Rancang Bangun Antena Helical 1,9 GHZ Untuk Memperkuat Penerimaan Sinyal WCDMA

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK

MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA

Oleh :

EKA KARTIKA FITRIANI

070402104

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK

MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA

Oleh :

EKA KARTIKA FITRIANI

070402104

Disetujui oleh:

Pembimbing,

Ir. ARMAN SANI, MT

NIP. 19631128 0199103 1003

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si

NIP. 19540531 198601 1002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi pada jaringan WCDMA menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena Helical adalah salah satu pilihan penguatan perolehan sinyal.

Pada Tugas Akhir ini dirancang, direalisasikan dan dilakukan pengukuran parameter-parameter Antena Helical. Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA demi memaksimalkan perolehan sinyal dan koneksi. Adapun parameter antena diuji sebagai titik ukur kemampuan antena. Dari pengukuran diperoleh gain Antena Helical untuk 10 lilitan adalah 44 dB dan untuk 20 lilitan adalah 49 dB. Antena ini memiliki

beamwidth yaitu 33 0 untuk untuk 10 lilitan dan 260 untuk untuk 20 lilitan. Dengan antena ini dapat meningkatkan kecepatan transfer data sebesar 2 kali dari pada hanya menggunakan USB modem WCDMA.

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, serta kakanda - kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.

4. Adikku tersayang Dwi Puspitasari dan Arif Budiman. Terima kasih atas perhatian dan doanya.

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

6. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU

7. Ichsan Safirza yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini.

8. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Arynda, Hirzi, Suib, Fajar, Selfi, Arief, Roy, Yovie, Komeng, Febri, Ichsan, Ryan, Rido, Bayu, Samuel, Frans, Borong, Raedi, Dion dan segenap angkatan ‘07, semoga silaturahmi kita terus terjaga.

9. Senior dan junior yang telah membantu : B’Reza, B’Gifari, B’Riki , B’Rudi, B’Syu’ib, Siska, Dina, Dian, Ari, Wendli serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini. 10. Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro dan semua pengurus

IMTE 2011 – 2012 yang telah memberikan banyak waktu dan keleluasaan pada penulis untuk dapat menyelesikan Tugas Akhir ini.

11. Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran.

12. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, Mei 2011 Penulis

Eka Kartika Fitriani NIM. 070402104

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xii

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penulisan ... 3

1.6 Metodologi Penulisan ... 3

1.7 Sistematika Penulisan ... 4

II. TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA) ... 6

2.1 Umum ... 6

2.2 Gelombang Elektromagnetik ... 7

2.3 Pengertian Antena ... 7

2.4 Parameter – Parameter Antena ... 8

2.4.1 Direktivitas Antena ... 8

2.4.2 Gain Antena ... 9

2.4.4 Polarisasi Antena ... 13

2.4.5 Beamwidth Antena ... 16

2.4.6 Bandwidth Antena ... 17

2.4.7 Impedansi Antena ... 18

2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) ... 19

2.5 Antena Isotropis ... 21

2.6 Antena Directional ... 22

2.6.1 Antena Unidirectional ... 22

2.6.2 Antena Omnidirectional ... 23

2.7 Material ... 24

2.7.1 Dielektrik ... 24

2.7.2 Logam ... 24

2.8 Wideband Code Division Mulitiple Access (WCDMA) ... 25

2.8.1 Arsitektur Jaringan WCDMA ... 25

2.8.2 Mekanisme Kerja WCDMA ... 29

2.8.3 Keunggulan Teknologi WCDMA ... 31

III. RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL ... 35

2.1 Umum ... 35

3.2 Antena Helical ... 36

3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Rancangan AntenaHelical ... 36

3.4 Bagian DasarAntena Helical ... 38

3.5 Pola Radiasi (pattern) Antena Helical Pada Mode Axial ... 41

3.6 Operasi Antena Helical Pada Mode Axial ... 42

3.8 Perancangan Antena Helical ... 45

3.8.1 Perhitungan Parameter Antena ... 45

3.9 Perakitan Antena Helical ... 48

3.9.1 Peralatan ... 48

3.9.2 Pembuatan Antena Helical ... 49

3.10 Instalasi Software ... 52

3.10.1 Instalasi Driver Modem GSM HUAWEI E160 ... 52

3.10.2 Instalasi dan Konfigurasi QPST dan QXDM ... 52

IV. PENGUJIAN ANTENA HELICAL ... 58

4.1 Umum ... 58

4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian ... 58

4.3 Pengukuran Pola Radiasi ... 60

4.4 Penghitungan Beamwidth ... 67

4.5 Pengukuran Gain ... 70

4.6 Pengujian Transfer Data ... 75

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 84

5.1 Kesimpulan ... 84

5.2 Saran ... 84

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 8

Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ... 12

Gambar 2.3 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional ... 12

Gambar 2.4 Polarisasi Antena ... 13

Gambar 2.5 Polarisasi Vertikal ... 14

Gambar 2.6 Polarisasi Horizontal ... 14

Gambar 2.7 Polarisasi Circular ... 15

Gambar 2.8 Polarisasi Cross ... 16

Gambar 2.9 Beamwidth Antena ... 17

Gambar 2.10 Bandwidth Antena ... 17

Gambar 2.11 Voltage Standing Wave Ratio ... 21

Gambar 2.12 Antena Isotropis ... 21

Gambar 2.13 Contoh Antena Unidirectional ... 23

Gambar 2.14 Contoh Antena omnidirectional ... 24

Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA ... 26

Gambar 2.16 Alur Evolusi Dari Sistem Generasi ke-2 dan Ke-3 ... 30

Gambar 3.1 Diagram Aur Perancangan dan Perakitan Antena Helical ... 37

Gambar 3.2 Model Antena Helical ... 32

Gambar 3.3 Bentuk Dasar Antena Helical dan Hubungan Antara D, S, C, L ... 39

Gambar 3.4 Antena Helix dangan Ground Plane ... 40

Gambar 3.6 Pipa Yang Sudah Dibuat Template ... 49

Gambar 3.7 Penutup Pipa Yang Sudah Dipotong ... 50

Gambar 3.8 Penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan dilubangi ... 50

Gambar 3.9 Bentuk Lempengan Kuningan ... 51

Gambar 3.10 Lempengan yang sudah disolder pada kawat email dan kawat RG58 ... 51

Gambar 3.11 System Properties My Computer ... 53

Gambar 3.12 Device Manager ... 54

Gambar 3.13 QPST Configuration ... 54

Gambar 3.14 Pemilihan Port ... 55

Gambar 3.15 QXDM Communication ... 56

Gambar 3.16 Tampilan Power Sinyal Yang Terbaca QXDM ... 56

Gambar 3.17 Pembacaan Power Sinyal ... 57

Gambar 4.1 Antena Helical ... 59

Gambar 4.2 Alat Peletakan Antena ... 60

Gambar 4.3 Perkiraan Jarak Pengukuran Pertama ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth ... 61

Gambar 4.4 Perkiraan Jarak Pengukuran Kedua ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth ... 61

Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran ... 62

Gambar 4.6 Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Pertama ... 67

Gambar 4.7 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Pertama ... 68 Gambar 4.8 Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Kedua

... 69 Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Kedua

... 69 Gambar 4.10 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Tanpa

Menggunakan Antena Helical ... 71 Gambar 4.11 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan

Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 71 Gambar 4.12 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan

Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ... 72 Gambar 4.13 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Tanpa

Menggunakan Antena Helical ... 73 Gambar 4.14 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan

Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 74 Gambar 4.15 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan

Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ... 74 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa

Menggunakan Antena Helical ... 76 Gambar 4.18 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa

Gambar 4.19 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ... 77 Gambar 4.20 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan

Helical 10 lilitan ... 78 Gambar 4.21 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena

Helical 20 lilitan ... 78 Gambar 4.22 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan

Helical 20 lilitan ... 78 Gambar 4.23 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa

Menggunakan Antena Helical ... 80 Gambar 4.24 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa

Menggunakan Antena Helical ... 80 Gambar 4.25 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena

Helical 10 lilitan ... 81 Gambar 4.26 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan

Helical 10 lilitan ... 81 Gambar 4.27 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena

Helical 20 lilitan ... 82 Gambar 4.28 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA ... 30

Tabel 3.1 Peralatan Pembuatan Antena Helical ... 48

Tabel 4.1 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 10 lilitan ... 63

Tabel 4.2 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 20 lilitan ... 64

Tabel 4.3 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 10 lilitan ... 65

Tabel 4.4 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 20 lilitan ... 66

Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Gain Pada Gedung Teknik Tegangan Tinggi ... 73

Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Gain Pada Jalan Mesjid ... 75

Tabel 4.7 Rata-Rata Hasil Pengujian Pertama Transfer Data ... 79

ABSTRAK

Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi pada jaringan WCDMA menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena Helical adalah salah satu pilihan penguatan perolehan sinyal.

