IMPLEMENTASI ANTENA HORN SEKTORAL BIDANG-H UNTUK LINK LOS WIRELESS-LAN 2,4 GHz

Transkripsi

1 IMPLEMENTASI ANTENA HORN SEKTORAL BIDANG-H UNTUK LINK LOS WIRELESS-LAN 2,4 GHz Budi Aswoyo & Muhamad Milchan Teknik Telekomunikasi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS) Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus PENS-ITS Keputih Sukolilo Surabaya (+62) , , Fax.(+62) Abstrak Antena Horn Sektoral Bidang-H merupakan antena horn berbentuk persegi yang mana pelebaran dari pandu gelombangnya hanya pada bidang H. Sedangkan untuk bidang E dibuat tetap sesuai dengan lebar dari pandu gelombang. Dalam makalah ini dilakukan rancang bangun dua Antena Horn Sektoral Bidang-H pada frekuensi 2,4 GHz, serta pengukuran karakteristiknya yang meliputi bentuk pola radiasi, penguatan (gain) pada frekuensi 2,4 GHz dan diaplikasikan pada link Line of Sight (LOS) wireless internet dengan polarisasi linier vertikal. Pencatu antena ini menggunakan USB adapter WiFi. Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pola radiasi antena ini berbentuk directional. Pada antena I (48 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 50º dan HPBW (bidang H) sebesar 10º. Pada antena II (28 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 90º dan HPBW (bidang H) sebesar 20º. Kedua antena yang telah dibuat ini menghasilkan directivity yang optimum dan penguatan (gain) yang tinggi di atas 10 db. Kata Kunci: Antena Horn, Wireless LAN 2,4 GHz, Line Of Sight, Waveguide, USB adapter WiFi. 1. PENDAHULUAN Dalam suatu sistem komunikasi radio peranan antena sangat penting, yaitu untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik. Antena Horn Sektoral Bidang-H umumnya digunakan pada frekuensi gelombang mikro (microwave) di atas 1000 MHz. Antena ini merupakan antena celah (aperture antenna) yang mulutnya melebar ke arah bidang magnet (H) dengan berdasarkan saluran pandu gelombang persegi (rectangular waveguide). Dengan menggunakan antena horn ini, maka gelombang sinyal yang dipancarkan akan meruncing sepanjang bidang medan magnet dan sedikit melebar sepanjang bidang medan listrik. Aplikasi antena ini dapat digunakan untuk link Line Of Sight (LOS) pada komunikasi data Wireless-LAN 2,4 GHz. Agar dihasilkan direktivitas yang optimum, dibutuhkan ukuran dari dimensi antena, mulai dari dimensi saluran pandu gelombang pencatunya a dan b, dimensi panjang antena dari pencatu ke bidang aperture sampai dengan dimensi pelebaran ke arah bidang magnet (H). 2. STUDI PUSTAKA Geometri dari Antena Horn Sektoral Bidang-H dapat ditunjukkan pada Gambar 1. Sedangkan bentuk dan konstruksi antena ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2 berikut ini. Mulut dari antena ini melebar ke arah medan magnetnya (H) dengan pelebaran dimensi ini a 1. Panjang antena dari Virtual apex ke bidang aperture dinyatakan dengan R. Antena ini di catu oleh pandu gelombang persegi (rectanguler waveguide) dengan dimensi 98

