Polarisasi Circular Antena TEORI DASAR ANTENA

13

b. Polarisasi Horizontal

Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika elemen antena horizontal terhadap permukaan tanah. Polarisasi horizontal digunakan pada beberapa jaringan wireless[6]. Gambar 2.7 menunjukkan polarisasi horizontal. Gambar 2.7 Polarisasi Horizontal

c. Polarisasi Circular

Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless. Pada antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik berputar secara konstan terhadap antena[6]. Gambar 2.8 menunjukkan polarisasi circular. Gambar 2.8 Polarisasi Circular Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik direction of propagation Note the 90 Phase difference Field x y z 14 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.

d. Polarisasi Cross

Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebaliknya[6]. Gambar 2.9 menunjukkan polarisasi cross. Gambar 2.9 Polarisasi Cross

2.4.5 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[6]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut : � = 21,1 �.� ������� 2.11 Dimana : B = beamwidth derajat � = frekuensi GHz d = diameter antena m 15 Gambar 2.10 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 Beamwidth HPBW adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama. First Null Beamwidth FNBW adalah besar sudut bidang di antara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol[7]. Gambar 2.10 Beamwidth Antena

2.4.6 Bandwidth Antena

Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu[7]. Bandwidth antena dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 2.11. Gambar 2.11 Bandwidth Antena 125 MHz 83,5 MHz 26 MHz 16 Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena . Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar f C , namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f 1 di bawah f C sampai dengan f 2 di atas f C , maka bandwidth antena tersebut adalah[6] : �� = � 2 −� 1 � � × 100 2.12 Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit narrow band. Sedangkan untuk band yang lebar broadband 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[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 = 2.13 Dimana : Z T = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal 17

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. 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 2.14[9] : + − = Γ V V 2.14 Hubungan antara koefisien refleksi Γ , impedansi karakteristik Z L , dan impedansi beban Z dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.15 : o L o L Z Z Z Z + − = Γ 2.15 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. Secara sederhana VSWR dapat dituliskan seperti pada Persamaan 2.16 : min max V V VSWR = 2.16 18 VSWR yang berlebihan dapat menyebabkan masalah yang serius dalam frekuensi radio. Nilai VSWR yang seimbang untuk sebuah antena harus berada pada nilai antara 1 – 2 untuk beberapa level sinyal sesuai frekuensi kerja antena tersebut[9]. VSWR juga dapat dinyatakan dalam decibel seperti pada Persamaan 2.17 berikut: VSWR = 20 log VSWR 2.17

2.4.9 Distance to Fault DTF

Distance to fault DTF merupakan parameter analisis kegagalan dari sebuah antena dan layanan saluran transmisi. Perhitungan parameter ini menggunakan sistem Frequency Domain Reflectometry FDR[10]. Sistem FDR menggunakan frekuensi radio RF. Distance to fault DTF dapat menampilkan frekuensi radio dari return loss atau SWR berbanding dengan jaraknya. Efek dari sambungan yang buruk, kerusakan kabel, atau kesalahan antena dapat dengan cepat diidentifikasi berdasarkan jarak yang ditampilkan pada alat ukur. Bila DTF dibandingkan dengan VSWR berarti pada jarak tertentu seperti pada pembacaan pada alat ukur menunjukkan nilai VSWR-nya. Bila antena memiliki nilai DTF sebesar 1,5 untuk jarak 0,20 m berarti pada jarak 0.20 m dihitung 0 m dari titik alat ukur ke ujung kabel hingga ke antena didapat nilai VSWR sebesar 1,5. Semakin tinggi nilai VSWR-nya maka semakin buruk kinerja dari antena yang dibuat.

2.5 Jenis –Jenis Antena

Beberapa jenis antena yang dipakai secara umum yaitu Antena Isotropis dan Antena Directional. 19

2.5.1 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 menganalisis struktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.12 menunjukkan gambar pola radiasi antena isotropis. Gambar 2.12 Pola Radiasi Antena Isotropis

2.5.2 Antena Directional

Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.

2.5.2.1 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radisinya yang terarah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih baik dibandingkan jenis-jenis antena 20 lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendapatkan 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. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log- periodic dan lain – lain. Gambar 2.13 memperlihatkan beberapa contoh antena unidirectional. Gambar 2.13 Contoh Antena Unidirectional

2.5.2.2 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 21 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 pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat doughnut dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia polarisasi horizontal. 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 groundplane, antena collinear, antena slotwave guide dan lain- lain. Gambar 2.14 memperlihatkan beberapa contoh antena omnidirectional. Gambar 2.14 Contoh Antena Omnidirectional

2.6 Material

Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan. 22

2.6.1 Dielektrik

Bahan dielektrik dapat didapatkan dalam proporsi bentuk dipasaran. Keramik, kaca, plastic, styrofoom adalah beberapa yang termasuk dalam kategori dielektrk. Bahan ini digunakan secara luas sebagai segel untuk komponen gelombang mikro dan sekat pada reflektor. Bahan ini biasanya digunakan untuk aplikasi dengan daya yang rendah. Untuk aplikasi dengan daya yang tinggi bisa menggunakan semua dielektrik kecuali keramik. Plastik yang diperkuat juga digunakan secara luas sebagai penyusun antena, feeder dan mounting surface.

