...

DESAIN DAN IMPLEMENTASI ANTENA HORN SEKTORAL

by user

on
Category: Documents
10

views

Report

Comments

Transcript

DESAIN DAN IMPLEMENTASI ANTENA HORN SEKTORAL
LPPM Politeknik Bengkalis
IMPLEMENTASI ANTENA HORN SEKTORAL BIDANG-H
UNTUK LINK LOS WIRELESS-LAN 2,4 GHz
Budi Aswoyo & Muhamad Milchan
Teknik Telekomunikasi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS)
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus PENS-ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111
(+62)31-5947280, 5946114, Fax.(+62)31-5946114
[email protected]; [email protected]
Abstrak
Antena Horn Sektoral Bidang-H merupakan antena horn berbentuk persegi yang mana pelebaran
dari pandu gelombangnya hanya pada bidang H. Sedangkan untuk bidang E dibuat tetap sesuai
dengan lebar dari pandu gelombang. Dalam makalah ini dilakukan rancang bangun dua Antena
Horn Sektoral Bidang-H pada frekuensi 2,4 GHz, serta pengukuran karakteristiknya yang meliputi
bentuk pola radiasi, penguatan (gain) pada frekuensi 2,4 GHz dan diaplikasikan pada link Line of
Sight (LOS) wireless internet dengan polarisasi linier vertikal. Pencatu antena ini menggunakan
USB adapter WiFi. Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa pola radiasi antena ini berbentuk
directional. Pada antena I (48 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 50º dan HPBW (bidang H)
sebesar 10º. Pada antena II (28 cm) nilai HPBW (bidang E) sebesar 90º dan HPBW (bidang H)
sebesar 20º. Kedua antena yang telah dibuat ini menghasilkan directivity yang optimum dan
penguatan (gain) yang tinggi di atas 10 dB.
Kata Kunci: Antena Horn, Wireless LAN 2,4 GHz, Line Of Sight, Waveguide, USB
adapter WiFi.
1. PENDAHULUAN
Dalam suatu sistem komunikasi radio peranan
antena
sangat
penting,
yaitu
untuk
meradiasikan gelombang elektromagnetik.
Antena Horn Sektoral Bidang-H umumnya
digunakan pada frekuensi gelombang mikro
(microwave) di atas 1000 MHz. Antena ini
merupakan antena celah (aperture antenna)
yang mulutnya melebar ke arah bidang magnet
(H) dengan berdasarkan saluran pandu
gelombang persegi (rectangular waveguide).
Dengan menggunakan antena horn ini, maka
gelombang sinyal yang dipancarkan akan
meruncing sepanjang bidang medan magnet
dan sedikit melebar sepanjang bidang medan
listrik. Aplikasi antena ini dapat digunakan
untuk link Line Of Sight (LOS) pada
komunikasi data Wireless-LAN 2,4 GHz.
Agar dihasilkan direktivitas yang optimum,
dibutuhkan ukuran dari dimensi antena, mulai
dari dimensi saluran pandu gelombang
pencatunya a dan b, dimensi panjang antena
dari pencatu ke bidang aperture sampai
dengan dimensi pelebaran ke arah bidang
magnet (H).
2. STUDI PUSTAKA
Geometri dari Antena Horn Sektoral Bidang-H
dapat ditunjukkan pada Gambar 1. Sedangkan
bentuk dan konstruksi antena ini dapat
ditunjukkan pada Gambar 2 berikut ini.
Mulut dari antena ini melebar ke arah medan
magnetnya (H) dengan pelebaran dimensi ini
a1. Panjang antena dari ‘Virtual apex’ ke
bidang aperture dinyatakan dengan R. Antena
ini di catu oleh pandu gelombang persegi
(rectanguler waveguide) dengan dimensi
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
98
LPPM Politeknik Bengkalis
penampang a x b (a = panjang penampang, b =
lebar penampang). Direktivitas antena ini
berbanding lurus dengan pengarahan radiasi
dari antena horn sektoral bidang magnet (H).
