RANCANG BANGUN ANTENA YAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ

(1)

SKRIPSI

RANCANG BANGUN ANTENA

YAGI SEBAGAI

PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE

BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ

I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

(2)

ii

SKRIPSI

RANCANG BANGUN ANTENA

YAGI SEBAGAI

PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE

BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ

I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM 1204405001

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

(3)

iii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM : 1204405001

Tanda Tangan : ... Tanggal : ...

(4)

iv

RANCANG BANGUN ANTENAYAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ

Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas

Udayana

I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM 1204405001

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

(5)

v

LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

Nama : I Gusti Nyoman Dharmayana

NIM : 1204405001

Jurusan : Teknik Elektro

Judul Skripsi : Rancang Bangun Antena Yagi Sebagai Penguat Sinyal Modem 4G LTE Berdasarkan Frekuensi 1800 MHz

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer, Fakultas

Teknik, Universitas Udayana

DEWAN PENGUJI

Pembimbing I : I Putu Ardana, ST., MT. ( )

Pembimbing II : Dr. I Made Oka Widyantara, ST., MT. ( )

Penguji : I Gst. A. Komang Diafari Djuni H, ST., MT. ( )

Penguji : Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti,S.T.,M.Sc.,Ph.D ( )

Penguji : Dr. Nyoman Gunantara,ST., MT. ( )

Ditetapkan di : Bukit Jimbaran Tanggal : 2016

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer

WAYAN GEDE ARIASTINA NIP. 196904131994121001

(6)

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Pertama-tama, penulis panjatkan puja dan puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa karena atas asung kertha wara nugraha-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul “Rancang Bangun Antena Yagi Sebagai Penguat Sinyal Modem 4G LTE Berdasarkan Frekuensi 1800 MHz” ini dengan baik.

Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis mendapatkan petunjuk, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini, pertama-tama penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak I Putu Ardana, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Dr. I Made Oka Widyantara, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing II sekaligus sebagai Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah membimbing, mengarahkan, mendorong, membantu dan memberi semangat serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini

Selanjutnya penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk bergabung dalam civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Udayana. Tidak lupa penulis ucapkan terimakasih kepada Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana atas fasilitas dan kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti serta menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana. Serta kepada seluruh dosen pengajar di jurusan Teknik Elektro dan Komputer yang telah memberikan bimbingan, perhatian serta dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih sebagai bentuk penghargaan kepada Ajik, Biyang, Mayu dan Yudek serta seluruh keluarga besar penulis yang selalu memberikan dukungan moril, motivasi, dan materil serta membimbing sehingga penyusunan Skripsi ini dapat selesai dengan baik. Tidak

(7)

vii

lupa penulis ucapkan terimakasih kepada teman terdekat, sahabat, dan rekan-rekan Teknik Elektro dan Komputer yang sudah membantu dan memberikan dukungan penuh dalam suka maupun duka hingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang telah diberikan sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik, dan saran yang bersifat membangun dari dosen penguji dan pihak lainnya sangat hargai demi kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat dalam pengembangan IPTEK, serta menambah pengetahuan luas semua pihak.

Bukit Jimbaran, Juni 2016

(8)

viii

ABSTRAK

Antena merupakan perangkat yang memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem komunikasi tanpa kabel. Secara umum fungsi antena adalah sebagai pengubah gelombang yang dilewatkan pada saluran transmisi menjadi gelombang ruang bebas dan sebaliknya. Pada Skripsi ini penelitian yang dilakukan berupa perancangan antena Yagi sebagai penguat sinyal modem 4G LTE berdasarkan frekuensi 1800 MHz. Proses perancangan dibantu oleh software Yagi Calculator

meliputi perancangan direktor, driven dan reflektor dan pada proses uji kelayakan dibantu oleh software MMANA-GAL.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui parameter kelayakan suatu antena dalam memperkuat sinyal modem meliputi Impedansi, SWR dan peningkatan Gain dan juga penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performansi seperti RSSI, RSRP dan RSRQ dari modem Huawei E398 4G LTE sebelum menggunakan antena Yagi dan setelah menggunakan antena Yagi.

Hasil penelitian pada bagian uji kelayakan (feasibility test) antena

menggunakan simulasi software MMANA-GAL diperoleh Impedansi sebesar 180,2

– j29,4 Ω, SWR sebesar 1,2, peningkatan Gain sebesar 12,3 dBi, secara keseluruhan hasil dari simulasi menunjukkan bahwa antena yang dirancang sudah layak untuk diaplikasikan pada frekuensi 1800MHz.

Hasil penelitian pada bagian uji performansi (performance test) mendapatkan hasil yakni peningkatan rata-rata Signal strength sebesar 39%, RSSI sebesar 22,6 dBi, RSRP sebesar 21dBm, dan RSRQ sebesar 4,6dB.

(9)

ix

ABSTRACT

Antenna is a device that has a very important role in wireless communication system. In general, antenna function is as a modifier waves traveling through the transmission line into a wave of free space and vice versa. In this thesis research was done by designing Yagi antenna as a signal amplifier 4G LTE modem based on the frequency of 1800 MHz. Software design process is assisted by Yagi Calculator includes the design direktor, driven and reflector, and the due diligence process is assisted by software MMANA-GAL.