2.6.2 Logam

Pada saat ini tembaga, kuningan dan alumunium adalah logam penyusun paling penting pada antena. Jika berat bukan merupakan pertimbangan utama, maka kuningan dan tembaga merupakan pilihan yang dapat digunakan secara luas. Salah satu keunggulan kedua logam ini adalah dapat dibentuk dengan mudah tanpa perlu menggunakan peralatan yang khusus. Alumunium memiliki kemampuan yang sama bahkan melebihi kedua logam diatas kecuali dalam hal plating. Alumunium memiliki struktur yang lebih ringan daripada tembaga dan kuningan.

2.7 Antena

Dipole Salah satu bagian penting dari suatu pemancar radio adalah antena. Antena adalah sebatang logam yang berfungsi menerima getaran listrik dari transmitter dan memancarkannya sebagai gelombang radio. Antena tersebut berfungsi pula sebaliknya yaitu menerima gelombang radio dan meneruskan gelombang listrik ke 23 receiver. Kuat tidaknya pancaran yang sampai di pesawat lawan bicara atau baik buruknya penerimaan sinyal tergantung dari beberapa faktor. Faktor pertama adalah kondisi propagasi, faktor kedua adalah posisi antena beserta lingkungannya, faktor ketiga adalah kesempurnaan antena. Untuk pancaran ada faktor keempat yaitu besar bandwidth pancaran dan faktor kelima adalah masalah power. Sebatang logam yang panjangnya ¼ λ akan beresonansi dengan baik bila ada gelombang radio yang menyentuh permukaannya. Jadi bila pada ujung coax bagian inner disambung dengan logam sepanjang ¼ λ dan outernya di-ground, ia akan menjadi antena. Antena semacam ini hanya mempunyai satu pole dan disebut monopole. Apabila outer dari coax tidak di-ground dan disambung dengan seutas logam sepanjang ¼ λ lagi menjadi antena dengan dua pole dan disebut dipole ½ λ. Antena dipole bisa terdiri hanya satu kawat saja disebut single wire dipole, bisa juga dengan dua kawat yang ujung-ujungnya dihubungkan dinamakan two wire folded dipole, bisa juga terdiri atas 3 kawat yang ujung-ujungnya disambung dinamakan three wire folded dipole. Berbagai macam cara untuk memasang antena tergantung dari tersedianya space yang dapat digunakan untuk memasangnya. Antena single wire dipole dapat dipasang horizontal sayap kiri dan kanan sejajar dengan tanah, dapat pula dipasang dengan konfigurasi inverted V seperti huruf V terbalik, dengan konfigurasi V seperti huruf V, konfigurasi lazy V ialah berbentuk huruf V yang tidur atau dapat juga konfigurasi sloper miring[8]. Antena Monopole dan Dipole dapat dilihat pada Gambar 2.15. 24 Gambar 2.15 Antena Monopole dan Dipole Antena Dipole adalah antena yang paling banyak disukai oleh para pembuat radio karena beberapa kelebihannya, yaitu murah, efisien, mudah dibuat cukup memakai kawat tembaga atau sejenisnya, broadband, dan lain sebagainya. Antena Dipole sebenarnya merupakan sebuah antena yang dibuat dari kawat tembaga dan dipotong sesuai ukuran agar beresonansi pada frekuensi kerja yang diinginkan. Kawat yang dipakai sebaiknya minimal ukuran AWG American Wire Gauge diameter 2 mm. Lebih besar akan lebih baik secara kekuatan mekanik. Agar dapat beresonansi, maka panjang total sebuah Dipole L adalah 0,5 λ x K , dimana λ adalah panjang gelombang di udara dan K adalah velocity factor pada kawat tembaga. Untuk ukuran kawat tembaga yang relatif kecil hanya berdiameter beberapa mm jika dibandingkan setengah panjang gelombang, maka nilai K diambil sebesar 0,95 dan cukup memadai sebagai awal mulai. Sehingga rumus untuk menghitung total panjang sebuah antena dipole adalah sbb : λ = 300f 2.18 L = 0,5 x K x λ 2.19 Dimana : f = frekuensi kerja yang diinginkan. λ = panjang gelombang di udara. 25 L = panjang total antena dipole. K = velocity factor yang diambil sebesar 0,95. Antena dipole sebenarnya balance sehingga sebaiknya diumpan melalui sebuah BALUN singkatan dari BALance - UNbalance setelah sebelumnya sinyal radio melalui kabel coaxial dari transceiver. Dengan memakai BALUN, maka beberapa kelebihannya adalah : a. Performance antena dipole dapat ditingkatkan. b. Mengurangi TVI Interferensi ke Televisi. c. Mengurangi unbalance current. d. Mengurangi radiasi yang tidak diinginkan. Walaupun antena dipole termasuk balance, jika dipasang tanpa BALUN pun, antena dipole tsb masih bisa bekerja cukup baik. Antena dipole yang sering digunakan adalah antena dipole setengah gelombang. Panjang antena dipole tunggal adalah ½ λ pada frekuensi operasi yang mempunyai titik feeder di tengah, impedansi input yang sesuai, dan mempunyai pola radiasi berbentuk angka delapan terhadap arah depan kawat[8], dapat dilihat pada Gambar 2.16. 26 a b c Gambar 2.16 Arus, Tegangan dan Pola Radiasi Pada Antena Dipole a. Gelombang berdiri arus dan tegangan pada saluran terbuka

b.Gelombang berdiri arus dan tegangan pada sebuah dipole ½ λ