TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA
Oleh :
EKA KARTIKA FITRIANI 070402104
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA
Oleh :
EKA KARTIKA FITRIANI 070402104
Disetujui oleh: Pembimbing,
Ir. ARMAN SANI, MT NIP. 19631128 0199103 1003 Diketahui oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP. 19540531 198601 1002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
ABSTRAK
Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi pada jaringan WCDMA menjadikan kebutuhan akan penguatan perolehan sinyal sangat besar. Antena Helical adalah salah satu pilihan penguatan perolehan sinyal.
Pada Tugas Akhir ini dirancang, direalisasikan dan dilakukan pengukuran parameter-parameter Antena Helical. Antena ini ditujukan untuk menjadi media bantu dalam memperkuat penerimaan sinyal WCDMA demi memaksimalkan perolehan sinyal dan koneksi. Adapun parameter antena diuji sebagai titik ukur kemampuan antena. Dari pengukuran diperoleh gain Antena Helical untuk 10 lilitan adalah 44 dB dan untuk 20 lilitan adalah 49 dB. Antena ini memiliki beamwidth yaitu 33
0
untuk untuk 10 lilitan dan 260 untuk untuk 20 lilitan.
Dengan antena ini dapat meningkatkan kecepatan transfer data sebesar 2 kali dari pada hanya menggunakan USB modem WCDMA.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, serta kakanda - kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL 1,9 GHZ UNTUK MEMPERKUAT PENERIMAAN SINYAL WCDMA Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.
Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.
4.
Adikku tersayang Dwi Puspitasari dan Arif Budiman. Terima kasih atas perhatian dan doanya.
5.
Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh
pegawai
Departemen
Teknik
Elektro,
Fakultas
Teknik,
Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya. 6.
Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU
7.
Ichsan Safirza yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
8.
Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Arynda, Hirzi, Suib, Fajar, Selfi, Arief, Roy, Yovie, Komeng, Febri, Ichsan, Ryan, Rido, Bayu, Samuel, Frans, Borong, Raedi, Dion dan segenap angkatan ‘07,
semoga
silaturahmi kita terus terjaga. 9.
Senior dan junior yang telah membantu : B’Reza, B’Gifari, B’Riki , B’Rudi, B’Syu’ib, Siska, Dina, Dian, Ari, Wendli serta semua senior dan junior yang telah membantu selama proses penulisan Tugas Akhir ini.
10.
Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro dan semua pengurus IMTE 2011 – 2012 yang telah memberikan banyak waktu dan keleluasaan pada penulis untuk dapat menyelesikan Tugas Akhir ini.
11.
Keluarga Besar MME-GS yang telah memberikan banyak sekali pembelajaran.
12.
Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik
dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.
Medan, Mei 2011 Penulis
Eka Kartika Fitriani NIM. 070402104
DAFTAR ISI
ABSTRAK .................................................................................................... i KATA PENGANTAR ................................................................................. ii DAFTAR ISI ................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR ................................................................................... viii DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii I.
PENDAHULUAN ............................................................................... 1 1.1
Latar Belakang Masalah .............................................................. 1
1.2
Rumusan Masalah ....................................................................... 2
1.3
Tujuan Penulisan ......................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah .......................................................................... 3
1.5
Manfaat Penulisan ....................................................................... 3
1.6
Metodologi Penulisan .................................................................. 3
