7
Walaupun Hertz sering disebut sebagai ‘bapak radio’, namun selama hampir satu
dekade, penemuannya hanya tertinggal di
laboratorium, keingintahuan Guglielmo Marconi yang pada saat itu berusia 20 tahun yang
melihat majalah tentang eksperimen Hertz, apakah gelombang Hertz itu bisa digunakan untuk mengirimkan pesan. Dia menjadi terobsesi dan melakukan
penelitian di rumahnya. Dia mengulang eksperimen Hertz dan berhasil. Setelah itu ia mencobanya dengan antena yang lebih besar untuk jarak yang lebih jauh.
Pada tahun 1901, ia mengumumkan kepada dunia bahwa ia telah menerima sinyal radio di Newfoundland, Canada, yang dikirimkan dari seberang samudera atlantik
dari sebuah stasiun yang telah dibangun nya dari Cornwall, Inggris [1].
2.2 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian
dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.
Panjang gelombang λ memiliki hubungan dengan frekuensi ƒ dan kecepatan ν yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [2] :
= 2.1
Kecepatan ν bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara free space, maka [2] :
8
v = c = 3 x 10
8
ms 2.2
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 Antena
Tx Rx
Gelombang Elektromagnetik
9
antena, polarisasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedansi antena dan voltage standing wave ratio VSWR.
2.4.1 Direktivitas Antena
Direktivitas, pengarahan dari sebuah antena adalah perbandingan
kerapatan daya maksimum terhadap daya rata-rata yang menembus seluruh kulit bola yang diamati pada medan jauh. Nilai D diperoleh melalui persamaan [3] :
= =
, ,
2.3
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 Dimana :
k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤1
10
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 [6] : a.
Ketika mengacu pada pengukuran daya power = 10
2.5 b.
Ketika mengacu pada pengukuran tegangan volt = 20
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 [6] :
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 [3]:
= ×
2.8
Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh persamaan [3] : Gt dB = [PtdBm – PsdBm] + GsdB 2.9
11
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 antena pada umumnya terdiri dari sebuah lobe utama main lobe dan beberapa lobe kecil minor lobe. Lobe utama merupakan gambaran
kualitas antena yang menunjukkan energi yang tersalurkan sesuai dengan yang diinginkan Gambar 2.2. Diagram arah sebenarnya tiga dimensi, tetapi biasa
digambarkan sebagai dua dimensi, yaitu dua penampangnya saja yang saling tegak lurus berpotongan pada poros main lobe [1].
Gambar 2.2 Pola Radiasi Antena Directional
2.4.4 Polarisasi Antena
Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena
12
terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless, polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang
diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan.
Polarisasi dari sebuah antena menginformasikan ke arah mana medan listrik memiliki orientasi dalam perambatannya. Ada tiga macam polarisasi secara
garis besarnya yaitu polarisasi linier, eliptis dan circular. 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 yang vertikal. Medan listrik terletak secara vertikal. Di gambar, arah medan
listrik selalu menunjuk ke arah sumbu x positif atau negatif E
x
dan arah medan magnet-nya selalu ke sumbu y positif atau negatif H
y
. Polarisasi linier yang horisontal merupakan kebalikan dari vertikal. Medan listrik terletak horisontal
arah sumbu y [7].
Gambar 2.3 Polarisasi Linier
13
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. Pada kasus tertentu panjang sumbu utama dari penampang elips tersebut
sama, sehingga berbentuk lingkaran. Gambar 2.4 menunjukkan orientasi dari medan listrik E yang terpolarisasi eliptis [7].
Gambar 2.4 Polarisasi Eliptis
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.
14
Ada dua jenis membuatnya yaitu
elektromagnetik pada meninggalkan antena
berlawanan arah jarum
2.4.5 Beamwidth An
Beamwidth ada radio utama main lobe
utama [5]. Besarnya be
=
, .
14
Gambar 2.5 Polarisasi Circular
nis turunan pada antena polarisasi circular be u left hand circular dan right hand ci
pada right hand circular berputar searah jar na. Medan elektromagnetik pada left hand ci
rum jam ketika meninggalkan antena.
Antena
adalah besarnya sudut berkas pancaran gelom n lobe yang dihitung pada titik 3 dB menurun da
a beamwidth adalah sebagai berikut [8] :
=
, .
14
berdasarkan cara circular. Medan
jarum jam ketika circular berputar
lombang frekuensi un dari puncak lobe
=
, .
2.10
15
Dimana : B = 3 dB beamwidth
= frekuensi GHz d = diameter antena m
Gambar 2.6 m lobe, nomor 1, lobe
back lobe, nomor 3. dibatasi oleh titik-titik se
pada lobe utama. Fi diantara dua arah pada
2.4.6 Bandwidth An
Bandwidth sua kerja yang berhubunga
15
dth derajat
m 2.6 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lob
obe sisi samping side lobe, nomor 2 dan lobe 3. Half Power Beamwidth HPBW adalah da
itik setengah daya atau -3 dB atau 0.707 dari me First Null Beamwidth FNBW adalah besa
h pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.
Gambar 2.6 Beamwidth Antena
Antena
suatu antena didefinisikan sebagai rentang fr hubungan dengan berapa karakteristik seperti impe
15
lobe utama main lobe sisi belakang
daerah sudut yang medan maksimum
esar sudut bidang
ng frekuensi dimana pedansi masukan,
16
pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio memenuhi spesifikasi standar [9].
Gambar 2.7 Bandwidth Antena
Dari Gambar 2.7 diketahui f
1
adalah frekuensi bawah, f
2
adalah frekuensi atas dan f
c
merupakan frekuensi tengah. Dengan melihat Gambar 2.7 bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [8] :
= × 100
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.
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.
17 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
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.
18
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] :
V V
2.13
Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dituliskan [8] :
o l
o L
Z Z
Z Z
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] :
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
19
diradiasikan antena pe besar nilai VSWR m
2.8 menunjukkan gam dapat dituliskan [8] :
s
G
2.5 Antena Isotrop
Antena isotropi segala arah dengan i
dikatakan pola radiasi dunia nyata dan ha
menganalisa struktur gambar antena isotropi
Amplitudo
t
19
a pemancar diterima semua oleh antena pene menunjukkan daya yang dipantulkan semakin
gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koe :
1
1 VSWR
s
Gambar 2.8
Voltage Standing Wave Ratio
a Isotropis
sotropis merupakan sumber titik yang memanc n intensitas yang sama, seperti permukaan bol
asi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini hanya digunakan sebagai dasar untuk m
uktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.9 ropis [10].
Amplitudo
t
19
enerima. Semakin kin besar. Gambar
n koefisien refleksi
2.16
ancarkan daya ke bola. Karena itu
ni tidak ada dalam uk merancang dan
2.9 menunjukkan
Amplitudo
t
20
Gambar 2.9 Antena Isotropis
2.6 Antena Directional