TUGAS AKHIR Modifikasi Bluetooth Dongle dengan Antena Helix Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama NIM Jurusan Peminatan Pembimbing
: Mohammad Dinar Prasetya : 41405120085 : Teknik Elektro : Telekomunikasi : Ir. Said Attamimi MT.
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009
LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN
Nama : NPM : : Yang bertanda tangan di NIRM bawah ini, Jurusan : Pembimbing : : N Judul ama : Mohammad Dinar Prasetya N.P.M : 41405120085 Jurusan : Teknik Elektro PANITIA UJIAN Fakultas : Teknologi Industri Judul Skripsi : Modifikasi Bluetooth Dongle dengan Antena Helix Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini NO. NAMA KEDUDUKAN merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan TanggalMercu Lulus:Buana. aturan tata tertib di Universitas Mengetahui Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Pembimbing
(
Koordinator Sidang Sarjana Penulis, (
)
)
Materai Rp.6000
[ Mohammad Dinar Prasetya ]
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Modifikasi Bluetooth Dongle dengan Antena Helix
Disusun Oleh : Nama NIM Program Studi Peminatan
: : : :
Mohammad Dinar Prasetya 41405120085 Teknik Elektro Telekomunikasi
Mengetahui, Pembimbing,
( Ir. Said Attamimi MT.
)
Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro
( Ir. Yudi Gurnadi MSc. )
iii
ABSTRAKS
Modifikasi Bluetooth Dongle dengan Antena Helix
Bluetooth adalah suatu alat atau cara yang digunakan untuk memindahkan data tanpa menggunakan kabel/wireless. Pada tugas akhir ini akan memodifikasi atau merubah antenna yang terdapat pada Bluetooth dongle dengan antenna eksternal, dan antenna yang akan dipakai adalah antenna helix. Karena pada Bluetooth dengan antenna standartnya hanya bisa menjangkau maximum radius 10 meter. Dengan modifikasi antenna Bluetooth kita akan dapat mengetahui apakah ada penambahan jangkauan dan berapa jarak maksimal yang didapat. Dari beberapa penelitian antenna helix dapat digunakan untuk menambah jangkauan WLAN.
Kata kunci : antenna helix, bluetooth
iv
KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan Puji Syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah serta karunia-Nya yang tiada henti sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
Modifikasi Bluetooth Dongle dengan Antena Helix
Dalam menyelesaikan proyek akhir ini kami berpegang pada teori yang pernah kami dapatkan, serta bimbingan dari dosen pembimbing tugas akhir. Serta pihakpihak lain yang sangat membantu hingga sampai terselesaikannya proyek akhir ini. Proyek akhir ini digunakan sebagai salah satu syarat akademis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Mercubuana, Fakultas Teknik Industri program studi Jurusan Teknik Elektro. Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam perancangan dan pembuatan buku tugas akhir ini. Oleh karena itu besar harapan kami untuk menerima saran dan kritik dari para pembaca.
Jakarta, Juni 2009
Penulis
v
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat serta Salam saya haturkan kepada Nabi Muhammad SAW. Dalam pelaksanaan pembuatan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada : 1. Mamaku tercinta: Ibu Narha Narang, yang selalu sabar, memberikan doa dan kasih sayang serta dukungannya. 2. Istriku tercinta : Sofiyarini Ambarwati, yang setiap saat memberikan dorongan, motivasi dan dukungannya. 3. M. Dinar Yudhistira, adikku tersayang yang selalu memberikan doanya. 4. Bapak Ir. Said Attamimi MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan ilmu, pengarahan, bimbingan, dan masukan-masukan kepada penulis selama mengerjakan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh Dosen, Asisten, dan Karyawan Universitas Mercubuana khususnya, Jurusan Fakultas Industri jurusan Teknik Elektro, atas segala bantuan dan fasilitas yang diberikan sehingga terselesaikannya proyek akhir ini. 6. Teman-teman mahasiswa Program Kelas Karyawan Univ.Mercubuana jurusan Teknik Elektro angkatan 8. 7. Ade Kaim, partner Tugas Akhir yang telah banyak membantu pada saat penyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Semua pihak yang secara langsung atau tidak langsung telah membantu kami dalam penyelesaian tugas akhir ini. Semoga Allah S.W.T senantiasa membalas semua amalan yang telah dilakukan dan apabila ada kesalahan penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Jakarta, Juni 2009
Penulis
vi
DAFTAR ISI Halaman Judul ……………………………………………………… Halaman Pernyataaan …………………………………………… Halaman Pengesahan ……………………………………………… Abstraksi ……………………………………………………………… Kata Pengantar ……………………………………………………… Daftar Isi ……………………………………………………………… Daftar Tabel ………………………………………………………… Daftar Gambar ……………………………………………………… Daftar Grafik ………………………………………………………… PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………………………………………… 1.2 Tujuan …………………………………………………. 1.3 Permasalahan ………………………………………….. 1.4 Batasan Masalah ………………………………………. 1.5 Metodologi ……………………………………………. 1.6 Sistematika Penulisan …………………………………. BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Bluetooth ……………………………………………….. 2.1.1 Latar Belakang Bluetooth ………………………… 2.1.2 Aplikasi dan Layanan ……………………………. 2.1.3 Deskripsi Umum Sistem Bluetooth ……………… 2.1.4 Time Slot ………………………………………… 2.1.5 Protokol Bluetooth ………………………………. 2.2 Spread Spectrum ………………………………………. 2.2.1 Karakteristik Radio ……………………………… 2.2.2 Frekuensi Hopping ………………………………. 2.2.3 Komunikasi RF Pada Spektrum Frekuensi 2.4 Ghz 2.3 Antena ………………………………………………….. 2.3.1 Macam-macam antenna ………………………….. 2.3.2 Parameter antenna …………………...................... 2.3.3 Antena Helix ……………………………………... BAB III MODIFIKASI BLUETOOTH DONGLE 3.1 Umum ………………………………………………….. 3.2 Modifikasi antenna eksternal Bluetooth ………………. 3.3 Perancangan antenna helix ……………………………. 3.4 Tahap pembuatan antenna helix ………………………. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Tujuan Pengujian dan analisa ………………………….. 4.2 Pengujian alat …………………………………………… 4.2.1 Pengujian alat dengan jarak tertentu ……………… 4.2.2 Pengujian alat dengan jarak dan sudut tertentu…….
Hal i. ii. iii. iv. v. vii. ix. x xi
BAB I
vii
1 1 1 2 2 2 4 5 5 6 7 8 10 11 12 13 15 16 17 18 26 26 31 34 42 42 43 44
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ………………………………………………. 5.2 Saran ………………………………………………………
46 46
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………..
