SIMULASI MODEL INDOOR CEILING MOUNT ANTENNA SEBAGAI PENGUAT SINYAL WI-FI MENGGUNAKAN SIMULATOR ANSOFT HFSS V10.0 Hermanto Siambaton, Ali Hanafiah Rambe Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: hsiambaton@yahoo.com Abstrak Indoor Ceiling Mount Antenna merupakan salah satu antena Omni Directional yang sangat pesat perkembangannya dalam sistem telekomunikasi dan salah satu aplikasinya dipakai sebagai penguat sinyal Wi-Fi (Wireless Fidelity) di dalam ruangan (indoor). Adapun penggunaan antena ini dapat mengakses jaringan wi-fi dari ruang kelas ke seluruh ruangan kampus atau dari kantor ke kantor yang berlainan dan antar gedung. Paper ini membahas tentang cara mensimulasikan sebuah antena Ceiling Indoor dengan model no:ylxd-08/25-3m yang bekerja pada pita frekuensi 1710-2500 MHz, gain 4 dbi, VSWR 1,5 dan impedansi masukan 50 Ω yang dimodelkan dengan menggunakan simulator Ansoft HFSS v10.0. Dari hasil simulasi diperoleh gain sebesar 5,17 dbi dan VSWR sebesar 1,37 serta hasil perhitungan secara teoritis diperoleh gain sebesar 3,62 dbi dan VSWR sebesar 1,45. Kata Kunci: Antena Ceiling Indoor, Antena Horn Konikal, Wi-Fi 1. Pendahuluan Memasuki era Teknologi Informasi (TI) saat ini, perusahaan atau penyedia jasa layanan informasi, selain dituntut menyediakan sumber daya informasi seperti perangkat keras dan perangkat lunak, juga dituntut untuk menyediakan sumber daya manusia (SDM) yang ahli dalam bidang tersebut. Proses pengiriman informasi data ke penerima menggunakan teknologi jaringan komputer, dan mengalirkan data informasi ke seluruh lini perusahaan ataupun pelanggan informasi data. Hampir semua jaringan komputer saat ini menggunakan kabel sebagai sarana penghubung (wired network). Permasalahannya, jangkauan kabel yang terbatas, dan disamping pertimbangan harga, kecepatan instalasi dan kemudahan perawatan telah mengilhami para ahli teknologi informasi untuk menciptakan jaringan wireless. Oleh karena itu, diperlukanlah teknologi jaringan wireless atau jaringan tanpa kabel. Salah satu jenis antena yang dipakai untuk penguatan sinyal wireless adalah Indoor Ceiling Mount Antena atau disebut juga antena Ceiling Indoor. 2. Indoor Ceiling Mount Antenna Antena ini merupakan salah satu antena Omni Directional yang meradiasikan sinyal ke semua arah secara horizontal, tetapi juga menunjukkan adanya direktivitas dalam arah vertikal dengan mengonsentrasikan energinya ke bentuk kue donat [1]. Penggunaan antena Ceiling Indoor ini cocok digunakan untuk basement lantai dasar atau lantai satu bangunan, ruko, rumah, gedung pabrik, toko, gedung parkir, maupun gedung perkantoran [2]. Tujuan dari penggunaan antena ini adalah untuk memperbaiki kualitas sinyal dan trafik di dalam gedung yang memiliki kualitas sinyal jelek atau memiliki trafik yang sangat padat. Kasus ini sering terjadi pada basement atau lantai dasar suatu gedung. Hal ini disebabkan karena redaman (loss) oleh bangunan terhadap daya sinyal dari dari BTS (Base Transcever Station) terdekat. Untuk memperbaiki level sinyal tersebut, maka diperlukanlah penguat sinyal wi-fi [3]. Antena Ceiling Indoor ini bentuknya seperti lampu, yang apabila penutupnya dibuka, maka didalamnya terdapat bahan-bahan antena yang sebagian besar terbuat dari aluminium dan tembaga, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. -110- copyright @ DTE FT USU
