ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN FILTER PASIF TERHADAP PENURUNAN HARMONISA

TEKNIK TELEKOMUNIKASI

PERANCANGAN DAN ANALISIS ANTENA QUAD UNTUK APLIKASI PENGUAT SINYAL GSM

Proposal Tugas Akhir

Oleh

Antaresa Mayuda21060110120029

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSemarang, Maret 2014Proposal Tugas Akhir

PERANCANGAN DAN ANALISIS ANTENA QUAD UNTUK APLIKASI PENGUAT SINYAL GSM

yang diajukan olehAntaresa Mayuda21060110120029

kepadaJurusan Teknik ElektroFakultas TeknikUniversitas Diponegoro

telah disetujui oleh:

Pembimbing I

Yuli Christiyono, ST, MT.NIP. 196807111997021001

Tanggal:.

Pembimbing II

Imam Santoso, ST, MT.NIP. 197012031997021001

Tanggal:..

Mengetahui,Koordinator Tugas Akhir

Budi Setiyono, ST, MT. NIP. 197005212000121001 Tanggal: ..

ABSTRAK

Teknologi GSM berkembang sangat pesat di masyarakat. Namun peningkatan jumlah pengguna tersebut tidak diimbangi dengan jumlah BTS (Base Transceiver Station) yang mencukupi, sehingga menyebabkan banyak pengguna yang mengeluhkan buruknya kualitas sinyal. Bahkan tidak ada sinyal sama sekali dibeberapa daerah terpencil di Indonesia. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, antena quad yang memiliki penguatan yang cukup besar merupakan pilihan yang tepat untuk dijadikan sebagai penguat sinyal GSM.Antena Quad adalah antenna yang biasa digunakan sebagai antena radio amatir. Sama Seperti antenna Yagi, antenna quad terdiri dari sebuah driven element dan parasitic element. Tetapi element-element tersebut terbuat dari seutas kawat yang dibentuk seperti loop persegi. Pembuatan antena quad tidak terlampau sulit, material bahannya mudah didapat serta tidak memerlukan peralatan khusus untuk membuatnya. Antena quad sangat mungkin dibuat oleh masyarakat umum dengan memperhatikan urutan pengerjaan yang tepatTujuan dari penelitian ini adalah merancang dan menganalisis sebuah antena quad yang dapat beroperasi pada frekuensi GSM 900 untuk mengatasi kendala buruknya kualitas sinyal ketika pengguna berada sangat jauh dari BTS (Base Transceiver Station).

Kata Kunci : Antena Quad, GSM, 4NEC2

PROPOSAL TUGAS AKHIR

I.Judul :Perancangan dan Analisis Antena Quad untuk Aplikasi Penguat Sinyal GSM

II. Konsentrasi Keilmuan : Teknik Telekomunikasi

III. Latar Belakang MasalahTeknologi telekomunikasi seluler berkembang sangat pesat beberapa tahun terakhir, dari teknologi analog menjadi teknologi digital. Salah satu aplikasi teknologi telekomunikasi digital yang paling banyak digunakan di seluruh dunia yaitu Global System for Mobile Communications (GSM) yang mempunyai frekuensi 900 MHz.Teknologi GSM (Global System for Mobile Communications) ini merupakan teknologi digital yang bekerja dengan mengirimkan paket data berdasarkan waktu, atau yang lebih dikenal dengan istilah timeslot. Teknologi GSM berkembang sangat pesat di masyarakat. Namun peningkatan jumlah pengguna tersebut tidak diimbangi dengan jumlah BTS (Base Transceiver Station) yang mencukupi, sehingga menyebabkan banyak pengguna yang mengeluhkan buruknya kualitas sinyal. Bahkan tidak ada sinyal sama sekali dibeberapa daerah terpencil di Indonesia.Didasari dari penjelasan sebelumnya, maka dibuatlah suatu penelitian yang bertujuan untuk merancang dan mengimplementasikan suatu antena yang dapat mengatasi permasalahan tersebut. Antena quad adalah pilihan yang tepat dengan penguatan yang cukup besar. Pembuatan antena quad tidak terlampau sulit, material bahannya mudah didapat serta tidak memerlukan peralatan khusus untuk membuatnya. Antena quad sangat mungkin dibuat oleh masyarakat umum dengan memperhatikan urutan pengerjaan yang tepat. Dari segi ekonomis, pembuatannya tidak memerlukan biaya yang cukup mahal dibandingkan dengan membeli antena built up yang tersedia dipasaran.Dalam penelitian ini akan dibuat antena quad untuk mengatasi kendala lemahnya sinyal pada jaringan GSM ketika pengguna berada sangat jauh dari BTS atau berada didaerah terpencil. Antenna quad yang dirancang dapat beroperasi pada frekuensi GSM. Untuk penerapannya, antena quad ini dapat fungsikan sebagai penguat sinyal handphone maupun modem GSM.

