TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER FREKUENSI 433 MHZ

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER FREKUENSI 433 MHZ Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) Pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi Oleh : KHARISMA MUHAMMAD NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER FREKUENSI 433 MHZ Oleh : KHARISMA MUHAMMAD NIM: Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 7 bulan Januari tahun 2015 di depan Penguji : 1. Rahmat Fauzi, S.T, M.T : Ketua Penguji 2. Dr. Ali Hanafiah Rambe, S.T, M.T : Anggota Penguji Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir, Ir. Arman Sani, M.T NIP Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP :

3 ABSTRAK Pengukuran profil tekanan udara, temperatur, kelembaban, kecepatan arah angin horizontal serta informasi lainnya dalam pengamatan cuaca pada kondisi vertikal atmosfer sangat diperlukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional. Salah satu cara untuk mendapatkan informasi ini adalah dengan menerbangkan balon udara pada atmosfer setinggi 10 km di atas permukaan laut. Balon udara ini membawa muatan berupa radiosonde yang bekerja pada frekuensi 433 MHz yang akan mengukur profil-profil tersebut dan mengirimkan data ke stasiun penerima di permukaan bumi untuk menjamin kontinuitas hubungan komunikasi antara radiosonde dan stasiun penerima diperlukan antena stasiun penerima yang memiliki gain yang tinggi dan beamwidth tertentu. Salah satu antena yang dapat memenuhi kriteria ini adalah antena Stacking Yagi. Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang antena Stacking Yagi dengan frekuensi operasi 433 MHz. Perancangan dilakukan menggunakan perangkat lunak 4NEC2. Dari pengukuran langsung terhadap antena menggunakan VNA Meter Anritsu MS2034B, nilai VSWR pada frekuensi 433 MHz sebesar 1,45 dan dari pengujian langsung dilapangan, antena Stacking Yagi yang dirancang dapat menjangkau jarak 5 km dengan baik pada frekuensi yang diinginkan. Kata kunci: radiosonde, unidirectional, Stacking Yagi, 433 MHz, 4NEC2, gain, VSWR i

4 KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan kesehatan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan umat Nabi Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI UNTUK STASIUN PENERIMA SISTEM KOMUNIKASI MUATAN BALON ATMOSFER FREKUENSI 433 MHZ Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda H. Ismail Mahsah, SH dan ibunda Oni Suismiyati, SH yang senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang sejak penulis lahir hingga sekarang, serta adik-adik tercinta Bina Anugrah Alami dan Fadjar Agus Wibawa yang senantiasa mendukung dan memberi semangat untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 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 : ii

5 1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam melayani perkuliahan selama ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 4. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT dan Bapak Dr. Ali Hanafiah Rambe, ST, MT selaku dosen penguji Tugas Akhir, atas masukan dan bantuannya dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. 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. Betty Widya Oktaria yang selama ini mendukung dan memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terima kasih atas perhatian dan do anya. 7. Temen - teman UKM Robotik Sikonek USU yang selama ini membantu dan memfasilitasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Teman teman di Teknik Elektro FT-USU, terkhusus angkatan 2010 dan 2012 atas dukungan, do a, suka dan duka selama di bangku perkuliahan. 9. Abang-abang senior stambuk 2009 yang selalu membantu, mendukung dan memberi masukan selama menjalani perkuliahan. 10. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Komunikasi Radio FT USU. iii

6 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, 8 Januari 2015 Penulis Kharisma Muhammad NIM iv

7 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xiii I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Manfaat Penulisan Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 3 II. TEORI DASAR ANTENA DAN PROPAGASI GELOMBANG RADIO 2.1 Umum Gelombang Elektromagnetik Antena Parameter Antena Pola Radiasi Lebar Berkas Direktivitas v

8 Gain Frekuensi Resonansi Lebar Pita Impedansi Input VSWR Antena Unidirectional Macam-macam Antena Unidirectional Antena Apertur Antena Mikrostrip Antena Array Antena Reflektor EIRP Receiver Gain Pathloss Persamaan Transmisi Friis Multipath Fading Propagasi Untuk Komunikasi Bergerak Okumura-Hata COST Link Budget III. RANCANG BANGUN ANTENA STACKING YAGI FREKUENSI 433 MHZ 3.1 Umum vi

9 3.2 Langkah Pengerjaan Stacking Yagi Antena Stacking Yagi Elemen Antena Stacking Yagi Antena Yagi Penentuan Parameter Antena Yagi Teknik Pencatuan Antena Yagi Penentuan Parameter Stacking Yagi Teknik Pencatuan Antena Stacking Yagi Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang Simulasi Antena Stacking Yagi Simulator 4NEC Simulasi Antena Yagi Simulasi Antena Stacking Yagi Perakitan Antena Stacking Yagi Perlengkapan Peralatan Pembuatan Pengujian Antena Stacking Yagi Pengukuran VSWR Pengujian Lapangan Langkah Pengujian Lapangan Perlengkapan Pengujian Penentuan Titik Pengujian Ujicoba vii

10 IV. DATA DAN ANALISIS ANTENA STACKING YAGI 433 MHZ 4.1 Umum Hasil Simulasi Hasil Simulasi Antena Yagi Hasil Simulasi Antena Stacking Yagi Hasil Pengujian Antena Stacking Yagi Hasil Pengukuran VSWR Hasil Percobaan Simulasi Analisis Analisis Antena Yagi Analisis Antena Stacking Yagi Analisis Ujicoba Simulasi V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xiv LAMPIRAN viii

