i
TUGAS AKHIR
ANALISIS PEMANFAATAN ANTENA TV KABEL
UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL SECOND
CARRIER FREKUENSI 2100 MHZ PADA LAYANAN
DATA PROVIDER TELKOMSEL
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
DEDI SUPRIADI
080402020
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ii
ANALISIS PEMANFAATAN ANTENA TV KABEL
UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL SECOND
CARRIER FREKUENSI 2100 MHZ PADA LAYANAN
DATA PROVIDER TELKOMSEL
Oleh :
DEDI SUPRIADI
080402020
Disetujui oleh:
Pembimbing,
Ir. SIHAR P. PANJAITAN, MT
NIP : 196403061991031001
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
iii 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. Provider layanan GSM (Global System Mobile ) dengan keterbatasan jaringan yang dicakupnya menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena modifikasi adalah salah satu pilihan penguatan dalam perolehan sinyal.
Antena modifikasi memiliki komponen utama yaitu sebuah waveguide
yang merupakan dipole aktif dan sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari waveguide.
Pada Tugas Akhir ini dimodifikasi dan dilakukan pengkuran antena modifikasi dengan menggunakan bantuan program TEMS Investigation 9.1.3.
Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam menerima dan memperkuat penerimaan sinyal second carrier provider telkomsel. Dari pengukuran diperoleh gain antena modifikasi pada Lantai 4 Departemen Teknik Elektro adalah 12.59 dBi pada Pukul 08.00WIB, 15.69 dBi pada Pukul 12.00 WIB, dan 13.49 dBi pada Pukul 18.00 dengan beamwidth sebesar 620.
iv
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 adik-adik 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:
ANALISIS PEMANFAATAN ANTENA TV KABEL
UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL SECOND
CARRIER FREKUENSI 2100 MHZ PADA LAYANAN
DATA PROVIDER TELKOMSEL
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:
v
1. Kepada kedua orangtua tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.
2. Bapak Ir. Sihar P. Panjaitan, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir, Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU dan Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.
4. Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Kakak, abang dan adik-adikku tersayang atas perhatian dan doanya.
6. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.
7. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Auliya, Pindo, Uki, Rumi, Parlin, Ikbal, Ari, Siska, Dina, Edi, Eka, Daniel, Ellis, Cristian, Mukhlis, Basten, dan segenap angkatan 2008, semoga silaturahmi kita terus terjaga.
8. Senior dan junior yang telah membantu : Bang Hendra, Bang Khalid, Bang Habibi, Bang Semi, Irsyad, Adi, Diky serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
vi
9. Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro serta segenap pengurus IMTE 2012 – 2013 yang telah memberikan banyak waktu dan keleluasaan pada penulis untuk dapat menyelesikan Tugas Akhir ini.
10. Keluarga Besar MME-GS, yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran.
11. 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, Juli 2013
Penulis
vii
2.2 Gelombang Elektromagnetik... 6
viii
2.5 Antena TV Kabel ... 15
2.5.1 Reflektor ... 18
2.5.2 Waveguide ... 19
2.5.3 Karakteristik Waveguide ... 21
2.6 Global System For Mobile Communication (GSM) ... 21
2.6.1 Arsitektur GSM ... 23
III. PEMANFAATAN ANTENA TV KABEL 3.1 Umum ... 25
3.2 Antena TV Kabel ... 25
3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Antena Modifikasi ... 27
3.4 Bagian Utama Antena Modifikasi ... 28
3.4.1 Reflector antena ... 28
3.4.2 Driven elemen ... 30
3.4.3 Kabel Penghubung ... 30
3.5 Antena Modifikasi ... 31
3.5.1 Perhitungan Jarak Titik Kelengkungan Reflektor ... 31
3.5.2 Perhitungan Driven Elemen ... 32
3.5.3 Kabel Penghubung Yang Digunakan ... 33
3.6 Komponen Antena Modifikasi ... 33
3.6.1 Perlengkapan ... 33
3.7 Perakitan Modifikasi Antena Modifikasi ... 36
3.7.1 Pembuatan Driven Elemen ... 36
3.7.2 Reflektor Antena ... 37
ix IV. PENGUJIAN ANTENA MODIFIKASI
4.1 Umum ... 38
4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian ... 38
4.3 Pengukuran Pola Radiasi... 41
4.4 Penghitungan Beamwidth ... 44
4.5 Pengukuran Gain ... 45
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 48
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 8
Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ... 11
Gambar 2.3 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional ... 12
Gambar 2.4 Beamwidth Antena ... 13
Gambar 3.1 Diagram Alur Antena Modifikasi ... 26
Gambar 3.2 Model Antena Modifikasi ... 27
Gambar 3.3 Bagian Utama Antena Modifikasi ... 28
Gambar 3.4 Pantulan Sinyal pada Reflektor ... 29
xi
Gambar 3.12 Diven Element dan Reflektor Antena Modifikasi ... 37
Gambar 4.1 Reflektor Antena Modifikasi... 38
Gambar 4.2 Kabel Koaksial ... 39
Gambar 4.3 Modem 3G ... 40
Gambar 4.4 Laptop ... 40
Gambar 4.5 Alat Peletakan Antena ... 40
Gambar 4.6 Perkiraan Jarak Pengukuran ke BTS Dengan Menggunakan Google Earth ... 41
Gambar 4.7 Rangkaian Pengkuran ... 42
Gambar 4.8 Pengarahan Antena Modifikasi ke BTS yang di Tuju ... 42
Gambar 4.9 Arah Perputaran Antena Modifikasi ... 43
Gambar 4.10 Beamwidth Antena Modifikasi ... 44
Gambar 4.9 Hasil Perolehan Sinyal Tanpa Menggunakan Antena Modifikasi ... 46
Gambar 4.10 Hasil Perolehan Sinyal Menggunakan Antena Modifikasi ... 46
Gambar L.1 Memperlihatkan Pengarahan Antena Modifikasi... 52
Gambar L.2 Memperlihatkan Pengambilan data Untuk Pengukuran Pola radiasi... 52
Gambar L.3 Gambar Modifikasi Driven Element ... 52
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Bagian Utama Antena Modifikasi ... 37 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Gain Pada Lantai 4 DTE USU ... 47 Tabel L.1 Data Hasil Pengukuran Antena Modifikasi Pada
Lantai 4 DTE USU Pada Pukul 08.00 WIB ... 49 Tabel L.2 Data Hasil Pengukuran Antena Modifikasi
Pada Lantai 4 DTE USU Pada Pukul 12.00 WIB ... 50 Tabel L.3 Data Hasil Pengukuran Antena Modifikasi
Pada Lantai 4 DTE USU Pada Pukul 18.00 WIB ... 51
iii 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. Provider layanan GSM (Global System Mobile ) dengan keterbatasan jaringan yang dicakupnya menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena modifikasi adalah salah satu pilihan penguatan dalam perolehan sinyal.
