MENDESAIN DAN MEMBUAT ANTENA LOG-PERIODIC

DIPOLE ARRAY PADA RENTANG FREKUENSI 400-970 MHz

DENGAN GAIN 10 dBi

LAPORAN TUGAS AKHIR

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk

Menyelesaikan Pendidikan Diploma 3

oleh :

NIM :1005061024

MARTA S PANJAITAN

NIM : 1005061045

SONIA SIMANJUNTAK

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2013

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus atas

berkat dan karunia - Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini

dengan baik.

Laporan Tugas akhir ini berjudul Mendesain dan Membuat Antena Log-

Periodic Dipole Array pada Rentang Frekuensi 400-970 MHz dengan Gain 10

dBi yang disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan

Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi

Politeknik Negeri Medan.

Dalam penulisan laporan ini, penulis ingin membuat antenalog-periodic

dipole array pada rentang frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi.

Dalam menyelesaikan laporan ini penulis tidak terlepas dari perhatian,

bimbingan, dukungan, fasilitas, bantuan dari berbagai pihak secara langsung

maupun tidak langsung. Penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak

yang telah membantu dalam penyelesaian laporan ini, antara lain :

1. M.Syahrudin, ST,MT. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan

2. Ir.Rina Anugrahwaty, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik

Negeri Medan

3. Ir.Suhaili Alifuddin,M.Eng selaku Kepala Program Studi Teknik

Telekomunikasi Politeknik Negeri Medan

4. Waldemar Banurea,ST,MT selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah

banyak meluangkan waktunya untuk membantu dan membimbing penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Indra Yadi, MT, sebagai koordinator sidang yang banyak memberikan

masukan pada penyelesaian tugas akhir ini.

6. Ir. Suhaili Alifuddin, M.Eng, sebagai dosen penguji yang telah banyak

memberi masukan dan saran.

7. Wiwinta Sutrisno, ST. MT., sebagai dosen penguji yang telah banyak

memberi masukan dan saran.

8. Arfanda.A.Srg.ST.MM selaku dosen wali TK-6B yang banyak

memberikan motivasi.

9. Teristimewa untuk kedua Orang Tua penulis Ayahanda dan Ibunda dalam

mencurahkan cinta dan kasih sayang, serta dukungan baik moril dan

spiritual.

10. Sahabatsahabat seperjuangan yang memberikan semangat yaitu Enra

Sagala, Uci Cyntia Tambunan, Nathania E Purba, Nofrizal, Damaris

Meha, Nissa Nuzula, KMK POLMED, NHKBP Padang Bulan, kak Revi

Sibagariang, kak Maretha Siahaan, Nila parangin-angin, serta teman-

teman di kelas TK-6B, TK-6A, TK-6C dan TK-6D.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak

terdapat kekurangan - kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan

saran yang sifatnya membangun dari pembaca untuk penyempurnaan laporan ini.

Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat.

Medan, Agustus 2013

Penulis

ABSTRAK

Antena adalah suatu alat yang digunakan untuk memancarkan gelombang

elektromagnetik atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena merupakan

salah satu elemen penting yang harus ada pada sistem telekomunikasi wireless

seperti teleskop, radio ataupun TV. Sebuah antena adalah bagian terpenting dari

suatu pemancar atau penerima yang berfungsi untuk menyalurkan sinyal radio ke

udara. Bentuk antena bermacam-macam sesuai dengan desain, pola penyebaran,

rentang frekuensi dan gain.

Pada proyek tugas akhir ini dirancang suatu antena Log-Periodic Dipole

Array yang bekerja pada frekuensi 400-970 Mhz dengan gain 10 dBi. Antena

yang akan dibuat adalah log-periodic dipole array 16 elemen. Antena LPDA

merupakan contoh antena wideband yang dapat didesain sesuai dengan

penggunaannya. Antena ini tersusun dari elemen-elemen dipole dimana sudut

puncaknya mempengaruhi parameter-parameter antena ( . Rentang frekuensi

kerja antena LPDA ini antara 400-970 Mhz sehingga memungkinkan untuk

aplikasi televisi. Antena LPDA ini didesain dengan menggunakan bahan

aluminium sebagai batang feeder line dan elemen dipole.

Dari hasil pengukuran di laboratorium hasilnya dapat beroperasi pada

antena dengan rentang frekuensi 400-970 Mhz. Dan dari hasil pengukuran

koefisien pantul diperoleh nilai VSWR kurang dari 1,2.

DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN ...............................................................................ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................iii

ABSTRAK ..........................................................................................................vi

DAFTAR ISI .......................................................................................................vii

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................x

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .........................................................................1

1.2 Tujuan ......................................................................................2

1.3 Perumusan Masalah .................................................................3

1.4 Batasan Masalah.......................................................................4

1.5 Metodologi Penulisan ..............................................................4

1.6 Sistematika Penulisan ..............................................................7

BAB 2 DASAR TEORI

2.1 Pengertian dan Fungsi Antena .................................................9

2.2 Jenis-jenis Antena ....................................................................11

2.2.1 Antena Isotropis .......................................................................11

2.2.2 Antena Omnidirectional ...........................................................11

2.2.3 Antena Directional ...................................................................12

2.2.4 Antena Phase Array..................................................................12

2.2.5 Antena Optimal ........................................................................13

2.2.6 Antena Adaptif .........................................................................13

2.3 Parameter-parameter Antena ....................................................14

2.3.1 Pola Radiasi ..............................................................................14

2.3.1.1 Side Lobe Level ...........................................................18

2.3.1.2 Half Power Beam Width ..............................................19

2.3.2 Bandwidth ................................................................................20

2.3.3 Direktivitas Antena ..................................................................22

2.3.4 Gain Antena .............................................................................23

2.3.5 Hubungan Gain dan Direktivitas Antena .................................24

2.3.6 Formula Transmisi Friis ...........................................................24

2.3.7 Pantulan Gelombang ................................................................25

2.3.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ...................................28

2.3.9 Standing Wave Ratio (SWR) ...................................................30

2.4 Sistem Koordinat Bola .............................................................31

2.5 Antena Log-Periodic Dipole Array ..........................................33

2.6 Penentuan Tegangan, Arus dan Impedansi .............................40

2.7 Teori Balun...............................................................................41

BAB 3 DESAIN DAN PEMBUATAN ANTENA

3.1 Konstruksi Antena LPDA Hubungan Singkat .........................44

3.2 Desain Antena Log-Periodic Dipole Array ..............................45

3.3 Diagram Alir Proses Desain, Realisasi Pengujian dan Analisa

Antena ......................................................................................47

3.4 Desain dan Pembuatan Antena ................................................49

3.4.1 Hasil Desain Antena .................................................................49

3.4.2 Pembuatan Antena ...................................................................53

3.4.2.1 Peralatan dan Bahan yang Digunakan......................................53

3.4.2.2 Tahapan-tahapan Pembuatan antena ........................................54

BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengukuran Antena ..................................................................61

4.1.1 Pengukuran Gain, Pola Radiasi Dan Direktivitas Antena ........61

4.1.1.1 Pengukuran Pola Radiasi dan Direktivitas Antena ..................62

4.1.1.2 Pengukuran Gain Antena .........................................................66

4.1.2 Pengukuran Koefisien Pantul Antena ......................................67

4.2 Analisa Data-data Hasil Pengukuran .......................................73

BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan ..................................................................................75

5.2 Saran .........................................................................................75

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2-1 Pemancar dan penerima ......................................................................... 9

2-2 Antena isotropis ..................................................................................... 11

2-3 Arah pola radiasi .................................................................................... 14

2-4 Pola radiasi ............................................................................................. 15

2-5 Model pola radiasi .................................................................................. 20

2-6 Gelombang datang dan gelombang pantul ............................................. 25

2-7 Sistem koordinat bola ............................................................................. 32

2-8 Konfigurasi antena log-periodic dipole array ........................................ 35

2-9 Geometri dasar LPDA ............................................................................ 35

2-10 Gain antena LPDA sebagai fungsi dari dan ..................................... 36

2-11 Tegangan generator yang tersambung ke beban

Melalui saluran transmisi ....................................................................... 40

2-12 Balun pada antena LPDA ....................................................................... 42

2-13 Balun ...................................................................................................... 43

3-1 Konstruksi antena log-periodic dipole array hubungan coaxial ............. 45

3-2 Diagram alir proses analisa, desain, realisasi dan pengujian antena ...... 48

3-3 Feeder line antena yang dipotong sesuai dengan ukuran ...................... 55

3-4 Feeder line yang sudah dirapikan ........................................................... 55

3-5 Pemotongan elemen ............................................................................... 56