Gambar 1.
Antena Horn Sektoral Bidang H
Dengan:
a1 : Pelebaran dimensi pandu gelombang ke
arah medan magnet (H).
u=
a1 ⎞⎟
1 ⎛⎜ λρ 2
+
⎜
2 ⎝ a1
λρ 2 ⎟⎠
v=
a1 ⎞⎟
1 ⎛⎜ λρ 2
−
⎜
2 ⎝ a1
λρ 2 ⎟⎠
(2a)
(2b)
C (x) dan S (x) merupakan Integral Fresnel
yang didefinisikan seperti pada Persamaan (3)
dan (4) berikut ini [1],
Gambar 2.
Konstruksi Antena Sektoral
x
C ( x) = ∫ cos(πt 2 / 2) dt
(3)
0
x
S ( x ) = ∫ sin(πt 2 / 2) dt
(4)
0
3. RANCANG BANGUN ANTENA
Dari formulasi Antena Sektoral Bidang-H
dapat dirancang suatu antena horn yang dapat
bekerja secara optimum. Ada beberapa
ketentuan yang harus diperhatikan dalam
perencanaan antena tersebut:
a) Antena ini dicatu dengan rectangular
waveguide (pandu gelombang yang
berbentuk persegi) tipe WR340 dengan
ukuran a = 8,636 cm dan b = 7 cm.
b) Antena ini akan direncanakan dalam
keadaan optimum, artinya ukuran dari
antena ini mampu menghasilkan gain yang
maksimum.
c) Antena ini direncanakan mempunyai direktivitas tertentu.
(a)
(b)
Bidang-H;
(a) Antena horn sektoral bidang H,
(b) Tampak pada bidang H
Agar antena ini mempunyai
optimum tertentu, maka [2]
Pada analisa ke arah sektoral bidang medan
magnet, direktivitas antena ini dinyatakan pada
berikut ini [1],
DH =
4πbρ2
x{[C(u) −C(v)]2 +[S(u) − S(v)]2}
a1λ
(1)
a1 ≈ 3λR1
direktivitas
(5)
Sesuai dengan prosedur diatas dengan bantuan
program komputer dapat ditentukan dimensi
antena horn, yang sebelumnya memberikan
harga gain, a, b. Hasil running program
didapatkan :
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
99
LPPM Politeknik Bengkalis
Untuk gain 17 dB:
Specify the following input parameters:
--------------------------------------DESIRED GAIN OF THE HORN IN dB:
Go(dB)= 17
FREQUENCY OF OPERATION IN GHz:
fo(GHz)= 2.4
HORN DIMENSION A IN CM: a(cm)= 8.6
HORN DIMENSION B IN CM: b(cm)= 7
--------------------------------------------DESIGNED PARAMETERS FOR THE
OPTIMUM GAIN HORN
--------------------------------------------a1
=
39.003806
cm
b1
=
31.226180
cm
RHOe =
39.002973
cm
RHOh =
40.567916
cm
Pe
=
27.729389
cm
Ph
=
27.729389
cm
PSIe =
23.597255
Deg
PSIh =
28.732588
Deg
Untuk gain 18,95 dB:
Specify the following input parameters:
--------------------------------------DESIRED GAIN OF THE HORN IN dB:
Go(dB)= 18.95
FREQUENCY OF OPERATION IN GHz:
fo(GHz)= 2.4
HORN DIMENSION A IN CM: a(cm)= 8.6
HORN DIMENSION B IN CM: b(cm)= 7
--------------------------------------------DESIGNED PARAMETERS FOR THE
OPTIMUM GAIN HORN
--------------------------------------------a1
=
48.644749
cm
b1
=
39.227433
cm
RHOe =
61.551659
cm
RHOh =
63.101642
cm
Pe
=
47.931915
cm
Ph
=
47.931915
cm
PSIe =
18.581577
Deg
PSIh =
22.671529
Deg
Selanjutnya, pembuatan antena ini dipilih dari
plat aluminium dengan ukuran tebal 1,7 mm.
