RANCANG BANGUN ANTENA OMNIDIRECTIONAL 15 dBi UNTUK PENGUAT SINYAL WIRELESS FIDELITY (Wi-Fi) LaporanTugas Akhir Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 Program StudiTeknik Telekomunikasi Oleh: Ita Palasari NIM :1105063308 Lia Lestari NIM :1105063311
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
ABSTRAK Penggunaan wireless fidelity (Wi-Fi) yang berkembang sangat pesat, telah menjadi kebutuhan umum saat ini. Antena omnidirectional merupakan salah satu jenis antena yang berfungsi sebagai antena penguat sinyal Wi-Fi dengan standar protocol IEEE 802.11 b/g, yang terbuat dari kawat tembaga yang coilnya terdiri dari ¾ λ dan ½ λ atau dikenal dengan model vertikal collinear sehingga mendapatkan pola radiasi yang memancar ke segala arah. Untuk menghasilkan jangkauan yang luas maka pemakaian gain yang besar akan memberikan kualitas yang tinggi pada sebuah antena. Dalam rancang bangun antena omnidirectional ini gain yang digunakan adalah 15 dBi, yang jangkauanya dapat mencapai 7-9 km pada pengukuran di bantu dengan access point (AP), dan untuk mendeteksi sinyal Wi-Fi pada laptop dibutuhkan USB wireless produk TP-Link tipe TL-WN722N standar IEEE 802.11 b/g dengan frekuensi 2,4 GHz, dan kabel penghubung yang fungsinya sebagai penghubung antara antena omnidirectional dan USB wireless. Setelah dilakukan pengujian, antena omnidirectional ini mampu menerima kekuatan sinyal yang lebih baik dari antena internal. Pada jarak 7 (tujuh) km, besar sinyal yang terdeteksi oleh antena omnidirectional sebesar 27 dBm, pada antena internal besar sinyal yang terdeteksi sebesar 23 dBm. Dan pada jarak 9 (sembilan) km, besar sinyal yang terdeteksi oleh antena omnidirectional sebesar 19 dBm, pada antena internal besar sinyal yang terdeteksi sebesar 14 dBm. Kata kunci : Wireless Fidelity (Wi-Fi), Antena Omnidirectional, Gain 15 dBi, USB Wireless.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan Tugas akhir ini berjudul “ Rancang Bangun Antena Omnidirectional 15 dBi 2,4 GHz Untuk Sinyal Wireless Fidelity (Wi-Fi)” yang disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan ini penulis tidak terlepas dari perhatian, bimbingan, fasilitas, dorongan, dan bantuan dari berbagai pihak secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dalam penyelesaian laporan ini, antara lain : 1. Bapak M.Syahruddin, ST, MT, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ibu Ir. Rina Anugrahwati, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir. Suhaili Alifuddin, M.Eng, selaku Kepala Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 4. Ibu Afritha Amelia, ST.MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Indrayadi, ST, MT, selaku dosen wali TK-6D. 6. Staff pengajar di Politeknik Negeri Medan, khususnya staff pengajar dan teknisi di Program Studi Teknik Telekomunikasi.