Pada Tugas Akhir ini dirancang, direalisasikan dan dilakukan pengukuran parameter-parameter Antena Helical. Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA demi memaksimalkan perolehan sinyal dan koneksi. Adapun parameter antena diuji sebagai titik ukur kemampuan antena. Dari pengukuran diperoleh gain Antena Helical untuk 10 lilitan adalah 44 dB dan untuk 20 lilitan adalah 49 dB. Antena ini memiliki

beamwidth yaitu 33 0 untuk untuk 10 lilitan dan 260 untuk untuk 20 lilitan. Dengan antena ini dapat meningkatkan kecepatan transfer data sebesar 2 kali dari pada hanya menggunakan USB modem WCDMA.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi mobile telah memberi kemudahan-kemudahan untuk dapat mengakses media informasi global ini. Jaringan mobile sebagian besar telah memenuhi standar koneksi dengan teknologi 3G, Next G atau HSDPA yang semakin mempermudah pengguna untuk mendapatkan layanan internet. Internet telah menjadi kebutuhan penting. Bahkan bagi sebagian orang, internet telah menjadi kebutuhan primer. Kendala yang umum terjadi adalah kecepatan akses yang menjadi lambat seiring dengan banyaknya pengguna telepon yang melakukan pembicaraan langsung serta akibat tidak stabilnya sinyal yang diterima oleh pelangan.

Wideband Code Division Multiple Access merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada

pita frekuensi yang lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Sistem WCDMA hanya memerlukan satu channel frekuensi radio untuk semua pemakainya, masing-masing pemakai diberi kode yang membedakan antara pengguna satu dengan yang lain. Skema metode akses yang digunakan untuk penyebaran sinyal WCDMA adalah direct sequence dimana code sequence digunakan secara langsung untuk memodulasi sinyal radio yang dipancarkan dengan menggunakan sinyal penebar. Namun karena pengaruh dari beberapa faktor maka sinyal yang diterima oleh pelanggan sering kali mengalami

ketidakstabilan. Upaya yang dapat dilakukan adalah memperkuat penerimaan sinyal dengan memasang antena bantu dengan gain yang cukup besar.

Antena Helical adalah pilihan yang tepat dengan penguatan yang cukup besar. Pembuatan Antena Helical tidak terlampau sulit, material bahannya mudah didapat serta tidak memerlukan peralatan khusus untuk membuatnya. Antena Helical sangat mungkin dibuat oleh masyarakat umum dengan memperhatikan urutan pengerjaan yang tepat. Dari segi ekonomis, pembuatannya tidak memerlukan biaya yang cukup mahal dibandingkan dengan membeli antena built

up yang tersedia dipasaran.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu :

1. Bagaimana merancang Antena Helical yang dapat bekerja pada frekuensi 1.9 GHz dan memiliki gain yang maksimal?

2. Apa saja kinerja antena yang dirancang?

3. Bagaimana menguji kinerja antena hasil rancang bangun tersebut.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Membangun Antena Helical 1.9 GHz.

2. Mengukur kemampuan Antena Helical dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA.

1.4 Batasan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas pada Tugas Akhir dibatasi pada :

1. Hanya membahas WCDMA secara umum.

2. Analisa parameter Antena Helical meliputi pola radiasi, gain,

beamwidth dan uji transfer data.

3. Penerimaan sinyal menggunakan USB Modem GSM merk HUAWEI dengan menggunakan simcard XL.

4. Antena Helical yang akan dirancang menggunakan material bahan pipa PVC.

5. Tidak membahas software secara khusus karena hanya digunakan sebagai aplikasi.

1.5 Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah dapat merealisasikan teori yang didapat mengenai antena untuk dapat merancang bangun sebuah antena bantu penguat sinyal khususnya penerimaan sinyal WCDMA. Tugas Akhir ini diharapkan dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

1.6 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan jurnal-jurnal pendukung, baik dalam bentuk hardcopy dan

softcopy.

2. Mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan. 3. Memulai proses membuatan Antena Helical. 4. Melakukan pengukuran parameter antena. 5. Melakukan analisa dan evaluasi.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION

MULTIPLE ACCESS (WCDMA)

Bab ini berisi penjelasan tentang teori dasar antena secara umum dan uraian mengenai Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA).

BAB III RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL

Bab ini berisi perancangan Antena Helical yang meliputi pengukuran desain dan pembuatan.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ANTENA HELICAL

Bab ini berisi tentang pengujian Antena Helical 1.9 GHz untuk memperkuat penerimaan sinyal WCDMA. Parameter yang akan diuji adalah gain antena, pengarahan antena dan transfer data maksimum yang diperoleh.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.

BAB II

TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA)

2.1 Umum

Penemuan teknologi radio adalah kemajuan besar dunia telekomunikasi. Awal 1800-an secara terpisah Joseph Henry, profesor dari Pinceton University dan fisikawan Inggris Michael Faraday mengembangkan teori induksi. Percobaan mereka terhadap elektromagnet membuktikan arus listrik di sebatang kawat dapat menimbulkan arus di batang kawat lain, meski keduanya tidak berhubungan. Tahun 1864 fisikawan Inggris lain James Clerik Maxwell, berteori bahwa arus listrik dapat menciptakan medan magnet dan bahwa gelombang elektromagnet bergerak dengan kecepatan cahaya. Teori Maxwell itu belakangan dibuktikan kebenarannya oleh percobaan yang dilakukan fisikawan Jerman Heinrich Hertz, tahun 1880. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima. Penemuan Hertz ini dilanjutkan oleh Guglielmo Marconi dengan menambah rangkaian tuning dan antena besar yang mampu melakukan yang sangat jauh. Kemudian Guglielmo Marconi pada 1895, berhasil mengirim sinyal komunikasi radio dengan gelombang elektromagnet sejauh ± 1,5 km. Tahun 1901, sinyal dari perangkat adio Marconi mampu melintasi Samudera Atlantik dari Inggris ke Newfoundland, Kanada [1].

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnet adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.

Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1[7] :

(2.1)

Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa

udara (free space), maka [7]:

v = c = 3 x 108 m/s (2.2)

2.3 Pengertian Antena

Dalam sejarah komunikasi, perkembangan teknik informasi tanpa menggunakan kabel ditetapkan dengan nama antena. Antena berasal dari bahasa latin ”antena” yang berarti tiang kapal layar. Dalam pengertian sederhana kata latin ini berarti juga “penyentuh atau peraba” sehingga kalau dihubungkan dengan teknik komunikasi berarti bahwa antena mempunyai tugas menyelusuri jejak gelombang elektromagnetik, hal ini jika antena berfungsi sebagai penerima. Sedangkan jika sebagai pemancar maka tugas antena tersebut adalah menghasilkan sinyal gelombang elektromagnetik [2] .

Antena dapat juga didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan atau meneruskan gelombang

elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas. Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada penerima akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima [2].

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima

2.4 Parameter – Parameter Antena

Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, polarisasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedasi antena dan voltage standing wave ratio (VSWR).

2.4.1 Direktivitas Antena

Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada

ke arah khusus. Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa ketempat dalam suatu arah. Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke semua arah (omnidirectional). Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan. Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah (unidirectional) [2].

Direktivitas antena merupakan perbandingan kerapatan daya maksimum dengan kerapatan daya rata-rata. Maka dapat dituliskan pada persamaan [6] :

(2.3)

2.4.2 Gain Antena

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan

kemampuan antena mengarahkan arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah

Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil

daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [4]:

Gain = G = k. D (2.4)

Dimana :

Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan

membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam satuan decibel. Decibel dapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [5] : a. Ketika mengacu pada pengukuran daya (power)

(2.5) b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan (volt)

(2.6) Gain antena biasanya diukur relatif pada :

1) dBi (relatif pada radioator isotropic) 2) dBd (relatif pada radioator dipole)

Hubungan antara dBi dan dBd adalah sebagai berikut [5]:

0 dBd = 2,15 dBi (2.7) Umumnya dBi digunakan untuk mengukur gain sebuah antena.

Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum

antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan [6]:

(2.8)

Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2.9 [6]:

Dimana :

Gt = Gain total antena.

Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm). Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm). Gs = Gain antena referensi.

2.4.3 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat. Di sebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan di luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional [7]. Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan antena [3].

Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi.

a. Pola Radiasi Antena Unidirectional

Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relative jauh. Gambar 2.2 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional [9].

Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional

b. Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena

Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 3600 jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.3 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional [9].

2.4.4 Polarisasi Antena

Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless, polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Gambar 2.4 menunjukkan gambar polarisasi antena. Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi

circular dan polarisasi cross [8].

Gambar 2.4 Polarisasi Antena

a. Polarisasi Vertikal

Antena dikatakan berpolarisasi vertikal jika elemen antena vertikal terhadap permukaan tanah. Polarisasi vertikal banyak digunakan pada jaringan wireless [8]. Gambar 2.5 menunjukkan polarisasi vertikal.

Gambar 2.5 Polarisasi Vertikal

b. Polarisasi Horizontal

Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika elemen antena horizontal terhadap permukaan tanah. Polarisasi horizontal digunakan pada beberapa jaringan wireless [8]. Gambar 2.6 menunjukkan polarisasi horizontal.

c. Polarisasi Circular

Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan

wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik

berputar secara konstan terhadap antena [8]. Gambar 2.7 menunjukkan polarisasi circular.

e

Gambar 2.7 Polarisasi Circular

Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena.

d. Polarisasi Cross

Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebaliknya [8]. Gambar 2.8 menunjukkan polarisasi cross.

Gambar 2.8 Polarisasi Cross

2.4.5 Beamwidth Antena

Beamwidth Adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi

radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama [4]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut [8] :

(2.10)

Dimana :

B = 3 dB beamwidth (derajat) = frekuensi (GHz)

d = diameter antena (m)

Gambar 2.9 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main

lobe,nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor dua) dan lobe sisi belakang

(back lobe, nomor 3). Half Power Beamwidth ( HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada

lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.

Gambar 2.9 Beamwidth Antena

2.4.6 Bandwidth Antena

Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena . Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi

f1 (di bawah fC) sampai dengan f2 (di atas fC), maka bandwidth antena tersebut

adalah [8] :

(2.11)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan

untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

2.4.7 Impedansi Antena

Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [4]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.

I V

ZT = (2.12)

Dimana :

ZT = impedansi terminal

V = beda potensial terminal I = arus terminal

2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dipandang sebagai impedansi karakteristik saluran. Akan tetapi setelah sinyal mencapai ujung saluran dimana beban berada, keadaan akan lain tergantung pada kondisi beban tersebut.

Bila besar impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka daya sinyal yang datang ke beban akan diserap seluruhnya oleh beban. Tetapi bila besar impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka sebagian sinyal yang datang ke beban itu akan memantul dan kembali menuju ke sumbernya semula. Besarnya sinyal yang dipantulkan kembali menuju sumber ini bergantung kepada bagaimana ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban.

Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang

dinyatakan dengan simbol Γ.

Harga koefisien pantul ini dapat bervariasi antara 0 sampai 1. Jika bernilai 0 artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Hal ini dinyatakan dalam persamaan [8] :

+ − = Γ V V (2.13) Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dituliskan [8] :

o l o L Z Z Z Z +− =

Pantulan daya pada saluran yang direpresentasikan dengan adanya tegangan pantul dan arus pantul di sepanjang saluran akan bertemu dengan gelombang datang dan menimbulkan gelombang resultan yang disebut dengan gelombang berdiri (standing wave). Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Perbandingan antara tegangan maksimum terhadap tegangan minimum ini disebut voltage standing wave ratio (VSWR). Secara sederhana VSWR dapat dituliskan sebagai [8] :

min max V V

VSWR= (2.15)

VSWR merupakan parameter yang menentukan kualitas dari transmisi suatu sinyal dari sumber ke beban. Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang artinya dalam saluran tidak ada gelombang pantul atau semua daya yang diradiasikan antena pemancar diterima semua oleh antena penerima. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar. Gambar 2.11 menunjukkan gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koefisien refleksi dapat dituliskan [8] :

Γ − Γ + = 1 1

VSWR (2.16)

2.5 Antena Isotropis

Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Karena itu dikatakan pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa stuktur antena yang lebih kompleks [7]. Gambar 2.12 menunjukkan gambar antena isotropis.

Gambar 2.12 Antena Isotropis

2.6 Antena Directional

Berdasarkan direktivitasnya, antena unidirectional dibagi menjadi antena

unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena

yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena

omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari

2.6.1 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radisinya yang terarah. Antena

unidirectional mempunyai kemampuan direktivitasnya yang lebih dibandingkan

jenis – jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendapatan sinyal yang relative kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut [8]. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodic dan lain – lain [8]. Gambar 2.13 memperlihatkan beberapa contoh antena unidirectional.

2.6.2 Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang melebar. Direktivitas antena omnidirectional berada dalam arah vertikal. Bentuk pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks [8]. Contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena

collinear, antena slotwave guide dan lain – lain [8]. Gambar 2.14 memperlihatkan

beberapa contoh antena omnidirectional.

2.7 Material

Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tanent dan ketahanan terhadap kondisi lingkunga adalah parameter utama yang harus diperhatikan [8].

2.7.1 Dielektrik

Bahan dielektrik dapat didapatkan dalam proporsi bentuk dipasaran. Keramik, kaca, plastic, styrofoom adalah beberapa yang termasuk dalam kategori dielektrk. Bahan ini digunakan secara luas sebagai segel untuk komponen gelombang mikro dan sekat pada reflektor. Bahan ini biasanya digunakan untuk aplikasi dengan daya yang rendah. Untuk aplikasi dengan daya yang tinggi bisa menggunakan semua dielektrik kecuali keramik. Plastik yang diperkuat juga digunakan secara luas sebagai penyusun antena, feeder dan mounting surface.

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. Alumunium memiliki struktur yang lebih ringan daripada tembaga dan

2.8 Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)

Wideband Code Division Multiple Access merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada

pita frekuensi yang lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Sistem WCDMA hanya memerlukan satu channel frekuensi radio untuk semua pemakainya, masing-masing pemakai diberi kode yang membedakan antara pengguna satu dengan yang lain. Skema metode akses yang digunakan untuk penyebaran sinyal WCDMA adalah direct sequence dimana code sequence digunakan secara langsung untuk memodulasi sinyal radio yang dipancarkan dengan menggunakan sinyal penebar [13].

2.8.1 Arsitektur Jaringan WCDMA

Teknologi telekomunikasi wireless generasi ketiga (3G) yaitu Universal

Mobile Telecommunication System (UMTS). Universal Mobile Telecommunication System merupakan suatu evolusi dari GSM, dimana interface

radionya adalah WCDMA, mampu melayani transmisi data dengan kecepatan yang lebih tinggi, kecepatan data yang berbeda untuk aplikasi-aplikasi dengan QoS yang berbeda. Gambar arsitektur jaringan UMTS, terlihat pada Gambar 2.15 [13] :

Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA

Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa arsitektur jaringan WCDMA terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu sebagai berikut :

1. UE (User Equipment)

User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan

untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan

smart card yang dikenal dengan nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module)

yang berisi nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk keamanan seperti authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga dilengkapi dengan ME (Mobile Equipment) yang berfungsi sebagai terminal radio yang digunakan untuk komunikasi lewat radio.

2. UTRAN (UMTS Terresterial Radio Access Network)

Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah RNC

a. RNC (Radio Network Controller)

RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang membawahi beberapa Node B, menghubungkan CN (Core Network) dengan user dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource Control) yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN. b. Node B

Node B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node B merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada UE. Fungsi utama node B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain : channel coding, interleaving, spreading, de-spreading,

modulasi, demodulasi dan lain-lain. Node B juga melakukan beberapa operasi RRM (Radio Resouce Management), seperti handover dan power control.