47
viii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1
Protokol-protokol dan layer-layer di stack
9
protokol bluetooth Tabel 2.2
Karakteristik Radio Bluetooth Sesuai Dengan
12
Dokumen Bluetooth SIG Tabel 2.3
Batas Frekuensi Serta Kanal RF Yang
14
Digunakan Oleh Beberapa Negara Tabel 3.1
Perhitungan rumus Antena helix
33
Tabel 4.1
Pengiriman data dari PC ke device (handphone)
43
Tabel 4.2
Pengukuran Bluetooth
44
berbeda
ix
dengan
sudut yang
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Contoh modul dan beberapa aplikasi Bluetooth
6
Gambar 2.2
Blok fungsional pada system bluetooth
7
Gambar 2.3
Time Slot pada bluetooth
8
Gambar 2.4
Protokol bluetooth
9
Gambar 2.5
Contoh Antenna Kawat
16
Gambar 2.6
Contoh Antenna Apertur
17
Gambar 2.7
Contoh Antenna Susunan
17
Gambar 2.8
Contoh Antenna Reflector
17
Gambar 2.9
Contoh Antenna Lens
18
Gambar 2.10
Struktur Antena Helix
23
Gambar 2.11
Beam pada antenna helix
24
Gambar 3.1
Ilustrasi Modifikasi Bluetooth Dongle
26
Gambar 3.2
Model Bluetooth Dongle
27
Gambar 3.3
Bagian dalam Bluetooth Dongle
27
Gambar 3.4
Antena bluetooth dan kabel coaxial
28
Gambar 3.5
Antenna bluetooth yang sudah diganti
29
Gambar 3.6
Kabel coaxial dengan pin/jack konektor
29
Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9
Bluehtooth pada Laptop Rancangan lilitan kabel pada antenna helix Pipa Paralon yang telah diberi tanda
30 36 36
Gambar 3.10
Tampak bawah dari antenna helix
37
Gambar 3.11
Tampak lempengan kuningan yang tersambung dengan N konektor dan kabel coaxial Lempengan kuningan yang telah disolder dengan N konektor tampak bawah antenna helix sebelum disambung dengan kabel coax Antenna helix
39
Gambar 3.12 Gambar 3.13 Gambar 3.14
x
39 40 41
DAFTAR GRAFIK Halaman Grafik 3.1
Grafik dari perhitungan rumus antenna helix
33
Grafik 4.1
Pola radiasi sinyal Bluetooth dengan jarak dan sudut yang berbeda
45
xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical). Bluetooth menggunakan salah satu dari dua jenis frekuensi Spread Specturm Radio yang digunakan untuk kebutuhan wireless. Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless bluethooth akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi baik data dan suara secara real-time antara hosthost bluethooth dengan jarak jangkauan dari 10m (~30 feet). untuk daya rendah (2,5 mW), dan jangkauan 100m (~300 feet) untuk daya tinggi (100 mW). Dengan jarak yang terbatas ini memang agak mempengaruhi kinerja alat-alat yang pengaplikasiannya menggunakan sinyal bluethooth, contohnya seperti printer, scanner, ataupun untuk pertukaran data seperti PC-to-PC, PC-to-HP, HP-toPrinter dll. Disinilah kita mencoba memaksimalkan jangkauan sinyal bluethooth pada bluethooth dongle dengan menggunaka antenna eksternal. Jenis frekuensi yang digunakan adalah Frequency Hopping Spread Spedtrum (FHSS), sedangkan yang satu lagi yaitu Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) digunakan oleh IEEE802.11xxx.
1.2 Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah memperluas jaringan bluethooth dengan cara memodifikasi sebuah bluethooth dongle menggunakan antenna eksternal, dalam hal ini penulis merancang antenna helix untuk digunakan pada bluethooth dongle.
1.3 Permasalahan Permasalahan yang dihadapi dalam pembuatan tugas akhir ini adalah pada pembuatan antenna helix dan menyatukan dengan bluethooth dongle, dimana
1
antenna eksternal tersebut belum tentu bisa men-support bluethooth dongle maka bisa terjadi error.
1.4 Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang akan dikerjakan dalam Proyek Akhir ini adalah : 1. Cara pembuatan/perancangan antenna helix dan manyatukannya dengan bluethooth dongle 2. Jangkauan yang dapat diterima oleh device/hardware menggunakan bluethooth dongle yang telah dimodifikasi 3. Device/hardware yang digunakan ialah handphone atau printer
1.5 Metodologi Dalam mengerjakan proyek akhir ini, metodologi yang dipergunakan adalah sebagai berikut : a) Mempelajari studi pustaka b) Perancangan perangkat keras (hardware) c) Pembuatan dan pengukuran/pengujian perangkat keras (Hardware) d) Integrasi dan pengujian sistem e) Eksperimen dan analisa sistem
1.6 Sistematika Pembahasan Sistematika pembahasan yang akan diuraikan dalam buku laporan proyek akhir ini terbagi dalam bab-bab yang akan dibahas sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, tujuan, permasalahan, batasan masalah, metodologi dan sistematika pembahasan.
2
BAB II. TEORI PENUNJANG Berisi tentang teori penunjang yang mendukung dalam perencanaan dan pembuatan proyek akhir ini meliputi : •
Sejarah dan perkembangan Bluetooth
•
Antena helix
BAB III. PERANCANGAN ANTENA HELIX DAN MODIFIKASI BLUETHOOTH DONGLE Berisi mengenai tahap-tahap perencanaan dan pembuatan perangkat keras (Hardware).
BAB IV. PENGUJIAN DAN PENGUKURAN ALAT Berisi hasil uji coba perangkat keras (Hardware) serta mengetahui hubungan hasil uji coba dan teori penunjang.
BAB V. PENUTUP Berisi tentang kesimpulan dari proyek akhir yang telah dibuat dan saransaran untuk pengembangan selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA Pada bagian ini berisi tentang referensi – referensi yang telah dipakai oleh penulis sebagai acuan dan penunjang serta parameter yang mendukung penyelesaian proyek akhir ini baik secara praktik maupun sebagai teoritis.
3
BAB II TEORI PENUNJANG
2.1 BLUETOOTH Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical) dengan menggunakan sebuah frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas (sekitar 10 meter). Bluetooth sendiri dapat berupa card yang bentuk dan fungsinya hampir sama dengan card yang digunakan untuk wireless local area network (WLAN) dimana menggunakan frekuensi radio standar IEEE 802.11, hanya saja pada bluetooth mempunyai jangkauan jarak layanan yang lebih pendek dan kemampuan transfer data yang lebih rendah. Pada dasarnya bluetooth diciptakan bukan hanya untuk menggantikan atau menghilangkan penggunaan kabel didalam melakukan pertukaran informasi, tetapi juga mampu menawarkan fitur yang baik untuk teknologi mobile wireless dengan biaya yang relatif rendah, konsumsi daya yang rendah, interoperability yang menjanjikan, mudah dalam pengoperasian dan mampu menyediakan layanan yang bermacam-macam. Untuk memberi gambaran yang lebih jelas mengenai teknologi bluetooth yang relatif baru ini kepada pembaca, berikut diuraikan tentang sejarah munculnya bluetooth dan perkembangannya, teknologi yang digunakan pada sistem bluetooth dan aspek layanan yang mampu disediakan, serta sedikit uraian tentang perbandingan metode modulasi spread spectrum FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) yang digunakan oleh bluetooth dibandingkan dengan metode spread spectrum DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
4
2.1.1 Latar Belakang Bluetooth
Pada bulan Mei 1998, 5 perusahaan promotor yaitu Ericsson, IBM, Intel, Nokia dan Toshiba membentuk sebuah Special Interest Group (SIG) dan memulai untuk membuat spesifikasi yang mereka namai ‘bluetooth’. Pada bulan Juli 1999 dokumen spesifikasi bluetooth versi 1.0 mulai diluncurkan. Pada bulan Desember 1999 dimulai lagi pembuatan dokumen spesifikasi bluetooth versi 2.0 dengan tambahan 4 promotor baru yaitu 3Com, Lucent Technologies, Microsoft dan Motorola. Saat ini, lebih dari 1800 perusahaan di berbagai bidang antara lain di bidang semiconductor manufacture, PC manufacture, mobile network carrier, perusahaan-perusahaan automobile dan air lines bergambung dalam sebuah konsorsium
sebagai
adopter
teknologi
bluetooth.
Perusahaan-perusahaan
terkemuka tersebut antara lain seperti Compaq, Xircom, Phillips, Texas instruments, Sony, BMW, Puma, NEC, Casio, Boeing, dsb. Walaupun standar Bluetooth SIG saat ini ‘dimiliki’ oleh grup promotor tetapi ia diharapkan akan menjadi sebuah standar IEEE (802.15).
