“RANCANG BANGUN ANTENA
PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S Departemen Teknik Elektro Sub K
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER
FREKUENSI 433 MHZ”
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) Pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh :
KHARISMA MUHAMMAD NIM : 100402050
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2015
YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER
RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER
FREKUENSI 433 MHZ
Oleh :
KHARISMA MUHAMMAD NIM: 100402050
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 7 bulan Januari tahun 2015 di depan Penguji : 1. Rahmat Fauzi, S.T, M.T : Ketua Penguji 2. Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T, M.T : Anggota Penguji
Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,
Ir. Arman Sani, M.T NIP.196311281991031003
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro,
ABSTRAK
Pengukuran profil tekanan udara, temperatur, kelembaban, kecepatan arah
angin horizontal serta informasi lainnya dalam pengamatan cuaca pada kondisi
vertikal atmosfer sangat diperlukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa
Nasional. Salah satu cara untuk mendapatkan informasi ini adalah dengan
menerbangkan balon udara pada atmosfer setinggi 10 km di atas permukaan laut.
Balon udara ini membawa muatan berupa radiosonde yang bekerja pada frekuensi 433 MHz yang akan mengukur profil-profil tersebut dan mengirimkan data ke
stasiun penerima di permukaan bumi untuk menjamin kontinuitas hubungan
komunikasi antara radiosonde dan stasiun penerima diperlukan antena stasiun penerima yang memiliki gain yang tinggi dan beamwidth tertentu. Salah satu antena yang dapat memenuhi kriteria ini adalah antena Stacking Yagi.
Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang antena Stacking Yagi dengan frekuensi operasi 433 MHz. Perancangan dilakukan menggunakan perangkat
lunak 4NEC2. Dari pengukuran langsung terhadap antena menggunakan VNA
Meter Anritsu MS2034B, nilai VSWR pada frekuensi 433 MHz sebesar 1,45 dan
dari pengujian langsung dilapangan, antena Stacking Yagi yang dirancang dapat menjangkau jarak 5 km dengan baik pada frekuensi yang diinginkan.
Kata kunci: radiosonde, unidirectional, Stacking Yagi, 433 MHz, 4NEC2, gain,
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah
memberikan kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini,
serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi
Muhammad S.A.W.
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 STACKING YAGI UNTUK STASIUN
PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER
FREKUENSI 433 MHZ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda H. Ismail Mahsah, SH dan ibunda Oni Suismiyati, SH yang senantiasa
memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga sekarang, serta
adik-adik tercinta Bina Anugrah Alami dan Fadjar Agus Wibawa yang senantiasa
mendukung dan memberi semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
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
1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas
nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT selaku Penasehat Akademis penulis, atas
bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT dan Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST,
MT selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.
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. Betty Widya Oktaria yang selama ini mendukung dan memberi semangat
kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih atas
perhatian dan do’anya.
7. Temen - teman UKM Robotik Sikonek USU yang selama ini membantu
dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Teman – teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010 dan
2012 atas dukungan, do’a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan.
9. Abang-abang senior stambuk 2009 yang selalu membantu, mendukung
dan memberi masukan selama menjalani perkuliahan.
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, 8 Januari 2015
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 1
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Manfaat Penulisan ... 2
1.6 Metode Penulisan ... 3
1.7 Sistematika Penulisan ... 3
II. TEORI DASAR ANTENA DAN PROPAGASI GELOMBANG RADIO 2.1 Umum ... 5
2.2 Gelombang Elektromagnetik... 6
2.3 Antena ... 7
2.3.1 Parameter Antena ... 8
2.3.1.1 Pola Radiasi ... 8
2.3.1.2 Lebar Berkas ... 9
2.3.1.4 Gain ... 11
2.3.1.5 Frekuensi Resonansi ... 11
2.3.1.6 Lebar Pita ... 11
2.3.1.7 Impedansi Input ... 12
2.3.1.8 VSWR ... 12
2.4 Antena Unidirectional ... 13
2.4.1 Macam-macam Antena Unidirectional ... 14
2.4.1.1 Antena Apertur ... 14
2.4.1.2 Antena Mikrostrip ... 14
2.4.1.3 Antena Array ... 15
2.4.1.4 Antena Reflektor ... 17
2.5 EIRP ... 18
2.6 Receiver Gain ... 18
2.7 Pathloss ... 19
2.7.1 Persamaan Transmisi Friis ... 19
2.7.2 Multipath Fading ... 19
2.8 Propagasi Untuk Komunikasi Bergerak ... 20
2.8.1 Okumura-Hata ... 20
2.8.2 COST-231 ... 21
2.9 Link Budget ... 22
3.2 Langkah Pengerjaan Stacking Yagi... 23
3.3 Antena Stacking Yagi ... 25
3.3.1 Elemen Antena Stacking Yagi ... 26
3.3.1.1 Antena Yagi ... 26
3.3.1.1.1 Penentuan Parameter Antena Yagi ... 28
3.3.1.1.2 Teknik Pencatuan Antena Yagi ... 31
3.3.2 Penentuan Parameter Stacking Yagi ... 32
3.3.3 Teknik Pencatuan Antena Stacking Yagi ... 33
3.4 Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang ... 35
3.5 Simulasi Antena Stacking Yagi ... 35
3.5.1 Simulator 4NEC2 ... 35
3.5.2 Simulasi Antena Yagi ... 36
3.5.3 Simulasi Antena Stacking Yagi ... 40
3.6 Perakitan Antena Stacking Yagi ... 43
3.6.1 Perlengkapan ... 43
3.6.2 Peralatan ... 48
3.6.3 Pembuatan ... 48
3.7 Pengujian Antena Stacking Yagi ... 54
3.7.1 Pengukuran VSWR ... 54
3.7.2 Pengujian Lapangan ... 56
3.7.2.1 Langkah Pengujian Lapangan ... 57
3.7.2.2 Perlengkapan Pengujian ... 59
3.7.2.3 Penentuan Titik Pengujian ... 62
IV. DATA DAN ANALISIS ANTENA STACKING YAGI 433 MHZ
4.1 Umum ... 66
4.2 Hasil Simulasi ... 66
4.2.1 Hasil Simulasi Antena Yagi ... 66
4.2.2 Hasil Simulasi Antena Stacking Yagi ... 69
4.3 Hasil Pengujian Antena Stacking Yagi ... 72
4.3.1 Hasil Pengukuran VSWR ... 72
4.3.2 Hasil Percobaan Simulasi ... 74
4.4 Analisis ... 76
4.4.1 Analisis Antena Yagi ... 76
4.4.2 Analisis Antena Stacking Yagi... 76
4.4.3 Analisis Ujicoba Simulasi ... 76
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 80
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena Sebagai Media Transisi ... 7
Gambar 2.2 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena ... 8
Gambar 2.3 Ilustrasi HPBW dan FNBW ... 9
Gambar 2.4 Perbandingan Distribusi Medan Listrik pada Antena Isotrop dan Direksional ... 13
Gambar 2.5 Konfigurasi Antena Apertur ... 14
Gambar 2.6 Konfigurasi Patch pada Mikrostrip ... 15
Gambar 2.7 Patch Persegi pada Mikrostrip ... 15
Gambar 2.8 Antena Array ... 16
Gambar 2.9 Antena Yagi-Uda ... 16
Gambar 2.10 Stacking Yagi ... 17
Gambar 2.11 Antena Reflektor ... 17
Gambar 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perakitan Yagi dan Stacking Yagi 433 MHz ... 24
Gambar 3.2 Area Cakupan Antena Yagi ... 25
Gambar 3.3 Ilustrasi Stacking Yagi ... 25
Gambar 3.4 Antena Yagi dengan Stacking Horizontal dan Vertikal ... 26
Gambar 3.5 Antena Yagi-Uda ... 27
Gambar 3.6 Elemen Penyusun Yagi-Uda... 27
Gambar 3.7 Parameter-parameter Antena yang telah dioptimalkan ... 29
Gambar 3.8 Kurva Desain untuk menentukan panjang elemen Yagi-Uda .. 30
Gambar 3.9 Peningkatan panjang optimum dari elemen-elemen parasit ... 30
Gambar 3.11 Ilustrasi Balun 1:1 pada Koaksial 50 Ohm ... 32
Gambar 3.12 Stacking Yagi Horizontal dan Vertikal ... 33
Gambar 3.13 Pembagi Daya Wilkinson ... 34
Gambar 3.14 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Untuk Yagi ... 38
