PENGGUNAAN ANTENA RHOMBIK UNTUK WIMAX DENGAN FREKUENSI 6GHZ

Aulia Syifa Barliani dan Ayuni Saskiaa Achmad

Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Jakarta

ABSTRAK

Karena perkembangan teknologi yang semakin maju, banyak penemuan-penemuan baru yang dihasilkan. Salah satunya adalah alat komunikasi tanpa kabel (wireless). Teknologi wireless yang saat ini banyak digunakan adalah WiMAX. Hal itu karena WiMAX menawarkan bandwidth yang lebar dan bit rate yang besar. Untuk mendukung kemampuan wlan tersebut dibutuhkan sebuah antena. Antena yang sangat cocok adalah antena rhombik karena memiliki ukuran yang kecil, ringan, dan juga bersifat unidirectional. Antena rhombic yang akan dirancang menggunakan frekuensi sebesar 6GHz dengan sudut 60o.Diharapkan antena ini dapat menghasilkan SWRC <2. Perancangan ini disimulasikan dengan menggunakan aplikasi CST.

Keywords : Antena rhombik, WiMAX, Wireless

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Seiring dengan terus meningkatnya perkembangan teknologi saat ini, dan juga memenuhi kebutuhan manusia dalam berkomunikasi yang lebih cepat, diciptakan teknologi yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Teknologi wireless merupakan salah satu teknologi yang terus berkembang. Teknologi tersebut mempunyai beberapa keunggulan, diantaranya tidak menggunakan kabel dalam komunikasinya sehingga sifat mobilitasnya tinggi, tidak tergantung pada nirkabel, koneksi tetap, dan proses instalasi yang mudah. Teknologi wireless terbaru saat ini adalah WiMAX. WiMAX dinilai lebih memenuhi kebutuhan teknologi informasi dan komunikasi saat ini.

WiMAX merupakan teknologi terbaru dari wireless yaitu teknologi seluler generasi ke-4 (4G). WiMAX merupakan singkatan dari ( Worldwide Interoperability for Microwave Access) yang berarti interoperabilitas seluruh dunia untuk akses gelombang mikro. WiMAX merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas. WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya dengan fitur-fitur yang lebih menarik. Disamping kecepatan data tinggi yang mampu diberikan, WiMAX juga merupakan teknologi dengan open standar. WiMAX beroperasi melalui gelombang radio dan mengirimkan sinyal dari 'high site' ke perangkat WiMAX pengguna berupa hub atau dongle mobile broadband. WiMAX dapat mentransmisikan data 70 Mbps, hingga jarak 50km, pada kecepatan lebih dari 70 mph. WiMAX layak diaplikasikan untuk ‘last mile’ broadband connections, backhaul, dan high speed enterprise.

Untuk melengkapi teknologi tersebut, dibutuhkan perangkat yang sesuai agar mendapatkan hasil yang maksimal. Perangkat pendukung yang sesuai untuk teknologi ini adalah antena. Antena yang diharapkan memiliki ukuran yang kecil, radiasi yang kecil, ringan, sehingga mudah di gunakan bagi penggunanya. Antena yang sesuai dengan teknologi WiMAx dan sesuai dengan yang diharapkan adalah antena V ganda atau yang biasa disebut dengan antena rhombik.

Antena rhombik (Antena V Ganda) merupakan antena long wire yang berbentuk belah ketupat dan berpita lebar. Karena berbentuk belah ketupat, anena rhombik juga biasa disebut dengan antena belah ketupat. Antena rhombik merupakan gabungan dari dua atena V. Seperti pada antena V, pola pancar antena rhombik dipengaruhi oleh variasi pamjang ( l ) , sudut antara dua elemen. Semakin panjang lengan l , semakin kecil sudut beamwithnya. Rhombik antena mempunyai pola pancar unidireksional, mempunyai bandwith yang lebar Namun masih mempunyai dimensi yang panjang dan hanya sebagai penerima saja, karena ada

beban di ujung antena. Antena rhombic memiliki pola radiasi yang berbeda- beda berdasarkan frekuensi kerjanya. Alasan penggunaan antenna rhombic adalah penggunaan bahan yang sederhana dan murah serta mampu menghasilkan VSWR <2.