IV. Batasan MasalahDalam penyusunan Tugas Akhir ini, telah ditentukan batasan-batasan masalah sebagai berikut:1. Jenis antena yang akan di rancang dan dianalisis adalah antena quad dengan variasi jumlah director yaitu tanpa director, dua director, dan enam director 2. Antena quad yang dirancang bekerja pada frekuensi GSM 900 MHz.3. Antena dimodelkan dengan bantuan software 4NEC2.4. Realisasi antena dibuat berdasarkan hasil perancangan dan simulasi. 5. Parameter antena yang dianalisis adalah frekuensi kerja, VSWR, gain, reflector coefficient, impedansi antena, dan HPBW.6. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan handphone GSM dan antena dengan pigtail khusus, kemudian menganalisis perbedaan signal strength sebelum dan sesudah.

V. Tujuan PenelitianTujuan dari penelitian ini adalah merancang dan menganalisis antena quad yang dapat beroperasi pada pita frekuensi GSM 900 untuk diaplikasikan sebagai penguat sinyal pada handphone GSM.

VI. Kajian PustakaDalam bagian ini akan ditinjau penelitian sebelumnya dan beberapa teori yang mendasari penyusunan Tugas Akhir ini.

6.1 Landasan Teori6.1.1Pengertian AntenaAntena merupakan bagian yang tidak dapat terpisahkan dalam komunikasi radio. Antena adalah perangkat media yang menyediakan sebuah sarana untuk memancarkan dan menerima gelombang radio. Dalam kata lain, antena menyediakan sebuah peralihan sebuah gelombang yang terbimbing dari transmisi kabel menjadi gelombang ruang bebas. Gambar 1 menunjukkan gambar antena sebagai pemancar dan penerima.

Gambar 1 Antena sebagai pemancar dan penerimaDalam perancangan suatu antena, baberapa hal yang harus diperhatikan adalah :- bentuk dan arah radiasi yang diinginkan- polarisasi yang dimiliki- frekuensi kerja,- lebar band (bandwidth), dan - impedansi input yang dimiliki.Untuk antena yang bekerja pada band VLF, LF, HF, VHF dan UHF bawah, jenis antena kawat (wire antenna) dalam prakteknya sering digunakan, seperti halnya antena dipole 1/2, antena monopole dengan ground plane, antena loop, antena Yagi-Uda array, antena log periodik dan sebagainya. Antena-antena jenis ini, dimensi fisiknya disesuaikan dengan panjang gelombang dimana sistem bekerja. Semakin tinggi frekuensi kerja, maka semakin pendek panjang gelombangnya, sehingga semakin pendek panjang fisik suatu antena.

6.1.2Parameter AntenaKinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, penguatan, dan pola radiasi.

6.1.2.1 Voltage Standing Wve Ratio (VSWR)VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V+0) dan tegangan yang direfleksikan (V-0). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (), yaitu :

Di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan () memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :a. = -1 ,refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat.b. = 0 ,tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.c. = +1 ,refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR2.

