Optimasi Jangkauan Antena Yagi-Uda Dalam Sistem Monitoring Lahan Pertanian Berbasis Modul nRF24L01

Perkembangan teknologi monitoring nirkabel dalam sektor pertanian telah mendorong kebutuhan akan sistem komunikasi data yang andal, efisien, dan hemat energi, terutama di wilayah rural dengan keterbatasan infrastruktur. Tujuan dari studi ini adalah untuk meningkatkan cakupan sistem pemantauan lahan pertanian berbasis frekuensi radio Industrial, Scientific, and Medical (ISM) dengan menggunakan antena Yagi-Uda yang disesuaikan dengan saluran transmisi yang tersedia di modul nRF24L01. Optimalisasi ini penting dilakukan untuk mengoptimalkan jarak jangkauan dari modul nRF24L01. Dalam penelitian ini, sistem pemantauan yang dibuat dapat mengukur kondisi lingkungan lahan pertanian melalui penggunaan sensor DHT22 (suhu dan kelembaban), kelembaban tanah menggunakan sensor soil moisture, dan BH1750 (untuk mengukur intensitas cahaya) yang akan diproses data hasil pengukuran sensor-sensor tersebut menggunakan ESP32 pada sisi node. Data yang dikirimkan dari sisi node ke gateway ESP32 menggunakan modul nRF24L01 melalui komunikasi frekuensi radio ISM, secara otomatis diteruskan ke Google Spreadsheet melalui jaringan Wi-Fi pada sisi gateway. Modul nRF24L01 merupakan salah satu modul berbasis Wireless Sensor Network (WSN) yang bekerja pada rentang frekuensi ISM (2,4 hingga 2,525GHz). Modul nRF24L01 merupakan modul yang paling handal dibandingkan modul - modul WSN lain (Seperti LoRa, ESP32, ESP8266, dan XBee) dalam kemampuan melakukan transmisi data. Modul nRF24L01 memiliki kecepatan transfer data hingga 2 Mbps dengan jarak aktual berkisar 40 meter hingga 120 meter dengan menggunakan antena dipole. Dikarenakan modul nRF24L01 memiliki jarak jangkauan yang pendek tersebut, pentingnya modul nRF24L01 tersebut terdapat sebuah antena penguat yang mampu mempropagasikan sinyal dengan jarak yang jauh. Antena Yagi-Uda merupakan sebuah opsi yang ditawarkan dalam penelitian ini. Berdasarkan penelitian sebelumnya serta pengujian komparasi antena pada penelitian ini, didapatkan bahwa antena Yagi-Uda lebih unggul dibandingkan antena Dipole dalam pengukuran dengan standarisasi IEEE-149 di laboratorium ancehoic chamber serta pengujian LOS dan NLOS. Penelitian ini menggunakan standarisasi IEEE-149 dengan fokus parameter uji gain, pola radiasi, VSWR, return loss, impedansi (Z), polarisasi. Didapatkan bahwa antena Yagi-Uda memiliki nilai gain sebesar 8,29 dB, dengan pola radiasi linier, VSWR sebesar 1,307, nilai return loss sebesar -15,777 dB, impedansi (Z) sebesar 39,673 Ω, jenis polarisasi antena adalah directional. Antena Dipole bawaan modul nRF24L01 memiliki nilai gain sebesar 2 dB, dengan pola radiasi linier, VSWR sebesar 1,813, return loss sebesar -10,655 dB, impedansi (Z) sebesar 81,455 Ω, jenis polarisasi antena adalah omnidirectional. Berdasarkan hasil uji laboratorium anechoic chamber, konfigurasi ideal untuk implementasi modul nRF24L01 pada monitoring lahan terbuka adalah menggunkan antena Yagi-Uda 10 elemen dengan gain sebesar 8,29 dB dapat menjangkau jarak hingga 550 meter saat kondisi LOS dibandingkan menggunakan antena dipole hanya dapat menjangkau jarak sepanjang 400 meter saat kondisi LOS. untuk menjangkau seluruh area lahan terbuka seluas 2,5 hektar di BBPP Lembang, dibutuhkan antena dipole sebanyak 6 buah node sensor, estimasi menggunakan antena Yagi-Uda sebagai transmitter pada sisi node sensor membutuhkan 4 hingga 5 node sensor.

Kata kunci: antena Yagi-Uda, komunikasi frekuensi radio, sistem monitoring pertanian, gain, pola radiasi, VSWR, return loss, impedansi (Z), polarisasi, nRF24L01.