1.2. RUMUSAN MASALAH

Apa pengaruh dari ketinggian antena rhombik pada tanah? Apa keunntungan dari menggunakan antena rhombik untuk WiMAX? Bagaimana hasil VSWR, Gain, dan Pola Radiasi dari antena tersebut?

1.3. TUJUAN

Tujuan dari perancangan ini adalah untuk merancang antena rhombik dengan frekuensi 6GHz yang digunakan sebagai pemancar WiMAX. Rancangan ini juga diharapkan memiliki VSWR<2 dan pola radiasi yang baik.

BAB 2

DASAR TEORI

2.1 WIRELESS

Jaringan wireless adalah jaringan tanpa kabel yang mengkoneksi dua komputer atau lebih menggunakan udara sebagai media transmisinya untuk menghantarkan gelombang elektromagnetik. Teknologi wireless LAN menjadi sangat popular di banyak aplikasi. Setelah evaluasi terhadap teknologi tersebut dilakukan, menjadikan para pengguna merasa puas dan meyakini realibility teknologi ini sudah siap untuk digunakan dalam skala luas dan komplek pada jaringan tanpa kabel.

Teknologi komunikasi data dengan tidak menggunakan kabel untuk menghubungkan antara klien dan server. Secara umum teknologi Wireless LAN hampir sama dengan teknologi jaringan komputer yang menggunakan kabel (Wire LAN atau Local Area Network). Teknologi Wireless LAN ada yang menggunakan frekuensi radio untuk mengirim dan menerima data yang tentunya mengurangi kebutuhan atau ketergantungan hubungan melalui kabel. Akibatnya pengguna mempunyai mobilitas atau fleksibilitas yang tinggi dan tidak tergantung pada suatu tempat atau lokasi. Teknologi Wireless LAN juga memungkinkan untuk membentuk jaringan komputer yang mungkin tidak dapat dijangkau oleh jaringan komputer yang menggunakan kabel. Perbandingan beberapa karakteristik sistem wireless data berkecepatan tinggi digambarkan oleh First Boston seperti berikut.

WiFi

802.11g

WiMAX

802.16-

2004*

WiMAX

802.16e

CDMA2000

1x EV-DOWCDMA/ UMTS

Approximate max

reach (dependent

on many factors)

100 Meters 8 Km 5 Km * *

Maximum

throughput54 Mbps

75 Mbps

(20 MHz

band)

30 Mbps

(10 MHz

band)

3.1 Mbps

(EVDO Rev.

A)

2 Mbps (10+

Mbps fpr

HSDPA)

Typical Frequency

bands2.4 GHz 2-11 GHz 2-6 GHz 1900 MHz

1800,1900,2100

MHz

ApplicationWireless

LAN

Fixed

Wireless

Broadband

(eg-DSL

alternative)

Portable

Wireless

Broadband

Mobile

Wireless

Broadband

Mobile Wireless

Broadband

Cara Kerja Wireless

Untuk menghubungkan sebuah computer yang satu dengan yang lain, maka diperlukan adanya Jaringan Wireless. Ada 3 komponen yang dibutuhkan agar komponen-komponen yang berada dalam wilayah jaringan wireles bisa sukses dalam mengirim dan menerima data, komponen-komponen tersebut adalah :

Sinyal Radio (Radio Signal).

Format Data (Data Format).

Struktur Jaringan atau Network (Network Structure)

Masing-masing dari ketiga komponen ini berdiri sendiri-sendiri dalam cara kerja dan fungsinya. Kita mengenal adanya 7  Model Lapisan OSI (Open System Connection), yaitu:

1.     Physical Layer (Lapisan Fisik)2.     Data-Link Layer (Lapisan Keterkaitan Data)3.     Network Layer (Lapisan Jaringan)4.     Transport Layer (Lapisan Transport)5.     Session Layer (Lapisan Sesi)6.     Presentation Layer (Lapisan Presentasi)7.     Application Layer (Lapisan Aplikasi)

Komponen-komponen yang telah disebutkan diatas, masing-masing komponen berada dalam lapisan yang berbeda-beda. komponen-komponen tersebut bekerja dan mengontrol lapisan berbeda. 