3. CN (Core Network)

Core Network berfungsi sebagai switching pada jaringan UMTS,

memanajeman jaringan serta sebagai interface antara jaringan UMTS dengan jaringan yang lainnya. Komponen Core Network UMTS terdiri dari :

a. MSC (Mobile Switching Center)

MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switch seperti video, video call.

b. VLR (Visitor Location Register)

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan.

c. HLR (Home Location Register)

HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location)

d. SGSN ( Serving GPRS Support Node)

SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS. Fungsi SGSN adalah sebagai berikut :

1) Mengantarkan packet data ke MS 2) Update pelanggan ke HLR 3) Registrasi pelanggan baru

e. GGSN ( Gateway GPRS Support Node )

GGSN berfungsi sebagai gerbang penghubung dari jaringan GPRS ke jaringan paket data standard (PDN). GGSN berfungsi dalam menyediakan fasilitas internetworking dengan eksternal packet-switch network dan dihubungkan dengan SGSN via Internet Protokol (IP). GGSN akan berperan antarmuka logik bagi PDN, dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN. Selain itu juga terdapat beberapa interface baru, seperti : Uu, Iu, Iub, Iur. Antara UE dan UTRAN terdapat interface Uu. Di dalam UTRAN terdapat interface Iub yang menghubungkan Node B dan RNC,

Interface Iur yang menghubungkan antar RNC, sedangkan UTRAN dan CN

dihubungkan oleh interface Iu. Protokol pada interface Uu dan Iu dibagi menjadi dua sesuai fungsinya, yaitu bagian control plane dan user plane . Bagian user

plane merupakan protokol yang mengimplementasikan layanan Radio Access Bearer (RAB), misalnya membawa data user melalui Access Stratum (AS).

Sedangkan control plane berfungsi mengontrol RAB dan koneksi antara mobile

user dengan jaringan dari aspek : jenis layanan yang diminta, pengontrolan

sumber daya transmisi , handover , mekanisme transfer Non Access Stratum (NAS) seperti Mobility Management (MM), Connection Management (CM),

Session Management (SM) dan lain-lain.

2.8.2 Mekanisme Kerja WCDMA

WCDMA adalah salah satu dari 5 standar telekomunikasi selluler generasi ketiga yang memiliki kapabilitas layanan dengan kecepatan transfer data sebagai berikut:

a. 144 kbps untuk pengguna dengan mobilitas yang cepat.

b. 384 kbps untuk pengguna yang mobilitasnya lambat.

c. 2 Mbps untuk pengguna tanpa mobilitas

WCDMA merupakan teknologi direct sequence CDMA dengan chip rate 3,84 Mcps. Sistem generasi ke-3 ini diusulkan oleh badan standarisasi Eropa, ETSI, sebagai kelanjutan dari sistem generasi ke-2 GSM dan sebagai kandidat yang telah memenuhi kriteria pada rekomendasi IMT-2000 ITU. Gambar 2.16 merupakan alur evolusi dari sistem generasi ke-2 ke generasi ke-3 [15]:

Gambar 2.16 Alur Evolusi dari Sistem Generasi ke-2 ke Generasi ke-3

Dari evolusi sistem yang ada, terdapat beberapa parameter dari generasi ke-2 yang masih relevan digunakan pada sistem generasi ke-3. Parameter-parameter yang dimaksud diantaranya:

a. Mobility Management (MM)

b. GPRS Mobility Management c. Connection Management

d. Session Management

e. Subscriber IdentityModule

Tabel 2.1 menunjukkan beberapa perbedaan mendasar antara teknologi generasi ke-2 GSM dan generasi ke-3 WCDMA [15]:

Tabel 2.1 Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA

Parameter GSM WCDMA

Metode Akses TDMA CDMA

Tabel 2.1 Lanjutan

Parameter GSM WCDMA

Frequency Kerja 900 Mhz & 1800 Mhz 1900 Mhz & 2100 Mhz Frequency Reused Factor 7 1

Packet Data Timeslot based scheduling (GPRS)

Load based on Packet Scheduling

Frequency Diversity Frequency Hopping Multipath Diversity dengan Rake Receiver Frequency Power Control Di bawah 2 Hz 1500 Hz

Downlink Transmit Diversity

Tidak distandarkan Distandarkan

2.8.3 Keunggulan Teknologi WCDMA

WCDMA sebagai sistem telekomunikasi selular digital memiliki keunggulan yang jauh lebih banyak, di antaranya [14]:

1. Layanan yang Fleksibel

WCDMA menerapkan setiap 5 MHz carrier untuk menangani layanan yang beragam dari 8 Kbps hingga 2 Mbps. Layanan berbasis circuit dan packet

switched dapat dikombinasikan kedalam kanal yang sama, sehingga pada

terminal dapat menerapkan layanan multimedia dengan multiple packet ataupun

circuit connection.

2. Efisiensi spektrum

Penggunaan spektrum radio pada WCDMA sangat efisien. Perencanaan frekuensi reuse tidak diperlukan karena penerapan reuse "1" pada sistem

WCDMA. Kapasitas jaringan dapat ditingkatkan dengan beberapa teknik seperti

Hierarchical Cell Structures (HCS), Adaptive Antena Array (AAA) dan coherent demodulation (bi-directional).

3. Kapasitas dan cakupan

Tranceiver frekuensi radio WCDMA dapat menangani delapan kali lipat user yang menggunakan voice dibandingkan dengan transceiver narrowband.

Setiap RF carrier dapat menangani 100 panggilan voice secara simultan, atau 50 internet (data) secara simultan. Kapasitas dari WCDMA diperkirakan dua kali dari Narrowband CDMA dalam lingkungan urban maupun sub urban. Adanya

bandwidth yang lebih lebar, penggunaan coherent demodulation dan fast power control pada uplink maupun downlink memberikan threshold penerima yang

lebih rendah.

4. Ragam layanan per koneksi

Packet dan circiut switched dapat secara bebas digabungkan, dengan variable bandwidth dan kecepatan serta pengiriman yang simultan ke user yang

sama dengan kualitas tertentu. Setiap terminal WCDMA dapat mengakses beberapa layanan yang berbeda pada saat yang bersamaan. Hal ini dapat berupa

voice atau kombinasi layanan seperti internet, e-mail dan video. Kecepatan data

yang bervariasi dapat dicapai dengan menggunakan variable orthogonal

spreading codes dan penyesuaian dari daya keluaran yang ditransmisikan.

5. Efisiensi jaringan

Dengan penambahan akses wireless WCDMA kedalam jaringan digital selular yang telah ada seperti GSM dan inter-networking dua sistem tersebut,

jaringan inti dan base station yang sama dapat digunakan. Hubungan antara jaringan akses WCDMA dengan jaringan GSM menggunakan ATM mini-cell

transmission protocol, yang dikenal dengan ATM Adaptive Layer 2 (AAL2). Ini

merupakan cara yang sangat efisien dalam menangani data paket dalam meningkatkan kapasitas.

6. Kapasitas suara yang baik

Meskipun tujuan utama dari akses wireless generasi ketiga adalah untuk membawa trafik multimedia dengan bit rate yang tinggi, namun dapat pula mendukung mekanisme eifisiensi spektrum dari trafik suara. Sebagai contoh, setiap operator dengan alokasi spektrum 2 x 15 MHz dapat menangani setidak-nya 192 panggilan suara per sel sektor.

7. Keterbukaan akses

Dengan sistem dual-mode pada terminal, mekanisme akses yang terbuka dapat dilakukan, seperti handover dan roaming antara jaringan GSM dan UMTS, dengan adanya terlebih dahulu pengaturan layanan antara dua sistem akses tersebut.

8. Indoor coverage

Penggunaan mode operasi TDD (Time Division Duplex) secara teknik cocok untuk penerapan unlicensed spectrum pada lingkungan tertutup (indoor).

9. Akses layanan yang cepat

Dalam mendukung pengaksesan yang cepat untuk layanan multimedia, prosedur akses acak (random access procedure) yang baru telah dikembangkan dengan menggunakan fast synchronization untuk menangani layanan packet

data sebesar 384 kbps. Prosedur ini memungkinkan terjadinya set-up hubungan antara mobile user dan base station hanya dalam waktu beberapa milisecond.

BAB III

RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL

3.1 Umum

Kemajuan dunia komunikasi menghadirkan kemudahan-kemudahan dalam mendapatkan informasi. Internet adalah mediator komunikasi tersebut. Informasi dapat diperoleh dimana saja dan kapan saja asalkan pengguna berada di lokasi yang terdapat jaringan internet. Komunikasi seluler memberikan kemudahan itu. Kita dapat berkomunikasi dimana saja dan kapan saja asalkan berada di cakupan jaringan. Namun kecepatan akses juga menjadi faktor penting. WCDMA adalah jawaban untuk kecepatan akses internet yang dapat diandalkan. Dengan hanya melewatkan data saja, WCDMA memberikan keluasan bandwidth. Permasalahan yang timbul adalah minimnya area yang mendapat cakupan WCDMA. Sehingga level sinyal yang diperoleh sangat kecil dan relative mudah

disconected. Cara yang dapat dilakukan adalah mengupayakan peningkatan gain

penerimaan sinyal. Dengan menggunakan antena bantu level sinyal sangat mungkin untuk ditingkatkan. Segi ekonomis juga dipertimbangkan untuk menentukan antena bantu apa yang dapat diupayakan disamping juga kemudahan dalam pembuatan dan kemampuan penguatan sinyal.