7. Teristimewa untuk kedua orang tua penulis Ayahanda dan Ibunda dalam mencurahkan cinta dan kasih sayang, serta dukungan baik moril dan spiritual 8. Kakak dan Adik terkasih yang telah memberikan semangat dan kasih sayangnya. 9. Teman-teman tercinta dikelas TK-6D yang telah memberikan motivasi dan doanya dalam penyelesain tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan-kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun dari pembaca untuk menyempurnakan laporan ini pada masa mendatang. Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat. Medan, 10 September 2013 Hormat Kami
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ....................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................ ii ABSTRAK .................................................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ................................................................................................................. iv DAFTAR ISI................................................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................... x DAFTAR TABEL .................................................................................................................... . xiv DAFTAR ISTILAH PENTING ................................................................................................. xv BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ...................................................................................................... 2
1.4 Tujuan ................................................................................................................... 2
1.5 Manfaat .................................................................................................................... 3
1.6 Metode Penulisan
.............................................................................................. 3
BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 Umum
................................................................................................................... 4
2.1.1 Antena Helix ................................................................................................... 5 2.1.2 Antena Yagi-uda ............................................................................................. 5 2.1.3 Antena Parabolik ............................................................................................ 6 2.1.4 Antena Grid Parabolik ................................................................................... 7 2.2 Antena Omnidirectional........................................................................................... 8 2.3 Pola Radiasi Antena
........................................................................................... 9
2.4 Direktivitas dan Gain Antena................................................................................... 14 2.4.1 Direktivitas ...................................................................................................... 14 2.4.2 Gain Antena .................................................................................................... 16 2.4.3 Hubungan Direktivitas dan Gain Antena ........................................................ 16 2.4.4 Bandwidth Antena........................................................................................... 17 2.5 Impedansi Input Antena ........................................................................................... 18 2.6 VSWR ...................................................................................................................... 18 2.7 Kawat Tembaga……. ............................................................................................... 19 2.8 Wireless Fidelity (Wi-Fi) …………......................................................................... 23
2.8.1 Standar Teknologi (Wi-Fi).............................................................................. 24 2.9 USB Wireless
…… ............................................................................................... 25
2.10 Sistem Transmisi ..................................................................................................... 26 2.10.1 Saluran Transmisi ………. .......................................................................... 27 2.11 Gelombang Radio .................................................................................................... 27
2.11.1 Line Of Sight (LOS) ..................................................................................... 28
BAB 3 METODE DESAIN 3.1 Desain Antena Omnidirectional ................................................................................ 31 3.1.1 Bagan Alir Perancangan Antena Omnidirectional ......................................... 33 3.1.2 Tahapan Desain Antena Omnidirectional ........................................................ 33
3.3 Peralatan dan Bahan Antena Omnidirectional ........................................................... 34 3.4 Pembuatan Antena Omnidirectional .......................................................................... 35
3.5 Bagan Alir Pembuatan Penyanggah Antena Omnidirectional ................................... 38
3.5.1 Tahapan Pembuatan Penyanggah Antena Omnidirectional. ............................. 38
3.6
Peralatan dan Bahan Penyanggah Antena Omnidirectional…................................. 38
3.7
Pembuatan Penyanggah Antena Omnidirectional……………... .............................. 39
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengukuran Nilai Impedansi Dan VSWR..................................................................43
