RANCANG BANGUN ANTENA SLOT OMNIDIRECTIONAL 13 dbi UNTUK APLIKASI WIRELESS LOCAL AREA NETWORK (LAN) LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Oleh : Rahmi Sari Marina Daulay NIM :1205062094 Silvia Aggraini NIM :1205062100 PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Pertumbuhan teknologi komunikasi semakin meningkat, contohnya teknologi tanpa kabel yaitu Wireless LAN. Komunikasi tanpa kabel bisa leluasa mengakses internet hanya berbekal laptop dan smartphone, namun jarak cakupan Wifi hanya sebatas satu area saja dengan ini dibuat antena omni slot untuk memancarkan wifi kesegala arah dengan cakupan yang lebih jauh dan menguatkan sinyal wifi sehingga sinyal wifi yang diakses oleh client tidak terputus putus lagi. Pada tugas akhir ini dirancang antena slot omnidirectional yang beroperasi pada frekuensi kerja 2,4GHz dengan bahan alumunium yang tebalnya 1,5 mm dengan spesifikasi antena yaitu impedansi input 50Ω, VSWR 1,5, polarisasi horizontal, 16 buah slot dan polaradasi omnidirectional. Antena ini di didesain dengan menggunakan software CST 2009, setelah hasil simulasi didapatkan beroperasi pada daerah frekuensi kerja yang diinginkan dan spesifikasi antena yang diharapkan maka dilakukan proses pabrikasi. Pengukuran antena ini menggunakan tambahan perangkat access point 2,4Ghz dimana hasil pengukuran gain antena sebesar 13 dbi dengan jarak maksimum 200 meter yang dapat menguatkan sinyal wifi ketika antena diletakkan diluar ruangan (Outdoor) dengan arah polaradiasi Omnidirectional yaitu pola pemancaran sinyal wifi ke segala arah. Kata Kunci : Antena Slot, Wireless LAN, Gain 13 dbi iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkah, kasih dan kesempatan yang dianugrahkan-nya yang memberikan kekuatan dan pengetahuan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Rancang Bangun Antena Slot Omnidirectional 13 dbi Untuk Aplikasi Wireless Local Area Network (LAN) Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas Akhir ini akan membahas bagaimana cara pembuatan antena slot, membandingkan penguatan sinyal (Gain) dengan menggunakan antena slot dan antena access point dan menguji polaradiasi antena. Dalam penulisan laporan ini, penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun sumbangan pemikiran. Oleh sebab itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan material, spiritual maupun bimbingan, terutama kepada : 1. Orangtua kami tercinta yang telah membantu dan memberikan dukungan baik moril maupun materil. 2. Bapak Wiwinta Sutrisno,ST.,MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dan membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. iv
v 3. Bapak M. Syaruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Junaidi, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 5. Bapak Ir. Suhaili Alifuddin, M.eng, Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 6. Seluruh Staf dan Dosen Jurusan Teknik Elektro khususnya Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 7. Rekan-rekan seperjungan TK-6A, TK-6B, TK-6C, dan TK-6D, dan khususnya buat teman-teman kelas TK-6C, dan buat teman-teman yang telah banyak membantu penulis menyelesaikan proyek Tugas Akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini masih memiliki keterbatasan dalam segala hal sehingga mungkin masih banyak kekurangan ataupun kelemahan dalam penyusunannya. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya. Medan, September 2015 Hormat kami, Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR SAMPUL LEMBAR PERSETUJUAN...i LEMBAR PENGESAHAN...ii ABSTRAK...iii KATA PENGANTAR...iv DAFTAR ISI...vi DAFTAR GAMBAR...x DAFTAR TABEL...xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Perumusan Masalah...3 1.3 Tujuan...3 1.4 Batasan Masalah...3 1.5 Metode Penelitian...4 1.6 Sistematika Penulisan...5 BAB II DASAR TEORI 2.1 Defenisi Antena...7 2.2 Cara Kerja Antena...7 2.3 Parameter Antena...8 2.3.1 Impedansi Input (input Impedance)...9 vi