Gambar 3.15 Tampilan Menu Geometry Edit Untuk Yagi 433 MHz ... 40
Gambar 3.16 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Stacking Yagi ... 41
Gambar 3.17 Tampilan Menu Geometry Edit Stacking Yagi ... 43
Gambar 3.18 N Female Coaxial Connector ... 44
Gambar 3.19 Matching Impedance DF9IC ... 44
Gambar 3.20 Kabel RG-178/U PTFE ... 45
Gambar 3.21 N Male crimping – BNC Male Connector ... 45
Gambar 3.22 SO-239 – BNC Male Connector ... 46
Gambar 3.23 BNC Male – SMA Male Connector ... 46
Gambar 3.24 Kabel Koaksial Belden RG58A/U ... 46
Gambar 3.25 Multimeter Digital Heles UX-866TR ... 47
Gambar 3.26 VNA Master Anritsu MS2034B ... 47
Gambar 3.27 Kawat Las Aluminum... 49
Gambar 3.28 Batang Aluminum Untuk Boom ... 49
Gambar 3.29 Pemasangan Elemen-elemen ... 50
Gambar 3.30 Rangkaian Balun pada Papan PCB... 50
Gambar 3.31 Pemasangan Kabel Balun dan N Female Connector pada Papan PCB... 50
Gambar 3.32 Konstruksi dari Rangka Penyangga Antena Stacking Yagi ... 51
Gambar 3.34 Antena Stacking Yagi ... 52
Gambar 3.35 Wilkinson Power Divider ... 53
Gambar 3.36 Rangkaian Balun Untuk Stacking Yagi ... 54
Gambar 3.37 Tampilan Pengukuran VSWR Antena Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B... 55
Gambar 3.38 Tampilan Pengukuran VSWR Antena Stacking Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B ... 56
Gambar 3.39 Ilustrasi Pengujian di Lapangan ... 57
Gambar 3.40 Diagram Alur Pengujian di Lapangan ... 58
Gambar 3.41 Radiosonde ... 59
Gambar 3.42 Stasiun Penerima Muatan Balon Atmosfer ... 60
Gambar 3.43 Google Earth ... 61
Gambar 3.44 Kompas ... 61
Gambar 3.45 Titik-titik Pengujian Lapangan ... 63
Gambar 3.46 Bearing dan Elevasi Antena ... 64
Gambar 3.47 Tampilan Aplikasi i3DR Radio Config ... 64
Gambar 4.1 Hasil Simulasi Antena Yagi 433 MHz ... 67
Gambar 4.2 Tampilan Grafik Gain, Impedansi dan VSWR Yagi... 69
Gambar 4.3 Hasil Simulasi Antena Stacking Yagi 433 MHz ... 70
Gambar 4.4 Tampilan Grafik Gain, Impedansi dan VSWR Stacking Yagi . 72 Gambar 4.5 Hasil Pengukuran VSWR Antena Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B ... 73
Gambar 4.7 Data Gedung Teknik Tegangan Tinggi DTE USU ... 75
Gambar 4.8 Data Parkiran Mobil Lantai Atas Sun Plaza ... 75
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio... 6
Tabel 3.1 Perbandingan dari Ketiga Pembagi Daya Pasif ... 33
Tabel 3.2 Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang ... 35
Tabel 3.3 Parameter Perancangan Yagi 433 MHz 12 Elemen ... 37
Tabel 3.4 Nilai Parameter Antena Yagi 433 MHz ... 38
Tabel 3.5 Parameter Stacking Yagi 433 MHz ... 40
Tabel 3.6 Nilai Parameter Stacking Yagi 433MHz 2λ ... 41
Tabel 4.1 Data Koordinat Ujicoba Simulasi ... 77
Tabel 4.2 Data Analisis Ujicoba Antena ... 78
DAFTAR PUSTAKA
[1] Balanis, Constantine A. 2005. Antenna Theory : Analysis and Design. 3rd Edition. US: John Wiley & Sons.
[2] Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip dan Aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[3] Seybold, John S. 2005. Introduction to RF Propagation. New Jersey: John Wiley & Sons.
[4] Barclay, Les. 2013. Propagation of Radiowaves. 3rd Edition. UK: Institution of Electrical Engineers.
[5] Skalr, B. 1997. Rayleigh Fading Channels in Mobile Digital Communication System Part I : Characterization. IEEE Communications Magazine.
[6] Ifwtech. VHF/UHF Long Yagi Workshop.
http://www.ifwtech.co.uk/g3sek/diy-yagi/. Diakses pada tanggal 19 Agustus 2014.
[7] Orr, William I. 1993. Beam Antenna Handbook. New Jersey: Radio Publications.
[8] Viezbicke, Peter P. 1976. Yagi Antenna Design. US: National Bureau of Standards.
[9] I0QM. Balun 1:1.
http://www.iw5edi.com/ham-radio/files/I0QM_BALUN.PDF. Diakses pada tanggal 21 Agustus 2014. [10] Harty, Daniel D. 2010. Novel Design Of A Wideband Ribcage-Dipole
110214/unrestricted/Thesis_Final.pdf. Diakses pada tanggal 21 September 2014.
[11] Anonim. Numerical Electromagnetics Code.
http://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_Electromagnetics_Code. Diakses pada tanggal 5 September 2014.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Informasi cuaca merupakan salah satu unsur penting dalam dunia kedirgantaraan. Pengamatan cuaca yang diperlukan dalam dunia penerbangan tidak hanya di permukaan, akan tetapi diperlukan pula informasi kondisi vertikal atmosfer. Salah satu teknologi pengamatan vertikal atmosfer dari permukaan adalah peluncuran balon sonde atau radiosonde pada lapisan atmosfer setinggi 10 km di atas permukaan laut. Radiosonde tersebut bekerja pada frekuensi 433 MHz yang akan mengukur profil kondisi vertikal atmosfer seperti tekanan udara, temperatur, kelembaban dan profil angin horizontal menggunakan penerima GPS. Radiosonde yang diterbangkan mengirimkan data profil-profil tersebut ke stasiun penerima di permukaan bumi.
Untuk menjamin kontinuitas hubungan komunikasi antara radiosonde dan stasiun penerima diperlukan antena dengan pola radiasi unidirectional pada sisi stasiun penerima. Antena unidirectional tersebut memiliki gain yang tinggi dan lebar berkas (beamwidth) tertentu. Salah satu antena yang dapat memenuhi kriteria ini adalah antena Stacking Yagi.
Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini akan dibahas dan dirancang antena Stacking Yagi dengan frekuensi operasi 433 MHz. Antena Stacking yagi dipilih karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan antena lainnya, yaitu beamwidth yang sempit sehingga komunikasi antara stasiun dan muatan balon atmosfer dapat menjangkau jarak yang cukup jauh. Adapun parameter-parameter yang akan diamati pada antena ini adalah pola radiasi, gain, VSWR dan bandwidth.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan antena Yagi dan Stacking Yagi?
3. Bagaimana merancang antena Stacking Yagi untuk frekuensi 433 MHz dengan kinerja yang cukup bagus untuk menjangkau jarak hingga 10 km?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang bangun antena Stacking Yagi yang bekerja pada frekuensi 433 MHz yang dapat mendukung dan menjamin komunikasi dengan radiosonde yang diterbangkan setinggi 10 km di atas permukaan laut.
1.4 Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Hanya membahas tentang antena unidirectional yaitu antena Yagi dan Stacking Yagi yang bekerja pada frekuensi 433 MHz.
2. Parameter yang diamati adalah Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), bandwidth, pola radiasi dan gain.
3. Simulasi perancangan antena menggunakan bantuan perangkat lunak simulator 4NEC2.
4. Realisasi antena menggunakan material yang ada di pasaran. 5. Tidak membahas tentang balon atmosfer dan radiosonde.
6. Pengujian antena dilakukan dengan bantuan alat ukur VNA Master Anritsu MS2034B dan pengujian langsung di lapangan.
1.5 Manfaat Penulisan
1.6 Metode Penulisan
Dalam penulisan Tugas Akhir ini digunakan beberapa metode untuk mendapatkan data-data yang diperlukan sebagai pedoman dalam menulis laporan Tugas Akhir ini. Metode-metode tersebut adalah :
1. Studi literatur.
Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimilki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.
2. Simulasi dan perakitan antena.
Merancang antena melalui perhitungan dan simulasi terlebih dahulu, lalu merakit antena tersebut.
3. Pengukuran parameter antena.
Melakukan pengukuran parameter terhadap antena yang telah dirakit dengan alat ukur yang ada.
4. Pengujian langsung di lapangan.
Melakukan pengujian secara langsung di lapangan dengan melakukan ujicoba simulasi dengan radiosonde dan menganalisa antena yang telah dirakit.
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN PROPAGASI GELOMBANG RADIO
Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum dan uraian mengenai antena unidirectional, jenis-jenis antena unidirectional dan teknik pencatuannya serta penjelasan mengenai propagasi gelombang radio.
