Studi Antena Yagi-Uda Frekuensi 433 Mhz Dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2

DAFTAR PUSTAKA

[1] R. Dean Straw, N6BV, dkk. “The ARRL Antenna Book 21stEdition”. US:

Amateur Radio Anntena, Transmissions Lines and Propagation. Hal: 11-1,

11-7, 11-8. 1974.

[2] Asyura, Syarifah. “Rancang Bangun Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski pada Frekuensi 433 MHz”. Jurnal Singuda Ensikom. Fakultas Teknik. Universitas Sumatra Utara. Hal: 1. 2015.

[3] Sari, Indah Vusvita. “Studi Antena Yagi-Uda Frekuensi 433 MHz dengan Perubahan Jenis Fraktal dan Diameter Ketebalan Kawat Pipa Aluminium”. Jurnal Singuda Ensikom. Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara. Hal: 5. 2016.

[4] Union, International Telecommunication. “Radio Communication Study Group”. ITU-R. 2004. Hal: 11-12.

[5] Balanis, Constantine A. “Antena Theory : Analysis and Design”. USA: John Willey and Sons. Canada : Wiley-Interscience. 2005. Hal: 42, 65-66, 70. [6] Lopes, Filipe Monteiro. “Fractal Antennas For Wireless Communication

Systems”. Universitas De Do Porto. 2009. Hal: 15-22.

[7] Aditia, Rian. “Perancangan dan Analisis Kinerja Antena Dipole Fraktal Kurva Koch Tipe Planar pada Pita Frekuensi UHF Televisi” . ejournal Undip. Universitas Diponegoro, Semarang. Hal: 2. 2011.

[8] Felber, Philip. “Fractal Antennas: A literature Study as A Project for ECE 576”. Illinois Institute of Technology. 2000. Hal: 7.

[9] Simarpreet Kaur, Rajni, dan Anupma Marwaha. :Fractal Antennas: A Novel Miniaturization Technique for Next Generation Networks”. IJETT

International Journal of Engineering Trends ang Technology, Vol.9, N0.15,

Hal: 744-747, Maret 2014.

[10] Muhammad, Kharisma. “Rancang Bangun Antena Stacking Yagi untuk

Stasiun Penerima Sistem komunikasi Muatan Balon Atmosfer Frekuensi 433 MHz”. Jurnal Singuda Ensikom. Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara. Hal: 125. 2014.

BAB III

METODE PERANCANGAN

Teknologi telekomunikasi saat ini semakin berkembang pesat sehingga menyebabkan kebutuhan penggunaan antena semakin berkembang pesat. Karena penggunaan antena semakin berkembang pesat, maka pembuatan, perancangan dan simulasi antena pun semakin berkembang pesat baik dari segi bentuk maupun ukuran nya. Salah satu contoh antena yang sedang berkembang pesat saat ini adalah antena Yagi-Uda.

Konfigurasi antena ini biasanya terdiri dari sejumlah elemen pengarah dan reflektor yang dapat meningkatkan radiasi dalam satu arah ketika disusun dengan benar pada suatu struktur pendukung (boom). Selain itu, antena Yagi-Uda juga bisa dimodelkan secara fraktal agar menghasilkan gain yang lebih tinggi dibandingkan dengan antena Yagi-Uda.

3.1 Proses Perancangan Antena

Pada Tugas Akhir ini akan dikaji simulasi antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski iterasi-2 pada frekuensi 433 MHz. Setelah menentukan frekuensi dan model fraktal yang ingin dirancang, maka langkah selanjutnya adalah menentukan dimensi elemen, spasi antar elemen serta ketebalan kawat pipa alumunium. Setelah menentukan dimensi, spasi antar elemen dan ketebalan kawat pipa alumunium, maka dilakukan simulasi antena Yagi-Uda dan Yagi-Uda Cohen-Minkowski iterasi-2 di simulator MMANA-GAL basic v.3.0.0.25. Adapun spesifikasi antena yang diharapkan berdasarkan kebutuhan dari sistem radiosonde dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Yagi-Uda yang Diinginkan

No Spesifikasi Antena Nilai yang Diharapkan

1 Gain ≥ 10 dBi

2 VSWR ≤ 2

Pada saat melakukan simulasi antena Yagi-Uda baik itu Yagi-Uda tanpa atau dengan teknik Fraktal diperlukan tahapan-tahapan untuk membantu dalam proses simulasi antena seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.

Mulai

Spesifikasi yang diharapkan Gain >= 10 dB, bandwidth >= 10

MHz & VSWR <= 2

Perhitungan dengan rumus lambda=c / f Driven = 0.4614 lambda Reflektor = 0.4886 lambda

Direktor = 0.43 lambda

Input data ke simulator

Simulasi Antena Yagi-Uda Atur jarak antar

elemen

Sesuai spek? Gain >= 10 dB, bandwidth >= 10 MHz

VSWR <= 2

Analisis panjang fisik linier dan hasil capaian antena

Selesai Ya Tidak

Tentukan posisi ( jarak antar Elemen), yaitu: 0.17 m, 0, 0.09 m, 0.21 m, 0.325m, 0.445 m

Mulai

Nilai parameter yang diharapkan Gain >= 10 dB, bandwidth >= 10 MHz & VSWR <= 2

Perhitungan dengan rumus L = h*((5 / 3 )^n)

Input data ke simulator

Simulasi Antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2

Analisis panjang fisik linier dan hasil capaian antena

Selesai Ya

Tidak Tentukan posisi ( jarak antar Elemen), yaitu:

0.17 m, 0, 0.09 m, 0.21 m, 0.325m, 0.445 m

Perhitungan dengan rumus L = h

Sesuai spek? Gain >= 10 dB, bandwidth >= 10 MHz

VSWR <= 2

Tentukan posisi ( jarak antar Elemen), yaitu: 0.17 m, 0, 0.09 m, 0.21 m, 0.325m, 0.445 m

Input data ke simulator

Simulasi Antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2

Sesuai spek? Gain >= 10 dB, bandwidth >= 10 MHz

VSWR <= 2

Analisis panjang fisik linier dan hasil capaian antena

Selesai Ya

Optimalisasi ukuran fraktal dan Atur jarak antar

elemen

Tidak

Gambar 3.2 Diagram Alir Antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2

Diagram alir pada Gambar 3.2 dilakukan untuk antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan jumlah elemen sebanyak 6 elemen, 5 elemen dan 4 elemen.

3.2 Simulator MMANA-GAL Basic v 3.0.0.25

MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 adalah perangkat lunak gratis yang bisa digunakan untuk menganalisis kinerja antena yang diciptakan oleh Alexander Schewelev DL1PBD, Igor Gontcharenko DL2KQ, dan Makoto Mori JE3HHT. Di dalam simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 terdapat beberapa fungsi, seperti:

a. Tabel untuk merancang antena

b. Menu untuk melihat bentuk antena yang dirancang

c. Menu untuk melihat pola radiasi secara vertikal dan horizontal d. Menu untuk melihat 3D pola radiasi antena yang dirancang.

e. Tabel pembanding untuk dua atau lebih perhitungan hasil dari perancangan antena.

f. Menu untuk pengeditan elemen antena.

g. Menu untuk pengeditan jenis kawat antena yang mau digunakan.

MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 memberikan kesempatan secara langsung untuk melihat model dan hasil antena yang dirancang. Ketika membangun sebuah model antena, maka dapat langsung dimasukkan kedalam menu geometry seperti pada Gambar 3.3 dimana X, Y, Z sebagai koordinat untuk mempermudah dalam peletakan setiap elemen dan ukuran dimensi setiap elemen yang akan dirancang [hamsoft.ca/pages/mmana-gal.php].

Dalam MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 ada dua cara untuk menentukan antena yang akan dimodelkan. Cara termudah adalah dengan memasukan antena koordinat dalam bentuk tabel. Klik pada tab Geometry, ini memiliki alat definisi antena dalam format tabel seperti spreadsheet. Dengan tabel ini, dapat ditentukan parameter antena termasuk dimensi kawat, sumber, dan beban (LCR beban / terminasi).

Untuk antena Yagi, biasanya untuk menempatkan boom secara paralel dengan sumbu X, elemen kawat harus sejajar dengan sumbu Y, dan tinggi secara paralel dengan sumbu Z-axis. Ini adalah ide yang baik untuk menempatkan sumber (Source) di Z = 0 atau untuk menempatkan pusat antena di Z = 0. Untuk tempat antena vertikal sumber di Z = 0 dan pusat antena di X = 0 dan Y = 0. Untuk menghubungkan dua atau lebih kabel pada satu titik, maka harus memberi mereka awal yang persis sama atau posisi akhir, yaitu kabel harus memiliki X yang sama, Y, dan nilai-nilai Z pada titik penghubung. Jika tidak mereka akan diperlakukan sebagai kabel terpisah. [hamsoft.co/ MMANA GAL basic]

3.3 Perancangan Antena Yagi-Uda

Sebelum memulai simulasi antena Yagi-Uda frekuensi 433 MHz menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25, maka akan ditentukan parameter-parameter yang dibutuhkan. Hal pertama yang harus dilakukan adalah mencari panjang gelombang menggunakan Persamaan 3.1 [5].