Antena Helical adalah antena yang layak untuk dipakai sebagai antena bantu. Kemudahan perancangan serta harga yang terjangkau membuat Antena Helical dapat diupayakan oleh masyarakat luas.

3.2 Antena Helical

Antena Helical adalah suatu antena yang terdiri dari 'conducting wire' yang dililitkan pada media penyangga berbentuk Helix. Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi. Bentuk dari Antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi.

Pada Antena Helical dirancang, menggunakan kawat email yang dililitkan pada pipa PVC dan lempengan kuningan sebagai ground plane, serta pigtail pada perpanjangan konektor SMA.

Pemilihan Antena Helical sebagai antena bantu lebih dikarenakan kemudahan dalam perakitannya dan biaya yang dikeluarkan relatif murah. Kemampuan antena ini untuk menguatkan sinyal juga terbilang sangat baik.

3.3 Langkah Pengerjaan dan Model Rancangan Antena Helical

Pengerjaan Antena Helical dimulai dengan membuat perencanaan pengerjaan dari mulai proses perancangan, pembuatan hingga pengujian. Perencanaan pengerjaan itu dapat di lukiskan dalam diagram alur seperti yang digambarkan pada Gambar 3.1.

Mengumpulkan teori dan komponen yang dibutuhkan serta menentukan parameter

Perencanaan Antena Helical

Merakit Antena Helical

Selesai Mulai

Ya

Tidak Menguji Antena

Apakah Berfungsi Baik ?

Membuat Kesimpulan

Gambar 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perakitan Antena Helical

Langkah yang dilakukan setelah selesai pengumpulan teori dan informasi yang dibutuhkan adalah membuat perancangan dari teori yang diperoleh

mengenai dimensi dan bentuk Antena Helical. Dimensi dan bentuk Antena Helical digambarkan oleh Gambar 3.2.

Lengan Penopang

Tiang Penopang

pigtail

USB

Ground Plane

Llilitan Kabel Email Potongan Kuningan

Konektor SMA Female

Gambar 3.2 Model Antena Helical

3.4 Bagian Dasar Antena Helical

Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi. Bentuk dari Antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran teretentu.

Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi seperti pada Gambar 3.3 memperlihatkan bentuk dasar dari sebuah Antena Helix dengan parameter-parameternya adalah sebagai berikut [10].

Gambar 3.3 Bentuk Dasar Antena Helical dan hubungan

antara D. S, C, L

D = diameter dari Helix

C = circumference ( keliling ) dari Helix = πD

S = jarak antar lilitan

= sudut jepit ( pitch angle ) = arctan S/πD

L = panjang dari 1 lilitan

n = jumlah lilitan

A = axial length = nS

d = diameter konduktor Helix

Diameter dan keliling ( Circumference ) digunakan sebagai parameter

panjang gelombang D dan C. Axial Length dan pitch angle menentukan gain dari Helix. Makin panjang axial length maka makin besar pula gain dari Helix. Relasi ini dapat dilihat dari persamaan berikut [10].

(3.1)

Antena Helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 3.4 Ground plane dapat berbentuk apa saja, tetapi biasanya bentuknya segi empat atau lingkaran dengan diameter satu sampai satu setengah kali panjang gelombang. Ground plane dapat berbentuk reflektor kerucut atau dapat pula berbentuk datar. Dengan menggunakan ground plane, diharapkan back lobe dari Antena Helix dapat diminimalisasi [10].

Gambar 3.4 Antena Helix dengan Ground Plane

Antena Helix dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu mode transmisi

(transmission mode) dan mode radiasi (radiation mode). Mode transmisi

digunakan untuk menjelaskan bagaimana gelombang elektromagnetik dipropagasikan sepanjang Helix mengingat Helix dapat diasumsika sebagai

saluran transmisi tak hingga atau waveguide, dimana beberapa mode transmisi yang berbeda dapat dioperasikan.

Mode radiasi digunakan untuk mengetahui bentuk dari medan jauh (far

field pattern) dari sebuah Helix. Pada mode radiasi dikenal dua macam mode,

yaitu mode axial dan mode normal [10].

3.5 Pola Radiasi (pattern) Antena Helix pada Mode Axial

Secara teori Antena Helix dapat dimodelkan sebagai jajaran sejumlah titik sumber isotropis (isotropic point source). Masing-masing titik merepresentasikan satu buah lilitan dari Helix, sementara jarak antara titik merepresentasikan jarak antar lilitan pada Antena Helix. Jumlah titik sumber isotropis analogi dengan jumlah lilitan pada Antena Helix. Pola radiasi (pattern) dari Antena Helix diturunkan dengan menggunakan prinsip pattern multiplication, dimana pola radiasi Helix merupakan produk dari semua titik sumber isotropis yang tersusun secara array, sehingga disebut sebagai array pattern atau array factor (faktor

array) .

Dengan asumsi bahwa satu buah lilitan dari Antena Helix mempunyai gelombang berjalan (traveling wave) yang seragam disepanjang antena, maka pola radiasi total dari Antena Helix dengan jumlah lilitan n merupakan produk dari faktor array dengan pola radiasi satu lilitan Helix.

Nilai normalisasi dari pola radiasi total dari Antena Helix ini dihitung dengan persamaan berikut [10].

(3.2)

Dimana,

n = jumlah lilitan

Ф = sudut

Sedangkan bernilai,

(3.3)

3.6 Opcrasi Antcna Helix pada Mode Axial

Mode operasi axial terjadi jika circumference, C dari Helix bernilai kurang lebih satu kali panjang gelombang pada frekuensi tengah dari rekuensi kerjanya ( 0,75λ< C < 1,3λ). Sementara sudut jepit ( pitch angle ),

yang optimal adalah antara 10< < 20.

Antena Helix pada mode operasi axial adalah antena yang sederhana dan mudah untuk dibuat karena sifatnya yang non-critical. Ada beberapa parameter penting dari antena yang perlu untuk diperhatikan, yaitu [10] :

1. Beamwidth (lebar berkas)

2. Gain (penguatan)

Parameter-parameter diatas merupakan fungsi dari banyaknya lilitan (n), jarak antar lilitan (S) dan frekuensi. Untuk jumlah lilitan yang telah ditentukan, sifat dari beamwidth, gain dan impedansi dapat menentukan lebar bandwith. Sementara itu, nilai dari bandwith juga berhubungan erat dengan circumference dari Antena Helix.

Parameter lain yang mempunyai peran penting dalam perancangan Antena Helix adalah bentuk dan ukuran dari ground plane, diameter konduktor Helix, struktur penunjang Helix, dan pengaturan feed. Ground plane dapat dibuat dalam berbagai macam bentuk. Namun umumnya ground plane dibuat dalam bentuk lingkaran atau persegi yang datar atau flat dengan ukuran diameter atau sisi

minimal 3λ/4. Ukuran konduktor dapat dipilih dari 0.005λ sampai dengan

mendekati 0,05λ.

Antena Helix dihubungkan dengan saluran transmisi (kabel coaxial) melalui feeder. Pada pemasangan feeder, konduktor Antena Helix dihubungkan dengan bagian dalam dari kabel coaxial melalui bagian dalam dari feeder, sementara bagian luar dari feeder berfungsi menghubungkan bagian luar dari kabel coaxial dengan ground plane. Pemasangan feeder ini dapat pula mempengaruhi impedansi dari Antena Helix. Pada Antena Helix, feeder dapat dipasang dengan 2 macam model, yaitu [10].

1. Peripheral feed 2. Axial feed

Dengan model peripheral feed, impedansi Antena Helix mempunyai nilai yang dihitung dengan persamaan berikut [19]:

(3.4)

Sementara dengan menggunakan axial feed impedansi Antena Helix bernilai [10]:

(3.5)

Impedansi Antena Helix dapat diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan impedansi yang diinginkan dengan cara memodifikasi ¼ lilitan terakhirnya.