2 penampang a x b (a = panjang penampang, b = lebar penampang). Direktivitas antena ini berbanding lurus dengan pengarahan radiasi dari antena horn sektoral bidang magnet (H). Gambar 1. Antena Horn Sektoral Bidang H Dengan: a 1 : Pelebaran dimensi pandu gelombang ke arah medan magnet (H). 1 λρ 2 a1 u = + 2 a1 λρ 2 (2a) v = 1 2 λρ a 1 2 a 1 λρ 2 (2b) Gambar 2. Konstruksi Antena Sektoral C (x) dan S (x) merupakan Integral Fresnel yang didefinisikan seperti pada Persamaan (3) dan (4) berikut ini [1], = x 2 C( x) cos( πt / 2) dt 0 (3) = x 2 S( x) sin( πt / 2) dt 0 (4) 3. RANCANG BANGUN ANTENA (a) (b) Bidang-H; (a) Antena horn sektoral bidang H, (b) Tampak pada bidang H Pada analisa ke arah sektoral bidang medan magnet, direktivitas antena ini dinyatakan pada berikut ini [1], D H 4 2 πbρ 2 2 = x{[ C( u) C( v)] + [ S( u) S( v)] } aλ 1 (1) Dari formulasi Antena Sektoral Bidang-H dapat dirancang suatu antena horn yang dapat bekerja secara optimum. Ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan dalam perencanaan antena tersebut: a) Antena ini dicatu dengan rectangular waveguide (pandu gelombang yang berbentuk persegi) tipe WR340 dengan ukuran a = 8,636 cm dan b = 7 cm. b) Antena ini akan direncanakan dalam keadaan optimum, artinya ukuran dari antena ini mampu menghasilkan gain yang maksimum. c) Antena ini direncanakan mempunyai direktivitas tertentu. Agar antena ini mempunyai direktivitas optimum tertentu, maka [2] a1 3λR 1 (5) Sesuai dengan prosedur diatas dengan bantuan program komputer dapat ditentukan dimensi antena horn, yang sebelumnya memberikan harga gain, a, b. Hasil running program didapatkan : 99

3 Untuk gain 17 db: Specify the following input parameters: DESIRED GAIN OF THE HORN IN db: Go(dB)= 17 FREQUENCY OF OPERATION IN GHz: fo(ghz)= 2.4 HORN DIMENSION A IN CM: a(cm)= 8.6 HORN DIMENSION B IN CM: b(cm)= 7 DESIGNED PARAMETERS FOR THE OPTIMUM GAIN HORN a1 = cm b1 = cm RHOe = cm RHOh = cm Pe = cm Ph = cm PSIe = Deg PSIh = Deg Untuk gain 18,95 db: Specify the following input parameters: DESIRED GAIN OF THE HORN IN db: Go(dB)= FREQUENCY OF OPERATION IN GHz: fo(ghz)= 2.4 HORN DIMENSION A IN CM: a(cm)= 8.6 HORN DIMENSION B IN CM: b(cm)= 7 DESIGNED PARAMETERS FOR THE OPTIMUM GAIN HORN a1 = cm b1 = cm RHOe = cm RHOh = cm Pe = cm Ph = cm PSIe = Deg PSIh = Deg Selanjutnya, pembuatan antena ini dipilih dari plat aluminium dengan ukuran tebal 1,7 mm. Ada beberapa hal yang memungkinkan bahan tersebut digunakan: mudah didapat, ringan, konduktivitas nya cukup besar, mudah untuk konstruksi dan penyambungannya. Hasil pembuatan antena ini ditunukkan pada Gambar 3. Gambar 3. Prototipe Antena Horn Sektoral Bidang-H 4. PENGUKURAN DAN ANALISIS Pengukuran Antena Sektoral Bidang-H dilakukan di ruang Anechoic Chamber PENS- ITS, yang meliputi parameter: pola radiasi, polarisasi, penguatan (gain) dan direktivitas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum pengukuran adalah, menghindari gangguan pantulan (benda-benda disekitar tempat pengukuran), jarak antara pemancar dan penerima. Peralatan yang digunakan dalam pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah: Laptop Pada pengukuran parameter antena dan pengujian antena apada jaringan wireless ini penggunaan laptop sangat dibutuhkan. Laptop yang digunakan adalah laptop (Gambar 4) yang support dengan jaringan wireless. Melalui laptop dapat dipantau aktifitas wireless yang ada dengan menggunakan software Netstumbler. Gambar 4. Penggunaan laptop pada pengukuran Access Point 100

