DESAIN DAN PEMBUATAN ANTENA LOG PERIODIC DIPOLE ARRAY (LPDA) PADA RENTANG FREKUENSI 412-810 MHZ LAPORAN TUGAS AKHIR Ditulis untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 oleh : ANA INGIN HARAHAP KHAIRUN NISA NIM : 1205061003 NIM : 1205061018 PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala petunjuk, rahmad, hidayah dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan rancangan proyek dan laporan tugas akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan tugas akhir ini berjudul Desain dan Pembuatan Antena Log- Periodic Dipole Array Pada Rentang Frekuensi 412-810 MHz dengan Gain 9,5 dbi ditulis untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. Dalam laporan ini berisikan bagaimana mendesain dimensi-dimensi fisik, pengukuran pola radiasi dan gain antena Log-Periodic Dipole Array. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak berupa informasi,material maupun spiritual. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, ST, MT, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Junaidi,ST. MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Ir. Suhaili Alifuddin, M.Eng, selaku Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 4. Waldemar Banurea, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing dan selaku dosen wali yang telah banyak meluangkan waktunya untuk memberikan saran dalam penulisan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh Dosen dan Staf Pengajar yang berada di Politeknik Negeri Medan. 6. Orang Tua penulis yang telah memberikan dukungan moril dan material serta doa dalam menyelesaikan laporan ini. 7. Teman-teman satu kelas TK 6A,TK 6C, TK 6D iii
8. Rekan seperjuangan Habib Mahatir, Dedi Setiadi, Wiwin Sijabat, Monika Setiani Gulo, Ruli Rahman Serta Iven Simanjuntak terima kasih atas bantuannya dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari dengan keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang dimiliki, laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi sempurnanya laporan ini di masa mendatang. Penulis mengharapkan agar laporan ini memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis pada khususnya. Medan, Agustus 2015 Hormat kami Penulis iv
ABSTRAK Perkembangan tekhnologi komunikasi tanpa kabel(wireless)pada saat ini sangat berkembang pesat seperti televisi, dan televisi ini membutuh kan antena maka disini penulis mendesain dan membuat antenna log periodic dipole array yang mempunyai bandwidth yang lebar serta memiliki daya pancar dan daya penerima yang lebih baik dibandingkan antena lainnya. Pada proyek tugas akhir ini dirancang suatu antenna Log-Periodic Dipole Array yang bekerja pada frekuensi 412-810 MHz dengan VSWR kurang dari pada 1,2. Antena yang akan dibuat adalah log-periodic dipole array 12 elemen. Antena LPDA merupakan contoh antenna wideband yang dapat didesain sesuai dengan penggunaannya. Antena ini tersusun dari elemen-elemen dipole dimana sudut puncaknya mempengaruhi parameter-parameter antena (τ,σ). Rentangf rekuensi kerja antena LPDA ini antara 412-810 MHz, sehingga memungkinkan untuk aplikasi televisi. Antena LPDA ini didesain dengan menggunakan bahan aluminium sebagai batang feeder line dan elemen dipole. Dari hasil pengujian pada antenna dengan rentang frekuensi 412-810 MHz, dimana dari hasil pengukuran koefisien pantul mulai dari frekuensi 412-810 MHz diperoleh nilai VSWR kurang dari 1,2. Kata Kunci: LPDA, VSWR, Gain, Direktivitas, Wideband v
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii ABSTRAK... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Perumusan Masalah... 3 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metodologi Penulisan... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 6 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Pengertian dan Fungsi Antena... 8 2.1.1 Jenis-jenis Antena... 8 2.1.1.1 Antena Isotropis... 8 2.1.1.2 Antena Omnidirectional... 9 2.1.1.3 Antena Directional... 9 viii