vii 2.3.2 Matched Impedance...10 2.3.3 Bandwidth...12 2.3.4 Polaradiasi Omnidirectional...13 2.3.5 Gain Antena...13 2.3.6 Polarisasi...15 2.4 Jenis Jenis Antena Wifi...16 2.4.1 Antena Grid...16 2.4.2 Antena Sectoral...17 2.4.3 Antena Flat...17 2.4.4 Antena Rocket...18 2.4.5 Antena Omnidirectional...18 2.5 Antena Slot...19 2.5.1 Jenis Jenis Antena Slot berdasarkan polaradiasi...20 2.5.2 Pengaplikasian Antena Slot...22 2.6 Kabel Coaksial (Kabel RG-58)...23 2.7 Konektor N...24 2.7.1 Konektor N Male...24 2.7.2 Konektor N Female...24
viii 2.8 Konektor SMA...24 2.9 Wifi...25 2.10 Standarisasi Wifi...25 2.11 Perangkat Hardware Wireless...25 2.7.1 Access Point TL-WR740N...26 2.12 Software Antena...26 2.12.1 CST 2009...26 2.12.1 Wifi Analyzer...27 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ANTENA SLOT OMNIDIRECTIONAL 13 dbi 3.1 Realisasi Antena...28 3.2 Tahapan Realisasi Antena...28 3.3 Spesifikasi Antena...31 3.4 Simulasi...32 3.5 Dimensi Antena...36 3.6 Realisasi Pembuatan Antena...38 3.7 Penyettingan Account Access Point...43
ix BAB IV PENGUJIAN ANTENA DAN ANALISA DATA 4.1 Pengujian Antena Slot...47 4.1.1 Pengukuran Gain Antena...47 4.1 Analisa Data...57 4.1.1 Pengukuran Gain Antena...57 4.1.1 Pengukuran Polaradiasi...60 4.1.1 Perhitungan Arus Terima...64 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan...65 5.2 Saran...65 Daftar Pustaka...67 Lampiran...69
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pemancar gelombang radio... 8 Gambar 2.2 Pola Radiasi Omnidirectional... 13 Gambar 2.3 Arah Rambat Polarisasi... 16 Gambar 2.4 Antena grid 5,8 Ghz... 16 Gambar 2.5 Antena grid 2,4 Ghz... 17 Gambar 2.6 Antena sectoral... 17 Gambar 2.7 Antena flat... 18 Gambar 2.8 Antena roket 30dBi 5,8 Ghz... 18 Gambar 2.9 Antena omnidirectional... 19 Gambar 2.10 Antena Slot... 20 Gambar 2.11 Antena Slot Omnidirectional... 22 Gambar 2.12 Antena Slot Sectoral... 39 Gambar 2.13 Kabel Koaksial ( Kabel RG-58)... 23 Gambar 2.14 Konektor N male dan Female... 24 Gambar 2.15 Konektor SMA... 24 Gambar 2.16 Access Point... 26 Gambar 2.17 Tampilan Awal Software CST... 27 x
xi Gambar 3.1 Flowchart Realisasi Antena... 30 Gambar 3.2 Antena yang akan disimulasikan... 32 Gambar 3.3 Analytical Line Impedance pada Macros -Calculate Software CST 33 Gambar 3.5 Hasil Simulasi Antena slot. Return Loss (db) vs Frekuensi (GHz)...33 Gambar 3.6 Gambar VSWR... 34 Gambar 3.7 Pola Radiasi 3 Dimensi... 35 Gambar 3.8 DimensiAntena... 36 Gambar 3.9 Aluminium yang dipotong... 39 Gambar 3.10 Alumunium yang sudahdiukur slot-slotnya... 39 Gambar 3.11 Proses Pengeboran Slot... 40 Gambar 3.12 Slot yang siap dikikir... 40 Gambar 3.13 Penutup Antena... 41 Gambar 3.14 Penutup antenna telah dipasang pada ujung antenna atas dan bawah... 41 Gambar 3.15 Konektor N telah dipasang pada antena dan U bolt.42 Gambar 3.16 Memasang U-Bolt pada antena... 42 Gambar 3.17 Jendela Autentifikasi Pada Access Points... 44 Gambar 3.18 TP link dari Access Point... 44 Gambar 3.19 TP link berupa Network... 45 Gambar 3.20 Pengetesan Access Point dengan Quick Setup... 46
