Tugas Akhir SIMULASI PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN. Oleh : FIRMANTO NIM :

Tugas Akhir

SIMULASI PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN

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

Oleh :

FIRMANTO NIM : 060402058

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Universitas Sumatera Utara

SIMULASI PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN Oleh : FIRMANTO 06 0402 058

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

Disetujui oleh : Pembimbing,

Ir. Arman Sani, MT 196311281991031003

Diketahui oleh : Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai 19461022 197302 1 001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Penggunaan teknologi komunikasi dengan menggunakan kabel kini sudah tergantikan oleh teknologi komunikasi tanpa kabel dimana peran kabel digantikan oleh frekuensi radio. Teknologi tersebut dinamakan Wireless Local Area Network (WLAN). Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area lokal tanpa kabel dimana media transmisinya menggunakan frekuensi radio (RF) dan infrared (IR), untuk memberi sebuah koneksi jaringan ke seluruh pengguna dalam area disekitarnya. Namun, keterbatasan jarak merupakan sebuah masalah yang dihadapi oleh perangkat WLAN ini. Jarak jangkauan sinyalnya relatif sempit sehingga diperlukan solusi untuk memperluas jarak jangkauan sinyal tersebut. Untuk itu digunakan antena Yagi yang dipasang pada sisi penerima sebagai salah satu solusi untuk memecahkan masalah keterbatasan jarak jangkauan WLAN. Antena Yagi memiliki 3 komponen utama yaitu sebuah driven element yang merupakan dipole aktif, sebuah reflektor yang berfungsi untuk memantulkan pancaran dari driven element dan sebuah direktor yang memperkuat pola pancar dari driven element. Dalam Tugas Akhir, antena Yagi yang dirancang dapat diaplikasikan pada sistem WLAN. Perancangan antena ini menggunakan software simulator Ansoft Designer HFSS versi 10.0. Hasil dari perancangan ini adalah antena Yagi yang dapat bekerja pada frekuensi kerja WLAN dan diperoleh nilai VSWR sebesar 1,56 untuk frekuensi 2,46 GHz, pola radiasi unidirectional dan gain sebesar 10,39 dB.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang atas Berkat dan Rahmat yang telah diberikan-Nya penulis memiliki kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda dan ibunda, nenek, adik-adik kandung 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: PERANCANGAN TEORITIS ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WLAN 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 saran, nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2.

Bapak Ir. T. Ahri Bahriun,M.Sc, selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.

Universitas Sumatera Utara

3.

Bapak Prof.Dr.Ir Usman Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4.

Kepada Bapak, Ibu dan adik – adik tercinta dan keluarga dekat yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat dan segalanya sehingga penulisan tugas akhir ini dapat terselesaikan.

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.

Bapak Ruki Nofianto, S.Pd dan Bapak Ridwan Lesmana yang memberi masukan dan saran-saran yang sangat membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir.

7.

Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komputer dan Pengaturan : Bang Muhfi, Bang Hans, Bang Aris, Salman Alfarisi, Rozi.

8.

Teman seperjuangan: Teguh, Balemurli dan Agung Permana, yang membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir.

9.

Sahabat-sahabat terbaik di Elektro: Rudolf, Rinaldo, Kristian Silaen, Budiman Chandra, Thomas, Angga, Sugianto, Hendrik, Juandri, Efandi (boja), Royen, Helmi, Rahmudin, Demon, Taufik, Iqbal, pingkan, Martua dan segenap angkatan ’06.

10.

Keluarga besar PB elektro USU 2006.

11.

Keluarga Besar Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro : Fransiskus, Topan, Polda, John, Gabe dan semua pengurus IMTE 2009 – 2010 yang telah

Universitas Sumatera Utara

memberikan banyak waktu dan keleluasaan pada penulis untuk dapat menyelesikan Tugas Akhir ini. 12.

Keluarga Besar KMB - USU.

13.

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 berharap agar Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan Penulis.

