Pengertian Antena Antena Unidirectional Pointing Antena

7

2.3 Pengertian Antena

Antena adalah perangkat media transmisi wireless nirkabel yang memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar. Antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas gelombang mikro yang merupakan fungsi antena sebagai transmitter Tx. Energi listrik dari transmitter dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada receiver Rx akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima. Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima

2.4 Parameter Karakteristik Antena

Parameter karakteristik antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedansi antena dan voltage standing wave ratio VSWR. Antena Antena Tx Rx Gelombang Elektromagnetik 8

2.4.1 Direktivitas Antena

Keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai ”perbandingan antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis ”. Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber isotropis[4]. Keterarahan pada antena secara umum dinyatakan dari Persamaan 2.3 [4]: rad o P U D max 4 log 10      2.3 Dimana : D o = directivity dB U max = intensitas radiasi maksimum watt P rad = daya radiasi total watt

2.4.2 Gain Antena

Gain directive gain adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah decibel [4]. Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [5] : Gain = G = k. D 2.4 9 Dimana : k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤1 Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam satuan decibel. Decibel dapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [4] : a. Ketika mengacu pada pengukuran daya power 2.5 b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan volt 2.6 Gain antena biasanya diukur relatif pada : 1 dBi relatif pada radioator isotropic 2 dBd relatif pada radioator dipole Hubungan antara dBi dan dBd adalah sebagai berikut [5] : 0 dBd = 2,15 dBi 2.7 Umumnya dBi digunakan untuk mengukur gain sebuah antena. Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada persamaan [4]: 2.8 10 Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh persamaan [4] : Gt dB = [PtdBm – PsdBm] + GsdB 2.9 Dimana : Gt = Gain total antena. Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur dBm. Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi dBm. Gs = Gain antena referensi.

2.4.3 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi dari sebuah antena didefinisikan sebagai fungsi matematis atau gambaran secara grafis dari karakteristik radiasi sebuah antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Pada kasus secara keseluruhan, pola radiasi dihitungdiukur pada medan jauh dan digambarkan kembali sebagai koordinat arah. Karakteristik radiasi mencakup rapat flux daya, intensitas radiasi, kuat medan, keterarahandirektivitas, fasa atau polarisasi. Karakteristik radiasi yang menjadi pusat perhatian adalah distribusi energi radiasi dalam ruang 2 dimensi maupun 3 dimensi sebagai fungsi dari posisi pengamat di sepanjang jalur dengan jari-jari yang konstan. Contoh koordinat yang sesuai diperlihatkan pada Gambar 2.2 [4]. Gambar 2.2 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena 11

2.4.4 Beamwidth Antena

Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama main lobe yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama [5]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut [6] : 2.10 Dimana : B = 3 dB beamwidth derajat = frekuensi GHz d = diameter antena m Gambar 2.3 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama main lobe, nomor 1, lobe sisi samping side lobe, nomor 2 dan lobe sisi belakang back lobe, nomor 3. Gambar 2.3 Beamwidth Antena Half Power Beamwidth HPBW adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik-titik setengah daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe 12 utama. First Null Beamwidth FNBW adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.

2.4.5 Bandwidth Antena

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kerja yang berhubungan dengan berapa karakteristik seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio memenuhi spesifikasi standar [4]. Gambar 2.4 menunjukkan bandwidth antena. Gambar 2.4 Bandwidth Antena Dari Gambar 2.4 diketahui f 1 adalah frekuensi bawah, f 2 adalah frekuensi atas dan f c merupakan frekuensi tengah. Dengan melihat Gambar 2.4 bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [5] : 2.11 Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit narrow band. Sedangkan untuk band yang lebar broad band biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah. 13

2.4.6 Impedansi Antena

Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [4]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut. I V Z T  2.12 Dimana : Z T = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal

2.4.7 Voltage Standing Wave Ratio VSWR

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri standing wave maksimum |V|max dengan minimum |V|min. Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan V0 + dan tegangan yang direfleksikan V0 - . Pebandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan Γ [4] : 2.13 di mana Z L adalah impedansi beban load dan Z adalah impedansi saluran. Rumus untuk mendari VSWR adalah [4] : VSWR = 2.14 14 Kondisi yang baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun, kondisi ini kenyataannya sulit diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan dalam perancangan antena ad alah ≤ 2.

2.5 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenis – jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan aperture, semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut [7]. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodik, dan lain – lain. Gambar 2.5 salah satu jenis antena unidirectional yaitu antena Yagi-Uda. Gambar 2.5 Antena Yagi-Uda 15

2.6 Pointing Antena

Pointing merupakan sebuah tindakan mengarahkan antena pada bagian penerima ke antena pengirim. Pengarahan antena dapat dicapai dengan menggunakan sudut azimut AZ dan sudut elevasi EL. Sudut azimut didefinisikan sebagai sudut yang dihasilkan dengan memutar sebuah sumbu tegak lurus dengan bidang horizontal searah putaran jarum jam, dengan arah utara sebagai titik referensi. Sudut elevasi adalah sudut yang dihasilkan dengan memutar sebuah sumbu yang sejajar dengan bidang horizontal, dengan bidang horizontal sebagai titik referensi [8]. Gambar 2.6 menunjukkan sudut elevasi dan sudut azimut. Gambar 2.6 Sudut Elevasi dan Azimut Pengarahan antena ini mempengaruhi besar daya yang diterima, karena semakin terarahnya suatu antena maka redaman akibat pengarahan juga semakin kecil. Rugi-rugi kesalahan pengarahan antena dapat dihitung dengan [9]: L T = 12 α T θ 3dB 2 dB 2.15 L R = 12 α R θ 3dB 2 dB 2.16 16 Dimana: L T = redaman akibat kesalahan pengarahan transmitter dB L R = redaman akibat kesalahan pengarahan receiver dB α T = kesalahan pengarahan θ 3dB = lebar berkas pada saat daya 50 Semakin kecil nilai α T dari suatu pointing, maka akan memperkecil redaman akibat kesalahan dari pengarahan antena. Gambar 2.7 menunjukkan skema kesalahan pointing dari antena pengirim dan penerima. Gambar 2.7 Skema Kesalahan Pointing Antena Pengirim dan Penerima

2.7 Motor Servo