TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN ANTENA EKSTERNAL PAYUNGBOLIK 2,4 GHZ UNTUK KOMUNIKASI WIRELESS LAN (WLAN) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S1) pada Departemen Teknik Elektro Konsentrasi Teknik Telekomunikasi. OLEH : MUHAMMAD TEDDY YUDHANTO NIM : 030402008 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
RANCANG BANGUN ANTENA EKSTERNAL PAYUNGBOLIK 2,4 GHZ UNTUK KOMUNIKASI WIRELESS LAN (WLAN) Oleh : Muhammad Teddy Yudhanto 030402008 Tugas Akhir ini adalah untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing, Maksum Pinem ST,MT NIP : 132282135 Diketahui Oleh : Ketua Departemen, Ir. Nasrul Abdi, MT Nip: 131459555 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009
Abstrak
Teknologi wireless mengalami perkembangan yang sangat pesat beberapa tahun belakangan seiring dengan perkembangan kebutuhan masyarakat terhadap teknologi yang lebih efisien. Walaupun dinilai efisien tetapi kinerja jaringan
wireless sangat tergantung pada banyak faktor, salahsatunya adalah kebutuhan
akan antena. Kebutuhan terhadap antenna akan semakin penting ketika user berada diluar dari coverage antenna Wireless LAN (WLAN) accesspoint standar yang bersifat omnidirectional. Kualitas sistem komunikasi nirkabel yang terjalin sendiri sangat fleksibel, tergantung dari jenis dan kualitas antena yang digunakan.
Tugas Akhir ini mencoba merancang sebuah antena directional yang dapat berkomunikasi dengan access point pada jaringan wireless LAN (WLAN). Antena directional ini memanfaatkan prinsipprinsip kerja antena parabolic yang nantinya berfungsi untuk meningkatkan gain. Gain didapatkan dengan menambahkan reflektor dan menempatkan feeder pada titik focus parabola tersebut. Dari hasil pengujian yang dilakukan, antena payungbolik mampu memberikan penguatan sinyal sebesar 8,75 dB dengan efisiensi sebesar 0,4375.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, dengan judul “Rancang bangun antena eksternal payungbolik
2,4 GHz untuk komunikasi wireless LAN (WLAN)”. Adapun Tugas Akhir ini
merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu kedua orangtuaku tercinta, Ayahku H.Turiman Basyari dan Ibuku Hj.Roslaily yang tidak terhitung cinta dan kasih sayangnya, yang telah menghadirkan penulis ke dunia ini, mendidik, membimbing, mendukung dan selalu mendoakan penulis semenjak lahir hingga sekarang, serta abangabang, kakak, dan adikku Ayumi yang merupakan bagian hidup penulis yang selalu menjadi tempat berbagi suka dan duka bersama.
Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak menerima bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Maksum Pinem ST,MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rahmat Fauzi,ST. MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.
3. Bapak Soeharwinto ST,MT selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
4. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT USU. 5. Untuk keluarga terbesarku, Abah, mak aji, om dan tanteku, palek, bulek om
asep dan lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
6. Kawankawan stambuk 2003 seperjuangan, Bayu, Tiatul, Widi, Gusti, Jamil, Aan, Igo, Handika, Fahmi, Ardi, Wita, Nora, Adit, Pian, Muallim, Wiswa, Emil, Horas dan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. 7. Saudarasaudaraku di Thanks and giving community B’Edy, B’Herdian, Pak
Tommy, Ijud, Riza, B’Ijal, Wiwid,dan lainnya.
8. Kawankawan yang selalu bertanya kapan tamat Rida, Edi, Rangga, Furqon, Syukri, Jazi, Rio, B’Iqbal, B’Hasrul, B’Abu dan lainnya.
9. Juniorjuniorku yang baik hati : Prindi, Irfan, Muti, Gifari, Kira, meggi, Agung, Yona, Apri, Soezak, lutphi dll.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan. Namun penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Maret 2009 Penulis,
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR ... viii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan masalah ... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metode Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASARDASAR ANTENA 2.1 Pendahuluan... 5 2.2 Pengertian Dan Fungsi Dasar Antena... 7 2.3 Spektrum Elektromagnetik... 7 2.4 Tipe Antena... 8 2.4.1 Antena Omnidirectional... 9 2.4.2 Antena YagiUda... 9 2.4.3 Antena Parabolik dan Grid Parabolik... 10 2.4.4 Antena Panel... 10 2.4.5 Antena Helix... 11
2.5 Karakteristik Antena... 12 2.5.1 Gain Antena... 12 2.5.2 Pola Radiasi Antena... 14 2.5.3 Directivitas Antena... 15 2.5.4 Aperture Antena... 15 2.5.5 Beamwidth Antena... 16 2.6 Pengenalan Reflektor Antena... 16 2.7 Material... 18 2.7.1 Dielektrik... 18 2.7.2 Logam... 18 2.7.3 Permukaan Tidak Solid... 19 2.8 Wireless Network... 19 2.8.1 Access Point... 19 2.8.2 Jarak Jangkauan Access Point... 20 2.8.3 Pelemahan Gelombang Radio... 22 2.8.4 Line of Sight... 24 2.8.5 Free Space Loss... 25 2.8.6 Wireless Link Budget... 25 2.8.7 Fade Margin... 26 2.8.8 Wireless Channel... 27 BAB III RANCANG BANGUN ANTENA PAYUNGBOLIK
3.2.1 Feeder... 30 3.2.1.1 USB Wireless Adapter... 30 3.2.1.1.a Standar IEEE 806.11... 31 3.2.1.1.b Pita Frekuensi 2,4 GHz... 32 3.2.1.1.c Transmit Power... 34 3.2.1.2 Tabung Sensitif... 35 3.2.2 Parabolic Reflektor... 36 3.2.3 Kabel Konektor... 38 3.3 Mempersiapkan Peralatan Yang Dibutuhkan... 39 3.4 Parameter Yang Ingin Dicapai... 40 3.5 Perancangan Antena... 41 3.5.1 Perhitungan Tabung Sensitif... 41 3.5.2 Perhitungan Reflektor Antena... 42 3.6 Perakitan Antena Payungbolik... 43 3.6.1 Membuat feeder... 43 3.6.2 Membuat Reflektor... 45 3.6.3 Kabel USB Ekstender... 46 3.7 Persiapan Akhir... 47 BAB IV PENGUJIAN ANTENA 4.1 Umum... 49 4.2 Persiapan... 49 4.2.1 LOS (Line of Sight)... 49
4.2.1 Active Scaning dengan Network Stumbler... 51 4.3 Pengujian Gain antena... 52 4.3.1 Peralatan... 52 4.3.2 Rangkaian Pengujian... 52 4.3.3 Prosedur Pengujian... 53 4.3.4 Data... 54 4.3.3 Analisa Data... 57 4.4 Efisiensi Antena... 58 4.4.1 Data... 58 4.4.1 Analisa Data... 58 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 59 5.2 Saran ... 59 DAFTAR PUSTAKA ... 60
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik... 8 Gambar 2.2 Antena Omnidirectional... 9 Gambar 2.3 Antena YagiUda... 9 Gambar 2.4 Antena Parabolik (a) solid dish (b) Grid parabolik... 10 Gambar 2.5 Antena Panel... 10 Gambar 2.6 Antena Helix... 11 Gambar 2.7 Antena memancarkan gelombang... 12 Gambar 2.8 Pola radiasi antena directional... 14 Gambar 2.9 Berbagai bentuk Reflektor... 17 Gambar 2.10 Pemanfaatan Access Point... 20 Gambar 2.11 Status koneksi wireless... 21 Gambar 2.12 Semakin jauh, sinyal dan kecepatan semakin berkurang... 23 Gambar 3.1 Diagram alur desain antena... 29 Gambar. 3.2 Feeder PVC... 35 Gambar 3.3 Parabolic reflektor... 36 Gambar 3.4 Pantulan sinyal pada reflektor... 37 Gambar 3.5 Kabel, (a) Pigtail dan (b) Kabel USB repeater... 38 Gambar 3.6 Skema feeder PCV... 44 Gambar.3.7 Hasil penggabungan feeder dan reflector... 45 Gambar 3.8 Susunan kabel USB extender menggunakan UTP... 46 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian antena... 52 Gambar 4.2 Grafik sinyal USB wireless... 54
Gambar 4.3 Grafik sinyal USB wireless dan antena payungbolik... 55 Gambar 4.4 Kualitas link... 56 Gambar 4.5 Tampilan test ping... 54 Gambar L.1 Peralatan yang dibutuhkan... 61 Gambar L.2 Antena payungbolik tampak samping... 61 Gambar L.3 Antena payungbolik tampak depan... 62 Gambar L.4 Pengujian payungbolik diatas gedung T3... 62 Gambar L.5 Tampilan Network stumbler untuk USB wireless... 63 Gambar L.6 Tampilan Network stumbler untuk antena payungbolik... 63
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan standarisasi... 22 Tabel 2.2 Wifi channel... 27 Tabel 3.1 Spesifikasi USB wireless adapter ... 31 Tabel 3.2 Unit Kerja 802... 32 Tabel 3.3 Kategori pengguna pita frekuensi 2,4 GHz... 34 Tabel 3.4 Energi transmisi... 34 Tabel 3.5 Peralatan yang dibutuhkan... 39 Tabel 3.6 Bahan yang dibutuhkan... 39 Tabel 4.1 Wireless Link Budget... 50 Tabel 4.2 Perbandingan kuat sinyal... 55 Tabel 4.3 Perbandingan nilai gain rancangan dan aktual... 58
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Antena merupakan salah satu elemen penting didalam terselenggaranya hubungan komunikasi nirkabel antara dua user atau lebih yang ingin berkomunikasi. Peranan antena sendiri tidak lepas dari perkembangan teknologi informasi, karena kini penggunaan antena tidak hanya terbatas pada komunikasi suara saja, tetapi sudah terintegrasi dengan komunikasi data. Perkembangan komunikasi data beberapa tahun belakangan yang kian pesat membutuhkan perkembangan perangkat fisik yang mampu menjadi jembatan komunikasi antara satu perangkat komunikasi dengan yang lainnya. Perkembangan itu akhirnya memunculkan konsep Local Area Network (LAN), sebuah jaringan fisik dengan media transmisi berupa kabel.