BAB III RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI FREKUENSI 433 MHZ
Bab ini berisi mengenai perancangan antena Stacking Yagi untuk frekuensi kerja 433 MHz dimulai dengan simulasi menggunakan bantuan perangkat lunak 4NEC2 kemudian merakit antena tersebut.
BAB IV DATA DAN ANALISA
Bab ini berisi tentang data-data yang diperoleh dari pengukuran parameter antena Stacking Yagi yang telah dirakit dan ujicoba langsung di lapangan.
BAB V PENUTUP
BAB II
TEORI DASAR ANTENA DAN PROPAGASI GELOMBANG RADIO
2.1 Umum
Salah satu teknologi pengamatan vertikal atmosfer dari permukaan adalah peluncuran balon sonde atau radiosonde. Radiosonde adalah sebuah peralatan yang digunakan pada balon cuaca yang mengukur berbagai parameter atmosfer dan mengirimkan datanya ke penerima tetap. Selain mengukur profil tekanan udara, temperatur, dan kelembaban, radiosonde tersebut juga difungsikan untuk mengukur profil angin horizontal menggunakan penerima GPS. Balon sonde atau radiosonde ini mengirimkan data – data profil tekanan udara, temperatur, kelembaban dan angin horizontal yang didapatinya ke penerima tetap atau stasiun bumi melalui komunikasi antara perangkat radio pengirim (transmitter) dan penerima (receiver).
Komunitas meteorologi internasional telah menetapkan dua pita frekuensi radio untuk digunakan dalam transmisi data untuk pengamatan vertikal atmosfer pada radiosonde, yaitu 400-406 MHz dan 1675-1700 MHz. Pita frekuensi yang digunakan untuk pengamatan vertikal atmosfer pada radiosonde di Indonesia termasuk dalam kategori frekuensi untuk Eksplorasi Bumi-Satelit, yaitu pada rentang frekuensi antara 432 – 438 MHz. Pada pita frekuensi ini, perangkat radio pengirim (transmitter) dan penerima (receiver) yang digunakan pada radiosonde di Indonesia salah satunya beroperasi pada frekuensi 433 MHz. Perangkat pengirim (transmitter) dipasang pada radiosonde dan perangkat penerima (receiver) dipasang pada sisi stasiun bumi.
Pada sisi stasiun bumi digunakan antena unidirectional seperti antena
Stacking Yagi yang memiliki penguatan yang tinggi dengan beamwidth tertentu
2.2 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat. Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak terhadap benda lain (yang mungkin juga bersifat magnet).
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz.
Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.
(2.1)
Dimana :
λ = panjang gelombang (m) c = cepat rambat cahaya (m/s) ƒ = frekuensi (Hz)
Salah satu spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik adalah gelombang radio. Pembagian spektrum frekuensi gelombang radio dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio
Tabel 2.1 lanjutan
Nama Band Singkatan Band ITU Frekuensi (f) Gelombang (λ) Panjang Medium
Frequency MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m
High Frequency HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m
Very High
Frequency VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m
Ultra High
Frequency UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm
Super High
Frequency SHF 10 3 – 30 GHz 100 mm – 10 mm
Extremely High
Frequency EHF 11 30 – 300 GHz 10 mm – 1 mm
2.3 Antena
Antena didefinisikan sebagai suatu perangkat logam (misalnya batang konduktor atau kawat) yang berfungsi meradiasikan atau menerima gelombang radio. Standar IEEE 145-1983 mendefinisikan antena atau aerial sebagai suatu alat yang berfungsi untuk meradiasikan dan menerima gelombang radio. Dengan kata lain antena adalah struktur pengalihan antara ruang bebas dan media pembimbing, seperti yang terlihat pada Gambar 2.1[1].
Media pembimbing atau saluran transmisi dapat berbentuk suatu kabel coaxial atau pipa kosong/bumbung gelombang (waveguide), dan media pembimbing ini digunakan untuk membawa energi elektromagnetik dari sumber pancaran (transmitter) hingga sampai ke antena, atau dari antena hingga sampai ke perangkat penerima (receiver)[1].
2.3.1 Parameter Antena
Untuk menggambarkan kinerja dari sebuah antena, pengertian beberapa parameter sangat penting untuk dikaji. Beberapa dari parameter-parameter tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :
2.3.1.1Pola Radiasi
Pola radiasi dari sebuah antena didefinisikan sebagai fungsi matematis atau gambaran secara grafis dari karakteristik radiasi sebuah antenna sebagai fungsi dari koordinat ruang. Pada kasus secara keseluruhan, pola radiasi dihitung/diukur pada medan jauh dan digambarkan kembali sebagai koordinat arah. Karakteristik radiasi mencakup rapat flux daya, intensitas radiasi, kuat medan, keterarahan/direktivitas, fasa atau polarisasi. Karakteristik radiasi yang menjadi pusat perhatian adalah distribusi energi radiasi dalam ruang 2 dimensi maupun 3 dimensi sebagai fungsi dari posisi pengamat di sepanjang jalur dengan jari-jari yang konstan. Contoh koordinat yang sesuai diperlihatkan pada Gambar 2.2[1].
2.3.1.2Lebar Berkas (Beamwidth)
Lebar berkas dari suatu pola didefinisikan sebagai sudut interval dari dua titik identik yang terletak berlawanan dari pola maksimum. Dalam suatu pola antena, terdapat sejumlah lebar berkas. Salah satu lebar berkas yang sering digunakan adalah Half-Power Beamwidth (HPBW), yang didefinisikan oleh IEEE sebagai : “di dalam suatu bidang yang berisi arah maksimum dari suatu berkas, sudut yang terdapat diantara dua arah dimana intensitas radiasi bernilai setengah dari berkas”. Lebar berkas lain yang penting untuk diketahui adalah sudut interval antara titik-titik level nol dari pola, yang disebut dengan First-Null Beamwidth (FNBW). Dalam penggunaannya secara praktis, jika tidak dijabarkan sebelumnya, lebar berkas yang digunakan adalah HPBW. Ilustrasi HPBW dan FNBW dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3[1].
Gambar 2.3 Ilustrasi HPBW dan FNBW dalam (a) 3-dimensi (b) 2-dimensi
2.3.1.3Direktivitas
Keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai ”perbandingan antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis”. Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber isotropis[1]. Keterarahan pada antena secara umum dinyatakan dari Persamaan 2.2[1]:
rad
Umax = intensitas radiasi maksimum (watt)
Prad = daya radiasi total (watt)
Nilai keterarahan sebuah antena dapat diketahui dari pola radiasi antena tersebut, semakin sempit main lobe maka keterarahannya semakin baik dibanding main lobe yang lebih lebar. Nilai keterarahan jika dilihat dari pola radiasi sebuah antena adalah sebagai berikut[1]:
HP
DdB = keterarahan (directivity) (dB)
HP
= lebar berkas setengah daya pada pola radiasi horisontal ( 0 )HP
2.3.1.4Gain
Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut dapat dihitung dengan [1]:
(2.5)
2.3.1.5Frekuensi Resonansi
Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja antena dimana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena.
2.3.1.6Lebar Pita
Bandwidth antena didefinisikan sebagai ”rentang frekuensi antena dengan beberapa karakteristik, sesuai dengan standar yang telah ditentukan”. Untuk
Broadband antena, lebar bidang dinyatakan sebagai perbandingan frekuensi
operasi atas (upper) dengan frekuensi bawah (lower). Sedangkan untuk Narrowband antena, maka lebar bidang antena dinyatakan sebagai persentase dari selisih frekuensi di atas frekuensi tengah dari lebar bidang[1].
Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth rasio (Br) dinyatakan sebagai[2]:
l
fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)
fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)
2.3.1.7Impedansi Input
Impedansi masukan didefenisikan sebagai impedansi yang diberikan oleh antena kepada rangkaian di luar, pada suatu titik acuan tertentu[1]. Saluran transmisi penghubung yang dipasangkan ke antena akan melihat antena tersebut sebagai beban dengan impedansi beban sebesar ZA. Secara matematis, persamaan impedansi antena dapat dirumuskan sebagai berikut[1] :
ZA = RA + jXA (2.9)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Pebandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) [1] :
di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0adalah impedansi saluran. Rumus untuk mendari VSWR adalah [1] :
VSWR = (2.11)
Kondisi yang baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun, kondisi ini kenyataannya sulit diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan dalam perancangan antena adalah ≤ 2.
