PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE
BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ
I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
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
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 : ...
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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
2.2.7 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
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
4.4.3.1 Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena ...79
4.4.4 Pengujian di Daerah Ketiga ...82
4.4.4.1 Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena ...83
4.4.5Analisa Peningkatan/Penurunan Performansi Antena Dari Ketiga Lokasi Pengujian ...86
BAB V PENUTUP ………93
5.1Simpulan ...93
5.2Saran ...93
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
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
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
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 4.23 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map ... 78
Gambar 4.24 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena ... 79
Gambar 4.25 Signal strength Setelah Menggunakan Antena ... 79
Gambar 4.26 RSSI Sebelum Menggunakan Antena ... 80
Gambar 4.27 RSSI Setelah Menggunakan Antena ... 80
Gambar 4.28 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena ... 81
Gambar 4.29 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena ... 81
Gambar 4.30 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map ... 82
Gambar 4.31 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena ... 83
Gambar 4.32 Signal strength Setelah Menggunakan Antena ... 83
Gambar 4.33 RSSI Sebelum Menggunakan Antena ... 84
Gambar 4.34 RSSI Setelah Menggunakan Antena ... 84
Gambar 4.35 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena ... 85
Gambar 4.36 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena ... 85
Gambar 4.37 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Pertama ... 86
Gambar 4.38 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Kedua ... 87
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
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di era globalisasi ini perananan teknologi informasi sangat besar dan penting
untuk menyampaikan informasi pada masyarakat, sehingga tidak dapat diabaikan
begitu saja. Internet merupakan salah satu media yang dapat menyampaikan
informasi kepada masyarakat luas, oleh karena itu teknologi internet pun
berkembang dengan pesat baik dari segi teknologi maupun bisnis. Perkembangan
teknologi internet tidak dapat dipisahkan dari perkembangan teknologi telepon
seluler, dapat dilihat perkembangan teknologi komunikasi telepon seluler saat ini
sudah sampai tahap keempat yang biasa dikenal dengan sebutan 4G. 4G merupakan
pengembangan dari teknologi 3G dan 2G. Sistem 4G menyediakan jaringan pita
lebar ultra untuk berbagai perlengkapan elektronik seperti telepon pintar dan laptop
menggunakan modem USB. Terdapat dua kandidat standar untuk 4G yang
dikomersilkan di dunia yaitu standar WiMAX (Korea Selatan) dan standar Long Term Evolution (LTE) (Swedia). Di Indonesia standar LTE yang secara umum digunakan oleh berbagai operator telekomunikasi.
Indonesia memang masih terus-menerus membangun infrastruktur 4G secara
perlahan baik oleh pemerintah maupun operator telekomunikasi, para vendor pun
tidak kalah sibuknya menyapa kehadiran 4G LTE di Indonesia. Smartphone yang mendukung 4G LTE pun kian banyak diproduksi dengan spesifikasi dan harga yang
beragam. Namun, tidak meratanya insratruktur 4G LTE di Indonesia menjadi
kendala utama bagi masyarakat yang ingin mengakses internet broadband
berkecepatan tinggi, khususnya bagi pengguna di kota-kota kecil.
Pengguna di kota-kota kecil dan lokasi pedesaan pada umumnya hanya
bergantung pada layanan seluler sebagai satu-satunya sumber internet broadband. Sayangnya, berada di pedesaan juga sering berarti cukup jauh dari menara sel (BTS)
2
lainnya. Dalam situasi ini, antena eksternal yang dirancang khusus untuk bekerja
pada frekuensi tertentu dapat menjadi sebuah solusi yang membuat perbedaan
antara memiliki koneksi yang lambat dan tidak dapat diandalkan dan memiliki
koneksi yang cepat dan stabil. Antena eksternal yang dapat digunakan adalah
antena jenis Yagi. Antena ini dapat digunakan karena bekerja pada frekuensi UHF
(Ultra High Frequency) yakni 300 MHz sampai 3 GHz dimana frekuensi 4G LTE di Bali berada pada frekuensi 1800MHz.
Antena Yagi sangat direkomendasikan karena sifatnya yang directional yang berarti arah pancarannya terfokus, sifat ini sangat berguna karena pada saat sinyal
modem diperkuat maka antena hanya diarahkan pada 1 titik BTS saja. Beberapa
penelitian telah dilakukan dalam perancangan dan pembuatan antena Yagi salah
satunya disusun oleh Ivan Nurizal Sakti (2013) yang meneliti tentang bagaimana
memodifikasi antena televisi jenis Yagi agar bisa bekerja pada frekuensi 800 MHz
(frekuensi CDMA). Penelitian ini menunjukkan bahwa antena televisi jenis Yagi
dapat dimodifikasi menjadi antena penguat modem dengan cara memodifikasi
bagian driven dan reflektor. Modifikasi dalam penelitian ini menunjukkan
parameter yang dihasilkan dari simulasi adalah impedansi 237 + j54,034 Ω dan
pengukuran SWR sebesar 1,27. Hasil monitoring pengujian antena terjadi
penguatan pada modem kurang lebih sebesar 20-30 dBm. Penelitian kedua disusun
oleh Firdaus, dkk (2012) yang meneliti penguatan sinyal GSM dengan
menggunakan antena Yagi 14 elemen. Frekuensi yang digunakan adalah 900MHz.
