RANCANG BANGUN ANTENA YAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ

Transkripsi

1 SKRIPSI RANCANG BANGUN ANTENA YAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

2 SKRIPSI RANCANG BANGUN ANTENA YAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016 ii

3 LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM : Tanda Tangan :... Tanggal :... iii

4 RANCANG BANGUN ANTENA YAGI SEBAGAI PENGUAT SINYAL MODEM 4G LTE BERDASARKAN FREKUENSI 1800 MHZ Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana I GUSTI NYOMAN DHARMAYANA NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016 iv

5 LEMBAR PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : Nama : I Gusti Nyoman Dharmayana NIM : Jurusan : Teknik Elektro Judul Skripsi : Rancang Bangun Antena Yagi Sebagai Penguat Sinyal Modem 4G LTE Berdasarkan Frekuensi 1800 MHz Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer, Fakultas Teknik, Universitas Udayana DEWAN PENGUJI Pembimbing I : I Putu Ardana, ST., MT. ( ) Pembimbing II : Dr. I Made Oka Widyantara, ST., MT. ( ) Penguji : I Gst. A. Komang Diafari Djuni H, ST., MT. ( ) Penguji : Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti,S.T.,M.Sc.,Ph.D ( ) Penguji : Dr. Nyoman Gunantara,ST., MT. ( ) Ditetapkan di : Bukit Jimbaran Tanggal : 2016 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer WAYAN GEDE ARIASTINA NIP v

6 UCAPAN TERIMA KASIH Pertama-tama, penulis panjatkan puja dan puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa karena atas asung kertha wara nugraha- Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul Rancang Bangun Antena Yagi Sebagai Penguat Sinyal Modem 4G LTE Berdasarkan Frekuensi 1800 MHz ini dengan baik. Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis mendapatkan petunjuk, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini, pertama-tama penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak I Putu Ardana, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Dr. I Made Oka Widyantara, ST., MT. selaku Dosen Pembimbing II sekaligus sebagai Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah membimbing, mengarahkan, mendorong, membantu dan memberi semangat serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini Selanjutnya penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk bergabung dalam civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Udayana. Tidak lupa penulis ucapkan terimakasih kepada Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana atas fasilitas dan kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti serta menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Universitas Udayana. Serta kepada seluruh dosen pengajar di jurusan Teknik Elektro dan Komputer yang telah memberikan bimbingan, perhatian serta dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih sebagai bentuk penghargaan kepada Ajik, Biyang, Mayu dan Yudek serta seluruh keluarga besar penulis yang selalu memberikan dukungan moril, motivasi, dan materil serta membimbing sehingga penyusunan Skripsi ini dapat selesai dengan baik. Tidak vi

7 lupa penulis ucapkan terimakasih kepada teman terdekat, sahabat, dan rekan-rekan Teknik Elektro dan Komputer yang sudah membantu dan memberikan dukungan penuh dalam suka maupun duka hingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang telah diberikan sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik, dan saran yang bersifat membangun dari dosen penguji dan pihak lainnya sangat hargai demi kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat dalam pengembangan IPTEK, serta menambah pengetahuan luas semua pihak. Bukit Jimbaran, Juni 2016 Penulis vii

8 ABSTRAK Antena merupakan perangkat yang memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem komunikasi tanpa kabel. Secara umum fungsi antena adalah sebagai pengubah gelombang yang dilewatkan pada saluran transmisi menjadi gelombang ruang bebas dan sebaliknya. Pada Skripsi ini penelitian yang dilakukan berupa perancangan antena Yagi sebagai penguat sinyal modem 4G LTE berdasarkan frekuensi 1800 MHz. Proses perancangan dibantu oleh software Yagi Calculator meliputi perancangan direktor, driven dan reflektor dan pada proses uji kelayakan dibantu oleh software MMANA-GAL. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui parameter kelayakan suatu antena dalam memperkuat sinyal modem meliputi Impedansi, SWR dan peningkatan Gain dan juga penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performansi seperti RSSI, RSRP dan RSRQ dari modem Huawei E398 4G LTE sebelum menggunakan antena Yagi dan setelah menggunakan antena Yagi. Hasil penelitian pada bagian uji kelayakan (feasibility test) antena menggunakan simulasi software MMANA-GAL diperoleh Impedansi sebesar 180,2 j29,4 Ω, SWR sebesar 1,2, peningkatan Gain sebesar 12,3 dbi, secara keseluruhan hasil dari simulasi menunjukkan bahwa antena yang dirancang sudah layak untuk diaplikasikan pada frekuensi 1800MHz. Hasil penelitian pada bagian uji performansi (performance test) mendapatkan hasil yakni peningkatan rata-rata Signal strength sebesar 39%, RSSI sebesar 22,6 dbi, RSRP sebesar 21dBm, dan RSRQ sebesar 4,6dB. Kata kunci : Yagi, LTE, Gain, Performansi viii