2.4 Antena Unidirectional
Antena unidirectional adalah antena yang mengkonsentrasikan energi ke suatu arah tertentu. Jika dipergunakan daya pancar yang sama seperti pada antena isotrop, maka akan didapati perbandingan medan listrik/magnet antara antena isotrop dan antena direksional seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4[2].
Gambar 2.4 Perbandingan Distribusi Medan Listrik pada Antena Isotrop dan Direksional
2.4.1 Macam-Macam Antena Unidirectional
Berikut ini adalah beberapa contoh dari antena unidirectional yang telah digunakan hingga saat ini :
2.4.1.1Antena Apertur
Antena apertur biasa digunakan pada frekuensi yang tinggi. Tipe antena ini sangat berguna untuk berbagai aplikasi pada penerbangan, karena antena ini dapat dipasang/ditempelkan pada rangka luar pesawat atau . Sebagai tambahan, antena ini dapat diselubungi oleh semacam material dielektrik untuk melindungi mereka dari kondisi yang berbahaya dari lingkungan sekitar. Bentuk-bentuk dari antena apertur dapat dilihat pada Gambar 2.5[1].
Gambar 2.5 Konfigurasi Antena Apertur
2.4.1.2Antena Mikrostrip
produksi dengan menggunakan teknologi printed-circuit. Antena ini dapat dipasang pada permukaan luar pesawat terbang, pesawat ruang angkasa, satelit, misil, mobil, dan telepon genggam[1].
Gambar 2.6 Konfigurasi Patch pada Mikrostrip
Gambar 2.7 Patch Persegi pada Mikrostrip
2.4.1.3Antena Array
Berbagai aplikasi memerlukan karakteristik radiasi yang tidak bisa didapatkan dari suatu element tunggal. Sehingga, sangat memungkinkan untuk mengumpulkan elemen-elemen radiasi tersebut untuk dapat disusun pada suatu susunan (array) elektris dan geometris tertentu sehingga menghasilkan karakteristik radiasi tertentu yang diinginkan.
Gambar 2.8 Antena Array
Salah satu model dari antena array adalah antena Yagi-Uda. Yagi-Uda adalah antena yang beroperasi pada rentang frekuensi HF (3-30 MHz), VHF (30-300 MHz) dan UHF ((30-300-(30-3000 MHz). Antena ini terdiri dari sejumlah elemen dipol linear, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9, dengan salah satu elemen diberikan energi secara langsung dari suatu saluran transmisi dan elemen yang lainnya berfungsi sebagai elemen parasit dengan arus yang terinduksi melalui induktansi bersama[1].
Gambar 2.9 Antena Yagi-Uda
sebagai pengarah (director) dan elemen yang tersisa lainnya sebagai reflektor. Yagi-Uda telah digunakan sebagai antena TV rumah[1]. Antena Yagi-Uda dapat diletakkan berdampingan dalam satu garis lurus (collinear) hingga membentuk Stacking Yagi, seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Stacking Yagi
2.4.1.4Antena Reflektor
Keberhasilan akan ekspedisi ruang angkasa menghasilkan peningkatan terhadap teori tentang antena. Berbagai bentuk antena telah digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal yang harus melintas ribuan mil pada komunikasi dengan jarak yang sangat jauh. Salah satu antena yang paling sering digunakan pada aplikasi ini adalah antena reflektor parabola, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11. Tipe antena ini sudah dibuat hingga diameternya mencapai 305m. Dimensi yang sangat besar ini diperlukan untuk mendapatkan gain yang tinggi yang dibutuhkan untuk mengirim dan menerima sinyal setelah melintas sejauh ribuan mil[1].
2.5 EIRP
Effective Isotropic Radiated Power yang disingkat dengan EIRP merupakan energi efektif yang diperoleh pada lobe utama dari sebuah antena pengirim. EIRP dirumuskan melalui Persamaan 2.12 [3].
(2.12)
dimana :
= Effective Isotropic Radiated Power = daya keluaran transmitter
= gain antena pengirim
Nilai rugi - rugi radome dapat bervariasi, misalnya meningkat ketika
radome berada dalam kondisi basah. Link budget harus menggunakan nilai
terburuk yang mungkin dapat terjadi karena kondisi radome tidak diketahui ataupun dikontrol. Adapun satuan dari EIRP sama dengan satuan daya transmitter dalam dBW atau dBm[3].
2.6 Receiver Gain
Gain penerima dapat dihitung melalui Persamaan 2.13[3].
(2.13)
Keterangan :
= gain total
= gain antena penerima rugi – rugi radome
rugi – rugi kabel atau waveguide (penerima) rugi –rugi polarisasi
Adapun rumus level sinyal penerima ditunjukkan pada Persamaan 2.14[3].
(2.14)
Keterangan :
rugi – rugi lintasan
2.7 Pathloss
Komponen dari rugi – rugi lintasan meliputi ruang bebas, kerugian gas dan penyerapan uap air, curah hujan, kerugian akibat multipath, dan efek yang lain berdasarkan frekuensi dan lingkungan[4].
2.7.1 Persamaan Transmisi Friis
Jika jalur atau lintasan utama diatur oleh rugi-rugi ruang bebas, maka dapat dihitung menggunakan persamaan rugi-rugi ruang bebas Friis yang dapat dirumuskan pada Persamaan 2.15 [3].
(2.15)
Persamaan kerugian ruang bebas Friis dalam dB yaitu :
(2.16)
dengan nilai d dalam km, dan f dalam MHz.
2.7.2 Multipath Fading
Fading merupakan karakteristik utama dalam propagasi radio bergerak. Fading dapat didefenisikan sebagai perubahan fase, polarisasi dan level dari suatu sinyal terhadap waktu. Definisi dasar dari suatu fading adalah yang berkaitan dengan mekanisme propagasi yang melibatkan refraksi, refleksi, difraksi, hamburan dan redaman dari gelombang radio. Kinerja dari suatu sistem komunikasi dapat turun akibat adanya fading[5].
2.8 Propagasi Untuk Komunikasi Bergerak
Pada skala terbesar, daya yang diterima pada sisi terminal penerima akan sangat turun sebagai akibat dari bertambahnya jarak antara pemancar dan penerima dan sebagai akibat dari rugi – rugi scattering atau ruang bebas. Pada skala menengah, difraksi oleh fitur medan, bangunan atau kekacauan lainnya akan menimbulkan fading loss. Akhirnya, efek interferensi akan menyebabkan efek
multipath. Sehingga model propagasi ruang bebas (free space propagation)
kurang memenuhi untuk menggambarkan kanal dan memprediksikan kinerja sistem[4].
Ada beberapa mode perhitungan rugi-rugi propagasi yang biasa digunakan untuk memprediksi ataupun merancang link radio pada daerah yang kompleks seperti perkotaan, yaitu mode propagasi Okumura-Hata dan COST-231[4].
2.8.1 Okumura-Hata
Pada 1963-1965, Okumura membuat serangkaian pengukuran rugi-rugi lintasan di Tokyo dan daerah sekitarnya pada rentang frekuensi antara 400 MHz dan 2 GHz. Perkiraan untuk kurva utama dari metode Okumura yang dirumuskan oleh Hata, dan kesederhanaan prosedur yang dihasilkan, ditambah dengan akurasi prediksi yang relatif lebih baik, telah memastikan popularitas yang luas dari metode ini[4].
Dalam formulasi Hata itu, rugi – rugi lintasan di perkotaan diberikan oleh Persamaan 2.17 :
dimana :
= frekuensi antara 150–1,500 dalam MHz = jarak dalam kilometer (1–20)
= tinggi efektif dari base station dalam meter (30–200 m)
Fungsi adalah fungsi koreksi untuk ketinggian antena perangkat
mobile dalam kisaran 1-10 m. Nilai pada kota yang kecil/sedang :
(2.18)
Pada kota yang besar :
(2.19) (2.20)
Untuk lingkungan non-perkotaan, Nilai adalah sebagai berikut :
(2.21)
Pada daerah terbuka :
(2.22)
Model ini telah banyak digunakan untuk perencanaan layanan radio komunikasi bergerak.[4]
2.8.2 COST 231
COST 231 Eropa yang bergabung dengan projek penelitian, yang dijalankan pada 1989 dan 1996, bertujuan untuk memberikan metode desain dan model cakupan untuk jaringan generasi ketiga (3G) dalam komunikasi mobile. Meskipun model Hata hanya berlaku di kisaran frekuensi 150-1,500 MHz, karya asli Okamura sudah termasuk pengukuran yang dilakukannya pada 1.920 MHz.
+ (2.23)
dimana :
= untuk model original
= 0 dB untuk kota-kota menengah dan pusat-pusat pinggiran kota dengan kepadatan pohon menengah
= 3 dB untuk pusat metropolitan
2.9 Link Budget
Link budget dihitung dalam desibel (dB), sehingga semua faktor menjadi istilah yang akan ditambahkan atau dikurangi. Biasanya besarnya daya dinyatakan dalam dBm daripada dBW.