Dengan semakin bertambahnya pemakaian komputer, semakin besar kebutuhan akan pentransferan data dari satu terminal ke terminal lain yang dipisahkan oleh jarak yang semakin jauh, sehingga penggunaan jaringan kabel menjadi kurang efisien. Kondisi diatas melahirkan suatu konsep baru yang disebut Wireless LAN (WLAN). WLAN menggunakan frekuensi radio (RF) dan udara sebagai media transmisi. Walaupun konsep Wireless LAN (WLAN) dinilai sangat efisien tetapi tetap memiliki beberapa kelemahan, salahsatunya adalah sangat
Penggunaan antena directional merupakan sebuah solusi bagi para user yang ingin menjangkau sebuah accespoint yang jauh. Antena directional sendiri ternyata dapat dibuat dari bahanbahan yang dapat ditemui disekitar kita. Tugas Akhir ini mencoba untuk merancang sebuah antena directional dengan menggunakan payung sebagai kerangka reflektor, yang kemudian akan kita sebut antena payungbolik. Penggunaan antena payungbolik diharapkan bisa dijadikan sebagai suatu alternative bagi para pengguna Wireless LAN (WLAN) agar ruang
coverage menjadi lebih luas dengan dana yang lebih ekonomis.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : 1. Bagaimana prinsip kerja antena ?
2. Bagaimana cara merancang dan membangun sebuah antena directional 2,4 GHz dari bahanbahan yang tersedia disekitar kita ?
3. Apa saja parameter kerja antena ?
4. Bagaimana menguji kinerja antena hasil rancangan tersebut ?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk mendapatkan sebuah antena parabolic yang dapat dapat beroperasi pada jaringan wireless LAN 2,4 GHz.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari Tugas Akhir ini adalah : 1. Menggunakan payung sebagai kerangka reflektor antena.
2. Parameter antena yang akan dirancang dan diuji adalah penguatan (Gain) dan efisiensi.
3. Tidak membahas SWR pada saluran transmisi dari antena ke Laptop/PC karena yang digunakan adalah kabel data dan yang disalurkan berupa data bukan sinyal RF.
4. Pengukuran parameter antena dilakukan dengan menggunakan software Network stumbler.
5. Hanya membahas perangkatperangkat fisik jaringan Wireless LAN .
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Studi Literatur
Yaitu dengan mempelajari bukubuku referensi, artikel dari media cetak dan internet, dan bahan kuliah yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini.
2. Merancang dan membangun antena payungbolik
Merupakan serangkaian proses pembuatan mulai dari pemilihan komponen hingga penyelesaian perakitan antena.
3. Menguji antena
Berupa langkahlangkah yang dilakukan untuk memastikan apakah antena tersebut telah bekerja sesuai dengan hasil rancangan.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai tugas akhir ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II :DASARDASAR ANTENA
Bab ini berisi tentang teoriteori pendukung yang mendasari proses perancangan dan perakitan antena.
BAB III : RANCANG BANGUN ANTENA PAYUNGBOLIK
Bab ini membahas langkahlangkah perancangan dan pembuatan antena payungbolik.
BAB IV : PENGUJIAN ANTENA PAYUNGBOLIK
Bab ini berisi mengenai datadata yang dihasilkan dari pengukuran yang dilakukan terhadap antena dan analisa data.
BAB V : PENUTUP
BAB II
DASARDASAR ANTENA
2.1 Pendahuluan
Pada 600 tahun SM, seorang matematik dan filsuf asal Yunani, Thales of Miletus mencatat bahwa amber (batu amber) yang digosok dengan sutera menghasilkan bunga api dan sepertinya memiliki kekuatan magis untuk menarik partikel dari bulu dan jerami. Bahasa Yunani dari amber adalah electron dan dari sinilah kita mengenal electricity, electron dan electronics. Thales juga mencatat bahwa terdapat kekuatan atraktif antara dua buah batu magnetik alami yang disebut loadstone, Batu ini ditemukan disebuah tempat yang disebut Magnesia, dan dari sinilah kita mengenal kata magnet dan magnetism. Thales adalah yang pertama yang menemukan electricity dan magnetism, tetapi seperti kebanyakan orang dimasanya, pengetahuannya itu lebih bersifat filosofi daripada praktek.
Pada tahun 1600 M, William Gilbert dari Inggris yang membuat eksperimen sistematis pertama tentang fenomena listrik dan medan magnet. Gilbert jugalah yang pertama menyatakan bahwa bumi sendiri adalah sebuah magnet yang sangat besar. Beberapa penemu juga ikut memberikan andil yang besar pada proses penemuan antena seperti Benjamin Franklin (US 1750 M), Charles Augustin de coulomb (Prancis) , Karl Fried Gauss (Jerman), Alessandro Volta (Italia 1800 M), Michael Faraday (Inggris 1831 M) dan James C. Maxwell (1873 M). walaupun penemuan Maxwell sangat penting bagi pengetahuan
kebenaran teorinya tersebut. Memerlukan lebih dari satu dekade hingga teori Maxwell diperhatikan kembali oleh Heinrich Rudolf Hertz (Jerman).
Ketertarikan Hertz pada gelombang dihargai dan pada tahun 1986 M, sebagai salah seorang professor pada Technical Institute in Karlshure, dia mengumpulkan alat yang akan menyempurnakan sistem radio dengan end loaded
dipole sebagai antena pengirim dan resonant square lop sebagai antena penerima.
Selama dua tahun, dia memperluas percobaannya dan mulai mendemonstrasikan refleksi, refraksi dan polarisasi, yang menunjukkan bahwa selain perbedaan panjang gelombang, gelombang radio adalah sama dengan cahaya yaitu sama sama gelombang elektromagnetik dan percobaan Hertz tersebut mengubah pandangan orang terhadap penemuan Maxwell.