Medan, Agustus 2010 Penulis

Firmanto NIM. 060402058

DAFTAR ISI

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK ......................................................................................................i KATA PENGANTAR .................................................................................. ii DAFTAR ISI ................................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... ix DAFTAR TABEL ......................................................................................... xii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1

1.2

Rumusan masalah ................................................................................... 2

1.3

Tujuan Penulisan ..................................................................................... 3

1.4

Batasan Masalah ..................................................................................... 3

1.5

Metodologi Penulisan .............................................................................. 3

1.6

Sistematika Penulisan .............................................................................. 4

BAB II

TEORI DASAR

2.1. Umum ..................................................................... ..................................6 2.2. Gelombang Elektromagnetik .................................... ..................................6 2.3. Pengertian Antena …………………………………………………………………9 2.4

Parameter – Parameter Antena.....................................................................10 2.4.1 Direktivitas Antena ........................................................................ .10 2.4.2 Gain Antena................................................................................... .11

Universitas Sumatera Utara

2.4.3 Pola Radiasi Antena ....................................................................... .12 2.4.4 Polarisasi Antena ........................................................................... 13 2.4.5 Beamwidth Antena ......................................................................... 14 2.4.6 Bandwidth Antena .......................................................................... 15 2.4.7 Impedansi Antena .......................................................................... 16 2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio .........................................................17 2.5

Antena Isotropis ...................................................................................... 18

2.6

Antena Directional................................................................................... 18 2.6.1 Antena Unidirectional........................................................................18 2.6.2 Antena Omnidirectional ................................................................. 19

2.7

Antena Yagi ............................................................................................ 21 2.7.1 Driven Elemen, Reflektor dan Direktor .......................................... 22 2.7.2 Impedansi Bersama ........................................................................ 24 2.7.3 Jarak Antar Elemen ........................................................................ 25 2.7.4 Gain............................................................................................... 27

2.8

Material ................................................................................................... 27

2.9

Local Area Network ................................................................................ 28

2.10 Wireless Local Area Network...................................................................30 2.10.1 Standar WLAN 802.11 .......................................................................... 31

BAB III

SIMULATOR HFSS

3.1

Umum ..................................................................................................... 37

3.2

Instalasi Ansoft HFSS ............................................................................. 39

Universitas Sumatera Utara

3.3

Cara Kerja Ansoft HFSS ......................................................................... 40

3.4

Perancangan Model Dasar pada Ansoft HFSS ......................................... 41 3.4.1 Inisialisasi Model ........................................................................... 42 3.4.2 Menjalankan Hasil Rancangan ...................................................... 45

3.5

Aplikasi Ansoft HFSS ............................................................................. 46

BAB IV

PERANCANGAN ANTENA YAGI UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK

4.1

Umum .................................................................................................... 47

4.2

Perancangan Antena Yagi ....................................................................... 47 4.2.1 Perancangan Panjang Elemen ........................................................ 49 4.2.2 Perhitungan Jarak antar Elemen .................................................... 50

4.3

Perancangan Model Yagi ........................................................................ 51

4.4

Perancangan Saluran pencatu .................................................................. 57

4.5

Perancangan Ruang Batasan ................................................................... 58

4.6

Arah Pancaran ........................................................................................ 59

4.8

Menampilkan Hasil Simulasi .................................................................. 61 4.8.1 Antena Yagi 7 Elemen .................................................................. 62 4.8.2 Antena Yagi 8 Elemen .................................................................. 65 4.8.3 Antena Yagi 9 Elemen ................................................................... 67 4.8.4 Antena Yagi 10 Elemen ................................................................. 69

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 75

Universitas Sumatera Utara

5.2. Saran ....................................................................................................... 75 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 76 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1

Antena sebagai pemancar dan penerima.......................................10

Gambar 2.2

Dimensi pola radiasi antena ....................................................... 12

Gambar 2.3

Ilustrasi Bidang pola radiasi antena ........................................... 13

Gambar 2.4

Polarisasi antena ........................................................................ 14

Gambar 2.5

Beamwidth antena ..................................................................... 15

Gambar 2.6

Antena Isotropis ........................................................................ 18

Gambar 2.7

Contoh antena unidirectional ..................................................... 19