9 ABSTRACT Antenna is a device that has a very important role in wireless communication system. In general, antenna function is as a modifier waves traveling through the transmission line into a wave of free space and vice versa. In this thesis research was done by designing Yagi antenna as a signal amplifier 4G LTE modem based on the frequency of 1800 MHz. Software design process is assisted by Yagi Calculator includes the design direktor, driven and reflector, and the due diligence process is assisted by software MMANA-GAL. This study aims to determine the parameters of the feasibility of an antenna in strengthening modem signals include Impedance, SWR and increased gain and also this study aims to determine the performance such as Signal strength, RSSI, RSRP and RSRQ of modem Huawei E398 4G LTE before using a Yagi antenna and after use Yagi antennas. The results of the study on the feasibility studies (feasibility test) antenna using simulation software MMANA-GAL obtained amounted to Impedance - Ω j29,4, SWR of 1.2, an increase of 12.3 dbi gain, the overall results of the simulation show that designed antenna is feasible to be applied at a frequency of 1800MHz. Results of research on the performance test (performance test) matches the average increase Signal strength by 39%, RSSI 22,6 dbi, RSRP 21 dbm, and RSRQ of 4,6 db. Keywords : Yagi, LTE, Gain, Performance ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL DEPAN... i HALAMAN SAMPUL DALAM... ii LEMBAR PENYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PERSYARATAN GELAR... iv LEMBAR PENGESAHAN...v UCAPAN TERIMA KASIH... vi ABSTRAK... viii ABSTRACT... ix DAFTAR ISI...x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH... xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan...5 BAB II KAJIAN PUSTAKA Tinjauan Mutakhir Tinjauan Pustaka Pengertian Antena Standar Spesifikasi Antena Pola Radiasi Gain dan Directivitas Polarisasi Bandwidth Impedansi...15 x

11 SWR (Standing Wave Ratio) Teknologi LTE Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Perbandingan Karakteristik LTE dengan UMTS/HSPA Parameter performansi LTE RSRP RSRQ RSSI KPI (Key Performance Indicator) Antena Yagi Reflektor Driven Direktors Boom Kabel Koaksial Balun (Balance Unbalance) Pigtail...32 BAB III METODE PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian Sumber dan Jenis Data Penelitian Sumber Data Metode Pengumpulan Data Alur Penelitian (Flowchart) Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) Desain Perangkat Lunak Membangun antena Yagi...41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Umum...57 xi

12 4.2 Hasil Perancangan Antena Yagi Pada Frekuensi 1800MHz Analisis Kinerja Antena Menggunakan Software MMANA-GAL Tahapan Analisisi Antena Menggunakan Software MMANA-GAL Analisa Kelayakan Hasil Dari Parameter-Parameter Antena Impedansi (Z) SWR (Standing Wave Ratio) Gain Evaluasi Performansi Modem Menggunakan Antena Yagi Coverage 4G XL di Bali Pengujian di Daerah Pertama Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena Pengujian Di Daerah Kedua Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena Pengujian di Daerah Ketiga Hasil Performansi Modem Sebelum dan Sesudah Menggunakan Antena Analisa Peningkatan/Penurunan Performansi Antena Dari Ketiga Lokasi Pengujian...86 BAB V PENUTUP Simpulan Saran...93 DAFTAR PUSTAKA...95 xii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan VSWR Dengan Kehilangan Daya Tabel 2.2 Evolusi Teknologi Telekomunikasi Selular Tabel 2.3 Perhitungan elemen antena Yagi 5 elemen Tabel 3.1 Kebutuhan Perangkat Lunak Tabel 3.2 Kebutuhan Perangkat Keras Tabel 4.1 Impedansi Pada Rentang Frekuensi 1780MHz 1820MHz Tabel 4.2 Gain Pada Rentang Frekuensi 1780MHz 1820MHz 72 Tabel 4.3 Standar Kualitas Sinyal Pada RSSI Tabel 4.4 RF KPI Pada LTE xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Dasar Antena... 9 Gambar 2.2 Bentuk Konsentrasi Energi Gambar 2.3 Pola Pancaran Gambar 2.4 Polarisasi Linear Gambar 2.5 Bandwidth Antena Gambar 2.6 Evolusi 3GPP Gambar 2.7 Orthogonal Frequensy Division Multiple Access Gambar 2.8 RSRP Pada Bandwidth 5 MHz Gambar 2.9 Perhitungan RSRP Gambar 2.10 Konsep RSRQ Gambar 2.11 Ilustrasi Rake Receiver Gambar 2.12 Kategori KPI (Key Performance Indicator) Gambar 2.13 RF KPI Untuk LTE dan HSPA Gambar 2.14 Susunan Reflektor Dan Driven Gambar 2.15 Antena Dipole Gambar 2.16 Penempatan Susunan Direktor Gambar 2.17 Antena Yagi Uda 6 Elemen Gambar 2.18 Penampang Koaksial Gambar 2.19 Balun Untuk Folded Dipole Gambar 2.20 Pigtail Connector Gambar 3.1 Alur Penelitian Gambar 3.2 Desain Antena Yagi Gambar 3.3 Pemotongan Pipa Aluminium Sepanjang 661mm Gambar 3.4 Membuat Garis Panduan Pada Boom Gambar 3.5 Screesnhoot Dari 4G LTE Datasheet Gambar 3.6 Ilustrasi Dari Posisi Setiap Elemen Pada Boom Gambar 3.7 Proses Menandai Setiap Posisi Elemen Gambar 3.8 Bor Pada Masing-Masing Posisi Elemen Gambar 3.9 Datasheet Yagi Calculator xiv

