Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390

## Rancang Bangun Antena Yagi 433 Mhz pada Automatic Antenna Tracker untuk Pesawat Terbang Tanpa Awak
Denny H.T. Nugroho 1 , M. Farid Hasan 2
1,2 Program Studi Teknik Elektro, Institut Teknologi Sumatera *denny.nugroho@el.itera.ac.id 1 , mfarid.13115012@student.itera.ac.id 2

## ABSTRACT
Small  Scale  Mapping  Sector  uses  UAV  (Unmanned  Aerial  Vehicle)  as  a  mapping  tool.  UAVs  require  wireless  and  long- distance communication. For this reason, an antenna with a far beam pattern and a high gain are needed. This research uses the Yagi antenna because it has a directional beam pattern but has a weakness that is, the Yagi antenna must be directed by pointing  to  connect  the  communication  between  the  antenna  and  the  UAV.  Based  on  the  results  of  the  calculation  and simulation of the Yagi antenna with a frequency of 433 MHz, a gain of 14.2 dBi was obtained. Yagi antenna designs are made using aluminum and copper. From the results of the communication distance test, obtained a range of ± 5 km. The test is carried out by attaching the Yagi antenna to the receiver of the 433 MHz telemetry module, then the transceiver module is installed in the UAV.
Keywords : Antenna, Yagi antenna, Wireless communication, Unmanned aerial vehicle, Telemetry

## INTISARI
Bidang pemetaan lahan skala kecil menggunakan UAV ( Unmanned Aerial Vehicle ) sebagai sarana  pemetaan. UAV memerlukan komunikasi tanpa kabel ( wireless ) dengan jarak yang jauh dan stabil. Untuk itu dibutuhkan sebuah antena dengan pola pancaran yang jauh dan penguatan ( gain ) yang tinggi. Penelitian ini menggunakan antena Yagi karena memiliki pola pancaran yang terarah ( directional )  tetapi memilki kelemahan yaitu, antena Yagi harus diarahkan secara pointing untuk menjaga komunikasi antara antena  dan  UAV.  Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  simulasi  antena  Yagi  dengan  frekuensi  433  MHz,  diperoleh  penguatan ( gain )  sebesar  14,2  dBi.  Rancangan  antena  Yagi  dibuat  menggunakan  Almunium  dan  tembaga  berbentuk  pipa.  Dari  hasil pengujian jarak komunikasi diperoleh jarak jangkauan ± 5 km. Pengujian dilakukan dengan memasangkan antena Yagi ke modul receiver telemetri 433 MHz, kemudian modul transceiver dipasang pada pesawat tanpa awak (UAV) yang diterbangkan.
Kata kunci: antena, antena Yagi, komunikasi wireless, pesawat tanpa awak, telemetri

## I. PENDAHULUAN
Pada  bidang  pemetaan  lahan,  informasi merupakan  hal  yang  sangat  vital,  karena digunakan  untuk  mengetahui  lokasi,  ketinggian UAV  serta  untuk  mengetahui  kondisi  UAV sehingga  stasiun  penerbangan  atau Ground Control Station (GCS) dapat mengambil keputusan  apakah  UAV  tersebut  tetap  bisa melakukan  penerbangan  ( flight )  atau  pendaratan ( landing ).  Maka  dari  itu,  komunikasi  antar  UAV dengan GCS harus dalam kondisi yang baik alias tanpa gangguan.
Komunikasi  antara  UAV  dengan  GCS merupakan  komunikasi  jarak  jauh  tanpa  kabel ( wireless ).  Oleh  sebab  itu,  membutuhkan  sebuah antena  dengan  jarak  jangkauan  komunikasi  yang jauh.  Ada  bermacam-macam  jenis  antena  yang biasa  digunakan,  seperti  antena dipole ,  antena helical,  antena  parabolik,  antena  Yagi,  antena moxon,  dan  lain-lain.  Berbeda  jenis  antena, berbeda  pula  bentuk  atau  pola  pancarannya.  Ada jenis pancaran omni-directional (segala arah), bi- directional (dua arah), dan directional (searah)[1][2].  Berdasarkan  kebutuhan,  dimana antena harus memiliki jarak jangkauan
Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390
komunikasi yang jauh dengan daya input sebesar 100 mW, maka dirancanglah sebuah antena Yagi yang  memiliki  pola  pancaran  yang  lurus  dan terarah ( directional ), karena dengan pola pancaran yang  lurus  dapat  mencapai  jarak  yang  jauh, tergantung dari daya input yang dipancarkan serta besar nilai penguatan dari antena tersebut.
Antena  yang  memiliki  pola  pancaran  yang lurus atau terarah memiliki kelemahan yaitu harus selalu diarahkan untuk menjaga komunikasi antara antena dan UAV tetap stabil, jika sampai meleset atau  melenceng  akan  menyebabkan  komunikasi antara  antena  dan  UAV  akan  terputus.  Untuk mengatasi  hal  tersebut,  antena  Yagi  yang dirancang  akan  dipasangkan  pada  sebuah  alat pelacak  otomatis  ( Automatic  Tracker )  supaya antena  Yagi  dapat  mengarah  ke  UAV  ( pointing ) secara terus-menerus ( real-time ).

