RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL UNTUK MEMPERKUAT SINYAL PADA JARINGAN CELLULAR MOBILE COMMUNICATION 1800 MHz

(1)

14

ATDS SAINTECH - Journal of Engineering

RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL UNTUK

MEMPERKUAT SINYAL PADA JARINGAN CELLULAR MOBILE

COMMUNICATION 1800 MHz

Ir. Arnold Pakpahan, MT1_{, Ir.Regina Sirait, MT}2_,

1_{(Teknik Elektro, Teknik ,Akademi Teknik Deli Serdang )}_{arnoldpakpahan@gmail.com} 2_{(Teknik Telekomunikasi ,Teknik Elektro , Politeknik Negeri Medan )}

reginasirait@gmail.

ABSTRAK

Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi memiliki peranan yang sangat penting dalam menyampaikan informasi. Mobile cellular atau telephone selular menjadi salah satu kebutuhan penting dalam terselenggaranya komunikasi yang baik. Cellular mobile dapat berfungsi maksimal apabila kualitas sinyal/daya terima dan pacar yang baik. Kualitas sinyal/daya terima dan pacar yang baik apabila jarak antara BTS dan Mobile Station dekat, tidak semua daerah atau wilayah yang jarak BTS nya dekat, untuk itu diperlukan antena eksternal supaya dapat memperkuat pancaran sinyal/daya terima yang dipancarkan oleh BTS. Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah merancang dan membuat sebuah antena helical dengan gain sebesar 11,15 dBi sehingga dapat beroperasi pada rentang frekuensi 1710 MHz – 1880 MHz dan juga sebagai antena eksternal pada handphone untuk memperkuat sinyal pada jaringan cellular mobile communication. Metode yang diterapkan pembuatan tugas akhir ini yaitu, tahap awal yang dilakukan adalah survey pasar dan menyesuaikan dengan spesifikasi yang diinginkan, lalu tahap selanjutnya yaitu proses desain dan pembuatan antena helical, selanjutnya tahap akhir adalah melakukan pengujian antena secara laboratorium dan lapangan untuk mengetahui performa antena yang telah dibuat. Antena helical yang dirancang pada tugas akhir ini dengan frekuensi kerja 1710MHz – 1880 MHz, diameter antena 5,32 cm, circumference 16,70 cm, panjang antena 41,15 cm dan dengan10 lilitan serta diameter ground planenya 12,525 cm yang akan digunakan pada cellular mobile dengan gain yang diharapkan sampai 11, 15 dBi dan setelah dilakukan pengujian diperoleh pada rentang frekuensi 1710 MHz – 1880 MHz diperoleh gain11,15 dBi, dan terjadi penurunan gain yaitu pada rentang frekuensi 1808MHz - 1884 MHz serta hasil sinyal yang diterima pada jaringan cellular mobile/handphone setelah dipasang antena helical sinyal terima pada cellular mobile/handphone menjadi lebih baik dan stabil.

Kata kunci : Antenna helical, Gain antena, Kuat sinyal terima I. Pendahuluan

Dewasa ini, kita mengetahui perkembangan teknologi informasi dan teknologi komunikasi memiliki peran yang sangat penting untuk menyampaikan informasi kepada masyarakat. Telepon seluler/mobile cellular menjadi kebutuhan penting dalam terselenggaranya komunikasi yang baik.

Mobile cellular dapat berfungsi maksimal apabila kualitas sinyal/daya terima dan pancar yang baik. Kualitas sinyal/daya terima dan pancar yang baik pada mobile station/handphone apabila jarak antara Base Transceiver station dan Mobile Station

(2)