Ada beberapa hal yang memungkinkan bahan
tersebut digunakan: mudah didapat, ringan,
konduktivitas nya cukup besar, mudah untuk
konstruksi dan penyambungannya. Hasil
pembuatan
Gambar 3.
antena
ini
ditunukkan
pada
Gambar 3.
Prototipe Antena Horn Sektoral Bidang-H
4. PENGUKURAN DAN ANALISIS
Pengukuran Antena Sektoral Bidang-H
dilakukan di ruang Anechoic Chamber PENSITS, yang meliputi parameter: pola radiasi,
polarisasi, penguatan (gain) dan direktivitas.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum
pengukuran adalah, menghindari gangguan
pantulan (benda-benda disekitar tempat
pengukuran), jarak antara pemancar dan
penerima. Peralatan yang digunakan dalam
pengukuran pola radiasi ini diantaranya
adalah:
• Laptop
Pada pengukuran parameter antena dan
pengujian antena apada jaringan wireless ini
penggunaan laptop sangat dibutuhkan.
Laptop yang digunakan adalah laptop
(Gambar 4) yang support dengan jaringan
wireless. Melalui laptop dapat dipantau
aktifitas wireless yang ada dengan
menggunakan software Netstumbler.
Gambar 4.
Penggunaan laptop pada pengukuran
• Access Point
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
100
LPPM Politeknik Bengkalis
Alat ini sering digunakan sebagai piranti
server pada jaringan WLAN. Dan biasanya
diletakkan di langit-langit dalam ruangan
WLAN indoor. Alat ini dapat menyalurkan
data secara wireless dari PC ke PC secara
infrastruktur. Access Point (AP) ini disertai
adaptor sebagai pencatu daya dari alat
tersebut, juga tersedia kabel UTP agar dapat
terhubung secara wired dan antena eksternal
dengan gain 2 dBi. Ada 3 indikator led di
bagian depan alat ini yang terdiri dari :
power, LAN dan WLAN. Led pada power
menyala memberitahukan AP tercatu oleh
listrik melalui adaptor, led pada LAN
menyala memberitahukan bahwa AP
terhubung secara wired melalui kabel UTP
dan led pada WLAN memberitahukan AP
terhubung secara wireless dengan piranti
lain.
Gambar 5.
Acces Point D-Link DWL-2100AP
dari waveguide dengan memasukkan suatu
wireless USB adapter ke dalam waveguide
sedemikian rupa sehingga wireless USB
adapter muncul didalam waveguide setinggi
λ/4. Dengan cara seperti ini wireless USB
adapter menghubungkan medan listrik
didalam waveguide.
Gambar 6.
Wireless USB Adapter D-Link DWA-110
• USB extension
USB extension berguna sebagai kabel
penyambung antara wireless USB adapter
dengan laptop. Merek yang digunakan
adalah BAFO USB Extension Cable yang
kompatibel dengan USB 2.0.
Gambar 7.
BAFO USB 2.0 Extension Cable
• Wireless USB Adapter
Wireless USB adapter di sini adalah
penerima sinyal wireless yang dipancarkan
oleh Access Point. Pada proyek akhir ini
digunakan wireless USB adapter D- Link
DWA-110 yang beroperasi pada jaringan
wireless 2,4 GHz yang kompatibel dengan
802.11b dan 802.11g.
Pengukuran Pola Radiasi
Pengukuran pola radiasi dilakukan dua kali
untuk masing-masing antena. Yaitu pola
radiasi pada bidang H dan pada bidang E.
Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak
pada proses pengukuran. Langkah-langkah
pengukuran pola radiasi yaitu dilakukan
dengan:
Untuk membangkitkan suatu mode dari
suatu waveguide, diperlukan peralatan
untuk menghubungkan kedalam dan keluar
dari waveguide. Permasalahannya adalah
bagaimana menghubungkan energi dari
suatu saluran transmisi wireless USB
adapter ke waveguide. Pertama, saluran
transmisi dapat dihubungkan medan listrik
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
101
LPPM Politeknik Bengkalis
Gambar 8.
