Pengaruh Jarak Elemen Pada Antena Smart Yang Menggunakan Matriks Butler

Tugas Akhir

PENGARUH JARAK ANTAR ELEMEN PADA

ANTENA SMART YANG MENGGUNAKAN MATRIKS BUTLER

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

LUTPHI SEPTYAN TARIGAN

100402033

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PENGARUH JARAK ELEMEN PADA

ANTENA SMART YANG MENGGUNAKAN MATRIKS BUTLER

Oleh :

LUTPHI SEPTYAN TARIGAN

100402033

Disetujui oleh:

Pembimbing,

Ir. ARMAN SANI, MT

NIP : 19780826 200312 121 001

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

Ketidaktepatan arah pola radiasi sistem antena konvensional menyebabkan gangguan terhadap pengguna lain dan ketidakeffisien pemakaian daya. Berbagai jenis teknologi dikembangkan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Salah satunya adalah sistem switched beam array menggunakan metode matriks butler.

Dalam Tugas Akhir ini membahas bagaimana cara merancang switched beam array menggunakan metode matriks butler pada frekuensi 433 MHz dan selanjutnya mengetahui pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan berkas. Jarak antar elemen

yang digunakan adalah 0,1λ –λ dan jumlah elemen antena adalah 2,4 dan 8.

Dari hasil analisis diperoleh jarak antar elemen yang memiliki cakupan berkas yang paling luas untuk masing-masing 2,4 dan 8 elemen antena adalah 17,3 cm, 25,98 cm dan 30,32 cm. Semakin jauh jarak antar elemen antena, semakin kecil cakupan berkas.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

“

PENGARUH JARAK ANTAR ELEMEN

PADA ANTENA

SMART

YANG MENGGUNAKAN

MATRIKS

BUTLER

”

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Almarhum Jernih Tarigan, Ibunda Hartaty, yang telah membesarkan, mendidik, dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya rasa sayang kepada saudara-saudari penulis, Ferdianesa Tarigan, Hardian Fadhli Tarigan dan Muhammad Fajry Yonanta Tarigan yang selalu memberi dukungan dan selalu bersama penulis dalam menjalani lika-liku kehidupan.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Arman Sani,MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang bersedia dan senantiasa bersabar dalam membimbing dan memberikan

bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si, selaku Dosen Wali penulis yang membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

3. Bapak Ir. M. Zulfin MT, selaku kepala Laboratorium Telematika, Departemen Teknik Elektro FT-USU, yang telah banyak membimbing penulis selama menjalani masa perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7. Seluruh sahabat penulis, Hamdan, Ipin, Bambang, Duha, Dicky, Ilham, Risky, Ryan, Djaka, Andika, Adi, Rimbo, Yahya, Dila, Agus, Benny, Willy, Dewi, Dwi, Puti, Yola, Tari, Molen, Kharis, Irsyad, Rhobby, Andi, Riky, Fatih, Fadhlan dan teman-teman stambuk 2010 lainnya, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan selama penulis bergelut di kampus.

8. Bg Alif, Bg Ibenk, Bg Demon, Bg Iqbal, Bg Uki, Suwen, Agil, dan Keluarga Besar Laboratorium Telematika Departemen Teknik Elektro FT-USU.

9. Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis.

10. Sahabat-Sahabat Aliansi ’10, teman seperjuangan yang mengajarkan penulis arti hidup dan arti sebuah persahabatan. Semoga kita bertemu di satu nama, yaitu Kesuksesan.

11. Keluarga Besar MME-GS FT USU, Keluarga Besar IKA PLUS Medan, dan Keluarga Besar Kost Infleksi. Teruslah berkarya.

12. Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Tanpa mereka, pengalaman penulis tidaklah lengkap.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.Terimakasih.

Medan, September 2014 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

BAB IPENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Pembatasan Masalah ... 2

1.5 Metode Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 4

2.1 Umum ... 4

2.2 Gelombang Elektromagnetik ... 4

2.3 Antena ... 5

2.4 Jenis-jenis Antena ... 12

2.4.1 Antena Isoptropis ... 13

2.4.2 Antena Direksional... 13

2.4.2.2. Antena Omnidirectional ... 15

2.5 Antena Array ... 16

2.6 Antena Smart ... 17

2.7 Sistem Antena Smart ... 17

2.7.1 Sistem Adaptive Array ... 18

2.7.2 Sistem Swiched Beam Array ... 18

2.8 Matriks Butler ... 19

2.8.1 Phase Shifter ... 21

2.8.2 Quad Hybrid ... 20

BAB III SWITCHED BEAM ARRAY DENGAN METODE MATRIKS BUTLER ... 221

3.1 Diagram Alir ... 221

3.2 Asumsi Parameter yang Digunakan ... 22

3.3 Switched Beam Array dengan Metode Matriks Butler ... 22

BAB IVPENGARUH JARAK ANTAR ELEMEN TERHADAP CAKUPAN BERKAS ... 26

4.1 Umum ... 26

4.2 Cakupan Berkas 2 Antena ... 26

4.2 Cakupan Berkas 8 Antena ... 29

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ... 31

5.1 Kesimpulan ... 31

5.2 Saran ... 31

ABSTRAK

Ketidaktepatan arah pola radiasi sistem antena konvensional menyebabkan gangguan terhadap pengguna lain dan ketidakeffisien pemakaian daya. Berbagai jenis teknologi dikembangkan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Salah satunya adalah sistem switched beam array menggunakan metode matriks butler.