3-6 Elemen-elemen yang sudah dirapikan ................................................... 56

3-7 Pemotongan acrylic ................................................................................ 57

3-8 Pengeboran spacer .................................................................................. 57

3-9 Pengeboran feeder line ........................................................................... 58

3-10 Proses pemasangan elemen-elemen dipole pada feeder line.................. 58

3-11 Pemasangan spacer................................................................................. 59

3-12 Pemasangan kabel coaxial...................................................................... 59

3-13 Penyambungan kabel coaxial pada batang feeder line ........................... 60

3-14 Antena prototype dari hasil desain dan pembuatan................................ 60

4-1 Set-up pengukuran gain dan pola radiasi antenna .................................. 62

4-2 Pengukuran pola radiasi ......................................................................... 63

4-3 Pola Radiasi ............................................................................................ 65

4-4 Pengukuran daya terima pada antena LPDA ......................................... 66

4-5 Set-up pengukuran koefisien pantul antena ........................................... 68

4-6 Pemasangan antena ................................................................................ 69

4-7 Pengukuran koefisien pantul menggunakan

RF impedance analyzer .......................................................................... 69

4-8 Kurva VSWR versus frekuensi sesuai tabel 4-2 .................................... 73

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

3-1 Parameter-parameter antena hasil desain ............................................... 49

3-2 Panjang elemen-elemen dipole (ln) dan ln

3-3 Jarak diantara elemen-elemen dipole yang berdekatan .......................... 51

............................................ 50

3-4 Diameter setiap elemen-elemen dipole .................................................. 52

4-1 Hasil pengukuran pola radiasi dan direktivitas antena ........................... 63

4-2 Hasil pengukuran koefisien pantul dan VSWR antena .......................... 70

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam suatu sistem telekomunikasi tanpa kabel (wireless), gelombang

elektromagnetik merambat dari pemancar ke penerima melalui ruang bebas (free

space) dimana pada sistem tersebut digunakan antena. Antena yang dipasang pada

pesawat pemancar disebut antena pemancar, antena yang dipasang pada pesawat

penerima disebut antena penerima dan antena yang dipasang pada pesawat

pemancar dan penerima disebut antena transceiver. Untuk keperluan komunikasi

titik ke titik diperlukan antena yang mempunyai pengarahan (direktivitas) dan

untuk keperluan sistem telekomunikasi wideband di perlukan suatu antena jenis

wideband.

Untuk meningkatkan manfaat dari suatu sistem antena, sebuah antena

dapat didesain untuk beroperasi pada rentang frekuensi lebar yang dapat meliput

hingga dua atau lebih band sistem telekomunikasi, untuk ini digunakan antena

tipe wideband.

Tipe antena log-periodic dipole array (LPDA), mempunyai daerah operasi

idealnya tergantung frekuensi. Salah satu kelas antena diantara LPDA adalah

antena LPDA hubungan coaxial, dimana antena ini dapat di operasikan pada

bandwidth yang lebar (Balanis A, Constantine).

Disebut antena Log-Periodic karena variasi-variasi yang periodik dari

parameter-parameter antena ini seperti pola radiasi, direktivitas, beamwidth,

voltage standing wave ratio (VSWR), dan koefisien pantul, sebagai fungsi dari

logaritma 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

1

terpendek yang menentukan frekuensi batas atas dan elemen terpanjang yang

menentukan frekuensi batas bawah. Antena dikonstruksi 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 Tujuan

1. Merancang antena log-periodic dipole array pada rentang frekuensi

400-970 Mhz dengan gain 10 dBi.

2. Membuat antena log-periodic dipole array pada rentang frekuensi 400-

970 MHz dengan gain 10 dBi.

3. Menjelaskan pengukuran antena log-periodic dipole array pada rentang

frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi.

1.3 Perumusan Masalah

Parameter- parameter seperti tau (), sigma (), sudut puncak (), dan

rentang frekuensi adalah parameter-parameter yang mempengaruhi panjang total

struktur antena log-periodic dipole array. Pada gain tertentu yang diinginkan,

semakin lebar rentang frekuensi yang diinginkan maka panjang total dari struktur

antena log-periodic dipole array juga semakin panjang yang tentu saja menambah

harga antena karena membutuhkan bahan yang lebih banyak dan waktu

pengerjaan yang lebih lama. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut

maka akan didesain antena log-periodic dipole array yang beroperasi pada modus

/2 dari 400-970 Mhz dan pada modus 3/2 dari 1200-2910 Mhz. Oleh karena itu

rentang frekuensi operasi antena yang diinginkan dari 400-2910 Mhz, tetapi dalam

perhitungan desain hanya dari 400-970 Mhz sehingga dapat mengurangi panjang

total struktur antena dan tentu saja dapat mengurangi harga antena.