� =

�_� (3.1)

dimana:

c _{= kecepatan cahaya = 3x10}8 _m/s

f _{= frekuensi antena = 433x10}6 _Hz

Sehingga, dengan menggunakan persamaan 3.1 akan didapatkan panjang gelombang dalam satuan meter seperti berikut:

Jadi, nilai panjang gelombang untuk frekuensi 433 MHz adalah 0.69284 meter. Setelah didapat panjang gelombang sebesar 0.69284 m maka selanjutnya mencari panjang dari elemen driven, reflektor dan direktor. Berdasarkan dari hasil penelitian sebelumnya, maka pada Tugas Akhir ini, perancangan antena Yagi-Uda menggunakan rumus untuk elemen reflektor pada persamaan 3.2, driven pada persamaan 3.3, dan direktor pada persamaan 3.4 [10].

Reflector = 0.4886 λ (3.2)

Driven = 0.4614 λ (3.3)

Direktor = 0.43 λ (3.4)

dimana:

λ = panjang gelombang (m)

1. Driven

Driven adalah bagian dari elemen antena Yagi-Uda yang berfungsi sebagai

catuan daya yang terhubung langsung ke saluran transmisi. Pada Tugas Akhir ini panjang driven untuk antena Yagi-Uda frekuensi 433 MHz adalah:

Driven = 0.4614 λ dimana λ bernilai 0.69284 m

Driven = 0.4614 x 0.69284 = 0.3196763 meter ≈ 0.32 meter

2. Reflektor

Reflektor adalah bagian dari elemen antena Yagi-Uda yang berfungsi meneruskan sinyal yang terlewat dari elemen driven. Pada Tugas Akhir ini panjang reflektor untuk antena Yagi-Uda frekuensi 433 MHz adalah:

Reflektor = 0.4886 λ dimana λ bernilai 0.69284 m Reflektor = 0.4886 x 0.69284 = 0.3385216 meter ≈ 0.34 meter

3. Direktor

Direktor adalah bagian dari elemen antena Yagi-Uda yang berfungsi mengarahkan sinyal ke titik yang dituju. Pada Tugas Akhir ini panjang direktor untuk antena Yagi-Uda frekuensi 433 MHz adalah:

Direktor = 0.43 λ dimana λ bernilai 0.69284 m Direktor = 0.43 x 0.69284 = 0.2979212 meter ≈ 0.30 meter

Tugas Akhir ini mengkaji simulasi antena Yagi-Uda yang memiliki elemen sebanyak 6 buah terdiri dari 1 elemen driven, 1 elemen reflektor, dan 4 buah elemen direktor. Tabel 3.2 memperlihatkan hasil perhitungan dari elemen antena Yagi-Uda untuk diameter ketebalan kawat pipa alumunium 8.6 mm.

Tabel 3.2 Parameter Simulasi Antena Yagi-Uda 433 MHz 6 Elemen

Elemen Posisi (λ) posisi (m) panjang elemen

(λ)

panjang elemen (m)

Reflektor 0.245 0.17 0.4886 0.34

Driven 0 0 0.4614 0.32

Direktor 1 0.13 0.09 0.43 0.3

Direktor 2 0.303 0.21 0.43 0.3

Direktor 3 0.303 0.325 0.43 0.3

Direktor 4 0.303 0.445 0.43 0.3

Setelah mendapatkan parameter antenna seperti pada Tabel 3.2, tahap selanjutnya adalah pemodelan dengan menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Pada tahap ini ditentukan dimensi setiap elemen dan jarak antar elemen di menu geometry. Pada menu geometry terdapat beberapa titik koordinat yang harus diisi, yaitu X1, X2, Y1, Y2, Z1, dan Z2. Selain itu, terdapat frekuensi (MHz) dan jari-jari antena (mm). Untuk memperjelas tampilan yang dhasilkan oleh menu geometry, dapat dilihat pada Gambar 3.4 yang menggambarkan tampilan dan kolom apa saja yang diminta pada saat pengisian dimensi setiap elemen dan jarak antar elemen.

Gambar 3.4 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda

3.4 Perancangan Antena Yagi-Uda dengan Teknik Fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-1 dan Iterasi-2

Fraktal Cohen-Minkowski memiliki bentuk bujur sangkar, sehingga setiap elemen dari antena Yagi-Uda akan dibentuk bujur sangkar. Untuk lebih jelasnya akan ditampilkan gambar antena Yagi-Uda konvensional dan antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-1 dan Iterasi-2 pada Gambar 3.5, Gambar 3.6 dan Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-1 L1 L1 L2 L3 L3 L2 L4 L4 L5 L5 L6 L6 L7 L7 L8 L8 L9 L9 L10 L10 L11 L11 L12 L12 L13 L13 L14 L14 L15 L15 L16 L16 L17 L17 L18 L18 L20 L19 L19 L25 L20 L21 L21 L22 L22 L23 L23 L24 L24 L25 L1 L1 L2 L3 L3 L2 L4 L4 L5 L5 L6 L6 L7 L7 L8 L8 L9 L9 L10 L10 L11 L11 L12 L12 L13 L13 L14 L14 L15 L15 L16 L16 L17 L17 L18 L18 L20 L19 L19 L25 L20 L21 L21 L22 L22 L23 L23 L24 L24 L25 L1 L1 L2 L3 L3 L2 L4 L4 L5 L5 L6 L6 L7 L7 L8 L8 L9 L9 L10 L10 L11 L11 L12 L12 L13 L13 L14 L14 L15 L15 L16 L16 L17 L17 L18 L18 L20 L19 L19 L25 L20 L21 L21 L22 L22 L23 L23 L24 L24 L25 Reflector Driven Director

Gambar 3.7 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan rancangan dan simulasi antena Yagi-Uda dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-1 untuk diameter

rancangan dan simulasi antena Yagi-Uda dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan diameter kawat antena yang sama yaitu 8.6 mm dan 9 mm. Antena Yagi-Uda akan diubah bentuknya seperti pada Gambar 3.6 dengan menggunakan persamaan 3.5 [4].

� = ℎ � (3.5) dimana:

L = panjang total fraktal h = panjang kawat iterasi awal n = banyaknya ierasi

Dengan menggunakan persamaan 3.5 akan didapatkan ukuran fraktal untuk elemen reflektor, driven dan direktor. Tahap selanjutnya adalah melakukan simulasi antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 ke dalam software MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Karakteristik antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 akan diketahui dari hasil simulasi tersebut. Setelah itu, parameter karakteristik antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dibandingkan dengan parameter karakteristik antena Yagi-Uda yang diinginkan.

Apabila hasil simulasi antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 masih jauh dari spesifikasi yang diinginkan, maka dibutukan optimalisasi ukuran elemen antena dengan cara mengubah panjang total elemen fraktal menggunakan persamaan 3.6 [2].

L = h (3.6)

dimana:

L = dimensi total fraktal iterasi-2 h = panjang kawat iterasi awal

Dengan menggunakan persamaan 3.6 akan didapatkan ukuran fraktal untuk elemen reflektor, driven dan direktor. Tahap selanjutnya adalah melakukan simulasi antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 ke

dalam software MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Karakteristik antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 akan diketahui dari hasil simulasi tersebut. Setelah itu, parameter karakteristik antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dibandingkan dengan parameter karakteristik antena Yagi-Uda yang diinginkan.

Apabila hasil simulasi antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 belum memenuhi spesifikasi yang diinginkan, maka dilakukan optimalisasi ukuran fraktal antena dan jarak antar elemen antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 agar diperoleh karakteristik antena yang lebih baik.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada Bab 3 telah dirancang dua jenis antena (antena Yagi-Uda dan antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2) yang memiliki ketebalan kawat pipa alumunium 8.6 mm dan 9 mm. Tahap selanjutnya melakukan simulasi agar diperoleh parameter antena yang diinginkan yaitu VSWR ≤ 2, Gain ≥ 10 dBi dan

Bandwidth ≥ 10 MHz.

Untuk memperoleh hasil simulasi yang memenuhi capaian yang diinginkan maka dilakukan proses optimalisasi terhadap hasil rancangan awal. Proses optimalisasi akan mengubah ukuran fraktal dan jarak antar elemen.

4.1 Simulasi Antena Yagi – Uda

Berdasarkan perancangan antena Yagi-Uda yang telah dilakukan pada BAB 3, maka tahap selanjutnya adalah melakukan simulasi pada simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Hasil rancangan yang dibuat dari menu

geometry, dapat dilihat di menu view seperti pada Gambar 4.1.