This study aims to determine the parameters of the feasibility of an antenna in strengthening modem signals include Impedance, SWR and increased gain and also this study aims to determine the performance such as Signal strength, RSSI, RSRP and RSRQ of modem Huawei E398 4G LTE before using a Yagi antenna and after use Yagi antennas.

The results of the study on the feasibility studies (feasibility test) antenna using simulation software MMANA-GAL obtained amounted to 180.2 Impedance - Ω j29,4, SWR of 1.2, an increase of 12.3 dBi gain, the overall results of the simulation show that designed antenna is feasible to be applied at a frequency of 1800MHz. Results of research on the performance test (performance test) matches the average increase Signal strength by 39%, RSSI 22,6 dBi, RSRP 21 dBm, and RSRQ of 4,6 dB.

(10)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL DEPAN ... i

HALAMAN SAMPUL DALAM ... ii

LEMBAR PENYATAAN ORISINALITAS ... iii

LEMBAR PERSYARATAN GELAR ... iv

LEMBAR PENGESAHAN ...v

UCAPAN TERIMA KASIH ... vi

ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

DAFTAR ISI ...x

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ...1 1.1Latar Belakang ...1 1.2Rumusan Masalah ...4 1.3Tujuan Penelitian ...4 1.4Manfaat Penelitian ...4 1.5Batasan Masalah...4 1.6Sistematika Penulisan ...5

BAB II KAJIAN PUSTAKA ...7

2.1Tinjauan Mutakhir ...7

2.2Tinjauan Pustaka ...9

2.2.1 Pengertian Antena ...9

2.2.2 Standar Spesifikasi Antena ...10

2.2.2.1Pola Radiasi...10

2.2.2.2Gain dan Directivitas ...11

2.2.2.3Polarisasi ...12

2.2.2.4Bandwidth ...13

(11)

xi

2.2.2.6SWR (Standing Wave Ratio)...16

2.2.3 Teknologi LTE ...18

2.2.3.1 Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) ……..………..19

2.2.3.2 Perbandingan Karakteristik LTE dengan UMTS/HSPA ..………....…. 20

2.2.4Parameter performansi LTE ………...….. 21

2.2.4.1 RSRP ……… 22

2.2.4.2 RSRQ ……… 22

2.2.4.3 RSSI ……….…… 23

2.2.4.4 KPI (Key Performance Indicator) ……… …24

2.2.5 AntenaYagi ...25 2.2.5.1Reflektor...26 2.2.5.2Driven...26 2.2.5.3Direktors...27 2.2.5.4Boom ...30 2.2.6 Kabel Koaksial ...30

2.2.7 Balun (BalanceUnbalance) ...31

2.2.8 Pigtail ...32

BAB III METODE PENELITIAN ...33

3.1Lokasi dan Waktu Penelitian ...33

3.2Sumber dan Jenis Data Penelitian ...33

3.2.1 Sumber Data ...33

3.2.2 Metode Pengumpulan Data ...33

3.3Alur Penelitian (Flowchart) ...34

3.4Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) ...37

3.5Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) ...37

3.6Desain Perangkat Lunak ...38

3.1Membangun antena Yagi ...41

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...57

(12)

xii

4.2Hasil Perancangan Antena Yagi Pada Frekuensi 1800MHz ...57

4.3Analisis Kinerja Antena Menggunakan Software MMANA-GAL ...60

4.3.1 Tahapan Analisisi Antena Menggunakan Software MMANA-GAL ...60

4.3.2 Analisa Kelayakan Hasil Dari Parameter-Parameter Antena ....66

4.3.2.1 Impedansi (Z) ...66

4.3.2.2 SWR (Standing Wave Ratio) ...68

4.3.2.3 Gain ...70

4.4Evaluasi Performansi Modem Menggunakan Antena Yagi ...72

4.4.1 Coverage 4G XL di Bali ...72

4.4.2 Pengujian di Daerah Pertama ...74

4.4.2.1 Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena ...74

4.4.3 Pengujian Di Daerah Kedua ...78

4.4.4 Pengujian di Daerah Ketiga ...82

4.4.5Analisa Peningkatan/Penurunan Performansi Antena Dari Ketiga Lokasi Pengujian ...86

BAB V PENUTUP ………93

5.1Simpulan ...93

5.2Saran ...93

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan VSWR Dengan Kehilangan Daya ... 17

