DESAIN DAN PEMBUATAN ANTENA LOG-PERIODIC DIPOLE ARRAY PADA RENTANG FREKUENSI 430-1000 MHz DENGAN GAIN 10,5 dbi Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 Oleh : HARRY SANTOSO NIM :1105062066 WIDYANA PARAMITHA NIM : 1105062099 PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Puji syukur dan terima kasih penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Desain dan Pembuatan Antena Log-Periodic Dipole Array pada rentang frekuensi 430-1000 MHz dengan Gain 10.5 dbi. Penulisan Tugas Akhir dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelsaikan program pendidikan Diploma 3 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Tugas Akhir ini akan membahas tentang cara kerja antena log-periodic dipole array dapat digunakan sebagai antena televisi juga dapat digunakan sebagai radio tergantung frekuensi yang digunakan. Dengan demikian antena log-priodic dipole array juga kita dapat mengetahui seberapa besar kekuatan sinyal yang diperoleh, gain, pola radiasi, dan direktivitas antena apabila dibandingkan tanpa menggunakan antena log-periodic diople array. Dalam menyelsaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik berupa moral, materi, spiritual, maupun informasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan yang telah diterima khususnya kepada: 1. M. Syahruddin, S.T, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Junaidi, S.T,M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Polteknik Negeri Medan. 3. Ir. Suhaili Alifuddin, M.Eng selaku Kepala Program Studi Teknik Telekomunikasi politeknik Negeri Medan. iii
4. Waldemar Banurea, ST.MT selaku Pembimbing yang telah meluangkan waktu dan kesempatan untuk memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 5. WiwintaSutrisno,ST.MT selaku Kepala Laboratorium TeknikTelekomunikasi. 6. Bapak/Ibu Dosen beserta staf karyawan Jurusan Teknik Elektro khususnya Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 7. Kepada kedua orang tua penulis, yang dengan tulus dan penuh kebijaksanaan memberikan dukungan moril, materil dan doa kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Seluruh rekan-rekan di TK-6A, TK-6B, TK-6C, TK-6D yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu namanya, kiranya hanya Tuhan Yang Maha Esa yang dapat membalas kebaikan mereka semua. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan dan ketidak sempurnaan. Oleh karena itu, dengan hati terbuka penulis mengharapkan kritik dan sarana yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mengharapkan agar Tugas Akhir ini dapat berguna bagi para pembaca dan kiranya Tuhan Yang Maha Esa senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada kita semua. Medan, 20 Agustus 2014 Hormat Kami, Penulis iv
ABSTRAK Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik. Penerimaan dengan menggunakan antenna akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antenna itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi dalam menangkap sinyal, baik itu sinyal komunikasi maupun sinyal televisi yang menjadikan kebutuhan akan antenna untuk mengatasinya menjadi bertambah. Salah satu cara untuk mengatasi ketidakstabilan sinyal tanpa harus menambah biaya yang dikeluarkan adalah dengan mendesain antena log-periodic dipole array yang beroperasi pada modus. Tugas akhir ini bertujuan untuk mendesain dan membuat antenalog-periodic Dipole Array pada rentang frekuensi 430 1000 MHz dengan gain 10,5 dbi. Dimana, dengan rentang frekuensi 430-1000 MHz antenna ini dapat digunakan sebagai antenna televisi. Antena LPDA ini diharapkan dapat beroperasi pada rentang frekuensi 430 MHz-1000 MHz dengan gain 10,5 dbi dan nilai VSWR lebih rendah dari 1,2. v
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii v vi ix xi BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Kontribusi... 2 1.4 Perumusan Masalah... 2 1.5 Metode Penulisan... 3 1.6 Batasan Masalah... 3 1.7 Sistematika Penulisan... 3 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Pengertian Antena... 5 2.2 Parameter Parameter Antena... 6 2.3 Pola Radiasi... 6 2.4 Direktivitas... 6 2.5 Gain antena... 8 2.6 Hubungan gain antena dan direktivitas antena... 9 2.7 Formula TransmisiFriis... 11 2.8 Antena Log-Periodic Dipole Array... 11 vi