Walaupun Hertz sering disebut sebagai “bapak radio”, namun selama hampir satu decade, penemuannya hanya tertinggal di laboratorium keingintahuan Guglielmo Marconi (yang pada saat itu berusia 20 tahun), yang melihat majalah tentang eksperimen Hertz. Guglielmo muda ingin tahu apakah gelombang Hertz itu bisa digunakan untuk mengirimkan pesan. Dia menjadi terobsesi dan melakukan penelitian dirumahnya. Dia mengulang eksperimen Hertz dan berhasil, setelah itu ia mencobanya dengan antena yang lebih besar untuk jarak yang lebih jauh. Pada tahun 1901, ia mengumumkan kepada dunia bahwa ia telah menerima sinyal radio di Newfoundland, Canada, yang dikirimkan dari seberang samudera atlantik dari sebuah stasiun yang telah dibangunnya dari Cornwall, Inggris [1].
2.2 Pengertian Dan Fungsi Dasar Antena
Antena adalah perangkat media transmisi nirkabel/wireless yang memanfaatkan udara/ruang bebas sebagai media penghantar. Antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas (gelombang mikro) yang merupakan fungsi antena sebagai transmitter (Tx). Sedangkan fungsi antena sebagai receiver (Rx) adalah merubah gelombang elektromagnetik ruang bebas menjadi gelombang elektromagnetik terbimbing.
2.3 Spektrum Elektromagnetik
Energi gelombang kontinyu yang dipancarkan oleh antena berosilasi pada frekuensi radio. Relasi antara gelombang radio dengan seluruh spektrum ditunjukkan pada Gambar 2.1. Panjang gelombang λ memiliki hubungan dengan frekuensi dan velocity (kecepatan) dari gelombang yang ditunjukkan pada persamaan 21 [1].
= (21)
Maka, panjang gelombang bergantung pada velocity v yang juga bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. ketika medium rambat adalah free space (vacuum) maka :
Gambar 2.1 Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik.
2.4 Tipe Antena
Beberapa tipe antena yang biasa digunakan pada jaringan wireless adalah antena omnidirectional (omni), antena yagi (udayagi), antena parabola dan grid parabola, antena panel, serta antena helix.
2.4.1 Antena Omnidirectional
Antena omni meradiasikan sinyal ke semua arah secara horizontal, tetapi menunjukkan adanya directivitas dalam arah vertikal, dengan mengonsentrasikan energinya kebentuk kue donat. Bentuk fisik antena omni dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Antena Omnidirectional
2.4.2 Antena YagiUda
Antena YagiUda atau yang biasa dikenal sebagai antena yagi merupakan bentuk antena yang paling banyak dikenal umum. Bentuknya seperti antena Televisi (Gambar 2.3). Antena ini ditemukan oleh Shintaro Uda dan dipublikasikan kedunia melalui tulisan Hidetsuga Yagi. Antena ini terdiri dari sebuah dipole (Driven Elemen) yang dilengkapi dengan reflektor dan beberapa director.
2.4.3 Antena Parabolik dan Grid Parabolik
Antena parabolic biasanya terdiri dari sebuah dipole sebagai driven elemen yang dipasang dimuka reflektor yang berbentuk elemen. Antena ini memiliki reflektor berupa solid dish dan grid parabolic seperti terlihat pada Gambar 2.4. Posisi driven elemen tersebut berada dititik fokal (titik api) reflektor parabolik tersebut. wave guide dan dua elemen yagi juga bisa dipasang untuk menggantikan dipole biasa. (a) (b) Gambar 2.4 Antena Parabolik (a) solid dish (b) Grid parabolik 2.4.4 Antena Panel Antena panel biasanya terdiri dari beberapa driven elemen, yang dipasang didepan metal reflektor yang rata. sebagian besar antena ditutup oleh plastic atau fiberglass seperti Gambar 2.5. Selain bergantung pada gain, tinggi dan lebar, ukuran antena panel sangat bervariasi dari 15 cm sampai 76 cm.
2.4.5 Antena Helix
Antena helix mempunyai polarisasi circular, dengan driven elemen juga berwujud helix seperti sebuah pegas (Gambar 2.6). Driven elemen ini dipasang kesebuah reflektor dari metal [2].
Gambar 2.6 Antena Helix
Suatu hubungan komunikasi dihadapkan pada suatu tugas, yaitu memilih antena yang cocok untuk komunikasi tersebut, terlebih jika kita sendiri yang harus mendesain sistem komunikasi dan antena yang diperlukan.
pemilihan antena didasarkan pada :
a. Jenis komunikasi yang dilakukan apakah broadcast atau point to point
communication, jika broadcast maka pilih antena dengan tipikal pancaran broadside, jika point to point maka pilih antena dengan tipikal pancaran endfire.
b. Keterbatasan kelas penguat. berkaitan dengan gain antena yang direncanakan.
c. Lebar informasi yang diinginkan. berkaitan dengan bandwidth antena yang direncanakan.
Hanya saja ada beberapa hal yang harus kita pahami bahwa keempat persoalan diatas adalah saling terkait dan proses desain antena terdiri dari kompromikompromi agar antena yang sudah didesain dapat memenuhi kriteria yang sebelumnya sudah ditetapkan [3].
2.5 Karakteristik Antena
Berdasarkan Gambar 2.7, fisik antena dimulai dari transmission line sebagai dua elemen sirkuit terminal yang memiliki impedansi Z dengan komponen resistive yang disebut Radiation Resistance , ketika diudara, antena dikarakteristikkan berdasarkan pola radiasinya[1].
Gambar 2.7 Antena memancarkan gelombang .
2.5.1 Gain Antena
Gain / penguatan dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut.
D adalah pengarahan dari sebuah antena, merupakan perbandingan kecepatan daya maksimum terhadap daya ratarata yang menembus seluruh kulit bola yang diawali pada daerah medan jauh.
= ( ,∅)
( ,∅) ; ≥ 1 (24)
Gain maksimal yang bisa dicapai oleh sebuah reflektor antena adalah :
= . (25)
Dimana adalah luas permukaan aperture dari reflector parabola atau = dengan D adalah diameter parabola reflektor parabola. Gain maksimal ini hanya akan terjadi bila :
a. Amplitude dan phasa medan listrik /magnet yang diiluminasikan sepanjang reflector konstan, dan
b. Tidak ada spillover.
Karena iluminasi yang ideal tidak akan pernah tercapai, gain maksimal diatas juga tidak akan pernah tercapai. Dengan menggunakan efisiensi aperture
maka:
= . . (26)
Gain suatu antena juga dapat diukur dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diuji atau diukur terhadap kerapatan daya antena yang diukur dengan pembanding.
Untuk mengetahui gain dari antena parabolic juga dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut [5]. G = 10 Log Eff + 20 Log f + 20 Log D + 9,94 dB (28) dimana: G : Gain (dB) Eff : Effisiensi parabolic dish f : Frekuensi (GHz) D : Diameter parabolic dish (m) 2.5.2 Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena pada umunya terdiri dari sebuah lobe utama (main
lobe) dan beberapa lobe kecil (minor lobe). Lobe utama merupakan gambaran
kualitas antena yang menunjukkan energi yang tersalurkan sesuai dengan yang diinginkan (Gambar 2.8). Diagram arah sebenarnya tiga dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai dua dimensi, yaitu dua penampangnya saja yang saling tegak lurus berpotongan pada poros main lobe [5].