Objek penelitian yang digunakan disini adalah sebuah handphone. Bahan yang digunakan dalam perancangan ini adalah aluminium dan tembaga karena harga
tergolong terjangkau dan bahannya yang mudah didapatkan. Penelitian ketiga
merupakan penelitian yang menjadi acuan dalam hal penentuan bagus tidaknya
nilai SWR yang didapatkan setelah rancangan antena disimulasikan, penelitian ini
berjudul Perancangan Dan Implementasi Antena Yagi 2.4 GHz Pada Aplikasi WIFI
(Wireless Fidelity) yang ditulis oleh Budi Pratama, Lita Lidyawati, Arsyad Ramadhan D yang pada penelitiannya mendapatkan nilai SWR sebesar 1,25 dan
RSSI diambil dari sebuah paper yang ditulis oleh Joe Bardwell dalam papernya
yang berjudul Converting Signal strength Percentage to dBm Values, didalam paper terdapat beberapa pengertian dan standarisasi dari RSSI yang dapat dijadikan
acuan dalam pembuatan tabel “Kondisi Kuat Sinyal”. Berikutnya dalam hal
performansi RSRP dan RSRQ diambil dari sebuah paper yang ditulis oleh Farhana
Afroz, Ramprasad Subramanian, Roshanak Heidary, Kumbesan Sandrasegaran dan
Solaiman Ahmed dalam papernya yang berjudul SINR, RSRP, RSSI and RSRQ Measurements In Long Term Evolution Networks, didalam paper terdapat acuan dalam membuat tabel KPI (Key Performance Indicator) yang merupakan tabel yang menyatakan bahwa setiap nilai RSRP dan RSRQ memiliki kondisi yang
berbeda-beda dilapangan seperti contoh nilai RSRP maksimum berada pada nilai -66,1dBm
yang berarti kekuatan sinyal berada pada kondisi terbaik (excellent condition) dan nilai RSRP minimum berada pada nilai -125 dBm yang berarti kekuatan sinyal
berada pada kondisi terendah/hampir tidak ada sinyal (unmeasured). Sama halnya seperti RSRP, dalam paper tersebut nilai RSRQ dibatasi oleh nilai maksimum -1,9
dBm dan maksimum pada nilai -15 dBm.
Mengacu pada dasar teori dan penelitian-penelitian yang telah dilakukan maka
memungkinkan merancang dan membangun antenaYagi untuk memperkuat sinyal
modem untuk penggunaan 4G (pada frekuensi 1800MHz di Bali) sehingga
permasalahan masyarakat yang jauh dari kota ataupun berada dikota yang belum
tercover 4G pun bisa menikmati kenyamanan mengakses internet berkecepatan
tinggi. Nantinya pembuatan antena Yagi ini menggunakan bahan-bahan yang
mudah didapatkan yakni tembaga dan aluminium, ini dimaksudkan agar
masyarakat luas juga dapat membuat sendiri antena ini sehingga selain menghemat
biaya juga akan menambah wawasan dan menjadikan kita lebih kreatif. Oleh karena
itu penelitian ini berjudul “Rancang Bangun AntenaYagi Sebagai Penguat Sinyal Modem 4G LTE Berdasarkan Frekuensi 1800MHz”.
Dalam merancang dan membangun antena Yagi ini nantinya menggunakan
4
MMANA-GAL yang merupakan perangkat lunak yang digunakan dalam simulasi
antena dan yang terakhir adalah software MDMA dan QXDM yang digunakan untuk mengukur kuat sinyal yang diterima modem sebelum ataupun sesudah
memakai antena
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, permasalahan yang akan dikaji dalam
penelitian ini adalah :
1. Bagaimana cara merancang dan membangun antena Yagi agar dapat
bekerja pada frekuensi 1800MHz?
2. Bagaimana cara merancang dan membangun antena Yagi agar dapat
memperkuat sinyal modem 4G LTE?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah tersebut, tujuan dari penelitian yang akan
dilakukan ini adalah merancang dan membangun antena Yagi untuk
memperkuat sinyal modem 4G LTE yang bekerja pada frekuensi 1800 MHz
sebagai frekuensi 4G LTE resmi di Bali.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Sebagai solusi yang cukup baik bagi pengguna modem yang belum
tercover sinyal 4G
2. Sebagai alternatif yang baik untuk pemerataan internet di Indonesia
1.5 Batasan Masalah
Adapun beberapa batasan analisis yang digunakan untuk menyelesaikan
masalah dalam penelitian ini, antara lain :
1. Frekuensi kerja yang digunakan adalah 1800 MHz
2. Bahan Antena adalah tembaga dan aluminium
3. Objek penelitian adalah modem Huawei E398 dengan Chipset Qualcomm
4. Menggunakan kabel LMR200 50 Ohm
5. Penguatan menggunakan sistem pigtail
6. Pengujian dilakukan meliputi proses sebagai berikut :
Simulasi kelayakan rancangan antena menggunakan software
MMANA-GAL
Uji performansi pada 3 lokasi Menggunakan provider XL
7. Alat ukur dalam hal uji kelayakan menggunakan software simulasi bernama MMANA-GAL, hasil yang diukur adalah adalah Impedansi,
SWR, dan Gain
8. Uji kelayakan antena hanya menggunakan simulasi software
9. Hasil yang diukur pada uji performansi pada 3 lokasi yang berbeda adalah
Signal strength, RSSI, RSRP dan RSRQ
10. Perancangan ini dilakukan dengan software Yagi Calculator, MMANA-GAL, MDMA, QPST dan QXDM
11. Pengujian dilakukan setelah antena selesai
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Pada Bab ini, diuraikan secara singkat mengenai gambaran umum
mengenai pokok-pokok pembahasan dan gambaran tentang penyajian,
yang terdiri dari atas latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada Bab ini berisi tentang pemaparan dan kajian kepustakaan yang
berisikan uraian tentang teori dasar yang berhubungan dengan
permasalahan yang akan dibahas meliputi Pengertian antena, jenis-jenis
6
BAB III METODE PENELITIAN
Pada Bab ini, dijelaskan mengenai tempat dan waktu penelitian, sumber
data, jenis data, prosedur penelitian, alur analisis data, dan dilengkapi
dengan perancangan dan desain dari model simulasi dari perancangan
antenaYagi agar bisa bekerja pada frekuensi 1800MHz.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Bab ini, dijelaskan tentang hasil dari perancangan antena Yagi,
hasil uji kelayakan perancangan menggunakan software MMANA-GAL, kemudian dijelaskan mengenai hasil uji performansi pada 3 lokasi yang
berbeda yang pada masing-masing lokasi diuji oleh 4 parameter yakni
Signal strength, RSSI, RSRP, dan RSRQ sehingga dapat dilihat peningkatan kualitas sinyal sebelum dan sesudah menggunakan antena
Yagi.