Rangkaian peralatan pengukuran pola radiasi
Gambar 10.
Pola radiasi bidang E, (a) Antena I, (b) Antena II
3 meter
Setelah melalui langkah-langkah pengukuran
pola radiasi antena pada bidang E dan H, maka
diketahui bentuk pola radiasi yang diperoleh
dari pengukuran level sinyal antena dan data
pengukuran tersebut dinormalisai. Berikut ini
dapat dilihat gambar pola radiasi yang didapat
dari hasil pengukuran.
(a)
Gambar 9.
Pola radiasi bidang H, (a) Antena I, (b) Antena II
(b)
(a)
(b)
Dari pengukuran pula dapat diketahui pada
antena horn sektoral bidang H untuk antena
ukuran besar dan kecil pada bidang H adalah
senilai -28 dB dan -34 dB. Sedangkan level
sinyal terendah yang ditangkap adalah -54 dB
untuk antena ukuran besar dan antena ukuran
kecil. Pada antena horn sektoral bidang H
untuk antena ukuran besar dan kecil pada
bidang E adalah senilai -30 dB dan -38 dB.
Sedangkan level sinyal terendah yang
ditangkap adalah -53 dB untuk ukuran besar
dan -51 dB untuk ukuran kecil.
Kedua antena sama-sama memiliki pola
radiasi yang terarah. Yaitu menerima sinyal
dengan baik pada posisi 0º dan menerima
sinyal dengan lemah pada posisi 180º. Hanya
saja level sinyal yang ditangkap agak sedikit
berbeda. Antena dengan bidang H menangkap
sinyal lebih baik daripada antena pada bidang
E.
Sehingga dari gambar pola radiasi yang
didapat dari hasil pengukuran dapat dikatakan
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
102
LPPM Politeknik Bengkalis
bahwa antena yang telah dibuat telah sesuai
dengan harapan karena memiliki pancaran
daya yang terarah.
Pengukuran Polarisasi
Untuk pengukuran polarisasi ini peralatan
yang digunakan sama seperti pengukuran pola
radiasi, saat antena horn berada pada posisi
horisontal dan medan listrik (E) sejajar
terhadap permukaan bumi/tanah ternyata
antena lebih efektif menangkap gelombang
sehingga polarisasi ini dinamakan polarisasi
horisontal. Dan sebaliknya saat antena horn
berada pada posisi vertikal dan medan listrik
(E) tegak lurus terhadap permukaan
bumi/tanah ternyata antena lebih efektif
menangkap gelombang sehingga polarisasi ini
dinamakan polarisasi vertikal.
Pengukuran Gain
Rangkaian peralatan yang digunakan untuk
mengukur gain sama dengan saat mengukur
pola radiasi. Hanya saja antena Horn yang
terhubung dengan laptop diganti dengan USB
adapter.
Gambar 11.
Pengukuran level daya pada USB Adapter
Tabel 1.
Hasil Pengukuran Gain
No.
1.
2.
Ukuran
Antena
I
(48cm)
II
(28cm)
Level
Penerimaan :
Antena USB
Horn
adapter
(Pt)(- wifi
dBm) (Ps)(dBm)
-28
-44
-34
-44
Gain :
Horn
Sektoral
H
Gt(dB)
18,15
12,15
Dari hasil pengukuran faktor penguatan (gain)
antena hasil rancangan dapat dilihat pada
Tabel 1, harga faktor penguatan pada tabel
diatas bervariasi yang nilainya tergantung pada
faktor attenuasi pada attenuator, temperatur
(kondisi ruangan dan pengaruh benda-benda
disekitarnya. Sehingga sulit untuk dicari nilai
yang tepat).