2.1.1.4 Antena Phase Array... 10 2.1.1.5 Antena Optimal... 10 2.1.1.6 Antena Adaptif... 10 2.2 Sistem Koordinat Bola... 11 2.3 Direktivitas...13 2.4 Gain Antena...14 2.5 Hubungan Gain antena dan direktivitas antena...15 2.6 Formula Transmisi Friis...15 2.7 Susunan dipole...15 2.8 Penentuan tegangan, arus dan impedansi dilihat dari sumber atau beban...19 2.9 Pantulan gelombang...21 2.10 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)...22 2.11 Balun...24 BAB 3 DESAIN DAN PEMBUATAN ANTENA 3.1 Konstruksi Antena LPDA Hubungan Coaxial... 28 3.2 Desain Antena Log-Periodic Dipole Array... 29 3.3 Diagram Alir... 39 3.4 Pembuatan Antena... 41 3.4.1 Daftar Bahan Komponen dan Peralatan yang digunakan... 41 3.4.2 Tahapan-Tahapan Pembuatan Antena... 42 viii
BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengukuran Antena... 49 4.1.1 Pengukuran Gain, Pola Radiasi Dan Direktivitas Antena... 49 4.1.2 Pengukuran Koefisien Pantul Antena... 61 4.2 Analisa Data-Data dan Hasil Pengukuran... 76 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 77 5.2 Saran... 77 DAFTAR PUSTAKA... 78 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2-1 Sistem Koordinat Bola... 12 2-2 Konfigurasi Antena LPDA... 16 2-3 Gain Antena LPDA sebagai fungsi dari tau (τ), sigma (σ)... 17 2-4 Tegangan Generator yg tersambung ke beban melalui sal.transmisi... 19 2-5 Balun pada Antena LPDA... 21 2-13 Balun... 25 3-1 Konstruksi antena log-periodic dipole array hubungan coaxial... 27 3-2 Diagram alir proses perancangan, pembuatan dan pengujian antena... 29 3-3 Pemotongan Elemen... 39 3-4 Pengikiran Elemen yg sudah dipotong... 42 3-5 Elemen elemen yang sudah dirapikan sesuai ukurannya... 43 3-6 Pemotongan Feeder line... 43 3-7 Feeder line yang telah dirapikan... 44 3-8 Pengeboran Feeder Line... 44 3-9 Pemotongan Spacer... 45 3-10 Pengeboran Spacer... 46 3-11 Speacer yang telah di bor... 46 3-12 Elemen elemen Dipole serta spicer yang telah di pasang... 47 3-13 Antena prototype dari hasil design dan pembuatan... 48 4-1 Set-up pengukuran gain dan pola radiasi antena... 49 x
4-2 Pemasangan Antena dan Instrumen... 51 4-3 Spectrum Analyzer untuk Mengukur Daya Terima Antena LPDA... 52 4-4 Kurva Gain VS Frekuensi... 54 4-5 Tampilan utama Scientech RPP2261A... 58 4-6 Tampilan Manual Entry... 58 4-7 Mengatur Angel step pada Manual Entry... 59 4-8 Data yang dimasukkan pada Manual Entry...59 4-9 Bentuk Polaradiasi Antena LPDA pada frekuensi 434 MHz... 60 4-10 Set-Up Pengukuran Koefisien Pantul Antena...62 4-11 RF Impedance Analyzer untuk Mengukur Koefisien Pantul...62 4-12 Kurva VSWR versus Frekuensi...75 xi
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 3-1 Parameter-Parameter Antena Hasil Desain... 36 3-2 Panjang Elemen-Elemen Dipole (l n ) dan l n... 37 3-3 Jarak Diantara Elemen-Elemen Dipole yang Berdekatan... 37 3-4 Diameter Setiap Elemen-Elemen Dipole... 38 4-1 Hasil pengukuran Gain Antena LPDA... 52 4-2 Hasil pengukuran pola radiasi dan direktivitas antena... 55 4-3 Hasil Pengukuran Koefisien pantul dan VSWR antena... 63 xi
1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam suatu system telekomunikasi tanpa kabel (wireless), gelombang elektromagnetik merambat dari pemancar ke penerima melalui ruang bebas (free space) dimana pada system tersebut digunakan antena. Antena yang terpasang pada pesawat pemancar disebut antena pemancar dan antena yang terpasang pada pesawat penerima disebut antena penerima, antena yang dipasang pada pesawat pemancar dan penerima (transceiver) disebut antena transceiver, untuk keperluan komunikasi titik ke titik diperlukan antena yang mempunyai pengarahan (direktivitas), dan untuk keperluan sistem telekomunikasi wideband diperlukan suatu antena jenis wideband. Untuk meningkatkan manfaat dari suatu sistem antena, sebuah antena dapat didesain beroperasi pada rentang frekuensi lebar yang dapat meliputi hingga dua atau lebih band sistem telekomunikasi, untuk ini digunakan antena tipe wideband. Tipe antena log periodic dipole array (LPDA), mempunyai daerah operasi idealnya tidak tergantung frekuensi. Salah satu kelas antena diantara LPDA adalah antena LPDA hubungan coaxial, dimana antena ini dapat dioperasikan pada bandwidth yang lebar (Constantine, 2005).