15

dekat. Namun ada beberapa daerah yang jarak antara Base Transceiver station dan Mobile Station nya sangat jauh sehingga kuat sinyal/daya terima dan pancar pada mobile station/handphone sangat buruk, untuk itu dibutuhkan peranan antena eksternal sebagai pendukung. Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk digunakan sebagai pemancar atau penerima gelombang elektromagnetik yang merambat diudara. Antena helical adalah suatu antena yang terdiri dari conducting wire yang dililitkan pada media penyangga berbentuk helical. Antena helical juga dapat digambarkan sebagai sebuah pegas dengan reflector. Karena antena helical memiliki struktrur geometri yang mirip dengan pegas, maka untuk pembuatan antena helical tidaklah rumit dan tidak membutuhkan terlalu banyak biaya. Antena helical ini sangat bagus digunakan di daerah yang kualitas sinyal/daya terima dan pancar pada mobile station/handphone yang tidak terlalu baik.

Antena helical ini digunakan sebagai antena eksternal pada cellular mobile. Handphone atau cellular mobile memiliki antena internal yang berfungsi untuk menerima dan memancarkan sinyal dari BTS. Namun handphone atau cellular mobile memiliki gain antena internal yang sangat kecil yaitu antara -3 dB sampai dengan 0 dB (Alsmadi, Nazem, dan Saif, Khalid, 2015). Sehingga untuk memperkuat sinyal/daya terima dan pancar pada handphone diperlukan antena eksternal sebagai pendukung.

II. Studi Pustaka

Berdasarkan penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Eko Puji Utomo Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Tanjungpura merancang antena helical pada frekuensi 1800 MHz untuk memperkuat penerimaan sinyal GSM. Dari hasil penelitian tersebut penggunaan antena helical berpengaruh signifikan terhadap perubahan signal, dimana pada antena memberikan peningkatan sinyal GSM sebesar 15 dB pada pagi hari, 31 dB pada siang hari dan 13 dB pada sore hari dengan jarak ± 2,90 km dan pada arah 147,62 ⁰ (Utomo,2015).

Penelitian lain dari Aji Diode Prasetyo menjelaskan mengenai rancangan antena yagi dengan menggunakan MMANA - GAL untuk memperkuat sinyal GSM pada frekuensi 1800 MHz, pada penelitiannya untuk mengetahui parameter – parameter kelayakan suatu antena dalam memperkuat sinyal modem, parameter QOS (Quality of Service), pengujian dari penelitiannya tersebut dilakukan disuatu lokasi dan ketinggian yang berbeda yaitu 10 m, 15 m, dan 20 m, dengan sudut 10 ⁰ , 15 ⁰ , dan 20 ⁰ yang diatur searah jarum jam dan hasil yang diperoleh pada setiap pengujian sudut 15 ⁰ dikatakan baik dibandikan dengan sudut 10 ⁰ dan 20 ⁰ (Aji Diode Prasetyo,2019).

III. Metode Penelitian 3.1 Perancangan antena

Dalam perancangan antena helical, dibutuhkan perhitungan untuk memperoleh ukuran dari antena yang akan dirancang. Maka langkah – langkah untuk perancangan yaitu dengan menetukan frekuensi lower (𝑓_𝑚𝑖𝑛), frekuensi upper (𝑓_𝑚𝑎𝑥), panjang gelombang (λ), diameter antenna(D),panjang satu lilitan(L), jarak antar satu lilitan (S), panjang antena helical (A).

(3)

16

Gambar 1. Hasil perancangan antena Helical

Langkah – langkah perhitungan :

-Menentukan frekuensi kerja yang diinginkan atau frekuensi center (𝑓_𝑐), dengan ditentukan 𝑓_𝑚𝑖𝑛 dan 𝑓_𝑚𝑎𝑥

𝑓_𝑚𝑖𝑛 = 1710 MHz 𝑓_𝑚𝑎𝑥 = 1880 MHz

Maka frekuensi centernya (𝑓_𝑐) atau frekuensi kerja yang diinginkan adalah 𝑓_𝑐 = 𝑓𝑚𝑖𝑛+𝑓𝑚𝑎𝑥 2 𝑓𝑐 = 1710+1880 2 𝑓_𝑐 = 1795 MHz

-Menghitung panjang gelombang (λ), dimana panjang gelombang merupakan perbandingan kecepatan cahaya dengan frekuensi kerja yang diinginkan.