Wireless LAN bekerja dengan menggunakan gelombang radio. Sinyal radio menjalar dari pengirim ke penerima melalui free space, pantulan-pantulan, difraksi, line of sight dan obstructed tiap sinyal (pada jalur yang berbeda-beda) memiliki level kekuatan, delay dan fasa yang berbeda-beda.

Awalnya teknologi ini didesain untuk aplikasi perkantoran dalam ruangan, namun sekarang wireless LAN dapat digunakan pada jaringan peer to peer dalam ruangan dan juga point to point diluar ruangan maupun point to multipoint pada aplikasi bridge wireless LAN didesain sangat modular dan fleksibel. Jaringan ini juga bisa di optimalkan pada lingkungan yang berbeda. Dapat mengatasi kendala geografis dan rumitnya instalasi kabel.

Mirip dengan jaringan Ethernet kabel, sebuah wireless LAN mengirim data dalam bentuk paket. Setiap adapter memiliki no ID yang permanen dan unik yang berfungsi sebagai sebuah alamat dan tiap paket selain berisi data juga menyertakan alamat penerima dan pengirim paket tersebut. Sama dengan sebuah adapter Ethernet, sebuat kartu, wireless LAN akan memeriksa kondisi jaringan sebelum mengirim paket ke dalamnya. Bila jaringan dalam keadaan kosong, maka paket lansung dikirimkan. Bila kartu mendeteksi adanya data lain yang sedang menggunakan frekuensi radio, maka ia menunggu sesaat kemudian memeriksanya kembali.

2.2 WiMAX

WiMAX merupakan singkatan dari Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) adalah teknologi telekomunikasi dengan transmisi data nirkabel yang juga dapat digunakan untuk akses internet. Teknologi yang dikembangkan sesuai dengan standart spesifikasi IEEE 802.16 ini juga dikenal dengan sebutan Broadband Wireless Access (BWA). 

Keuntungan WiMAX

Banyak keuntungan yang didapatkan dari terciptanya standardisasi industri ini. Para operator telekomunikasi dapat menghemat investasi perangkat, karena kemampuan WiMAXdapat melayani pelanggannya dengan area yang lebih luas dan tingkat kompatibilitas lebih tinggi. Selain itu, pasarnya juga lebih meluas karena WiMAX dapat mengisi celah broadband yang selama ini tidak terjangkau oleh teknologi Cable dan DSL (Digital Subscriber Line).

WiMAX salah satu teknologi yang digunakan untuk memudahkan dalam mendapatkan koneksi Internet yang berkualitas dan melakukan aktivitas. Sementara media wireless selama ini sudah terkenal sebagai media yang paling ekonomis dalam mendapatkan koneksi Internet. Area coverage-nya sejauh 50 km maksimal dan kemampuannya menghantarkan data dengan transfer rate yang tinggi dalam jarak jauh, sehingga memberikan kontribusi sangat besar bagi

keberadaan wireless MAN dan dapat menutup semua celah broadband yang ada saat ini. Dari segi kondisi saat proses komunikasinya, teknologi WiMAX dapat melayani para subscriber, baik yang berada dalam posisi Line Of Sight (posisi perangkat-perangkat yang ingin berkomunikasi masih berada dalam jarak pandang yang lurus dan bebas dari penghalang apa pun di depannya) dengan BTS maupun yang tidak memungkinkan untuk itu (Non-Line Of Sight). Jadi di mana pun para penggunanya berada, selama masih masuk dalam area coverage sebuah BTS (Base Transceiver Stations), mereka mungkin masih dapat menikmati koneksi yang dihantarkan oleh BTS tersebut.