Dalam Tugas Akhir ini membahas bagaimana cara merancang switched beam array menggunakan metode matriks butler pada frekuensi 433 MHz dan selanjutnya mengetahui pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan berkas. Jarak antar elemen

yang digunakan adalah 0,1λ –λ dan jumlah elemen antena adalah 2,4 dan 8.

Dari hasil analisis diperoleh jarak antar elemen yang memiliki cakupan berkas yang paling luas untuk masing-masing 2,4 dan 8 elemen antena adalah 17,3 cm, 25,98 cm dan 30,32 cm. Semakin jauh jarak antar elemen antena, semakin kecil cakupan berkas.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem komunikasi wireless digunakan dalam berbagai jenis aplikasi. Banyaknya pengguna dan bandwidth terbatas menyebabkan gangguan komunikasi satu sama yang

lain. Sistem antena konvensional hanya mengatasi permasalahan ini dengan pola radiasi segala arah atau berbagai arah dengan sudut tertentu. Pola radiasi yang tidak tepat sasaran mengakibatkan gangguan terhadap pengguna lain dan terjadi ketidakeffisien pemakaian daya.

Berbagai jenis antena dikembangkan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Salah satunya adalah penggunaan teknologi antena smart dengan teknik

switched beam array. Dalam perancangan dengan teknik ini ada dua hal yang harus diperhatikan yaitu metode yang digunakan dan parameter yang mempengaruhi. Salah satu metode yang digunakan switched beam array adalah matriks butler, dan parameter yang mempengaruhi adalah jumlah elemen dan jarak antar elemen antena yang digunakan. Pada Tugas Akhir ini, penulis merancang antena smart switched beam array dengan metode matriks butler

serta menganalisa pengaruh jarak antar terhadap cakupan berkasnya.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana cara merancang antena smart dengan teknik switched beam array dengan menggunakan matriks butler?

2. Bagaimana pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan berkas antena

smart dengan teknik switched beam array?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang switched beam array pada antena smart dengan metode matriks Butler dan mengetahui pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan berkas antena smart tersebut.

1.4 Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Range frekuensi yang digunakan UHF yaitu 433 MHz. 2. Jumlah elemen antena yang digunakan 2,4, dan 8 elemen. 3. Switched beam menggunakanMatriks butler ideal. 4. Dianggap tidak ada gangguan pada antena.

1.5 Metode Penelitian

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

1. Studi literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, jurnal, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Menentukan variabel dan sumber data 3. Melakukan analisa

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun 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 : DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang gelombang elektromagnetik ,antena, jenis antena, antena smart dan matriks butler.

BAB III : SWITCHED BEAM ARRAY DENGAN METODE MATRIKS BUTLER

Bab ini berisi penjelasan tentang switched beam array pada antena smart dengan metode matriks butler.

BAB IV : PENGARUH JARAK ANTAR ELEMEN TERHADAP CAKUPAN AREA

Bab ini berisi tentang pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan area.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian Tugas Akhir.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Umum

Antena radio pertama dibuat oleh Heinrich Hertz yang tujuannya untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik yang sebelumnya telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena

dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima [1].

Asal kata antena berhubungan dengan apa yang diciptakan oleh Guglielmo Marconi. Marconi melanjutkan penelitian Hertz dengan menambah rangkaian

tuning dan antena besar yang mampu melakukan pensinyalan dalam jarak yang sangat jauh dengan menggunakan tiang yang tingginya 2,5 meter dan kawat. Kawat digunakan sebagai radiasi dan menerima aliran listrik yang dalam bahasa Itali dikenal sebagai l’antenna centrale dan kawat yang melilitnya disebut

l’antenna. Pada pertengahan Desember 1901, Marconi mengejutkan dunia dengan penerimaan sinyal di St. Johns, New Foundland dari stasiun pengiriman yang telah dibangunnya di Poldhu, Cornwall, Inggris [2].

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal [3].

Gelombang berosilasi secara periodik atau berulang – ulang ditandai dengan adanya frekuensi (rata – rata pergerakan tiap pengulangan atau banyaknya getaran tiap detik), dapat diketahui dari Persamaan (2.1) [1]:

(2.1)

Dimana : f adalah frekuensi dalam hertz (Hz) T adalah periode dalam detik.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.

Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (f) dan kecepatan (v) yang ditunjukan pada Persamaan (2.2) [1]:

(2.2)

Kecepatan (v) bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space) [1], maka :

c = 3 x 108 m/s

(2.3)

2.3 Antena

Antena adalah elemen terpenting pada setiap sistem telekomunikasi tanpa kabel (nirkabel/wireless), tidak ada sistem telekomunikasi wireless yang tidak memiliki sebuah antena.

Antena merupakan suatu rangkaian yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena sebagai alat pemancar adalah sebuah alat yang digunakan mengubah gelombang elektomagnetis tertutun

didalam saluran transmisi kabel menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas dan sebagai alat penerima mengubah gelombang elektromagnetis yang merambat di ruang bebas menjadi gelombang elektromagnetis tertutun dapat diperlihatkan pada Gambar 2.1 [4].

`

Gambar 2.1 Peran Antena di sistem komunikasi nirkabel

Dengan definisi antena tersebut, adalah suatu kepastian, bahwa di setiap sistem komunikasi tanpa kabel terdapat komponen yang bisa mengubah gelombang tertutun menjadi gelombang ruang bebas dan kebalikannya, komponen ini adalah antenna.

Pada sistem komunikasi tanpa kabel yang modern, sebuah antena harus berfungsi sebagai antena berfungsi sebagai antena yang bisa memancarkan dan menerima gelombang dengan baik untuk suatu arah tertentu [4].

Beberapa antena dikenal luas dengan berbagai bentuk dan kegunaan pada frekuensi kerja yang beragam, diantaranya kawat (wires), loop, aperture,reflektor, microstrip dan juga bentuk susunan dari antena-antena tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.

`

gelombang ruang bebas

gelombang ruang bebas

gelombang tertuntun

gelombang tertuntun

Gambar 2.2 Macam-Macam Antena (a) Thin dipole (b) loop (c) horn (d) helix (e) microstrip

Untuk komunikasi 2 arah, dapat digunakan antena yang sama untuk transmisi dan penerimaan. Hal ini dapat dilakukan karena antena apa pun ketika memindahkan energi dari lingkungan sekeliling ke terminal penerima masukan memiliki efisiensi yang sama saat antena memindahkan energi dari terminal pemancar keluar ke lingkungan sekeliling, dengan anggapan frekuensi yang sama digunakan pada kedua arah [5].

2.4 Pola Radiasi

Pola radiasi antena merupakan representasi grafis yang mengGambarkan komponen radiasi pada antena sebagai fungsi ruang. Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. Gambar 2.3 menunjukkan pola radiasi antena dalam dua dimensi dan tiga dimensi.

(a) _(b) (c)

Gambar 2.3 Dimensi Pola Radiasi Antena

Dua Gambaran pola radiasi yang paling penting adalah pola bidang medan listrik E dan pola bidang medan magnet H. Pada bidang medan listrik E merupakan Gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan listrik E terbentang pada bidang Gambar. Sama halnya dengan pola bidang medan listrik E, pola bidang medan magnet H merupakan Gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan magnet H terbentang pada bidang Gambar. Bidang medan listrik E dan bidang medan magnet H saling tegak lurus. Gambar2.4 menunjukkan koordinat bidang pada pola radiasi, di mana warna ungu menyatakan bidang medan listrik E dan warna biru menyatakan bidang medan magnet H [6].

Gambar 2.4 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena

Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relatif jauh. Gambar 2.5 merupakan Gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena

unidirectional.

Gambar 2.5 Bentuk Pola Radiasi Antena

Unidirectional

Apabila dalam koordinat polar atau grafik, pola radiasi bidang medan magnet Hdan E ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Bentuk Pola Radiasi Antena UnidirectionalDalam Koordinat Polar

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

omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 derajat jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.7 merupakan Gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional.

Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Antena

Omnidirectional

Gambar 2.8 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Dalam Koordinat Polar

Definisi – definisi pola radiasi antena adalah sebagai berikut [6] :

a. Pola isotropis adalah pola sebuah antena didefinisikan sebagai radiasi serba sama ke segala arah, pola ini dibentuk oleh sebuah radiator isotropis (sumber titik, sebuah antena non-fisik yang tidak mempunyai arah).

b. Pola keterarahan merupakan sebuah pola dikarakterisasi oleh beberapa radiasi yang efisien dalam satu arah dibandingkan arah lainnya (secarafisik antena yang dapat direalisasikan adalah antena pengarah saja).

c. Pola omnidirectional merupakan sebuah pola yang serba sama dalam pemberian ruang radiasinya.

d. Pola bidang utama yaitu pola bidang E dan bidang H dari sebuah polarisasi linier antena. Bidang E adalah bidang yang terdiri vektor medan elektrik dan arah radiasinya maksimum. Bidang H adalah bidang yang terdiri vektor medan magnetik dan arah radiasinya maksimum.

a. Cuping radiasi (Radiation Lobe) merupakan puncak intensitas radiasi tertinggi disekitar daerah intensitas radiasi terendah.

b. Cuping utama (Main Lobe) merupakan cuping radiasi pada arah radiasi maksimum.

c. Cuping minor (Minor Lobe) merupakan cuping radiasi lainnya dari pada cuping utama.

d. Cuping sisi (Side Lobe) merupakan sebuah cuping radiasi dalam arah lainnya daripada arah radiasi yang dipusatkan.