2.1.2 Aplikasi dan Layanan
Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Bluetooth dapat mendukung sebuah kanal data asinkron, tiga kanal suara sinkron simultan atau sebuah kanal dimana secara bersamaan mendukung layanan data asinkron dan suara sinkron. Setiap kanal suara mendukung sebuah kanal suara sinkron 64 kb/s. Kanal asinkron dapat mendukung kecepatan maksimal 723,2 kb/s asimetris, dimana untuk arah sebaliknya dapat mendukung sampai dengan kecepatan 57,6 kb/s. Sedangkan untuk mode simetris dapat mendukung sampai dengan kecepatan 433,9 kb/s. Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless bluetooth akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan
5
sampai dengan 10 meter (~30 feet). Sistem bluetooth menyediakan layanan komunikasi point to point maupun komunikasi point to multipoint. Produk bluetooth dapat berupa PC card atau USB adapter yang dimasukkan ke dalam perangkat. Perangkat-perangkat yang dapat diintegerasikan dengan teknologi bluetooth antara lain : mobile PC, mobile phone, PDA (Personal Digital Assistant), headset, kamera, printer, router dan sebagainya. Aplikasi-aplikasi yang dapat disediakan oleh layanan bluetooth ini antara lain : PC to PC file transfer, PC to PC file synch ( notebook to desktop), PC to mobile phone, PC to PDA, wireless headset, LAN connection via ethernet access point dan sebagainya.
Gambar 2.1. Contoh modul dan beberapa aplikasi bluetooth
2.1.3 Diskripi Umum Sistem Bluetooth Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio transceiver, baseband link controller dan sebuah link manager. Baseband link controller menghubungkan perangkat keras radio ke base band processing dan layer protokol fisik. Link manager
6
melakukan aktivitas-aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan konfigurasi. Secara umum blok fungsional pada sistem bluetooth dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.2. Blok fungsional pada system bluetooth
2.1.4 Time Slot Kanal dibagi dalam time slot-time slot, masing-masing mempunyai panjang 625
μ s. Time slot-time slot tersebut dinomori sesuai dengan clock bluetooth dari master piconet. Batas penomoran slot dari 0 sampai dengan 227-1 dengan panjang siklus 227. Di dalam time slot, master dan slave dapat mentransmisikan paketpaket dengan menggunakan skema TDD (Time-Division Duplex), dapat dilihat pada gambar 2.3. Master hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot genap saja sedangkan slave hanya memulai melakukan pentransmisiannya pada nomor time slot ganjil saja.
7
Gambar 2.3. Time Slot pada bluetooth
2.1.5 Protokol Bluetooth Protokol-protokol bluetooth dimaksudkan untuk mempercepat pengembangan aplikasi-aplikasi dengan menggunakan teknologi bluetooth. Layer-layer bawah pada stack protokol bluetooth dirancang untuk menyediakan suatu dasar yang fleksibel untuk pengembangan protokol yang lebih lanjut. Protokol-protokol yang lain seperti RFCOMM diambil dari protokol-protokol yang sudah ada dan protokol ini hanya dimodifikasi sedikit untuk disesuaikan dengan kepentingan bluetooth. Pada protokol-protokol layer atas digunakan tanpa melakukan modifikasi. Dengan demikian, aplikasi-aplikasi yang sudah ada dapat digunakan dengan teknologi bluetooth sehingga interoperability akan lebih terjamin. Stack protokol bluetooth dapat dibagi ke dalam empat layer sesuai dengan tujuannya. Berikut protokol-protokol dalam layer-layer di dalam stack protokol bluetooth yang tertera pada Tabel dan Gambar dibawah ini.
8
Gambar 2.4. Protokol bluetooth
Tabel 2.1. Protokol-protokol dan layer-layer di stack protokol bluetooth Protocol Layer Bluetooth Core Protocols Cable Replacement Protocol Telephony Control Protocols Adopted Protocols
Protocols in the stack Baseband, LMP, L2CAP, SDP RFCOMM TCS Binary, AT-commands PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC, WAE
(sumber : Bluetooth SIG)
Keterangan yang lebih jelas mengenai protokol bluetooth tidak akan diuraikan pada tulisan ini.
9
2.2 SPREAD SPECTRUM Bagaimana data bisa bergerak di udara? Bluetooth mentransfer data melalui udara dengan menggunakan gelombang elektromagnetik dengan teknologi yang dipakai adalah Spread-Sprectum Technology (SST). Dengan teknologi ini memungkinkan beberapa user menggunakan pita frekuensi yang sama secara bersamaan. SST ini merupakan salah satu pengembangan teknologi Code Division Multiple Access (CDMA). Dengan urutan kode (code sequence) yang unik data ditransfer ke udara dan diterima oleh tujuan yang berhak dengan kode tersebut. Dengan teknologi Time Division Multiple Access (TDMA) juga bisa diaplikasikan (data ditransfer karena perbedaan urutan waktu/time sequence). Dalam teknologi SST ada dua pendekatan yang dipakai yaitu : •
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), sinyal ditranfer dalam pita frekuensi tertentu yang tetap sebesar 17 MHz. Prinsip dari metoda direct sequence adalah memancarkan sinyal dalam pita yang lebar (17 MHz) dengan pemakaian pelapisan (multiplex) kode/signature untuk mengurangi interferensi dan noise. Untuk perangkat wireless yang bisa bekerja sampai 11M bps membutuhkan pita frekuensi yang lebih lebar sampai 22 MHz. Pada saat sinyal dipancarkan setiap paket data diberi kode yang unik dan berurut untuk sampai di tujuan, di perangkat tujuan semua sinyal terpancar yang diterima diproses dan difilter sesuai dengan urutan kode yang masuk. Kode yang tidak sesuai akan diabaikan dan kode yang sesuai akan diproses lebih lanjut.
•
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), sinyal ditransfer secara bergantian dengan menggunakan 1MHz atau lebih dalam rentang sebuah pita frekuensi tertentu yang tetap. Prinsip dari metoda frequency hopping adalah
menggunakan
pita
yang
sempit
yang
bergantian
dalam
memancarkan sinyal radio. Secara periodik antara 20 sampai dengan 400ms (milidetik) sinyal berpindah dari kanal frekuensi satu ke kanal frekuensi lainnya.
10
Pita 2.4GHz dibagi-bagi kedalam beberapa sub bagian yang disebut channel/kanal. Salah satu standar pembagian kanal ini adalah sistem ETSI (European Telecommunication Standard Institute) dengan membagi kanal dimulai dengan kanal 1 pada frekuensi 2.412MHz, kanal 2 pada frek. 2.417MHz, kanal 3 frek. 2.422MHz dan seterusnya setiap 5MHz bertambah sampai kanal 13.
Dengan teknologi DSSS maka untuk satu perangkat akan bekerja menggunakan 4 kanal (menghabiskan 20MHz, tepatnya 17MHz). Dalam implementasinya secara normal pada lokasi dan arah yang sama hanya 3 dari 13 kanal DSSS yang bisa dipakai. Parameter lain yang memungkinkan penggunaan lebih dari 3 kanal ini adalah penggunaan antena (directional antenna) dan polarisasi antena itu sendiri (horisontal/vertikal). Penggunaan antena Omni-directional akan membuat sinyal ditransfer ke seluruh arah (360 derajat). Teknologi FHSS ditujukan untuk menghindari noise/gangguan sinyal pada saat sinyal ditransfer, secara otomatis perangkat FHSS akan memilih frekuensi tertentu yang lebih baik untuk transfer data. Kondisi ini menjadikan satu keuntungan dibandingkan dengan DSSS.
2.2.1 Karakteristik Radio
Bluetooth mempunyai beberapa karakteristik yang akan memberikan ciri-ciri dibandingkan dengan teknologi lainnya. Pada tabel 2.1 dibawah ini dituliskan beberapa karaketristik radio bluetooth sesuai dengan dokumen Bluetooth SIG (Special Interest Group) ini dibentuk oleh beberapa vendor terkemuka yaitu Ericsson, Intel, IBM, dan Nokia.
