a. Polarisasi Linier
Polarisasi linier terdiri dari polarisasi vertikal dan polarisasi horisontal. Arah dari polarisasi ditentukan oleh arah dari medan listrik. Polarisasi linier,
artinya, dengan berjalannya waktu arah dari medan listrik tidak berubah, hanya orientasinya saja.
Gambar 2.3 menunjukkan sebuah gelombang yang memiliki polarisasi linier yangvertikal.Medan listrik terletak secara vertikal. Di gambar, arah medan
listrik selalu menunjuk ke arah sumbu x positif atau negatif dan arah medan magnet-nya selalu ke sumbu y positif atau negatif. Polarisasi linier yang
horisontal merupakan kebalikan dari vertikal.Medan listrik terletak horisontal arah sumbu y [7].
Gambar 2.3
Polarisasi Linier
b. Polarisasi Eliptis
Berbeda dengan polarisasi linier, pada gelombang yang mempunyai polarisasi eliptis, dengan berjalannya waktu dan perambatan, medan listrik dari
gelombang itu melakukan putaran dengan ujung panah-panahnya terletak pada
sebuah permukaan silinder dengan penampang elips.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Pada kasus tertentu panjang sumbu utama dari penampang elips tersebut sama, sehingga berbentuk lingkaran. Gambar 2.4 menunjukkan orientasi dari
medan listrik yang terpolarisasieliptis [7].
Gambar 2.4 PolarisasiEliptis
c. Polarisasi Circular
Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik berputar secara
konstan terhadap antena [8]. Gambar 2.5 menunjukkan polarisasi circular.
Gambar 2.5 Polarisasi Circular
Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar
berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena.
2.4.5 BeamwidthAntena
Beamwidthadalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama main lobe yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe
utama [5]. Besarnya beamwidthadalah sebagai berikut [8] : 2.10
Dimana : B = 3 dB beamwidthderajat
= frekuensi GHz d = diameter antena m
Gambar 2.6 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.Half Power BeamwidthHPBW adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik-titik setengah daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada
lobe utama. First Null Beamwidth FNBW adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6
BeamwidthAntena
2.4.6 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 [9].
Gambar 2.7 Rentang Frekuensi Yang Menjadi
Bandwidth
Dengan melihat Gambar 2.7
bandwidth
dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [8] :
2.11
Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit narrow
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
band.Sedangkan untuk band yang lebar broad band biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
2.4.7 Impedansi Antena
Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [5]. 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
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio VSWR
Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dipandang sebagai impedansi
karakteristik saluran. Akan tetapi setelah sinyal mencapai ujung saluran dimana beban berada, keadaan akan lain tergantung pada kondisi beban tersebut.
Bila besar impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka daya sinyal yang datang ke beban akan diserap seluruhnya oleh
beban. Tetapi bila besar impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka sebagian sinyal yang datang ke beban itu akan
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
memantul dan kembali menuju ke sumbernya semula. Besarnya sinyal yang dipantulkan kembali menuju sumber ini bergantung kepada bagaimana
ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban. Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang
kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol
Γ. Harga koefisien pantul ini dapat bervariasi antara 0 sampai 1. Jika bernilai
0 artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Hal ini dinyatakan dalam
persamaan [8] :
+ −
= Γ
V V
2.13 Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi
beban dapat dituliskan [8] :
o l
o L
Z Z
Z Z
+ −
= Γ
2.14 Pantulan daya pada saluran yang direpresentasikan dengan adanya
tegangan pantul dan arus pantul di sepanjang saluran akan bertemu dengan gelombang datang dan menimbulkan gelombang resultan yang disebut dengan
gelombang berdiri standing wave. Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan
maupun arus pantul. Perbandingan antara tegangan maksimum terhadap tegangan minimum ini disebut voltage standing wave ratio VSWR. Secara sederhana
VSWR dapat dituliskan sebagai [8] :
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
min max
V V
VSWR =
2.15 VSWR merupakan parameter yang menentukan kualitas dari transmisi
suatu sinyal dari sumber ke beban. Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang artinya dalam saluran tidak ada gelombang pantul atau semua daya yang
diradiasikan antena pemancar diterima semua oleh antena penerima. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar. Gambar
2.8 menunjukkan gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koefisien refleksi dapat dituliskan [8] :
Γ −
Γ +
= 1
1 VSWR
2.16
Gambar 2.8 Voltage Standing Wave Ratio
2.5 Antena Isotropis
Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Karena itu
dikatakan pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan
menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.9 menunjukkan gambar antena isotropis [11].
Amplitudo
t
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Antena Isotropis
2.6 AntenaDirectional
Berdasarkan direktivitasnya, antena directionaldibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena
yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari
segala arah.
2.6.1 AntenaUnidirectional
Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah.Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah.Antena
unidirectionalmempunyai 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
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectionalmempunyai 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
wirelessyang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut. Beberapa macam antena unidirectionalantara lain antena Yagi-Uda, antena
parabola, antenaHelix,antena log-periodic,dan lain-lain [1]. Gambar 2.10 memperlihatkan contoh antena unidirectional.