Parameter-parameter pola radiasi antena tersebut diatas terlihat pada Gambar 2.9 .

Gambar 2.9 Parameter - Parameter Pola Antena (Pola Daya Ternormalisasi)

2.5 Jenis-jenis Antena

2.5.1Antena Isoptropis

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 struktur antena yang lebih kompleks [3]. Gambar 2.10 menunjukkan pola pancaran antena isotropis.

Gambar 2.10 Antena Isoptropis

2.5.2 Antena Direksional

Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena

unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidiretional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena

omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.

2.5.2.1 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas 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 mendengar sinyal yang relatif 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 [7]. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodik, dan lain – lain [8]. Gambar 2.11 salah satu jenis antena unidirectional yaitu antena Yagi-Uda.

2.5.2.2 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 [7]. Contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena

collinear, antena slotwave guide, antenna wifi dan lain – lain [8]. Gambar 2.12 menunjukan salah satu contoh antena omnidirectional yaitu antena wifi.

2.6 Antena Array

Pada komunikasi jarak jauh digunakan antena yang memiliki gain yang tinggi. Dengan gain yang tinggi ini, bisa didapatkan nilai Equivalent Isotrop Radiated Power (EIRP) yang juga tinggi, yang akan menjamin jangkauan yang lebih besar.

Pada aplikasi radar digunakan antenna yang memiliki beamwidh yang sangat sempit, yang akan menentukan resolusi sudut dari radar tersebut, sehingga bisa mendeteksi objek-objek yang berdekatan sebagai objek deteksi yang terpisah.

Untuk mendapatkan antena yang seperti ini, kita bisa memperbesar ukuran dari antena itu sampai melebihi panjang gelombangnya. Tetapi alternatif seperti ini akan memberikan masalah baru, yaitu munculnya side lobe tambahan dengan peredaman yang menggangu. Makin panjang/besar antena tersebut, makin banyak

side lobe-nya, juga masalah yang yang berkaitan dengan mekanis dari antenna yang terus membesar.

Dengan menggunakan beberapa antena yang disusun menurut konfigurasi geometris dan elektris tertentu. Susunan antena ini disebut antena Array . Antena yang disusun menjadi kelompok biasanya antenna yang sejenis, hal ini diprioritaskan untuk mempermudah analisis, sintesis dan juga fabrikasi [4] .

Ada beberapa parameter yang digunakan untuk mengontrol pola radiasi dari antena array:

1. Konfigurasi geometris array

4. Phase arus atau tegangan pada feeding

5. Pola radiasi masing-masing elemen

Pada antena array terdapat array factor yang merupakan faktor pengali dari medan listrik dari elemen tunggal. Array factor ini yang menentukan bagaimana pola radiasi dan seberapa besar tingkat daya yang diradiasikan oleh antena tersebut.

2.7 Antena Smart

Antena Smart adalah suatu teknologi yang menggabungkan sistem antena array dengan kemampuan proses sinyal untuk mengoptimalkan pola radiasi penerimaan baik secara adaptive maupun otomatis. Dengan teknologi ini dapat menggubah pola radiasi secara otomatis sebagai respon terhadap lingkungan sinyalnya sehingga dapat meningkatkan performa sistem komunikasi nirkabel yang digunakan [9]. Skema antena smart pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Skema Antena smart 2.8 Sistem Antena Smart

Ada dua jenis sistem antena smart yaitu sistem switched beam array dan sistem adaptive array.

2.8.1 Sistem Adaptive Array

Sistem adaptive array memberikan sudut yang lebih luas dikarenakan memiliki kemampuan untuk beradaptasi pola radaisi terhadadap sinyal RF. Dengan kata lain, sistem ini dapat langsung mengirimkan sinyal pengarahan ketika penekanan pola beam antena di dalam interferensi langsung. Secara sederhana, Sistem adapative array dapat menyesuaikan pola radiasi yang cocok untuk masing-masing pengguna [10].