11
Tabel 2.2. Karakteristik Radio Bluetooth Sesuai Dengan Dokumen Bluetooth SIG PARAMETER TRANSMITTER Frekuensi
Maximum Output Power Modulasi Out of band Spurious Emission
RECEIVER Actual Sensitivity Level Spurious Emission Max. usable level
SPESIFIKASI ISM band, 2400 - 2483.5 MHz (mayoritas), untuk beberapa negara mempunyai batasan frekuensi sendiri (lihat tabel 2.3), spasi kanal 1 MHz. Power class 1 : 100 mW (20 dBm)Power class 2 : 2.5 mW (4 dBm)Power class 3 : 1 mW (0 dBm) GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), Bandwidth Time : 0,5; Modulation Index : 0.28 sampai dengan 0.35. 30 MHz - 1 GHz : -36 dBm (operation mode), -57 dBm (idle mode)1 GHz – 12.75 GHz: -30 dBm (operation mode), -47 dBm (idle mode)1.8 GHz – 1.9 GHz: -47 dBm (operation mode), -47 dBm (idle mode)5.15 GHz –5.3 GHz: -47 dBm (operation mode), -47 dBm (idle mode) -70 dBm pada BER 0,1%. 30 MHz - 1 GHz : -57 dBm1 GHz – 12.75 GHz : -47 dBm -20 dBm, BER : 0,1%
2.2.2 Frequency Hopping
Spread spectrum dengan frequency hopping adalah proses spread atau penyebaran spektrum yang dilakukan pemancar dengan frekuensi pembawa informasi yang merupakan deretan pulsa termodulasi acak semu (pseudorandom) yang dilompatlompatkan dari satu nilai frekuensi ke nilai frekuensi yang lain dalam lebar spectrum frekuensi yang telah ditetapkan sebelumnya dan berulang kali dengan pola kode yang dapat dimodifikasi secara saling bebas, sehingga dapat menempatkan sejumlah pemakai dalam lebar spektrum frekuensi tersebut dengan berbeda pola acak kode generatornya. Teknik penyebaran spektrum (spread spectrum) digunakan, karena : •
Kemampuannya membatasi interferensi internal akibat padatnya lalu lintas komunikasi yang menggunakan frekuensi radio.
12
•
Kemampuan menolak terhadap penyadapan informasi oleh penerima yang tidak dikenal.
•
Dapat dioperasikan dengan kerapatan spektral berenergi rendah.
•
Penggunaan yang lebih aman. Frekuensi ini dapat melakukan lompatan gelombang hingga 1600 lompatan per detik. Hal ini mempersulit dilakukan penyadapan data, karena lompatan sinyal data yang cepat dan tidak beraturan sulit ditangkap oleh transceiver lain, kecuali transceiver penerimanya.
•
Noise yang lebih kecil dan jarak pita gelombang yang sempit dapat menolak interferensi.
2.2.3 Komunikasi RF Pada Spektrum Frekuensi 2.4 Ghz
Sistem Bluetooth bekerja pada frekuensi 2.402GHz sampai 2.480GHz, dengan 79 kanal RF yang masing-masing mempunyai spasi kanal selebar 1 MHz, menggunakan sistem TDD (Time-Division Duplex). Secara global alokasi frekuensi bluetooth telah tersedia, namun untuk berbagai negara pengalokasian frekuensi secara tepat dan lebar pita frekuensi yang digunakan berbeda. Penggunaan spektrum frekuensi 2.4 GHz secara global belum diatur. Namun ada beberapa persyaratan yang harus diikuti dalam penggunaannya. Hal ini meliputi : •
Spektrum dibagi menjadi 79 kanal frekuensi (walaupun beberapa negara seperti Perancis dan Spanyol hanya menyediakan 23 kanal frekuensi saja).
•
Bandwidth dibatasi sampai 1 MHz per kanal.
•
Penggunaan frekuensi hopping dalam metode pengiriman datanya
•
Interferensi harus dapat diatasi dan ditangani dengan baik.
Komunikasi RF banyak menggunakan spektrum frekuensi ini, seperti HomeRF (sebuah spesifikasi untuk komunikasi RF dalam lingkungan perumahan); dan juga IEEE 802.11 juga menggunakan spektrum ini untuk spesifikasi dari teknologi Wireless LAN. Oven microwave juga beroperasi dalam range frekuensi ini,
13
karena spectrum frekuensi ini belum dilisensikan, maka banyak teknologi yang menggunakannya, sehingga radio interferensi sangat memungkinkan untuk terjadi. Oleh karena itu persyaratan dan pengalamatan mutlak diperlukan bagi teknologi yang menggunakan spektrum 2.4 GHz ini. Komunikasi bluetooth didesain untuk memberikan keuntungan yang optimal dari tersedianya spektrum ini dan mengurangi interferensi RF. Semuanya itu akan terjadi karena bluetooth beroperasi menggunakan level energi yang rendah. Batas frekuensi serta kanal RF yang digunakan oleh beberapa negara dapat dilihat pada Tabel 2.3. dibawah ini.
Tabel 2.3. Batas Frekuensi Serta Kanal RF Yang Digunakan Oleh Beberapa Negara NEGARA
RANGE FREKUENSI
KANAL RF
KANAL
Eropa *) dan USA
2400 – 2483,5 MHz
f = 2402 + k MHz
k = 0,…,78
Jepang
2471 – 2497 MHz
f = 2473 + k MHz
k = 0,…,22
Spanyol
2445 – 2475 MHz
f = 2449 + k MHz
k = 0,…,22
Perancis
2446,5 – 2483,5 MHz
f = 2454 + k MHz
k = 0,…,22
*) Kecuali Spanyol dan Perancis
14
2.3 ANTENA Untuk system komunikasi tanpa kabel, antena adalah salah satu dari beberapa komponen yang paling kristis. Perancangan antena yang baik akan mempertinggi performansi dari keseluruhan system itu. Sebuah contohnya adalah pada aplikasi pesawat televise yang penerimaan sinyalnya bisa diperbaiki dengan penggunaan antena yang memiliki gain yang tinggi. Antena adalah sebuah komponen yang dirancang untuk bisa memancarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetika. Dengan kata lain, antena sebagai alat pemancar (transmitting antenna) adalah sebuah transduser (pengubah) elektromagnetis, yang digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun (pada saluran transmisi kabel) menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas, dan sebagai alat penerima (receiving antenna) mengubang gelombang ruang bebas menjadi gelombang tertuntun. Pada system komunikasi tanpa kabel yang modern, sebuah antena harus berfungsi sebagai antena yang bisa memancarkan dan menerima gelombang dengan baik untuk suatu arah tertentu dan untuk arah yang lain tak ada pemancaran dan penerimaan. Sebuah
antena didefinisikan sebagai piranti yang dipergunakan
untuk
memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetika. Gelombang radio ini akan merambat di ruang bebas dari pemancarkan ke penerima. Tiga bidang aplikasi penting dari penggunaan antena dan mengharuskan penggunaan antena dan ruang akan membawa pengaruh pada perancangan antena itu sendiri :
15
1. Telekomunikasi Penggunaan antena didahulukan dari pada penggunaan kabel (saluran transmisi) dikarenakan oleh alasan-alasan ketidak-mungkinan, ketidakpraktisan dan ketidak-efisienan : 2. Radar Antena merupakan pilihan satu-satunya untuk komunikasi dengan benda bergerak. Di teknik radar, antena yang dipergunakan harus memiliki beam width yang sangat kecil, sehingga bisa membedakan objek satu dengan yang lainnya (resolusi tinggi). 3. Astronomi Radio Seperti juga halnya pada teknik radar, untuk aplikasi astronomi dipergunakan antena yang mempunyai beamwidth yang sangat sempit
2.3.1 Macam-macam Antena Bentuk dan dimensi antena bermacam-macam, yang dapat dikelompokkan sbb : a. Antena kawat, merupakan jenis antena yang paling popular karena sering dilihat sehari-hari, pada kendraan mobil, gedung, kapal-kapal, pesawat terbang, spacecraft, telepon, TV, dll. Bentuk antena kawat bermacammacam jenisnya : linier (dipole, monopolem whip/pecut), loop (sirkilar, rectangular, segitiga, elips), dan helix.