15 Gambar Elemen Reflektor dan 12 Elemen Direktor Gambar 3.11 Menandai Titik Tengah Pada Masing-Masing Elemen Gambar 3.12 Yagi Calculator Datasheet Untuk Kontruksi Dipole Gambar 3.13 Kontruksi Antena Dipole Gambar 3.14 Pemasangan Direktor Pada Boom Gambar 3.15 Perakitan Dipole Pada Boom Antena Yagi Gambar 3.16 Pemasangan Elemen Reflektor Pada Boom Gambar 3.17 Datasheet Balun Pada Yagi Calculator untuk frekuensi 1800MHz.. 45 Gambar 3.18 Kontruksi Balun Pada Frekuensi 1800MHz Gambar 3.19 Kontruksi Kabel Dari Modem Ke Antena Gambar 3.20 Koreksi Ulang Kontruksi Antena Gambar 4.1 Elemen Yang Telah Terpasang Pada Antena Yagi Gambar 4.2 Perangkat Pigtail Pada Modem Gambar 4.3 Ilustrasi Antena Setelah Terpasang Gambar 4.4 Menyimpan File Dari Yagi calculator Gambar 4.5 Rancangan Antena Pada Software MMANA-GAL Gambar 4.6 Rancangan Antena Secara Detail Pada Bagian Geometry Gambar 4.7 Pengaturan Pada Menu Calculate Sebelum Memulai Perhitungan. 63 Gambar 4.8 Memulai Proses Pengukuran Parameter-Parameter Antena Gambar 4.9 Pola Radiasi Antena dan Parameter-Parameter Antena Gambar 4.10 Tampilan 3dimensi Dari Pola Radiasi Antena Gambar 4.11 Parameter-Parameter Antena Secara Lebih Detail Gambar 4.12 Grafik Impedansi Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz Gambar 4.13 Grafik SWR Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz Gambar 4.14 Grafik Gain dan Front Back Ratio Pada Simulasi Antena Yagi 1800MHz Gambar 4.15 Cakupan Area 4G XL Di Bali Gambar 4.16 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map Gambar 4.17 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.18 Signal strength Setelah Menggunakan Antena xv

16 Gambar 4.19 RSSI Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.20 RSSI Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.21 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.22 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.23 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map Gambar 4.24 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.25 Signal strength Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.26 RSSI Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.27 RSSI Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.28 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.29 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.30 Jarak dan Koordinat Lokasi Pengujian Pada Google Map Gambar 4.31 Signal strength Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.32 Signal strength Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.33 RSSI Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.34 RSSI Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.35 RSRP dan RSRQ Sebelum Menggunakan Antena Gambar 4.36 RSRP dan RSRQ Setelah Menggunakan Antena Gambar 4.37 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Pertama Gambar 4.38 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Kedua Gambar 4.39 Performansi Antena Yagi Pada Lokasi Ketiga xvi

17 DAFTAR SINGKATAN DAN ISTILAH BTS = Base Transceiver Station 3GPP = 3rd Generation Partnership Project UHF = Ultra High Frequency SWR = Standing Wave Ratio RSSI = Received Signal strength Indicator RSRP = Reference Signal Received Power RSRQ = Reference Signal Received Quality xvii

18