2.8.1 Elemen-elemen LPDA... 12 2.8.2 Penggunaan LPDA... 13 2.8.3 Karakteristik LPDA... 13 2.8.4 Susunan Dipole... 13 2.9 Penentuan tegangan, arus, dan impedansi dilihat13 dari sumber atau beban... 18 2.10 Pantulan gelombang... 19 2.11 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)... 21 2.12 Bandwidth... 22 2.13 BALUN... 24 BAB 3 DESAIN DAN PEMBUATAN ANTENA 3.1 Konstruksi antenna LPDA HubunganSingkat... 28 3.2 Diagram Alir proses analisa, desain, realisasidan Pengujian antena... 29 3.3 Desain Antena Log-Periodic Dipole Array... 31 3.4 Desain dan Pembuatan Antena... 39 3.5 Pembuatan Antena... 42 3.5.1 Daftar, bahan, komponen peralatan dan tools... 42 3.5.2 Tahapan-tahapan pembuatan antenna... 43 BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengukuran Antena... 50 4.2 Pengukuran pola radiasi,direktivitas, dan gain antena... 50 4.2.1 Pengukuran polaradiasidan direktivitas... 51 4.2.2 Pengukuran gain antena... 57 4.3 Pengukuran koefisien pantul antena... 61 4.4 Analisa data-data hasil pengukuran... 77 vii
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 78 5.2 Saran... 79 DAFTAR PUSTAKA... 80 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Antena sebagai Pemancar dan Penerima... 5 2.2 Polaradiasi... 7 2.3 Konfigurasi antenna log-periodic dipole array... 14 2.4 Gain antena LPDA sebagai fungsi dari τ dan σ... 15 2.5 Tegangan Generator... 18 2.6 Gelombang dating dan gelombang pantul... 19 2.7 Konfigurasi Balun... 25 2.8 Balun... 27 3.1 KontruksiAntena log periodic dipole array hubungan coaxial... 29 3.2 Diagram Alir proses analisa, desain, realisasidan Pengujian antena... 30 3.3 Feeder line yang antena yang dipotong sesuai dengan ukuran... 44 3.4 Feederline yang sudah dirapikan... 44 3.5 Proses pemotongan elemen-elemen... 45 3.6 Pemotongan acrylic... 45 3.7 Pengeboran feeder line... 47 3.8 Proses pemasangan elemen-elemen dipole pada feeder line... 47 3.9 Pemasangan spacer... 48 3.10 Pemasangan kabelcoaxial... 48 3.11 Antena prototype dari hasil desain dan pembuatan... 49 4.1 Set-up pengukuran gain dan polaradiasi antenna... 51 4.2 Pengukuran Polaradiasi... 52 4.3 Tampilan ScienTech... 54 4.4 Tampilan manual entry... 55 4.5 Tampilan manual entry step 10... 55 4.6 Tampilan data yang sudah masuk pada manual entry... 55 4.7 Tampilan Scien Tech memory... 56 ix
4.8 Pola Radiasi Antena... 56 4.9 Pengukuran daya terima antenna LPDA... 57 4.10 Kurva gain versus frekuensi sesuai tabel 4.2... 60 4.11 Set-up pengukuran koefisien pantul antenna... 61 4.12 Kurva VSWR versus frekuensi sesuai tabel 4.3... 76 x
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 3.1 Parameter-parameter antenna hasil desain... 39 3.2 Panjang elemen-elemen dipole (l n ) dan l n... 40 3.3 Jarak diantara elemen-elemen dipole yang berdekatan... 40 3.4 Diameter setiap elemen-elemen dipole... 41 4.1 Pengukuran pola radiasi dan direktivitas antena... 52 4.2 Hasil pengukuran gain antena versus frekuensi... 58 4.3 Hasil pengukuran koefisien pantul dan VSWR antena... 62 xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dewasa ini, pelayanan telekomunikasi berperan sangat penting dalam modernisasi kehidupan manusia dan menjadi sangat diperlukan dalam tiap aspek kehidupan seperti bisinis, perdagangan, rumah tangga, industri dan sebagainya. Hal ini ditandai dengan banyaknya bermunculan stasiun-stasiun televisi swasta dan sarana komunikasi lainnya. Televisi merupakan salah satu media komunikasi yang saat ini telah menjadi kebutuhan yang tidak dapat ditinggalkan sebagian besar manusia. Televisi merupakan media komunikasi satu arah, dimana sinyal suara dan gambar ditumpangkan pada sinyal pembawa (carrier) yang selanjutnya dipancarkan melalui