Gambar 2.5 Contoh Antenna Kawat
16
b. Antena apertur, merupakan jenis antena yang banyak digunakan pada frekuensi tinggi. Biasanya terdapat pada aircraft dan spacecraft karena kemudahannya dalam pemasangannya.
Gambar 2.6 Contoh Antenna Apertur c. Antena susunan, merupakan susunan beberapa antena sejenis sedemikian rupa sehingga karakteristik radiasi yang diinginkan dapat diperoleh.
Gambar 2.7 Contoh Antenna Susunan d. Antena reflector, merupakan antena yang cocok digunakan untuk eksplorasi angkasa luar karena gain yang besar sebanding dengan dimensinya. Bentuk reflector dapat berupa bidang datar, sudut dan parabola.
Gambar 2.8 Contoh Antenna Reflector
17
e. Antena lens, lensa digunakan terutama untuk mengkolimasi energi elektromagnetik agar tidak tersebar kea rah yang tidak diinginkan. Antena lensa diklasifikasikan berdasarkan bahan konstruksi, atau berdasarkan bentuk geometris.
Gambar 2.9 Contoh Antenna Lens
2.3.2 Parameter Antena Pola radiasi Pola radiasi didefinisikan sebagai representasi grafis karakteristik radiasi antena sebagai fungsi koordinat ruang. Biasanya pola radiasi ditentukan di daerah Medan-Jauh (far-field) dan direpresentasikan sebagai fungsi koordinat arah. Karakteristik radiasi meliputi : Intentitas radiasi, kuat medan, fasa atau polarisasi. Pola radiasi diklasifikasikan dalam beberapa jenis, yakni : •
Menurut besaran : pola medan, daya dan fasa
•
Menurut skala : pola absolut, pola relative (terhadap referensi) dan pola ternomalisasi (terhadap maksimum)
Beam Area (ΩA) Beam area didefinisikan sebagai daerah permukaan bola yang dilihat dari titik pusat bola tersebut. Dalam terminology antena, beam area adalah sudut ruang yang seolah-olah mengandung seluruh daya radiasi jika intensitas radiasinya konstan (dan sama dengan nilai maksimum Intensitas radiasi/U ) untuk seluruh sudut dalam ΩA .
18
Half Power Beamwidth (HPBW) Definisi HPBW adalah sudut yang dibentuk oleh dua arah yang mempunyai intensitas radiasi ½ kali (-3 dB) dari intensitas radiasi maksimumnya; sudut ini terletak dalam sebuah bidang yang merupakan arah maksimum beam.
Direktivitas (D) Sebelum mendefinisikan direktivitas, perlu diperkenalkan besaran gain direktif (directive gain). Gain direktif (Dg) pada arah tertentu adalah perbandungan intensitas radiasi di arah tersebut terhadap intensitas radiasi antena referensi. Antena referensi yang digunakan biasanya adalah antena isotropis.
Dg =
U U = U 0 Wrad
= 4π
4πU Wrad
Direktivitas adalah nilai gain direktif di arah nilai maksimumnya (MAG=Maximum Available Gain).
D0 =
U
max
U0
=
U max 4πU max = Wrad Wrad 4π
Direktivitas biasanya dinyatakan dalam dB, yaitu 10 log D0 dB. Direktivitas sebuah antena isotropis adalah 1, karena daya yang diradiasikan ke segala arah sama. Untuk antena yang lain, direktivitas akan selalu lebih dari satu, dan ini adalah figure of merit relative yang memberikan sebuah indikasi karakteristik
pengarahan
antena
pengarahan antena isotropis.
19
dibandingkan
dengan
karakteristik
0 ≤ Dg ≤ D 0 D0 ≥ 1 Untuk menganalisis atau menghitung direktivitas ada 3 cara, yaitu : a. Dengan cara eksak b. Dengan pendekatan c. Teknik numerik Gain (G)
Gain antena berkaitan erat dengan direktivitas, merupakan besaran yang memperhitungkan efisiensi antena dan kemampuan direksionalnya. Gain daya sebuah antena didefinisikan sebagai 4π kali perbandingan intensitas radiasi di arah tersebut terdapat daya terima antena dari transmitter yang terhubung. Biasanya arah yang dimaksud adalah arah radiasi maksimum.
Gain = 4π
int ensitas _ radiasi U (θ ,φ ) = 4π daya _ input _ total Pin
Gain ralatif adalah perbandingan gain daya di arah tertentu terhadap gain daya antena referensi dalam arah referensinya. Daya input harus sama untuk kedua antena. Antena referensi biasanya adalah dipole λ/2, horn dan antena lain yang telah diketahui gain-nya. Gg ( θ,Ø) = η Dg ( θ,Ø) G0 = Gg ( θ,Ø)│max = η D0 Dimana Gg = gain direktif; G0 = gain; η = efisiensi (%) Dimensi gain, G0, dinyatakan dalam dB : 10 log G0 dB
20
Bandwidth (B) Bandwidth sebuah antena adalah daerah (range) frekuensi dimana performansi antena, yang bergantung pada beberapa karakteristik, berada pada standar tertentu. Biasanya, bandwidth antena dibatasi oleh SWR ≤ 1,5 atau 1,3. Untuk antena broadband, bandwidth biasanya dinyatakan dalam perbandingan frekuensi
atas
terhadap
frekuensi
bawah,
contoh
bandwidth
10:1
mengidikasikan bahwa frekuensi atas 10 kali lebih tinggi dari frekuensi bawah. Sedangkan untuk antena narrowband, bandwidth dinyatakan dalam persentase dari perbedaan frekuensi (atas dikurangi bawah) yang melewati frekuensi tengah bandwidth, contoh : bandwidth 5% menindikasikan bahwa perbedaan frekuensi adalah 5% dari frekuensi tengah bandwidth.
Polarisasi Polarisasi antena pada arah tertentu didefinisikan sebagai polarisasi gelombang teradiasi dimana antena dicatu atau polarisasi gelombang datang dari arah tertentu yang menghasilkan daya maksimum pada terminal antena. Biasanya arah yang dimaksud adalah arah gain maksimum. Polarisasi
gelombang
teradiasi
adalah
karakteristik
gelombang
elektromagnetik teradiasi yang menggambarkan arah fungsi waktu dan magnitude relative dari vector medan listrik yang diamati sepanjang arah propagasi. Polarisasi dikelompokkan menjadi; polarisasi eliptik, sirkular dan linier. Medan sesaat gelombang datar yang merambat di arah z negative, dapat ditulis sbb: Ē (z,t) = Ex (z,t) āx + Ey (z,t) āy ;
Komponen sesaatnya sbb : Ex (z,t) = Ex cos(ωt + βz + Φx ) dan Ey (z,t) = Ey cos(ωt + βz + Φy )
Dimana Ex dan Ey adalah magnitude maksimum komponen x dan y.