BAB V PENUTUP
Pada bab ini, dijelaskan mengenai simpulan dari seluruh pembahasan dan
hasil dari Bab IV. Pada bab ini juga akan berisi saran dari penulis untuk
7
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Mutakhir
Terdapat beberapa penelitian yang membahas masalah tentang pemanfaatan
antenaYagi sebagai penguat sinyal modem. Sebagian besar hasil penelitian yang
dilakukan menunjukkan bahwa antenaYagi yang dirancang pada frekuensi tertentu
dapat memperkuat sinyal modem baik CDMA maupun GSM. Penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut dijadikan sebagai acuan yang tentunya sangat
mendukung dalam penyelesaian tugas akhir ini. Adapun beberapa penelitian
tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut :
Modifikasi Antena Televisi Jenis Yagi Sebagai Penguat Sinyal Modem Menggunakan Sistem Induksi. Penelitian ini disusun oleh Ivan Nurizal Sakti pada tahun 2013. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan
memodifikasi antena televisi Yagi sehingga bisa bekerja pada frekuensi 800MHz.
Penelitian ini menunjukkan bahwa antena televisi jenis Yagi dapat dimodifikasi
menjadi antena penguat modem dengan cara memodifikasi bagian driven dan reflektorsehingga dapat bekerja pada frekuensi 800 MHz sebagai penguat modem
CDMA. Modifikasi dalam penelitian ini menunjukkan parameter yang dihasilkan
dari simulasi adalah impedansi 237 + j54,034 Ω dan pengukuran SWR sebesar 1,27.
Hasil monitoring pengujian antena terjadi penguatan pada modem kurang lebih
sebesar 20-30 dBm.
Penguatan Sinyal Global Sistem For Mobile Communication (Gsm) Menggunakan AntenaYagi 14 Elemen. Penelitian ini disusun oleh Firdaus, Ratna Dewi, Rikki Vitria, Lifwarda yang merupakan Staf Pengajar Jurusan TeknikElektro
Politeknik Negeri Padang pada tahun 2012. Metode yang digunakan pada penelitian
ini adalah merancang antenaYagi 14 elemen sebagai penguat sinyal handphone.
Frekuensi handphone yang akan dikuatkan adalah frekuensi downlink GSM900 (935 MHz-960MHz). bahan yang digunakan dalam perancangan ini adalah
aluminium karena harga tergolong terjangkau dan bahannya yang mudah
indoor, pemancar dengan antena folded, dan sebagai antena penerima
adalah antena dipole ½ λ dan antenaYagi. Kedua pengukuran outdoor, pemancar
dengan BTS, dan sebagai antena penerima adalah antena dipole dan antenaYagi.
Hasil Pada pengukuran gain antena, nilai gain antenaYagi dengan pemancar antena
folded sebesar 16 dB, sedangkan dengan pemancar BTS gain antenaYagi sebesar
12 dB. Hasil pengukuran dengan pemancar antena folded lebih besar dari pada
menggunakan pemancar BTS. Hal ini disebabkan karena pada pengukuran jarak
antara antena pemancar dengan antena penerima berbeda.
Perancangan Dan Realisasi Antena Mimo Berbasis Mikrostrip Pada Frekuensi 2,6 Ghz Untuk Aplikasi LTE. Penelitian ini disusun oleh Bagus Widianto, Bambang Setia Nugroho, Dr Yuyu Wahyu Ir. Pada tahun 2012. Pada penelitian ini,
MIMO yang dirancang menggunakan multiple antena pada pengirim dan penerima guna untuk meningkatkan kualitas dan kapasitas pelayanan. Frekuensi kerja berada
di 2,6 GHz – 2,7 GHz yang merupakan frekuensi yang dipakai untuk aplikasi LTE.
MIMO yang dirancang memiliki dua penampang antena mikrostrip yang tersusun.
Di dalam perancangan ini dijelaskan beberapa parameter diantaranya gain, VSWR,
bandwidth, pola radiasi, polarisasi dan yang lainnya. Namun ada parameter lain dalam antena MIMO yakni mutual coupling. Oleh karena itu MIMO yang telah
dirancang kompatibel terhadap teknologi LTE. Hasil penelitian ini menghasilkan
Impedansi yang sudah cukup memenuhi spesifikasi awal yaitu pada antena sebesar
55,647 ohm dan antena dua sebesar 44,969 ohm dari perancangan awal sebesar 50
ohm. Return loss antena pertama sebesar 14,937 dB dan antena kedua sebesar -21,2dB sudah cukup baik bagi antena, dimana return loss yang baik ialah diatas -20 dB. Semakin kecil koefisien pantul semakin besar return loss. Mutual coupling
kedua antena sesuai dengan spesifikasi awal yakni sekitar -20 dB. Mutual coupling
menyebabkan tidak semua gelombang dipancarkan ke ruang bebas, melainkan ada
yang diterima oleh elemen patch sebelahnya. Gain yang didapat sebesar 2,17 dBi
untuk antena pertama dan 2,152 dBi untuk antena kedua. Gain ini sudah cukup
9
2.2 Tinjauan Pustaka
2.2.1 Pengertian Antena dan Jenis-Jenis Antena
Antena merupakan komponen penting dalam suatu sistem telekomunikasi.
Antena adalah struktur transisi antara saluran transmisi dengan ruang bebas yang
mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi (sinyal listrik) menjadi
sinyal elektromagnetik lalu meradiasikannya (pelepasan energi elektromagnetik ke
udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena juga dapat berfungsi untuk menerima
sinyal elektromagnetik (penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas) dan
mengubahnya menjadi sinyal listrik. Diagram dasar antenna dapat dilihat pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Diagram Dasar Antena
Sumber : Alaydrus (2011: 2)
Basuki (1998: 2) mengungkapkan bahwa kriteria antena yang baik adalah:
a. Mempunyai efisiensi pancaran yang baik ( di atas 50 %).
b. Mempunyai impedansi input yang sesuai (matched) dengan impedansi
karakteristik kabel pencatunya (SWR < 2).
c. Dapat meradiasikan dan menerima energi gelombang radio dengan arah dan
polarisasi yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan.
d. Sistim mekaniknya kuat.
