan yang sudah disolder pada kawat email dan
kawat RG58
11.Masukkan saat pipa PVC masuk secara penuh ke penutup pipa PVC. Setelah itu, lempengan kuningan yang menjadi matching impedansi di solder ke konektor SMA.
12.Pasang baut U dan Antena Helical siap digunakan.
3.10 Instalasi Software
Setelah perakitan dilakukan, langkah selanjutnya adalah instalasi
software. Software yang diinstal adalah software untuk mengaktifkan USB
modem GSM dan software QPST dan QXDM yang akan digunakan untuk pengujian.
Software yang diinstal pertama adalah software untuk mengaktifkan USB
modem GSM agar dapat dikenali oleh komputer atau laptop yang akan digunakan. Driver software untuk USB Modem GSM HUAWEI E160 sudah tertanam di modem itu sendiri, sehingga secara otomatis komputer akan meminta instalasi software setelah USB modem terdeteksi oleh komputer. Hal ini dikarenakan autorun bawaan USB modem yang melihat apakah komputer telah memiliki software bawaan modem atau tidak. Langkah selanjutnya adalah mengikuti instruksi yang diberikan saat instalasi dengan mengklik tombol next.
3.10.2 Instalasi dan Konfigurasi QPST dan QXDM
Software QPST dan QXDM adalah software yang digunakan untuk
pengujian parameter antena. Software QPST berfungsi untuk menginisialisasi
port yang digunakan USB modem GSM HUAWEI agar dapat digunakan oleh
software QXDM. Software QXDM disini digunakan sebagai pembaca level
sinyal yang diterima oleh USB modem. Langkah-langkah instalasi dan konfigurasi software QPST dan QXDM diuraikan sebagai berikut :
1. Instal software QPST dan QXDM. Proses penginstalannya cukup mudah dengan cara mendouble klik set up program.
2. Matikan software bawaan dari USB modem agar nantinya tidak berebut
port dengan QXDM yang akan kita jalankan.
Gambar 3.11 System Properties My Computer
Gambar 3.12 Device Manager
5. Jalankan program QPST configuration. Setelah terlihat tampilan seperti Gambar 3.13, pilih add new port.
Gambar 3.13 QPST Configuration
6. Pilih port yang tadi dicatat seperti yang terlihat pada Gambar 3.14. Kalau misalkan portnya tidak keliatan coba di uncheck pilihan ‘show serial and
Gambar 3.14 Pemilihan Port
7. Langkah selanjutnya jalankan program QXDM. Kemudian dari menubar QXDM, masuk ke menu option lalu pilih communication. Setelah tampil seperti Gambar 3.15 pilih port yang tadi ditambahkan di QPST
configuration.
Gambar 3.15 QXDM Communication
Gambar 3.16 Tampilan Power Sinyal Yang Terbaca QXDM
Pembacaan level sinyal akan menunjukkan tujuh pembacaan seperti yang terlihat pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17 Pembacaan Power Sinyal
Dari Gambar 3.17 terlihat terdapat pembacaan transmiter dan 2 pembacaan receiver. Hal yang perlu kita perhatikan adalah pembacaan yang dihasilkan oleh receiver. USB modem GSM HUAWEI E160 yang kita gunakan menggunakan dualband yaitu pada frekuensi 800 MHz dan 1900 MHz. Oleh karena itu akan terdapat dua grafik level sinyal yang terbaca pada receiver, Rx antena 1 untuk frekuensi 800 MHz dan Rx antena 0 untuk frekuensi 1900 MHz. Sehingga kita hanya akan memperhatikan pembacaan grafik berwarna biru untuk Rx antena 1. Jika grafik menunjukkan nilai atau angka :
b) - 75 dB = sudah beruntung c) - 70 dB = bagus
BAB IV
PENGUJIAN ANTENA HELICAL
4.1 Umum
Bab ini membahas pengujian parameter serta uji transfer data pada Antena Helical yang telah dibuat. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang dirancang sudah mendekati hal yang diinginkan atau tidak. Pengukuran dan pengujian Antena Helical akan meliputi :
1. Pengukuran pola radiasi 2. Pengukuran beamwidth 3. Pengukuran gain 4. Pengujian transfer data
4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian
Persiapan pengujian antena meliputi persiapan peralatan dan software pendukung. Peralatan yang disiapkan meliputi :
a. Antena Helical
Gambar 4.1 Antena Helical
b. USB Modem Huawei E160
USB Modem Huawei E160 disini berfungsi sebagai konektor sinyal dari BTS yang menyediakan layanan WCDMA.
c. Pigtail
Pigtail berfungsi sebagai kabel penghubung antara laptop atau komputer
dengan antena. Kabel penghubung sangat diperlukan karena antena akan diletakkan di luar ruangan (outdor) pada posisi yang tinggi agar penerimaan sinyal tidak terhalang.