2.5.3 Directivitas Antena
Directivitas, pengarahan dari sebuah antena adalah perbandingan kerapatan daya maksimum terhadap daya ratarata yang menembus seluruh kulit bola yang diamati pada medan jauh. Nilai D diperoleh melalui persamaan : = ∬ ( , ) Ω (29) atau = Ω Ω (210) Semakin kecil sudut pancar maka semakin bagus directivitasnya [1]. 2.5.4 Aperture Antena
Merupakan antena sebagai luas bidang yang menerima daya dari gelombang radio melaluinya. Misalkan gelombang melalui sebuah antena corong, rapat daya pada permukaan corong = jika mulut corong dapat menerima daya seluruhnya , maka daya yang dapat diserap dari gelombang elektromagnetik adalah :
= . (211)
Corong dapat dianggap sebagai luas bidang atau aperture, maka daya dapat diambil dari gelombang radio dan besarnya berbanding lurus dengan luasnya. Sehubungan dengan terbaginya daya yang berasal dari gelombang elektromagnetik menjadi bagian yang hilang sebagai panas yang dipancarkan
daya maka dapat dibayangkan antena seolah mempunyai bidang atau aperture yang luasnya sama dengan daya tersebut dibagi dengan rapat daya pada antena tersebut. Jika antena diorientasikan untuk penerimaan maksimum dan impedansi terminasi kompleks conjugate dengan serta = 0 maka daya yang diterima antena sama dengan energy yang diterima antena [4].
2.5.5 Beamwidth
Beamwidth adalah besarnya sudut pancaran lobe utama antena parabolic yang dirumuskan :
= (212)
Dimana : = dan =
Satuan beamwidth adalah derajat, Semakin kecil beamwidth semakin fokus sebuah antena dalam memancarkan powernya. Semakin banyak power dalam main lobe, semakin jauh antena dapat berkomunikasi.
2.6 Pengenalan Reflektor Antena
Pada dasarnya reflector digunakan secara luas untuk memodifikasi pola radiasi antenna. Sebagai contoh radiasi backward antena akan dihilangkan dengan menggunakan reflektor lempengan datar yang memiliki dimensi cukup lebar. Dalam kasus yang lebih umum, tembakan radiasi (beam) merupakan karakteristik yang dihasilkan oleh Lebar reflektor, kesesuaian bentuk dan permukaan. Beberapa jenis reflektor bisa dilihat pada Gambar 2.9.
o
90
a
Gambar 2.9 Berbagai bentuk Reflektor
Adalah mungkin untuk membangun sebuah aperture antena untuk berbagai panjang gelombang dan reflektor parabolic bisa digunakan untuk menghasilkan antena pengarah yang baik. Antena parabolic ditunjukkan pada Gambar 2.9 (a). Parabola memantulkan gelombang yang berasal dari sumber pada titik focus menjadi tembakan yang sejajar, parabola mengubah gelombang bengkok dari feed
2.7 Material
Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tangent ,dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan.
2.7.1 Dielektrik
Bahan dielectric bisa didapatkan dalam bentuk batang. Keramik, kaca, Plastik, Styrofoam adalah beberapa yang termasuk dalam kategori dielektrik. Bahan ini digunakan secara luas sebagai segel untuk komponen gelombang mikro dan sekat pada reflektor. Bahan ini biasa digunakan untuk aplikasi dengan daya yang rendah. Untuk aplikasi dengan daya yang tinggi (dalam kisaran kilowatt) bisa menggunakan semua dielektrik kecuali keramik. Plastik yang diperkuat juga digunakan secara luas sebagai penyusun pada antena, feeder, dan mounting
surface. Dengan plastik, Permukaan antena bisa ditambahkan dengan spraying
flame, lukisan dll, sebagai tampilan pada reflektor.
2.7.2 Logam
Pada saat ini, Tembaga, kuningan dan alumunium adalah logam penyusun paling penting pada antena. Jika berat bukan merupakan pertimbangan utama, maka kuningan dan tembaga merupakan pilihan yang dapat digunakan secara luas, salah satu keunggulan kedua logam ini adalah dapat dibentuk dengan mudah tanpa perlu menggunakan peralatan yang khusus. Alumunium memiliki kemampuan yang sama bahkan melebihi kedua logam diatas kecuali dalam hal plating. walaupun untuk melebur alumunium membutuhkan peralatan yang khusus, tetapi menghasilkan struktur yang lebih ringan daripada tembaga dan kuningan.
2.7.3 Permukaan yang tidak solid
Terkadang struktur permukaan antena terbuat dari logam yang tidak solid dengan tujuan agar struktur antena menjadi lebih ringan, untuk mengurangi tekanan angin atau dengan tujuan khusus yang berhubungan dengan sinyal RF. Seberapa besar “lubang” yang terdapat pada struktur bergantung pada seberapa besar rugirugi transmisi atau refleksi yang dapat diterima [6].
2.8 Wireless Network
Wireless Network merupakan solusi jaringan tanpa kabel untuk menghubungkan beberapa komputer pada jaringan LAN . Subbab ini hanya mendeskripsikan beberapa elemenelemen wireless LAN dan tidak membahas konsep wireless LAN secara mendalam.
2.8.1 Access Point
Inti dari sebuah jaringan wireless modus infrastructure adalah penggunaan AP atau accessPoint juga sering disingkat menjadi WAP (Wireless Access Point). Sebuah AP bisa dibayangkan sebagai sebuah hub/Switch pada jaringan tradisional seperti pada Gambar 2.10.
Selain sebagai pusat jaringan wireless, sebuah AP biasanya juga mempunyai port UTP yang bisa digunakan untuk berhubungan langsung dengan jaringan Ethernet yang ada. Dengan menghubungkan sebuah AP dengan jaringan kabel,
menggunakan kabel, bisa saling berbagi file, berbagi koneksi internet dan menggunakan resource jaringan lain.
Gambar 2.10 Pemanfaatan Access Point
2.8.1 Jarak Jangkauan Access Point
Jaringan wireless mempunyai karakteristik yang berbeda dengan jaringan fisik yang menggunakan kabel. Pada jaringan wireless, yang menentukan jauh tidaknya sebuah jaringan tergantung dari kekuatan sinyal yang dipancarkan. Misalkan ada dua komputer (Gambar 2.11), komputer A dan komputer B yang ingin mengakses sebuah WAP. Mungkin saja pada jarak 50m, komputer A bisa terhubung dengan jaringan wireless sementara komputer B tidak bisa. Hal ini disebabkan oleh kekuatan sinyal dan juga kemampuan antena dari kedua komputer tersebut.
Gambar 2.11 Status koneksi wireless
Pada ruang terbuka, jaringan 802.11b dan 802.11g mempunyai jangkauan sekitar 110m sedangkan 802.11a sekitar 100m. Jangkauan ini akan berkurang banyak jika digunakan pada ruang tertutup, akibat dari halangan tembok ataupun diakibatkan oleh benturan sinyal dengan bendabenda yang ada didalam sebuah ruangan. Untuk memastikan jarak yang bisa ditempuh, harus dilakukan survey lokasi, karena setiap kondisi memiliki karakteristiknya masingmasing.
Untuk dapat menaikkan kemampuan ataupun jarak tempuh, power atau daya listrik yang digunakan harus dinaikkan namun cara ini dibatasi oleh pemerintah. Cara yang sering digunakan adalah dengan menggunakan antena eksternal yang memiliki kemampuan yang lebih tinggi. Dengan antena ini, kemampuan menangkap sinyal yang ada diudara dan juga kemampuan memancarkan sinyal menjadi lebih kencang dan kuat, hal ini akan meningkatkan jarak tempuh jaringan wireless.
Untuk dapat melihat perbandingan yang lebih jelas mengenai spesifikasi masingmasing standarisasi dapat dilihat dari Tabel 2.1:
Tabel 2.1 Perbandingan standarisasi Standa r Kec.ma x Kec.aktua l frekuens i kompabilita s Jarak (indoor/outdoor ) 802.11a 54 Mbps 23 Mbps 5 GHz a 30m/100m 802.11b 11 Mbps 4 Mbps 2,4 GHz b 35m/110m 802.11g 54 Mbps 19 Mbps 2,4 GHz b, g 70m/160m 2.8.3 Pelemahan Gelombang Radio Kecepatan 802.11g dan 802.11b yang menyatakan berkecepatan 54 Mbps dan 11 Mbps sebenarnya merupakan kecepatan maksimum. Pada kenyataannya, kecepatan ini masih tergantung dari kekuatan sinyal yang diperoleh dan kecepatan yang didapatkan akan menurun seiring dengan menurunkan kekuatan gelombang radio. Kita bisa membayangkan gelombang radio seperti lampu senter. semakin lama, sinar dari lampu senter akan semakin meredup. Demikian juga halnya denga sinyal radio, semakin jauh, sinyal ini akan semakin lemah. Dan tentu akan berakibat pula pada kecepatan yang didapatkan menjadi rendah pula.