Link Margin diperoleh dengan membandingkan kekuatan sinyal yang
diterima yang diharapkan dengan sensitivitas penerima atau ambang batas. Link
Margin adalah ukuran seberapa besar margin yang ada pada link komunikasi
antara titik operasi dan titik di mana link tidak dapat lagi bekerja dengan baik. Link Margin dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.24 [3] :
(2.24)
dimana :
= Effective Isotropic Radiated Power dalam dBW atau dBm
= total rugi – rugi lintasan, termasuk kerugian lain akibat refleksi dan fading dalam dB
= gain antena penerima dalam dB
BAB III
RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI FREKUENSI 433MHZ
3.1 Umum
Antena Stacking Yagi adalah susunan beberapa buah antena Yagi tunggal yang disusun secara horizontal (horizontal stacked), vertikal (vertical stacked) maupun gabungan vertikal dan horizontal untuk menambah kinerja dari antena Yagi tunggal. Antena Stacking Yagi biasanya dipergunakan untuk komunikasi radio amatir pada band 144 dan 430 MHz. Penyusunan beberapa Yagi tunggal ini dapat menambah gain hingga nilai tertentu serta menimbulkan pola radiasi yang baru sehingga dapat dipergunakan secara khusus untuk keperluan komunikasi
point to point atau Line of Sight. Selain penggunaan pada komunikasi radio amatir, salah satu penggunaan aplikasi komunikasi point to point atau Line of Sight ini adalah komunikasi radiosonde yang diterbangkan pada lapisan atmosfer untuk mengukur profil tekanan udara, temperatur, kelembaban, dan profil angin horizontal menggunakan penerima GPS.
Pada bab ini dibahas tentang perencanaan, simulasi dan perakitan antena
Stacking Yagi untuk stasiun penerima muatan radiosonde. Frekuensi yang digunakan pada perancangan adalah 433 MHz. Antena Stacking Yagi dipilih karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan antena lainnya, yaitu nilai gain
yang tinggi dan beamwidth yang sempit sehingga komunikasi antara stasiun penerima dan muatan radiosonde dapat menjangkau jarak yang cukup jauh untuk pengamatan vertikal atmosfer dari permukaan bumi.
3.2 Langkah Pengerjaan Antena Stacking Yagi
3.3 Antena Stacking Yagi
Stacking Yagi adalah suatu metode untuk meningkatkan gain antena Yagi dengan cara mengurangi sudut pancarannya. Secara teoritis, penambahan gain
untuk antena Yagi kedua dengan jarak optimal Stacking adalah 3 dB. Jarak
Stacking tergantung dari sudut pancaran (elevasi dan azimuth) dari setiap Yagi tunggal[6].
Area cakupan dari suatu antena Yagi secara umum berbentuk elips, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.2. Semakin luas area cakupan dari suatu antena maka semakin tinggi pula gain-nya. Suatu antena Yagi yang panjang dengan desain yang baik akan memiliki area cakupan yang luas daripada antena yagi yang pendek. Secara umum, gain dan area cakupan berbanding lurus dengan panjang
boom dalam ukuran panjang gelombang[6].
Gambar 3.2 Area Cakupan Antena Yagi
Gain dari antena array ditentukan dari area cakupan dari seluruh array. Prinsip dasar dari Stacking Yagi adalah memberikan jarak tertentu kepada antena sehingga area cakupan dari masing-masing antena tunggal hanya bersentuhan satu sama lain[6]. Ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 3.3.
3.3.1 Elemen Antena Stacking Yagi
Antena Stacking Yagi terdiri susunan beberapa buah antena Yagi tunggal yang disusun secara horizontal (horizontal stacked), vertikal (vertical stacked) maupun gabungan vertikal dan horizontal. Susunan antena Yagi tunggal yang digunakan biasanya berupa 2 buah antena Yagi baik secara vertikal maupun horizontal atau 4 buah antena Yagi tunggal dengan gabungan vertikal dan horizontal seperti yang terlihat pada Gambar 3.4. Antena Yagi yang digunakan dapat beroperasi dalam pita frekuensi yang sama maupun berbeda tergantung dari kebutuhan pemakainya[7].
Gambar 3.4 Antena Yagi dengan Stacking Horizontal dan Vertikal
3.3.1.1Antena Yagi
Yagi-Uda biasanya beroperasi pada rentang frekuensi HF (3-30 MHz), VHF (30-300 MHz) dan UHF (300-3000 MHz). Antena ini terdiri dari sejumlah elemen dipol linear, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5, dengan salah satu elemen diberikan energi secara langsung dari suatu saluran transmisi dan elemen yang lainnya berfungsi sebagai elemen parasit dengan arus yang terinduksi melalui induktansi bersama.[1]
Gambar 3.5 Antena Yagi-Uda
Komponen dasar penyusun suatu antena Yagi-Uda dapat ditunjukkan pada Gambar 3.6 yang terdiri dari 3 komponen, yaitu :
1. Reflector. 2. Feeder. 3. Director.
3.3.1.1.1 Penentuan Parameter Antena Yagi
Untuk menghasilkan pola pancaran end-fire, elemen parasit yang mengarah ke arah pancaran (director) harus memiliki panjang yang lebih pendek daripada elemen pengumpan. Secara khas elemen pengumpan yang resonan memiliki panjang gelombang yang lebih kecil dari ½ panjang gelombang (biasanya 0.45-0.491) sedangkan panjang dari elemen pengarah berkisar antara 0.4 sampai 0.451. Akan tetapi, panjang elemen-elemen pengarah tidak harus memiliki panjang dan diameter yang sama. Spasi antar elemen pengarah biasanya berkisar antara 0.3 sampai 0.41, dan tidak harus uniform untuk desain yang optimal. Elemen reflektor memiliki panjang yang lebih besar daripada elemen pengumpan. Sebagai tambahan, spasi antara elemen pengumpan dan elemen reflektor lebih kecil daripada spasi antara elemen pengumpan dengan elemen pengarah terdekat, dan ditemukan berada pada titik optimal pada 0,251[1].
Dasar dari desain adalah data yang tercantum dalam :
1. Gambar 3.7 yang menunjukkan parameter-parameter antena yang telah dioptimalkan untuk enam panjang yang berbeda dan untuk d/λ = 0,0085. 2. Gambar 3.8 yang menunjukkan panjang pengarah dan reflector yang
belum dikompensasi untuk panjang 0.001≤d / λ≤0.04.
Gambar 3.8 Kurva Desain untuk menentukan panjang element dari Yagi-Uda (Sumber : P.P. Viezbicke, “Yagi Antenna Design”, NBS Technical Note 688, U.S.
Department of Commerce/National Bureau of Standards, December 1976).
Gambar 3.9 Peningkatan panjang optimum dari elemen-elemen parasit sebagai fungsi dari diameter boom logam. (Sumber : P.P. Viezbicke, “Yagi Antenna Design”, NBS Technical Note 688, U.S. Department of Commerce/National
3.3.1.1.2 Teknik Pencatuan Antena Yagi
Ada beberapa metode matching impedance untuk menentukan elemen pencatu dari antena Yagi-Uda, salah satunya adalah Balun 1:1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Balun 1:1
Balun ini merupakan penggabungan dari ¼ dan ¾ panjang gelombang yang mengadaptasi bagian dari penampang kabel koaksial 50 Ohm (Zc), atau kabel koaksial lainnya dengan impedansi yang dibutuhkan. Balun ini juga disebut dengan balun 1:1. Perbedaan panjang antara ¼ dan ¾ panjang gelombang menghasilkan pergeseran fasa sebesar 180 derajat seperti yang diperlukan oleh elemen radiator dipole terbuka. Karena bandwidth yang dihasilkan cukup sempit, balun ini sangat cocok untuk antena monoband, dan sangat cocok untuk elemen radiator antena Yagi-Uda pada band VHF/UHF yang dirancang murni untuk tahanan 50 Ohm[9].