1.7 Sistematika Penulisan ................................................................... 4 II.
TEORI DASAR ANTENA DAN WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA) ..................................................... 6 2.1
Umum ......................................................................................... 6
2.2
Gelombang Elektromagnetik ...................................................... 7
2.3
Pengertian Antena....................................................................... 7
2.4
Parameter – Parameter Antena ................................................... 8 2.4.1 Direktivitas Antena .......................................................... 8 2.4.2 Gain Antena..................................................................... 9 2.4.3 Pola Radiasi Antena ........................................................ 11
2.4.4 Polarisasi Antena ............................................................. 13 2.4.5 Beamwidth Antena........................................................... 16 2.4.6 Bandwidth Antena ........................................................... 17 2.4.7 Impedansi Antena ............................................................ 18 2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)............................ 19 2.5
Antena Isotropis .......................................................................... 21
2.6
Antena Directional ..................................................................... 22 2.6.1 Antena Unidirectional ..................................................... 22 2.6.2 Antena Omnidirectional .................................................. 23
2.7
Material ....................................................................................... 24 2.7.1 Dielektrik ......................................................................... 24 2.7.2 Logam .............................................................................. 24
2.8
Wideband Code Division Mulitiple Access (WCDMA) ............. 25 2.8.1 Arsitektur Jaringan WCDMA ......................................... 25 2.8.2 Mekanisme Kerja WCDMA ............................................ 29 2.8.3 Keunggulan Teknologi WCDMA ................................... 31
III. RANCANG BANGUN ANTENA HELICAL .................................. 35 2.1
Umum ......................................................................................... 35
3.2
Antena Helical ............................................................................ 36
3.3
Langkah Pengerjaan dan Model Rancangan AntenaHelical ...... 36
3.4
Bagian DasarAntena Helical ...................................................... 38
3.5
Pola Radiasi (pattern) Antena Helical Pada Mode Axial ........... 41
3.6
Operasi Antena Helical Pada Mode Axial .................................. 42
3.7
Konektor Antena......................................................................... 44
3.8
Perancangan Antena Helical ....................................................... 45 3.8.1
3.9
3.10
Perhitungan Parameter Antena ....................................... 45
Perakitan Antena Helical ............................................................ 48 3.9.1
Peralatan ......................................................................... 48
3.9.2
Pembuatan Antena Helical ............................................. 49
Instalasi Software ...................................................................... 52 3.10.1 Instalasi Driver Modem GSM HUAWEI E160 .............. 52 3.10.2 Instalasi dan Konfigurasi QPST dan QXDM ................. 52
IV. PENGUJIAN ANTENA HELICAL ................................................. 58
V.
4.1
Umum .......................................................................................... 58
4.2
Persiapan Pengukuran dan Pengujian .......................................... 58
4.3
Pengukuran Pola Radiasi ............................................................. 60
4.4
Penghitungan Beamwidth ............................................................ 67
4.5
Pengukuran Gain ......................................................................... 70
4.6
Pengujian Transfer Data .............................................................. 75
KESIMPULAN DAN SARAN........................................................... 84 5.1
Kesimpulan .................................................................................. 84
5.2
Saran ............................................................................................ 84
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Antena Sebagai Pengirim dan Penerima .................................. 8
Gambar 2.2
Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ............................ 12
Gambar 2.3
Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional ......................... 12
Gambar 2.4
Polarisasi Antena ...................................................................... 13
Gambar 2.5
Polarisasi Vertikal .................................................................... 14
Gambar 2.6
Polarisasi Horizontal ................................................................ 14
Gambar 2.7
Polarisasi Circular .................................................................... 15
Gambar 2.8
Polarisasi Cross ........................................................................ 16
Gambar 2.9
Beamwidth Antena.................................................................... 17
Gambar 2.10 Bandwidth Antena .................................................................... 17 Gambar 2.11 Voltage Standing Wave Ratio ................................................... 21 Gambar 2.12 Antena Isotropis........................................................................ 21 Gambar 2.13 Contoh Antena Unidirectional ................................................. 23 Gambar 2.14 Contoh Antena omnidirectional ............................................... 24 Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA................................................... 26 Gambar 2.16 Alur Evolusi Dari Sistem Generasi ke-2 dan Ke-3 .................. 30 Gambar 3.1
Diagram Aur Perancangan dan Perakitan Antena Helical ....... 37
Gambar 3.2
Model Antena Helical............................................................... 32
Gambar 3.3
Bentuk Dasar Antena Helical dan Hubungan Antara D, S, C, L ................................................................................................... 39
Gambar 3.4
Antena Helix dangan Ground Plane ........................................ 40
Gambar 3.5