2.8.2 Sistem Swiched Beam Array

Sistem switched beam adalah teknik paling mudah antena smart. Sistem ini membentuk beam tetap dengan sensitivitas yang tinggi diarah tertentu. Sistem antena seperti ini mendeteksi kekuatan sinyal , kemudiaan memilih dari salah satu

beam, dan mengganti dari satu beam ke beam yang lain seiring dengan telepon yang bergerak sepanjang sektor, dapat di ilustrasikan pada Gambar 2.14 [10].

Gambar 2.14 Switched beam Coverage Pattern

phasa dari sinyal yang digunakan untuk mendistribusi element antena, beam

utama dapat diarahkan ke berbagai arah berbeda sepanjang ruang. Daripada membentuk pola antena direksional, switched beam mengkombinasikan output dari multiple antena sehingga membentuk sektor area beam sempit dengan lebih selektivitas spatial yang dapat tercapai secara konvensional, pendekatan antena tunggal. Sumber literature yang lain disebut dengan phased array antena atau

multibeam antena. Konfigurasi tersebut terdiri dari beberapa buah fix beam

dengan satu beam diarahkan ke arah sinyal yang diinginkan atau beam tunggal (dengan pergeseran phasa) yang diarahkan ke arah sinyal yang diinginkan. Secara umum konsep Switched-lobe adalah dynamical phased array (DPA). Berdasarkan konsep, direction of arrival (DOA) algoritma tertanam dalam sistem. DOA adalah estimasi pertama dan kemudian parameter di dalam sistem mengatur berdasarkan arah sudut yang diinginkan. Dengan cara ini daya terima maksimal tapi dibutuhkan cara desain antena yang lebih rumit. Elemen yang digunakan dalam sistem array ini harus dihubungkan dengan sumber atau penerima oleh jaringan distribusi. Salah satu jaringan multiple beamforming yang paling umum digunakan adalah matriks butler [10].

2.9 Matriks Butler

Salah satu metode merancang fixed beam dengan menggunakan matriks butler. Matriks butler adalah metode yang menghasilkankan simulasi fixed beam

yang menggunakan phase shifter. Asumsikan array linear berjumlah N elemen, jika N=2n elemen, array faktor dapat ditulis [11]:

Dengan

Adapun cakupan berkas yang dihasilkan menggunakan matriks butler

adalah:

(2.4)

Cakupan berkas adalah cakupan antara pusat arah paling sebelah kiri ke sebelah paling kanan. Maka berdasarkan Persamaan 2.4 terlihat bahwa untuk jaringan butler 4x4, dengan N=4, d= 1/2λ, maka area cakupannya adalah 970.

Dalam merancang switchables beam menggunakan matriks butler (N x N) membutuhkan quad-hybrid atau directional coupler dan phase shifter. Asumsikan N jumlah antena , n quad-hybrid dan m phase shifter sehingga [12]:

(2.5)

(2.6)

2.9.1 Phase Shifter

Phase shifter merupakan bagian saluran transmisi dengan panjang tertentu yang digunakan untuk menggeser fasa sinyal yang melewatinya. Setiap saluran yang lebih panjang dengan nilai tertentu dari dari saluran referensi merupakan

phase shifter.

2.9.2 Quad Hybrid

Quadrature hybrid adalah directional coupler 3 db yang menghasilkan beda fasa 900 pada kedua keluarannya. Hybrid 900 terdiri dari saluran utama yang mengkopel saluran sekunder dengan 2 seperempat panjang gelombang. Gambar 2.15 menunjukkan quad hybrid.

Gambar 2.15 Hybrid 900

Dengan semua port pada keadaan matched, jika sinyal masuk pada port 1, sinyal keluaran pada dua port lainnya (2,3) akan memiliki amplitudo yang sama tetapi berbeda fasa.

BAB III

SWITCHED BEAM ARRAY METODE DENGAN

MATRIKS BUTLER

3.1 Diagram Alir

Perancangan diawali dengan menentukan frekuensi kerja dan menentukan jarak antar elemen yang digunakan. Kemudian merancang switched beam array

dan menganalisa pengaruh jarak terhadap cakupan berkasnya. Gambar 3.1 memperlihatkan diagram alir perancangan antena tersebut.

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan Antena Smart

Mulai

Menentukan frekuensi kerja

Menentukan jarak antar elemen

Perancangan switched beam array dengan metode matriks butler

Perhitungan Cakupan Berkas

Analisis

3.2 Asumsi Parameter yang Digunakan

Adapun parameter masukan yang digunakan dalam perancangan dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Parameter yang Digunakan

Frekuensi Kerja 433 MHz

Jumlah Elemen Antena 2,4,8 elemen

Jarak Antar Elemen 0,1

3.3 Perhitungan Panjang Gelombang

Adapun panjang gelombang dari antena yang digunakan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2 :

= 0,692 meter

3.4 Switched Beam Array dengan Metode Matriks Butler

Dalam merancang switched beam array menggunakan matriks butler

membutuhkan quad-hybrid dan phase shifter. Dengan menggunakan Persamaan 2.4 dan Persamaan 2.5 , maka:

 Untuk N=2 elemen antena = 1

 Untuk N=4 elemen antena = 4

= 2  Untuk N=8 elemen antena

= 12

= 8

Untuk merancang 2 elemen antena membutuhkan 1 quad hybrid, untuk merancang 4 elemen antena membutuhkan 4 quad hybrid dan 2 phase shifter serta untuk merancang 8 elemen antena membutuhkan 12 quad hybrid dan 8 phase shifter.