λ= 𝑐

𝑓= 3 .108

1795.106 =0.1670 m λ=16,70 cm

-Menghitung diameter antena (D) D = λ

π = 16,70

3,14 = 5,32 cm

Menghitung circumference(keliling) Antena Helical (C) Dalam perancangan ini 𝐶𝜆 = 1. 𝐶𝜆 =

𝐶 𝜆 = 1

(4)

17

Maka C = λ

C = π x D = 3,14 x 5,32 = 16,70 cm

Pitch angle (𝛼)

Untuk sudut pitch angle antenna helical dapat dihitung dengan persamaan: 𝛼 = 𝑡𝑎𝑛−1(𝑆

𝜆) 𝛼 = 𝑡𝑎𝑛−1₍4,175

16,70) 𝛼 = 14,03°

Menghitung jarak antara lilitan (S) S = tan 14, 03° × C

S = 0,25 x C = 0,25 x 16,70 S = 4.175 cm

Menghitung panjang satu lilitan (L) Cos 𝛼 = 𝐶 𝐿 L = 𝐶 cos 𝛼 L = 16,70 𝑐𝑚 cos 14° L = 16,70 𝑐𝑚 0.97 L = 17,21 cm

Menghitung total panjangantena helical (axial length) (A) A = n x S

A = 10 x 4.175 cm A = 41,15 cm

Menghitung diameter ground plane (𝑅𝑔_𝑝) 𝑅𝑔_𝑝 = ¾ λ

𝑅𝑔𝑝 = 12,525 cm

(5)

18

Pada perancangan ini digunakan 10 lilitan, maka panjang kawat: n× 𝐿

10 × 17,21 = 172,1 cm Impedansi antenna (Z)

Untuk menghitung impedansi dari antenna helical yang dirancang digunakan persamaan : Impedansi masukan 𝑍_𝑖 = 150 √𝐶𝜆 𝑍_𝑖 = 150 1 = 150 Ω Impedansi penyesuai 𝑍_𝑀𝐼 = √150 × 75 𝑍_𝑀𝐼 = 106,066 Ω

Dari perhitungan impedansi antenna ini, maka diperlukan matching impedansi agar impedansi antenna sesuai dengan impedansi saluran transmisi saluran sebesar 75 Ω. GainG = 10,79+ 10 log{ [𝐶 𝜆] 2 × 𝑛 × [𝑆 𝜆]} G = 10,79 + l0 log { (16,70 16,70) 2 × 10 × (4,175 16,70)} G = 10,79 + 10 log (2,5) G = 10,79 + 3,97 G = 14,76 dBi

3.2. Bahan yang diperlukan

Pipa/paralon

Kawat tembaga tunggal Papan pcb

Kabel coaxial

- Pipa paralon dipotong menggunakan gergaji seperti pada gambar 1 sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan.

(6)

19

Gambar 2. pemotongan pipa paralon dengan gergaji

- Kabel tembaga tunggal sesuai dengan ukuran panjang kawat yang telah dihitung

Gambar 3. mengupas kabel tembaga dengan cutter

(7)

20

Gambar 5. Antena Helical.

IV. Hasil dan Pembahasan

Tabel hasil pengukuran gain antena versus frekuensi antena secara Laboratorium

Tabel 1. pengukuran gain versus frekuensi Frekuensi (MHz) Daya terima oleh

antena undertest 𝑃1 (dBm)

Daya terima oleh antena referensi

𝑃2 (dBm)

Gain antena (dBi)

1698 -49 10,61 1711 -50 9,66 1720 -49 10,74 1751 -49 10,92 1770 -51 8,95 1800 -49 -58 11,15 1808 -53 7,16 1836 -50 10,27 1852 -54 6,38 1880 -55 5,51 1884 -57 3,53

(8)

21

Gambar 6. grafik gain versus frekuen

Tabel pengukuran pola radiasi antena pada frekuensi 1800 MHz sebelum dipasang antena helical.