Gambar 2.10
Contoh Antena Unidirectional
2.6.2 Antena Omnidirectional
Antena
omnidirectional
memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas,
gain
antena
omnidirectional
harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan
dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar.Kesulitannya adalah
pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi.Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang
melebar.Direktivitas antena
omnidirectional
berada dalam arah vertikal.Bentuk
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
pola radiasi antena
omnidirectional
digambarkan seperti bentuk kuedonat
doughnut
dengan pusat berimpit.Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horisontal. Antena
omnidirectional
dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena
omnidirectional
antara lain antena
dipole,
antena Brown, antena
coaxial,
antena
super-turnstile,
antena
ground plane,
antena
collinear,
antena
slot wave guide,
dan lain-lain [1]. Gambar 2.11 memperlihatkan beberapa contoh antena
omnidirectional.
Gambar 2.11 Contoh Antena
Omnidirectional
2.7
Antena Helix
Antena Helixadalah suatu antena yang terdiri dari conducting wire yang dililitkan pada media penyangga berbentuk Helix.Antena Helix merupakan antena
yang mempunyai bentuk tiga dimensi.Bentuk dari antena Helix menyerupai per
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu.Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi.Dimensi dan bentuk
antena Helix digambarkan oleh Gambar 2.12 [10].
Lengan Penopang
Tiang Penopang
pigtail
USB Ground Plane
Llilitan Kabel Email Potongan Kuningan
Konektor SMA Female
Gambar 2.12 Model Antena Helix
Pada antena Helix dirancang, menggunakan kawat email yang dililitkan pada pipa PVC Polyvinyl Chloride dan lempengankuningan sebagai ground
plane, serta pigtail pada perpanjangan konektor SMA Sub Miniature version A. Pemilihan antena Helix sebagai antena bantu lebih dikarenakan
kemudahan dalam perancangan dan kemampuan antena ini untuk menguatkan sinyal juga terbilang sangat baik.
2.7.1 Bagian Dasar Antena Helix
Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi.Bentuk dari antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu.Antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi seperti pada Gambar 2.13 memperlihatkan bentuk dasar dari
sebuah Antena Helix dengan parameter-parameternya adalah sebagai berikut [9].
Gambar 2.13 Bentuk dasar antena Helix dan hubungan antara D, S
,
C, L D = diameter dari Helix
C = circumference keliling dari Helix = πD
S = jarak antar lilitan α = sudut jepit pitch angle = arctan SπD
L = panjang dari 1 lilitan n = jumlah lilitan
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
A = axial length= nS d = diameter konduktor Helix
Diameter dan keliling circumference digunakan sebagai parameter dalam menentukan frekuensi kerja dari antena Helix, biasanya dinyatakan pula dalam
panjang gelombang D dan C. Axial Length dan pitch angle menentukan gain dari antena Helix. Untuk mencari diameter antena Helix dapat menggunakan
persamaan berikut: 2.17
Sementara untuk menghitung circumference dapat menggunakan persamaan berikut [11] :
2.18
Makin panjang axial length makamakin besar pula gain dari antena Helix. Relasi ini dapat dilihat dari persamaan berikut [11] :
2.19
Dan untuk mencari panjang dari antena Helix dapat menggunakan persamaan berikut [11] :
2.20 Antena Helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada
Gambar 2.14 Ground plane dapat berbentukapa saja, tetapi biasanya bentuknya segi empat atau lingkaran dengan diameter satu sampai satu setengah kali panjang
gelombang. Ground plane dapat berbentuk reflector kerucut atau dapat pula
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
berbentuk datar. Dengan menggunakan ground plane, diharapkan back lobe dari antena Helix dapat diminimalisasi [12].
Gambar 2.14 Antena Helix dengan Ground Plane
Antena Helix dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu mode transmisi transmission mode dan mode radiasi radiation mode.Mode transmisi
digunakan untuk menjelaskan bagaimana gelombang elektromagnetik
dipropagasikan sepanjang Helix, mengingat Helix dapat diasumsikan sebagai saluran transmisi tak hingga atau waveguide, dimana beberapa mode transmisi
yang berbeda dapat dioperasikan. Mode radiasi digunakan untuk mengetahui bentuk dari medan jauh far
field pattern dari sebuah Helix. Pada mode radiasi dikenal dua macam mode, yaitu mode axialdan mode normal [12].
2.7.2Operasi Antena Helix pada Mode Axial
Mode operasi axial terjadi jika circumference, C dari antena Helix bernilai kurang lebih satu kali panjang gelombang pada frekuensi tengah dari frekuensi
kerjanya 0,75λC
λ
1,3λ atau nilai optimum adalah 1. Sementara sudut jepit pitch angle
,α yang optimal adalah antara 12 ≤ α ≤ 14 [9].