Gambar 3.2 menunjukan bentuk hasil perancangan switched beam array dengan metode matriks butler dengan jumlah elemen 2 , 4 dan 8 antena.

1 2

(c)

Gambar 3.2 Hasil perancangan switched beam array dengan metode matriks Butler (a) 2 elemen antena

(b) 4 elemen antena (c) 8 elemen antena

Tabel 3.2 menunjukan beda fasa jaringan matriks butler 2x2 pada Gambar 3.2a, Tabel 3.3 menunjukan beda fasa jaringan matriks butler 4x4 pada Gambar 3.2b dan Tabel 3.4 menunjukkan beda fasa jaringan matriks butler 8x8 pada Gambar 3.2c.

450

67.50

450 450

Tabel 3.2 Beda fasa jaringan matriks butler 2x2

Port Output 1 Port Output 2 Beda Fasa

Port Input 1 00 900 +90

Port Input 2 900 00 -90

Tabel 3.3 Beda fasa jaringan matriks butler 4x4

Port Output 1 Port Output 3 Port Output 2 Port Output 4 Beda Fasa

Port Input 1 450 900 1350 1800 450

Port Input 2 1350 00 2250 900 -1350

Port Input 3 900 2250 00 -1350 1350

Port Input 4 1800 1350 900 450 -450

Tabel 3.4 Beda fasa jaringan matriks butler 8x8

Port Output 1 Output 2 Output 3 Output 4 Output 5 Output 6 Output 7 Output 8 Beda fasa Input 1

112,50 1350 157,50 1800 202,50 2250 247,50 2700 22,50 Input

2

1350 247,50 00 112,50 2250 337,50 900 202,50 112,50 Input

3

112,50 1800 247,50 3150 450 900 157,50 2250 67,50 Input

4

1800 337,50 1350 292,50 900 247,50 450 202,50 157,50 Input

5

2700 247,50 2250 202,50 1800 157,50 1350 112,50 -22,50 Input

6

2250 157,50 900 450 3150 247,50 1800 112,50 -67,50 Input

7

202,50 900 337,50 2250 112,50 00 247,50 1350 -112,50 Input

8

BAB IV

PENGARUH JARAK ANTAR ELEMEN TERHADAP CAKUPAN BERKAS

4.1 Umum

Pada bab IV ini akan membahas analisis pengaruh jarak antar elemen terhadap cakupan berkas pada antena smart dengan metode matriks butler yang dimana terdiri dari 2, 4 dan 8 elemen antena Cakupan berkas adalah cakupan antara pusat arah paling sebelah kiri ke sebelah paling kanan.

4.2 Cakupan Berkas 2 Antena

Jumlah antena yang digunakan adalah 2 elemen, maka cakupan berkas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 dan mensubtitusikan N=2:

Dimana jarak antar eleman yang digunakan 0,1λ- λ. Dengan menggunakan

software MATLAB R-2012a diperoleh grafik hubungan jarak antar elemen yang terdiri 2 antena dengan cakupan area pada Gambar 4.1.

Berdasarkan Gambar 4.1, cakupan berkas paling luas adalah 1800 dimana jarak antar elemen 0,1 – 0,25 λ, sehingga untuk frekuensi 433 MHz jarak antar elemen yang digunakan 6,93 – 17,3 cm. Pada jarak antar elemen 0,25 λ cakupan berkas adalah 1800 , jarak antar elemen 0,5 λ cakupan berkas adalah 600, jarak

antar elemen 0,75 λ cakupan berkas adalah 38,940 _{dan jarak antar elemen λ}

cakupan berkas adalah 28,940. Semakin jauh jarak antar elemen semakin kecil cakupan berkas.

0 0.25 0.50 0.75 1 30 60 90 120 150 180

2 elemen Antena

jarak antar elemen(lamda)

C a k u p a n B e rk a s (d e ra ja t)

Gambar 4.1 Grafik hubungan jarak antar elemen dengan cakupan berkas 2 Antena

4.3 Cakupan Berkas 4 Antena

Jumlah antena yang digunakan adalah 4 elemen, maka cakupan berkas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 dan mensubtitusikan N=4:

Dimana jarak antar eleman yang digunakan 0,1λ- λ. Dengan menggunakan

software MATLAB R-2012a diperoleh grafik hubungan jarak antar elemen yang terdiri 4 antena dengan cakupan area pada Gambar 4.2.