Sebagai contoh, pada 802.11b, kecepatan 11 Mbps yang merupakan kecepatan maksimum hanya bisa user dapatkan bila jarak computer dengan AP sangat dekat dan tidak ada interferensi yang berarti. Semakin user menjauhi AP, maka semakin lemah sinyal yang didapatkan. Komputer secara otomatis akan menyesuaikan sinyal yang didapatkan ini dengan kecepatan yang diperoleh. Kecepatan yang user dapatkan akan menjadi 5,5 Mbps, 2 Mbps dan 1 Mbps pada jarak terjauh yang masih bisa ditangani, seperti pada Gambar 2.12.
1 Mbps 2 Mbps 5,5 Mbps 11 Mbps Access Point (AP) Coverage Area Signal level Gambar 2.12 Semakin jauh, sinyal dan kecepatan semakin berkurang Kemampuan untuk menyesuaikan kecepatan yang didukung secara otomatis berdasarkan kekuatan dan kebagusan sinyal yang diperoleh dinamakan sebagai dynamic Rate switching (DRS). Penerapan DRS ini oleh masingmasing vendor berbeda karena ada yang toleransinya lebih tinggi dan ada yang langsung menurunkan kecepatan begitu mendapatkan sedikit saja pencemaran sinyal yang terdekteksi, akibatnya adalah jangan heran bila user A bisa mendapatkan kecepatan 11 Mbps sementara user B yang disamping hanya mendapatkan kecepatan 5,5 Mbps.
Masalah ini seringkali membingungkan ketika beberapa user menggunakan laptop dengan koneksi wireless yang mendapatkan kecepatan yang berbeda padahal lokasinya hanya bersebelahan. Pada jaringan 802.11a dan 802.11g, kecepatan yang mungkin terjadi adalah 54 Mbps, 48 Mbps, 36 Mbps, 24 Mbps, 18 Mbps, 12 Mbps, 9 Mbps dan 6 Mbps sesuai dengan kekuatan sinyal yang
Mbps, secara total jaringan user juga akan terpengaruh menjadi lambat. Hal ini dikarenakan sifat dari media udara yang hanya bisa digunakan untuk satu client pada satu waktu sehingga client yang lain harus menunggu.
2.8.4 Line of Sight
Memperoleh LOS yang baik antara antena pengirim dan antena penerima sangat penting sekali untuk instalasi point to point dan point to multipoint. Ada dua jenis LOS yang biasanya harus diperhatikan dalam instalasi, yaitu :
1. Optical LOSberhubungan dengan kmampuan masing2 untuk melihat. 2. Radio LOSberhubungan dengan kemampuan penerima radio untuk
melihat sinyal dari pemancar radio.
Teori Fresnel zone digunakan untuk menguantifikasi radio LOS. Bayangkan sebuah Fresnel zone sebagai lorong berbentuk bola rugby dengan antena pemancar dan penerima di ujungujungnya. Jarijari Fresnel dapat dihitung melalui persamaan 2.13 :
Jarijari Fresnel (r) = 72,05. (213)
dimana d = jarak kedua antena (mile) dan f = frekuensi (GHz)
Beberapa orang menggunakan consensus bahwa jika 60% dari Fresnel zone ditambah tiga meter bebas dari halangan, Radio LOS baik. Sebagian mengadopsi bahwa harus 80% dari Fresnel zone tidak ada yang menghalangi untuk memperoleh radio LOS yang baik.
jika ada penghalang di wilayah Fresnel zone, performance sistem akan terganggu. Beberapa efek yang terjadi adalah :
a. Reflection : Gelombang yang menabrak merambat menjauhi bidang datar dan mulus yang ditabrak. Multypath fading akan terjadi jika gelombang yang datang secara langsung menyatu dipenerima dengan gelombang pantulan juga datang tapi dengan fasa yang berbeda.
b. Refraction : gelombang menabrak merambat melalui bidang yang dapat memudarkan (scattering) pada sudut tertentu. Pada frekuensi dibawah 10 GHz kita tidak terlalu banyak terganggu oleh hujan kebat, awan, kabut dll. redaman pada 2,4 GHz pada hujan 150mm/jam adalah sekitar 0,01dB/Km. c. Difraksi : gelombang yang menabrak melewati halangan dan masuk ke
daerah bayangan.
2.8.5 Free Space Loss
Pada saat sinyal meninggalkan antena, sinyal akan berpropagasi atau lepas ke udara. Antena yang kita gunakan akan menentukan bagaimana propagasi terjadi. Pada frekuensi 2,4 GHz sangat penting sekali menentukan agar jalur antara dua antena ini tidak ada penghalang. Kita kemungkinan besar akan melihat adanya degradasi dari sinyal yang berpropagasi di udara jika ada hambatan dijalur. Pohon, bangunan dan tiang merupakan contoh penghalang.
Tetapi sebagian besar redaman dalam sistem wireless adalah redaman karena sinyal harus merambat diudara. Persamaan redaman free space adalah sebagai berikut :
2.8.6 Wireless Link Budget
Link Budget adalah perhitungan link radio untuk menentukan apakah Transmit Power dari Station A setelah sampai di Station B memenuhi nilai nominal sehingga kedua sation dapat saling berkomunikasi. Elemen link budget terdiri atas : a. Power output pemancar. b. Loss kabel pada pemancar. c. Gain antena pada pemancar. d. Free space path loss. e. Gain antena penerima. f. Loss kabel pada penerima. g. Threshold sensitivity penerima. Semua elemen diatas dihubungkan melalui persamaan (215)
Rx Signal level = Tx power Tx cable loss + Tx antenna gain free space lost
(FSL) + Rx antenna gain Rx cable loss (215)
2.8.7 Fade Margin
Alasan utama mengapa kita harus menghitung Wireless Link budget adalah merancang dan membangun sebuah koneksi yang reliable. Sinyal gelombang mikro pada umumnya akan berinteraksi dengan banyak hal dilingkungannya. Jadi, fading adalah kondisi normal untuk semua link wireless. Untuk mengalahkan efek fading dan menghasilkan koneksi yang bagus, setiap link gelombang mikro membutuhkan ekstra sinyal, diatas minimum threshold receiver. Ekstra sinyal ini disebut fade margin atau sering juga disebut System
operating margin (SOM). Kebanyakan produsen wireless merekomendasikan fade margin minimal sebesar +10dB untuk membentuk sebuah link yang reliable. Semakin jauh jarak sebuah link, akan dibutuhkan fade margin yang semakin besar juga.
2.8.8 Wireless Channel
Jaringan wireless menggunakan konsep yang sama dengan stasiun radio, dimana saat ini terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan 5 GHz yang bisa dianalogikan sebagai frekuensi radio AM dan FM. Frekuensi 2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g/n juga dibagi menjadi channelchannel seperti pembagian frekuensi untuk stasiun radio.
Organisasi internasional ITU ( International Telecomunication union ) yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap Negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya mengijinkan penggunakan channel 111, Eropa hanya menggunakan 113 sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia yaitu 114. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Wifi channel
Channel Frequency (GHz) range Channel Range
1 2.412 2.401 2.423 1 3 2 2.417 2.406 2.428 1 4 3 2.422 2.411 2.433 1 5 4 2.427 2.416 2438 2 6 5 2.432 2.421 2.443 3 7 6 2.437 2.426 2.448 4 8 7 2.442 2.431 2.453 5 9 8 2.447 2.436 2.458 6 10 9 2.452 2.441 2.463 7 11 10 2.457 2.446 2.468 8 11 11 2.462 2.451 2.473 9 11 12 2.467 2.456 2.478 Not US 13 2.472 2.461 2.483 Not US 14 2.484 2.473 2.495 Not US
BAB III
RANCANG BANGUN ANTENA PAYUNGBOLIK
3.1 Pendahuluan
Didalam dunia wireless, antena merupakan elemen yang sangat penting karena dengan antenalah sinyalsinyal yang berada diudara bisa diperoleh. Pada saat ini berbagai jenis antena telah banyak beredar dipasaran namun antena tersebut dijual dengan harga yang relative mahal. Pada Tugas Akhir ini penulis mencoba untuk merancang sebuah antena parabolic yang terbuat dari barang seharihari. Perancangan antena ini menggunakan payung sebagai kerangka penopang reflektor, karena itu disebut antena Payungbolik. Fungsi antena Payungbolik adalah memperpanjang penangkapan sinyal wireless.