Antena modifikasi memiliki komponen utama yaitu sebuah waveguide
yang merupakan dipole aktif dan sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari waveguide.
Pada Tugas Akhir ini dimodifikasi dan dilakukan pengkuran antena modifikasi dengan menggunakan bantuan program TEMS Investigation 9.1.3.
Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam menerima dan memperkuat penerimaan sinyal second carrier provider telkomsel. Dari pengukuran diperoleh gain antena modifikasi pada Lantai 4 Departemen Teknik Elektro adalah 12.59 dBi pada Pukul 08.00WIB, 15.69 dBi pada Pukul 12.00 WIB, dan 13.49 dBi pada Pukul 18.00 dengan beamwidth sebesar 620.
xiii BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Manusia hidup tidak terlepas dari interaksi antara manusia yang satu dengan manusia yang lainnya sebagai makhluk sosial dengan teknologi sebagai media yang digunakan oleh manusia. Kemampuan teknologi telah menjawab berbagai tantangan manusia untuk saling berinteraksi secara real time, dimana keterbatasan jarak, waktu dan ruang bukanlah penghalang lagi bagi keinginan manusia untuk saling berkomunikasi. Perkembangan teknologi mobile telah memberi kemudahan-kemudahan untuk dapat mengakses media informasi global ini. Kendala yang umum terjadi adalah pelemahan jaringan telekomuniksi didaerah perdesaan. Bahkan masih banyak di daerah perdesaan yang belum mendapatkan jaringan telekomunikasi.
Penggunaan alokasi frekuensi 2100 MHz oleh GSM ini diambil berdasarkan rekomendasi GSM (Gruop Mobile station special Mobile) cimitte
yang merupakan salah satu group kerja pada confe’rence Europe’ene Postes des
Telecommunication (CEPT). Namun pada akhirnya untuk alasan marketing GSM berubah namanya menjadi the Global Sistem for Mobile Communication, sedangkan standar teknisnya diambil dari European Technical Standards Institute
(ETSI).
Alokasi spektrum frekuensi untuk GSM awalnya dilakukan pada tahun 1979. Spektrum ini terdiri atas dua buah sub-band masing-masing sebesar 25MHz, antara 890MHz - 915MHz dan 935MHz - 960MHz. Sebuah sub-band
xiv
dialokasikan untuk frekuensi uplink dan sub-band yang lain sebagai frekuensi
downlink .
GSM pertama kali diperkenalkan di Eropa pada tahun 1991 kemudian pada akhir 1993, beberapa negara seperti Amerika Selatan, Asia dan Australia mulai mengadopsi GSM yang akhirnya menghasilkan standar baru yang mirip yaitu DCS 1800, yang mendukung Personal Communication Service (PCS) pada frekuensi 1,8 GHz sampai 2 GHz.
Berbagai jenis antena kini mulai dikembangkan untuk mengikuti perkembangan teknologi. Antena TV kabel yang dulunya hanya digunakan sebagai antena penerima sinyal wi-fi. Kini dapat digunakan sebagai perangkat memperkuat sinyal GSM. Selain memiliki gain antena yang relatif tinggi, unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadap variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena TV kabel merupakan salah satu antena unidirectional yang cocok digunakan sebagai memperkuat sinyal GSM. Maka dari itu, pada Tugas Akhir ini akan dimodifikasi Antena TV kabel yang mampu bekerja pada frekuensi yang sesuai untuk perangkat GSM.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas maka dapat di rumuskan beberapa permasalahan, yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan antena TV kabel. 2. Apa yang dimaksud dengan pola radiasi antena.
3. Bagaimana pengaruh antena TV kabel terhadap penerimaan sinyal yang diterima.
xv
4. Bagaimana cara menganalisis antena bantu yang dapat menguatkan sinyal dengan perolehan gain yang maksimum.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah melakukan modifikasi antena TV kabel untuk menjadi media bantu dalam menerima dan memperkuat penerimaan sinyal second carrier yang bekerja pada frekuensi 2,1 GHz dengan menggunakan media bantuan program TEMS Investigation 9.13.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan membatasi Tugas Akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut :
1. Hanya membahas tentang antena TV kabel.
2. Antena yang dibahas bekerja pada frekuensi 2100 MHz.
3. Perancangan kinerja antena TV kabel sebagai penerima sinyal dari perangkat GSM dengan menggunakan bantuan program TEMS Investigation 9.1.3.
4. Bahan reflektor antena yang dibahas yaitu terbuat dari besi. 5. Parameter yang di bahas meliputi gain,beamwidth, Pola Radiasi.
6. Pengukuran parameter antena hanya dilakukan dengan menggunakan modem.
7. Pengukuran parameter antena hanya dilakukan pada Lantai 4 Departemen Teknik Elektro USU pada jam 08.00wib, 12.00wib dan 18.00 wib.
xvi 1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnal-jurnal pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy.
2. Perhitungan, yaitu melakukan perhitungan secara analitik dengan menggunakan perumusan matematis untuk antena TV kabel.
3. Analisis, dimana dari hasil perhitungan analitik dengan menggunakan perumusan matematis kemudian di lakukan pengukuran antena menggunakan
modem dengan bantuan program TEMS Investigation 9.1.3.
1.6 Sitematis Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematis penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakan masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II TEORI DASAR DAN KOMUNIKASI SELULER
Bab ini berisi tentang penjelasan tentang antena secara umum dan penjelasan mengenai antena TV kabel secara khusus dan penjelasan komunikasi seluler GSM.
xvii
BAB III RANCANG BANGUN ANTENA TV KABEL
Bab ini berisi perancangan antena TV kabel yang meliputi pengukuran desain dan pembuatan.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ANTENA TV KABEL
Bab ini berisi tentang pengujian antena TV kabel untuk memperkuat sinyal GSM. Parameter yang di uji meliputi gain, beamwidth.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.
xviii BAB II TEORI DASAR 2.1 Umum
Penemuan teknologi radio adalah kemajuan besar dunia telekomunikasi. Awal 1800-an secara terpisah Joseph Henry, profesor dari Pinceton University, dan fisikawan Inggris Michael Faraday mengembangkan teori induksi. Percobaan mereka terhadap elektromagnet membuktikan arus listrik di sebatang kawat dapat menimbulkan arus di batang kawat lain, meski keduanya tidak berhubungan. Tahun 1864 fisikawan Inggris lain James Clerik Maxwell, berteori bahwa arus listrik dapat menciptakan medan magnet dan bahwa gelombang elektromagnet bergerak dengan kecepatan cahaya. Teori Maxwell itu belakangan dibuktikan kebenarannya oleh percobaan yang dilakukan fisikawan Jerman Heinrich Hertz, tahun 1880. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima. Penemuan Hertz ini dilanjutkan oleh Guglielmo Marconi dengan menambah rangkaian tuning dan antena besar yang mampu melakukan yang sangat jauh. Kemudian Guglielmo Marconi pada 1895, berhasil mengirim sinyal komunikasi radio dengan gelombang elektromagnet sejauh ± 1,5 km. Tahun 1901, sinyal dari perangkat adio Marconi mampu melintasi Samudera Atlantik dari Inggris ke Newfoundland, Kanada [1].