Antena ini mirip dengan antena Horn Konikal, maka untuk mencari parameter antena Ceiling Indoor ini sama cara dengan mencari parameter dari antena Horn Konikal. Untuk mencari parameter tersebut, terlebih dahulu harus ditentukan panjang gelombang antena di ruang bebas ( o) yang ditunjukkan pada Persamaan 1 [4]. = (1) Gambar 1 Indoor Ceiling Mount Antenna tanpa penutup Secara umum geometri parameter antena Ceiling Indoor ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2 dan parameter bidang antena inilah yang digunakan untuk mencari perhitungan gain dan VSWR secara teori. Setelah nilai ( ) diperoleh, maka dicari frekuensi kerja antena secara teori yang ditunjukkan pada Persamaan 2. = (2) Maka, panjang gelombang pada saluran transmisi antena Ceiling Indoor ( ) dapat dihitung dengan Persamaan 3. = (3) dan impedansi karakteristik antena Ceiling Indoor diperoleh dengan Persamaan 4. dimana, = 50 (4) = ( ) (5) Gambar 2 Keterangan : R = Geometri Parameter Bidang Antena Ceiling Indoor jarak dari waveguide ke bidang corong antena B (3,5 cm) Keterangan : W = lebar saluran pencatu = konstanta dielektrik antena ( aluminium = 9,8) B = diameter bidang corong antena yang lebih luas (10,11 cm) C = kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x10 m/s) B = diameter bidang corong antena yang kecil (4 cm) f = frekuensi kerja antena (frekuensi tengah antena) a = jari-jari tengah diameter corong antena B (2 cm) -111- copyright @ DTE FT USU
Dari nilai impedansi beban diatas maka dicari koefisien refleksi ( ) dengan menggunakan Persamaan 6. = (6) VSWR 1,5 Impedance (Ω) 50 Maximum Input Power (W) 100 Selanjutnya dari nilai koefisien diatas maka dicari VSWR secara teori dengan menggunakan Persamaan 7 [5]. Material Installation Kits Aluminium Alloy Plastic = (7) Sedangkan untuk pencarian direktivitas, yaitu dengan cara menggunakan Persamaan 8. ( )= 10 (. ) (8) Keterangan : a = Parameter dari antena yaitu jari-jari tengah bidang corong antena B Model Indoor Ceiling Mount Antenna yang akan dimodelkan memiliki tinggi dan diameter elemen yang ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2 Nama Elemen Reflektor Ukuran Indoor Ceiling Mount Antenna Tinggi (cm) 0,12 Diameter Atas (cm) 18 Diameter Bawah (cm) 18 Setelah direktivitas didapatkan, maka dilakukanlah pencarian untuk gain dengan menggunakan Persamaan 9 [6]. Cone_1 Cone_2 6 3,82 10,11 4 0,5 10,11 = е. % (9) Cone_3 1,3 0,5 0,5 Keterangan: Cylinder_1 0,7 0,6 0,6 = efisiensi antena 70% 3. Spesifikasi Model Indoor Ceiling Mount Antenna Tabel 1 menunjukkan spesifikasi dari antena Ceiling Indoor sebagai penguat sinyal Wi-Fi. Tabel 1 Spesifikasi antena Ceiling Indoor sebagai Penguat Sinyal Wi-Fi Electrical Specifications Nilai Freq.Range (MHz) 1710 2500 Polarization Half-Power Horizontal Beamwidth (º ) Vertikal 360 Electrical Down Tilt (º) 30 Gain (dbi) 4 Perancangan model Indoor Ceiling Mount Antenna pada simulator Ansoft HFSS terdiri atas -112- copyright @ DTE FT USU
beberapa tahapan, seperti yang pada Gambar 3. ditunjukkan Gambar 4 Contoh Tampilan 3D Ansoft HFSS v10.0 5. Hasil Rancangan Perancangan simulasi yang telah selesai akan menghasilkan sebuah bangunan antena Ceiling Indoor yang telah kompleks, ditunjukkan seperti pada Gambar 5. Gambar 3 Diagram alir pemodelan Indoor Ceiling Mount Antenna 4. Perancangan Model Indoor Ceiling Mount Antenna Antena Ceiling Indoor ini dimodelkan dengan menggunakan simulator dansoft HFSS v10.0. Adapun digunakannya simulator Ansoft HFSS versi 10.0 karena simulator tersebut memiliki kemampuan memodelkan antena dalam bentuk 3D (3 Dimensi) yang memiliki volume berubah-ubah dan dapat mengkalkulasi dan menghitung parameter-parameter antena tersebut. Selanjutnya pada Gambar 4, ditunjukkan suatu contoh tampilan pemodelan 3D dari simulator Ansoft HFSS v10.0. Gambar 5 Hasil Rancangan Antena Ceiling Indoor 6. Hasil Simulasi Setelah proses perancangan selesai, maka akan dilanjutkan proses analisa. Setelah proses analisa selesai, maka dapat ditampilkan gain dan grafik VSWR. 6.1 Gain Hasil simulasi dari perancangan yang dibuat akan ditampilkan seperti pada Tabel 3, yaitu tampilan hasil gain yang didapat. -113- copyright @ DTE FT USU