4 Alat ini sering digunakan sebagai piranti server pada jaringan WLAN. Dan biasanya diletakkan di langit-langit dalam ruangan WLAN indoor. Alat ini dapat menyalurkan data secara wireless dari PC ke PC secara infrastruktur. Access Point (AP) ini disertai adaptor sebagai pencatu daya dari alat tersebut, juga tersedia kabel UTP agar dapat terhubung secara wired dan antena eksternal dengan gain 2 dbi. Ada 3 indikator led di bagian depan alat ini yang terdiri dari : power, LAN dan WLAN. Led pada power menyala memberitahukan AP tercatu oleh listrik melalui adaptor, led pada LAN menyala memberitahukan bahwa AP terhubung secara wired melalui kabel UTP dan led pada WLAN memberitahukan AP terhubung secara wireless dengan piranti lain. Gambar 5. Acces Point D-Link DWL-2100AP dari waveguide dengan memasukkan suatu wireless USB adapter ke dalam waveguide sedemikian rupa sehingga wireless USB adapter muncul didalam waveguide setinggi λ/4. Dengan cara seperti ini wireless USB adapter menghubungkan medan listrik didalam waveguide. Gambar 6. Wireless USB Adapter D-Link DWA-110 USB extension USB extension berguna sebagai kabel penyambung antara wireless USB adapter dengan laptop. Merek yang digunakan adalah BAFO USB Extension Cable yang kompatibel dengan USB 2.0. Gambar 7. BAFO USB 2.0 Extension Cable Wireless USB Adapter Wireless USB adapter di sini adalah penerima sinyal wireless yang dipancarkan oleh Access Point. Pada proyek akhir ini digunakan wireless USB adapter D- Link DWA-110 yang beroperasi pada jaringan wireless 2,4 GHz yang kompatibel dengan b dan g. Untuk membangkitkan suatu mode dari suatu waveguide, diperlukan peralatan untuk menghubungkan kedalam dan keluar dari waveguide. Permasalahannya adalah bagaimana menghubungkan energi dari suatu saluran transmisi wireless USB adapter ke waveguide. Pertama, saluran transmisi dapat dihubungkan medan listrik Pengukuran Pola Radiasi Pengukuran pola radiasi dilakukan dua kali untuk masing-masing antena. Yaitu pola radiasi pada bidang H dan pada bidang E. Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak pada proses pengukuran. Langkah-langkah pengukuran pola radiasi yaitu dilakukan dengan: 101

5 Gambar 8. Rangkaian peralatan pengukuran pola radiasi Gambar 10. Pola radiasi bidang E, (a) Antena I, (b) Antena II 3 meter Setelah melalui langkah-langkah pengukuran pola radiasi antena pada bidang E dan H, maka diketahui bentuk pola radiasi yang diperoleh dari pengukuran level sinyal antena dan data pengukuran tersebut dinormalisai. Berikut ini dapat dilihat gambar pola radiasi yang didapat dari hasil pengukuran. (a) Gambar 9. Pola radiasi bidang H, (a) Antena I, (b) Antena II (b) (a) (b) Dari pengukuran pula dapat diketahui pada antena horn sektoral bidang H untuk antena ukuran besar dan kecil pada bidang H adalah senilai -28 db dan -34 db. Sedangkan level sinyal terendah yang ditangkap adalah -54 db untuk antena ukuran besar dan antena ukuran kecil. Pada antena horn sektoral bidang H untuk antena ukuran besar dan kecil pada bidang E adalah senilai -30 db dan -38 db. Sedangkan level sinyal terendah yang ditangkap adalah -53 db untuk ukuran besar dan -51 db untuk ukuran kecil. Kedua antena sama-sama memiliki pola radiasi yang terarah. Yaitu menerima sinyal dengan baik pada posisi 0º dan menerima sinyal dengan lemah pada posisi 180º. Hanya saja level sinyal yang ditangkap agak sedikit berbeda. Antena dengan bidang H menangkap sinyal lebih baik daripada antena pada bidang E. Sehingga dari gambar pola radiasi yang didapat dari hasil pengukuran dapat dikatakan 102

