Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole

(1)

ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP

POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE

OLEH :

NAMA

:

ARIEF ANANDA HASIBUAN

NIM

:

070402003

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Antena dipole adalah suatu antena resonan yang mempunyai panjang total nominal ½ pada frekuensi pembawa. Antena dipole merupakan antena fundamental yang digunakan untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio. Dalam Tugas Akhir ini digunakan simulasi untuk menampilkan parameter-parameter antena yang diperlukan guna menganalisis pengaruh bahan yang akan digunakan dalam menentukan pola radiasi pada antena dipole.

Dari hasil analisis yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa dalam pola radiasi antena dipole, nilai konduktivitas dan luas penampang terhadap suatu bahan sangat berpengaruh. Hal ini berdasarkan dari hasil nilai bidang-E dan bidang-H yang mempunyai nilai maksimal. Analisis ini berdasarkan pada simulasi yang dilakukan dengan menggunakan software Matlab.

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda Baharuddin Hasibuan,SH dan Ibunda Nurmiany serta abangda dan kakanda tercinta yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST.MT , selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir,R.Sugih Arto Yusuf selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini.

(4)

3. Bapak Ir. Arman Sani, MT , selaku Kepala Laboraturium Sistem Komunikasi Radio, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Maksum Pinem, ST.MT , selaku Kepala Laboraturium Dasar Telekomunikasi, atas nasehat, bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Abang dan kakakku tersayang Supriyanti Hasibuan & Syamsul Bahri, Bayu Wardana Hasibuan dan Wenny Setiawan Hasibuan, ponakanku yg imut Farras Azzam. Sepupu yang gokiel Syahrizal Lubis. Terimakasih atas perhatian dan doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir. 7. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan

seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

8. Sahabat sekaligus teman yang terbaik dan tercantik, Pratiwi Surya Ningsih “Tiwie” dan Anastasya Citra “Tachii” terima kasih perhatian, doa dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir.

9. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro para warriors: Irzi “Kepo”,Fitri ”Mbak Iti”,Roy “RFS”, Ridho “Jota”, Samy “Mak Bores”, Fajar ”LegalPrince”, Habib ”Komeng”, Sobirin ”Mu5h0”, Arynda ”Ryndul”, Ichan “Gochan007”, Bon “Jempollers” , Dyan “Narcissus”, Agus “Guzzy”, Iyal “MasterJava”, Nikman “Vidi”, Ichsan “Tombol”, Ryan “Dewa Cinta”,

(5)

Selvi ”Chayoo”, Dion Citoruzz , Rey “Bieber”, Syuib ”Maho”, Frans “motivator”, Fernadi “Borong”, Yovie “Tutuk” dan segenap angkatan ’08 yang masih beraktifitas di kampus, semoga silaturahim kita terus terjaga. 10. Senior-senior Gembonk ’05 dan ‘06 yang sudah tamat : Bg Harpen, Bg

Gifari, Bg Lutfi, Bg Riki, Bg Sujeck, Bg Cuib, Bg Rudy, Mutiara “Muteng”,Kak Diana, Kak Liza, yang berperan banyak atas kerjasama, masukan, dan bantuan selama proses penulisan Tugas Akhir ini

11. Keluarga Besar Laboratorium Antena, Telematika dan Laboratorium Dasar Telekomunikasi FT USU : Bg Alifsyah, Bg Arbi Divo, Bg Ibenk, Bg Demon, dan Rasyid. Terimakasih atas doa dan dukungannya

12. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian terutama bagi penulis sendiri.