21
•
Polarisasi linier Untuk gelombang agar polarisasinya linier, beda fasa antara dua komponen harus : ΔΦ = Φy - Φx = nπ dengan n = 0,1,2,……
•
Polarisasi sirkuler Polarisasi sirkuler dapat dicapai hanya bila magnitude 2 komponen sama dan beda fasanya adalah kelipatan ganjil dari π/2, sehingga
⎧⎪_(12+2n)π, │ Ex │= │ Ey │ dan ΔΦ = Φy - Φx ⎨+(1+2n)π ⎪⎩ 2 •
Polarisasi eliptik Polarisasi eliptik dapat diperoleh hanya jika beda fasa antara dua komponen adalah kelipatan ganjil dan π/2 dan magnitude-nya tidak sama atau jika beda fasanya tidak sama dengan kelipatan π/2, sehingga
│ Ex │≠ │ Ey │ dan ΔΦ = Φy - Φx
Dan ΔΦ = Φy - Φx ≠
nπ 2
⎧⎪_(12+2n)π, ⎨+(1+2n)π ⎪⎩ 2
⎧⎪_(12+2n)π, ⎨+(1+2n)π ⎪⎩ 2
Perbandingan antara sumbu minor dan sumbu major disebut sebagai axial ratio (AR), dan sama dengan :
AR =
majoraxis OA ; = min oraxis OB
1 ≤AR ≤ ∞
22
2.3.3 Antena Helix
Diameter (D) z
Turn spacing = S
R
y x Circumference (C) R
Ground Plane Gambar 2.10 Struktur Antena Helix
Dimensi-dimensi pada helix : C
= π.D = keliling lingkaran
S
= Spasi / pitch
N
= Jumlah lilitan
L
= N.S = Panjang Helix
LD
=
LN
= N. LD
Cλ
=
(1)
(2)
S 2 + C 2 = Panjang satu lilitan
= Panjang kawat
(3) (4)
πD λ
(5)
23
Axial Mode Radiation (endfire) terjadi jika : 3/4 < C/λ < 4/3 Sifat-sifat mode axial : 1. Narrow Mainbeam dengan minor sidelobes 2. Polarisasi sirkular (orientation ~ helix orientation) 3. Bandwidth lebar dibandingkan mode normal 4. Tanpa kopling antar elemen 5. Dapat disusun dengan helix lainnya untuk meningkatkan gain 6. Perancangan tidak kritis
z
y C x Gambar 2.11 Beam pada antenna helix
Parameter of Axial Mode Radiation
(
)
⎛ π ⎞ sin N Ψ 2 cos φ E = sin ⎜ 2 ⎟ ⎜ N ⎟ sin Ψ 2 ⎠ ⎝
( )
(6)
24
HPBW =
520 Cλ NSλ
(
)
(7)
FNBW =
1150 Cλ NS λ
)
(8)
(
Direktifitas : D = 12 Cλ .Cλ. N. Sλ
(9)
Axial mode Radiation =
2N + 1 2N
(10)
Gain : G = 11.8 + 10 log (Cλ .Cλ. N. Sλ)
dBi
(11)
Impedansi : = R.Cλ = R. (C/λ) = R. {(π.D) / λ} Z
Ohm
(12)
Sλ
= Approx dari C (antara 0.2126 – 0.2867 C) = 0.25 C
(13)
Mengunakan ¼ λ saluran matching stub dengan impedansi (Zs) : Zs =
(Z2 * Z2 ) =
(50 * 150) = 87 Ohm
(14)
Perbandingan lilitan dengan jangkauan antenna helix:
L = N. Sλ meter
(15)
25
BAB III MODIFIKASI BLUETOOTH DONGLE 3.1 Umum Sebelum membahas perangkat keras (antena helix & bluetooth) yang akan dirancang, maka dapat dilihat gambaran umum dari bluetooth device yang dimodifikasi dengan menggunakan antena eksternal. Gambar 3.1 merupakan blok diagram sistem :
Gambar 3.1 Ilustrasi Modifikasi Bluetooth Dongle
3.2 Modifikasi antenna eksternal Bluetooth Dibagian ini akan dijelaskan bagaimana memodifikasi bluetooth dongle dengan antena luar (external) yang sifatnya directional. Sinyal bluetooth tidak hanya memungkinkan untuk mengarahkan sinyalnya pada satu arah saja sebaliknya bisa ke segala arah. Arah dari sinyal tersebut dapat memperjauh jarak dari jangkauan sinyal bluetooth itu sendiri. Memperluas jangkauan bisa digunakan untuk percobaan seperti pada Wireless LAN.
26
Memodifikasi bluetooth, saya menggunakan Bluetooth Dongle, karena memang sudah ada antena luar (external). Jadi kita tidak perlu memodifikasi casing-nya juga.
Gambar 3.2 Model Bluetooth Dongle Pertama-tama saya harus berhati-hati membuka casing USB Bluetooth Dongle. Casing-nya seperti menempel satu sama lain jadi agak sulit membuka casing tanpa harus merusak casingnya. Saya menggunakan alat untuk bermain gitar / pick, karena bahanya yang keras dan tipis. Saya harus berhati-hati untuk membuka casing ini dan harus menggunakan tenaga yang tidak terlalu besar sampai ada suara gemeretak dari dalam casing dan harus melakukannya beberapa kali di sisi yang berbeda supaya kita dapat pastikan casingnya sudah terbuka.
Gambar 3.3 Bagian dalam Bluetooth Dongle
27
Pada USB adaptor terdapat antena internal yang ter-solder pada papan di dua bagian. Satu pada shielding dan satu lagi pada sinyal. Sekarang kita harus memanaskan/menyolder 2 bagian tersebut yang tersambung, agar bisa kita lepaskan seluruh antena internal bluetooth. Disini diperlukan kecermatan dalam hal penyolderan. Siapkan kabel coaxsial (lepaskan penyekatnya) dan letakan sedikit solder pada shielding dan kabel sinyal. Setelah itu solder kabel coaxsial pada tempatnya untuk menggantikan antena internal.
Gambar 3.4 Antena bluetooth dan kabel coaxial
Untuk mencegah kabel supaya tidak mudah lepas saya menggunakan sedikit lem adhesive. Setelah pas dan meleleh lem adhesive akan mengeras, lalu saya kembalikan kembali kebagian atas dari casing. Saya juga merekatkan kembali casingnya dengan lem. Untuk pelidungan ganda terhadap kabel saya juga mengikatkan kabel, supaya bisa mengurangi beban dari penyekatan/solder dari shielding dan sinyal.
28
Gambar 3.5 Antenna bluetooth yang sudah diganti
Setelah memotong kabel bedasarkan kebutuhan dan menyiapkan pin/jack untuk konektor. Saya menggunakan konektor ini karena memang sering digunakan untuk peralatan radio yang mempunyai antena konektor.
Gambar 3.6 Kabel coaxial dengan pin/jack konektor
29
Dengan konektor kabel yang tepat kita dapat memodifikasi bluetooth dongle dengan antena apapun.
Gambar 3.7 Bluehtooth pada Laptop
Kita juga harus berhati-hati, karena dengan memodifikasi bluetooth dongle tanpa menggunakan/menghubungkan antena bisa mengakibatkan kerusakan pada hardware computer anda. Karena adanya refleksi sinyal yang tidak berakhir pada ujung kabel. Disini saya menggunakan antena helix, untuk perancangan dan ukurannya akan dijelaskan setelah ini.
30
3.3 PERANCANGAN ANTENA HELIX
Untuk merancang antena helix kita memerlukan beberapa perhitungan terlebih dahulu. Frekuensi yang dipakai adalah 2.43 GHz (atau yang lebih dikenal dengan S-band, ISM band, 13cm radio amatir band). Pertama kali yang kita cari adalah panjang gelombang (λ) : λ
= kecepatan cahaya/frekuensi = 3.108/ 2,43.109 = 0.1234567 m Æ 12.34 cm
Untuk mencari Diameter lililitan bisa kita gunakan :
D=
λ 123.4 = 39.3mm ⇒ 40mm (sesuai dengan ukuran pipa PVC yang ada) = π 3.14
Standart pipa PVC yang dipakai mempunyai diameter luar sebesar 42mm dengan lingkar dalam 40mm dan ketebalan sebesar 1.5mm. Untuk menghitung jarak Cλ kita menggunakan perhitungan sebagai berukut :
C = D.π = 42 . 3,14
Cλ =
πD 3,14(0.042) = λ 123.4
= 132 mm
(1)
= 0.001068719 m
(5)
= 1.0687 mm
Jadi
Sλ
= Approx dari C (harus antara 0.2126 – 0.2867 C) = 0.25 C
= 0.25 . 132
= 33 mm
31
(13)
Pada percobaan ini saya menggunakan 12 lilitan (N=12) karena menurut perhitungan pada jumlah lilitan 12 kita sudah bisa mendapatkan Gain=17.43dBi, pertimbangan lainnya adalah untuk mendapatkan panjang antenna yang ideal atau sebanding dengan bluetooth adapter-nya sendiri. Melilitkan kabel di sisi luar pipa bisa dengan lem PVC atau lem apapun yang mengandung tetrahydrofurance (THF).