Prinsip kerja antena Payungbolik seperti antena parabola lainnya, yaitu menempatkan bagian sensitif antena pada titik fokus parabola sehingga semua gelombang elektromagnet yang mengenai reflektor akan terkumpul dan diterima oleh bagian sensitif tersebut. Pada bagian sensitif ini akan diletakkan sebuah tabung yang berisi USB wireless.
Perancangan antena payungbolik antena payungbolik dapat digambarkan sesuai dengan diagram alur pada Gambar 3.1.
3.2 Bagian Utama Antena
Antena Payungbolik yang akan dibangun memiliki beberapa bagian yang menjadi penyusun utamanya, yaitu :
1. Feeder antena 2. Reflektor antena 3. Kabel Konektor
3.2.1 Feeder
Feeder adalah bagian dari antena payungbolik yang berfungsi untuk mengumpankan energi kepada reflector untuk kemudian dipantulkan menuju kesuatu arah. Feeder ini akan diletakkan pada bagian sensitive reflektor atau biasa disebut titik focus reflektor. Feeder terdiri dari tabung sensitive dan USB wireless adapter. Bahan yang digunakan untuk membuat tabung sensitif bisa dari banyak bahan, contohnya kaleng susu, pipa PVC dll. Didalam tabung sensitif inilah nantinya akan diletakkan USB wireless adapter.
3.2.1.1 USB Wireless Adapter
Pada dasarnya USB wireless adapter adalah antena eksternal. Antena ini dibutuhkan saat kita ingin mengakses sebuah wireless accesspoint (WAP) tetapi komputer yang kita gunakan tidak memiliki Antena wireless internal. Proses koneksi ke komputer juga sangat mudah, tidak perlu sampai membongkar komputer. Cukup dengan mencolokkan port USB adapter ke port USB female yang ada di komputer. Pada perancangan ini penulis menggunakan USB wireless
Tabel 3.1 Spesifikasi USB wireless adapter Standar IEEE 802.11b/g Bus type Mini USB Frequency Band 2,400~2,483 GHz Modulation OFDM with BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM (11g) BPSK, QPSK, CCK (11g) Data rate 54/ 48/ 36/ 24/ 18/ 12/ 11/ 9/ 6/ 5,5/ 2/ 1 Mbps auto fallback Security 64/ 128/ 256 bit WEP data encryption, WPA (IEEE 802.1x with TKIP) and AES Antena Internal Antena Drivers Windows 98SE/ME/2000/XP/2003 server LEDs Power, Link Transmit Power 20 dBm (typical)
Signal Range outdoor : up to 300 meter Dimension 120 (H) x 75 (W) x 87 (D) mm
Temperatur 32~131 (0~55 )
Humidity Max 95% (non condensing)
3.2.1.1.a Standar IEEE 802.11
IEEE (Institute of Electrical anda Electronics Engineer) adalah sebuah organisasi nonprofit yang mendedikasikan kerja kerasnya demi kemajuan teknologi. Organisasi ini mencoba membantu banyak bidang teknologi seperti teknologi penerbangan, elektronik, biomedical dan tentu saja computer. IEEE sendiri memiliki banyak unit kerja yang mengurusi bidang tertentu. Kode 802 digunakan oleh bidang yang mengurusi standarisasi LAN (Local Area Network) dan MAN (Metropolitan Area Network). Karena luasnya bidang yang ditangani
oleh 802, maka bagian ini dibagi lagi menjadi beberapa bagian yang lebih kecil untuk mengurusi tugas yang lebih spesifik. unit kerja dan bidang yang mereka tangani dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Unit Kerja 802 Unit kerja Bidang yang ditangani 802.1 Higher Layer LAN protocols working groups 802.3 Ethernet Working Group 802.11 Wireless LAN Working Group 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN) Working Group 802.16 Broadband Wireless Access Working Group 802.17 Resilient Packet Ring Working Group 802.18 Radio Regulatory TAG 802.19 Coexistence TAG 802.20 Mobile Broadband Wireless Access (WBMA) Working Group 802.21 Media Independent Handoff Working Group 802.22 Wireless Regional Area Network
USB wireless menggunakan standarisasi yang dikeluarkan 802.11. Untuk sebuah teknologi yang bersifat massal, sebuah standarisasi sangatlah dibutuhkan. Standarisasi memiliki beberapa manfaat diantaranya :
a. Pembuat hardware yang berbeda bisa saling bekerja sama.
b. Pembuat hardware tambahan bisa membuat peralatan yang berlaku berdasarkan informasi dari standarisasi yang telah baku.
3.2.1.1.b Pita Frekuensi 2,4 GHz
Frekuensi 2.4 GHz dapat digolongkan sebagai gelombang mikro (Microwave) yang memiliki karakteristik merambat sejajar garis lurus sehingga kualitas transmisi yang terbaik akan diperoleh apabila kedua piranti yang menggunakan frekuensi ini berada pada jangkauan jarak pandang (line of sight) dan tidak terdapat halangan diantaranya, meskipun begitu sebenarnya gelombang 2.4 GHz juga relatif dapat memantul dan menembus bendabenda yang tidak solid, namun ini dipengaruhi oleh banyak faktor antara lain kualitas medium (interferensi, propagasi sinyal, derau/noise), tenaga atau daya yang digunakan oleh peranti, dan medium penghalangnya sendiri.
Pita frekuensi 2.4 GHz merupakan pita frekuensi yang dibebaskan lisensi penggunaannya untuk pemakaian pribadi. Meskipun begitu peralatan yang bekerja pada frekuensi ini tetap harus mengikuti peraturan mengenai konsumsi tenaga yang diperbolehkan, karena pada kondisi dunia nyata penggunaan frekuensi dan daya yang tidak terkontrol dapat menyebabkan 21 interferensi dan berpotensi untuk menurunkan kualitas transmisi.
Frekuensi 2.4 GHz ini memiliki beberapa keuntungan. Pertama, frekuensinya yang relatif masih dapat digolongkan sebagai frekuensi rendah membuatnya sangat sesuai untuk komunikasi bergerak. Kedua, tersedianya pita frekuensi ini di seluruh dunia menawarkan kesempatan luas bagi pembuat piranti untuk menekan biaya produksi serta kemudahan beroperasi dan dipasarkan di seluruh dunia. Berdasarkan sifat alami aplikasi pengguna frekuensi ini dan karakteristik teknik penggunaan spektrum yang ada maka pengguna pita frekuensi
ini dapat digolongkan menjadi enam kelompok utama yang tampak pada Tabel 3.3. dimana hanya tiga diantaranya yang membayar lisensi penggunaan frekuensi ini [3]. Tabel 3.3 Kategori pengguna pita frekuensi 2,4 GHz Tipe pengguna Lisensi Frek. Militer membayar Pengumpulan berita elektronis dan penyebar informasi televisi membayar Penggunaan umum untuk akses nirkabel tetap membayar Jaringan nirkabel : · Radio LAN dibebaskan · Bluetooth dibebaskan
· SOHO dan Jaringan rumah dibebaskan
Peralatan jarak pendek lainnya · Peralatan identifikasi RF dibebaskan Aplikasi Video/Closed circuit television (CCTV) dibebaskan Aplikasi ISM · Oven Microwave dibebaskan · Penyinaran Plasma Sulfur dibebaskan 3.2.1.1.c Transmit Power Energi maksimum yang boleh dikeluarkan oleh peralatan radio diatur oleh badan di masingmasing negara tempatnya beroperasi, seperti terlihat pada Tabel 3.4. Tabel 3.4 Energi transmisi
max. energi keluaran lokasi dokumen yang mengatur
Pengontrolan tenaga harus dilakukan untuk peralatan yang tenaga transmisinya lebih besar dari 100 mW, yaitu maksimum empat tingkatan pengaturan tenaga harus disediakan. Sedangkan minimumnya, radio dengan transmisi melebihi 100 mW harus mampu mengubah energi transmisinya kembali ke 100 mW atau kurang.