Beamwidth dari Antena Helix dapat dihitung sesuai dengan persamaan

berikut [19]:

(3.6)

Sementara itu, beamwidth between first null dihitung berdasarkan persamaan berikut [10]:

(3.7)

Directivity Antena Helix dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini [10]:

3.7 Konektor Antena

Sambungan antara antena dan komputer sangat penting artinya karena konektor merupakan peredam daya jika instalasi kurang baik. Antena Helix menggunakan konektor yang berupa pigtail.

3.8 Perancangan Antena Helical

Sub bab ini menjelaskan hal – hal yang perlu diperhitungkan dalam perancangan Antena Helical yang meliputi perhitungan panjang gelombang, diameter antena, circumference, jarak lilitan, axial length, impedansi dan gain antena.

3.8.1 Perhitungan Parameter Antena

Agar dapat digunakan sebagai antena pengutan sinyal WCDMA. Helix harus diatur sedemikian rupa agar dapat bekerja pada frekuensi 1.9 GHz, maka panjang gelombang dapat dihitung sebagai berikut

Panjang gelombang :

Sehingga pipa PCV berdiameter 5 cm dapat digunakan untuk membuat antena ini, sementara kabel email yang biasa digunakan digunakan untuk koneksi listrik dapat digunakan sebagai konduktor Helixnya. Kawat email ini mempunyai diameter 1 mm.

Dengan diameter, D = 5 cm = 50 mm dioeroleh nilai circumference, C sebagai berikut :

Jarak antara lilitan adalah :

Untuk jarak 1 km sampai dengan 3 km dengan kondisi line of sight, 10 lilitan untuk antena A. Panjang dari Antena Helix (axial length) menjadi :

Sedangkan untuk antena B dengan 20 lilitan panjang dari Antena Helix (axial length) menjadi :

Ground plane antena adalah :

Impedansi antena adalah :

(3.4)

Melihat impedansi antena ini, maka diperlukan jaringan penyesuai impedansi agar impedansi antena sesuai dengan impedansi saluran transmisi (50

Ω).

Gain antena A dapat dihitung sebagai berikut :

Dan gain antena B dapat dihitung sebagai berikut :

(3.1)

3.9 Perakitan Antena Helical

Perakitan Antena Helical meliputi beberapa tahapan yaitu : 1. Mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan.

2. Pembuatan Antena Helical.

Peralatan yang digunakan dalam rancang bangun Antena Helical dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Peralatan Pembuatan Antena Helical

Peralatan Pembuatan Antena Helical Pipa PVC 2 inchi Baut U Solder Tutup pipa PVC 2 inchi Cutter Gergaji Tutup pipa PVC 6,5 inchi Baut Tang Kabel Email Mur Penggaris Lempengan kuningan Ring Gunting

Konektor SMA (female) Hotglue gun (lem lilin) Kunci untuk baut USB modem GSM Lilin Obeng

Pigtail Lem pipa PVC Bor

Kawat RG58 Timah Amplas

3.9.2 Pembuatan Antena Helical

Langkah kerja pembuatan Antena Helical yaitu :

1. Pipa PVC paralon dipotong sesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Pipa PVC

Gambar 3.6 Pipa PVC yang sudah dibuat template

3. Lilitkan kabel email dan gunakan Hotglue gun untuk menempelkan kabel ke tempat akhir kabel dipipa PVC. Perlahan lilitkan kabel sepanjang pipa PVC mengikuti template yang telah dibuat. Pada interval yang sama, missal setiap atau lilitan, tambahkan lem untuk menempelkan kabel ditempatnya.

4. Potong Lempengan kuningan dengan diameter 165 cm, sesuai dengan ukuran yang telah diperhitungkan.

5. Potong Penutup pipa PVC 2,5 inchi supaya ada tempat untuk konektor SMA. Seperti pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Penutup Pipa PVC yang sudah dipotong

6. Lubangi tengan penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan agar cukup untuk baut.

7. Baut penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan menjadi satu. Kemudian lubangi agar cukup baut U dan konektor SMA. Seperti Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan

potongan lempengan kuningan dilubangi

8. Setelah penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan dilubangi masukan konektor SMA.

9. Untuk dapat menyesuaikan impedansi antena, yang impedansi antena sebesar 150 Ω. Dengan impesansi kabel yang impedansinya hanya 50 Ω. Diperlukan lempengan kuningan sebesar 15-20 mm. potongan tersebut diagonal dan menghubungkan dari konektor SMA ke ujung antena. Ukuran potongan yang digunakan pada sisi tegak adalah 17 mm dan 71 mm dengan diagonal 73 mm. Seperti pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Bentuk Lempengan Kuningan

10.Solder lempengan kuningan dengan bagian yang runcing ke kabel email, dan bagian sisi tegak solder ke kabel konektor SMA. Seperti Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Lempengan yang sudah disolder pada kawat email dan

kawat RG58

11.Masukkan saat pipa PVC masuk secara penuh ke penutup pipa PVC. Setelah itu, lempengan kuningan yang menjadi matching impedansi di solder ke konektor SMA.

12.Pasang baut U dan Antena Helical siap digunakan.

3.10 Instalasi Software

Setelah perakitan dilakukan, langkah selanjutnya adalah instalasi

software. Software yang diinstal adalah software untuk mengaktifkan USB

modem GSM dan software QPST dan QXDM yang akan digunakan untuk pengujian.

Software yang diinstal pertama adalah software untuk mengaktifkan USB

modem GSM agar dapat dikenali oleh komputer atau laptop yang akan digunakan. Driver software untuk USB Modem GSM HUAWEI E160 sudah tertanam di modem itu sendiri, sehingga secara otomatis komputer akan meminta instalasi software setelah USB modem terdeteksi oleh komputer. Hal ini dikarenakan autorun bawaan USB modem yang melihat apakah komputer telah memiliki software bawaan modem atau tidak. Langkah selanjutnya adalah mengikuti instruksi yang diberikan saat instalasi dengan mengklik tombol next.

3.10.2 Instalasi dan Konfigurasi QPST dan QXDM

Software QPST dan QXDM adalah software yang digunakan untuk

pengujian parameter antena. Software QPST berfungsi untuk menginisialisasi

port yang digunakan USB modem GSM HUAWEI agar dapat digunakan oleh software QXDM. Software QXDM disini digunakan sebagai pembaca level

sinyal yang diterima oleh USB modem. Langkah-langkah instalasi dan konfigurasi software QPST dan QXDM diuraikan sebagai berikut :

1. Instal software QPST dan QXDM. Proses penginstalannya cukup mudah dengan cara mendouble klik set up program.

2. Matikan software bawaan dari USB modem agar nantinya tidak berebut

port dengan QXDM yang akan kita jalankan.

3. Untuk mengetahui port yang digunakan oleh USB modem GSM HUAWEI E160, klik kanan pada my computer. Pilih opsi hardware dan kemudian device manager seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.11.

Gambar 3.11 System Properties My Computer

4. Langkah berikutnya adalah melihat port mana yang digunakan USB modem GSM HUAWEI E160, catat port diagnostic modem ada di COM berapa (harus port diagnostics jangan port yang lain). Gambar 3.12 memperlihatkan port yang digunakan USB wireless modem.

Gambar 3.12 Device Manager

5. Jalankan program QPST configuration. Setelah terlihat tampilan seperti Gambar 3.13, pilih add new port.

Gambar 3.13 QPST Configuration

6. Pilih port yang tadi dicatat seperti yang terlihat pada Gambar 3.14. Kalau misalkan portnya tidak keliatan coba di uncheck pilihan ‘show serial and

Gambar 3.14 Pemilihan Port

7. Langkah selanjutnya jalankan program QXDM. Kemudian dari menubar QXDM, masuk ke menu option lalu pilih communication. Setelah tampil seperti Gambar 3.15 pilih port yang tadi ditambahkan di QPST

configuration.