2.2 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnet adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari
xix
gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik diruang adalah sebagai gelombang transversal.
Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan
(ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [9]:
(2.1) Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa
udara (free space), maka :
v = c = 3 x 10
8m/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.
Antena dapat juga didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan atau meneruskan gelombang 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
xx
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.
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 dan bandwidth antena.
2.4.1 Direktivitas Antena
Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada kemampuan yang dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih 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
xxi
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 2.3 [2].
(2.3)
2.4.2 Gain Antena
Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari 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 desibel [3].
Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil dari pada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan pada Persamaan 2.4 [1].
Gain = G = k. D (2.4)
Dimana :
k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤1
D = direktivitas antena
Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan membandingkan powernya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam desibel, bisa dalam dBi ataupun dBd. Jika antena referensi adalah
xxii
sebuah dipole, antena diukur dalam dBd. “d” di sini mewakili dipole, jadi gain
antena diukur relative terhadap sebuah antena dipole. Jika antena referensi adalah sebuah isotropic, jadi gain antena diukur relatif terhadap sebuah antena isotropic
[4].
Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan 2.5 [4].
(2.5)
Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2.6 [4].
Gt (dB) = (Pt(dBm) – Ps(dBm)) + Gs(dB) (2.6) 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.
Decibel (dB) merupakan satuan gain antena. Decibel adalah perbandingan dua hal. Decibel ditetapkan dengan dua cara [4], yaitu :
a. Ketika mengacu pada pengukuran daya.
(2.7) b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan.x
(2.8)
xxiii 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 [5]. Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena, atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena [3].
Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi.
a. Pola Radiasi Antena Unidirectional
Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relative jauh. Gambar 2.2 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.
Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional
Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa pada antena Uniirectional memiliki pancaran pada satu arah, yaitu pada arah yang dituju saja. Antena Unidirectional ini memiliki jarak tempuh yang cukup jauh dari antena lain. Ini dikarenakan pola radiasinya hanya memiliki satu arah saja.
xxiv 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.
Gambar 2.3 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional
Dari Gambar 2.3 dapat kita lihat bahwa pada antena Omnidirectional memiliki pancaran kesegala arah. Antena Omnidirectional ini memiliki jarak tempuh yang cukup sempit. Ini dikarenakan pola radiasinya menyebar dan tidak terfokus pada satu arah.
2.4.4 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 [6]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut :
(2.9)
xxv Dimana :
B = 3 dB beamwidth (derajat) = frekuensi (GHz)
d = diameter antena (m)
Apabila beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka
beamwidth dapat dirumuskan sebagai berikut [6]:
β =θ2–θ1 (2.10)
Gambar 2.4 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main lobe,nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor dua), dan lobe sisi belakang (back lobe, nomor 3). Half Power Beamwidth ( HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Gambar 2.4 Beamwidth Antena
2.4.5 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
xxvi
memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Bandwidth Antena
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 :
(2.11)
f2 = frekuensi tertinggi f1 = frekuensi terendah fc = frekuensi tengah
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 [7].
xxvii 2.5 Antena TV Kabel
Antena TV kabel adalah salah satu modifikasi dari antena parabola. Dalam matematika, parabola adalah irisan kerucut yang berbentuk kurva yang dihasilkan oleh perpotongan menyilang yang sejajar terhadap permukaan kerucut.
Direktris adalah garis sumbu simetri pada parabola terhadap titik fokus. Sedangkan fokus dari parabola adalah letak suatu titik dimana jarak antara titik sembarang pada garis parabola M(x,y) ke fokus adalah sama dengan jarak antara M(x,y) ke direktris D(x,0).
Gambar 2.6 Fokus dan direktris
Dari pengertian diatas diketahui bahwa nilai dari jarak titik F (fokus) ke titik M dan jarak dari titik M ke titik D (direktris) adalah sama, sehingga dapat dihasilkan persamaan 2.12 [8]:
= (2.12)
Karena pada persamaan diatas kedua sisi sama-sama mempunyai akar, maka bisa dieliminasi sehingga menghasilkan persamaan 2.13[8]:
(2.13)
xxviii
Gambar 2.7 Penghitungan Nilai Fokus
Dari Gambar 2.7 diatas, diketahui titik (D/2,d) dan titik (-D/2,d) terletak pada parabola, sehingga :
Dari persamaan diatas bisa kita ubah menjadi sebuah persamaan untuk menghitung nilai focus [8].
(2.14)
xxix
Dari persamaan diatas bisa kita perhatikan bahwa semakin besar nilai diameter dari suatu parabola (D) dan semakin kecil nilai kedalaman (d) suatu parabola, maka nilai fokusnya akan menjadi semakin besar.
Pada dasarnya antena TV kabel hampir sama dengan antena parabola. Letak perbedaannya hanya pada waveguide. Antena parabola adalah high-gain reflektor antena yang digunakan untuk radio, televisi dan komunikasi data, dan juga untuk radiolocation (RADAR), pada bagian UHF dan SHF dari spektrum gelombang elektromagnetik. Secara relatif, gelombang pendek dari energi elektromagnetik (radio) pada frekuensi ini mengijinkan pemasangan reflektor dengan berbagai macam ukuran untuk menghasilkan kuat sinyal yang baik pada saat transmitting dan receiving seperti yang diinginkan. Antena parabola secara umum terdiri atas reflektor, dan waveguide. Reflektor adalah sebuah permukaan yang terbuat dari bahan logam yang dibentuk lingkaran paraboloid yang biasannya merupakan diameter dari antena tersebut. Paraboloid ini memiliki t itik fokus yang berbeda-beda berdasarkan atas diameter reflektor dan kedalaman reflektor. Waveguide sebagai salah satu komponen dari antena parabola (dan juga antena TV kabel) terletak pada fokus reflektor. Pada antena TV kabel feed
atau waveguide sebenarnya juga merupakan sebuah antena tipe lowgain seperti
half-wave dipole atau small waveguide horn. Pada waveguide ini terdapat sebuah alat yang berfungsi untuk memancarkan dan menerima sinyal radio-frequency (RF) terlihat pada Gambar 2.8.