Karakteristik dari impedansi (Z) yang menentukan media transmisi, dapat dilihat dawah ini:
( λ ) = 140.(42π 123.4) = 150Ω
Z = R. C
(12)
Gain (G) pada antena, tergantung pada isotrope (dBi), dapat di definisikan sbb: G = 11.8 + 10 * log {(Cλ)2 . N . Sλ} dBi
(11)
Menhitung Beamwith dengan rumus dibawah ini : 520 HPBW = Cλ NS λ
(7)
(
)
Total panjang antenna helix menggunakan rumus : L = N. Sλ meter
(2)
32
Tabel 3.1 Perhitungan rumus Antena helix Lilitan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Gain (dBi) 6.64 9.65 11.41 12.66 13.63 14.42 15.09 15.67 16.18 16.64 17.05 17.43 17.78 18.10 18.40 18.68 18.94 19.19 19.43 19.65
Beam (deg) 94.2 66.6 54.4 47.1 42.1 38.5 35.6 33.3 31.4 29.8 28.4 27.2 26.1 25.2 24.3 23.5 22.8 22.2 21.6 21.1
L (m) 0.04 0.07 0.11 0.14 0.18 0.21 0.25 0.28 0.32 0.35 0.39 0.42 0.46 0.49 0.53 0.56 0.60 0.63 0.67 0.70
Gain Antenna 25.00
Gain (dBi)
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Lilitan (n)
Grafik 3.1 Grafik dari perhitungan rumus antenna helix
33
3.4 Tahap pembuatan antena helix Dalam hal ini pembuatan antena helix sangat mudah dan hemat, khususnya untuk antena yang bekerja pada frekuensi 2.4 GHz. Untuk perbandingan saja, antena buatan pabrik di pasaran berkisar antara US$ 100-200/unit atau sekitar Rp. 900.000 - 1.800.00, sedangkan biaya total untuk membuat antena ini adalah Rp. 100.000-200.000/unit.
Komponen yang diperlukan antara lain adalah:
•
1 x 0.55 meter pipa pralon diameter 40 mm (40 mm inner, 42-43 mm outer).
•
1 x 40 mm (diameter) penutup pralon.
•
1 x 150 mm (diameter) penutup pralon atau potongan plastik / kayu yang tenbal dengan diameter yang sama.
•
2 x 25 mm atau 35 mm baut U.
•
8 x mur untuk baut U.
•
8 x ring untuk baut U.
•
1 x 5/16” baut (yang pendek) dengar mur & ring yang cocok.
•
1 x lempengan kuningan dengan ketebalan 0.4-0.7 mm secukupnya untuk dipotong dengan bujursangkar dengan panjang sisi 140 mm.
•
Kabel coaxial diamter 1 mm sepanjang beberapa meter.
•
1 x konektor N untuk di letakan di panel.
•
3 x mur & ring untuk konektor N tersebut.
•
Lem Araldite yang lambat mengeringnya.
•
Lem Loctite 424 atau yang mirip (seperti superglue atau hotglue gun).
•
Penutup silicon.
•
Selotape.
34
Peralatan yang dibutuhkan:
•
Gergaji.
•
Meja yang rata / datar.
•
Pemotong kabel.
•
Kunci untuk baut 5/16”.
•
Obeng untuk konektor N.
•
Bor
•
Solder
•
Gunting (untuk menggunting lempeng kuningan).
•
Pisau.
Langkah membuat antenna tersebut adalah:
•
Memotong pipa pralon dengan diameter 40 mm sepanjang 550 mm (55 cm).
•
Untuk memudahkan pemasangan lilitan kabel coaxial bisa kita buat template lilitan rhspiral atau lhspiral di pipa pralon dan selotape ujungujungnya. Tidak masalah anda menggunakan RIGHT atau LEFT handed template selama ujung-ujungnya menyambung. Pastikan spiral yang kita gambar menyambung ujung ke ujung. Sedikit gap tidak terlalu masalah. Yang perlu di ingat bahwa jika anda menyatukan LEFT & RIGHT handed helical, maka total sinyal akan saling mematikan.
35
•
Di ujung awal tempate akan menjadi tempat menempelkan ke dasar antenna. Sebaiknya ujung awal di lebihkan sedikit untuk mengkompensasi ketebalan penutup pralon 40 mm. Seperti tampak pada gambar.
Gambar 3.8 Rancangan lilitan kabel pada antenna helix
•
Memberi tanda pada template sepanjang jalur helical dalam interval tetap, misalnya 5 atau 6 tanda setiap putaran. Dengan cara ini kita akan meninggalkan tanda pada pralon untuk memudahkan pada saat kita melilit kabel coax. Beri tanda di mana kabel coax berhenti di pipa pralon. Anda harusnya mempunyai beberapa mm kelebihan di pipa pralon, untuk memudahkan dalam proses melilitkan kabel.
Gambar 3.9 Pipa Paralon yang telah diberi tanda
36
•
Untuk melilitkan kabel coaxial saya menggunakan superglue atau Loctite 424 untuk menempelkan kabel ke tempat akhir kabel di pipa pralon. Perlahan lilitkan kabel sepanjang pipa pralon ikuti tanda spiral yang telah kita toreh di pipa pralon. Pada interval yang sama, misalnya setiap ½ atau 1/3 lilit, tambahkan lem untuk menempelkan kabel di tempatnya.
•
Pada saat anda mendekati akhir lilitan, lilitan terakhir jangan di lem. Biarkan cukup banyak kabel (10 cm atau lebih) di akhir lilitan. Biarkan dulu beberapa saat sampai lem mengering.
•
Potong lempengan kuningan atau tembaha dengan panjang sisi 140 mm.
Gambar 3.10 Tampak bawah dari antenna helix
•
Bor lubang pada lempengan 140 mm untuk baut dan konektor N. Semua berpusat pada penutup pralon 40 mm yang akan ditempelkan para lempengan kuningan atau tembaga 140 mm. Posisikan konektor N pada pinggiran kanan dari penutup pralon 40 mm.
37
•
Potong penutup pralon 40 mm agar ada tempat cukup untuk konektor N maupun lubang baut-nya yang tiga buah itu. Untuk memberikan gambaran potongan lihat gambar.
•
Melubangi bagian tengah penutup pralon agar cukup untuk baut 5/16”. Penutup pralon dengan potongan maupun lubang baut tampak pada gambar.
•
Menempatkan tempelan baut U terserah kepada kita tergantung pada ukunran-nya 25 atau 35 mm atau berapapun. Pastikan agar tidak mengganggu pada saat kita memasang kabel coax di konektor N.
•
Memasang lempengan tembaga atau aluminium 130 mm pada penutup pralon 150 mm, dan bautkan pada penutup pralon 40 mm. Pastikan semua lubang pada lempengan dan penutup pralon pas.
•
Sambungkan konektor N.
•
Untuk dapat matching impedansi antenna yang biasa sekitar 150 ohm untuk antenna helical ke kabel coax yang hanya 50 ohm, anda membutuhkan lempengan tembaga atau kuningan selebar 15-20 mm. Potong lempengan tersebut diagonal dan hubungkan dari konektor N ke ujung antenna. Ukuran potongan tembaga yang digunakan pada sisi tegak adalah 17 mm dan 71 mm dengan diagonal 73 mm. Lempeng aluminium tidak dapat di solder, jadi jangan digunakan. Lempeng kuningan yang baik digunakan. Lihat gambar untuk jelasnya.