Gambar 3.11 Ilustrasi Balun 1:1 pada Koaksial 50 Ohm
3.3.2 Penentuan Parameter Stacking Yagi
Dua buah array parasit yang identik dengan rentang frekuensi yang sama dapat ditumpuk (stack) secara vertikal maupun horizontal untuk memberikan gain
tambahan. Peningkatan gain maksimum untuk susunan vertikal (vertical stacked) dapat diperoleh pada jarak spasi antara 0,5-0,7 dari panjang gelombang, dan
Stacking gain yang diperoleh untuk array parasit tunggal adalah sekitar 3 dB[7]. Jarak Stacking harus bertambah sebanding dengan penguatan daya pada setiap array. Dua buah antena 13 elemen 144 MHz parasit array menunjukkan bahwa gain Stacking maksimum diperoleh pada jarak vertikal dari dua panjang gelombang. Setiap antena parasit masing-masing memiliki area cakupan yang memberikan pengaruh yang cukup besar terhadap gain. Semakin tinggi gain
masing-masing array, maka semakin besar daerah cakupan antena array tersebut. Proses Stacking harus dilakukan dengan hati-hati untuk mencegah area cakupan dari masing-masing antena tumpang tindih sehingga dapat menurunkan nilai gain
maksimum dari pengaturan Stacking-nya[7].
Nilai gain tambahan sekitar 3 dB diperoleh ketika array parasit ditumpuk berdampingan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12. Jarak antara pusat-pusat array harus pada urutan 1 panjang gelombang untuk mencapai nilai gain
A D
Gambar 3.12 Stacking Yagi Horizontal dan Vertikal
3.3.3 Teknik Pencatuan Antena Stacking Yagi
Antena Stacking Yagi terdiri dari beberapa buah antena Yagi tunggal identik yang memiliki gain dan luas area cakupan yang sama, sehingga teknik pencatuannya menggunakan pembagi daya pasif dengan sejumlah terminal masukan dan keluaran. Ada tiga macam pembagi daya pasif 3 terminal yang sering digunakan, yaitu pembagi T-junction, pembagi resistif, dan pembagi Wilkinson. Keuntungan dan kerugian dari tiga pembagi daya ini dirangkum dalam Tabel 3.1 [10].
Tabel 3.1 Perbandingan dari Ketiga Pembagi Daya Pasif.
Pembagi Daya Pasif Keuntungan Kerugian
T-junction Tidak memiliki rugi-rugi.
Tidak semua terminal dapat di-match.
Tidak memiliki isolasi (pemisah) di antara terminal keluaran. Resistif Semua terminal dapat
di-match.
Tidak memiliki isolasi (pemisah) di antara terminal keluaran. Kemampuan
Tabel 3.1 Lanjutan
Pembagi Daya Pasif Keuntungan Kerugian
lemah akibat toleransi dari resistor.
Memiliki rugi-rugi. Wilkinson Tidak memiliki
rugi-rugi.
Isolasi yang tinggi.
Daya yang dipantulkan terdispasi melalui resistor pemisah jika tidak match.
Pembagi Wilkinson dapat memenuhi kondisi jaringan tiga terminal yang ideal (jika match pada semua terminal) yaitu tidak memiliki rugi-rugi, timbal balik (reciprocal) dan match. Oleh karena itu, pembagi Wilkinson adalah pilihan terbaik dalam perbandingan pada Tabel 3.1 [10].
Pembagi daya Wilkinson adalah jaringan tiga terminal yang tidak memiliki rugi-rugi ketika terminal-terminal keluarannya dalam kondisi match, di mana hanya daya pantulan saja yang dapat didisipasikan. Daya input dapat dibagi menjadi dua atau lebih sinyal fase dengan amplitudo yang sama. Pembagi Wilkinson dua arah menggunakan transformator impedansi λ/4 yang memiliki impedansi karakteristik dengan nilai dan sebuah resistor pemisah yang diparalelkan dengan nilai dengan semua terminal dalam kondisi match, isolasi yang tinggi antara terminal-terminal keluaran diperoleh[1]. Desain dari Pembagi Wilkinson yang setara (3 dB) sering dibuat dalam versi stripline atau
microstrip. Rangkaian saluran transmisi yang setara ditunjukkan pada Gambar 3.13 [10].
3.4 Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang
Spesifikasi antena Stacking Yagi yang akan dirancang dalam Tugas Akhir ini dapat dilihat dalam Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang
Parameter Nilai
Frekuensi 433 MHz
Bandwidth 10 – 100 MHz
Teknik Pencatuan Wilkinson Power Divider
Gain antena Stacking Yagi (Rx) ≥ 15 dB
Gain antena radiosonde (Tx) 2.15 dB
Beamwitdh ≤ 450
VSWR 1 ≤ VSWR ≤ 2
Daya transmitter dan receiver 20 dBm
Jarak jangkauan 5 – 10 km
Titik Pengujian Kota Medan
3.5 Simulasi Antena Stacking Yagi
Antena Yagi dan Stacking Yagi yang akan dirakit terlebih dahulu dirancang melalui bantuan perangkat lunak 4NEC2. Antena yang terlebih dahulu disimulasikan adalah antena Yagi tunggal dengan parameter yang telah ditentukan. Antena Stacking Yagi disimulasikan setelahnya dengan menggunakan antena Yagi yang telah dirancang sebelumnya.
3.5.1 Simulator 4NEC2
4NEC2 adalah software gratis berbasis NEC2, NEC4 dan berbasis sistem operasi Windows untuk membuat, mengamati, mengoptimalkan dan memeriksa struktur geometri suatu antena dalam dimensi 2D dan 3D dan menampilkan serta membandingkan pola radiasi nearfield dan farfield untuk model suatu antena[11].
Numerical Electrical Code (NEC) adalah suatu perangkat lunak yang cukup terkenal yang digunakan untuk pemodelan antena kawat dan surface
penggunaan umum dan kemudian telah didistribusikan untuk banyak platform
komputer dari mainframe ke PC.
Pengkodean pada perangkat lunak ini berdasarkan pada solusi method of moments dari persamaan integral medan listrik untuk kawat tipis dan persamaan integral medan magnet untuk permukaan penghantar tertutup. Algoritma yang digunakan pada perangkat lunak ini tidak memiliki batasan ukuran teoritis dan dapat diterapkan ke array yang sangat besar atau untuk pemodelan yang lebih rinci dari sistem antena sangat kecil, walaupun implementasinya memiliki batas-batas praktis yang cukup banyak. Pemodelan NEC dapat menyertakan kabel yang ditanamkan di tanah yang homogen, kabel terisolasi dan impedansi beban.
Algoritma yang digunakan pada NEC terbukti cukup handal dan akurat untuk menghasilkan hasil yang sebanding dengan kinerja terukur ketika memodelkan struktur batangan pipa seperti antena Yagi dan menara pemancar. Mesin pemodelan NEC juga menyediakan dukungan untuk pemodelan antena
patch. [11]
3.5.2 Simulasi Antena Yagi
Sebelum memulai simulasi antena Yagi 433 MHz menggunakan perangkat lunak 4NEC2, akan ditentukan parameter-parameter yang dibutuhkan. Nilai parameter yang akan diisi dapat dilihat pada Tabel 3.3, dengan semua parameter diubah ke dalam satuan perbandingan λ terlebih dahulu, dengan cara :
Dengan nilai c adalah 3x108 m/s dan f bernilai 433x106 Hz, sehingga :
Jadi, nilai satu siklus panjang gelombang 433 MHz adalah 0.69284 meter.
parameter-parameter elemen antena yang akan dimasukkan ke tabel harus dikonversi ke satuan panjang gelombang seperti berikut :
Perhitungan dilanjutkan hingga elemen terakhir dan ditampilkan dalam Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Parameter Perancangan Yagi 433 MHz 12 Elemen
Elemen Posisi (λ) Panjang (λ) λ (cm) Posisi (cm) Panjang (cm)
Ref 0 0.4886 69.2841 0 33.852194
DE 0.2681 0.4614 69.2841 18.575058 31.9676674
D1 0.4015 0.43 69.2841 27.817552 29.7921478
D2 0.6355 0.4232 69.2841 44.030023 29.3210162
D3 1.003 0.4096 69.2841 69.491917 28.3787529
D4 1.3718 0.4002 69.2841 95.04388 27.7274827
D5 1.7855 0.3974 69.2841 123.7067 27.5334873
D6 2.2047 0.3946 69.2841 152.75058 27.3394919
D7 2.6197 0.392 69.2841 181.50346 27.1593533
D8 3.0212 0.3878 69.2841 209.32102 26.8683603
D9 3.3873 0.3864 69.2841 234.68591 26.7713626
D10 3.7866 0.382 69.2841 262.35104 26.4665127
Gambar 3.14 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Untuk Yagi
Pada tahap ini dilakukan penentuan parameter-parameter pada menu Edit → Input (.nec) file. Setelah tampilan Geometry Edit muncul, selanjutnya parameter dimasukkan pada menu Comment/Wire Data. Parameter untuk panjang elemen terdapat pada kolom X1(mtr) sampai Z2(mtr), dan parameter untuk ukuran jari-jari elemen terdapat pada kolom rad(mm). Parameter pada Tabel 3.3 dimasukkan pada tabel menu Comment/Wire Data dengan semua elemen sejajar terhadap bidang XZ. Panjang elemen ditentukan pada sumbu Z sehingga untuk membuat elemen simetris terhadap pengamatan, panjang elemen dibagi dengan dua. Jarak spasi antar elemen ditentukan pada sumbu X. Semua parameter memiliki satuan meter. Nilai rincian parameter yang akan dimasukkan ke simulator dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Nilai Parameter Antena Yagi 433 MHz
Elemen Segmen X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 rad(mm)
1 9 0 0 -0.169 0 0 0.1693 2
2 9 0.1858 0 -0.16 0.1858 0 0.1598 2
3 9 0.2782 0 -0.149 0.2782 0 0.149 2
4 9 0.4403 0 -0.147 0.4403 0 0.1466 2
5 9 0.6949 0 -0.142 0.6949 0 0.1419 2
Tabel 3.4 lanjutan
Elemen Segmen X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2 rad(mm)
7 9 1.2371 0 -0.138 1.2371 0 0.1377 2
8 9 1.5275 0 -0.137 1.5275 0 0.1367 2
9 9 1.815 0 -0.136 1.815 0 0.1358 2
10 9 2.0932 0 -0.134 2.0932 0 0.1343 2
11 9 2.3469 0 -0.134 2.3469 0 0.1339 2
12 9 2.6235 0 -0.132 2.6235 0 0.1323 2
Nilai parameter pada tampilan Geometry Edit → Comment/Wire yang diisi dan tampilan geometris 3 dimensi dari antena Yagi 433 MHz 12 Elemen dapat dilihat pada pada Gambar 3.15 (a) dan (b).