Setelah dilakukan simulasi menggunakan simulator MMANA-GAL maka didapat gain sebesar 10.47 dB dan VSWR sebesar 1.86. Hasil simulasi pada menu

calculate ditampilkan pada Gambar 4.2. Hasil Simulasi antena Yagi-Uda dengan

diameter kawat pipa aluminium 8.6 mm dan 9 mm terdapat pada Lampiran A. Selain itu juga didapat pola radiasi dalam bentuk 2D dan 3D yang akan ditampilkan pada Gambar 4.3 dan 4.4.

Gambar 4.2 Hasil Simulasi pada Menu Calculate yang Menampilkan Gain dan

VSWR

Gambar 4.4 Polaradiasi dalam Bentuk 3D

4.2 Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Pada Tugas Akhir ini simulasi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski frekuensi 433 MHz dibuat dengan teknik fraktal Iterasi-2 dengan diameter ketebalan kawat pipa alumunium antena sebesar 8.6 mm dan 9 mm. Proses simulasi antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 dimulai dengan menentukan parameter antena berdasarkan teori tentang antena fraktal. Kemudian setelah mendapatkan parameter antena lalu dimodelkan dengan simulator MMANA GAL Basic v.3.0.0.25.

4.2.1 Penentuan Parameter Antena

Antena Yagi-Uda dirancang menggunakan teknik Cohen-Minkowski dengan dimensi fraktal Iterasi-2. Seperti halnya menentukan parameter antena Yagi-Uda yang biasa, penentuan dimensi dalam satuan panjang gelombang dari parameter antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 juga harus diubah ke dalam bentuk meter. Dari penentuan parameter antena Yagi-Uda untuk frekuensi 433 MHz didapat panjang gelombang (λ) bernilai 0.69284 meter, reflektor bernilai 0.34 meter, driven bernilai 0.32 meter dan direktor bernilai 0.30 meter.

Setelah didapat nilai dari elemen antena, tahap selanjutnya adalah membagi dua jumlah total panjang masing-masing elemen yang di dapat untuk ruas kanan dan kiri kemudian cari dimensi fraktal Iterasi-2 untuk masing-masing ruas dengan menggunakan Persamaan 3.5 seperti Gambar 3.7, sehingga:

1. Reflektor

Reflektor merupakan elemen antena Yagi-Uda yang terpanjang yang berfungsi meneruskan sinyal yang terlewat dari elemen driven. Pada Tugas Akhir ini panjang reflektor untuk antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 frekuensi 433 MHz adalah:

Reflektor total meter

= . = . meter

Setelah reflektor dibagi dua, kemudian cari dimensi fraktal Iterasi-2 untuk masing-masing ruas:

� = ℎ ( )� = . ( ) = .

Panjang masing-masing bagian pada ruas kiri atau ruas kanan, yaitu: (L1-L25) = dari panjang ruas bagian reflektor

Ruas kanan (L1-L25) = * 0.472 = 0.0188 meter

Untuk ruas bagian kiri nilainya sama dengan ruas bagian kanan.

2. Driven

Driven adalah bagian dari elemen antena Yagi-Uda yang berfungsi sebagai

catuan daya yang terhubung langsung ke saluran transmisi. Pada Tugas Akhir ini panjang driven untuk antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 frekuensi 433 MHz adalah:

� �� total meter

Setelah driven dibagi dua, kemudian cari dimensi fraktal Iterasi-2 untuk masing-masing ruas:

� = ℎ ( )� = . ( ) = .

Panjang masing-masing bagian pada ruas kiri atau ruas kanan, yaitu: (L1 – L25) = dari panjang ruas bagian driven

Ruas kanan (L1-L25) = * 0.444= 0.0177 meter

Untuk ruas bagian kiri nilainya sama dengan ruas bagian kanan.

3. Direktor

Direktor adalah bagian dari elemen antena Yagi-Uda yang berfungsi mengarahkan sinyal ke titik yang dituju. Pada Tugas Akhir ini panjang direktor untuk antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 frekuensi 433 MHz adalah:

Direktor total meter

= . = . meter

Setelah direktor dibagi dua, kemudian cari dimensi fraktal Iterasi-2 untuk masing-masing ruas:

� = ℎ ( )� = . ( ) = .

Panjang masing-masing bagian pada ruas kiri atau ruas kanan, yaitu: (L1 – L25) = dari panjang ruas bagian direktor

Ruas kanan (L1-L25) = * 0.416 = 0.0166 meter

Untuk ruas bagian kiri nilainya sama dengan ruas bagian kanan.

Nilai hasil perhitungan ini diperlihatkan pada Tabel 4.1 dan dijadikan sebagai input simulasi pada simulator MMANA-GAL Basic v.3.3.0.25.

Tabel 4.1 Dimensi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Elemen

posisi

posisi (m) panjang elemen _(λ) panjang elemen (m)

Panjang Fraktal (λ)

L1 – L25 (m)

Reflektor 0.245 0.17 0.4886 0.34 0.0188

Driven 0 0 0.4614 0.32 0.0177

Direktor 1 0.13 0.09 0.43 0.3 0.0166

Direktor 2 0.303 0.21 0.43 0.3 0.0166

Direktor 3 0.303 0.325 0.43 0.3 0.0166

Direktor 4 0.303 0.445 0.43 0.3 0.0166

4.2.2 Pemodelan pada Simulator

Penginputan data pada Tabel 4.1 ke simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 diperlihatkan pada Gambar 4.5 dan hasil simulasi antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 jumlah elemen 6 diperlihatkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.5 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski

Gambar 4.6 Tampilan Menu View Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski

Iterasi-2

Hasil simulasi dengan input Tabel 4.1 menghasilkan nilai gain 3.97 dBi dan VSWR 13.2. Hasil simulasi yang diperoleh masih jauh dari spesifikasi yang diharapkan sehingga diperlukan optimalisasi ukuran fraktal dan jarak antar elemen antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2.

4.2.3 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Berikut ini adalah salah satu contoh perhitungan elemen antena Yagi-Uda Cohen-Minkowsi Iterasi-2 yang menggunakan persamaan L=h. Hal pertama yang harus dilakukan adalah mencari panjang total elemen antena Yagi-Uda seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut ini:

� � = . � = . ∗ . = . meter

≈ . meter

Setelah di dapat nilai reflektor, tahap selanjutnya adalah bagi dua jumlah total panjang reflektor yang di dapat untuk di ruas kanan dan kiri, sehingga:

R tor tota t r

=

.

=

0.17 meter

Setelah reflektor dibagi dua, kemudian cari dimensi fraktal untuk masing-masing ruas dimana setiap satu ruas dibagi panjang ruas yang telah dibagi dua sebelumnya seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut ini:

Ruas kanan (L1) = dari panjang ruas bagian reflektor Ruas kanan (L1) = * 0.17 = 0.0068 meter

Lakukan hal yang sama untuk elemen driven dan direktor. Jika hasil simulasi belum optimal maka lakukan terus optimalisasi ukuran fraktal sehingga didapat hasil yang diinginkan. Tabel 4.2 menunjukan hasil optimalisasi ukuran fraktal.

Tabel 4.2 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Elemen Ukuran Panjang Fraktal (m) Hasil

L1 L2 - L25 VSWR Gain

Reflektor 0.026 0.006

198 2.36

Driven 0.016 0.006

Direktor 0.006 0.006 Reflektor 0.05 0.005

86.7 2.56

Driven 0.04 0.005

Direktor 0.03 0.005

Reflektor 0.074 0.004

41.4 3.08

Driven 0.064 0.004

Direktor 0.054 0.004 Reflektor 0.098 0.003

20.3 4.17

Driven 0.088 0.003

Direktor 0.078 0.003 Reflektor 0.122 0.002

8.79 6.95

Driven 0.112 0.002

Berdasarkan Tabel 4.2 maka dipilih ukuran panjang fraktal sebesar 0.002 meter karena memiliki nilai VSWR dan gain yang lebih baik dibandingkan dengan ukuran panjang fraktal yang lainnya. Karena nilai VSWR masih jauh dari harapan, maka perlu dilakukan optimization. Tabel 4.3 menunujukkan hasil optimisasi untuk panjang fraktal 0.002.

Tabel 4.3 Hasil Optimisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Elemen

Ukuran Panjang Fraktal (m) Hasil L1 L2 - L11 L12 L13 L14 L15-L24 L25 VSWR Gain Reflektor 0.122 0.002 0.01 0.002 0.01 0.002 0.017

2.32 10.72

Driven 0.112 0.002 0.01 0.002 0.01 0.002 0.017 Direktor 0.102 0.002 0.01 0.002 0.01 0.002 0.017

4.2.4 Optimalisasi Jarak Antar Elemen Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2

Optimasi pada ukuran fraktal telah dilakukan, selanjutnya pada bagian ini perlu dilakukan optimalisasi jarak antar elemen fraktal dari antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2. Pengaturan jarak antar elemen antena sangat berpengaruh pada VSWR, bandwidth, dan gain antena. Jika jarak antar elemen antena terlalu dekat atau terlalu jauh bisa menghasilkan gain buruk, bandwidth

buruk atau VSWR yang buruk, bahkan ketiganya bisa saja tidak bagus. Maka

perlu diatur jarak tiap elemen antenna agar diperoleh hasil simulasi yang optimal sesuai dengan nilai parameter karakteristik yang diinginkan.