 

Teknologi WiMAX dan Layanannya

BWA WiMAX adalah standards-based technology yang memungkinkan penyaluran akses broadband melalui penggunaan wireless sebagai komplemen wireline. WiMAX menyediakan akses last mile secara fixed, nomadic, portable dan mobile tanpa syarat LOS (NLOS) antara user dan base station. WiMAX juga merupakan sistem BWA yang memiliki kemampuan interoperabilty antar perangkat yang berbeda. WiMAX dirancang untuk dapat memberikan layanan Point to Multipoint (PMP) maupun Point to Point (PTP). Dengan kemampuan pengiriman data hingga 10 Mbps/user.

Pengembangan WiMAX berada dalam range kemampuan yang cukup lebar. Fixed WiMAX pada prinsipnya dikembangkan dari sistem WiFi, sehingga keterbatasan WiFi dapat dilengkapi melalui sistem ini, terutama dalam hal coverage/jarak, kualitas dan garansi layanan (QoS). Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh karena itu sistem WiMAX sangat mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala kecil . Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX di antara beberapa vendor yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar (sampai 70 MBps), WiMAX dapat diaplikasikan untuk koneksi broadband ‘last mile’, ataupun backhaul. WiMAX dan WiFi dibedakan berdasarkan standar teknik yang digabungakan. WiFi menggunakan standar IEE802.11 yang cocok untuk keperluan WLAN sedangkan WiMAX menggunakan standar IEEE 802.16 banyak digunakan didaerah asalnya yaitu Eropa dan sekitarnya. Untuk dapat membuat teknologi ini digunakan secara global maka diciptakan WiMAX . Standar global yang dipakai didunia dapat digambarkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Standar – Standar Yang Ada Dengan Spesifikasi Yan Mendukung Komunikasi Sampai

Tingkat Man Disatukan Dengan Wimax

Spektrum Frekuensi WiMAX

Sebagai teknologi yang berbasis pada frekuensi, kesuksesan WiMAX sangat bergantung pada ketersediaan dan kesesuaian spektrum frekuensi. Sistem wireless mengenal dua jenis band frekuensi yaitu Licensed Band dan Unlicensed Band. Licensed band membutuhkan lisensi atau otoritas dari regulator, yang mana operator yang memperoleh licensed band diberikan hak eksklusif untuk menyelenggarakan layanan dalam suatu area tertentu. Sementara Unlicensed Band yang tidak membutuhkan lisensi dalam penggunaannya memungkinkan setiap orang menggunakan frekuensi secara bebas di semua area.

WiMAX Forum menetapkan 2 band frekuensi utama pada certication profile untuk Fixed WiMAX (band 3.5 GHz dan 5.8 GHz), sementara untuk Mobile WiMAX ditetapkan 4 band frekuensi pada system profile release-1, yaitu band 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz dan 3.5 GHz.

Secara umum terdapat beberapa alternatif frekuensi untuk teknologi WiMAX sesuai dengan peta frekuensi dunia. Dari alternatif tersebut band frekuensi 3,5 GHz menjadi frekuensi mayoritas Fixed WiMAX di beberapa negara, terutama untuk negara-negara di Eropa, Canada, Timur-Tengah, Australia dan sebagian Asia. Sementara frekuensi yang mayoritas digunakan untuk Mobile WiMAX adalah 2,5 GHz. Isu frekuensi Fixed WiMAX di band 3,3 GHz ternyata hanya muncul di negara-negara Asia. Hal ini terkait dengan penggunaan band 3,5 GHz untuk komunikasi satelit, demikian juga dengan di Indonesia. Band 3,5 GHz di Indonesia digunakan oleh satelit Telkom dan PSN untuk memberikan layanan IDR dan broadcast TV. Dengan demikian penggunaan secara bersama antara satelit dan wireless terrestrial (BWA) di frekuensi 3,5 GHz akan menimbulkan potensi interferensi terutama di sisi satelit.

Elemen Perangkat WiMAX

Elemen/ perangkat WiMAX secara umum terdiri dari BS di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan. Namun demikian masih ada perangkat tambahan seperti antena, kabel dan asesoris lainnya.