xxx
(a) (b) (c)
Gambar 2.8 Tipe antena parabola
(a) Parabolic (b) Off-Center (c) Cassegrain
Dari gambar 2.8 dapat dilihat bahwa Gambar a menjelaskan antena parabolik hanya mempunyai 3 komponen yaitu reflector yang utuh , pencatu dan pembantu. Sedangkan pada Gambar b hanya memiliki reflector hanya setengah saja. Dan pada Gambar c ditambahkan reflector yang kedua yang di tambahkan pada pecatu.Dianggap bahwa antena parabola sebagai circular aperture, maka persamaan untuk mengetahui nilai pendekatan gain maksimum adalah [8]:
(2.15)
Dimana :
G = penguatan (gain) isotropic
D = diameter reflektor dengan satuan yang sama dengan anjang gelombang λ = panjang gelombang
2.5.1 Reflektor
Antena dish ini menggunakan reflektor dari kawat yang berbahan alumunium. Alasan pemilihan bahan alumunium dikarenakan bahan alumunium secara umum merupakan bahan yang ringan bila dibandingan dengan bahan logam lainnya. Hal ini tentu merupakan sebuah keuntungan bila kita akan
xxxi
memodifikasi antena TV kabel karena walaupun mempunyai dimensi besar, bobot dari antena tersebut akan tetap lebih ringan jika dibandingan bila kita menggunakan dari bahan logam lain. Penggunaan reflektor ini dimaksudkan untuk mendapatkan penguatan (gain) yang lebih besar bila dibandingkan hanya menggunakan antena kaleng (waveguide). Karena setiap gelombang yang datang dari fokus akan dipantulkan oleh permukaan reflektor dengan arah yang sejajar dengan sumbu atau sebaliknya. Sifat reflektor yang baik adalah :
1. Setiap gelombang yang datang dari fokus dipantulkan oleh permukaan sejajar dengan sumbu dan sebaliknya.
2. Gelombang dari fokus yang dipantulkan oleh permukaan reflektor akan memotong suatu bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dengan fase yang sama.
Selain reflektor yang baik, kita juga harus memperhatikan pencatuan pada
waveguide. Pemasangan N-connector pada pencatuan waveguide terletak di depan pemantul, agar energi (gelombang) dapat dipancarkan langsung ke pemantul tanpa ada rintangan. Sistem pencatuan harus memenuhi dua kepentingan :
1. Pencatu harus dapat meradiasikan gelombang ke pemantul dengan baik, artinya tidak banyak gelombang yang keluar dari permukaan pemantul
2. Pencatu harus membatasi supaya VSWR saluran koaksial mendekati satu.
2.5.2 Waveguide
Waveguide adalah saluran tunggal yang berfungsi untuk menghantarkan gelombang elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi 300 MHz – 300 GHz. Dalam kenyataannya, waveguide merupakan media transmisi yang berfungsi memandu gelombang pada arah tertentu. Secara umum waveguide dibagi menjadi
xxxii
tiga yaitu, yang pertama adalah Rectanguler Waveguide (waveguide dengan penampang persegi) dan yang kedua adalah Circular Waveguide (waveguide
dengan penampang lingkaran), dan Ellips Waveguide (waveguide dengan penampang ellips) seperti di tunjukkan pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Jenis Waveguide
Dalam waveguide diatas mempunyai dua karakteristikpenting, yaitu : 1. Frekuensi cut off, yang ditentukan oleh dimensi waveguide.
2. Mode gelombang yang ditransmisikan, yang memperlihatkan ada tidaknya medan listrik atau medan magnet pada arah rambat.
Faktor-faktor dalam pemilihan waveguide sebagai saluran transmisi antara lain : 1. Band frekuensi kerja, tergantung pada dimensi.
2. Transmisi daya, tergantung pada bahan.
3. Rugi-rugi transmisi, tergantung mode yang digunakan.
Pemilihan waveguide sebagai pencatu karena pada frekuensi diatas 1 GHz, baik kabel pair, kawat sejajar, maupun kabel koaksial sudah tidak efektif lagi sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik. Selain efek radiasinya yang besar, redamannya juga semakin besar. Pada frekuensi tersebut, saluran transmisi yang layak sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik (microwave) adalah waveguide. Waveguide merupakan konduktor logam (biasanya terbuat dari
xxxiii
brass atau aluminium) yang berongga didalamnya, yang pada umumnya mempunyai penampang berbentuk persegi (rectanguler waveguide) atau lingkaran (circular waveguide). Saluran ini digunakan sebagai pemandu gelombang dari suatu sub sistem ke sub sistem yang lain. Pada umumnya didalam waveguide
berisi udara, yang mempunyai karakteristik mendekati ruang bebas. Sehingga pada waveguide persegi medan listrik E harus ada dalam waveguide pada saat yang bersamaan harus nol di permukaan dinding waveguide dan tegak lurus. Sedangkan medan H juga harus sejajar di setiap permukaan dinding waveguide.
2.5.4 Karakteristik Waveguide
Karakterik dari waveguide dapat dilihat pada Gambar 2.10 dibawah ini :
Gambar 2.10 Karakteristik Umum Waveguide
Dari Gambar 2.13 dapat dilihat bahwa frekuensi kerja berada di antara fmin dan fmax, band frekuensi kerja : ω > ωc atau λ < λc. Selain itu waveguide juga memiliki karakteristik yang penting yaitu frekuensi cut off dan mode gelombang yang ditransmisikan.
2.6 Global System For Mobile Communication (GSM)
Global System for Mobile atau GSM adalah generasi kedua dari standar sistem selular yang tengah dikembangkan untuk mengatasi problem fragmentasi
xxxiv
yang terjadi pada standar pertama di negara Eropa. GSM adalah sistem standar selular pertama di dunia yang menspesifikasikan digital modulation dan network level architectures and service. Sebelum muncul standar GSM ini negara-negara di Eropa menggunakan standar yang berbeda-beda, sehingga pada saat itu tidak memungkinkan seorang pelanggan menggunakan single subscriber unit untuk menjangkau seluruh benua Eropa.
Pada awalnya sistem GSM ini dikembangkan untuk melayani sistem selular Eropa dan menjanjikan jangkauan network yang lebih luas seperti halnya penggunaan ISDN. Pada perkembangaannya sistem GSM ini mengalami kemajuan pesat dan menjadi standar yang paling populer di seluruh dunia untuk sistem selular. Bahkan pertumbuhannya diprediksikan akan mencapai 20 samapai 50 juta pelanggan pada tahun 2000.
Penggunaan alokasi frekuensi 2100 MHz oleh GSM ini diambil berdasarkan rekomendasi GSM (Gruop Mobile station special Mobile) cimitte
yang merupakan salah satu group kerja pada confe’rence Europe’ene Postes des Telecommunication (CEPT). Namun pada akhirnya untuk alasan marketing GSM berubah namanya menjadi the Global Sistem for Mobile Communication, sedangkan standar teknisnya diambil dari European Technical Standards Institute
(ETSI).