Pengukuran Direktivitas
Direktivitas suatu antena dapat diperkirakan
dengan menggunakan pola radiasi yang
dihasilkan pada pengukuran pola radiasi
bidang E dan bidang H. Persamaan untuk
menghitung direktivitas dapat dilihat pada
persamaan dibawah ini:
D=
41000°
( θ H .θ E )
(6)
3 meter
Dengan mencatat nilai level daya yang
tertangkap USB adapter kita bisa mengukur
nilai gain. Sehingga diperoleh untuk nilai gain
antena ukuran besar bidang H senilai 18.15 dB
dan bidang E senilai 16,15 dB. Kemudian
untuk nilai gain antena ukuran kecil bidang H
senilai 12,15 dB dan bidang E senilai 8,15 dB.
Sudut
tersebut
dapat
dicari
dengan
menggunakan gambar pola radiasi. Dengan
menandai titik -3dB pada pola radiasi
kemudian menarik sudut pada titik tersebut.
Ini dilakukan untuk bidang E dan H. Sehingga
dari sudut yang didapat kita dapat mengukur
direktivitas.
Tabel 2.
Direktivitas Antena Horn Sektoral Bidang-H
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
103
LPPM Politeknik Bengkalis
No.
1.
2.
Ukuran Antena
I (48 cm)
II (28 cm)
Nilai Direktivitas(dB)
19,14
13,6
Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa
nilai dari parameter pada perancangan sangat
dipengaruhi oleh proses pembuatan dan
kondisi pada saat pengukuran. Sehingga
terjadinya error akan mempengaruhi hasil dari
parameter yang terukur.
5. KESIMPULAN
Telah dilakukan perancangan dan pembuatan
dua Antena Horn Sektoral Bidang-H untuk
aplikasi wireless LAN 2,4 GHz.
[5] Raga Putra, Ery,”Disain Dan Implementasi
Antena Kaleng Pada Frekuensi 2,65 GHz”,
PENS-ITS, 2005.
[6] Salsabil, Syailendra, ”Pembuatan Antena
Omni Directional 2,4 GHz Untuk Jaringan
Wireless-LAN, PENS-ITS, 2006.
[7] Diyah Andari, Roose, ”Rancang Bangun
Antena Yagi-Uda Berbasis Algoritma
Genetika Dan Implementasinya Pada
Wireless LAN 2,4 GHz Sub Judul
(Implementasi Pada Wireless LAN 2,4
GHz)”, PENS-ITS, 2007.
[8] www.google.com, Antena Horn, Wireless
2,4 GHz, Kabel Coaxial, Waveguide, Link
LOS, USB Adapter.
Dari hasil pengukuran di ruang Anechoic
Chamber PENS-ITS menunjukkan bahwa pola
radiasi antena ini berbentuk directional.
Antena I (48 cm) nilai HPBW (bidang E)
sebesar 50º dan HPBW (bidang H) sebesar
10º. Sedangkan Antena II (28 cm) nilai HPBW
(bidang E) sebesar 90º dan HPBW (bidang H)
sebesar 20º. Kedua antena yang telah dibuat
ini menghasilkan directivity yang optimum
dan penguatan (gain) yang tinggi di atas 10
dB. Antena ini telah diuji sebagai media
pemancar dan penerima wifi LAN 2,4 GHz
dan menunjukkan kinerja yang cukup baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Balanis, C.A., Antenna Theory: Analysis
and Design, Third Edition,Harper & Row,
New York, 2005.
[2] Collin, R.E., Antennas and Radiowave
Propagation, McGraw-Hill,New York,
1985.
[3] Budi Aswoyo, “Antena & Propagasi”,
PENS-ITS, 2005.
[4] Chusaini, Muhammad, ”Perencanaan Dan
Pembuatan Antena H-Plane Sectoral Horn
Pada Frekuensi X-Band”, PENS-ITS,
1994.
Disampaikan Pada Seminar Nasional industri dan Teknologi[SNIT] 2008
Bengkalis, 03-04 Desember 2008
104
Fly UP