Base Station (BS)

Merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu lokasi (colocated) dengan jaringan Internet Protocol (IP). Dari BS ini akan disambungkan ke beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang mengikuti standar WiMAX. Komponen BS terdiri dari:

NPU (networking processing unit card)

AU (access unit card)up to 6 +1

PIU (power interface unit) 1+1

AVU (air ventilation unit)

PSU (power supply unit) 3+1

Antena

Antena yang dipakai di BS dapat berupa sektor 60°, 90°, atau 120° tergantung dari area yang akan dilayani.

Subscriber Station (SS)

Secara umum Subscriber Station (SS) atau (Customer Premises Equipment) CPE terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), perangkat radionya ada yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena.

BWA WiMAX adalah standards-based technology yang memungkinkan penyaluran akses broadband melalui penggunaan wireless sebagai komplemen wireline. WiMAX menyediakan akses last mile secara fixed, nomadic, portable dan mobile tanpa syarat LOS (NLOS) antara user dan base station. WiMAX juga merupakan sistem BWA yang memiliki kemampuan interoperabilty antar perangkat yang berbeda. WiMAX dirancang untuk dapat memberikan layanan Point to Multipoint (PMP) maupun Point to Point (PTP). Dengan kemampuan pengiriman data hingga 10 Mbps/user.

Pengembangan WiMAX berada dalam range kemampuan yang cukup lebar. Fixed WiMAX pada prinsipnya dikembangkan dari sistem WiFi, sehingga keterbatasan WiFi dapat dilengkapi melalui sistem ini, terutama dalam hal coverage/jarak, kualitas dan garansi layanan (QoS). Sementara itu Mobile WiMAX dikembangkan untuk dapat mengimbangi teknologi selular seperti GSM, CDMA 2000 maupun 3G. Keunggulan Mobile WiMAX terdapat pada konfigurasi sistem yang jauh lebih sederhana serta kemampuan pengiriman data yang lebih tinggi. Oleh

karena itu sistem WiMAX sangat mungkin dan mudah diselenggarakan oleh operator baru atau pun service provider skala kecil.

Perkembangan WiMAX di Indonesia

Sitra WiMAX adalah operator 4G WiMAX pertama di Indonesia yang meluncurkan layanan 4G Wireless Broadband di bulan Juni 2010. Sitra WiMAX adalah bagian dari Lippo Group dan merek dagang terbaru dari PT. Firstmedia Tbk. Sitra WiMAX akan melayani 4G Wireless Broadband pertama di Indonesia di daerah terpadat dan sekaligus memiliki hak izin BWA termahal yaitu di coverage Jakarta, Bogor, Depok, Tangerang, Bekasi, Propinsi Banten, Sumatera Utara, dan Propinsi NAD. Sebelum hadir secara komersial untuk publik, Sitra telah melayani sedikitnya 2000 pelanggan di kawasan Jakarta Barat dan Karawaci yang mendapatkan layanan ujicoba gratis sejak September 2010.

2.3 ANTENA RHOMBIK

Antena rhombik merupakan antena long wire berbentuk belah ketupat. Antena rhombik sebenarnya merupakan pengembangan dari antena V dan dikenal dengan nama antena V ganda. Antena rhombik merupakan penggabungan dua buah antena V, pada salah satu ujungnya dihubungkan ke saluran transmisi dan yang lainnya ke tahanan beban. Pola radiasi antena rhombik merupakan penjumlahan dari pola 4 antena long wire penyusunnya dan bersifat unidirectional.