(b) Geometry Edit
Gambar 3.15 Tampilan Menu Geometry Edit Untuk Yagi 433 MHz
3.5.3 Simulasi Antena Stacking Yagi
Sebelum memulai simulasi Stacking Yagi 433 MHz, telah ditentukan parameter-parameter yang dibutuhkan, dan ditampilkan dalam Tabel 3.5.
Tabel 3.5 Parameter Stacking Yagi 433 MHz
Parameter Nilai
Jarak Spasi Antar Antena 2λ
Polarisasi Vertikal
Teknik Matching Impedance Pembagi Wilkinson Impedansi Saluran Transmisi 50 Ohm
Gambar 3.16 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Untuk Stacking Yagi
Pada tahap ini dilakukan penentuan parameter-parameter Yagi 433MHz tunggal sebelumnya pada menu Edit → Input (.nec) file. Setelah tampilan
Geometry Edit muncul, selanjutnya parameter dimasukkan pada menu
Comment/Wire Data. Parameter untuk panjang elemen terdapat pada kolom
X1(mtr) sampai Z2(mtr), dan parameter untuk ukuran jari-jari elemen terdapat pada kolom rad(mm). Nilai parameter yang akan diisi dapat dilihat pada Tabel 3.6.
Tabel 3.6 Nilai Parameter Stacking Yagi 433MHz 2λ
Elemen Segment X1(mtr) Y1(mtr) Z1(mtr) X2(mtr) Y2(mtr) Z2(mtr) r(mm)
1 9 0 0.69 -0.169 0 0.69 0.1693 2
2 9 0.1858 0.69 -0.16 0.1858 0.69 0.1598 2
3 9 0.2782 0.69 -0.149 0.2782 0.69 0.149 2
4 9 0.4403 0.69 -0.147 0.4403 0.69 0.1466 2
5 9 0.6949 0.69 -0.142 0.6949 0.69 0.1419 2
6 9 0.9504 0.69 -0.139 0.9504 0.69 0.1386 2
7 9 1.2371 0.69 -0.138 1.2371 0.69 0.1377 2
8 9 1.5275 0.69 -0.137 1.5275 0.69 0.1367 2
9 9 1.815 0.69 -0.136 1.815 0.69 0.1358 2
Tabel 3.6 lanjutan
Elemen Segment X1(mtr) Y1(mtr) Z1(mtr) X2(mtr) Y2(mtr) Z2(mtr) r(mm)
11 9 2.3469 0.69 -0.134 2.3469 0.69 0.1339 2
12 9 2.6235 0.69 -0.132 2.6235 0.69 0.1323 2
13 9 0 -0.69 -0.169 0 -0.69 0.1693 2
14 9 0.1858 -0.69 -0.16 0.1858 -0.69 0.1598 2
15 9 0.2782 -0.69 -0.149 0.2782 -0.69 0.149 2
16 9 0.4403 -0.69 -0.147 0.4403 -0.69 0.1466 2
17 9 0.6949 -0.69 -0.142 0.6949 -0.69 0.1419 2
18 9 0.9504 -0.69 -0.139 0.9504 -0.69 0.1386 2
19 9 1.2371 -0.69 -0.138 1.2371 -0.69 0.1377 2
20 9 1.5275 -0.69 -0.137 1.5275 -0.69 0.1367 2
21 9 1.815 -0.69 -0.136 1.815 -0.69 0.1358 2
22 9 2.0932 -0.69 -0.134 2.0932 -0.69 0.1343 2
23 9 2.3469 -0.69 -0.134 2.3469 -0.69 0.1339 2
24 9 2.6235 -0.69 -0.132 2.6235 -0.69 0.1323 2
Nilai parameter pada tampilan Geometry Edit → Comment/Wire yang diisi dan tampilan geometris 3 dimensi dari antena Stacking Yagi 433 MHz 2x12 Elemen dapat dilihat pada pada Gambar 3.17 (a) dan (b).
(b) Geometry Edit
Gambar 3.17 Tampilan Menu Geometry Edit Untuk Stacking Yagi 433MHz
3.6 Perakitan Antena Stacking Yagi
Konstruksi antena Stacking Yagi 433MHz terdiri dari dua buah antena Yagi 433 MHz tunggal yang didasarkan pada hasil simulasi menggunakan 4NEC2 pada sub-bab sebelumnya. Parameter perancangan pada simulasi yang terdapat dalam Tabel 3.3 diimplementasikan untuk merakit antena Yagi 433 MHz tunggal dan kemudian kedua antena tersebut digabungkan dan disusun secara horizontal (horizontal stacked). Jarak antar kedua antena Yagi adalah 2λ.
3.6.1 Perlengkapan
Perlengkapan yang diperlukan dalam rancang bangun antena Stacking Yagi antara lain :
1. Kawat Las Aluminum.
2. Batang Aluminum.
Batang aluminum ini digunakan sebagai boom antena Yagi dengan bentuk penampang persegi ukuran 2 cm x 2 cm.
3. N Female Coaxial Connector.
Konektor ini dipasangkan pada bagian feeder masing-masing antena Yagi.
N Female Coaxial Connector dapat dilihat pada Gambar 3.18.
Gambar 3.18 N Female Coaxial Connector
4. Kabel Balun RG-178/U
Kabel Balun RG-178/U digunakan pada bagian Feeder. Teknik matching
saluran transmisi pada Yagi tunggal menggunakan matching DF9IC. Untuk Yagi yang beroperasi pada band 70 cm, matching impedance
DF9IC dapat memberikan beberapa kelebihan seperti bentuk pola radiasi yang cukup baik. Matching ini menggunakan sepotong kabel koaksial sepanjang lambda/2 tambahan sehingga dihasilkan Balun 1:1, seperti pada Gambar 3.19.
Pilihan kabel terbaik adalah kabel RG-178/U PTFE (Teflon) dengan impedansi karakteristik sebesar 50 Ohm. Kabel ini cukup lentur untuk dapat dimasukkan kedalam suatu kotak kecil untuk melindungi bagian
Feeder antena Yagi. Kabel RG-178/U PTFE dapat dilihat pada Gambar 3.20.
Gambar 3.20 Kabel RG-178/U PTFE
5. Kabel Jumper Connector.
Jumper connector ini digunakan untuk menghubungkan kedua antena Yagi dan menghubungkan kedua antena Yagi ke sisi perangkat stasiun penerima. Kabel yang digunakan adalah kabel Belden RG58A/U dengan impedansi karakteristik 50 Ohm. Kedua ujung kabel diterminasi dengan beberapa pengaturan sebagai berikut :
1) N Male crimping - BNC Male, untuk menghubungkan kedua antena Yagi tunggal dengan kabel Balun Stacking Yagi, dapat dilihat pada Gambar 3.21.
2) SO-239 - BNC Male Connector, untuk menghubungkan kabel Balun
Stacking Yagi dengan kabel Connector ke arah Ground Module
3DRadio 433 MHz, dapat dilihat pada Gambar 3.22.