Tabel 2.2 Evolusi Teknologi Telekomunikasi Selular ... 18

Tabel 2.3 Perhitungan elemen antena Yagi 5 elemen ... 29

Tabel 3.1 Kebutuhan Perangkat Lunak ... 37

Tabel 3.2 Kebutuhan Perangkat Keras ... 37

Tabel 4.1 Impedansi Pada Rentang Frekuensi 1780MHz – 1820MHz ... 67

Tabel 4.2 Gain Pada Rentang Frekuensi 1780MHz – 1820MHz … ………… 72

Tabel 4.3 Standar Kualitas Sinyal Pada RSSI ... 89

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Dasar Antena ... 9

Gambar 2.2 Bentuk Konsentrasi Energi... 11

Gambar 2.3 Pola Pancaran ... 12

Gambar 2.4 Polarisasi Linear ... 13

Gambar 2.5 Bandwidth Antena ... 14

Gambar 2.6 Evolusi 3GPP ... 18

Gambar 2.7 Orthogonal Frequensy Division Multiple Access ... 20

Gambar 2.8 RSRP Pada Bandwidth 5 MHz... 22

Gambar 2.9 Perhitungan RSRP ... 22

Gambar 2.10 Konsep RSRQ ... 23

Gambar 2.11 Ilustrasi Rake Receiver ... 24

Gambar 2.12 Kategori KPI (Key Performance Indicator) ... 24

Gambar 2.13 RF KPI Untuk LTE dan HSPA+ ... 25

Gambar 2.14 Susunan Reflektor Dan Driven ... 26

Gambar 2.15 Antena Dipole ... 27

Gambar 2.16 Penempatan Susunan Direktor ... 27

Gambar 2.17 Antena Yagi Uda 6 Elemen ... 28

Gambar 2.18 Penampang Koaksial ... 30

Gambar 2.19 Balun Untuk Folded Dipole ... 31

Gambar 2.20 Pigtail Connector ... 32

Gambar 3.1 Alur Penelitian... 34

Gambar 3.2 Desain Antena Yagi ... 39

Gambar 3.3 Pemotongan Pipa Aluminium Sepanjang 661mm ... 42

Gambar 3.4 Membuat Garis Panduan Pada Boom ... 43

Gambar 3.5 Screesnhoot Dari 4G LTE Datasheet ... 44

Gambar 3.6 Ilustrasi Dari Posisi Setiap Elemen Pada Boom ... 45

Gambar 3.7 Proses Menandai Setiap Posisi Elemen ... 46

Gambar 3.8 Bor Pada Masing-Masing Posisi Elemen ... 46

(15)

xv

Gambar 3.10 1 Elemen Reflektor dan 12 Elemen Direktor ... 48

Gambar 3.11 Menandai Titik Tengah Pada Masing-Masing Elemen ... 48

Gambar 3.12 Yagi Calculator Datasheet Untuk Kontruksi Dipole ... 49

Gambar 3.13 Kontruksi Antena Dipole ... 49

Gambar 3.14 Pemasangan Direktor Pada Boom ... 50

Gambar 3.15 Perakitan Dipole Pada Boom Antena Yagi ... 44

Gambar 3.16 Pemasangan Elemen Reflektor Pada Boom ... 45

Gambar 3.17 Datasheet Balun Pada Yagi Calculator untuk frekuensi 1800MHz .. 45 Gambar 3.18 Kontruksi Balun Pada Frekuensi 1800MHz ... 53

Gambar 3.19 Kontruksi Kabel Dari Modem Ke Antena... 47

Gambar 3.20 Koreksi Ulang Kontruksi Antena ... 55

Gambar 4.1 Elemen Yang Telah Terpasang Pada Antena Yagi ... 58

Gambar 4.2 Perangkat Pigtail Pada Modem ... 58

Gambar 4.3 Ilustrasi Antena Setelah Terpasang ... 59

Gambar 4.4 Menyimpan File Dari Yagi calculator ... 61

Gambar 4.5 Rancangan Antena Pada Software MMANA-GAL ... 62

Gambar 4.6 Rancangan Antena Secara Detail Pada Bagian Geometry ... 62

Gambar 4.7 Pengaturan Pada Menu Calculate Sebelum Memulai Perhitungan . 63 Gambar 4.8 Memulai Proses Pengukuran Parameter-Parameter Antena... 64

Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena dan Parameter-Parameter Antena ... 64

Gambar 4.10 Tampilan 3dimensi Dari Pola Radiasi Antena ... 65

Gambar 4.11 Parameter-Parameter Antena Secara Lebih Detail ... 65

Gambar 4.12 Grafik Impedansi Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz ... 67

Gambar 4.13 Grafik SWR Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz ... 68

Gambar 4.14 Grafik Gain dan Front Back Ratio Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz ... 71

Gambar 4.15 Cakupan Area 4G XL Di Bali ... 73

Gambar 4.16 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map ... 74

Gambar 4.17 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena ... 75

(16)

xvi

Gambar 4.19 RSSI Sebelum Menggunakan Antena ... 76

Gambar 4.20 RSSI Setelah Menggunakan Antena ... 76

Gambar 4.21 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena ... 77

Gambar 4.22 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena ... 77

Gambar 4.25 Signal strength Setelah Menggunakan Antena ... 79

Gambar 4.32 Signal strength Setelah Menggunakan Antena ... 83

Gambar 4.37 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Pertama ... 86

Gambar 4.38 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Kedua ... 87

(17)

xvii

DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH

BTS = Base Transceiver Station

3GPP = 3rd Generation Partnership Project

UHF = Ultra High Frequency

SWR = Standing Wave Ratio

RSSI = Received Signal strength Indicator

RSRP = Reference Signal Received Power

(18)