Parameter Antena Rhombik

Dalam perancangan sebuah antenna, terlebih dahulu kita harus mengetahui parameter dari antenna tersebut. Parameter dari sebuah antenna dapat membantu kiat untuk merancang antenna yang kita inginkan berdasarkan parameter sebuah antena. Beberapa parameter dari sebuah antenna Rhombic yaitu :

Gambar 2.3 antenna rhombik

Panjang Elemen Antenna (L)

Sebuah antenna pasti memiliki elemen, setiap elemen pasti memiliki dimensi ukuran. Salah satu dimensi ukuran sebuah antenna adalah panjang elemen antenna (L). Panjang elemen ( L) merupakan salah satu faktor yang akan mempengaruhi pola radiasi yang akan dihasilkan dalam perancangan sebuah antenna . untuk menghitung panjang elemen sebuah antenna terlebih dahulu kita harus mengaetahui panjang gelombang yang dihasilkan dalam perancangan antenna tersebut. Berikut adalah langkah untuk menghitung panjang elemen antenna :

L= λ

2 sin2 A

Dimana λ=cf

dengan C = 3 x 10 8 m/s

Ketinggian Antena ( H )

Ketinggian suatu antenna akan mempengaruhi pola radiasi yang dihasilkan serta akan berpengaruh terhadap gain yang dihasilkan. Sebelum merancang sebuah antenna,terlebih dahulu kita harus menghitung ketinggian antenna yang akan kita gunakan. Untuk menghitung ketinggian antenna dapat menggunakan rumus :

H= λ4 sin A

Sudut Antar Elemen (A)

Antena rhombik yang merupakan antenna berbentuk belah ketupat yang terdiri dari 4 elemen yang saling berhubungan keempat ujungnya dan membentuk beleh ketupat. Pertemuan dari keempat elemen tersebut membentuk sudut (A). Besarnya sudut antar elemen mempengaruhi pola radiasai yang dihasilkan serta mempengaruhi gain yang dihasilkan

BAB 3PERANCANGAN

3.1 PERHITUNGAN

Penentuan Sudut Antar Elemen (A)

A = 60o

Perhitungan Panjang Elemen Antena (L)

λ=cf=

3 .108 ms

6 .109 Hz=0.05 m

= 50 mm

L= λ2 sin A

= 50 mm

2sin 60ο=28.87 mm

Untuk Elemen 1

sinA2

=X11

L

X11=L .sinA2

¿28.87 m m. sin60ο

2

= 14.44 mm

sin= A2

=X 11−X 12

0,99 . L

X12=X11−0,99. L . sinA2

= 14.44m – 0,99.28.87mm.Sin60ο

2

= 0.15mm

cosA2

=Y 12

0,99. L

Y 12=0,99. L .cosA2

= 0,99.28.87mm.Sin60ο

2

Y 12=24.75mm

Untuk Elemen 2

X21=−X12

X21=−0.15 mm

X22=−X11

X22=−14.44 mm

Y 21=Y 12

Y 21=24.75 m m

Y 22=0

Untuk Elemen 3

X 41=0

X 42=X11

X 42=14.44m m

Y 41=Y 32

Y 41=−25 mm

Y 42=0

Untuk Elemen 4

X31=X22

X32=0

Y 31=0

cosA2

=|Y 32|

L

Y 32=−L .cosA2

= -28.87mm. cos60ο

2

= - 25mm

Perhitungan Ketinggian Antena (H)

H= λ4SinA

= 50 mm

4 sin 60ο=14.43 mm

2. Hasil Perancangan Antena Rhombik

Antena rhombik yang sudah dirancang menggunakan CST

Pola radiasi antena rhombik

Energi

VSWR

S-Parameter

Dari hasil diatas terlihat bahwa pada saat frekuensi sebesar 6GHz, VSWR yang dihasilkan sebesar 1.7 dan S-Parameter bekerja pada frekuensi 5.8GHz . Walaupun VSWR yang dihasilkan telah sesuai dengan yang diharapkan, tetapi frekuensi bekerja pada saat 5.8GHz, maka rancangan dievaluasi dengan menggunakan frekuensi sebesar 5.8GHz. Pada saat menggunakan frekuensi 5.8GHz, hasilnya adalah :

S-Parameter

VSWR

Terlihat bahwa setelah rancangan dievaluasi dengan menggunakan frekuensi sebesar 5.8GHz, VSWR yang dihailkan menjadi lebih kecil sebesar 1.3