xii Gambar 4.1 Antena Access Point... 62 Gambar 4.2 Antena slot... 49 Gambar 4.3 Hasil pengukuran pada jarak 0-1 meter (Antena Access Point) 50 Gambar 4.4 Hasil Pengukuran pada jarak 0-1 meter (Antena Slot)... 50 Gambar 4.5 Hasil pengukuran pada jarak 200 meter (Antena Access Point)... 51 Gambar 4.6 Hasil Pengukuran pada jarak 200 meter (Antena Slot)... 51 Gambar 4.7 Grafik perbandingan antenna slot dengan antenna access point... 52 Gambar 4.8 Hasil pengukuran di Ruangan RC 105 (Antena Access Point)... 53 Gambar 4.9 Hasil pengukuran di Ruangan RC 105 (Antena Slot)... 53 Gambar 4.10 Hasil pengukuran di Ruangan RC 107 (Antena Access Point)... 54 Gambar 4.11 Hasil pengukuran di Ruangan RC 105 (Antena Slot)... 54 Gambar 4.12 Hasil pengukuran di Ruangan RC 102 (Antena Access Point)... 55 Gambar 4.13 Hasil pengukuran di Ruangan RC 102 (Antena Slot)... 55 Gambar 4.14 Pola Radiasi Antena Slot... 63
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standarisasi Wifi... 25 Tabel 3.1 Dimensi Antena... 32 Tabel 4.1 Data pengukuran kekuatan signal dan signal+noise pada kondisi Luar Ruangan ( Outdoor)... 52 Tabel 4.2 Data pengukuran kekuatan signal dan signal+noise pada kondisi ruangan bersekat... 56 Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Pola Radiasi... 61 xiii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Betapa nyamannya hidup ini, jika tanpa kabel bisa leluasa mengakses internet hanya berbekal laptop, PDA atau smartphone. Solusi Wireless Fidelity alias WiFi merupakan salah satunya dengan layanan titik catu (hotspot) di beberapa tempat seperti di mal, kafe, bandara, hotel, kampus serta tempat yang berpotensi dalam pengumpulan massa. Dengan adanya WiFi mempermudah akses internet tanpa perlu ke warnet. Untuk dapat berkomunikasi secara wireless dibutuhkan suatu antena yang mendukung fasilitas tersebut. Antena merupakan komponen yang sangat penting dalam telekomunikasi khususnya komunikasi radio, baik yang bersifat broadcast, point to point maupun seluler. Antena berfungsi sebagai tranducer, yang mengubah gelombang listrik pada saluran transmisi menjadi gelombang elektromagnetik pada ruang bebas. Setiap antena memiliki frekuensi kerja tertentu, dimana antena dapat menerima dan memancarkan gelombang secara optimal. Ilmu pengetahuan mengenai antena masih perlu dikembangkan untuk aplikasi-aplikasi komunikasi, khususnya di Indonesia. Salah satu contoh antena yang perlu dikembangkan adalah slot waveguide, dengan kemajuan teknologi khususnya teknologi wireless saat ini yang terus berkembang. Antena slot waveguide yang sedang dikembangkan ini akan digunakan sebagai antena penerima untuk sistem wireless internet. Dasar dari slot ini adalah merupakan pelewatan berkas gelombang melalui celah pada waveguide yang panjangnya ½ panjang gelombang. Untuk itu 1
2 umumnya dibuat beberapa slot yang simetrik. Slot pada berfungsi seperti busur kawat yang panjangnya sesuai dengan panjang bentuk slot tersebut. Pada proyek akhir ini akan dirancang dan direalisasikan antena slot waveguide, terdiri dari empat buah slot yang diposisikan vertikal untuk memberikan kemudahan dalam merancang dan membuat antena tersebut. Dimanapanjang masing-masing slot yaitu ½ panjang gelombang di udara (λo) dan jarak antara slot yang satu dengan yang lain yaitu ½ panjang gelombang (λg). Beberapa slot yang dibuat simetrik akan meningkatkan penguatan, semakin banyak slot semakin tinggi gain. Tetapi, ada batas kejenuhan dari jumlah slot yang membuat kenaikan gain tidak signifikan, sehingga penggunaan beberapa slot benar-benar harus dicermati untuk mengurangi penggunaan yang boros. Pada tugas akhir ini, akan dirancang antena slot dengan jumlah slot 16 buah. Adapun spesifikasi teknik antena untuk wireless LAN sebagai berikut : Frekwensi : 2,37 2,48 GHz Gain : 13 dbi Polarisasi : Horizontal Aplication : Outdoor Long directional Connection VSWR : 1.5 Impedance : 50 Ohm Dimension :147cm x 10cm x 4,6cm