0 0.25 0.50 0.75 1 60 90 120 150 180

4 elemen Antena

jarak antar elemen(lamda)

C a k u p a n B e rk a s (d e ra ja t)

Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak antar elemen dengan cakupan berkas 4 Antena

Berdasarkan Gambar 4.2, cakupan berkas paling luas adalah 1800 dimana jarak antar elemen 0,1 – 0,375 λ, sehingga untuk frekuensi 433 MHz jarak antar elemen yang digunakan 6,93 – 25,98 cm. Pada jarak antar elemen 0,25 λ cakupan berkas adalah 1800 , jarak antar elemen 0,5 λ cakupan berkas adalah 970, jarak

antar elemen 0,75 λ cakupan berkas adalah 600

dan jarak antar elemen λ cakupan berkas adalah 44,050. Semakin jauh jarak antar elemen semakin kecil cakupan berkas.

4.4 Cakupan Berkas 8 Antena

Jumlah antena yang digunakan adalah 8 elemen, maka cakupan berkas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 dan mensubtitusikan N=8:

Dimana jarak antar eleman yang digunakan 0,1λ- λ. Dengan menggunakan

software MATLAB R-2012a diperoleh grafik hubungan jarak antar elemen yang terdiri 8 antena dengan cakupan area pada Gambar 4.3.

0 0.25 0.50 0.75 1

60 90 120 150 180

8 elemen Antena

jarak antar elemen(lamda)

C a k u p a n B e rk a s (d e ra ja t)

Gambar 4.3 Grafik hubungan jarak antar elemen dengan cakupan berkas 8 Antena

elemen yang digunakan 6,93 – 30,32 cm. Pada jarak antar elemen 0,25 λ cakupan berkas adalah 1800 , jarak antar elemen 0,5 λ cakupan berkas adalah 122,090,

jarak antar elemen 0,75 λ cakupan berkas adalah 71,370

dan jarak antar elemen

λ cakupan berkas adalah 51,890

. Semakin jauh jarak antar elemen semakin kecil cakupan berkas.

BAB V

Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Cakupan berkas paling luas adalah 1800.

2. Untuk frekuensi 433 MHz 2 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 17,3 cm.

3. Untuk frekuensi 433 MHz 4 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 25,98 cm.

4. Untuk frekuensi 433 MHz 8 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 30,32 cm.

5. Semakin jauh jarak antar elemen semakin cakupan berkas.

5.2 Saran

Untuk mengembangkan Tugas Akhir ini ke depan diharapkan:

1. Perancangan di buat dengan memperhitungkan komponen-komponen rangkaian phase shifter dan quad hybrid.

2. Melakukan rancang bangun switched beam array dengan metode matriks

butler.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kraus, John D. 2002. Antennas, Third Edition. New York : McGraw-Hill Book

Company . Hal 2, 23, 24.

2. Gunawan, Frans Hendra.9 Juni 2014. Analisa Antena Directional 2,4 GHz di PT.

Cross Network.

http://dewey.petra.ac.id/dts_res_detail.php?knokat=4605.

3. Program Teknisi Jardiknas. 10 Juni 2014 .Antena Dan Propagasi Gelombang

Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158.

4. Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip dan Aplikasi . Jakarta : Graha Ilmu. Hal: 1-2 , 96-97.

5. Pasaribu, Denny. 2013. “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Pada Frekuensi 2.4 GHz dengan Metode Pencatuan Inset”. Universitas

Sumatera Utara. Medan.

6. Hasibuan, M. Arief Ananda. 2011. "Analisa Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole". Universitas Sumatera Utara. Medan.

7. Wowok.2008. Antena Wireless Untuk Rakyat.Yogyakarta: Andi.

8. Rahman.12 Juni 2014. Link Budget VSAT Point-To-Point.

http://www.geocities.com/adoel5/BAB3.htm.

9. Mahendra, Wahyu. 2008 ."Simulasi Sistem MIMO-STBC dengan Antena Smart Algoritma Referensi Temporal" Universitas Indonesia. Depok. Hal:10

10.Awan, PC Habib.2008. "Implementation Smart antenna System Using Genetic Algorithm and Artifial Immune System." National University of Sciences and Technology.Hal: 40-44.

11.Groos, Frank.2005. Smart Antenas for Wireless Communications With Matlab". McGraw-Hill. Hal: 94-96.

12.Chatterjee, Perambur S. Neelakanta dan Rajeswari. 2007.Antena for Information

Super Skyways: An Exposition on Outdoor and Indoor Wireless Antenna. Research Studies Press LTD. Hal: 284-387.

13.Yunita, Firdaus dan Sri. 2013. "Pengontrolan Polaradiasi Antena Array dengan Antena Individu Dipole ½ Lambda”.