## II. LANDASAN TEORI

## A. Antena Yagi
Antena  Yagi  merupakan  salah  satu  dari berbagai  macam  antena  yang  memiliki  pola pancaran  yang  lurus  dan  terarah  ( directional ). Antena Yagi ditemukan oleh Professor Hidetsugu Yagi  dan  Assistennya  Shintaro  Uda  pada  tahun 1925.  Antena  Yagi  merupakan  sebuah  antena dipole yang  diberi  tambahan parasitic elements berupa reflector dan director sehingga menghasilkan gain ke arah tertentu [2].

## Gambar 1. Bentuk Antena Yagi
Antena  Yagi  memiliki  komponen/elemen utama  yaitu  elemen dipole yang  merupakan pemancar  radiasi  utama.  Kemudian  elemen reflektor yang merupakan elemen pemantul radiasi agar pola pancaran mengarah ke depan (ujung kiri Gambar 1). Komponen yang terakhir ada elemen
penyearah  ( director )  yang  digunakan  sebagai penyearah pola pancaran dan menyempitkan sudut pancaran,  semakin  banyak  elemen director yang terpasang,  pola  radiasi  akan  semakin  sempit  dan semakin jauh.

## B. Rumus Dasar Antena Yagi
Dalam  perancangan  antena  Yagi  terdapat rumus  dasar  yang  digunakan,  yaitu: λ  =  c/f . Dimana λ adalah  panjang  gelombang  yang digunakan  untuk  menentukan  panjang  tiap komponen/elemen  antena  Yagi.  Serta c adalah cepat  rambat  cahaya  (3x10 8 m/s)  dan f adalah frekuensi  kerja yang digunakan pada antena  [3]. Kemudian  dari  penentuan  panjang  gelombang pada  antena  akan  dapat  ditentukan  panjang  tiap komponen atau elemen antena dengan menggunakan rumus pada Tabel 1.
Tabel 1.Rumus Panjang Setiap Elemen Antena Yagi = 0.5 : panjang dipole / driven, K = 0,96 = 0.55 : panjang Reflektor 1 = − (5% ) : panjang Director 2 = 1 − (5% 1) rumus ini digunakan hingga director

## selanjutnya
Sedangkan  untuk  rumus  perhitungan  jarak antar  komponen  serta  penguatan  ( gain )  tiap komponen terdapat pada Tabel 2.
Tabel 2. Rumus Jarak Antar Elemen Antena Yagi
=  0.225 : jarak antara dipole dan reflektor 1 =  0.125 1 : jarak antara dipole dan director 1 1 2 = 0.175 1 2 : jarak antara director 1  dan director 2 2 3 = 0.225 2 3 : jarak antara director 2  dan director 3
Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390
Kaidah-kaidah  dasar  pembuatan  antena digunakan  untuk  menentukan  penguatan  ( gain ) antena. Berikut kaidah yang digunakan [4]:
1. Setiap  antena dipole mempunyai gain sebesar 2,1 dBi
2. Setiap  antena dipole yang  diberi  elemen parasitik berupa elemen director dan reflektor akan  ditambah gain sebesar  5  dB  dari sebelumnya.
3. Saat sudah terpasang director 1 lalu dipasang director 2, 3, dan seterusnya,  akan menunjukkan  penurunan  penambahan gain . Tambahan director 2  menambahkan gain sebesar  2  dB  dari  sebelumnya.  Tambahan director 3 dan 4 menambahkan gain sebesar 1 dB dari sebelumnya. Tambahan director 5 dan seterusnya,  penambahan gain tidak  terlalu terlihat.
4. Jika  dipakai  elemen reflektor dan director bersama-sama  pada  sebuah  antena, gain dari reflektor yang  semula  sebesar  5  dB  akan dihitung sebesar 3 dB saja.