Setelah dilakukan optimalisasi pada jarak antar elemen antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 didapat hasil yang paling optimal. Hasil tersebut dapat dilihat pada Lampiran B, Lampiran C dan Lampiran D dimana nilai gain yang didapat berada pada rentang 10 – 11 dBi , bandwidth diatas 10 MHz dan VSWR yang pada rentang 1.5 – 1.99 untuk antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan masing-masing ketebalan kawat pipa alumunium sebesar 8.6 mm dan 9 mm.

4.3 Analisis Panjang Fisik Linier Antena

Salah satu tujuan dari antena yang dimodelkan secara fraktal adalah meminimalisasi panjang fisik linier antenanya. Panjang fisik linier antena yang dimodelkan secara fraktal bisa menjadi lebih kecil dibandingkan panjang fisik linier antena aslinya. Begitu pula dengan antena Yagi-Uda, panjang fisik linier bisa berubah jika dimodelkan secara fraktal tetapi untuk gain-nya tetap besar atau malah gain-nya bisa meningkat. Pada Gambar 4.7, Gambar 4.8, dan Gambar 4.9 ditampilkan panjang salah satu elemen antena Yagi-Uda yaitu reflector dengan atau tanpa fraktal. Gambar 4.7 dan 4.8 telah disimulasikan pada penelitian sebelumnya [2].

0.34

Reflektor

Gambar 4.7 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda

0.312

Reflektor

Gambar 4.8 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski

Iterasi-1

0.306

Reflektor

Gambar 4.9 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski

Dari Gambar 4.8 dan 4.9 terlihat bahwa panjang fisik linier antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski dapat berkurang dengan ketentuan sebagai berikut:

1. Jika antena Yagi-Uda dimodelkan dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski iterasi-1 dimana ukuran panjang fraktal antena sebesar 0.007 meter, maka diperoleh persentase panjang fisik linier berkurang 8.24% [2].

2. Jika antena Yagi-Uda dimodelkan dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dimana ukuran panjang fraktal antena sebesar 0.002 meter, maka:

persentase pengurangan panjang fisik linier antena = . − ._. x % persentase pengurangan panjang fisik linier antena = %

Hal ini terbukti bahwa penerapan teknik fraktal Cohen-Minkowski pada antena Yagi-Uda yang bekerja pada frekuensi 433 MHz untuk keperluan

radiosonde dapat mereduksi panjang fisik linier antena tersebut. Persentase

pengurangan panjang fisik linier antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 lebih besar dibandingkan dengan antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-1 yaitu sebesar 1.76 %.

4.4 Analisis Hasil Capaian Antena

Pada bagian ini membahas tentang perbandingan simulasi antara antena Yagi-Uda dengan antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski. Jumlah elemen untuk antena Yagi-Uda yang ditetapkan adalah 6 elemen dengan spesifikasi gain ≥ 10 dBi, VSWR ≤ 2 dan bandwidth ≥10 MHz. Perbandingan hasil simulasi antena untuk diameter ketebalan kawat pipa alumunium 8.6 mm dan 9 mm dapat dilihat sebagai berikut:

1. Untuk antena Yagi-Uda 6 elemen dan diameter kawat pipa alumunium sebesar 8.6 mm ditampilkan pada Tabel 4.4 dimana gain yang diharapkan ≥ 10 dBi, VSWR ≤ 2 dan bandwidth ≥10 MHz.

Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Antena Yagi-Uda tanpa dan dengan

Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 8.6 mm

Jumlah Elemen

Antena Yagi-Uda

Diameter Kawat Antena

Gain Bandwidth VSWR Referensi

6 Tanpa Fraktal 8.6 mm 10.47 dBi 33217.9 KHz 1.86 [2]

6 Fraktal Iterasi-1 8.6 mm 11.52 dBi 23206.6 KHz 1.6 [2]

6 Fraktal Iterasi-2 8.6 mm 11.83 dBi 13669.9 KHz 1.79 -

5 Fraktal Iterasi-1 8.6 mm 10.72 dBi 15833.7 KHz 1.75 [2]

5 Fraktal Iterasi-2 8.6 mm 10.76 dBi 19096.1 KHz 1.81 -

4 Fraktal Iterasi-1 8.6 mm 10.18 dBi 21787.1 KHz 1.93 [2]

4 Fraktal Iterasi-2 8.6 mm 10.45 dBi 14297.2 KHz 1.92 -

Berdasarkan Tabel 4.4 dapat disimpulkan persentase nilai kenaikan gain sebagai berikut:

a. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 6 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

b. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 5 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

Persentase kenaikan gain = 2.70 %

c. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 4 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

Persentase kenaikan gain = - 0.19 %

Dari hasil perhitungan persentase kenaikan nilai gain diperoleh bahwa semakin banyak jumlah elemen maka nilai gain juga semakin besar. Sebaliknya, semakin sedikit jumlah elemen maka nilai gain juga akan semakin kecil. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 4 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 menggunakan diameter 8.6 mm mengalami penurunan. Walaupun nilai gain antena berkurang, tetapi nilai parameter karakteristik antena masih tetap terpenuhi yaitu gain 10.45 dBi, VSWR 1.92 dan

bandwidth 14297.2 KHz.

2. Untuk diameter kawat pipa alumunium sebesar 9 mm ditampilkan pada Tabel 4.5 dimana gain yang diharapkan ≥ 10 dBi, VSWR ≤ 2 dan bandwidth ≥10 MHz.

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Simulasi Antena Yagi-Uda tanpa dan dengan

Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 9 mm

Jumlah Elemen

Antena Yagi-Uda

Diameter Kawat Antena

Gain Bandwidth VSWR Referensi

6 Tanpa Fraktal 9 mm 10.42 dBi 31456.4 KHz 1.9 [2]

6 Fraktal Iterasi-1 9 mm 11.6 dBi 21695 KHz 1.6 [2]

6 Fraktal Iterasi-2 9 mm 11.88 dBi 13189.7 KHz 1.8 -

5 Fraktal Iterasi-1 9 mm 10.74 dBi 16125.6 KHz 1.74 [2]

5 Fraktal Iterasi-2 9 mm 10.8 dBi 18553.1 KHz 1.79 -

4 Fraktal Iterasi-1 9 mm 10.26 dBi 21465.3 KHz 1.94 [2]

4 Fraktal Iterasi-2 9 mm 10.5 dBi 14297.2 KHz 1.93 -

Berdasarkan Tabel 4.5 dapat disimpulkan persentase nilai kenaikan gain sebagai berikut:

a. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 6 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

b. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 5 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

Persentase kenaikan gain = 3.52 %

c. Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda 4 elemen dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 sebagai berikut:

Persentase kenaikan gain =

�� � � � � � � � � − � � � � � �

�� � � � � � � � � ∗ %

Persentase kenaikan gain = . − .

. ∗ %

Persentase kenaikan gain = 0.76 %

Persentase kenaikan nilai gain antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 menggunakan diameter 9 mm mengalami peningkatan untuk jumlah elemen 6, 5, dan 4 elemen. Semakin banyak jumlah elemen maka semakin besar gain yang akan didapatkan dan sebaliknya.

Berdasarkan Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 diperoleh bahwa antena Yagi-Uda yang berjumlah 6 elemen dapat berkurang jumlah elemennya menjadi 5 elemen dan 4 elemen jika dimodelkan dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2. Walaupun jumlah elemen antenanya dikurangi, dengan menggunakan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 yang diterapkan pada antena Yagi-Uda dari hasil simulasi diperoleh bahwa nilai gain, VSWR dan bandwidth masih memenuhi nilai parameter karakteristik yang diinginkan. Bahkan nilai gain cenderung meningkat kecuali antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 menggunakan diameter antena 8.6 mm untuk jumlah elemen 4. Selain itu, peningkatan gain pada fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 lebih besar dibandingkan dengan Iterasi-1.

Pengurangan jumlah elemen bertujuan untuk mengurangi biaya jika antena akan diaktualisasikan. Semakin sedikit jumlah elemen antena Yagi-Uda maka akan semakin sedikit biaya yang akan dikeluarkan. Maka, dengan alasan pengurangan biaya pada Tugas Akhir ini dipilih antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 untuk jumlah elemen 4. Selain elemen antena yang berkurang, nilai parameter karakteristik antena juga masih tetap terpenuhi. Pada Gambar 4.10 dan Gambar 4.11 akan diperlihatkan grafik VSWR dan

bandwidth untuk antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski

Iterasi-2 menggunakan diameter antena 8.6 mm serta Gambar 4.12 dan Gambar 4.13 untuk antena Yagi-Uda fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan diameter antena 9 mm.