2.2.2 Standar spesifikasi antena
Dalam standar pengaplikasian antena untuk penguatan sinyal modem LTE
tidak ada ketentuan khusus dalam spesifikasi yang harus dibuat. Tetapi dalam
berbagai pemasaran antena, sudah banyak beredar spesifikasi yang diberikan oleh
berbagai industri antena. Berikut spesifikasi yang ada :
2.2.2.1Pola radiasi
Pola radiasi merupakan besaran yang menentukan ke arah sudut mana
sebuah antena memancarkan energinya. Dihitung pada medan jauh dengan jarak
yang konstan ke antena, dan divariasikan terhadap sudut ϑ (theta) dan φ (phi). Lalu
bisa dibedakan antena yang mempunyai sifat pancar isotrop, omnidireksional, dan
direksional.
Antena omnidirectional yaitu jenis antena yang memiliki pola pancaran
sinyal ke segala arah dengan daya sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang
luas, gain dari antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara
horizontal (mendatar,dengan mengabaikan pola pemancaran ke atas dan ke
bawah,sehingga antean dapat di letakan di tengah-tengah base station. Dengan
demikian, keuntungannya dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah
pengguna yang lebih banyak. Namun kesulitannya adalah pada pengalokasian
frequensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Antena jenis ini biasanya
di gunakan pada lingkup yang mempunyai base station terbatas dan cenderung untuk posisi pelanggan yang melebar.
Antena ini mempunyai sudut pancaran yang besar (wide beamwidth) yaitu
3600 dengan daya lebih meluas, jarak yang lebih pendek tetapi dapat melayani area
yang luas Omni antena tidak dianjurkan pemakaian-nya, karena sifatnya yang
terlalu luas se-hingga ada kemungkinan mengumpulkan sinyal lain yang akan
menyebabkan inter-ferensi. antena omnidirectional mengirim atau menerima sinyal
radio dari semua arah secara sama, biasanya digunakan untuk koneksi multiple
point atau hotspot.
Sebagai contoh sederhana adalah antena dipole yang diletakkan di sumbu
11
dimensi. Sebuah bentuk konsentrasi energi yang seperti bentuk donat. Jika diamati
karakteristik radiasi dari antena ini pada bidang horizontal (bidang H/H plane)
berbentuk lingkaran. Dalam kordinat polar, artinya jika bergerak pada bidang
horizontal pada jarak yang konstan, maka akan didapatkan energi yang sama, ke
sudut φ manapun objek bergerak. Tetapi jika diamati pada bidang vertical ( bidang E/E plane ), potong donat tersebut misalnya dengan bidang yz maka akan
didapatkan bentuk seperti Gambar 2.2. Dalam kordinat polar berarti, pada sudut θ
= 0˚ tak ada pancaran, dan dengan membesarnya θ akan membesar pula kontribusi
pancaran kearah sudut itu, sampai mencapai maksimalnya pada θ=90˚, kemudian mengecil, dan kembali nol pada θ=180˚.
Gambar 2.2 Bentuk Konsentrasi Energi
Sumber : Alaydrus (2011: 18)
1.2.2.2Gain dan Directivitas
Pada Gambar 2.3, pola 1 adalah pola pancaran antena dipole. Bila pada
antena dipole diberikan sebuah reflektor dan direktor, maka akan diperoleh pola
pancaran seperti tergambar sebagai pola 2 (terarah / directional). Pancaran ke satu arah akan menjadi lebih jauh sedangkan pancaran ke arah lainnya akan menjadi
sempit dan semakin sempit direktivitasnya maka titik pancaran akan terfokus dan
gain akan semakin besar.
Gambar 2.3 Pola Pancaran
Sumber : Purbo (2010)
Antena pengarah dikatakan mempunyai gain, yang dinyatakan dalam dB.
Gain adalah perbandingan logarithmik antara power antena dibandingkan dengan
dipole 1⁄2 Lambda. Apabila sebagai pembanding digunakan antena isotropic, maka
gain dinyatakan dalam dBi. Misalnya antena dipole 1⁄2 Lambda mempunyai gain
sebesar +2.1 dBi terhadap isotropic. Akan tetapi pada umumnya gain suatu antena
yang digunakan pembanding adalah dipole 1⁄2 Lambda. Misalnya power suatu
antena pada titik A (gambar 2.3) adalah Pa sedangkan power dipole 1⁄2 Lambda di
tempat itu sebesar Pd, maka gain antena :
Gain = 10 log Pd/Pa dB (2.1)
Perbandingan kuat pancaran ke arah depan dengan arah belakang disebut
front back ratio, sedangkan perbandingan kuat pancaran ke arah depan dengan kuat pancaran ke arah samping disebut front side ratio. Semakin besar front back ratio
semakin baik pengarahan antena dan front side ratio semakin kecil.
1.2.2.3Polarisasi a. Polarisasi Linear
Pada polarisasi linear, arah medan listrik tidak hanya berubah dengan waktu
13
linear yaitu vertikal dan horizontal. Polarisasi linear vertikal bisa dihasilkan dengan
antena dipole yang vertikal. Gelombang yang memiliki polarisasi linear vertikal ini
juga harus diterima dengan antena yang bisa menghasilkan polarisasi vertikal. Jika
bidang lebar didatarkan, maka akan dihasilkan polarisasi vertikal. Polarisasi linear
vertikal biasanya diaplikasikan pada pemancar radio AM dan telepon seluler.
Sedangkan polarisasi horizontal biasanya diaplikasikan pada televisi.
Gambar 2.4 Polarisasi Linear
Sumber : Alaydrus (2011: 30)
b. Polarisasi Eliptis
Pada gelombang yang mempunyai polarisasi eliptis, dengan berjalannya waktu
dan perambatan, medan listrik dari gelombang itu melakukan putaran yang terletak
pada sebuah permukaan silinder dengan penampang elips. Polarisasi eliptis
digunakan dengan tujuan mengantisipasi kemungkinan penerimaan sinyal yang
tidak diketahui polarisasinya. Antena helix (spiral) adalah contoh antena yang
menghasilkan gelombang yang berpolarisasi eliptis.
1.2.2.4Bandwidth
Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu
dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena
dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan
Gambar 2.5 Bandwidth Antena
Sumber : Sujendro, 2013
Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus
dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak
mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan
serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan.
Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik
dinamakan bandwidth antena. Suatu misal 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 lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam prosen, maka bandwidth
antena tersebut adalah :
�� = � −�
� (2.2)
Dimana :
f2 = frekuensi batas bawah
f1 = frekuensi batas atas
fc = frekuensi center
Bandwidth yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena-antena yang memliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definsi
15
�� = �� (2.3)
Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan
pola radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1>
1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2dan f1 adalah ditentukan oleh
harga VSWR = 1.
Bandwidth antena sangat dipengaruhi oleh luas penampang konduktor yang digunakan serta susunan fisiknya (bentuk geometrinya). Misalnya pada antena
dipole, ia akan mempunyai bandwidth yang semakin lebar apabila penampang konduktor yang digunakannya semakin besar. Demikian pula pada antena yang
mempunyai susunan fisik yang berubah secara halus, biasanya akan menghasilkan
pola radiasi dan impedansi input yang berubah secara halus terhadap perubahan
frekuensi (misalnya pada antena biconical, log periodic, dan sebagainya). Selain
daripada itu, pada jenis antena gelombang berjalan (travelling wave) ternyata ditemukan lebih lebar range frekuensi kerjanya daripada antena resonan.
1.2.2.5Impedansi Antena
Impedansi suatu antena adalah impedansi pada terminalnya. Impedansi
input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang dekat
dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena
terisolasi. Selanjutnya terdapat impedansi masukan. Impedansi masukan adalah
rasio tegangan dengan arus pada pasangan terminal atau rasio dari komponen yang
bersesuaian dari medan listrik dengan medan magnetik pada suatu titik. Terdapat 2
jenis resistansi pada antena, yakni :
1. Loss resistansi yang menyebabkan hilangnya daya dalam bentuk energi panas.
2. Radiation Resistance adalah resistansi yang digunakan untuk meradiasikan
gelombang elektromagnetik.
Nilai resistansi antena merupakan penggabungan antara nilai resistansi radiasi
impedansi saluran transmisi. Ketika nilai impedansi masukan sama dengan
impedansi karakteristik, maka kondisi matching akan terpenuhi. Suatu keadaan
disebut matching apabila gelombang yang ditransmisikan dari saluran transmisi ke
antena dapat diteruskan seluruhnya dan tidak ada gelombang yang dipantulkan
kembali. Saluran transmisi biasanya memiliki nilai hambatan 50 Ω atau 75 Ω.
Saluran transmisi dapat dikatakan mencapai kondisi matched apabila nilai
koefesien refleksi memiliki nilai nol (Γ = 0). Nilai koefisien refleksi dirumuskan sebagai berikut (David, 2012):
(2.4)
Terdapat tiga kondisi koefisien refleksi ketika komponen imajinernya bernilai
nol, yaitu:
1. Γ = 0, merupakan saluran transmisi dan beban dalam kondisi matching, yaitu
tidak ada gelombang yang dipantulkan dan seluruhnya diteruskan ke beban.
2. Γ = +1, koefisien refleksi positif maksimum ketika nilai impedansi beban
menuju tak terhingga (∞) atau dengan kata lain saluran transmisi berada pada
kondisi open circuit sehingga seluruh gelombang datang akan dipantulkan
kembali.
3. Γ = -1, koefisien refleksi negatif minimum ketika nilai impedansi beban nol (0)
atau saluran transmisi berada pada kondisi short circuit dimana pada kondisi ini
seluruh gelombang akan terus dialirkan pada saluran transmisi
1.2.2.6SWR (Standing Wave Ratio)
SWR atau VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) adalah perbandingan
tegangan berdiri. Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh sebuah
transmiter RF yang dilewatkan sebuah transmisi line (misal : kabel koaksial, feeder,
dll) tidak lagi memiliki bentuk sebagai sinyal sinusoidal yang sempurna, namun
mirip dengan sinyal sinusoidal yang telah disearahkan oleh sebuah dioda rectifier,
dimana porsi negatif dari sinusoidal dibalik menjadi positif semua. Balanis (2005:
17
bila menemui impedansi yang tidak sama (matched) dengan impedansi saluran
transmisi yang dilaluinya, jika itu terjadi biasanya ditunjukkan dengan VSWR > 1,
maka dampaknya seperti berikut :
1. Daya RF yang sampai di antena tidak maksimal, sehingga pancaran tidak akan
jauh.
2. Bercampurnya gelombang maju (forward) dan gelombang pantul (reflected)
kemungkinan akan mempengaruhi kualitas pancaran.
3. Nilai VSWR yang terlalu tinggi (VSWR > 2) , akan membuat RF Linear
Ampifier mengalami over heating dan bila dibiarkan secara terus menerus akan
membuat komponen menjadi rusak.
� = [ +� ][ −� ] (2.5)
Dimana :
Reflection coefisien = [��−� ]
[��+� ]
ZL = impedansi input antena (beban)
Z0 = impedansi saluran transmisi (koaksial, feeder, dll)
Tabel 2.1 Perbandingan VSWR Dengan Kehilangan Daya
VSWR Return Loss Transmission Loss
1,0 : 1 ∞ 0,0 dB
1,2 : 1 20,83 dB 0,036 dB
1,5 : 1 13,93 dB 0,177dB
5,5 : 1 3,19 dB 2,834 dB
Sumber : Balanis (2005)
Return loss berhubungan dengan VSWR yaitu mengukur daya dari sinyal yang dipantulkan oleh antena dengan daya yang dikirim ke antena. Semakin besar
2.2.3 Teknologi LTE (Long Term Evolution)
Long Term Evolution (LTE) adalah generasi teknologi telekomunikasi selular. Menurut standar, LTE memberikan kecepatan uplink hingga 50 megabit
per detik (Mbps) dan kecepatan downlink hingga 100 Mbps. Tidak diragukan lagi,
LTE akan membawa banyak manfaat bagi jaringan selular. Perkembangan
telekomunikasi menurut standar 3GPP terlihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Evolusi 3GPP
Bandwidth LTE adalah dari 1,4 MHz hingga 20 MHz. Operator jaringan
dapat memilih bandwidth yang berbeda dan memberikan layanan yang berbeda
berdasarkan spektrum. Itu juga merupakan tujuan desain dari LTE yaitu untuk
meningkatkan efisiensi spektrum pada jaringan, yang memungkinkan operator
untuk menyediakan lebih banyak paket data pada suatu bandwidth. Karakteristik
perkembangan teknologi selular menurut standar 3GPP dan kelebihan yang dapat
diberikan LTE terlihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Evolusi Teknologi Telekomunikasi Selular
WCDMA
(UMTS) HSPA HSPA+ LTE
Downlink Max
Speed (bps)
19
2300 MHz, penerapan 4G LTE pada frekuensi 1800 MHz didominasi oleh operator
GSM seperti XL Axiata, Telkomsel dan Indosat Ooredoo. Penerapan 4G LTE pada
frekuensi 2300 MHz didominasi oleh operator CDMA seperti Bolt Super 4G dan
Smartfren.