6 bahwa antena yang telah dibuat telah sesuai dengan harapan karena memiliki pancaran daya yang terarah. Pengukuran Polarisasi Untuk pengukuran polarisasi ini peralatan yang digunakan sama seperti pengukuran pola radiasi, saat antena horn berada pada posisi horisontal dan medan listrik (E) sejajar terhadap permukaan bumi/tanah ternyata antena lebih efektif menangkap gelombang sehingga polarisasi ini dinamakan polarisasi horisontal. Dan sebaliknya saat antena horn berada pada posisi vertikal dan medan listrik (E) tegak lurus terhadap permukaan bumi/tanah ternyata antena lebih efektif menangkap gelombang sehingga polarisasi ini dinamakan polarisasi vertikal. Pengukuran Gain Rangkaian peralatan yang digunakan untuk mengukur gain sama dengan saat mengukur pola radiasi. Hanya saja antena Horn yang terhubung dengan laptop diganti dengan USB adapter. Gambar 11. Pengukuran level daya pada USB Adapter Tabel 1. Hasil Pengukuran Gain No. Ukuran Antena 1. I (48cm) 2. II (28cm) Level Penerimaan : Antena Horn (Pt)(- dbm) USB adapter wifi (Ps)(- dbm) Gain : Horn Sektoral H Gt(dB) , ,15 Dari hasil pengukuran faktor penguatan (gain) antena hasil rancangan dapat dilihat pada Tabel 1, harga faktor penguatan pada tabel diatas bervariasi yang nilainya tergantung pada faktor attenuasi pada attenuator, temperatur (kondisi ruangan dan pengaruh benda-benda disekitarnya. Sehingga sulit untuk dicari nilai yang tepat). Pengukuran Direktivitas Direktivitas suatu antena dapat diperkirakan dengan menggunakan pola radiasi yang dihasilkan pada pengukuran pola radiasi bidang E dan bidang H. Persamaan untuk menghitung direktivitas dapat dilihat pada persamaan dibawah ini: 3 meter Dengan mencatat nilai level daya yang tertangkap USB adapter kita bisa mengukur nilai gain. Sehingga diperoleh untuk nilai gain antena ukuran besar bidang H senilai db dan bidang E senilai 16,15 db. Kemudian untuk nilai gain antena ukuran kecil bidang H senilai 12,15 db dan bidang E senilai 8,15 db. D = ( θ (6) ) θ H. E Sudut tersebut dapat dicari dengan menggunakan gambar pola radiasi. Dengan menandai titik -3dB pada pola radiasi kemudian menarik sudut pada titik tersebut. Ini dilakukan untuk bidang E dan H. Sehingga dari sudut yang didapat kita dapat mengukur direktivitas. Tabel 2. Direktivitas Antena Horn Sektoral Bidang-H 103

7 No. Ukuran Antena Nilai Direktivitas(dB) 1. I (48 cm) 19,14 2. II (28 cm) 13,6 Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa nilai dari parameter pada perancangan sangat dipengaruhi oleh proses pembuatan dan kondisi pada saat pengukuran. Sehingga terjadinya error akan mempengaruhi hasil dari parameter yang terukur. 5. KESIMPULAN Telah dilakukan perancangan dan pembuatan dua Antena Horn Sektoral Bidang-H untuk aplikasi wireless LAN 2,4 GHz. [5] Raga Putra, Ery, Disain Dan Implementasi Antena Kaleng Pada Frekuensi 2,65 GHz, PENS-ITS, [6] Salsabil, Syailendra, Pembuatan Antena Omni Directional 2,4 GHz Untuk Jaringan Wireless-LAN, PENS-ITS, [7] Diyah Andari, Roose, Rancang Bangun Antena Yagi-Uda Berbasis Algoritma Genetika Dan Implementasinya Pada Wireless LAN 2,4 GHz Sub Judul (Implementasi Pada Wireless LAN 2,4 GHz), PENS-ITS, [8] Antena Horn, Wireless 2,4 GHz, Kabel Coaxial, Waveguide, Link LOS, USB Adapter. Dari hasil pengukuran di ruang Anechoic Chamber PENS-ITS menunjukkan bahwa pola radiasi antena ini berbentuk directional. Antena I (48 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 50º dan HPBW (bidang H) sebesar 10º. Sedangkan Antena II (28 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 90º dan HPBW (bidang H) sebesar 20º. Kedua antena yang telah dibuat ini menghasilkan directivity yang optimum dan penguatan (gain) yang tinggi di atas 10 db. Antena ini telah diuji sebagai media pemancar dan penerima wifi LAN 2,4 GHz dan menunjukkan kinerja yang cukup baik. DAFTAR PUSTAKA [1] Balanis, C.A., Antenna Theory: Analysis and Design, Third Edition,Harper & Row, New York, [2] Collin, R.E., Antennas and Radiowave Propagation, McGraw-Hill,New York, [3] Budi Aswoyo, Antena & Propagasi, PENS-ITS, [4] Chusaini, Muhammad, Perencanaan Dan Pembuatan Antena H-Plane Sectoral Horn Pada Frekuensi X-Band, PENS-ITS,