Gambar 3.15 QXDM Communication

8. QPST telah terhubung dengan USB wireless modem. Untuk pembacaan level sinyal yang diterima oleh USB wireless modem, lihat toolbox dibawah menubar. Terdapat box view. Ganti menjadi WCDMA power sehingga akan tampil seperti Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Tampilan Power Sinyal Yang Terbaca QXDM

Pembacaan level sinyal akan menunjukkan tujuh pembacaan seperti yang terlihat pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Pembacaan Power Sinyal

Dari Gambar 3.17 terlihat terdapat pembacaan transmiter dan 2 pembacaan receiver. Hal yang perlu kita perhatikan adalah pembacaan yang dihasilkan oleh receiver. USB modem GSM HUAWEI E160 yang kita gunakan menggunakan dualband yaitu pada frekuensi 800 MHz dan 1900 MHz. Oleh karena itu akan terdapat dua grafik level sinyal yang terbaca pada receiver, Rx antena 1 untuk frekuensi 800 MHz dan Rx antena 0 untuk frekuensi 1900 MHz. Sehingga kita hanya akan memperhatikan pembacaan grafik berwarna biru untuk Rx antena 1. Jika grafik menunjukkan nilai atau angka :

b) - 75 dB = sudah beruntung c) - 70 dB = bagus

BAB IV

PENGUJIAN ANTENA HELICAL

4.1 Umum

Bab ini membahas pengujian parameter serta uji transfer data pada Antena Helical yang telah dibuat. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah antena yang dirancang sudah mendekati hal yang diinginkan atau tidak. Pengukuran dan pengujian Antena Helical akan meliputi :

1. Pengukuran pola radiasi 2. Pengukuran beamwidth 3. Pengukuran gain 4. Pengujian transfer data

4.2 Persiapan Pengukuran dan Pengujian

Persiapan pengujian antena meliputi persiapan peralatan dan software pendukung. Peralatan yang disiapkan meliputi :

a. Antena Helical

Dalam pengukuran ini antena merupakan alat utama dikarenakan antena itu sendirilah yang akan diukur parameter – parameternya. Antena yang akan diukur adalah dua buah Antena Helical yang berbeda jumlah lilitannya. Hasil yang diperoleh akan dibandingkan untuk melihat kemampuan masing-masing antena. Gambar 4.1 menunjukkan antena yang akan digunakan.

Gambar 4.1 Antena Helical

b. USB Modem Huawei E160

USB Modem Huawei E160 disini berfungsi sebagai konektor sinyal dari BTS yang menyediakan layanan WCDMA.

c. Pigtail

Pigtail berfungsi sebagai kabel penghubung antara laptop atau komputer

dengan antena. Kabel penghubung sangat diperlukan karena antena akan diletakkan di luar ruangan (outdor) pada posisi yang tinggi agar penerimaan sinyal tidak terhalang.

Laptop yang digunakanan telah dilengkapi dengan software QPST dan QXDM yang akan digunakan dalam pengukuran perolehan sinyal.

e. Tempat Peletakan Antena dan Busur

Tempat peletakan antena dibutuhkan agar antena dapat diputar sebesar sudut yang diinginkan pada pengukuran perolehan sinyal. Gambar 4.2 menunjukkan tempat peletakan yang telah dilengkapi dengan busur.

Gambar 4.2 Alat Peletakan Antena

4.3 Pengukuran Pola Radiasi

Sebelum melakukan pengukuran pola radiasi, hal yang harus dilakukan adalah menanyakan kepada pihak provider (EXELINDO) yang memiliki layanan

WCDMA polarisasi antena pemancar. Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak pada proses pengukuran. Pengukuran pola radisi antena dilakukan pada 2 lokasi yang berbeda. Pengukuran pertama dilakukan di lantai 4 gedung laboratorium teknik tegangan tinggi departemen teknik elektro USU dengan BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada di jalan Jamin Ginting. Pada pengukuran ini posisi antena BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada pada jarak ± 913,83 meter. Gambar 4.3 menunjukkan perakiraan jarak pengukuran pertama dengan menggunakan Google Earth. Sedangkan pengukuran kedua dilakukan di lantai 4 jalan Mesjid dengan BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada di jalan Palang Merah. Pada pengukuran ini posisi antena BTS 3G EXELINDO yang akan dituju berada pada jarak ± 340,03 meter. Gambar 4.4 menunjukkan perakiraan jarak pengukuran kedua dengan menggunakan Google

Earth

Gambar 4.3 Perakiraan Jarak Pengukuran Pertama ke BTS Dengan

Gambar 4.4 Perakiraan Jarak Pengukuran Kedua ke BTS Dengan Menggunakan Google Earth

Peralatan yang digunakan pada pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah:

a. Antena Helical yang telah dibuat

b. Laptop

c. USB Modem Huawei E160

d. Pigtail

e. Tempat peletakan antena f. Penggaris busur derajat 3600

Langkah-langkah pengukuran pola radiasi yaitu dilakukan dengan cara sebagai berikut :

Gambar 4.5 Rangkaian Pengukuran

2. Nyalakan laptop dan pasangkan pigtail pada wireless USB modem.

3. Prakirakan jarak antara Antena Helical dan BTS 3G EXELINDO dan pastikan bahwa pengukuran berada pada line of sight (LOS) agar pengukuran lebih optimal.

4. Jalankan program QPST dan QXDM yang ada pada laptop.

5. Setelah terlihat grafik sinyal, putar antena setiap 100 searah jarum jam. 6. Setelah selesai, ulangi pengukuran sebanyak tiga kali untuk mendapatkan

ketepatan pembacaan. 7. Simpan hasilnya.

Dari hasil pengukuran pertama diperoleh sinyal yang diterima ditunjukkan pada Tabel 4.1 dan 4.2.

Tabel 4.1 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 10 lilitan

Sudut (0) Sinyal Diterima (dBm)

0 -3,78

10 -7,74 20 -11,48 30 -15,28 40 -10,06 50 -13,52 60 -12,04 70 -10.44 80 -13,99 90 -18,57 100 -15,83 110 -13,59 120 -10,25 130 -11,05 140 -13,53 150 -16.50 160 -17,47 170 -17,80 180 -18,86 190 -13,25 200 -9,64 210 -10,06 220 -6,01 230 -5,50 240 -6,00 250 -6,10 260 -5,94 270 -4,88 280 -9,64 290 -8,56 300 -8,04 310 -8,55 320 -7,76 330 -6,60 340 -4,08 350 -3,17

Tabel 4.2 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 20 lilitan

Sudut (0) Sinyal Diterima (dBm)

0 -3,39

10 -6,52 20 -7,17 30 -10,58 40 -13,36 50 -11,11 60 -10,20 70 -10,41 80 -8,12 90 -7,06 100 -13,54 110 -14,50 120 -14,13 130 -13,33 140 -11,99 150 -15,10 160 -16,60 170 -17,84 180 -18,45 190 -18,89 200 -17,94 210 -16,79 220 -14,56 230 -12,08 240 -10,52 250 -10,98 260 -8,10 270 -7,45 280 -6,66 290 -9,71 300 -8,18 310 -6,66 320 -7,73 330 -6,15 340 -6,66 350 -4,51

Dengan cara yang sama diakukan pengukuran di jalan Mesjid sehingga diperoleh hasil pengukuran kedua yang ditunjukkan oleh Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.

Tabel 4.3 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 10 lilitan

Sudut (0) Sinyal Diterima (dBm)

0 -4,41

10 -5,41 20 -7,70 30 -9,13 40 -8,45 50 -7,30 60 -6,30 70 -9,36 80 -7,22 90 -8,57 100 -7,97 110 -7,18 120 -9,27 130 -9,90 140 -10,75 150 -15,74 160 -10,75 170 -16,74 180 -17,75 190 -12,61 200 -10,64 210 -12,10 220 -15,94 230 -10,26 240 -13,07 250 -7,43 260 -8,78 270 -7,13 280 -6,95 290 -11,95 300 -13,04 310 -9,51 320 -13,90 330 -6,90 340 -7,60 350 -3,35

Tabel 4.4 Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 20 lilitan

Sudut (0) Sinyal Diterima (dBm)

0 -3,41

10 -6,97 20 -9,22 30 -7,97 40 -10,97 50 -11,22 60 -11,14 70 -10,63 80 -8,04 90 -8,84 100 -9,99 110 -7,04 120 -7,17 130 -10,73 140 -12,08 150 -12,75 160 -13,03 170 -14,71 180 -16,61 190 -15,60 200 -15,54 210 -10,91 220 -12,37 230 -10,04 240 -9,53 250 -7,81 260 -6,69 270 -11,08 280 -7,80 290 -7,46 300 -9,72 310 -10,76 320 -7,61 330 -8,01 340 -6,06 350 -4,09

Dari data yang diperoleh baik dari pengukuran pertama maupun pengukuran kedua dapat dilihat bahwa pola radiasi Antena Helical mengarah ke satu arah tertentu. Ini disebabkan karena level sinyal terbesar ada pada saat posisi antena 00. Pada posisi tersebut antena menerima sinyal secara maksimal. Karena

pada posisi 00 antena tepat diarahan menghadap BTS yang dituju. Kemudian ketika antena diputar level sinyal yang ditangkap akan terus berkurang. Ini karena posisi antena tidak tepat mengarah pada pemancar dalam hal ini adalah BTS. Pada posisi antena sekitar 1800, level sinyal yang terekam sangatlah minim. Dari percobaan yang telah dilakukan, antena masih menangkap sinyal yang dipancarkan BTS hanya saja levelnya rendah.