## III. METODE PENELITIAN
Penelitian  rancang  bangun  antena  Yagi  433 MHz  pada automatic  antenna  tracker untuk pesawat  terbang  tanpa  awak  dilakukan  beberapa tahapan,  seperti:  perhitungan  antena  secara manual, perhitungan menggunakan Yagi calculator ,  simulasi  menggunakan software ,  dan implementasi.
A. Perhitungan Antena Secara Manual
Perhitungan yang dilakukan adalah menghitung  panjang  dan  jarak  setiap  elemen antena Yagi  dengan menggunakan rumus = , dimana c  =  3x10 8 m/s , f =  frekuensi  kerja  pada antena, = panjang  gelombang.  Dari  panjang gelombang  tersebut,  diperoleh  panjang  disetiap elemen  antena  Yagi.  Antena  Yagi  memiliki beberapa  elemen,  yaitu  elemen reflektor ,  elemen driven ,  dan  elemen director .  Dimana k adalah
velocity factor , untuk tembaga menggunakan nilai 0,96 [5].
B. Perhitungan Menggunakan Yagi Calculator
Untuk menggunakan software Yagi Calculator cukup  memasukkan  frekuensi  kerja antena  Yagi  yang  akan  dibuat,  lalu  memasukkan diameter  elemen  antena,  jumlah  elemen,  nilai velocity  factor ,  bentuk  elemen.  Kemudian  klik “ calculate ”  untuk  melihat  hasilnya,  kemudian dibandingkan dengan hasil perhitungan manual.
C. Simulasi Antena Yagi Software ini dapat digunakan untuk mensimulasikan segala jenis antena. Dari simulasi tersebut  dapat  ditampilkan  hasil  berupa  pola radiasi  (pancaran), gain (penguatan), bandwidth, beamwidth,  return  loss , Voltage  Standing  Wave Ratio (VSWR).

## D. Implementasi
Implementasi  antena  Yagi  433  MHz  pada automatic antenna tracker untuk pesawat terbang tanpa  awak  menggunakan  bahan  almunium  dan tembaga.  Adapun  ukuran  dan  tata  letak reflector serta director berdasarkan perhitungan manual dan simulasi (Gambar 2).
Gambar 2. Implementasi rancang bangun antena Yagi 433 Mhz.
Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390

## IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Data awal yang perlu didapatkan adalah data hasil  perhitungan  antena  Yagi,  baik  ukuran maupun penguatannya. Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan antena secara manual.

## Tabel 3. Hasil perhitungan manual antena Yagi
Komponen Panjang (cm) Jarak (cm) Total Gain (dBi) Reflektor 36,6 15,6 2,1 Dipole 33,3 0,0 4,2 Director 1 31,6 8,7 6,3 Director 2 30,0 12,1 8,3 Director 3 28,5 15,6 9,3 Director 4 27,1 15,6 10,3 Director 5 25,7 15,6 11,3 Director 6 24,4 15,6 12,2 Director 7 23,2 15,6 13,0 Director 8 22,1 15,6 13,8 Total Gain
Kemudian  data  perhitungan software Yagi Calculator,  dimana  data  ini  digunakan  seba g ai referensi  dari  hasil  perhitungan  manual.  Tabel  4 menunjukkan data hasil Yagi calculator .
Tabel 4. Hasil Yagi calculator Komponen Panjang (cm) Jarak (cm) Total Gain (dBi) Reflektor 35.6 13.8 2.1 Dipole 32.3 0 4.2 Director 1 31.5 5.2 6.3 Director 2 31.1 12.5 8.3 Director 3 30.8 14.9 9.7 Director 4 30.5 17.3 10.9 Director 5 30.2 19.4 11.8 Director 6 29.9 20.8 12.6 Director 7 29.7 21.8 13.2 Director 8 29,5 22.8 13.8 Total gain
Terlihat  dari  Tabel  3  dan  4  nilai  yang diperoleh  tidak  jauh  berbeda  antara  hasil perhitungan manual dan software Yagi calculator , dari data di atas yang dibandingkan adalah panjang elemen, jarak antar elemen, dan gain . Perhitungan dengan software Yagi calculator digunakan untuk
memastikan apakah nilai hasil perhitungan manual tersebut sudah benar.
Selanjutnya  dari  data  tersebut  digunakan sebagai parameter simulasi antena. Pada simulasi antena beberapa data yang dihasilkan adalah pola pancaran  antena, gain , bandwidth ,  VSWR,  dan Return Loss.
Gambar 3. a) Pola pancaran pada sumbu elevasi. b)