0 0.25 0.50 0.75 1 60 90 120 150 180

4 elemen Antena

jarak antar elemen(lamda)

C a k u p a n B e rk a s (d e ra ja t)

Gambar 4.2 Grafik hubungan jarak antar elemen dengan cakupan berkas 4 Antena

Berdasarkan Gambar 4.2, cakupan berkas paling luas adalah 1800 dimana jarak antar elemen 0,1 – 0,375 λ, sehingga untuk frekuensi 433 MHz jarak antar elemen yang digunakan 6,93 – 25,98 cm. Pada jarak antar elemen 0,25 λ cakupan berkas adalah 1800 , jarak antar elemen 0,5 λ cakupan berkas adalah 970, jarak

antar elemen 0,75 λ cakupan berkas adalah 600

dan jarak antar elemen λ cakupan berkas adalah 44,050. Semakin jauh jarak antar elemen semakin kecil cakupan berkas.

4.4 Cakupan Berkas 8 Antena

Jumlah antena yang digunakan adalah 8 elemen, maka cakupan berkas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 dan mensubtitusikan N=8:

Dimana jarak antar eleman yang digunakan 0,1λ- λ. Dengan menggunakan software MATLAB R-2012a diperoleh grafik hubungan jarak antar elemen yang terdiri 8 antena dengan cakupan area pada Gambar 4.3.

0 0.25 0.50 0.75 1

60 90 120 150 180

8 elemen Antena

jarak antar elemen(lamda)

C a k u p a n B e rk a s (d e ra ja t)

Gambar 4.3 Grafik hubungan jarak antar elemen dengan cakupan berkas 8 Antena

elemen yang digunakan 6,93 – 30,32 cm. Pada jarak antar elemen 0,25 λ cakupan berkas adalah 1800 , jarak antar elemen 0,5 λ cakupan berkas adalah 122,090,

jarak antar elemen 0,75 λ cakupan berkas adalah 71,370

dan jarak antar elemen

λ cakupan berkas adalah 51,890

. Semakin jauh jarak antar elemen semakin kecil cakupan berkas.

BAB V

Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Cakupan berkas paling luas adalah 1800.

2. Untuk frekuensi 433 MHz 2 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 17,3 cm.

3. Untuk frekuensi 433 MHz 4 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 25,98 cm.

4. Untuk frekuensi 433 MHz 8 elemen antena, jarak antar elemen yang memiliki cakupan paling luas adalah 30,32 cm.

5. Semakin jauh jarak antar elemen semakin cakupan berkas.

5.2 Saran

Untuk mengembangkan Tugas Akhir ini ke depan diharapkan:

1. Perancangan di buat dengan memperhitungkan komponen-komponen rangkaian phase shifter dan quad hybrid.

2. Melakukan rancang bangun switched beam array dengan metode matriks butler.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kraus, John D. 2002. Antennas, Third Edition. New York : McGraw-Hill Book Company . Hal 2, 23, 24.

2. Gunawan, Frans Hendra.9 Juni 2014. Analisa Antena Directional 2,4 GHz di PT. Cross Network.

http://dewey.petra.ac.id/dts_res_detail.php?knokat=4605.

3. Program Teknisi Jardiknas. 10 Juni 2014 .Antena Dan Propagasi Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158.

4. Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip dan Aplikasi . Jakarta : Graha Ilmu. Hal: 1-2 , 96-97.

5. Pasaribu, Denny. 2013. “Rancang Bangun Antena Mikrostrip Patch Segiempat

Pada Frekuensi 2.4 GHz dengan Metode Pencatuan Inset”. Universitas

Sumatera Utara. Medan.

6. Hasibuan, M. Arief Ananda. 2011. "Analisa Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole". Universitas Sumatera Utara. Medan.

7. Wowok.2008. Antena Wireless Untuk Rakyat.Yogyakarta: Andi. 8. Rahman.12 Juni 2014. Link Budget VSAT Point-To-Point.

http://www.geocities.com/adoel5/BAB3.htm.

9. Mahendra, Wahyu. 2008 ."Simulasi Sistem MIMO-STBC dengan Antena Smart Algoritma Referensi Temporal" Universitas Indonesia. Depok. Hal:10 10. Awan, PC Habib.2008. "Implementation Smart antenna System Using Genetic

Algorithm and Artifial Immune System." National University of Sciences and Technology.Hal: 40-44.

11. Groos, Frank.2005. Smart Antenas for Wireless Communications With Matlab". McGraw-Hill. Hal: 94-96.

12.Chatterjee, Perambur S. Neelakanta dan Rajeswari. 2007.Antena for Information Super Skyways: An Exposition on Outdoor and Indoor Wireless Antenna. Research Studies Press LTD. Hal: 284-387.

13.Yunita, Firdaus dan Sri. 2013. "Pengontrolan Polaradiasi Antena Array dengan Antena Individu Dipole ½ Lambda”.