6.1.2.2 Return LossReturn loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh :Return Loss = 20 Log10 || Nilai dari return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, nilai ini diperoleh untuk nilai VSWR 2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

6.1.2.3 Gain (Penguatan)Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan rumus : Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama diantara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut : Keterangan : = 3,14D = Aperture antena (meter2) = panjang gelombang (meter)

6.1.2.4 Pola RadiasiPola Radiasi adalah penggambaran pancaran energi antena sebagai fungsi koordinasi ruang. Pola radiasi dibentuk dari pancaran medan jauh pada antena. Pancaran energi yang dimaksud adalah intensitas medan listrik.Pola radiasi antena mepunyai beberapa parameter yang terdiri dari:1.) Major lobe (main lobe) adalah bagian pola radiasi pada arah tertentu yang memiliki nilai radiasi maksimum2.) Minor lobe adalah bagian pola radiasi yang terdiri dari side lobe dan back lobe. Minor lobe biasanya merupakan bagian pola radiasi yang tidak diinginkan.3.) Side lobe adalah bagian pola radiasi yang terletak disamping major lobe dan merupakan bagian minor lobe yang terbesar, biasanya memiliki arah yang tegak lurus dengan main lobe.4.) Back lobe adalah bagian pola radiasi yang membentuk sudut 1800 terhadap arah radiasi antena (arahnya bertolak belakang dengan major lobe)5.) HPBW (Half Power Beamwidth) lebar berkas diantara sisi-sisi major lobe yang nilai dayanya adalah setengah dari nilai maksimum major lobe..6.) FNBW (First Null Beamwidth) adalah lebar berkas diantara sisi-sisi major lobe yang nilai dayanya nol.7.) FBR (Front to Back Ratio) adalah perbandingan antara main lobe terhadap back lobe.

Berdasarkan pola radiasi nya, antena dikelompokkan menjadi 3 yaitu:1.) Antena isotropisMerupakan antena ideal yang memancarkan atau menerima radiasi ke semua arah sama besar.2.) Antena terarah (directional antena)Antena yang mampu memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik pada arah tertentu saja.3.) Antena omnidirectionalAdalah antena yang pola radiasinya memancar sama besar ke beberapa bidang saja. 6.1.3Antena QuadAntena Quad adalah antenna yang biasa digunakan sebagai antena radio amatir. Sama Seperti antenna Yagi, antenna quad terdiri dari sebuah driven element dan parasitic element. Tetapi element-element tersebut terbuat dari seutas kawat yang dibentuk seperti loop persegi.

Gambar 2 Antena Quad

Antenna Quad terdiri dari empat bagian, yaitu: Driven, adalah titik catu dari kabel antena, biasanya panjang keseluruhan kawat driven adalah 1,02 dari frekuensi radio yang dipancarkan atau diterima. Reflector, adalah bagian belakang antenna yang berfungsi sebagai pemantul sinyal,dengan panjang kawat lebih panjang daripada driven. Panjang reflector biasanya adalah 1,045 (panjang gelombang). Director, adalah bagian pengarah antena, ukurannya sedikit lebih kecil daripada driven. Penambahan batang director akan menambah gain antena, namun akan membuat pola pengarahan antena menjadi lebih sempit. Semakin banyak jumlah director, maka semakin sempit arahnya. Boom, adalah bagian ditempatkanya driven, reflector, dan director. Boom berbentuk sebatang logam atau kayu yang panjangnya sepanjang antena itu.Antena Quad, juga memiliki spasi (jarak) antara elemen. Jarak antara reflector dan driven umumnya yaitu 0.74 dari frekuensi. Sedangkan jarak antara driven dan director, dan jarak antar director yaitu 0.6 .

Gambar 3 Bagian Antena Quad

Pola Radiasi antena Quad adalah 'Direksional'. Artinya perambatan sinyal dari antena ini hanya terletak pada satu arah garis lurus. Jika terjadi kemiringan sudut dari antena pemancar atau sumber sinyal, maka sinyal yang terjadi akan menjadi kurang bagus. Pola radiasi direksional Antena quad digambarkan sebagai berikut :