Gambar 3.22SO-239 – BNC Male Connector
3) BNC Male – SMA Male Connector, untuk menghubungkan kabel sambungan dari arah Balun Stacking Yagi ke konektor modul radio 3DR, dapat dilihat pada Gambar 3.23.
Gambar 3.23BNC Male – SMA Male Connector
Kabel koaksial Belden 58A/U untuk jumper connector yang disebutkan di atas dapat dilihat pada Gambar 3.24.
6. Multimeter Digital Heles UX-866TR.
Multimeter ini digunakan untuk mengecek kesalahan pada jumper connector, apakah kabel jumper dalam kondisi tersambung (short) antara bagian ground dengan inner conductor-nya atau tidak. Multimeter Digital Heles UX-866TR dapat dilihat pada Gambar 3.25.
Gambar 3.25 Multimeter Digital Heles UX-866TR
7. VNA Master Anritsu MS2034B.
VNA Master Anritsu MS2034B ini berguna untuk mengukur SWR pada antena Yagi tunggal dan pada antena Stacking Yagi. Pengukuran parameter VSWR antena Yagi dan Stacking Yagi dilakukan di Ruang Seminar Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Alat ini sudah dikalibrasi sebelumnya, sehingga pengukuran VSWR bisa langsung dilakukan. Alat ukur VNA Master Anritsu MS2034B dapat dilihat pada Gambar 3.26.
3.6.2 Peralatan
Peralatan yang akan digunakan pada perancangan antena Stacking Yagi
kali ini adalah:
1. Meteran dan penggaris. 2. Spidol.
3. Pisau cutter. 4. Obeng.
5. Tang jepit dan tang potong. 6. Gerinda.
7. Bor tangan. 8. Timah solder. 9. Papan PCB polos. 10. Larutan Ferit Klorida. 11. Solder dan penghisap timah. 12. Kabel ties.
13. PE Foam tape 3M. 14. Terminal blok.
3.6.3 Pembuatan
Langkah pengerjaan antena Stacking Yagi dimulai dengan pengerjaan antena Yagi tunggal. Langkah pengerjaan antena Yagi tunggal adalah sebagai berikut :
Gambar 3.27 Kawat Las Aluminum
2. Batang aluminum petak untuk boom masing-masing dipotong sepanjang 2,7 meter seperti pada Gambar 3.28.
Gambar 3.28 Batang Aluminum Untuk Boom
3. Jarak antar elemen Yagi ditandai dengan spidol dan PE Foam tape 3M ditempelkan di salah satu sisi permukaan batang aluminum.
4. Terminal blok dipotong satu persatu dan komponen penghantar listriknya dilepaskan. Potongan terminal blok ditempelkan pada potongan PE Foam tape 3M yang mengikuti jarak antar elemen Yagi.
Gambar 3.29 Pemasangan Elemen-elemen
6. Papan PCB untuk Balun (Matching DF9IC) antena Yagi dicetak dan dibor pada bagian-bagian tertentu seperti pada Gambar 3.30.
Gambar 3.30 Rangkaian Balun pada Papan PCB
7. Kabel Balun untuk Yagi dan N Female Connector dipasangkan pada PCB yang sudah dibor pada bagian tertentunya seperti pada Gambar 3.31.
Kabel yang digunakan adalah RG-178/U dengan bahan dielektrik Polytetrafluoroethylene atau teflon yang memiliki Velocity Factor = 0,71. Panjang L1 adalah :
Panjang L2 adalah :
8. Setelah elemen-elemen dipasangkan, elemen feeder dipasangkan pada rangkaian Balun, lalu elemen feeder diletakkan di antara elemen pengarah pertama (D1) dengan elemen reflector dan kemudian diketatkan dengan kabel ties.
Langkah pengerjaan antena Stacking Yagi adalah sebagai berikut :
1. Pemasangan konstruksi penyangga antena Stacking Yagi dilakukan seperti pada Gambar 3.32. Konstruksi penyangga berupa potongan-potongan pipa PVC 1/2“ dengan ukuran panjang tertentu.
2. Selanjutnya sepasang antena Yagi dipasangkan di kedua ujung tiang penyangga yang berbentuk T. Posisi antena diatur sejajar antara satu dengan lainnya dan arahnya ke depan seperti pada Gambar 3.33.
Gambar 3.33 Arah Antena Stacking Yagi
3. Rangka penyangga diperkuat dan dikencangkan agar tidak lepas. Kemudian elemen pada masing-masing antena diperiksa kembali untuk mengetahui apakah ada yg bengkok dan posisinya kurang tepat berdasarkan perhitungan sebelumnya. Antena Stacking Yagi dapat dilihat pada Gambar 3.34.
Gambar 3.34 Antena Stacking Yagi
Gambar 3.35Wilkinson Power Divider
Untuk kasus ini, terminal pada sisi receiver tersambung ke Port 1, sedangkan Port 2 dan 3 disambungkan pada kedua antena Yagi. Masing-masing antena yang memiliki impedansi sebesar 50 Ohm dihubungkan dengan kabel yang memiliki impedansi sebesar 50 Ohm (=Z0) juga dan disambungkan ke satu kabel tunggal ke arah receiver yang impedansinya sama seperti pada Gambar 3.10. Maka nilai X pada kasus ini adalah :
Nilai dari saluran transmisi seharusnya bernilai 70.71 Ohm, tetapi saluran transmisi yang berada di pasaran hanya koaksial 75 Ohm. Saluran ini yang dipilih karena nilainya mendekati 70.71 Ohm. Panjang kabel koaksial 75 Ohm yang digunakan adalah :
Kabel koaksial yang digunakan adalah RG-59, berbahan dielektrik foam dengan Velocity Factor sebesar 0,8. Panjang kabel yang dibutuhkan adalah 13,86 cm.
Nilai resistor Y adalah :
(a) Kabel RG-59 dan Konektor BNC Female
(a) Pembagi Daya Wilkinson
Gambar 3.36 Rangkaian Balun Untuk Stacking Yagi
3.7 Pengujian Antena Stacking Yagi
Setelah antena Stacking Yagi dirakit, selanjutnya dilakukan pengukuran menggunakan alat ukur VNA Master Anritsu MS2034B dan pengujian langsung di lapangan. Pengukuran parameter dilakukan sebelum pengujian langsung agar dapat dilihat apakah antena sesuai dengan kriteria perancangan atau tidak.
3.7.1 Pengukuran VSWR
Pengukuran VSWR dilakukan untuk mengetahui kinerja antena pada frekuensi tertentu yang diinginkan. Kriteria VSWR yang diperbolehkan pada frekuensi tertentu yang diinginkan adalah bernilai antara 1 ≥ VSWR ≥ 2. Pengukuran VSWR dilakukan di Ruang Seminar Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara dengan bantuan alat ukur VNA Master Anritsu MS2034B.
Pengukuran yang pertama kali dilakukan adalah pengukuran VSWR antena Yagi 433 MHz tunggal dengan menyambungkan kabel jumper ke Port 1 pada VNA Master Anritsu MS2034B dan menyalakannya. Langkah pengukuran VSWR pada VNA Master Anritsu adalah sebagai berikut :
1. Setelah menu utama tampil, Vector Network Analyzer dipilih.
2. Pada tampilan selanjutnya menu Measure → VSWR dipilih dengan menyentuh layar VNA Master Anritsu MS2034B.
3. Penentuan frekuensi yang akan diamati pada menu Freq/Dist, dengan memasukkan nilai Start Frequency pada nilai 400 MHz dan Stop Frequency pada nilai 450 MHz.
4. Untuk menandai frekuensi kerja pada tampilan grafik, digunakan menu Marker, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.37.
Setelah pengukuran Yagi 433 MHz dilakukan, pengukuran VSWR antena
Stacking Yagi 433 MHz dilakukan dengan terlebih dahulu menyambungkan kedua antena Yagi 433 MHz tunggal beserta Balun dan kemudian menyambungkan kabel jumper-nya ke Port 1 pada VNA Master Anritsu MS2034B dan menyalakannya. Langkah pengukuran VSWR pada VNA Master Anritsu sama seperti pada pengukuran Yagi 433 MHz sebelumnya. Pengukuran VSWR
Stacking Yagi 433 MHz dapat dilihat pada Gambar 3.38.
Gambar 3.38 Tampilan Pengukuran VSWR Antena Stacking Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B
3.7.2 Pengujian Lapangan
Setelah antena Stacking Yagi diukur, akan dilakukan percobaan simulasi terhadap kinerja antena yang telah dirancang. Percobaan ini dilakukan untuk melihat seberapa jauh antena bisa memancar dengan daya yang telah ditetapkan. Metode untuk melihat kinerja tersebut adalah dengan menghidupkan perangkat