3.2.1.2 Tabung Sensitif
Pada perancangan antena payungbolik, feedernya dibuat dari sebatang pipa PVC ukuran 3 inchi. Pipa PVC yang akan digunakan sebagai feeder harus ditest didalam oven microwave selama ± 2 menit, kalau pipa PVC menjadi panas maka bahan pipa tidak baik untuk dijadikan feeder karena akan mengambil energi radio. Untuk mendapatkan antena yang bekerja pada suatu frekuensi, maka diperlukan suatu perhitungan terhadap feeder antena. Beberapa nilai yang ingin didapatkan L/4, 3/4Lg, Lg/4 seperti Gambar 3.2, dimana : Lg/4 = posisi penempatan USB wireless adapter eksternal 3/4Lg = panjang feeder/ pipa PVC λ/4 = ketinggian USB wireless ketika diletakkan didalam feeder. Gambar 3.2 Feeder PVC f ¾ Lg Lg/4 Lapisan aluminium λ/4
Secara teori, jika kita mengetahui jarijari lingkaran (r) penampang circular waveguide (tabung sensitif) maka panjang gelombang terbesar (frekuensi paling rendah) yang dapat dilewatkan dapat dihitung dengan rumus : = , = 3,4122 = 3,4 (31) Maka frekuensi terendah yang bisa dilewatkan oleh circular waveguide adalah = . = . , (32)
Dengan mengetahui panjang gelombang terbesar yang dapat dilewatkan oleh tabung sensitif ( ) dan panjang gelombang Operasional ( ), maka panjang tabung sensitif (Lg) bisa didapat dengan menggunakan persamaan : = (33) 3.2.2 Parabolic Reflektor Seperti dijelaskan pada bab 2, reflector (Gambar 3.3) digunakan secara luas untuk memodifikasi pola radiasi antena. Sebagai contoh radiasi backward antena akan dihilangkan dengan menggunakan reflector lempengan datar yang memiliki dimensi cukup lebar.
Dalam kasus yang lebih umum, tembakan radiasi (beam) merupakan karakteristik yang dihasilkan oleh lebar reflector, kesesuaian bentuk dan permukaan.
Gambar 3.3 Parabolic reflektor
Pada parabolic antena reflektor, feed (sumber pemancar primer) diletakkan pada titik focus dan pancarannya diarahkan pada reflector parabola, sehingga jika berkas sinyal mengenainya, berkas ini akan direfleksikan sesuai dengan hukum Snellius :
Sudut datang = Sudut Pantul (34)
Jadi berkas yang dipancarkan oleh feed akan mengenai suatu titik di reflector (Gambar 3.4), berkas ini akan direfleksikan sesuai dengan hukum refleksi ke posisi tertentu dengan nilai x yang sama dengan titik refleksi atau dengan kata lain berkas ini akan direfleksikan secara parallel, sehingga setelah berkasberkas pancaran ini direfleksikan oleh reflector parabola didapatkan pancaran energy yang paralel atau didapatkan phasa gelombang yang datar [4].
Gambar 3.4 Pantulan sinyal pada reflektor
Energi yang dipancarkan oleh feed primer dititik focus tanpa keberadaan reflector parabola akan berdivergensi, terbagi kedalam ruang dengan bentuk phasa seperti bola. Tetapi dengan keberadaan reflector, energy pancaran bisa lebih dikonsentrasikan menuju ke suatu arah. Karena berkas sinyal akan parallel dan tidak menyebar diruang. Untuk mencapai gain maksimal diperlukan luas aperture
= . ⇒ = . (35)
atau diameter
= . (36)
Setelah mendapatkan nilai diameter yang dibutuhkan maka titik focus antena dapat dicari dengan persamaan :
=
. (37)
3.2.3 Kabel Konektor
Kebanyakan antena menggunakan konektor yang berupa pigtail. Pigtail adalah kabel pendek penghubung antara AP dengan antena (Gambar 3.5a). Namun antena payungbolik tidak menggunakan pigtail sebagai power sourcenya, Pigtail digantikan oleh USB Wireless adapter (Gambar 3.5b). Untuk menghubungkan Antena Payungbolic yang dipasang di outdoor ke PC diperlukan kabel USB yang panjang. Kabel USB bawaan USB adapter biasanya hanya 1 m. Untuk memperpanjang kabel USB caranya antara lain Menggunakan Kabel USB Active Extension atau dikenal sebagai USB Repeater.
(a) (b)
Gambar 3.5. Kabel, (a) Pigtail dan (b) Kabel USB repeater
Kabel USB Repeater di pasaran panjang per segmennya 5m dan menurut rekomendasi pabrik dapat disambung sampai dengan 5 segmen sehingga total 25m. Alternatif untuk memperpanjang kabel USB yang lebih ekonomis adalah dengan membuat kabel USB extender menggunakan kabel UTP [7].
3.3 Menpersiapkan Komponen/Peralatan Yang Dibutuhkan.
Peralatan yang diperlukan dalam pekerjaan mekanik pada pembuatan antena dapat dilihat pada Tabel 3.5 :
Tabel 3.5 Peralatan yang dibutuhkan Peralatan yang dibutuhkan
Gergaji besi Cutter kabel ekstender listrik
Mesin bor Kunci Inggris spidol
Kikir tang palu
penggaris Solder dan timah gunting
Sedangkan bahanbahan yang dibutuhkan untuk membuat antena payung bolik dapat dilihat pada Tabel 3.6 :
Tabel 3.6 Bahan yang dibutuhkan Bahanbahan yang dibutuhkan
No Bahan Fungsi
1 Payung Sebagai kerangka dasar antena parabola 2 Jaring Parabola (1x1 meter) Reflector antena 3 Pipa PVC (d= 3 inch 1 m) Feeder 4 Tutup pipa (d=3 inch 2 bh) Bagian feeder 5 Rubber tape Isolasi dan perekat 6 Kawat tipis Pengikat Jaring 7 Mur kecil (2 bh) Mounting antena 8 Kabel UTP (4 meter) Ekstensi kabel USB 9 Kabel USB ekstension Penghubung antara USB wireless dengan PC
3.4 Parameter Antena Yang Ingin Dicapai
Sebelum menentukan parameter yang ingin dicapai, ada beberapa kondisi eksisting dari bahanbahan dasar yang akan dijadikan sebuah antena payungbolik : 1. Payung yang akan digunakan sebagai kerangka parabola memiliki
diameter (D) maksimal 120 cm dengan kedalaman (d) sekitar 15cm. 2. USB wireless adapter yang digunakan sudah memiliki spesifikasi pabrik
sehingga tidak dapat diubahubah.
3. Jaring parabola yang digunakan sebagai reflector terbuat dari bahan campuran kawat alumunium dan memiliki dimensi fisik berupa kawat jaring.
Dengan memperhatikan kondisi eksisting diatas maka akan dirancang sebuah antena payungbolik dengan spesifikasi dibawah ini :
1. Memiliki Gain maksimal sebesar 20 dB dengan efisiensi 0,5. 2. Antena dapat bekerja pada frekuensi 2,4 GHz.
3. Mampu menjangkau sebuah WAP yang berada pada jarak 1 Km dari antena payungbolik.
3.6 Perancangan
Pada subbab ini berisi mengenai perhitungan tabung sensitive dan ukuran reflektor antena parabola.