Alokasi spektrum frekuensi untuk GSM awalnya dilakukan pada tahun 1979. Spektrum ini terdiri atas dua buah sub-band masing-masing sebesar 25MHz, antara 890MHz - 915MHz dan 935MHz - 960MHz. Sebuah sub-band
dialokasikan untuk frekuensi uplink dan sub-band yang lain sebagai frekuensi
downlink.
xxxv
GSM pertama kali diperkenalkan di Eropa pada tahun 1991 kemudian pada akhir 1993, beberapa negara non-Amerika seperti Amerika Selatan, Asia dan Australia mulai mengadopsi GSM yang akhirnya menghasilkan standar baru yang mirip yaitu DCS 1800, yang mendukung Personal Communication Service (PCS) pada frekuensi 1,8 GHz sampai 2 GHz.
2.6.1 Arsitektur GSM
GSM memberikan suatu rekomendasi bukan suatu persyaratan. GSM menspesifikasikan fungsi-fungsi dan antarmuka yang diperlukan secara detail bukan mengarah ke perangkat keras yang digunakan. Alasan tersebut didasari untuk membatasi para desainer sekecil mungkin namun tetap saja memungkinkan para operator untuk membeli perangkat dari penyedia yang berbeda. Jaringan GSM dibagi menjadi empat sistem utama :
a. Mobile Station (MS) merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan
untuk melakukan pembicaraan.
b. Base Station Sub-System (BSS) berfungsi menyediakan antarmuka atau air
interface untuk Mobile Station (MS).
c. Network Switching Sub-System (NSS) bertugas mengkoneksikan antar user.
d. Operation and Maintenance Sub-System (OMS) bertugas melakukan remote
monitoring dan manajemen jaringan.
xxxvi
Arsitektur pada jaringan GSM dapat dilihat pada Gambar 2.11.
SIM ME BTS BSC TRAU MSC
OMC
SIM – Subscriber Identity Module ME – Mobile Equipment
BTS – Base Transceiver Station BSC – Base Station Controller
TRAU - Trancoder and Rate Adaptor Unit MSC – Mobile Switching Centre
PSTN – Public Switched Telephone Network HLR – Home Location Register
VLR – Visitor Location Register AUC – Authentication Centre EIR – Equipment Identity Register
OMC – Operations & Maintenance Centre OMC - R – Disediakan untuk BSS
OMC - S – Disediakan untuk NSS
Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa jaringan GSM secara rinci dan jelas. Pada GSM secara umum hanya mempunyai 3 sistem yaitu MS ,BSS ,NSS.
xxxvii BAB III
PEMANFAATAN ANTENA TV KABEL
3.1 Umum
Perkembangan dunia komunikasi data menciptakan kemudahan-kemudahan dalam menerima dan menyampaikan informasi melalui jaringan internet. Modem adalah salah satu mediator komunikasi data tersebut. Informasi dapat diperoleh dimana saja dan kapan saja asalkan pengguna berada di lokasi yang terdapat jaringan atau fasilitas internet. Namun lokasi keberadaan kita sangat berpengaruh untuk mendapatkan jaringan. GSM adalah salah satu akses jaringan yang sering kita temui di handphone masyarakat, tapi untuk layanan data GSM sangat jarang digunakan, hal ini dikarenakan paket data yang diterima tidak sesai dengan harapan pengguna atau dapat dikatakan sangat buruk.
Antena TV kabel adalah antena yang layak untuk dipakai sebagai antena bantu. Kemudahan perancangan serta harga yang terjangkau membuat antena TV kabel dapat diupayakan oleh masyarakat luas. Perancangan dan perakitan antena TV kabel dapat digambarkan sesuai dengan diagram alur pada Gambar 3.1.
3.2 Antena TV Kabel
Antena TV kabel adalah variasi dari antena parabolik yang dimodifikasi menggunakan TV kabel berbahan besi. Antena TV kabel dapat menggunakan waveguide silinder yang digunakan untuk mengumpulkan dan meneruskan gelombang elektromagnetik.
xxxviii
Gambar 3.1 Diagram Alur Antena Modifikasi
Pada antena modifikasi yang digunakan, penggunaan dipole balun yang umumnya digunakan sebagai driven elemen yang diletakkan ditiang penyangga. Hal ini dilakukan untuk mempermudah dalam menentukan frekuensi yang kita pilih.
xxxix
3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Antena Modifikasi
Pengerjaan antena modifikasi dimulai dengan membuat perencanaan pengerjaan dari mulai proses penyediaan hingga pengujian. Perencanaan pengerjaan itu dapat di lukiskan dalam diagram alur seperti yang digambarkan pada Gambar 3.1.
Langkah yang dilakukan setelah selesai pengumpulan teori dan informasi yang dibutuhkan adalah membuat perancangan dari teori yang diperoleh mengenai dimensi dan bentuk antena modifikasi digambarkan oleh Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Model Antena Modifikasi
Antena modifikasi memiliki bagian utama yaitu dipole balun sebagai daerah pencatu (feeder) dan reflector sebagai pemantul dari sinyal yang di catu. Bagian lainnya yaitu kabel koaksial. Gambar 3.3 menunjukkan bagian-bagian utama antena modifikasi.
xl
Gambar 3.3 Bagian Utama Antena Modifikasi 3.4 Bagian Utama Antena Modifikasi
Antena modifikasi yang akan dibangun memiliki beberapa bagian yang menjadi penyusun utamanya, antara lain :
1. Reflektor Antena 2. Driven elemen 3. Kabel Penghubung
3.4.1 Reflektor Antena
Reflektor digunakan secara luas untuk memodifikasi pola radiasi antena. Sebagai contoh radiasi backward antena akan dihilangkan dengan menggunakan reflektor lempengan datar yang memiliki dimensi cukup lebar.
Dalam kasus yang lebih umum, beamwidth merupakan karakteristik yang dihasilkan oleh lebar reflektor, kesesuaian bentuk dan permukaan.
Pada reflektor antena parabolik, pencatu diletakkan pada titik fokus dan pancarannya diarahkan pada reflektor parabola sehingga jika berkas iluminasi (ray) mengenainya, berkas ini akan direfleksikan sesuai dengan Hukum Snellius, yaitu :
xli
Sudut Datang = Sudut Pantul (3.1) Jadi berkas yang dipancarkan oleh pencatuakan mengenai suatu titik di reflektor seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4. Berkas ini akan direfleksikan sesuai dengan hukum pemantulan ke posisi tertentu dengan nilai yang sama dengan titik refleksi, atau dengan kata lain berkas ini akan direfleksikan secara paralel sehingga setelah berkas-berkas pancaran ini direfleksikan oleh reflektor parabola didapatkan pancaran energi yang paralel atau didapatkan fasa gelombang yang datar.