38
Gambar 3.11 Tampak lempengan kuningan yang tersambung dengan N konektor dan kabel coaxial
•
Masukan pipa pralon ke penutup pralon 40 mm dan tandai dimana spiral akan bertemu dengan ujung penutup. Potong kabel email yang berlebih disini, gunakan ampelas untuk menghilangkan email yang ada agar siap di solder.
•
Solder lempeng tembaga yang baru kita buat di atas ke kabel email dari spiral helical. Gunakan lem seperlunya. Mungkin anda perlu melakukan trimming dari lempengan lembaga untuk mencocokan ukuran.
Gambar 3.12 Lempengan kuningan yang telah disolder dengan N konektor
39
•
Pada saat pipa pralon masuk secara penuh ke penutup pralon 40 mm, seharusnya pipa akan masuk dengan baik. Setelah itu lempengan tembaha yang menjadi matching impedansi di solder ke konektor N.
•
Agar pipa pralon menempel dengan baik ke penutup pralon 40 mm, ampelas permukaan kedua benda yang akan saling berhubungan ini dengan ampelas agar lem yang kita gunakan dapat lebih baik menempelkan pralon.
•
Dengan lem Araldite yang SLOW DRYING (min. 5 menit). Letakan Araldite di ujung bawah pipa pralon & di dalam penutup pralon. Atur posisi konektor N & rangkaian matching impedansinya.
Gambar 3.13 tampak bawah antenna helix sebelum disambung dengan kabel coax
•
Biarkan lem mengering (sekitar satu hari). Pasang baut U dan anda sudah memiliki sebuah antenna helical. Bentuk konektor N yang menonjol melalui lempengan tembaga yang terhubung pada lempengan matching impedansi tembaga tampak pada gambar.
40
•
Gambar produk akhir sebuah antenna helical.
Gambar 3.14 Antenna helix
41
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1
Tujuan Pengujian dan Analisa Pengujian merupakan salah satu tahapan yang penting dalam proses
pengerjaan tugas akhir ini. Dari hasil pengujian alat akan dilakukan analisa tentang alat yang dibuat. Pertama, pengujian alat dalam hal ini Bluethooth adapter yang telah dimodifikasi dengan antena helix, apakah perangkat yang dibuat(hardware) dapat bekerja sesuai dengan keinginan. Kedua, jarak maksimal yang bisa dicapai oleh alat ini untuk pengiriman data oleh sinyal Bluethooth. Ketiga, berapa lama data yang dikirim oleh bluethooth adapter dapat diterima oleh perangkat yang lain. Dari pengujian yang telah dilakukan dapat kita analisa hasil pengujian tersebut. Pengujian ini juga bertujuan untuk mengetahui dimana kelebihan dan kekurangan alat yang telah dibuat.
4.2
Pengujian alat Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah alat yang dirancang dapat
berjalan, karena ini merupakan modifikasi dari dua alat yang berlainan. Dalam hal ini kita menggunakan hardware tambahan berupa telepon genggam (handphone) untuk menguji anenna helix yang telah dimodifikasi, dan jarak yang digunakan adalah jarak normal (1-10m) yang bisa dicapai oleh bluehtooth adapter tersebut sebelum menggunakan antena helix.
4.2.1 Pengujian alat dengan jarak tertentu Setelah kita melakukan pengujian diatas dan memastikan alat yang bluethooth adapter yang kita modifikasi dengan antena helix bisa berjalan. Sekarang kita melakukan hal yang sama tetapi dengan jarak tertentu, dengan ini kita bisa
42
mengetahui jarak terjauh yang bisa dicapai oleh bluethooth adapter dengan antena helix. Kita akan melakukan percobaan dengan menambah jarak tiap 10m. Untuk mengetahui berapa lama data yang dikirim dapat diterima oleh perangkat yang lain. Dalam hal ini kita menggunakan perangkat Telepon Genggam (Hand phone) dengan tipe Sony Ericsson K800i, dan kita menggunakan file & ukuran yang sama yaitu 3MB.
Tabel. 4.1 Pengiriman data dari PC ke device (handphone)
No
Jarak
Waktu
Kecepatan
1.
10 m
10 s
120-180 kbytes/s
2.
20 m
19 s
120-180 kbytes/s
3.
30 m
35 s
80-110 kbytes/s
4.
40 m
46 s
50-100 kbytes/s
5.
50 m
75 s
40-50 kbytes/s
6.
60 m
-
Device not found
7.
70 m
-
Device not found
8.
80 m
-
Device not found
9.
90 m
-
Device not found
10.
100 m
-
Device not found
4.2.2 Pengujian alat dengan jarak dan sudut tertentu tertentu Setelah kita melakukan pengujian alat diatas dan mendapakan jarak terjauh yang dapat dicapai oleh Bluetooth Dongle dengan modifikasi antenna helix.. Sekarang kita melakukan hal yang sama tetapi dengan sudut tertentu, dengan ini kita bisa mengetahui diagaram radiasi/beamwitdh yang bisa dicapai oleh bluethooth adapter dengan antena helix. Kita akan melakukan percobaan dengan menambah sudut tiap 10 derajat. Untuk membandingkan diagram radiasi dari
43
sinyal Bluetooth setelah dimodifikasi dengan antenna helix. Dalam hal ini kita masih menggunakan perangkat yang sama yaitu Telepon Genggam (Hand phone) dengan tipe Sony Ericsson K800i, dan kita menggunakan file & ukuran yang sama yaitu 3MB.
Tabel 4.2 Pengukuran Bluetooth dengan sudut yang berbeda Sudut (derajat)
Antena Helix (m) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360
51 50 47 40 35 28 24 21 20 24 21 15 13 12 12 11 10 10 11 11 12 13 14 14 18 19 23 20 19 21 25 29 34 41 48 50
Diagram Radiasi Sudut (derajat) 350 10 20 44 60 340 330 30 50 320 40 40 310 50
Grafik 4.1 Pola radiasi sinyal Bluetooth dengan jarak dan sudut yang berbeda
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil percobaan Bluetooth dongle yang telah dimodifikasi dengan menggunakan antenna helix, kita mendapatkan beberapa kesimpulan, bahwa : 1. Modifikasi bluethooth dongle dengan antenna helix hanya bisa dicapai dengan jarak maksimal pada 50m, adanya peningkatan jangkauan jarak bluethooth setelah menggunakan antenna helix, sebelumnya jarak maksimal yang dicapai hanya 10m. 2. Adanya perbedaan diagram radiasi dari sinyal Bluetooth yang menggunakan antenna internal dengan antenna eksternal (antenna helix). Ini dikarenakan antenna helix yang mempunyai sifat direksional.
45
3. Penurunan sinyal yang didapat pada saat sudut 180-270 derajat dikarenakan adanya ground plane, yang memang bertujuan untuk meredam back lobe.
5.2 Saran Ada beberapa saran yang dapat digunakan apabila menggunakan bluethooth dongle yang telah dimodifikasi dengan antenna helix. Karena bentuk antenna yang cukup besar jadi alat yang digunakan tidak praktis atau terlalu sulit untuk dibawa berpindah-pindah tempat. Tetapi apabila digunakan sebagai server yang sifatnya tidak mobile (contohnya seperti printer/fax), sangat efektif karena dapat menerima dalam jangkauan yang cukup luas, jadi tidak diperlukan kabel untuk dapat menghubungkan PC dalam LAN ke server.
46
DAFTAR PUSTAKA 1. Siyamta. 2005. Pengantar Teknologi Bluetooth., Artikel Ilmu Komputer. 2. Nachwan Mufti Adriansyah, ST. 2004. Macam-Macam Antena. Modul 5
TE 3253a Sistem Antena. 3. Mudrik Alaydrus Dr. Ing, 2005, Modul Antena dan Propagasi 4. Antenna Laboratory Universitas Indonesia. 2005. Konsep Dasar Antena
dan Pengukurannya. 5. Paul Wade. 2002. Helical Feed Antennas
47