3.6.1 Perhitungan Tabung Sensitif
Untuk mendapatkan sebuah tabung sensitive yang dapat bekerja dengan baik pada frekuensi tertentu diperlukan beberapa perhitungan. Perhitungan ini dilakukan untuk mendapatkan panjang tabung sensitif (3/4Lg), posisi penempatan USB wireless adapter (1/4Lg), dan ketinggian USB wireless didalam tabung sensitif (L/4). Semuanya bertujuan agar tabung sensitif bisa beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz. Dengan menggunakan persamaan (32) maka didapat: Jarijari pipa ( ) = = = 46,5 Frekuensi terendah yang bisa dilewatkan pipa PVC dengan diameter 3 inchi ini adalah : = 3.10 3,4 = 3. 10 3,4 . 46,5 = 1897533206,83 = 1897,5 ℎ maka panjang gelombang terbesar untuk pipa PVC adalah : = 3,4 = 3,4.46,5 = 158,1
Berdasarkan perhitungan diatas, pipa PVC dapat melewatkan frekuensi diatas 1,8975 GHz. Nilai frekuensi yang diinginkan adalah sebesar 2,437 GHz (channel 6 wifi) maka panjang gelombangnya :
= 3. 10 = 3. 10
Dimana : = 123,1 158,1 = 0,60625 1 − = 1 − 0,60625 = 0,39375 1 − = 0,39375 = 0,6275 maka ; = 123,1 0,6275 = 196,1753 maka : Panjang tabung (3/4Lg) = . 196,1753 = 158,805 Posisi penempatan RF feed (1/4Lg) = . 196,1753 = 52,953 Ketinggian driven element (1/4λ) = . 123,1 = 30,77 3.6.2 Perhitungan Reflektor Antena Kita mengetahui beberapa parameter yang ingin dicapai : f = 2437 MHz, = . . = 0,123
G = 10 dB dengan asumsi efisiensi 0,5 maka antena yang akan dirancang harus memiliki gain maksimal 20 dB. Untuk mencapai gain maksimal 20dB (100 mW) pada panjang gelombang diatas memerlukan luas aperture :
= 4 .
untuk mendapakan diameter yang diperlukan digunakan persamaan (36) =
4 .
= . = = . ,
, = 0,3914 = 39,14
Setelah mendapatkan nilai diameter yang dibutuhkan maka titik focus antena dapat dicari melalui persamaan (37): = 16. = 39,14 16.5 = 19,14 3.6 Perakitan antena payungbolik
Sebelum proses perakitan dimulai, seluruh peralatan yang dibutuhkan harus sudah dipersiapkan dan faktor keselamatan juga harus diperhatikan seperti :
a. Alat listrik (bor, solder dll) yang tidak sedang digunakan dicabut dari stop kontak.
b. Bendabenda tajam yang tidak sedang digunakan diletakkan pada posisi yang aman.
c. Serpihan logan dan sampahsampah plastic segera dikumpulkan dan ditaruh di tempat sampah .
3.6.1 Membuat feeder
Bahanbahan yang dibutuhkan untuk membuat feeder antena (Gambar 3.6) adalah pipa PVC ukuran 3 inchi sepanjang 1 meter, alumunium foil, rubber tape, tutup dop pipa dan USB Wireless adapter.
Gambar 3.6 Skema feeder PCV Langkah kerja feeder :
1. Pasang Wireless USB yg sudah dibalut rubber tape ke plat L, lalu ikat dengan rubber tape.
2. Siapkan pipa PVC yang telah dilubangi untuk pemasangan wireless USB. 3. Beri lapisan aluminium pada bagianbagian yang memerlukan yaitu seluruh dinding luar PVC dan dinding dalam tutup pipa belakang yang akan dipasang dekat wireless USB.
4. Pasang klem dengan dua buah baut ke tutup pipa yg dilapisi aluminium foil. 5. Pasang wireless USB + Plat ke lubang yang tersedia kencangkan dengan dua buah mur baut kecil agar plat L terpasang cukup kuat ke PVC. 6. Pasang kedua buah tutup pipa dengan posisi seperti gambar diatas. 7. Feeder siap digabungkan dengan reflektor parabola. Lg/4 Lapisan aluminium USB wiereless adapter eksternal Incoming signal Tidak dilapisi aluminium
Feeder
Parabolic
Reflector
Titik Fokus D f d 3.6.2 Membuat ReflektorBahanbahan yang dibutuhkan untuk membuat reflektor adalah sebuah payung, jaring parabola dan kawat. Langkah kerja Reflektor:
1. Sediakan sebuah payung dengan ukuran diameter yang cukup besar. 2. Lepaskan seluruh benda yang menempel pada payung (kain, pegangan)
sehingga didapatkan sebuah kerangka yang berbentuk parabola.
3. sediakan dan ukur jaring parabola sesuai dengan hasil perhitungan diatas. 4. Potong jaring parabola tersebut dengan bentuk melingkar.
5. Sediakan kawat yang tipis sebagai pengikat antara jaring parabola dengan kerangka payung.
6. Reflektor akan terbentuk seperti Gambar 3.7 dimana f = jarak reflektor ke titik focus, d = kedalaman parabola dan D = diameter parabola.
3.6.3 Kabel USB Ekstender
Kabel USB ekstender dibuat untuk mengatasi jarak yang cukup jauh antara laptop dengan antena, pada Gambar 3.8 terlihat kabel mana saja yang harus dihubungkan agar kabel UTP dan USB ekstender bisa bersatu :
Gambar 3.8 Susunan kabel USB extender menggunakan UTP
Kabel UTP bisa dikoneksikan dengan kabel USB dengan menyambung kabel kabel yang berada didalamnya dengan susunan seperti dibawah :
1. Kabel UTP Orange Putih Orange disatukan untuk menghubungkan pin +5V (kabel USB Merah).
2. Kabel UTP Putih Hijau untuk menghubungkan pin + Data (kabel USB Putih).
3. Kabel UTP Hijau menghubungkan pin – Data (kabel USB Hijau).
4. Kabel UTP Biru – Putih Biru dan Coklat – Putih Coklat disatukan untuk menghubungkan Ground (kabel USB Hitam). + 5 V + Data Data Ground 1 2 3 4 1 2 3 4 + 5 V + Data Data Ground 1 2 3 4 1 2 3 4 USB Female USB Male Kabel UTP
Bahanbahan yang diperlukan untuk pembuatan kabel USB extender : 1. Kabel USB . 2. Kabel UTP panjang 4 m atau desesuaikan dengan kebutuhan. 3. Pipa kecil untuk melindungi sambungan kabel. 4. Rubber tape. Langkah Kerja Kabel USB ekstender : 1. Siapkan material berikut. 2. Kupas selongsong luar pada kedua ujung kabel UTP +/ 3.5 cm. 3. Kupas ujung kabel (8 kabel) sehingga kabel kelihatan +/ 3 mm. 4. Potong kabel USB dan kupas selongsong luarnya +/ 3.5 cm. 5. Kupas ke empat ujung kabel pada ujungnya sehingga kabel kelihatan +/ 3 mm.
6. Pasang potongan pipa untuk melindungi sambungan kabel sebelum kabel disolder.
7. Pasang selongsong kabel / kondom kabel untuk masingmasing sambungan.
8. Setelah kabel disolder, panasi kondom kabel sampai menyusut sehingga sambungan terlindungi.
9. Pipa pelindung diposisikan pada sambungan kabel kemudian kedua ujung pipa diikat dengan rubber tape sehingga rapat dan cukup kuat.
3.7 Persiapan Akhir
Setelah semuanya selesai dirakit, maka yang dilakukan adalah instalasi perangkat lunak untuk mengaktifkan USB wireless adapter agar dapat dikenali oleh computer yang akan digunakan dengan langkahlangkah sebagai berikut :
a. Pastikan USB wireless adapter belum terpasang pada port USB notebook.
b. Masukkan CD driver dan ikuti langkah instalasi sampai selesai.
c. Hubungkan USB wireless adapter ke port USB notebook melalui kabel USB ekstender.