Gambar 4 Pola radiasi antenna quad

6.1.4GSM (Global System for Mobile Communications)Global System for Mobile Communication (GSM) mulanya singkatan dari Groupe Spcial Mobile) adalah sebuah teknologi komunikasi selular yang bersifat digital. Teknologi GSM banyak diterapkan pada komunikasi bergerak, khususnya telepon genggam. Teknologi ini memanfaatkan gelombang mikro dan pengiriman sinyal yang dibagi berdasarkan waktu, sehingga sinyal informasi yang dikirim akan sampai pada tujuan. GSM dijadikan standar global untuk komunikasi selular sekaligus sebagai teknologi selular yang paling banyak digunakan orang di seluruh dunia. Di Eropa, pada awalnya GSM didesain untuk beroperasi pada frekuensi 900 Mhz. Pada frekuensi ini, frekuensi uplinks-nya digunakan frekuensi 890915 MHz , sedangkan frekuensi downlinks-nya menggunakan frekuensi 935960 MHz. Bandwith yang digunakan adalah 25 Mhz (915890 = 960935 = 25 Mhz), dan lebar kanal sebesar 200 Khz. Dari keduanya, maka didapatkan 125 kanal, dimana 124 kanal digunakan untuk suara dan satu kanal untuk sinyal. Pada perkembangannya, jumlah kanal 124 semakin tidak mencukupi dalam pemenuhan kebutuhan yang disebabkan pesatnya pertambahan jumlah pengguna. Untuk memenuhi kebutuhan kanal yang lebih banyak, maka regulator GSM di Eropa mencoba menggunakan tambahan frekuensi untuk GSM pada band frekuensi di range 1800 Mhz dengan frekuensi 1710-1785 Mhz sebagai frekuensi uplinks dan frekuensi 1805-1880 Mhz sebagai frekuensi downlinks. GSM dengan frekuensinya yang baru ini kemudian dikenal dengan sebutan GSM 1800, yang menyediakan bandwidth sebesar 75 Mhz (1880-1805 = 17851710 = 75 Mhz). Dengan lebar kanal yang tetap sama yaitu 200 Khz sama, pada saat GSM pada frekuensi 900 Mhz, maka pada GSM 1800 ini akan tersedia sebanyak 375 kanal. Di Eropa, standar-standar GSM kemudian juga digunakan untuk komunikasi railway, yang kemudian dikenal dengan nama GSM-R.

6.1.5Alokasi Frekuensi Seluler Di IndonesiaAlokasi frekuensi merupakan suatu hal yang sangat dibutuhkan dalam industri telekomunikasi. Terutama untuk komunikasi mobile, frekuensi menjadi sumber daya utama yang harus tersedia. Tetapi pentingnya alokasi frekuensi tersebut tidak didukung dengan jumlahnya yang sangat terbatas. Di Indonesia. Hampir semua alokasi frekuensi untuk kebutuhan seluler telah digunakan untuk berbagai macam teknologi. Di Indonesia terdapat 8 operator telepon bergerak, baik GSM maupun CDMA yaitu Telkomsel, Indosat, Excel (XL), Bakrie Telecom, Axis, Three (3), Mobile-8 (Fren), dan Smart Telecom. Masing-masing operator tersebut mempunyai alokasi spektrum frekuensi yang berbeda-bede seperti ditunjukkan pada tabel berikut :

Tabel 1 Alokasi frekuensi seluler di Indonesia

6.2 Penelitian Terdahulu6.2.1Rancang Bangun Antena Grid 900 MHz untuk memperkuat penerimaan sinyal GSMPada penelitian ini penulis dilatar belakangi oleh ketidak adaan sinyal di daerah sekitar kosannya yang menyebabkan komunikasinya dengan beberapa temannya terganggu. Oleh karena itu penulis ingin membuat suatu penelitian yang bertujuan untuk meningkatkan penerimaan sinyal GSM dengan menggunakan antena grid. Dalam laporan penelitiannya, penulis tidak melakukan simulasi antena terlebih dahulu dengan menggunakan software. Penulis hanya melakukan perhitungan dimensi antena dan langsung merealisasikannya. Pada tahap pengujian antena, penulis menjelaskannya secara terperinci dengan teori yang kuat sehingga antena yang dirancangnya dapat memperkuat penerimaan sinyal GSM.

6.2.3 Antena Biquad untuk WLAN 2,4 GHzTujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang suatu antena Biquad yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz. Pada makalah penelitiannya, penulis menjelaskan secara detail rumus teoritis untuk menghitung dimensi antenanya. Kemudian penulis memodelkan antena biquad dengan menggunakan bantuan software. Hasil simulasi tersebut kemudian menjadi pertimbangannya untuk merealisasikan antena. Tahap selanjutnya setelah merealisasikan antena adalah melakukan pengukuran dan pengujian.