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Antena Sebagai Media Transisi... 7 Gambar 2.2 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena... 8 Gambar 2.3 Ilustrasi HPBW dan FNBW... 9 Gambar 2.4 Perbandingan Distribusi Medan Listrik pada Antena Isotrop dan Direksional Gambar 2.5 Konfigurasi Antena Apertur Gambar 2.6 Konfigurasi Patch pada Mikrostrip Gambar 2.7 Patch Persegi pada Mikrostrip Gambar 2.8 Antena Array Gambar 2.9 Antena Yagi-Uda Gambar 2.10 Stacking Yagi Gambar 2.11 Antena Reflektor Gambar 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perakitan Yagi dan Stacking Yagi 433 MHz Gambar 3.2 Area Cakupan Antena Yagi Gambar 3.3 Ilustrasi Stacking Yagi Gambar 3.4 Antena Yagi dengan Stacking Horizontal dan Vertikal Gambar 3.5 Antena Yagi-Uda Gambar 3.6 Elemen Penyusun Yagi-Uda Gambar 3.7 Parameter-parameter Antena yang telah dioptimalkan Gambar 3.8 Kurva Desain untuk menentukan panjang elemen Yagi-Uda.. 30 Gambar 3.9 Peningkatan panjang optimum dari elemen-elemen parasit Gambar 3.10 Balun 1: ix

12 Gambar 3.11 Ilustrasi Balun 1:1 pada Koaksial 50 Ohm Gambar 3.12 Stacking Yagi Horizontal dan Vertikal Gambar 3.13 Pembagi Daya Wilkinson Gambar 3.14 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Untuk Yagi Gambar 3.15 Tampilan Menu Geometry Edit Untuk Yagi 433 MHz Gambar 3.16 Tampilan Menu Utama Simulator 4NEC2 Stacking Yagi Gambar 3.17 Tampilan Menu Geometry Edit Stacking Yagi Gambar 3.18 N Female Coaxial Connector Gambar 3.19 Matching Impedance DF9IC Gambar 3.20 Kabel RG-178/U PTFE Gambar 3.21 N Male crimping BNC Male Connector Gambar 3.22 SO-239 BNC Male Connector Gambar 3.23 BNC Male SMA Male Connector Gambar 3.24 Kabel Koaksial Belden RG58A/U Gambar 3.25 Multimeter Digital Heles UX-866TR Gambar 3.26 VNA Master Anritsu MS2034B Gambar 3.27 Kawat Las Aluminum Gambar 3.28 Batang Aluminum Untuk Boom Gambar 3.29 Pemasangan Elemen-elemen Gambar 3.30 Rangkaian Balun pada Papan PCB Gambar 3.31 Pemasangan Kabel Balun dan N Female Connector pada Papan PCB Gambar 3.32 Konstruksi dari Rangka Penyangga Antena Stacking Yagi Gambar 3.33 Arah Antena Stacking Yagi x

13 Gambar 3.34 Antena Stacking Yagi Gambar 3.35 Wilkinson Power Divider Gambar 3.36 Rangkaian Balun Untuk Stacking Yagi Gambar 3.37 Tampilan Pengukuran VSWR Antena Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B Gambar 3.38 Tampilan Pengukuran VSWR Antena Stacking Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B Gambar 3.39 Ilustrasi Pengujian di Lapangan Gambar 3.40 Diagram Alur Pengujian di Lapangan Gambar 3.41 Radiosonde Gambar 3.42 Stasiun Penerima Muatan Balon Atmosfer Gambar 3.43 Google Earth Gambar 3.44 Kompas Gambar 3.45 Titik-titik Pengujian Lapangan Gambar 3.46 Bearing dan Elevasi Antena Gambar 3.47 Tampilan Aplikasi i3dr Radio Config Gambar 4.1 Hasil Simulasi Antena Yagi 433 MHz Gambar 4.2 Tampilan Grafik Gain, Impedansi dan VSWR Yagi Gambar 4.3 Hasil Simulasi Antena Stacking Yagi 433 MHz Gambar 4.4 Tampilan Grafik Gain, Impedansi dan VSWR Stacking Yagi. 72 Gambar 4.5 Hasil Pengukuran VSWR Antena Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B Gambar 4.6 Hasil Pengukuran VSWR Antena Stacking Yagi Menggunakan VNA Master Anritsu MS2034B xi

14 Gambar 4.7 Data Gedung Teknik Tegangan Tinggi DTE USU Gambar 4.8 Data Parkiran Mobil Lantai Atas Sun Plaza Gambar 4.9 Aplikasi Lat Long Converter xii

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio... 6 Tabel 3.1 Perbandingan dari Ketiga Pembagi Daya Pasif Tabel 3.2 Spesifikasi Antena Stacking Yagi Yang Dirancang Tabel 3.3 Parameter Perancangan Yagi 433 MHz 12 Elemen Tabel 3.4 Nilai Parameter Antena Yagi 433 MHz Tabel 3.5 Parameter Stacking Yagi 433 MHz Tabel 3.6 Nilai Parameter Stacking Yagi 433MHz 2λ Tabel 4.1 Data Koordinat Ujicoba Simulasi Tabel 4.2 Data Analisis Ujicoba Antena Tabel 4.3 Link Budget xiii