6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 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 transmitterTx. Energi listrik dari transmitter dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian
gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada receiverRx akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan
antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima[2].
Gambar 2.1 Antena sebagai pengirim dan penerima
2.1.1 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 dan voltage standing wave ratio
VSWR.
Universitas Sumatera Utara
7
2.1.1.1 Direktivitas
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 2.1[4]: =
.
4.�.
���
�
��
2.1 Dimana :
= directivity dB = intensitas radiasi maksimum watt
= daya radiasi total watt
2.1.1.2 Gain
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 [7]. Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil
daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan pada Persamaan 2.2[5] Gain = G = k.D
2.2 Dimana :
k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤ 1
Universitas Sumatera Utara
8
Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat
dituliskan pada Persamaan 2.3 [4]: =
�
���
� � �
���
�
2.3 Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2.4
[4]: = [
− ] +
2.4 Dimana :
= Gain total antena = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur dBm
= Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi dBm = Gain antena referensi
2.1.1.3 Pola Radiasi
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]. Radiasi antena terdiri dari tiga komponen medan elektromagnetik medan listrik dan medan magnet yaitu
,
Universitas Sumatera Utara
9
Ø
,
ɵ
dan ,
Ø
,
ɵ
dimana r adalah radius radiasi, Ø adalah lebar sudut radiasi terhadap azimuth, dan
ɵ adalah lebar sudut radiasi terhadap elevasi.
Gambar 2.2 Sistem koordinat untuk menganalisis antena
2.1.1.4 Beamwidth
Beamwidth adalah besamya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama main lobe yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe
utama [2]. Besarnya beamwidth dapat dihitung dengan persamaan 2.5[6] : =
, .�
2.5 Dimana :
Bw = 3 dB beamwidth derajat f = frekuensi GHz
D = diameter antena m
Universitas Sumatera Utara
10
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
utama. First Null Beamwidth FNBW adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
2.1.1.5 Bandwidth
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
Universitas Sumatera Utara
11
Dari Gambar 2.4 diketahui f1 adalah frekuensi bawah, f2 adalah frekuensi atas dan fc merupakan frekuensi tengah. Dengan melihat Gambar 2.4 bandwidth
dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.6 [5] : =
−
2.6 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.
2.1.1.6 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
+
dan tegangan yang direfleksikan
−
. Pebandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebaga
i koefisien refleksi tegangan Γ yang dapat dicari dengan Persamaan 2.7 [8] :
Γ =
� −
� +
=
�
−
� �
+
�
2.7 di mana
�
adalah impedansi beban load dan adalah impedansi saluran.
Rumus untuk mencari VSWR dituliskan pada Persamaan 2.8 [4] : =
| | | | �
=
+|Γ| −|Γ|
2.8 Kondisi yang baik adalah ketika VSWR bemilai 1, yang berarti tidak ada
refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun, kondisi ini
Universitas Sumatera Utara
12
kenyataannya sulit diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan dalam perancangan antena adalah 2.
2.1.2 Antena Omnidireksional