Gambar 3.4 Pantulan Sinyal pada Reflektor
Energi yang dipancarkan oleh pencatu di titik fokus tanpa keberadaan reflektor parabola akan berdivergensi, terbagi kedalam ruang dengan bentuk fasa seperti bola. Tetapi dengan keberadaan reflektor, energi pancaran bisa lebih dikonsentrasikan menuju ke suatu arah karena berkas sinyal akan paralel dan tidak menyebar di ruang.
Jika diameter antena diketahui, maka dapat dicari luas apertur dengan cara [1]:
2
. 4 D
Aap (3.2)
xlii Dimana :
Aap = Aperteure antena penerima
D = Diameter
Setelah diketahui luas apertur, maka dapat diperoleh gain maksimal dengan cara [1] :
Driven elemen merupakan antena balun. Driven Element adalah suatu elemen yang menyediakan daya dari pemancar, biasanya melalui saluran transmisi. Driven Element mempunyai panjang sehingga rumus menghitung total panjang Driven Element ditunjukkna pada Persamaan 3.4 sebagai berikut :
L = 0.5 x K x (3.4)
Antena modifikasi menggunakan perpanjangan kabel koaksial untuk dihubungkan ke konektor yang terpasang pada antena. Kabel coaxial adalah standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya kepada televisi namun juga digunakan di peralatan lainnya seperti pada perangkat BTS.
Kabel Koaksial adalah suatu struktur bus yang sangat efisien pada loop
local, memungkinkan sebuah kabel tunggal dengan badwith yang sangat tinggi untuk dipergunakan secara bersama-sama oleh beberapa pelanggan. Kabel
xliii
koaksial memiliki kapasitas pita lebar (bandwidth) 10 Mbps dan kapasitas node 30 node. Kabel koaksial sering dipakai sebagai jalur transmisi untuk frekuensi sinyal radio. Spektrum yang dapat ditransimisikan melalui kabel koaksial ini mulai dari 5 MHZ sampai 2GHZ, mewakili beberapa bagian yang penting pada spektrum radio.
3.5 Perancangan Antena Modifikasi
Sub bab ini menjelaskan hal – hal yang perlu diperhitungkan dalam perancangan antena modifikasi yang meliputi perhitungan reflector antena, posisi
driven element.
3.5.1 Perhitungan Jarak Titik Kelengkungan Reflektor
Untuk mendapatkan antena yang bekerja pada frekuensi 2100 MHz, maka diperlukan suatu perhitungan jarak titik fokus terhadap reflektor antena. Nilai frekuensi yang diinginkan adalah 2100 MHz.
Reflektor yang digunakan berdiameter 80 cm, dengan menggunakan Persamaan 3.6 maka jarak titik fokus dapat dicari seperti dibawah ini:
d
F = jarak titik fokus dari pusat parabolik antena modifikasi
D = diameter
d = kedalaman
maka didapat jarak titik fokus sebagai berikut :
xliv 3.5.2 Perhitungan Driven Element
Antena yang akan dirancang di Tugas Akhir ini adalah antena modifikasi yang memiliki frekuensi kerja 2100 MHz . Untuk perancangan awal digunakan perhitungan panjang gelombang dengan menggunakan persamaan 2.1 didapatkan panjang gelombang dari antena yang akan dibuat adalah:
Setelah didapatkan panjang gelombang, maka selanjutnya adalah menghitung panjang driven element yang digunakan. Sebagaimana yang telah di jelaskan di atas yaitu pada Persamaan 3.4. Dengan menggunakan perhitungan tersebut di dapatkan panjang driven yang digunakan adalah 67,925 mm.
L = 0,5 x 0,95 x 143 67,925 mm
Antena modifikasi memiliki konektor yang terbuat dari kabel koaksial yang panjangnya ¼ yaitu 3.57 cm dan elemen ini digandeng dan panjang gandengan tersebut adalah ½ yaitu 7.15 cm.
3.5.3 Kabel Penghubung Yang Digunakan
Kabel penghubung yang digunakan pada antena ini yaitu kabel koaksial yang berjenis Yuri RG-6 HFB-NL 75 dengan panjang 30 meter. Selain harga kabel yang murah kabel ini juga sangat mudah di dapatkan di pasaran. Sedangkan ujung kabel yang di hubungkan ke modem harus di buat menjadi kumparan yang berfungsi sebagai induktor.
xlv 3.6 Komponen Antena Modifikasi
Komponen antena modifikasi terdiri atas perlengkapan dan peralatan. Berikut perlengkapan dan peralatan yang dibutuhkan dalam analisis pemanfaatan antena TV kabel.
3.6.1 Perlengkapan
Perlengkapan yang diperlukan dalam rancang bangun antena modifikasi antara lain:
Piringan Antena TV Berlangganan
Piringan antena TV berlangganan ini berfungsi sebagai pemantul gelombang sinyal. Piringan antena TV berlangganan ini terlihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Piringan Antena TV Berlangganan
Pipa Alumunium
Pipa alumunium ini berfungsi sebagai driven element pada pencatu. Panjang pipa alumunium driven element mempunyai panjang 35 cm dan diameter 0.5 cm. Dapat terlihat pada Gambar 3.6.
xlvi
Besi
Besi berfungsi sebagai mountingantena dan penyangga driven element. Besi yang digunakan untuk mounting berukuran 6 inci dan untuk penyangga
driven element berukuran 15.3 cm dan diameter 1 inci. Besi dirancang untuk dapat menyangga antena dan driven element. Gambar 3.7 memperlihatkan gambar besi yang digunakan
Gambar 3.7 Mounting Antena
Baut
Baut berfungsi sebagai pelekat antara antena dengan mounting. Baut yang akan digunakan berukuran 10 dan 12. Gambar 3.8 memeperlihatkan baut yang digunakan untuk perancangan antena.
Gambar 3.8 Baut
Kabel Koaksial
Kabel koaksial berfungsi sebagai penghubung antara antena dengan handphone. Kabel koaksial yang digunakan berukuran 75 dengan panjang 30 cm. Gambar 3.9 memperlihatkan kabel yang digunakan untuk perancangan antena.
xlvii
Gambar 3.9 Kabel Koaksial
Induktor
Induktor berfungsi sebagai penghasil induktansi pada modem. Indoktor ini di diletakkan pada ujung kebel koaksial. Gambar 3.10 memperlihatkan induktor yang dipakai dalam perancangan antena.
Gambar 3.10 Induktor
Tabel 3.1 berikut menunjukkan perlengkapan yang digunakan pada rancang bangun antena modifikasi beserta fungsinya.