Laptop yang digunakanan telah dilengkapi dengan software QPST dan QXDM yang akan digunakan dalam pengukuran perolehan sinyal.
e. Tempat Peletakan Antena dan Busur
Tempat peletakan antena dibutuhkan agar antena dapat diputar sebesar sudut yang diinginkan pada pengukuran perolehan sinyal. Gambar 4.2 menunjukkan tempat peletakan yang telah dilengkapi dengan busur.
Gambar 4.2 Alat Peletakan Antena
4.3 Pengukuran Pola Radiasi
WCDMA polarisasi antena pemancar. Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak pada proses pengukuran. Pengukuran pola radisi antena dilakukan pada 2 lokasi yang berbeda. Pengukuran pertama dilakukan di lantai 4 gedung laboratorium teknik tegangan tinggi departemen teknik elektro USU dengan BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada di jalan Jamin Ginting. Pada pengukuran ini posisi antena BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada pada jarak ± 913,83 meter. Gambar 4.3 menunjukkan perakiraan jarak pengukuran pertama dengan menggunakan Google Earth. Sedangkan pengukuran kedua dilakukan di lantai 4 jalan Mesjid dengan BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada di jalan Palang Merah. Pada pengukuran ini posisi antena BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada pada jarak ± 340,03 meter. Gambar 4.4 menunjukkan perakiraan jarak pengukuran kedua dengan menggunakan Google
Earth
Gambar 4.3 Perakiraan Jarak Pengukuran Pertama ke BTS Dengan
Gambar 4.4 Perakiraan Jarak Pengukuran Kedua ke BTS Dengan Menggunakan Google Earth
Peralatan yang digunakan pada pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah:
a. Antena Helical yang telah dibuat
b. Laptop
c. USB Modem Huawei E160
d. Pigtail
e. Tempat peletakan antena f. Penggaris busur derajat 3600
Langkah-langkah pengukuran pola radiasi yaitu dilakukan dengan cara sebagai berikut :
Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran
2. Nyalakan laptop dan pasangkan pigtail pada wireless USB modem.
3. Prakirakan jarak antara Antena Helical dan BTS 3G EXELINDO dan pastikan bahwa pengukuran berada pada line of sight (LOS) agar pengukuran lebih optimal.
4. Jalankan program QPST dan QXDM yang ada pada laptop.
5. Setelah terlihat grafik sinyal, putar antena setiap 100 searah jarum jam. 6. Setelah selesai, ulangi pengukuran sebanyak tiga kali untuk mendapatkan
ketepatan pembacaan. 7. Simpan hasilnya.
Tabel 4.2 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 20 lilitan
Tabel 4.4 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 20 lilitan
pada posisi 00 antena tepat diarahan menghadap BTS yang dituju. Kemudian ketika antena diputar level sinyal yang ditangkap akan terus berkurang. Ini karena posisi antena tidak tepat mengarah pada pemancar dalam hal ini adalah BTS. Pada posisi antena sekitar 1800, level sinyal yang terekam sangatlah minim. Dari percobaan yang telah dilakukan, antena masih menangkap sinyal yang dipancarkan BTS hanya saja levelnya rendah.
Kedua antena tersebut sama-sama memiliki pola radiasi yang terarah. Yaitu menerima sinyal dengan baik pada posisi 00 dan menerima sinyal dengan lemah pada posisi sekitar 1800. Sehingga dari data yang didapat dari hasil pengukuran dapat dikatakan bahwa antena yang dibuat telah sesuai dengan harapan karena memiliki pancaran daya yang terarah.
4.4 Penghitungan Beamwidth
Beamwidth dapat dihitung dari lebar sudut pada main lobe yang
00
Gambar 4.6 Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Pertama
00
Gambar 4.7 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Pertama
Dan untuk pengukuran kedua pola radiasi yang diperoleh untuk Antena Helical 10 lilitan ditunjukkan oleh Gambar 4.8. Diperoleh untuk Antena Helical 10 lilitan besar lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) adalah 320.
00
Sedangkan untuk Antena Helical 20 lilitan pada pengukuran kedua dapat dilihat pola radiasinya pada Gambar 4.9, lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) untuk Antena Helical 20 lilitan adalah 270.
00
Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Kedua
4.5 Pengukuran Gain
Gain adalah penguatan yang diberikan oleh antena yang dibandingkan