Agar penulisan tugas akhir ini lebih terarah maka perumusan masalah

yang akan dibahas 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 frekuensi operasi antena pada gain yang diinginkan

5. Berapa rentang frekuensi operasi antena pada nilai VSWR tertentu

1.4 Batasan Masalah

Pada penulisan tugas akhir ini, untuk mendapatkan pembahasan

semaksimal mungkin dan agar mudah di pahami serta menghindari pembahasan

yang terlalu meluas maka pembahasan masalah sangat dibutuhkan. Adapun

batasan masalah yang di bahas dalam laporan tugas akhir ini adalah:

1. Mendesain dan membuat antena Log-Periodic Dipole Array pada rentang

frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi

2. Mengukur pola radiasi, gain dan VSWR antena log-periodic dipole array

pada rentang frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi

3. Menguji coba lapangan

1.5 Metodologi Penulisan

Metode yang dilakukan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi Literatur

Mempelajari prinsip kerja antenalog-periodic dipole array pada

situs situs yang memberikan penjelasan dan pembahasan tentang antena

log-periodic dipole array serta dari buku buku yang berkaitan tentang

antena log-periodic dipole array tersebut.

2. Spesifikasi

Mendesain sifat sifat atau spesifikasi dari alat tersebut agar

perancangan sesuai dengan yang diharapkan. Spesifikasinya adalah

sebagai berikut:

Gain 10 dBi

Sistem impedansi 50

Sudut puncak 6,9

Bandwidth yang diinginkan 2,425

o

Tinggi tiang antena lebih dari 1 meter

Jumlah elemen dipole adalah 16 elemen dengan elemen dipole

terpanjang 375 mm dan elemen dipole terpendek 102,4 mm

Jarak diantara elemen-elemen dipole yang berdekatan terpanjang

128,55 mm dan terpendek 38,3 mm

Diameter elemen dipole adalah 6 mm

Jarak pusat ke pusat dari konduktor-konduktor saluran feeder

adalah 25,76 mm

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 antenalog-periodic dipole

array yang bekerja pada rentang frekuensi 400-970 MHz

5. Pembuatan perangkat antena

Memilih komponen dan merakit antena berbentuk log-periodic

dipole array yang bekerja pada rentang frekuensi 400-970 MHz

berdasarkan teori antena log-periodik dipole array.

6. Pengujian laboratorim

Melakukan pengujian antena yang telah dibuat di laboratorium

dengan alat-alat yang ada pada laboratorium sebelum melakukan tes

lapangan.

7. Analisa data

Setelah melakukan pengujian, maka hasil pengukuran dan analisa

terhadap antena yang dibuat serta fungsinya untuk antena log-periodic

dipole array pada rentang frekuensi 400-970 MHz.

8. Kesimpulan

Membuat rangkuman dari hasil pengukuran dan analisa data

terhadap antena log-periodic dipole array pada rentang frekuensi 400-970

MHz.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika pembahasan dalam penulisan laporan tugas akhir ini

adalah sebagai berikut :

BAB I. PENDAHULUAN

Berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah,

batasan masalah, metologi penulisan dan sistematika penulisan laporan.

BAB II. DASAR TEORI

Berisikan penjelasan mengenai dasar teori komponen utama yang

digunakan dalam mendesain dan membuat antenalog-periodic dipole

array pada rentang frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi.

BAB III. METODE DESAIN DAN PEMBUATAN

Berisikan desain mekanik dan desain listrik yang digunakan, serta

langkah-langkah Mendesain dan Membuat AntenaLog-Periodic Dipole

Array pada rentang frekuensi 400-970 MHz dengan gain 10 dBi.

BAB IV. PENGUKURAN LAB, PENGUJIAN DAN ANALISA

Berisikan uraian tentang tata cara pengukuran lab, pengujian disertai

analisa terhadap hasil pengukuran dan pengujian.

BAB V. PENUTUP

Berisikan kesimpulan dari seluruh rancangan yang telah dibuat beserta

saran-saran kepada pembaca guna perbaikan dan pengembangan

proyek.