Tabel 3.1 Perlengkapan Antena Modifikasi Perlengkapan Antena Modifikasi
No. Bahan Fungsi
1 Piringan Antena TV
berlangganan Sebagai reflector antena
2 Pipa alumunium Sebagai penyangga pencatu dan elemen
3 Besi Mounting antenna
4 Baut Sebagai pelekat
5 Kabel koaksial Sebagai penghubung
6 Induktor Penghasil induktansi pada modem
xlviii 3.7 Perakitan Antena Modifikasi
Sebelum proses perakitan dimulai, seluruh peralatan yang dibutuhkan sudah disiapkan. Ada dua tahap dalam perakitan antena modifikasi, meliputi pembuatan driven element antena, pembuatan reflektor antena.
3.7.1 Pembuatan Driven Element
Langkah kerja pembuatan driven element antena :
1. Potong pipa alumunium sesuai dengan ukuran yang telah di perhitungkan. 2. Lengkungkan pipa alumunium sampai terlihat terbagi dua dengan panjang
dan jarak yang telah di perhitungkan.
3. Letakkan pipa pada box dan ikat memakai baut.
4. Potong kabel koaksial dengan ukuran yang telah di perhitungkan. 5. Hubungkan kabel koaksial ke ujung-ujung pipa alumunium.
6. Baut box driven element ke pipa alumunium ditiang penyangga untuk di letakkan di reflektor.
Gambar 3.11 memperlihatkan gambar driven element yang telah dirakit.
Gambar 3.11 Modifikasi Driven Element Antena Modifikasi 3.7.2 Reflektor Antena
Reflektor antena yang digunakan adalah barang bekas dari provider televisi berlangganan, dimana pada skripsi ini menggunakan reflektor antena dari
xlix
provider televisi berlangganan berdiameter 80 cm. Gambar 3.12 memperlihatkan gambar driven element dan reflektor yang telah di hubungkan.
Gambar 3.12 Driven Element dan Reflektor Antena Modifikasi
l
BAB IV
PENGUJIAN ANTENA MODIFIKASI
4.1 Umum
Bab ini membahas pengujian parameter dari antena modifikasi yang dibuat dari antena TV kabel. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah antena modifikasi sudah dapat digunakan atau tidak. Pengukuran dan pengujian antena modifikasi meliputi :
1. Pengukuran pola radiasi 2. Pengukuran beamwidth
3. Pengukuran gain.
4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian
Pengukuran pola radiasi dilakukan untuk mengetahui bagaimanakah bentuk pola radiasi antena modifikasi. Selain itu yang paling penting adalah mengetahui apakah antena modifikasi telah sesuai dengan teori, yaitu didapatkan pola radiasi antena yang terarah. Pola radiasi suatu antena merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat radiasi antena pada medan jauh sebagai fungsi dari arah
Arah disini adalah memutar antena modifikasi dari posisi 0o sampai 360o. Untuk mengukur pola radiasi antena modifikasi, maka antena tersebut digunakan sebagai antena penerima, dengan bantuan laptop dan modem 3G pada frekuensi 2,1 GHz beserta kabel koaksial yang berguna untuk menghubungkan antara antena dengan modem yang diletakkan pada sisi laptop. Setelah Antena Modifikasi terhubung dengan laptop, maka level sinyal akan nampak di layar
li
laptop dengan bantuan Investigation 9.1.3 berupa sinyal dalam unit dB. Pada pengukuran ini antena pemancar menggunakan antena yang sudah dimodifikasi dengan frekuensi 2,1 GHz.
Persiapan pengujian antena meliputi persiapan peralatan dan modem pendukung. Peralatan yang disiapkan meliputi :
1. Reflektor Antena TV Kabel
Dalam pengukuran ini antena mutlak ada. Karena antena itu sendirilah yang akan diukur nilai-nilai yang telah ditentukan sebelumnya. Antena dalam hal ini adalah antena TV kabel yang memiliki reflector dengan diameter 80 cm.
Gambar 4.1 Reflektor Antena TV Kabel 2. Kabel Koaksial
Kabel koaksial berfungsi sebagai penghubung antara antena dan modem. Kabel koaksial sangat diperlukan karena antena akan diletakkan di luar ruangan (out door) pada posisi yang tinggi agar penerimaan sinyal tidak terhalang.
Gambar 4.2 Kabel Koaksial
lii 3. Modem
Modem digunakan sebagai media penerima sinyal. Modem yang digunakan adalah jenis modem GSM untuk 3G.
Gambar 4.3 Modem 3G 4. Laptop
Laptop/PC digunakan untuk melihat kualitas penerimaan sinyal yang didapat dari hasil pengukuran.
Gambar 4.4 Laptop 5. Tempat Peletakan Antena dan Busur
Tempat peletakan antena dibutuhkan agar antena dapat diputar sebesar sudut yang diinginkan pada pengukuran perolehan sinyal. Gambar 4.5 menunjukkan tempat peletakan yang telah dilengkapi dengan busur.
liii 4.3 Pengukuran Pola Radiasi
Sebelum melakukan pengukuran pola radiasi, hal yang harus dilakukan adalah menanyakan kepada pihak provider polarisasi antena pemancar. Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak pada proses pengukuran. Pengukuran pola radiasi antena dilakukan pada Departemen Teknik Elektro USU. Pada pengukuran ini posisi antena BTS Telkomsel yang akan dituju berada pada jarak ± 2,3 kilo meter.
Gambar. 4.6 Perkiraan Jarak Pengukuran ke BTS Dengan Menggunakan Google Earth
Peralatan yang digunakan pada pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah:
1. Antena modifikasi 2. Modem
3. Laptop
4. Tempat peletakan antena 5. Penggaris busur derajat 3600
liv
Langkah – langkah pengukuran pola radiasi yaitu dilakukan dengan cara sebagai berikut :
1. Rangkai semua peralatan seperti pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Rangkaian Pengukuran 2. Arahkan Antena Modifikasi ke BTS yang dituju.
Gambar 4.8 Pengarahan Antena Modifikasi ke BTS yang di Tuju 3. Buka program untuk melihat melihat level sinyal yang diterima. 4. Setelah terlihat status, putar antena setiap 100 searah jarum jam.
lv
Gambar 4.9 Arah Perputaran Antena Modifikasi 5. Simpan hasilnya.
Bila nilai level sinyal dari antena modifikasi setiap perputaran 10o telah didapat, langkah selanjutnya adalah dengan melakukan normalisasi dengan cara mengurangi nilai level sinyal yang didapat 10o dengan nilai level sinyal tertinggi yang didapat. Data hasil pengukuran serta normalisasi selengkapnya dapat dilihat pada bab lampiran.
Dari data yang diperoleh dapat dilihat bahwa pola radiasi antena modifikasi mengarah ke satu arah tertentu. Ini disebabkan karena level sinyal terbesar ada pada saat posisi antena 00. Pada posisi tersebut antena menerima sinyal secara maksimal. Karena pada posisi 00 antena tepat diarahan meenghadap 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.
lvi 4.4 Penghitungan Beamwidth
Beamwidth dapat dihitung dari lebar sudut pada main lobe yang memisahkan dua garis, dimana garis-garis tersebut mempunyai level -3 dB dari skala puncak pembacaan pola radiasi. Pola radiasi antena modifikasi ditunjukkan oleh Gambar 4.10.