Metal Ground Plane
Maximum Radiation
Coaxial Feeder
R= diameter ground plane
a= jarak lilitan ke ground plane
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Antena Helix pada mode operasi axial adalah antena yang sederhana dan mudah untuk dibuat karena sifatnya yang non-critical.Ada beberapa parameter
penting dari antena yang perlu untuk diperhatikan, yaitu [12] : 1.
Beamwidth lebar berkas 2.
Gain penguatan 3.
Impedance impedansi Parameter-parameter diatas merupakan fungsi dari banyaknya lilitan n,
jarak antar lilitan S dan frekuensi. Untuk jumlah lilitan yang telah ditentukan, sifat dari beamwidth, gain dan impedansi dapat menentukan lebar bandwith.
Sementara itu, nilaidari bandwith juga berhubungan erat dengan circumference dari antena Helix.
Parameter lain yang mempunyai peran penting dalam perancangan antena Helix adalah bentuk dan ukuran dari ground plane, diameter konduktor antena
Helix, struktur penunjang antena Helix, dan pengaturan feed. Ground plane dapat dibuat dalam berbagai macambentuk. Namun umumnya ground plane dibuat
dalam bentuk lingkaran atau persegi yang datar atau flat dengan ukuran diameter atau sisi minimal 3λ4. Ukuran konduktor dapat dipilih dari 0.005λ sampai dengan
mendekati 0,05λ. Antena Helix dihubungkan dengan saluran transmisi kabel coaxial
melalui feeder.Pada pemasangan feeder, konduktor antena Helix dihubungkan dengan bagian dalam dari kabel coaxial melalui bagian dalam dari feeder,
sementara bagian luar dari feeder berfungsi menghubungkan bagian luar dari kabel coaxialdengan ground plane.Pemasangan feeder ini dapat pula
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
mempengaruhi impedansi dari antena Helix. Pada antena Helix, feeder dapat dipasang dengan 2 macam model, yaitu [12] :
1. Peripheral feed
2. Axial feed
Dengan model peripheral feed, impedansi antena Helix mempunyai nilai yang dihitung dengan persamaan berikut [11]:
2.18 Sementara dengan menggunakan axial feed impedansi antena Helix
bernilai [11]: 2.19
Impedansi antena Helix dapat diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan impedansi yang diinginkan dengan caramemodifikasi ¼ lilitan
terakhirnya. Beamwidthdari antena Helix dapat dihitung sesuai dengan persamaan
berikut [11]: 2.20
Sementara itu, beamwidth between first null dihitung berdasarkan persamaan berikut [11]:
2.21
Sedangkan directivityantena Helix dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini [11]:
2.22
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
2.8 Material
Dalam merancang berbagai jenis antena, maupun peralatan untuk penyeimbang impedansi memerlukan pemilihan dari material dielektrik yang
sesuai. Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang
sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tangent danketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan .
2.9 Wideband Code Division Multiple Access WCDMA
WCDMA merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yang lebih besar
daripada lebar pita sinyal aslinya informasi. Sistem WCDMA hanya memerlukan satu channel frekuensi radio untuk semua pemakainya, masing-
masing pemakai diberi kode yang membedakan antara pengguna satu dengan yang lain. Skema metode akses yang digunakan untuk penyebaran sinyal
WCDMA adalah direct sequence dimanacode sequence digunakan secara langsung untuk memodulasi sinyal radio yang dipancarkan dengan menggunakan
sinyal penebar [13].
2.9.1 Arsitektur Jaringan WCDMA
Teknologi telekomunikasi wireless generasi ketiga 3G yaitu Universal Mobile Telecommunication System UMTS. UMTSmerupakan suatu evolusi dari
GSM, dimanainterface radionyaadalah WCDMA. Gambar arsitektur jaringan
UMTS, terlihat pada Gambar 2.15 [13] :
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA
Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa arsitektur jaringan WCDMA terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu sebagai berikut :
1. UE User Equipment
User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan
smart card yang dikenal dengan nama USIM UMTS Subscriber Identity Module yang berisi nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk
keamanan seperti authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga dilengkapi dengan ME Mobile Equipment yang berfungsi
sebagai terminal radio yang digunakan untuk komunikasi lewat radio.
2. UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network
Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah RNC
Radio Network Controller dan node B.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
a. RNC Radio Network Controller
RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang membawahi beberapa Node B, menghubungkan CN Core Network dengan user
dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC Radio Resource Control yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN.
b. Node B
Node B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node B merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio
kepada UE. Fungsi utama node B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain: channel coding, interleaving, spreading, de-spreading, modulasi, demodulasi
dan lain-lain. Node B juga melakukan beberapa operasi RRM Radio Resource Management, seperti handover dan power control.
3. CN Core Network
Core Network berfungsi sebagai switching pada jaringan UMTS, memanajemen jaringan serta sebagai interface antara jaringan UMTS dengan
jaringan yang lainnya. Komponen Core Network UMTS terdiri dari :
a. MSC Mobile Switching Center
Kategori