Gambar 4.10 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Gambar 4.11 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena 8.6 mm

Gambar 4.12 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Gambar 4.13 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena 8.6 mm

Hal penting yang mempengaruhi nilai VSWR, bandwidth dan gain adalah pengaturan jarak antar elemen antena. Pengaturan jarak antar elemen antena yang tepat dapat menghasilkan nilai VSWR, bandwidth dan gain yang baik. Sebaliknya, jika jarak antar elemen antena tidak tepat dapat menghasilkan nilai VSWR yang buruk, bandwidth yang buruk atau gain yang buruk bahkan bisa ketiganya buruk. Penggunaan diameter yang berbeda pada teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 memperlihatkan bahwa semakin besar diameter antena maka nilai gain yang diperoleh juga semakin besar.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan jumlah elemen 6 dapat meningkatkan nilai gain sebesar 11.50 % untuk diameter antena 8.6 mm dan 12.29 % untuk diameter antena 9 mm.

2. Teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan jumlah elemen 5 dapat meningkatkan nilai gain sebesar 2.70 % untuk diameter antena 8.6 mm dan 3.52 % untuk diameter antena 9 mm.

3. Teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan jumlah elemen 4 tidak mengalami peningkatan nilai gain untuk diameter antena 8.6 mm, namun untuk diameter antena 9 mm nilai gain meningkat sebesar 0.76 %.

4. Elemen antena Yagi-Uda yang berjumlah 6 buah dapat berkurang menjadi 4 atau 5 elemen jika dirancang dengan model fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan nilai parameter karakteristik yang masih terpenuhi.

5. Antena Yagi-Uda dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 pada frekuensi 433 MHz untuk keperluan radiosonde dapat meminimalisir dimensi antena tanpa fraktal sebesar 10%.

6. Semakin kecil ukuran fraktal maka nilai VSWR yang didapat semakin baik dan semakin besar gain yang diperoleh.

7. Ukuran fraktal Cohen Minkowski yang menghasilkan hasil yang paling optimal adalah 0.002 meter.

8. Hal yang harus diperhatikan pada saat simulasi antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 adalah jumlah elemen, ukuran panjang elemen, ukuran fractal, dan jarak antar elemen fraktal.

5.2 Saran

Saran yang dapat disampaikan pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Simulasi antena Yagi-Uda dapat dimodelkan dengan jenis fraktal yang lain, seperti Fraktal Kurva Koch.

2. Ketebalan kawat pipa alumunium yang digunakan pada antena Yagi-Uda sangat bervariasi, sehingga memungkinkan merancang antena dengan kawat pipa alumunium dengan diameter yang berbeda untuk mendapatkan gain, VSWR dan bandwidth yang lebih baik.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Radiosonde

Radiosonde adalah alat untuk mengukur tekanan, suhu, arah, kecepatan

angin dan kelembaban udara diberbagai lapisan udara. Alat tersebut berfungsi sebagai alat ukur untuk mengetahui karakteristik keadaan cuaca dari lapisan permukaan sampai lapisan tingkat atas. Pada tahun 1924, Kolonel William Blaire dari U.S.Signal Corp melakukan eksperimen pertama mengenai pengukuran temperatur udara-atas menggunakan balon. Radiosonde seperti Gambar 2.1, ditemukan oleh seorang berkewarganegaraan Perancis bernama Robert Bureau.

Radiosonde ini diterbangkan pertama kali pada tanggal 7 Januari 1929. Tanggal

30 Januari 1930, Pavel Molchanov menerbangkan radiosonde dengan standar pengiriman data yang baru, yaitu: mengkonversi hasil pembacaan sensor ke dalam bentuk kode Morse. Tanggal 1 April 1935, Sergey Vernov menerbangkan hasil modifikasi radiosonde temuan Pavel Molchanov untuk mengukur sinar kosmik pada high altitude. Pada tahun 1985, Uni-Soviet menjatuhkan radiosonde yang bernama Vega 1 dan Vega 2 ke atmosfer planet Venus. Pengukuran cuaca ini berlangsung hingga dua hari.

Radiosonde diterbangkan ke atmosfer menggunakan sebuah balon yang

terbuat dari karet dan diisi dengan gas helium atau hidrogen. Ukuran balon berkisar antara 150 – 3000 gram. Dengan bertambahnya ketinggian balon dari permukaan tanah (tekanan udara berkurang), maka balon akan pecah karena tekanan udara didalam lebih tinggi.

Pada Gambar 2.2 menjelaskan sistem operasional dari radiosonde.

Transmitter diterbangkan bersama balon udara, kemudian antena diarahkan pada

target (transmitter), balon tersebut akan bergerak mengikuti arah dan kecepatan angin oleh karena itu pengamatan harus lebih dahulu mengetahui arah dan kecepatan angin permukaan.

Gambar 2.2 Sistem Operasional Radiosonde

Setelah transmitter terbang di udara, maka antena penerima akan bergerak mengikuti transmitter tersebut. Selanjutnya transmitter akan memancarkan signal sesuai dengan sensor masing-masing dan signal tersebut dipancarkan ke bumi yang diterima oleh antenna penerima dan signal itu diteruskan ke recorder/buffer, sebelum diteruskan ke alat pemroses maka signal tersebut mendapat seleksi atau di-mixer untuk mendapatkan signal yang terseleksi sesuai bekerjanya sensor

masing-masing. Dari recorder signal yang terseleksi tersebut diteruskan ke komputer, signal-signal diubah menjadi bentuk angka yang dapat dibaca pada layar monitor. Operasional radiosonde ini dapat mencapai ketinggian 10 km tergantung pada kekuatan baterai atau balon membawanya.

Untuk menghasilkan sebuah sistem radiosonde yang baik, maka dibutuhkan sebuah perhitungan link budget yang digunakan di daerah kota besar atau metropolitan dengan anggapan bahwa daya gangguan yang diterima kecil seperti yang ada pada Tabel 2.1 [4].

Tabel 2.1 Link Budget Radiosonde

Pada Tabel 2.1 terdapat nilai gain untuk aplikasi radiosonde. Gain antena pengirim 1.76 dBi dan gain antena penerima sebesar 10 dBi. Perbaikan gain atau pun parameter entena yang lain hanya bisa dilakukan pada penerima di stasiun bumi karena sangat sulit untuk memperbaiki parameter antena di sisi pengirim.

Transmit power 13 dBm (20 mW)

Transmitter antenna gain 1.76 dBi

Free Space Loss (250 km) -132.5 dB

Receiver antenna gain 10 dBi

Antenna pointing error -3 Db

Received signal power -110.7 dBm

Noise power at reception -126.5 dBm (in urban area)

-132.7 dBm (minimum)

Signal-to-Noise ratio 15.8 dB 22.0 dB

0

N E_b

(MSK) _{14.8 dB 21.0 dB}

Gaussian filter

degradation -1 dB -1 dB

Receiver imperfection -2 dB -2 dB

0

N E_b

2.2 Definisi dan Parameter Antena

Standar IEEE 145-1983 mendefinisikan antena sebagai suatu alat yang berfungsi untuk meradiasikan dan menerima gelombang radio [5]. Dengan kata lain antena adalah struktur pengalihan antara ruang bebas dan media pembimbing, seperti yang terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Antena Sebagai Media Transmisi [5]

Media pembimbing atau saluran transmisi dapat berbentuk suatu kabel

coaxial atau pipa kosong/bumbung gelombang (waveguide), dan media

pembimbing ini digunakan untuk membawa energi elektromagnetik dari sumber pancaran (transmitter) hingga sampai ke antena, atau dari antena hingga sampai ke perangkat penerima (receiver) [5]. Karakteristik dari suatu antena ditentukan oleh beberapa parameter yaitu: pola radiasi, gain, bandwidth, dan VSWR.

2.2.1 Pola Radiasi

Pola radiasi sebuah antena dapat didefenisikan sebagai pola radiasi fungsi matematis atau gambaran secara grafis dari karakteristik radiasi sebuah antena sebagai fungsi dari koordinat ruang [5]. Contoh koordinat yang sesuai diperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Sistem Koordinat untuk Menganalisis Antena [5]

2.2.2 Gain

Penguatan (gain) adalah sebuah parameter antena, yaitu intensitas radiasi pada arah tertentu dibagi dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika antena menerima daya yang teradiasi secara merata ke segala arah (isotropic). Penguatan (gain) dapat dihitung dengan Persamaan 2.1 dimana nilai intensitas radiasi sama

dengan 4π dibagi daya yang diterima oleh antena (Pin). Hal ini dikarenakan daya diradiasikan secara isotropic [5].

= � �,∅_�

�� (2.1)

dimana : G = gain

� �, ∅ = intensitas radiasi

2.2.3 Bandwidth

Bandwidth antena adalah rentang frekuensi dimana kinerja antena yang

berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) masih memenuhi standar yang telah ditentukan. Untuk Broadband antena, bandwidth merupakan perbandingan antara frekuensi atas (upper) dengan frekuensi bawah (lower) seperti pada Persamaan 2.2. Sedangkan untuk Narrowband antena, maka dinyatakan dalam persentase dari selisih frekuensi (frekuensi atas dikurang frekuensi bawah) yang melewati frekuensi tengah bandwidth seperti pada Persamaan 2.3. Untuk nilai frekuensi tengah dinyatakan dalam Persamaan 2.4 [5].