4.2 Pengujian Antena Omnidirectional............................................................................45 4.2.1 Konfigurasi Pengukuran .................................................................................46 4.3 Perbandingan Antara Antena Omnidirectional dengan Antena Internal ................... 49 4.4 Pengukuran Pola Radiasi ............................................................................................ 53 4.5 Sintesis ...................................................................................................................... 59
BAB 5 PENUTUP 5.1 Simpulan…… ............................................................................................................ 60 5.2 Saran….. .................................................................................................................... 60 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................xvi LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar
Halaman
Gambar 2.1 Antena Helix ........................................................................................................ 5 Gambar 2.2 Antena Yagi .........................................................................................................6 Gambar 2.3 Antena Parabola ....................................................................................................6 Gambar 2.4 Antena Grid Parabolik .......................................................................................... 7 Gambar 2.5 Antena Omnidirectional. ....................................................................................... 8 Gambar 2.6 Pola Radiasi Antena Omnidirectional .................................................................. 8 Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Gelombang Antena Omnidirectional (a) Pola Radiasi Bidang Medan Listrik (E) (b) Pola Radiasi Bidang Medan Magnet (H) .....................9
Gambar 2.8 Sebuah Titik Radiasi Pada Koordinat Bola...........................................................10
Gambar 2.9 Pola Radiasi Isotropis............................................................................................11
Gambar 2.10 Pola Radiasi Unidireksional................................................................................11
Gambar 2.11 Pola Radiasi Omnidireksional .............................................................................12
Gambar 2.12 Parameter Pola Radiasi.... ...................................................................................13
Gambar 2.13 Pola Radiasi Antena (a). Roadside, (b). Endfire, (c). Intermediate ....................14 Gambar 2.14 USB Wireless ...................................................................................................25 Gambar 2.15 Daerah Fresnel Zones ........................................................................................27
Gambar 2.16 D Adalah Jarak Antara Transmitter dan Receiver, P Adalah Radius……….. …29
Gambar 2.17 Perhitungan Pada Link Budget ……………………………………………………….30
Gambar 3.1 Konstruksi Antena Omnidirectional.................................................................... 33 Gambar 3.2 Bagan Alir Perancangan Antena Omnidirectional……………….. ........................34 Gambar 3.3 Kawat Tembaga Dengan Iarak Masing-Masing Cicle .........................................36 Gambar 3.4 Kawat Tembaga Yang Telah Dibentuk Lingkaran.. .............................................36 Gambar 3.5 Kawat Tembaga Yang Telah Di Pasang Busa Sterofoam .....................................37 Gambar 3.6 N-Connector Yang Telah Terpasang Di Dop Pipa ...............................................37 Gambar 3.7 Kawat Tembaga Yang Telah Di Masukkan Kedalam Pipa ..................................38 Gambar 3.8 Kawat Tembaga Yang Telah Terpasang N-Connector ........................................38 Gambar 3.9 Antena Yang Telah Jadi ........................................................................................39 Gambar 3.10 Bagan Alir Pembuatan Penyanggah Antena Omnidirectional ............................39
Gambar 3.11 Fiber Glass Yang Telah Di Potong .....................................................................40 Gambar 3.12 Pipa Yang Telah Di Potong ..............................................................................41
Gambar 3.13 Potongan Pipa Yang Akan Di Bor ......................................................................41 Gambar 3.14 Potongan Pipa Yang Telah Di Bor ......................................................................42 Gambar 3.15 Bahan - Bahan Yang Akan Dirakit .....................................................................42
Gambar 3.16 Kotak Sebagai Penyeimbang Antena …………………………………………. 43 Gambar 3.17 Penyanggah Antena Yang Telah Jadi .................................................................43 Gambar 4.1 Nilai Impedansi Yang Digambarkan Dalam Bentuk Smith Chart…………… . … 44 Gambar 4.2 Nilai VSWR
..................................................................................................... 45
Gambar 4.3 Pengukuran Pada Jarak 7 KM .............................................................................. 46 Gambar 4.4 Pengukuran Pada Jarak 9 KM .............................................................................. 47 Gambar 4.5 Setting Alamat IP Dan Subnet Mask ................................................................... 48 Gambar 4.6 Setting Pada Profile Name Dan Nama SSID ...................................................... 49 Gambar 4.7 Pengujian Antena Omnidirectional .................................................................... 49 Gambar 4.8 Jaringan Yang Tertangkap Oleh Antena .............................................................. 50 Gambar 4.9 Daya Terima Antena Omnidirectional Pada Jarak 7 Kilo Meter ......................... 51 Gambar 4.10 Daya Terima Antena Internal Pada Jarak 7 Kilo Meter ..................................... 51 Gambar 4.11 Daya Terima Antena Omnidirectional Pada Jarak 9 Kilo Meter ....................... 52 Gambar 4.12 Daya Terima Antena Internal Pada Jarak 9 Kilo Meter ................................... 52 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Antena Omnidirectional Dan Internal ............................ 53 Gambar 4.14 Pola Radiasi Antena Omnidirectional……......................................................... 57 Gambar 4.15 Beamwidth Omnidirectional