2.2.3.1Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)
Teknologi LTE Menggunakan OFDM-based pada suatu air interface yang
sepenuhnya baru yang merupakan suatu langkah yang radikal dari 3GPP.
Merupakan pendekatan evolusiner berdasar pada peningkatan advance dari
WCDMA. Teknologi OFDM-based dapat mencapai data rates yang tinggi dengan
implementasi yang lebih sederhana menyertakan biaya relatif lebih rendah dan
efisiensi konsumsi energi pada perangkat kerasnya.
Data rates jaringan WCDMA dibatasi pada lebar saluran 5 MHz. LTE menerobos batasan lebar saluran dengan mengembangkan bandwidth yang
mencapai 20 MHz. Sedangkan nilai capaian antena pada bandwidth di bawah 10
MHz, HSPA+ dan LTE memiliki performa yang sama. LTE menghilangkan
keterbatasan WCDMA dengan mengembangkan teknologi OFDM yang memisah
kanal 20 MHz ke dalam beberap narrow sub kanal. Masing-Masing narrow sub kanal dapat mencapai kemampuan maksimumnya dan sesudah itu sub kanal
Gambar 2.7Orthogonal Frequency Division Multiple Access
Gambar 2.7 merupakan modulasi OFDMA yang menghindari permasalahan
yang disebabkan oleh pemantulan multipath dengan mengirimkan pesan per bits
secara perlahan. Beribu-Ribu subkanal narrow menyebar untuk mengirimkan
banyak pesan dengan kecepatan yang rendah secara serempak kemudian
mengkombinasikan pada penerima kemudian tersusun menjadi satu pesan yang
dikirim dengan kecepatan tinggi. Metode ini menghindari distorsi yang disebabkan
oleh multipath.
Subkanal narrow pada OFDMA dialokasikan pada basis burst by burst menggunakan suatu algoritma yang memperhatikan faktor-faktor yang
mempengaruhi RF (Radio Frequency) seperti kualitas saluran, loading dan interferensi.
LTE menggunakan OFDMA pada downlink dan single carrier–Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) pada uplink nya. SC-FDMA secara teknis serupa dengan OFDMA tetapi lebih cocok diaplikasikan pada devais handheld
karena lebih sedikit dalam konsumsi baterei.
2.2.3.2Perbandingan Karakteristik LTE dengan UMTS/HSPA
Karakteristik Kunci LTE dengan perbandingan jaringan UMTS/ HSPA
yang ada saat ini, antara lain :
a. Peningkatan Air interface memungkinkan peningkatan kecepatan data: LTE
dibangun pada all-new jaringan akses radio didasarkan pada teknologi OFDM
21
Release 8, Air interface untuk LTE menggabungkan OFDMA-based dan skema
akses multiple untuk downlink, dan SC-FDMA (Single Carrier FDMA) untuk
uplink. Hasil dari fitur Air interface ini adalah peningkatan kinerja radio secara
signifikan, dapat menghasilkan sampai lima kali rata-rata throughput HSPA.
Kecepatan data puncak pada downlink diperluas hingga maksimum secara
teoretis 300 Mbit/s per 20 MHz dari spektrum. Demikian juga, tingkat uplink
LTE teoretis dapat mencapai 75 Mbit/s per 20 MHz dari spectrum.
b. Efisiensi spektrum yang tinggi: efisiensi spektrum LTE yang lebih besar
memungkinkan operator untuk mendukung peningkatan jumlah pelanggan di
dalam alokasi existing dan spektrum alokasi yang akan datang, dengan suatu
pengurangan biaya pengiriman per bit nya.
c. Perencanaan radio yang fleksibel: jangkauan cell LTE dapat mencapai performa yang optimum hingga 5 km. Hal tersebut, masih mampu untuk mengirimkan
hingga capaian efektif di dalam ukuran sel hingga radius 30 km, dengan capaian
maksimal batasan sel hingga radius 100 km.
d. Mengurangi Latency: Dengan mengurangi waktu round-trip ke 10ms atau bahkan lebih (dibandingkan dengan 40–50ms untuk HSPA), LTE dapat
memberikan kepada user sesuatu yang lebih responsif. Hal ini memungkinkan, layanan secara real-time seperti high-quality konferensi audio/video dan permainan multi-player.
e. Lingkungan All-IP : salah satu fitur yang paling signifikan adalah transisi LTE
menuju 'flat', jaringan inti berbasis all-IP dengan arsitektur yang
disederhanakan dan open interfaces.
2.2.4 Parameter performansi LTE
Pengukuran Radio Frequency (RF) pada LTE ditentukan oleh 3GPP
yaitu RSRP (Reference Signal Received Power) dan RSRQ (Reference Signal Received Quality). Namun ada satu parameter lagi untuk memudahkan dalam pengukuran performan terbaik modem saat menggunkana antenna yakni RSSI
2.2.4.1RSRP (Reference Signal Received Power)
RSRP adalah power rata-rata pada resource element yang membawa
reference signal dalam subcarrier. UE (User Equipment) mengukur power dari banyak resource element yang digunakan untuk membawa reference signal
kemudian dihitung rata-rata-nya dalam satu bandwidth. Berikut adalah ilustrasi
tentang RSRP:
Gambar 2.8 RSRP Pada Bandwidth 5 MHz
Dari ganbar diatas, rata-rata power yang dikirimkan per-subcarrier adalah
20 W / 300 = 66.7 mW = 18.2 dBm. Jika jarak UE dengan eNode B sekitar 2 km,
maka RSRP yang diterima oleh UE adalah seperti yg di ilustrasikan pada gambar
berikut:
Gambar 2.9 Perhitungan RSRP
2.2.4.2RSRQ (Reference Signal Received Quality)
RSRQ didefinisikan sebagai rasio antara jumlah N RSRP terhadap RSSI
(Received Signal strength Indication). Atau biasa ditulis RSRQ = N x RSRP / RSSI. RSSI mengukur power bandwidth termasuk serving cell power, noise, dan
23
Gambar 2.10 Konsep RSRQ
Dapat diambil contoh jika tidak ada trafik pada cell A yang sedang serving
ke UE, maka perhitungan RSRQ-nya adalah : N x RSRP / RSSI = 25 RSRP / 2 x
25 RSRP = 1/2 = -3 dB. N adalah jumlah resource block pada badwidth, utk contoh
ini menggunakan 5 MHz sehingga jumlah resource blocknya 25.