(2.2)

(2.3)

(2.4)

dimana:

Br = bandwidth rasio

fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)

fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)

Bp = bandwidth dalam persen (%)

fc = frekuensi tengah (Hz)

2.2.4 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara |V|max dengan |V|min. Dimana, V|max merupakan amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum dan |V|min merupakan amplitudo gelombang berdiri (standing wave) minimum. Ada dua

2 l u c f f f  

% 100    c l u p f f f B l u r f f B 

komponen gelombang tegangan pada saluran transmisi yaitu V0+ (tegangan yang dikirimkan) dan V0- (tegangan yang direfleksikan). Sebelum menghitung nilai VSWR, terlebih dahulu dihitung nilai koefisien refleksi tegangan (Γ) yang merupakan pebandingan antara V0- dengan V0+ seperti pada Persamaan 2.5 [5].

Γ = 0− 0+ =

��−�0

��−�0 (2.5)

dimana:

Γ = koefisien refleksi tegangan

V0+ = tegangan yang dikirimkan V0- = tegangan yang direfleksikan

ZL = impedansi beban (load)

Z0 = impedansi saluran

Setelah didapatkan nilai koefisien refleksi tegangan maka selanjutnya nilai VSWR antena dapat dihitung. Rumus untuk mencari VSWR dapat menggunakan Persamaan 2.6 [5].

VSWR = (2.6)

dimana:

V|max = amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum

|V|min = amplitudo gelombang berdiri (standing wave) minimum

2.3 Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda diciptakan di Jepang pada tahun 1926 oleh Dr. Hidetsugu Yagi dan Dr. Shintaro Uda (Universitas Tohoku Imperial di Sendai). Antena Yagi-Uda memiliki gain yang relatif tinggi [1]. Antena Yagi-Uda terdiri dari beberapa elemen, yaitu reflektor, driven, direktor, dan boom seperti pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Elemen Antena Yagi-Uda [1]

Panjang elemen driven antena Yagi-Uda berkisar 0.449λ sampai dengan

0.476λ. Elemen driven berfungsi sebagai penerima daya dari pemancar yang

biasanya terhubung langsung ke saluran transmisi. Panjang elemen reflektor antena Yagi-Uda berkisar 0.475λ sampai dengan 0.503λ. Elemen reflektor pada berfungsi untuk memantulkan sinyal dari elemen driven. Panjang elemen direktor antena Yagi-Uda berkisar 0.43 λ sampai dengan 0.463 λ. Elemen direktor berfungsi untuk mengarahkan sinyal ke titik yang dituju [1].

2.4 Teknik Fraktal

Istilah fraktal pertama kali diperkenalkan oleh Benoit B. Mandelbrot (matematikawan Perancis) pada tahun 1975. Istilah fraktal didapat setelah melakukan riset tentang geometri alam. Kata fraktal berasal dari bahasa latin

“Fractus” yang berarti retak atau dirusak. Fraktal terdiri dari 2 tipe, yaitu fraktal acak dan fraktal deterministik [6].

1. Fraktal acak

Fraktal acak merupakan kombinasi aturan-aturan yang dipilih secara acak (random) pada skala yang berbeda. Contoh fraktal acak dapat dilihat pada hal-hal yang terdapat di alam seperti pohon, awan, sebuah garis pantai, gunung, dan yang lainnya.

2. Fraktal deterministik

Fraktal deterministik merupakan aturan-aturan deterministik yang terus diulang dan memiliki kecenderungan bentuk yang simetris. Pada fraktal deterministik terjadi proses iterasi. Hal ini dikarenakan fraktal deterministik memiliki bentuk yang simetris. Contoh fraktal deterministik adalah fraktal Cohen-Minkowski, fraktal kurva Minkowski, fraktal kurva Koch, dan fraktal

sierpinski gasket [6].

Teori fraktal telah digabungkan dengan teori elektromagnetik sehingga memiliki beberapa keuntungan jika digunakan untuk memodifikasi bentuk antena dibandingkan dengan antena tradisional, seperti berikut [7]:

1. Meminimalisir bentuk dari antena. 2. Memiliki sifat multiband.

3. Memiliki impedansi masukan yang baik.

4. Mengurangi mutual coupling pada antena susun larik.

2.4.1 Cohen-Minkowski

Bentuk antena yang dimodifikasi dengan teknik fraktal pertama kali diperkenalkan oleh Nathan Cohen pada tahun 1988 [8]. Salah satu tekni fraktal yang dibuat oleh Nathan Cohen adalah fraktal Minkowski berbentuk bujur sangkar seperti pada Gambar 2.6.

Tanpa Iterasi

Iterasi-1

Iterasi-2

Untuk menghasilkan bentuk seperti pada Gambar 2.6, dibutuhkan sebuah rumus yang digunakan untuk mengetahui panjang total Cohen-Minkowski seperti pada Persamaan 2.7 [6].

� = ℎ � (2.7)

dimana:

L = panjang total fraktal h = panjang kawat iterasi awal n = banyaknya ierasi

2.4.2 Fraktal Kurva Koch

Kurva Koch pertama kali diperkenalkan oleh H. V. Koch (matematikawan Swedia). Kurva Koch sangat cocok diimplementasikan ke antena mikrostrip karena Kurva Koch mempunyai bentuk iterasi yang sangat kompleks dan detail. Kurva Koch dapat menghilangkan frekuensi resonansi dan dapat meningkatkan impedansi masukan [6], dapat mengurangi panjang total kawat seperempat lamda yang bekerja pada frekuesi rendah, dan dapat memperbaharui bentuk dasar antena monopole [9]. Bentuk fraktal Kurva Koch digambarkan seperti pada Gambar 2.7.

Tanpa Iterasi

Iterasi-1

Iterasi-2

Untuk menghasilkan gambar seperti Gambar 2.7, dibutuhkan sebuah rumus yang digunakan untuk mengetahui panjang total fraktal kurva Koch seperti pada Persamaan 2.8 [6].

� = ℎ � (2.8)

dimana:

L = panjang total fraktal h = panjang kawat iterasi awal n = banyaknya ierasi

2.4.3 Kurva Minkowski

Kurva Minkowski pertama kali diusulkan oleh Hermnn Minkowski (matematikawan dari Jerman). Kurva Minkowski mempunyai delapan pembangkit, cocok untuk daerah yang padat, mempunyai performansi frekuensi resonansi yang sangat baik, dan dapat memperbaharui bentuk dasar antena monopole [6]. Gambar Kurva Minkowski seperti pada Gambar 2.8.

Tanpa Iterasi

Iterasi-1

Iterasi-2

Untuk menghasilkan gambar seperti Gambar 2.8, dibutuhkan sebuah rumus yang digunakan untuk mengetahui panjang total kurva Minkowski seperti pada Persamaan 2.9 [6].

� = ℎ

�

(2.9) dimana:

L = panjang total fraktal h = panjang kawat iterasi awal n = banyaknya ierasi

2.4.4 Sierpinski Gasket

Sierpinski gasket diperkenalkan oleh Sierpinski tahun 1916. Bentuk fraktal

sierpinski gasket di dapat dengan cara mengurangi skala bentuk segitiga kemudian

tahap selanjutnya yaitu membalikkan ukuran segitiga yang sudah dikurangi dari segitiga utama yang disebut sebagai proses iterasi [6]. Sierpinski gasket dapat bersifat multiband. Bentuk fraktal sierpinski gasket terlihat pada Gambar 2.9.

Tanpa Iterasi Iterasi-1 Iterasi-2

Gambar 2.9 Sierpinski Gasket [6]

Untuk menghasilkan gambar seperti Gambar 2.9, dibutuhkan sebuah rumus yang digunakan untuk mengetahui panjang total Sierpinski Gasket seperti pada Persamaan 2.10 [6].

� = ℎ

�

(2.10) dimana:

L = panjang total fraktal h = panjang kawat iterasi awal n = banyaknya ierasi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Saat ini perkembangan teknologi sangat pesat, salah satunya adalah teknologi perkiraan cuaca yang dampaknya cukup besar untuk masyarakat. Salah satu pemanfaatan teknologi informasi perkiraan cuaca adalah pada dunia penerbangan dengan pengamatan atmosfer secara vertikal dari permukaan menggunakan peluncuran balon sonde atau radiosonde.

Radiosonde adalah alat untuk mengukur tekanan, suhu, arah, kecepatan

angin dan kelembaban udara di berbagai lapisan udara. Radiosonde diterbangkan ke atmosfer menggunakan sebuah balon yang terbuat dari karet dan diisi dengan gas helium atau hidrogen. Dengan bertambahnya ketinggian balon dari permukaan tanah, maka balon akan pecah karena tekanan udara didalam balon lebih tinggi.