Gambar 2.8

Contoh antena omnidirectional .................................................. 20

Gambar 2.9

Dimensi dan kontruksi antena yagi uda ..................................... 21

Gambar 2.10 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah direktor .......... 23 Gambar 2.11 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah reflektor ......... 24 Gambar 2.12 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan gain pada yagi 3 elemen ............................................ 26 Gambar 2.13 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi ....................................................................... 27 Gambar 3.1

Tampilan Ansoft HFSS ............................................................. 38

Gambar 3.2

Tampilan Awal proses instalasi Ansoft HFSS............................ 39

Gambar 3.3

Diagram alir yang menunjukkan cara pencarian solusi simulator Ansoft HFSS ............................................................................. 41

Gambar 3.4

Geometri yang disediakan Ansoft HFSS.................................... 42

Gambar 3.5

Bentuk balok pada Ansoft HFSS ............................................... 42

Gambar 3.6

Property window yang muncul setelah model dibuat ................. 43

Gambar 3.7

Property window dengan tab attribute ....................................... 44

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.8

Project Manager window pada Ansoft HFSS ............................ 45

Gambar 3.9

Antena Horn.............................................................................. 46

Gambar 4.1

Diagram alir perancangan antena Yagi ...................................... 48

Gambar 4.2

Variabel yang digunakan dalam perancangan Yagi .................... 52

Gambar 4.3

Peletakan kordinat pada driven element yang dibuat ................. 53

Gambar 4.4

Driven element yang merupakan sebuah antena dipole ½ λ....... 54

Gambar 4.5

Peletakan koordinat reflektor pada Ansoft HFSS ....................... 55

Gambar 4.6

Sebuah reflektor dan driven element yang dibuat ...................... 55

Gambar 4.7

Peletakan koordinat direktor pada Ansoft HFSS ........................ 56

Gambar 4.8

Sebuah reflektor, driven element dan direktor yang dibuat ......... 56

Gambar 4.9

Model antena Yagi 10 elemen yang dirancang ........................... 57

Gambar 4.10 Peletakan koordinat pada saluran pencatu .................................. 58 Gambar 4.11 Pembuatan saluran catu pada driven element ............................ 58 Gambar 4.12 Peletakan boundaries pada Ansoft HFSS................................... 59 Gambar 4.13 Perancangan antena Yagi 7 elemen............................................ 63 Gambar 4.14 Grafik VSWR antena Yagi 7 elemen ......................................... 63 Gambar 4.15 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 7 elemen .................... 64 Gambar 4.16 Perancangan antena Yagi 8 elemen............................................ 65 Gambar 4.17 Grafik VSWR antena Yagi 8 elemen ......................................... 65 Gambar 4.18 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 8 elemen .................... 66 Gambar 4.19 Perancangan antena Yagi 9 elemen............................................ 67 Gambar 4.20 Grafik VSWR antena Yagi 9 elemen ......................................... 67 Gambar 4.21 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 9 elemen .................... 68 Gambar 4.22 Perancangan antena Yagi 10 elemen.......................................... 69

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.23 Grafik VSWR antena Yagi 10 elemen ....................................... 69 Gambar 4.24 Pola radiasi yang dihasilkan antena Yagi 10 elemen .................. 70

DAFTAR TABEL

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1

Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik ..........................9

Tabel 2.2

Standar – standar WLAN 802.11 ............................................... .32

Tabel 2.3

Wifi channel ............................................................................. .36

Tabel 4.1

Ukuran panjang elemen antena Yagi ......................................... 50

Tabel 4.2

Jarak antara elemen antena Yagi yang akan dirancang ............... 51

Tabel 4.3

Gain hasil simulasi antena Yagi 7 elemen ................................. 64

Tabel 4.4

Gain hasil simulasi antena Yagi 8 elemen ................................. 66

Tabel 4.5

Gain hasil simulasi antena Yagi 9 elemen ................................. 68

Tabel 4.6

Gain hasil simulasi antena Yagi 10 elemen................................ 70

Universitas Sumatera Utara