Dari Gambar 4.10 dengan menggunakan Persamaan 2.9 dapat diambil 2 titik kurva yang memotong sumbu -3db. Dengan menggunakan sekala derajat, dihitung jarak antara kedua titik. Sehingga didapat untuk antena modifikasi besar
beamwidthnya 620.
Gambar 4.10 Beamwidth Antena Modifikasi 620
lvii 4.5 Pengukuran Gain
Gain adalah penguatan yang diberikan oleh antena yang dibandingkan dengan antena referensi. Gain total antena uji secara sederhana dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.3.
Jika diubah dalam satuan dB, maka hasilnya adalah:
GdB=10 log 308,58 =10 . 2,489 = 24,89 dB
Pengukuran gain dilakukan dengan membandingkan perolehan level sinyal maksimum yang diperoleh ketika menggunakan antena modifikasi dan dengan menggunakan modem saja. Pertama kali yang akan diukur adalah level sinyal maksimum yang diperoleh tanpa menggunakan antena modifikasi. Pengukuran gain antena dilakukan pada jarak ±2,3 km.
Langkah – langkah untuk mengetahui nilai level sinyal yang diperoleh adalah sebagai berikut :
1. Nyalakan Laptop.
2. Hubungkan modem dengan laptop 3. Hubungkan kabel koaksial ke modem. 4. Jalankan Program
5. Catat level sinyal yang diterima
Visualisasi pembacaan level sinyal yang diterima dengan menggunakan
modem ditunjukkan oleh Gambar 4.11 dan 4.12.
lviii
Gambar 4.11 Hasil Perolehan Sinyal Tanpa Menggunakan Antena Modifikasi
Dari Gambar 4.11 perhatikan status sinyal yang paling atas status yang terbaca merupakan semua pengukuran power. Dari Gambar 4.11 terlihat bahwa pembacaan level sinyal menunjukkan -88.57 dBm.
Gambar 4.12 Hasil Perolehan Sinyal Menggunakan Antena Modifikasi
Dari Gambar 4.12 terlihat bahwa perolehan sinyal dengan menggunakan antena dish yang diukur pada arah maksimumnya adalah sebesar -74.98 dBm. Dari data yang diperoleh maka dapat dihitung besar gain antena modifikasi dilokasi pengukuran pada lantai 4 Departemen Teknik Elektro USU dengan mengikuti Persamaan 3.3. Dimana gain modem sendiri adalah sebesar -3 dBi. Hasil pengukuran gain antena modifikasi yang dihitung berdasarkan Persamaan 2.6 ditunjukkan oleh Tabel 4.1.
Gt (dB) = (Pt(dBm) – Ps(dBm)) + Gs(dB)
lix 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.
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Gain Pada Lantai 4 Departemen Teknik Elektro. Antena
Modifikasi Pukul Pt Ps Gs Gt
D = 90 cm, 08.00 WIB -74,98 dBm -84,88 dBm 3 dBi 12,59 dBi d = 7 cm 12.00 WIB -75,88 dBm -88,57 dBm 3 dBi 15,69 dBi 18.00 WIB -73,98 dBm -84,47 dBm 3 dBi 13,49 dBi Terlihat pada Tabel 4.1 bahwa penguatan untuk antena modifikasi berpengaruh terhadap waktu, ini dikarenakan kelembapan udara yang sangat tinggi. Dapat disimpulkan bahwa antara gain pengukuran waktu pertama dengan gain pengukuran waktu kedua dan dengan gain pengukuran waktu ketiga tidak berbeda jauh.
lx BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari hasil yang telah diperoleh maka dapat ditarik kesimpulan :
1. Antena modifikasi dapat memberikan peningkatan sinyal sebesar 12,59 dBi pada Pukul 08.00 WIB, 15,69 dBi pada Pukul 12.00 WIB, 13.49 dBi pada Pukul 18.00. Hal ini juga menunjukkan bahwa memperpanjang diameter dan kedalam antena dish memberikan penambahan penguatan yang sangat besar dan ini juga dapat dipengaruhi oleh kelembapan udara.
2. Antena modifikasi memiliki polaradiasi terarah dengan beamwidth yang cukup sempit yaitu sebesar 620 agar mendapatkan level sinyal maksimal. 3. Pola radiasi nantena modifikasi mengarah ke satu arah tertentu. Ini disebabkan
karena level sinyal terbesar ada pada saat posisi antena 00. Pada posisi tersebut antena menerima sinyal secara maksimal.
5.1 Saran
Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada tugas akhir ini adalah: 1. Peningkatan keakuratan perhitungan dan keakuratan serta kerapian pada
perhitungan antena modifikasi.
2. Penggunaan software monitor wireless yang lebih presisi dan mudah dalam pembacaan nilai level sinyal yang diperoleh. Pemilihan bahan dan material pembuat antena yang lebih tepat serta penggunaan peralatan yang lebih diperhatikan kepresisiannya agar hasil yang diperoleh sesuai dengan perhitungan secara teoritis.
lxv
DAFTAR PUSTAKA
1. Kraus, John D., 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, hal 2, 23, 24. (A)
2. Utomo, Pramudi. 2008. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan: Jakarta, Hal 127,
3. Anonim. 30 April 2010. Karakter Antena. http://id.wikipedia.org/wiki/Antena_(radio)
4. Wowok. 2008. Antena Wireless Untuk Rakyat. Penerbit Andi: Yogyakarta. Hal 14 -16. 21, 79-80
5. Balanis, Constantine A. 2005. “Antena Theory – Analysis and Design”.
Third Edition. John Wiley & Sons Inc: New Jersey. Hal 28 6. Angga Timothy, 3 Maret 2010, Karakteristik Antena,
http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=12%3Aa ntena&id=267%3Akarakteristik-antena&option=com_content&Itemid=15. 7. Rahman, 6 April 2009, Link Budget VSAT Point-To-Point,
http://www.geocities.com/adoel5/BAB3.htm.
8. Adiyanto Molin. 2008 . “Pembuatan Antena Wajanbolic” ; Surabaya 9. Drs. Daryanto. 2011. “Pengetahuan Praktis Teknik Radio” ; Malang
lxi LAMPIRAN
lxii
lxiii
lxiv Lampiran fisik pengerjaaan
Gambar L.1 Memperlihatkan Pengarahan Antena Modifikasi
Gambar L.2 Memperlihatkan Pengambilan Data untuk Pengukuran Polaradiasi
Gambar L.3 Gambar Modifikasi Driven Element