VII. Metode PenelitianTahapan pelaksanaan penelitian untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, menggunakan beberapa metode, diantaranya:1.Studi LiteraturStudi literatur mengacu pada langkah-langkah perancangan antenna, simulasi antenna, pengukuran parameter-parameter antena, dan sistem teknologi jaringan GSM.2.Perancangan dan Pembuatan AntenaLangkah-langkah dalam perancangan antena adalah sebagai berikut:1. Perhitungan dimensi antena1. Simulasi antenna menggunakan software1. Pembuatan antena3. Pengukuran Parameter AntenaParameter antena yang diukur adalah frekuensi kerja antena, Impedansi Masukan, VSWR, Return loss, Bandwidth, Directivity, dan Gain. Pengukuran parameter dilakukan dengan dua cara yaitu :a. Pengukuran berdasarkan hasil simulasib. Pengukuran menggunakan alat ukur4. Pengujian AntenaPengujian antena dilakukan dengan cara menghubungkan antena hasil perancangan ke modem ataupun handphone GSM. Pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :1. Pengujian gain antena1. Pengujian kecepatan transfer data5. Penyusunan LaporanPenyusunan laporan dilakukan seiring dengan berjalannya penelitian. Laporan dibuat dalam 5 bab, yang terdiri dari pendahuluan, dasar teori, perancangan, pengukuran dan analisa, serta penutup yang berisi kesimpulan dan saran.6. Pembuatan Jurnal IlmiahJurnal ilmiah dibuat untuk publikasi hasil penelitian yang telah dilakukan.

Adapun diagram alir pembuatan antena Quad adalah sebagai berikut :

Gambar 5 Diagram alir antenna quadVIII. Jadwal PenelitianPelaksanaan Tugas Akhir ini diharapkan dapat terselesaikan dalam waktu 5 bulan. Perincian waktunya digambarkan dengan tabel sebagai berikut:Tabel 2. Waktu pelaksanaan tugas akhirBulanMaretAprilMeiJuniJuli

Minggu ke-12341234123412341234

Studi Literatur

Perancangan dan Pem-buatan

Pengukuran Parameter

Pengujian

Penyusunan Laporan

Pembuatan Jurnal Ilmiah dan Seminar

IX. PenutupProposal Tugas Akhir ini di buat belum dalam format yang sebenarnya, sehingga masih sangat memungkinkan adanya perubahan yang disesuaikan dengan kondisi yang ada. Atas perhatiannya, penulis ucapkan terima kasih.

DAFTAR PUSTAKA

[1]Balanis, Constatine.205. Antenna Theory Analysis and Design. New Jersey : John Wiley & Sons Inc[2] Carr, Joseph J. 1976. Practical Antenna Handbook. New York : The McGraw-Hill Companies Inc.[3]Krauss, John D.1988. Antennas. New Delhi : McGraw-Hill Companies Inc[4]Anaada, Julitra. 2009. Inilah Alokasi Frekuensi Operator GSM Indonesia, http://julitra.wordpress.com/2009/01/24/melihat-kembali-alokasi-frekuensi-operator-gsm/, diakses 15 Maret 2014. [5]Prabawa, Iman. 2012. Alokasi frekuensi selular di Indonesia, http://bikingampang.wordpress.com/2009/05/29/alokasi-frekuensi-selular-di-indonesia/, diakses 15 Maret 2014.[6] Rogers, Glyn. 2012. Cubicle Quad Antenna Construction, http://www.packetradio.com/ant.htm, diakses 15 Maret 2014.[7]Fadila, Dwi. 2010. Antena Biquad untuk WLAN 2,4 GHz. Malang : Universitas Brawijaya [8]Fiari, Hendra. 2011. Rancang Bangun Antena Grid 900 MHz untuk memperkuat penerimaan sinyal GSM. Medan : Universitas Sumatera Utara.

Mulai

Penentuan frekuensi kerja antena

Perhtungan dimensi antena dengan rumus terkait

Pemodelan antena quad dengan software 4NEC2

Simulasi kinerja antena

Frekuensi sesuai dengan yang diharapkan?

Realisasi antena

Pengukuran kinerja antena

SudahMendekati hasilSimulasi kinerjaAntena?

Pengujian antena untuk meningkatkan kualitas sinyal handphone GSM

Dapat meningkatkan kualitas sinyal GSM?

Analisis hasil simulasi, pengukuran, dan pengujian

Selesai

Ya

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Ya