3 1.2 Perumusan Masalah Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam proyek tugas akhir ini adalah: 1.2.1 Bagaimana merancang antena sectoral 16 slot Untuk aplikasi Wireless LAN. 1.2.2 Bagaiamana membuat antena slot dengan gain 13 dbi pada VSWR 1.5. 1.3 Tujuan Penulisan Laporan Tujuan utama dalam pembuatan laporan tugas akhir ini adalah: 1.3.1 Sebagai salah satu mata kuliah tugas akhir pada semester VI untuk pendidikan Diploma III bagi mahasiswa jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Negeri Medan 1.3.2 Menerapkan sistem ilmu yang diberikan selama kuliah 1.4 Batasan Masalah Untuk mendapatkan pembahasan semaksimal mungkin dan agar mudah dipahami serta menghindari pembahasan yang terlalu meluas maka pembahasan masalah yang akan diuraikan sangat dibutuhkan. Adapun batasan masalah yang akan dibahahas dalam Laporan Tugas Akhir ini adalah 1.4.1 Antena ini dibuat dari alumunium yang tebalnya 1,5 mm yang pola radiasinya omnidirectional dengan frekuensi kerja 2,4 Ghz. 1.4.2 Antena ini didesain sesuai dengan ketentuan berapa jumlah slot yang diinginkan dengan bantuan software CST 2009 antena ini dapat disimulasikan sesuai dengan yang kita inginkan.
4 1.4.3 Pengujian menggunakan Acces Point 2,4 Ghz terhubung dengan antena slot sebagai Transmitter dan menggunakan mobile atau laptop sebagai Receiver yang dilakukan di Lab Telekomunikasi. 1.5 Metode Penelitian Metode yang digunakan pada penelitian dan penulisan laporan tugas akhir adalah : 1.5.1 Desain Antena ini didesain dengan panjang 148cm dan lebar 10cm dengan jumlah slot 16 buah, setiap slot panjangnya 6cm, dengan menggunakan konektor N dan konekto SMA sebagai penghubung dengan Acces Point 2,4 GHz. 1.5.2 Pembahasan Antena ini bekerja pada frekuensi kerja 2,4 GHz, yang digunakan sebagai pemancar wireless agar pengguna dapat menikmati wifi dalam jangkaun yang cukup jauh yang terbuat dengan bahan alumunium yang tebalnya 1,5mm. 1.5.3 Pengujian Pengujian menggunakan Acces Point 2,4 Ghz terhubung dengan antena slot sebagai Transmitter dan menggunakan mobile atau laptop sebagai Receiver dan menggunakan spectrum analyzer untuk pengukuran port tunggal (mengukur VSWR, frekwensi kerja, return loss, dan bandwidth), serta port ganda (mengukur pola radiasi dan gain) yang dilakukan di Lab. Telekomunikasi dan di bandingkan hasilnya dengan perancangan antena.
5 1.5.4 Pembuatan Laporan Akhir Pembuatan Laporan Akhir dibuat untuk bahan referensi dan menjadikan ilmu setiap yang membaca 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tugas akhir ini mengikuti sistematika sebagai berikut ini : BAB 1. PENDAHULUAN Bagian ini terdiri dari latar belakang, tujuan penelitiaan, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan BAB II. DASAR TEORI Bagiaan ini berisi tentang bahasan teori dasar mengenai paremeter antena, teori antena slot, dan dasar-dasar perancangan sistem dengan beberapa faktor pendukung lainnya. BAB III. PERANCANGAN ANTENA DAN PEMBUATAN Bagian ini memberikan penjelasan mengenai perlengkapan yang dibutuhkan dalam perancangan antena 16 slot, prosedur perancangan, hasil simulasi awal, karakterisasi antena untuk mendapatkan spesifikasi yang diinginkan, serta hasil simuasi. BAB IV. FABRIKASI DAN PENGUKURAN ANTENA Bagian ini menjelaskan hasil fabrikasi antena slot berdasarkan hasil simulasi, peralatan yang digunakan untuk pengukuran antena, hasil pengukuran
6 paremeter-paremeter antena yang meliputi pengukuran port tunggal dan port ganda, serta analisis terhadap hasil pengukuran tersebut. BAB V. PENUTUP Berisikan kesimpulan dari seluruh rancangan yang telah dibuat beserta saransaran kepada pembaca guna perbaikan dan pengembangan proyek.