Tabel 3 Gain yang didapat 7. Analisa Perbandingan antara Hasil Simulasi dengan Hasil Perhitungan Secara Teori Tabel 4 memperlihatkan perbandingan data hasil simulasi dengan hasil secara teori dari antena Ceiling Indoor. Tabel 4 Pencapaian spesifikasi antena pada frekuensi 1710 MHz-2500 MHz Dari Tabel 3 yang ditunjukkan, dapat dilihat bahwa pencapaian gain tertinggi dari hasil simulasi model antena yang dibuat adalah sebesar 5,172606 dbi pada posisi 35 derajat. 6.2 VSWR Hasil simulasi dari perancangan yang dibuat akan ditampilkan seperti pada Gambar 6, yaitu hasil VSWR yang didapat adalah 1,37. PARAMETER ANTENA NILAI SIMULASI TEORI Frekuensi Kerja 1710-2500 MHz 2054 MHz VSWR 1,37 1,45 Gain 5,17 dbi 3,62 dbi Dari Tabel 4, dapat diketahui bahwa antena Ceiling Indoor yang dirancang telah mampu memenuhi pencapaian parameter yang diinginkan. Pada saat simulasi, nilai VSWR sebesar 1,45 dan pengujian secara teori 1,37 telah memenuhi hasil pencapaian parameter yang diinginkan karena berada pada 1,5. Pada gain, hasil yang didapatkan pada saat simulasi adalah sebesar 5,17 dbi, sedangkan pada perhitungan secara teori didapatkan gain sebesar 3,62 dbi dan mendekati hasil parameter yang diinginkan. Hal ini disebabkan karena simulasi masih kurang teliti dan tidak memperhitungkan tingkat temperatur dan kelembapan udara. Gambar 6 Grafik VSWR Indoor Ceiling Mount Antena yang dimodelkan Dari Gambar 6, nilai VSWR yang diperoleh dapat dilihat bahwa pada frekuensi kerjanya atau frekuensi tengah antenanya 2,10 GHz adalah 1,37. Sedangkan pada frekuensi 1,7 GHz terlihat VSWR nya 2,48 dan VSWR nya terlihat menurun pada frekuensi 2,11 GHz sebesar 1,35 dan pada frekuensi 2,5 GHz naik VSWR nya sedikit sebesar 1,48. Hasilnya telah memenuhi karena VSWR simulasi berada pada 1,5. 8. Kesimpulan Dari hasil analisis pemodelan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. 1. Indoor Ceiling Mount Antenna merupakan antena Omni Directional karena memiliki pola pancaran sinyal ke segala arah dengan daya yang sama sampai 360 derajat terlihat dari bentuk pola radiasinya. 2. Semakin besar dimensi model antena yang digunakan, maka perolehan gain dan VSWR akan semakin besar juga. 3. Antena Ceiling Indoor yang di pabrikan memiliki gain 4 dbi pada frekuensi 1710-2500 MHz. Hasil gain pengujian ini lebih baik dibandingkan dengan hasil gain simulasi yaitu 5,17 dbi dan hasil pencarian gain secara teori mendekati gain hasil pabrikan yaitu 3,62 dbi. Perbedaan ini -114- copyright @ DTE FT USU
disebabkan berbagai hal antara lain alat penguji yang digunakan pada pabrikan lebih bagus ketelitiannya. 4. Berdasarkan data pabrikan diperoleh nilai VSWR adalah 1,5 sedangkan hasil simulasi adalah sebesar 1,37 dan hasil perhitungan secara teori adalah sebesar 1,45. Ini membuktikan bahwa hasil simulasi dan hasil teori mendekati data pabrikan sebenarnya. 9. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh dosen serta semua pihak yang sudah membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan paper ini. 10. Daftar Pustaka [1] Wowok, 2008, Antena Wireless untuk Rakyat, Edisi Pertama, Penerbit Andi: Yogyakarta, hal.13-28. [2] Anonim, 2010, Antena Ceiling Lampu Indoor, Globalrepeater. http://www.globalrepeater.com/kategori - produk?page=shop.product_detail&flyp age.tpl&product_id=64&category_id=1 2 (Diakses pada tanggal 28 November 2013). [3] Iman, 2010, Indoor Building Coverage, IT Telkom Digital Library. http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php?o ption=com_content&view=article&id=6 82:ibc&catid=10:jaringan&Itemid=14 (Diakses pada tanggal 28 November 2013). [4] Huang and Boyle,, "Antennas From Theory To Practice, A John Wiley and Sons, United Kingdom, hal.170. [5] Neronzie, 2013, Rancang Bangun Antena Mikrostrip Pacth Circular (2,4 GHz) dengan Teknik Planar Sebagai Penguat Sinyal Wi-Fi, Medan, Universitas Sumatera Utara, hal.11. [6] Balanis, Constantine A, 2005, Antenna Theory Analysis and Design, A John Wiley and Sons, United Kingdom, hal.781-786. -115- copyright @ DTE FT USU