2.2.4.3RSSI ( Received Signal strength Indicator )
RSSI merupakan parameter yang menunjukan daya terima dari seluruh
sinyal pada band frequency channel pilot yang diukur. Dalam artian semua daya sinyal yang terukur oleh penerima pada satu band frequency wcdma di gabungkan
menggunakan proses rake receiver. Parameter ini diukur pada arah downlink dengan acuan pengukuran pada konektor antenna pada penerima (MS). Dalam
proses CDMA dijelaskan bahwa pengguna lain pada jaringan yang sama
merupakan interferensi , atau disebut dengan istilah self interference dimana hal itu
dapat memperkuat daya terima, begitu juga dengan sinyal dari sector lain yang
Gambar 2.11 Ilustrasi Rake Receiver
Daya sinyal yang terukur pada MS pada ilustrasi diatas merupakan
penjumlahan dari tiga sector sesuai dengan phasa tegangannya. Dan nilai yang
dihasilkan dari penggabungan tersebut ditunjukkan oleh parameter RSSI.
2.2.4.4KPI (Key Performance Indicator)
Semua aktivitas optimisasi mengacu pada target KPI (Key Performance Indicator) yang telah ditentukan. Target KPI ditentukan menyesuaikan dengan kriteria desain jaringan. Pada setiap fase optimasi jaringan, KPI yang berbeda
digunakan untuk RF maupun service performance. Untuk sistem 4G, yang terkait
KPI, baik user maupun network dapat kategorikan seperti pada Gambar 2.12.
25
Pada gambar 2.13 dibawah ini merupakan RF KPI untuk LTE dan HSPA+.
Gambar 2.13 RF KPI Untuk LTE dan HSPA+
Gambar 2.13 diatas menunjukan kemungkinan target dalam kondisi RF
yang berbeda. Meskipun saat ini fokus ke sistem LTE, namun parameter
pengukuran HSPA/HSPA+ menjadi referensi sebagai pembanding. Untuk RSRP
(Reference Signal Received Power) pada LTE, dibandingkan dengan RSCP (Received Signal Code Power) pada UMTS. Begitu juga untuk RSRQ (Reference Signal Received Quality) pada LTE, dibandingkan dengan Ec/No (Energy chip to noise). Untuk CQI (Channel Quality Indicator) juga di bandingkan antara LTE CQI dan UMTS CQI.
Dalam kondisi good RF, RSRP dan RSCP lebih besar dari -50 dBm, artinya ada kesamaan nilai parameter antara LTE dengan UMTS. Begitu juga dalam
kondisi medium RF dan poor RF. Untuk RSRQ dan EcNo perbedaan nilai
parameter ada saat kondisi good RF dimana RSRQ lebih besar dari -8 dB,
sedangkan untuk EcNo lebih besar dari -10 dB.
2.2.5 AntenaYagi
AntenaYagi atau juga dikenal antenaYagi-Uda digunakan secara luas dan
merupakan salah satu antena dengan desain paling sukses atau banyak digunakan
untuk aplikasi RF direktif. Antena Yagi-Uda adalah nama lengkapnya, pada
umumnya dikenal dengan sebutan Yagi atau antenaYagi. Antena Yagi digunakan
untuk menerima atau mengirim sinyal radio. Antena ini dulu banyak digunakan
pada Perang Dunia ke 2 karena antena ini amat mudah dibuat dan tidak terlalu ribet.
menerima sinyal pada satu arah (yaitu depan), oleh karena itu antena ini berbeda
dengan antena dipole standar yang dapat mengambil sinyal sama baiknya dalam
setiap arah. Antena dipole adalah antena paling sederhana, dia hanya menggunakan
satu elemen tunggal. AntenaYagi biasanya memiliki Gain sekitar 3 – 20 dB.
AntenaYagi disusun oleh beberapa elemen, diantaranya Driven, Reflektor, Direktor dan Boom. Dibawah ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai masing – masing elemen dari antenaYagi.
2.2.5.1Reflektor
Reflektor merupakan elemen pemantul. Elemen reflektor ditempatkan di
belakang dipole dan dibuat lebih panjang dari pada panjang dipole.
Gambar 2.14 Susunan Reflektor dan Driven
Sumber : Kusyaman (2010 : 14)
Tujuan utama dari penempatan reflektor di belakang adalah untuk
membatasi radiasi agar tidak melebar kebelakang namun kekuatan pancarannya
akan diperkuat ke arah sebaliknya. Reflektor juga bersifat menjadikan antena lebih
induktif.
2.2.5.2Driven
Driven merupakan bagian paling penting dari sebuah antena Yagi karena
elemen inilah yang akan membangkitkan gelombang elektromagnetik menjadi
27
menghantarkan radiasi dengan baik, biasanya menggunakan antena dipole sebagai
bentuk driven antena. Pada umumnya panjang fisik driven adalah setengah panjang
gelombang dari frekuensi radio yang dipancarkan atau diterima.
Gambar 2.15 Antena Dipole
Sumber : Kusyaman (2010 : 14)
2.2.5.3Direktors
Direktor adalah bagian pengarah antena, ukurannya sedikit lebih pendek
daripada driven. Penambahan batang direktor akan menambah gain antena, namun akan membuat pola pengarahan antena menjadi lebih sempit. Semakin banyak
jumlah direktor, maka semakin sempit arahnya. Elemen ini juga kadang sering
disebut dengan elemen parasitic.