## Pola pancaran pada sumbu azimut
Gambar 3a) dan 3b) menunjukkan pola radiasi dari antena Yagi pada sumbu elevasi dan azimut. Pada  sumbu  elevasi  didapatkan beamwidth 34.1 deg  dan gain 14.2  dB.  Sedangkan  pada  sumbu azimut  didapatkan beamwidth 37.4  deg  dan gain 14.2 dB. Terlihat bahwa terdapat sedikit perbedaan gain antara simulasi dan perhitungan sebesar 0.4. Data selanjutnya yang perlu dilihat adalah S- parameter dan  lebar bandwidth ,  dimana S- parameter ini  berisi  VSWR,  dan return  loss . Berikut data S-parameter dan lebar Bandwidth :
Gambar 4. Nilai return loss yang diperoleh dari simulasi
Nilai return loss yang diperoleh dari simulasi sebesar  -16,02  dB,  nilai  ini  sudah  termasuk  baik dalam  mendesain  sebuah  antena.  Karena  syarat dikatakan  sebuah  antena  dapat  bekerja  dengan baik adalah nilai return loss -nya lebih kecil dari - 10 dB [6]. Kemudian nilai lebar bandwidth yang
Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390
diperoleh  merupakan  hasil  perhitungan,  yaitu 0.03%.
Nilai  VSWR  yang  diperoleh  dari  hasil simulasi adalah sebesar 1,3752035 ≈ 1,38 (gambar 5).  Nilai  tersebut  sudah  termasuk  baik  dalam pembuatan  sebuah  antena,  karena  syarat  nilai VSWR yang digunakan dalam pembuatan antena adalah  1  <  Nilai  VSWR  <  2.  Dalam  proses mendapatkan nilai VSWR, gain , return loss yang baik serta nilai frekuensi yang sesuai, dibutuhkan penyesuaian  ukuran  panjang  elemen  antena  dan jarak antar elemen.

## Gambar 5. Simulasi nilai VSWR
Setelah  data  simulasi  antena  didapatkan dengan  parameter  nilai  yang  baik,  antena  dibuat dengan  menggunakan  bahan  almunium  dan  pipa tembaga  (Gambar  2).  Kemudian  antena  diuji dengan menggunakan UAV dan software mission planner (Gambar 6).
Gambar 6. Tampilan pengukuran jarak antena Yagi
Dari pengujian jarak komunikasi antena Yagi terlihat  bahwa  jarak  maksimum  komunikasi antena adalah 5032,10 m ≈ 5 km dengan kekuatan sinyal  30%  dan  penguatan  0,11  dBi  (Gambar  7). Jarak  tersebut  dapat  dipertanggungjawakan, karena  jarak  tersebut  sudah  diukur  dengan
menggunakan  koordinat  GPS  pada  titik-titik tersebut.
Gambar 7. Grafik pengujian jarak antena Yagi terhadap kekuatan sinyal dan penguatan

## V. KESIMPULAN
Rancang bangun antena Yagi 433 Mhz pada automatic antenna tracker pesawat terbang tanpa awak  telak  dilakukan  dan  memenuhi  persyaratan yang  diinginkan  pada  aplikasi  antena.  Dari  hasil simulasi  dan pengujian didapat  penguatan  antena sebesar  14,2  dBi  dengan  jarak  jangkauan komunikasi mencapai ±5 km.

## ACKNOWLEDGMENT
Riset  ini  didukung  secara  finansial  oleh Institut  Teknologi  Sumatera  dengan  dana  hibah penelitian mandiri ITERA 2018.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Deden. N. R, Arsyad. R. D, Lita. Lidyawati, “Impelementasi  Antena  Yagi  5  Elemen Sebagai Penerima Siaran Televisi di Bandung Kota”.(2016).JETT.
[2] Soleh,  Muhammad.  2012.  Perancangan Antena Yagi Uda Pada Frekuensi 600 MHz, Semarang : Teknik Elektro Undip.
[3] Ridwan Lesmana, “ANTENA YAGI untuk 2 m Band,” pp. 1–8, 1925.
[4] E. S. dan R. Widianto, “Perancangan Antena Mikrostrip Yagi pada Frekuensi Kerja 1,9-2,1 GHz,” pp. 151–157, 2017.
[5] Fauzi.D.L.N,  dan  T  Hariyadi,  “Design  of  a Directional Microstrip Antenna at UHF-Band
Jurnal ECOTIPE , Volume 7, No.1, April 2020, Hal. 20-25 p-ISSN 2355-5068, e-ISSN 2622-4852 Akreditasi Kemenristekdikti ( SINTA 4 ), SK. No.10/E/KPT/2019 DOI : 10.33019/ecotipe.v7i1.1390
for  Passive  Radar  Application”,  (2017), ISMEE, Universitas Pendidikan Indonesia.
[6] S.I.Andi, Maria Ulfah, Hadiyanto, “Pengaruh Beamwidth, Gain dan Pola Radiasi Performansi Antena Penerima”, 2018,
Politeknik Negeri Balikpapan.