Transmitter radiosonde yang dibawa oleh balon hanya mendukung gain yang

kecil, sehingga dibutuhkan antena yang berpenguatan tinggi pada stasiun bumi agar antena di stasiun bumi dapat berkomunikasi dengan transmitter. Antena yang dapat digunakan adalah antena Yagi-Uda yang memiliki penguatan yang relatif tinggi [1]. Antena Yagi-Uda juga dapat dimodelkan secara fraktal seperti pada penelitian sebelumnya. Penelitian pertama, antena yang dirancang adalah antena Yagi-Uda model fraktal Cohen-Minkowski dengan diameter kawat pipa alumunium 8,6 mm [2]. Pada penelitian kedua, dilakukan studi antena Yagi-Uda dengan perubahan jenis fraktal dan diameter ketebalan kawat pipa aluminium [3]. Sedangkan pada Tugas Akhir ini akan dilakukan studi mengenai antena Yagi-Uda model fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan diameter kawat pipa alumunium 8,6 mm dan 9 mm. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode simulasi menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25.

Pada Tugas Akhir ini diharapkan akan diperoleh antena Yagi-Uda dengan parameter karakteristik yang semakin baik dan panjang fisik linier yang semakin pendek. Adapun parameter yang akan dianalisis pada Tugas Akhir ini adalah gain, VSWR, bandwidth, dan panjang fisik linier antena.

1.2 Rumusan Masalah

Rancangan antena Yagi-Uda untuk keperluan radiosonde frekuensi 433 MHz yang disimulasikan pada MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 minimal jumlah elemennya 6 agar bisa memenuhi nilai parameter karakteristik yang diinginkan. Apakah elemen antena bisa dikurangi menjadi 5 elemen dan 4 elemen dengan tetap mempertahankan kualitas kerja antena yang masih baik dan panjang fisik linier yang semakin pendek dengan menerapkan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 pada antena Yagi-Uda.

1.3 Tujuan Tugas Akhir

Tujuan Tugas Akhir ini adalah merancang dan menganalisa karakteristik antena Yagi-Uda Cohen Minkowski Iterasi-2 pada frekuensi 433 MHz.

1.4 Batasan Masalah

Agar Tugas Akhir ini lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diinginkan, oleh karena itu penulis akan membatasi Tugas Akhir ini sebagai berikut:

1. Antena yang dibahas adalah antena Yagi-Uda yang diaplikasikan pada teknologi Radiosonde frekuensi 433 MHz.

2. Parameter yang diamati adalah VSWR, bandwidth, dan gain.

3. Antena yang disimulasikan menggunakan 6 elemen, 5 elemen, dan 4 elemen dengan diameter kawat pipa aluminium 8.6 mm dan 9 mm.

4. Teknik fraktal yang digunakan adalah Cohen-Minkowski Iterasi-2.

5. Simulasi dilakukan dengan menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25.

1.5 Metodologi Penelitian

Agar Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik, maka metodologi penelitian yang digunakan oleh penulis adalah:

1. Studi literatur.

Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi, artikel-artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.

2. Penentuan dan perhitungan antena.

Menentukan parameter antena Yagi–Uda dan melakukan perhitungan melalui spek yang telah didapatkan. Perhitungan dapat dilakukan secara teoritis ataupun melalui bantuan perangkat lunak.

3. Perancangan

Setelah mendapatkan perhitungan melalui referensi yang telah ada, kemudian memasukan hasil perhitungan kedalam menu ‘Geometry’ pada simulator

MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. 4. Simulasi

Setelah antena Yagi-Uda dirancang maka tahap selanjutnya adalah simulasi dengan menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 sampai menghasilkan hasil yang optimal.

5. Analisis

Analisis yang akan dilakukan adalah membandingkan hasil antena Yagi Uda dengan fraktal Cohen Minkowski Iterasi-2.

6. Kesimpulan

1.6 Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi penjelasan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah Tugas Akhir, tujuan penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian yang dilakukan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum, penjelasan mengenai fraktal, penjelasan tentang macam-macam fraktal dan penjelasan tentang radiosonde.

BAB III METODE PERANCANGAN

Bab ini membahas mengenai bagaimana tahap-tahap yang dilakukan untuk perancangan antena Yagi-Uda tanpa dan dengan fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 untuk aplikasi radiosonde pada frekuensi 433 MHz dengan menggunakan simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas mengenai analisis perbandingan antara simulasi antena Yagi-Uda dengan simulasi antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 dengan parameter yang telah ditentukan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.

ABSTRAK

Salah satu pemanfaatan teknologi informasi untuk perkiraan cuaca adalah

radiosonde. Komunikasi antara perangkat radiosonde pada balon udara

(transmitter) dengan perangkat di stasiun bumi (penerima) memerlukan antena yang memiliki gain tinggi. Salah satunya adalah antena Yagi-Uda.

Dalam Tugas Akhir ini disimulasikan antena Yagi-Uda yang bekerja pada frekuensi 433 MHz tanpa dan dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2. Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Dari hasil simulasi, antena Yagi-Uda tanpa fraktal untuk jumlah elemen 6 diperoleh nilai gain sebesar 11.47 dBi dan 11.42 dBi. Setelah diterapkan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2, nilai gain meningkat sebesar 11.50 % dan 12.29 % untuk jumlah elemen 6, 2.70 % dan 3.52 % untuk jumlah elemen 5, dan 0.76 % untuk jumlah elemen 4. Semakin besar diameter bahan pipa aluminium untuk pembuatan antena dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2, nilai gain yang diperoleh juga semakin besar. Disamping itu, teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dapat mereduksi panjang fisik linier antena sebesar 10%.

Kata kunci: radiosonde, Yagi-Uda, Cohen-Minkowski Iterasi-2, gain, MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25

TUGAS AKHIR

STUDI ANTENA YAGI-UDA FREKUENSI 433 MHz DENGAN TEKNIK FRAKTAL COHEN-MINKOWSKI ITERASI-2

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh

Rini Mulia Sari NIM : 120402005

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

STUDI ANTENA YAGI-UDA FREKUENSI 433 MHz DENGAN TEKNIK FRAKTAL COHEN-MINKOWSKI ITERASI-2

Oleh :

RINI MULIA SARI NIM: 120402005

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 12 bulan Oktober tahun 2016 di depan Penguji :

1. Ketua Penguji : Emerson P. Sinulingga, S.T., M.Sc., Ph.D 2. Anggota Penguji : Naemah Mubarakah, S.T., M.T.

Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,

Ir. Arman Sani, M.T. NIP: 196311281991031003

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro,

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 195405311986011002

ABSTRAK

Salah satu pemanfaatan teknologi informasi untuk perkiraan cuaca adalah

radiosonde. Komunikasi antara perangkat radiosonde pada balon udara

(transmitter) dengan perangkat di stasiun bumi (penerima) memerlukan antena yang memiliki gain tinggi. Salah satunya adalah antena Yagi-Uda.

Dalam Tugas Akhir ini disimulasikan antena Yagi-Uda yang bekerja pada frekuensi 433 MHz tanpa dan dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2. Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25. Dari hasil simulasi, antena Yagi-Uda tanpa fraktal untuk jumlah elemen 6 diperoleh nilai gain sebesar 11.47 dBi dan 11.42 dBi. Setelah diterapkan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2, nilai gain meningkat sebesar 11.50 % dan 12.29 % untuk jumlah elemen 6, 2.70 % dan 3.52 % untuk jumlah elemen 5, dan 0.76 % untuk jumlah elemen 4. Semakin besar diameter bahan pipa aluminium untuk pembuatan antena dengan teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2, nilai gain yang diperoleh juga semakin besar. Disamping itu, teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 dapat mereduksi panjang fisik linier antena sebesar 10%.

Kata kunci: radiosonde, Yagi-Uda, Cohen-Minkowski Iterasi-2, gain, MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25

KATA PENGANTAR

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

“STUDI ANTENA YAGI-UDA FREKUENSI 433 MHz DENGAN

TEKNIK FRAKTAL COHEN-MINKOWSKI ITERASI-2”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda Selamet dan ibunda Muhanik yang senantiasa mendukung dan

mendo’akan dari sejak penulis lahir hingga sekarang, serta abang-abang yang senantiasa mendukung dan memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

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.

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. M. Zulfin, MT selaku Penasehat Akademis penulis, atas

bimbingan dan arahannya dalam menjalani perkuliahan selama ini.

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

4. Abang-abang tersayang, Wahyudi Hartono, Andi Kasdianto, Indra Kesuma dan kakak-kakak ipar, Dewi Cahyowati, Nurlia, dan Reni Novita yang selalu mendukung dan memberi semangat.

5. Keponakan-keponakan tersayang, Fathan, Habib, Adzki, Anindya, dan Rara yang selalu menghibur dikala jenuh.

6. Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, Bapak Emerson P Sinulingga, S.T, M.Sc, Ph.D dan Ibu Naemah Mubarakah, S.T, M.T selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

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

8. Muhammad Fauzan Arifa yang selama ini mendukung dan memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima

kasih atas perhatian dan do’anya.

9. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU, Ibnu, Ihsan, Wahyu, Yaumi, Rizky, Fahmi .

10. Teman-teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2012, Ely, Leily, Fauziah, Agida, Muadzzah, Royan, Yogy, Syahrul, Guntur, Zulham, Faishal, Junaidi, Antan, Roso, Ridho dan yang lainnya yang telah memberikan semangat agar segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.

11. Kharisma Muhammad dan Indah Vusvita Sari yang selalu memberikan saran dalam penyempurnaan Tugas Akhir.

12. Abang-abang dan kakak-kakak senior angkatan 2009, 2010, dan 2011 yang telah memberikan saran selama penulis menjalani perkuliahan. 13. Sahabat-sahabat, Eunike Stephanie Purba, Dhika Handayani Utama dan

Gusti Ananda Syahputri yang selalu mengingatkan dan memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

14. 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, September 2016

Penulis

Rini Mulia Sari NIM. 120402005

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Tugas Akhir ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

II. DASAR TEORI 2.1 Radiosonde ... 5

2.2 Definisi dan Parameter Antena ... 8

2.2.1 Pola Radiasi ... 8

2.2.2 Gain ... 9

2.2.3 Bandwidth ... 10

2.2.4 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ... 10

2.3 Antena Yagi-Uda... 11

2.4 Teknik Fraktal ... 12

2.4.1 Cohen-Minkowski ... 13

2.4.2 Fraktal Kurva Koch ... 14

2.4.3 Kurva Minkowski ... 15

2.4.4 Sierpinski Gasket ... 16

III. METODE PERANCANGAN 3.1 Proses Perancangan Antena ... 18

3.2 Simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 ... 21

3.3 Perancangan Antena Yagi-Uda ... 22

3.4 Perancangan Antena Yagi-Uda dengan Teknik Fraktal Cohen- Minkowski Iterasi-1 dan Iterasi-2 ... 25

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Antena Yagi-Uda ... 29

4.2 Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 31

4.2.1 Penetuan Parameter Antena ... 31

4.2.2 Pemodelan pada Simulator ... 34

4.2.3 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Min- kowski Iterasi-2 ... 35

4.2.4 Optimalisasi Jarak Antar Elemen Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 37

4.3 Analisis Panjang Fisik Linier Antena ... 38

4.4 Analisis Hasil Capaian Antena ... 39

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 47

5.2 Saran ... 48

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Radiosonde ... 5

Gambar 2.2 Sistem Operasional Radiosonde ... 6

Gambar 2.3 Antena Sebagai Media Transmisi ... 8

Gambar 2.4 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena ... 9

Gambar 2.5 Elemen Antena Yagi-Uda ... 12

Gambar 2.6 Cohen-Minkowski ... 13

Gambar 2.7 Fraktal Kurva Koch ... 14

Gambar 2.8 Kurva Minkowski ... 15

Gambar 2.9 Sierpinski Gasket ... 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Antena Yagi-Uda ... 19

Gambar 3.2 Diagram Alir Antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 20

Gambar 3.3 Tampilan Menu Geometry ... 21

Gambar 3.4 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda ... 24

Gambar 3.5 Antena Yagi-Uda ... 25

Gambar 3.6 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-1 ... 26

Gambar 3.7 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 26

Gambar 4.1 Tampilan Menu View Antena Yagi-Uda ... 29

Gambar 4.2 Hasil Simulasi pada Menu Calculate yang Menampilkan Gain dan VSWR ... 30

Gambar 4.3 Polaradiasi dalam bentuk 2D ... 30

Gambar 4.4 Polaradiasi dalam bentuk 3D ... 31

Gambar 4.5 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2 ... 34

Gambar 4.6 Tampilan Menu View Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2... 35

Gambar 4.7 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda ... 38

Gambar 4.8 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-1... 38

Gambar 4.9 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2... 38 Gambar 4.10 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter

Antena 8.6 mm ... 44 Gambar 4.11 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fractal Cohen-

Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena

8.6 mm ... 45 Gambar 4.12 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter

Antena 9 mm ... 45 Gambar 4.13 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fractal Cohen-

Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Link Budget Radiosonde ... 7

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Yagi-Uda yang diinginkan ... 18

Tabel 3.2 Parameter Simulasi Antena Yagi-Uda 433 MHz 6 Elemen ... 24

Tabel 4.1 Dimensi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 34

Tabel 4.2 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 36

Tabel 4.3 Hasil Optimasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2 ... 37

Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Tanpa dan dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 8.6 mm ... 40

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Simulasi Tanpa dan dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 9 mm ... 42

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, September 2016

Penulis

Rini Mulia Sari NIM. 120402005

v DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Tugas Akhir ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metodologi Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

II. DASAR TEORI 2.1 Radiosonde ... 5

2.2 Definisi dan Parameter Antena ... 8

2.2.1 Pola Radiasi ... 8

2.2.2 Gain ... 9

2.2.3 Bandwidth ... 10

2.2.4 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) ... 10

2.3 Antena Yagi-Uda... 11

2.4 Teknik Fraktal ... 12

2.4.1 Cohen-Minkowski ... 13

2.4.2 Fraktal Kurva Koch ... 14

2.4.3 Kurva Minkowski ... 15

2.4.4 Sierpinski Gasket ... 16

III. METODE PERANCANGAN 3.1 Proses Perancangan Antena ... 18

3.2 Simulator MMANA-GAL Basic v.3.0.0.25 ... 21

3.3 Perancangan Antena Yagi-Uda ... 22

3.4 Perancangan Antena Yagi-Uda dengan Teknik Fraktal Cohen- Minkowski Iterasi-1 dan Iterasi-2 ... 25

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Antena Yagi-Uda ... 29

4.2 Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 31

4.2.1 Penetuan Parameter Antena ... 31

4.2.2 Pemodelan pada Simulator ... 34

4.2.3 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Min- kowski Iterasi-2 ... 35

4.2.4 Optimalisasi Jarak Antar Elemen Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 37

4.3 Analisis Panjang Fisik Linier Antena ... 38

4.4 Analisis Hasil Capaian Antena ... 39

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 47

5.2 Saran ... 48

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

vii DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Radiosonde ... 5

Gambar 2.2 Sistem Operasional Radiosonde ... 6

Gambar 2.3 Antena Sebagai Media Transmisi ... 8

Gambar 2.4 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena ... 9

Gambar 2.5 Elemen Antena Yagi-Uda ... 12

Gambar 2.6 Cohen-Minkowski ... 13

Gambar 2.7 Fraktal Kurva Koch ... 14

Gambar 2.8 Kurva Minkowski ... 15

Gambar 2.9 Sierpinski Gasket ... 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Antena Yagi-Uda ... 19

Gambar 3.2 Diagram Alir Antena Yagi-Uda Fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 20

Gambar 3.3 Tampilan Menu Geometry ... 21

Gambar 3.4 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda ... 24

Gambar 3.5 Antena Yagi-Uda ... 25

Gambar 3.6 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-1 ... 26

Gambar 3.7 Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 26

Gambar 4.1 Tampilan Menu View Antena Yagi-Uda ... 29

Gambar 4.2 Hasil Simulasi pada Menu Calculate yang Menampilkan Gain dan VSWR ... 30

Gambar 4.3 Polaradiasi dalam bentuk 2D ... 30

Gambar 4.4 Polaradiasi dalam bentuk 3D ... 31

Gambar 4.5 Tampilan Menu Geometry Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2 ... 34

Gambar 4.6 Tampilan Menu View Simulasi Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2... 35

Gambar 4.7 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda ... 38

Gambar 4.8 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-1... 38

Gambar 4.9 Panjang Reflektor pada Antena Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2... 38 Gambar 4.10 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal

Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter

Antena 8.6 mm ... 44

Gambar 4.11 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fractal Cohen- Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena

8.6 mm ... 45

Gambar 4.12 Grafik VSWR Antena Yagi-Uda dengan Teknik fraktal Cohen-Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter

Antena 9 mm ... 45

Gambar 4.13 Grafik gain Antena Yagi-Uda dengan Teknik fractal Cohen- Minkowski Iterasi-2 Menggunakan Diameter Antena

ix DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Link Budget Radiosonde ... 7

Tabel 3.1 Spesifikasi Antena Yagi-Uda yang diinginkan ... 18

Tabel 3.2 Parameter Simulasi Antena Yagi-Uda 433 MHz 6 Elemen ... 24

Tabel 4.1 Dimensi Antena Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 34

Tabel 4.2 Optimalisasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen-Minkowski Iterasi-2 ... 36

Tabel 4.3 Hasil Optimasi Ukuran Fraktal Yagi-Uda Cohen- Minkowski Iterasi-2 ... 37

Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Tanpa dan dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 8.6 mm ... 40

Tabel 4.5 Perbandingan Hasil Simulasi Tanpa dan dengan Teknik Fraktal Cohen-Minkowski untuk Diameter Kawat Antena 9 mm ... 42