2 Disebut antena Log-Periodic karena variasi-variasi yang periodic dari parameter-parameter antena ini seperti pola radiasi, direktivitas, beamwidth, voltage standing wave ratio (VSWR), dan koefisien pantul, sebagai fungsi dari logritma frekuensi. Walaupun secara teori bahwa daerah operasi antena ini tidak tergantung frekuensi tetapi dalam prakteknya bandwidth keseluruhan daerah operasi antena ditentukan oleh jumlah pengulangan putaran-putaran yang dihasilkan oleh bentuk desain strukturnya, dimensi geometrinya seperti panjang elemen-elemen, jarak diantara elemen-elemen, jarak pusat ke pusat dari saluran pengumpan, diameter elemen-elemen akan naik secara logaritma. Rentang frekuensi operasi antena jenis log periodic dipole array ditentukan oleh elemen terpendek yang menentukan frekuensi batas atas dan elemen terpanjang yang menentukan frekuensi batas bawah. Antena dikonstrusi dengan cara menghitung dimensi elemen-elemen fisik antena, kemudian elemen-elemen antena disambungkan dengan menggunakan saluran pengumpan (feeder line) yang terbuat dari pipa aluminium berbentuk round. 1.2 Perumusan Masalah Permasalahan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana dimensi-dimensi fisik antena hasil rancangan? 2. Bagaimana gambar bentuk pola radiasi antena hasil rancangan? 3. Berapa direktivitas antena? 4. Berapa rentang frekuensi operasi antena pada gain yang diinginkan? 5. Berapa rentang frekuensi operasi antena pada nilai VSWR tertentu?
3 1.3 Batasan Masalah Pada pembuatan Antena ini, yang dilakukan yaitu mendesain, membuat, dan mengukur pola radiasi, gain, VSWR antena, dan tidak menguji coba lapangan. 1.4 Tujuan Tujuan utama dalam pembuatan Proyek Tugas Akhir ini adalah : a. Mengetahui dimensi-dimensi fisik antena hasil rancangan. b. Mengetahui gambar bentuk pola radiasi antena hasil rancangan. c. Mengetahui direktivitas antena. d. Mengetahui rentang frekuensi operasi antena pada gain yang diinginkan. e. Mengetahui rentang frekuensi operasi antena pada nilai VSWR tertentu. f. Membuat serta menguji antena Log-Periodic Dipole Array pada rentang frekuensi 412-810 MHz dengan gain antena 9,5 dbi.
4 1.5 Metodologi Penulisan Metode yang dilakukan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi Literatur Mempelajari prinsip kerja antena Log-Periodic Dipole Array dari situs internet dan sumber buku yang memberikan penjelasan serta pembahasan tentang antena tersebut. 2. Spesifikasi Mendesain antena dengan spesifikasi sebagai berikut: Gain 9,5 dbi Faktor geometri 0.78 dan faktor jarak 0.1752 Sistem impedansi 50 Ω Sudut puncak 9,06 Bandwidth yang diinginkan 1,966 Jumlah elemen dipole adalah 12 elemen dengan elemen dipole terpanjang 364,1 mm dan elemen dipole terpendek 106,5 mm Jarak diantara elemen-elemen dipole yang berdekatan terpanjang adalah 120,7 mm dan terpendek adalah 39,4 mm Diameter elemen dipole adalah 6 mm Jarak pusat ke pusat dari konduktor-konduktor saluran feeder adalah 26 mm
5 3. Penjadwalan Sebelum melakukan desain antena, terlebih dahulu membuat jadwal dari kegiatan yang akan dilakukan sehingga pekerjaan dapat berjalan teratur. 4. Desain Melakukan perhitungan dan merancang antena Log-Periodic Dipole Array pada rentang frekuensi 412-810 MHz dengan gain 9,5dBi. 5. Pembuatan perangkat antena Memilih komponen dan merakit antena berbentuk Log-Periodic Dipole Array pada rentang frekuensi 412-810 MHz berdasarkan teori antena tersebut. 6. Pengujian laboratorium Melakukan pengujian antena yang telah dibuat di laboratorium dengan alat-alat yang ada pada laboratorium sebelum melakukan uji coba lapangan.
6 7. Analisa data Setelah melakukan pengujian, maka dibuat hasil pengukuran dan analisa terhadap antena tersebut pada rentang frekuensi 412-810 MHz. 8. Kesimpulan Membuat hasil akhir dari pengukuran dan analisa data terhadap antena Log-Periodic Dipole Array. 1.6 Sistematika Penulisan Adapun sistematika pembahasan dalam penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB 1 PENDAHULUAN Berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. BAB 2 DASAR TEORI
7 Berisikan penjelasan mengenai dasar teori komponen utama yang digunakan dalam Mendesain dan Membuat Antena Log-Periodic Dipole Array. BAB 3 METODE DESAIN Berisikan desain mekanik dan desain listrik yang digunakan, serta langkah-langkah Mendesain dan Membuat Antena Log-Periodic Dipole Array. BAB 4 PENGUKURAN LAB, PENGUJIAN LAB DAN ANALISA Berisikan uraian tentang tata cara pengukuran lab, pengujian disertai analisa terhadap hasil pengukuran dan pengujian. BAB 5 PENUTUP Berisikan kesimpulan dari seluruh rancangan yang telah dibuat beserta saran-saran kepada pembaca guna perbaikan dan pengembangan proyek.