Pipa PVC .................................................................................. 49
Gambar 3.6
Pipa Yang Sudah Dibuat Template .......................................... 49
Gambar 3.7
Penutup Pipa Yang Sudah Dipotong ........................................ 50
Gambar 3.8
Penutup pipa PVC 2,5 inchi, penutup pipa PVC 6 inchi, dan potongan lempengan kuningan dilubangi ................................. 50
Gambar 3.9
Bentuk Lempengan Kuningan .................................................. 51
Gambar 3.10 Lempengan yang sudah disolder pada kawat email dan kawat RG58 ......................................................................................... 51 Gambar 3.11 System Properties My Computer .............................................. 53 Gambar 3.12 Device Manager ....................................................................... 54 Gambar 3.13 QPST Configuration................................................................. 54 Gambar 3.14 Pemilihan Port .......................................................................... 55 Gambar 3.15 QXDM Communication ........................................................... 56 Gambar 3.16 Tampilan Power Sinyal Yang Terbaca QXDM ........................ 56 Gambar 3.17 Pembacaan Power Sinyal ......................................................... 57 Gambar 4.1
Antena Helical .......................................................................... 59
Gambar 4.2
Alat Peletakan Antena .............................................................. 60
Gambar 4.3
Perkiraan Jarak Pengukuran Pertama ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth............................................................................. 61
Gambar 4.4
Perkiraan Jarak Pengukuran Kedua ke BTS Dengan Menggunaan Google Earth............................................................................. 61
Gambar 4.5
Rangkaian Pengukuran ............................................................. 62
Gambar 4.6
Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Pertama .................................................................................................. 67
Gambar 4.7
Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Pertama .................................................................................................. 68
Gambar 4.8
Pola Radiasi Antena Helical 10 lilitan Pada Pengukuran Kedua .................................................................................................. 69
Gambar 4.9
Pola Radiasi Antena Helical 20 lilitan Pada Pengukuran Kedua .................................................................................................. 69
Gambar 4.10 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Tanpa Menggunakan Antena Helical .................................................. 71 Gambar 4.11 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ................................... 71 Gambar 4.12 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ................................... 72 Gambar 4.13 Hasil
Perolehan
Sinyal
Pada
Pengukuran
Kedua
Tanpa
Menggunakan Antena Helical .................................................. 73 Gambar 4.14 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ................................... 74 Gambar 4.15 Hasil Perolehan Sinyal Pada Pengukuran Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ................................... 74 Gambar 4.16 www.speedtest.com .................................................................. 76 Gambar 4.17 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa Menggunakan Antena Helical .................................................. 76 Gambar 4.18 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Pertama Tanpa Menggunakan Antena Helical .................................................. 77
Gambar 4.19 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ....................................................................... 77 Gambar 4.20 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Helical 10 lilitan........................................................................ 78 Gambar 4.21 Test Speed Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ....................................................................... 78 Gambar 4.22 Test Dowbload Pada Pengujian Pertama Dengan Menggunakan Helical 20 lilitan........................................................................ 78 Gambar 4.23 Test Speed USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa Menggunakan Antena Helical .................................................. 80 Gambar 4.24 Test Dowbload USB Modem Pada Pengujian Kedua Tanpa Menggunakan Antena Helical .................................................. 80 Gambar 4.25 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 10 lilitan ....................................................................... 81 Gambar 4.26 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Helical 10 lilitan........................................................................ 81 Gambar 4.27 Test Speed Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Antena Helical 20 lilitan ....................................................................... 82 Gambar 4.28 Test Dowbload Pada Pengujian Kedua Dengan Menggunakan Helical 20 lilitan........................................................................ 82
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA ..... 30
Tabel 3.1
Peralatan Pembuatan Antena Helical .................................... 48
Tabel 4.1
Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 10 lilitan ...................................................................................... 63
Tabel 4.2
Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Pertama Antena Helical 20 lilitan ...................................................................................... 64
Tabel 4.3
Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 10 lilitan ...................................................................................... 65
Tabel 4.4
Data Rata-Rata Hasil Pengukuran Kedua Antena Helical 20 lilitan ...................................................................................... 66
Tabel 4.5
Hasil Pengukuran Gain Pada Gedung Teknik Tegangan Tinggi ............................................................................................... 73
Tabel 4.6
Hasil Pengukuran Gain Pada Jalan Mesjid ........................... 75
Tabel 4.7
Rata-Rata Hasil Pengujian Pertama Transfer Data ............... 79
Tabel 4.8
Rata-Rata Hasil Pengujian Kedua Transfer Data .................. 82