Kedua antena tersebut sama-sama memiliki pola radiasi yang terarah. Yaitu menerima sinyal dengan baik pada posisi 00 dan menerima sinyal dengan lemah pada posisi sekitar 1800. Sehingga dari data yang didapat dari hasil pengukuran dapat dikatakan bahwa antena yang dibuat telah sesuai dengan harapan karena memiliki pancaran daya yang terarah.

4.4 Penghitungan Beamwidth

Beamwidth dapat dihitung dari lebar sudut pada main lobe yang

memisahkan dua garis, dimana garis-garis tersebut mempunyai level -3 dB dari skala puncak pembacaan pola radiasi. Pola radiasi yang diperoleh dari pengukuran pertama untuk Antena Helical 10 lilitan ditunjukkan oleh Gambar 4.6.

00

2700

1800

900

0 -3 -6 -9 -12

-18 -15

-23 -21

80 3350

Gambar 4.6 Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Pertama

Dari Gambar 4.6 dapat dilihat kekuatan maksimun sinyal yang ditanggkap oleh Antena Helix adalah sebesar -3,39 dBm pada sudut 00. Kekuatna sinyal yang turun -3 dBm adalah -6,39 pada sudut sekitar 80 dan 3350 .Sehingga didapat untuk Antena Helical 10 lilitan besar lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) adalah 330. Sedangkan untuk Antena Helical 20 lilitan pada pengukuran pertama dapat dilihat pola radiasinya pada Gambar 4.7. Dengan cara yang sama dapat dihitung lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) untuk Antena Helical 20 lilitan adalah 260.

00 2700 1800 900 0 -3 -6 -9 -12 -18 -15 -23 -21 9 343 0 0

Gambar 4.7 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Pertama

Dan untuk pengukuran kedua pola radiasi yang diperoleh untuk Antena Helical 10 lilitan ditunjukkan oleh Gambar 4.8. Diperoleh untuk Antena Helical 10 lilitan besar lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) adalah 320.

00 2700 1800 900 0 -3 -6 -9 -12 -18 -15 -23 -21

3440 160

Sedangkan untuk Antena Helical 20 lilitan pada pengukuran kedua dapat dilihat pola radiasinya pada Gambar 4.9, lebar bekas sinyal setengah daya (HPBW) untuk Antena Helical 20 lilitan adalah 270.

00 2700 1800 900 0 -3 -6 -9 -12 -18 -15 -23 -21 60 3380

Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Kedua

4.5 Pengukuran Gain

Gain adalah penguatan yang diberikan oleh antena yang dibandingkan

dengan antena referensi. Pengukuran gain dilakukan dengan membandingkan perolehan level sinyal maksimum yang diperoleh ketika menggunakan Antena Helical dan dengan menggunakan USB modem GSM HUAWEI E160 saja. Pertama kali yang akan diukur adalah level sinyal maksimum yang diperoleh tanpa menggunakan Antena Helical. Pengukuran gain juga lakukan pada dua lokasi yang berbeda. Pertama pengukuran antena dilakukan pengukuran di gedung laboratorium teknik tegangan tingi dengan jarak dari BTS ± 913,83 meter dan dari jalan Mesjid dengan jarak ± 340,03 meter.

Gambar 4.24 Test Download USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa menggunakan Antena Helical

b) Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan.

Dari pengujian keduaa dengan menggunakan Antena Helical diperoleh hasil yang ditunjukkan oleh Gambar 4.25 dan 4.26.

Gambar 4.25 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan

Gambar 4.26 Test Download Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan

Pengujian diulangi sebanyak tiga kali. Rata-rata hasil dari pengujian transfer data diperlihatkan oleh Tabel 4.8.

c) Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan.

Dari pengujian kedua dengan menggunakan Antena Helical diperoleh hasil yang ditunjukkan oleh Gambar 4.27 dan 4.28.

Gambar 4.27 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan

Gambar 4.28 Test Download Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan

Pengujian diulangi sebanyak tiga kali. Rata-rata hasil dari pengujian transfer data diperlihatkan oleh Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Rata-Rata Hasil Pengujian Kedua Transfer Data

No Keterangan Download

(Mbps)

Upload (Mbps)

Ping (ms)

Indowebster (kBps) 1 USB Modem Tanpa menggunakan

Antena Helical 0,16 0,05 174 18,237 2 USB Modem menggunakan Antena

Helical 10 lilitan 0,38 0,06 180 49,346 3 USB Modem menggunakan Antena

Helical 20 lilitan 0,42 0,06 190 66,884

Dari hasil pengujian terlihat bahwa kecepatan transfer data meningkat cukup besar ketika menggunakan Antena Helical dibandingkan hanya dengan menggunakan USB modem GSM HUAWEI E160 saja. Peningkatan transfer data meningkat hingga dua kali ketika menggunakan Antena Helical.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil yang telah diperoleh maka dapat ditarik kesimpulan :

1. Antena Helical dapat memberikan peningkatan sinyal sebesar 44 dB untuk Antena Helical 10 lilitan dan 49 dB untuk Antena Helical 20 lilitan pada jarak ± 913,83 meter. Hal ini juga menunjukkan bahwa nemanbah jumlah lilitan Antena Helical memberikan penambahan penguatan.

2. Antena Helical memiliki pola radiasi terarah dengan beamwidth sebesar 330 untuk Antena Helical 10 lilitan dan 260 untuk Antena Helical 20 lilitan agar mendapatkan level sinyal maksimal.

3. Peningkatan perolehan sinyal mengakibatkan peningkatan transfer data. Transfer data dapat meningkat hingga dua kali dari transfer data awal tanpa menggunakan Antena Helical.

5.1 Saran

Beberpa saran yang dapat penulis berikan pada tugas akhir ini adalah: 1. Akan lebih baik jika digunakan software untuk menganalisa antena

yang dirancang. Sehingga dapat memperlihatkan hasil uji antena secara teori (software) dan membandingkannya dengan yang didapat secara praktek.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kraus, John D. 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, New York. hal 2, 23, 24. (A)

2. Utomo, Pramudi. 2008. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan: Jakarta, Hal 127

3. Anonim. 05 Februari 2011. Karakter Antena.

4. Angga Timothy, 03 Maret 2010, Karakteristik Antena,

5. Anonim, 03 Maret 2011, Teori Penunjang,

6. Anonim, 04 Maret 2011,Teori dasar antena,

dono.blog.unsoed.ac.id/files/2009/06/antena-bab1.doc.

7. Program Teknisi Jardiknas, 25 Februari 2011, Antena Dan Propagasi Gelombang Radio

8. Siregar, Mutiara Sofia. 2009. Rancang Bangun Antena Wajanbolik 2,4 Ghz Untuk Jaringan Wireless Lan. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumtera Utara.

9. S, Tri D, 06 Maret 2011, Modul Antena 2,

10. Irianto, S, ST., MT, Antonius, Betty Savitri, ST,. MT, Busono Soetowirdjo,

Ph.D. Perencangan Antena Helix Untuk Frekuensi 2,4 Ghz. Gunadarma. Jakarta

11. Putra, Agung Permana. 2010. Rancang Bangun Antena Bazoka 1,9 Ghz Untuk Memperkuat Penerimaan Sinyal EV-DO. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumtera Utara.

12. Straw , R. Dean, 2000, The ARRL Antenna Book, 19th Edition, ARRL The National Association For Amateur Radio, Newington.

13. Perpustakan Institut Teknologi Telkom, 10 Februari 2011, Konsep Dasar Sistem WCDMA.

14. Anonim, 10 Februari 2011, Studi Sistem Transmisi Pada Sistem Wideband Code Divition Multiple Access (WCDMA).

15. Anonim, 10 Februari 201

16. Prabawati, Arie Th. 2010, Tip Jitu Optimasi Jaringan Wi-Fi, Penerbit Andi dengan Wahana Komputer, Yogyakarta dan Semarang. Hal 43-54