Gambar 2.16 Penempatan Susunan Direktor
Antena Yagi Uda termasuk dalam tipe antena parasitic array. Konfigurasi
antena Yagi Uda dapat dilihat seperti pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Antena Yagi Uda 6 Elemen
Sumber : Kusyaman (2010 : 15)
Elemen kedua dari antena dinamakan driven dan yang lain adalah parasitic.
Dipole pertama memiliki ukuran lebih panjang dibandingkan dengan driven. Dipole
kedua ini difungsikan untuk sebagai reflektor. Elemen yang berada padasisi kanan
dari driven memiliki ukuran lebih pendek dari elemen sebelumnya. Elemen ini
memiliki fungsi sebagai direktor. Direktor dan reflektor mengatur radiasi sepanjang
sumbu x. Antena Yagi Uda banyak dipakai sebagai antena penerima TV dan
memiliki directivity yang bagus serta struktur yang sederhana. Antena Yagi Uda
termasuk jenis antena yang banyak dipergunakan karena memiliki gain yang tinggi,
biaya pembuatannya murah serta proses pembuatannya yang relatif mudah. Antena
Yagi Uda terdiri atas sebuah dipole yang disusun dengan beberapa elemen parasitic
(parasitic elemen), dimana terdapat dua macam elemen parasitic tersebut yaitu:
1. Sebuah reflektor yang berfungsi memantulkan radiasi dari driven
2. Satu atau beberapa direktor yang berfungsi mengarahkan radiasi dari driven
kearah tertentu
Pada antena Yagi Uda jumlah elemen mempengaruhi gain antena tersebut.
Semakin banyak elemen maka semakin tinggi pula gain yang dimilikinya. Sampai
29
realisasi antena tersebut, yang membedakan adalah jarak sejumlah direktor, jarak
antara elemen antena dan tingginya masing-masing elemen. Pada kebanyakan
kasus, jumlah elemen, jarak dan tinggi dibedakan berdasarkan percobaan. Sekarang
ini banyak program untuk modeling antena Yagi untuk mengoptimalkannya
berbasis komputer. Sebelum memulai analisa angka dari antena Yagi, beberapa hal
untuk mempermudah diperkenalkan :
1. Antena dianggap dalam medium lossless.
2. Elemen antena dibuat dari konduktor dengan kualitas yang sempurna.
3. Arus dan pengisian dikonsentrasikan pada sumbu dari kabel antena.
Tabel 2.3 Perhitungan elemen antena Yagi 5 elemen
Sumber : YC7XOK (2009)
Elemen Panjang Jarak
Reflektor +7% 0,2 -0,25
Driven 0,1 -0,15
Direktor1 -5% 0,15 -0,2
Direktor2 -10% 0,2 -0,25
2.2.5.4Boom
Boom adalah bagian ditempatkanya driven, reflektor, dan direktor. Boom
berbentuk sebatang logam atau kayu yang panjangnya sepanjang antena itu. Antena
Yagi, juga memiliki spasi (jarak) antara elemen. Jaraknya umumnya sama, yaitu
0.1 λ dari frekuensi.
2.2.6 Kabel Koaksial
Suatu karakteristik saluran yang paling berguna dalam praktek adalah
Impedansi Karakteristik, yang pada frekuensi-frekuensi tinggi ditentukan oleh
induktansi seri dan kapasitansi shunt. Untuk saluran dua-kawat, dengan
penghantar-penghantar yang ditempatkan dalam suatu medium dengan permitivitas
dan permeabilitas , dan dengan dimensi-dimensi saluran dalam meter, induktansi
primer dan kapasitansi per satuan panjang. Menurut Lesmana dalam buku
"ANTENA YAGI untuk 2 m Band" perhitungan impedansi dapat dilakukan dengan
membandingkan diameter inti dengan kabel yang dipengaruhi oleh bahan insulator
kabel seperti pada Gambar 2.18
Gambar 2.18 Penampang Koaksial
Sumber : Lesmana
Z0 = √��8log � Ω (2.6)
Pada setiap keadaan, akan terlihat bahwa untuk suatu konstanta
31
Untuk dielektrikum-dielektrikum yang biasa digunakan, konstanta dielektrikum
akan berkisar diantara 1 dan 5, dan pembatasan-pembatasan praktis pada
perbandingan D/d untuk masing-masing jenis saluran akan membatasi Z0 kira-kira
pada daerah 40 sampai 150 Ohm.
Dalam Utomo (2011: 6) kabel memiliki panjang yang terbatas agar antena
dapat bekerja secara maksimal. Penentuan panjang maksimal kabel dapat dihitung
seperti persamaan 4.
lmax = � � (2.7)
Keterangan :
lmax = panjang kabel maksimal (m) λ = Panjang gelombang
2.2.7 Balun (BalanceUnbalance)
Dimana balanced berarti kedua ujung dari pencatuan harus memiliki level tegangan yang sama terhadap ground, jika tidak maka dapat dikatakan unbalanced. Balun adalah alat yang digunakan untuk menyesuaikan impedansi antara antena
dengan coaxial cable, dalam hal ini digunakan untuk menghubungkan antara feeder
line yang unbalance misalnya coaxial cable dengan antena yang balance misalnya antena dipole. Contoh antena folded dipole pada kontruksi antenaYagi dapat dilihat
pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Balun Untuk Folded Dipole
Menurut ON6MU (1999) dengan melihat konstruksi balun seperti Gambar 2.19,
sehingga diperoleh perhitungan pada persamaan 2.8.
L = 0,5 x V x λ (2.8)
V = Faktor tegangan
λ = Panjang gelombang
2.2.8 Pigtail
Kabel Pigtail atau kabel jumper adalah kabel yang diperlukan untuk
menghubungkan antara antena omni dengan dengan access point, perhatikan
panjang maksimal yang diperlukan hanya 1 meter, selebih dari itu anda akan
mengalami degradasi sinyal/loss (dB).
Pigtail berfungsi untuk menghubungkan dua antarmuka perangkat wireless
yakni dari access point / modemke antena luar / outdoor antena. Pada kedua ujung kabel terdapat konektor dimana type konektor disesuaikan dengan konektor yang
melekat pada access point. Gambar pigtail dapat dilihat pada Gambar 2.20
Gambar 2.20 Pigtail Connector