suatu alat yang disebut antena. Antena pada dasarnya merupakan alat untuk mengumpulkan dan mengarahkan gelombang radio yang merambat di ruang bebas (free space). Dengan demikian, antena berfungsi untuk memindahkan energy gelombang elektromagnetik dari media kabel dan udara. Tugas antena ialah memancarkan gelombang sinyal ke udara sehingga sampai pada saluran penerima. Salah satu antena yang digunakan untuk transmisi sinyal televisi adalah antena Log-periodic dipole array. Tipe antena Log-periodic dipole array ( LPDA) mempunyai daerah dimana, operasi idealnya tidak tergantung frekuensi. Salah satu kelas antena LPDA adalah antena LPDA dengan kabel coaxial sebagai media balanced, dan antena ini dapat dioperasikan pada bandwith yang lebar (Balanis A. Constantine). 1
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 koefien pantul sebagai fungsi dari logaritma frekuensi. Dalam prakteknya, bandwith keseluruhan daerah operasi antena ditentukan oleh bentuk desain strukturnya, dimensi geometrinya seperti panjang elemen-elemen, jarak diantara elemen-elemen, jarak pusat kepusat dari suatu saluran pengumpan, diameter elemen-elemen. 1.2 Tujuan 1. Mendesain dan merealisasikan sebuah prototype antena Log-periodic dipole array (LPDA) pada rentang frekuensi 430-1000 MHz. 2. Memberitahukan pada khalayak ramai cara mengukur parameterparameter antena. 3. Memberikan contoh aplikasi dari antena Log-periodic dipole array. 1.3 Kontribusi Hasil tugas akhir ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat percobaan mahasiswa dari laboratorium Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan. 1.4 Perumusan Masalah Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Penerimanaan dengan menggunakan antena akan memperkuat perolehan sinyal sesuai dengan kemampuan antena itu sendiri. Ketidakstabilan sinyal yang sering terjadi dalam menangkap sinyal, baik itu sinyal komunikasi maupun sinyal televisi yang menjadikan kebutuhan akan antena untuk mengatasinya menjadi bertambah. Salah satu cara untuk mengatasi ketidakstabilan sinyal tanpa harus menambah biaya yang dikeluarkan adalah dengan mendesain antena log-periodic dipole array yang
3 beroperasi pada modus. Agar pembuatan tugas akhir ini lebih terarah maka pertanyaan-pertanyaan yang harus dijawab adalah : 1. Berapa dimensi-dimensi fisik antena hasil rancangan. 2. Bagaimana gambar bentuk pola radiasi antena hasil rancangan. 3. Berapa direktivitas antena. 4. Berapa rentang frrekuensi operasi antena pada gain yang digunakan. 1.5 Batasan Masalah Pada pembuatan antenna ini yang dilakukan adalah mendesain, membuat dan mengukur pola radiasi gain dan koefisien pantul antena, dan tidak menguji coba lapangan. 1.6 Metode Penulisan Metode penulisan tugas akhir ini adalah studi literature, mendesain dimensi-dimensi fisik antena, membuat prototype antena, melaksanakan pengukuran antena, dan menganalisa data-data hasil pengukuran. 1.7 Sistematika Penulisan Adapun sistematika pembahasan dalam penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB 1. PENDAHULUAN Berisikan tentang latar belakang, tujuan, kontribusi, perumusan masalah, batasan maslaah, sistematika penulisan. BAB 2. DASAR TEORI Berisikan tentang dasar teori komponen utama yang digunakan dalam mendesain dan membuat antena Log-periodic dipole array.
4 BAB 3. DESAIN DAN PEMBUATAN Berisikan tentang konstruksi antena log-periodic dipole array (LPDA), diagram alir, desain antena log-periodic dipole array, desain fisik dan konstruksi antena, daftar bahan, komponen, peralatan, dan tools, pembuatan antena. BAB 4. PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN Berisikan tentang daftar instrument, equipment, dan komponen, pengukuran pola radiasi dan direktivitas antena, pengukuran gain antena, pengukuran koefisien pantul antena, pembahasan. BAB 5. SIMPULAN DAN SARAN Berisikan tentang simpulan dari seluruh rancangan yang telah dibuat beserta saran-saran kepada pembaca guna perbaikan dan pengembangan.