Sudut antena (⁰) Daya terima (dBm)

0 -72 10 -74 20 -75 30 -77 40 -78 50 -80 60 -85 70 -88 80 -88 90 -89 100 -91 110 -91 120 -95 130 -95 140 -94 150 -93 160 -93 170 -91 180 -91 190 -91 200 -88 210 -94

(9)

22

220 -94 230 -95 240 -95 250 -95 260 -91 270 -88 280 -87 290 -84 300 -84 310 -81 320 -81 330 -79 340 -76 350 -76

Tabel 3. Pengukuran pola radiasi antena pada frekuensi 1800 MHz setelah dipasang antena helical.

Sudut (derajat) Daya terima (dBm)

0 -49 10 -50 20 -53 30 -55 40 -55 50 -55 60 -53 70 -51 80 -55 90 -57 100 -57 110 -61 120 -58 130 -55 140 -54 150 -53 150 -51 170 -54 180 -55 190 -57 200 -59 210 -59

(10)

23

220 -59 230 -57 240 -56 250 -55 260 -54 270 -54 280 -50 290 -58 300 -57 310 -55 320 -53 330 -54 340 -52 350 -51

Dari hasil pengukuran diatas digambarkan pola radiasi antena sebelum dan sesudah dipasang antenna Helical sebagai berikut:

(11)

24

Gambar 7. Pola radiasi pada frekuensi 1800 MHz sebelum dan sesudah dipasang antena helical

Besar gain yang diperoleh pada antena helical yang sudah dirancang sesuai dengan pengujian yang dilakukan dimana jarak (r) antara antena penerima dengan antena pemancar adalah 4 m, dan besar gain antena referensi adalah 2,15 dBi. Daya terima antena referensi 𝑃_{2𝑟𝑒𝑓}= - 58 dBm.

V. KESIMPULAN

Dari hasil desain dan pembuatan antena helical pada tugas akhir ini dapat disimpulkan bahwa :

1. Sudah didesain dan dibuat sebuah prototipe antena helical yang mempunyai gain terbesar sebesar 11,15 dBi, gain terkecil adalah 8,95 dBi dan gain rata sebesar 10,3dBi pada rentang frekuensi 1711 – 1800 MHz.

2. Sudah didesain dan dibuat sebuah prototipe antena helical yang mempunyai pola radiasi rata-rata -86,64dBm sebelum dipasang antenna dan mempunyai pola radiasi rata-rata -54,75sdBm setelah dipasang antenna.

DAFTAR PUSTAKA

Alaydrus, Mudrik, 2011, Antena Prinsip & Aplikasi,Jakarta: Graha Ilmu

Alsmadi, Nazem., dan Saif, Khalid, 2015, Mobile Phone Antena Design, Blekinge Institute of Tecnology Kariskrona, Sweden, Page 23-26.

Balanis, Constantine A., 2005. Antenna Theory Analysis and Design, Third Edition, A Jhon Wiley & Sons, Inc, Page 566-594.

(12)

25

https://julitra.wordpress.com/2009/01/24/melihat-kembali-alokasi-frekuensi-operator-gsm/ diakses 19 mei 2020

Muchammad laiq, 07 Juli 2011. Antena directional dan Omnidirectional.

http://mlaiq.blogspot.com/2011/07/antenna-directional-omnidirectional.html diakses 28 juli 2020

Prasetyo, Aji diode., Purnawan, Pebby Wahyu, (2019), Rancang Bangun Antena Yagi

dengan Menggunakan MMANA- GAL untuk Penguat Sinyal GSM Frekuensi 1800 MHZ,

Universitas Budi Luhur Jakarta, Indonesia, hal 509-517.

Utomo, E.P.,Imansyah,F.,Suryadi,D.,Studi,P., (2015), Rancang Bangun Antena Helical