.......................................................................... 58
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Nomenklatur Kode-kode kawat di Indonesia ...........................................................20 Tabel 2.2 Kode pengenal .........................................................................................................21 Tabel 2.3 Standar Wi-Fi .........................................................................................................25 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Perbandingan Antena Internal Dengan Antena Omnidirectional……………………………………………………………………….. ........53 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Pola Radiasi .................................................................................55
DAFTAR ISTILAH PENTING Wi-Fi
: Wireless Fidelty
LAN
: Local Area Network
VSWR
:
Voltage Standing Wave Radio
LOS
:
line of sight
HPBW
: Half Power Beamwidth
FBR
: Front to Back Ratio
USB
:
Universal Serial Bus
P2MP
:
Point-To-Multi-Point
FNBW
:
First Null Beam Width
SLL
:
Side Lobe Level
PDA
:
Personal Digital Assistant
AP
: Accsess Point
ISM
: Industrial, Scientific, dan Medical)
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Perkembangan telekomunikasi cenderung meningkatkan penggunaan sarana dan prasarana telekomuniasi dalam kehidupan masyrakat. Hal ini dikarenakan manusia memerlukan komunikasi yang bervariasi, disamping itu manusia juga memerlukan komunikasi yang cepat dan baik untuk dapat saling bertukar informasi dimana saja, kapan saja dan dengan siapa saja. Salah satu sistem komunikasi yang mengikuti perkembangan zaman dan juga memenuhi kebutuhan
manusia dan
merupakan
andalan
bagi
terselenggaranya
integrasi
sistem
telekomunikasi secara global adalah Jaringan wireless location area network (W-LAN) atau sering disebut wireless fidelity (Wi-Fi). Komunikasi wireless merupakan jaringan nirkabel yang menggunakan gelombang radio sebagai media transmisi. Berbicara tentang komunikasi nirkabel, peran antena mendapat perhatian khusus. Antena adalah perangkat yang berfungsi untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Antena yang digunakan untuk jaringan nirkabel memiliki tipe yang berbeda-beda, sebagai contoh antena directional, yang memiliki pola radiasi yang hanya memancarkan daya ke arah tertentu. Berbeda dengan antena omnidirectional, yang memiliki pola radiasi 360o, sehingga sinyalnya dapat dipancarkan ke segala arah dan aplikasi dari antena omnidirectional dapat digunakan di access point (AP) sebagai penerima komunikasi data pada jaringan Wi-Fi, antena
omnidirectional akan melayani setiap client-nya dalam suatu area atau kawasan Wi-Fi yang beroperasi pada Frekuensi 2,4 GHz yang merupakan standar protocol IEEE 802,11 b/g. Dalam rancang bangun antena omnidirectional dengan gain 15 dBi memiliki jangkauan 7-9 KM. Dan untuk pengukuranya di bantu dengan access point (AP).
1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang harus diselesaikan pada tugas akhir ini adalah, sebagai berikut: 1. Bagaimana merancang antena omnidirectional sehingga dapat memancar ke segala arah? 2. Bagaimana membuat antena omnidirectional. 3. Bagaimana mengukur gain dan pola radiasi antenna omnidirectional.
1.3 Batasan Masalah Dalam pembuatan tugas akhir ini hanya membahas tentang hal-hal sebagai berikut: 1. Antena omnidirectional terbuat dari kawat tembaga yang coilnya terdiri dari ¾λ dan ½λ untuk ujung dari antenna atau dikenal dengan model vertical collinear sehingga mendapatkan pola radiasi yang memancar ke segala arah. 2. Mengetahui cara penyambungan antena ke jaringan wireless fidelity (Wi-Fi). 3. Pengujian antena terhadap pemakaian komunikasi wireless fidelity (Wi-Fi).
1.4 Tujuan Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah merancang dan membuat antena omnidirectional yang dapat bekerja sebagai penerima untuk konektivitas jaringan komputer wireless fidelity (Wi-Fi) atau dikenal dengan jaringan wireless pada frekuensi 2,4 GHz sesuai
dengan standar protocol IEEE 802.11 b/g. Dengan besar gain 15 dBi maka jangkauan yang dapat diperoleh 7 – 9 KM. 1.5 Manfaat Hasil dari tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat untuk meningkatkan penggunaan jaringan wireless fidelity (Wi-Fi) dengan teknologi antena adaptif berbasis antena omnidirectional.
1.6 Metode Penulisan BAB 1 PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang tentang permasalahan, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, sistematika penulisan dari pembuatan tugas akhir. BAB 2 DASAR TEORI Berisikan tentang dasar teori untuk menunjang penyelesaian masalah dalam tugas akhir ini. Teori dasar yang diberikan meliputi: pengertian tentang antena, distribusi arus antena, pola radiasi antena omnidirectional, gain, VSWR dan impedansi input antena serta tentang kabel coaxial dan wireless fidelity (Wi-Fi). BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM Menjelaskan tentang perencanaan dan perancangan serta perhitungan panjang gelombang sehingga antena omnidirectional diterapkan pada frekuensi 2,4 GHz. BAB 4 PENGUKURAN DAN ANALISA Menjelaskan tentang hasil pengukuran sinyal dan analisa optimasi pembentukan pola radiasi, F/B ratio, cross polarization, gain, VSWR dan impedansi input dari antena yang sudah dirancang. BAB 5 PENUTUP
Berisi tentang simpulan dari hasil yang telah diperoleh dan saran yang selayaknya dilakukan bila tugas akhir ini dilanjutkan.