Medan, 02 Juli 2011 Penulis

Arief Ananda Hasibuan NIM. 070402003

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR... viii

DAFTAR TABEL ... x

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 2

1.5 Metode Penulisan ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

II. TEORI DASAR ANTENA ... 5

2.1 Umum ... 5

2.2 Gelombang Elektromagnetik ... 5

2.3 Pengertian Antena ... 7

2.4 Parameter – Parameter Antena ... 7

2.4.1 Direktivitas Antena ... 8

2.4.2 Gain Antena ... 8

2.4.3 Pola Radiasi Antena ... 9

2.4.4 Beamwidth Antena ... 17

(7)

2.4.6 Impedansi Antena ... 19

2.5 Jenis – Jenis Antena ... 19

2.5.1 Antena Isotropis ... 19

2.5.2 Antena Directional... ... 20

2.5.2.1 Antena Unidirectional_{... 20}

2.5.2.2 Antena Omnidirectional ... 21

III. TEORI ANTENA DIPOLE ... 22

3.1 Umum ... 22

3.2 Konsep Dasar Antena ... 23

3.3 Antena Dipole ... 26

3.4 Komponen Pada Antena Dipole ... 30

3.4.1 Panjang Antena Dipole ... 30

3.4.2 Bahan Antena Dipole ... 31

3.5 Parameter Antena Dipole ... 32

3.6 Pola Radiasi Pada Antena Dipole ... 35

IV. ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE ... 38

4.1 Umum ... 38

4.2 Parameter Dalam Analisis Antena Dipole ... 38

4.3 Analisis Nilai Konduktivitas Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole ... 39

4.4 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Nilai Konduktivitas Yang Berbeda ... ... 45 4.5 Analisis Nilai Luas Penampang Bahan Terhadap Pola Radiasi

(8)

Antena Dipole... 50

4.6 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Luas Penampang Bahan Yang Berbeda... .. 56

V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 61

5.1 Kesimpulan ... 61

5.2 Saran ... 62

DAFTAR PUSTAKA... 63 LAMPIRAN

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pemancar dan Penerima ... 7

Gambar 2.2 Dimensi Pola Radiasi Antena ... 9

Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena ... 10

Gambar 2.4 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional ... 10

Gambar 2.5 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional dalam Koordinat Polar ... 11

Gambar 2.6 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional ... 11

Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional dalam Koordinat Polar ... 12

Gambar 2.8 Daerah-Daerah Medan Antena ... 13

Gambar 2.9 Parameter-Parameter Pola Antena (Pola Daya Ternormalisasi) ... 15

Gambar 2.10 Beamwidth Antena ... 17

Gambar 2.11 Bandwidth Antena ... 18

Gambar 2.12 Antena Isotropis ... 20

Gambar 3.1 Antena dipole dan Monopole ... 23

Gambar 3.2 Konfigurasi Antena Dalam Suatu Jaringan dan Rangkaian Ekivalennya ... 24

Gambar 3.3 Alur Gelombang pada Antena ... 25

Gambar 3.4 Arus, Tegangan, dan Pola Radiasi pada Antena Dipole... 28

Gambar 3.5 Antena Dipole ... 30

(10)

Gambar 3.7 Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole ... 35 Gambar 3.8 Koordinat-koordinat Bola (spherical coordinates) ... 36 Gambar 3.9 Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi ... 37

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Bahan Antena ... 31 Tabel 4.1 Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal Dengan Nilai Konduktivitas

Yang berbeda... 46 Tabel 4.2 Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal Dengan Luas Penampang

(12)

ABSTRAK

(13)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Keunggulan suatu sistem telekomunikasi tidak hanya ditentukan oleh kualitas pemancar dan penerimanya saja, namun juga sangat dipengaruhi oleh kualitas pemancaran dan penerimaan antena, diantaranya ialah antena dipole. Antena dipole merupakan antena fundamental untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio.

Salah satu karakteristik antena dipole yang akan dibahas disini adalah pola radiasi antena. Pola radiasi antena terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang dipancarkan lewat udara bebas dalam suatu bentuk radiasi (pancaran) tertentu dalam medan radiasi, yaitu medan jauh. Pola radiasi antena bisa berubah-ubah berdasarkan nilai parameter yang ditentukan sebagai variabel.

Salah satu parameter yang juga dapat mempengaruhi pola radiasi pada antena dipole adalah jenis bahannya dimana bahan yang di pakai mempunyai nilai konduktivitas yang berbeda – beda. Konduktivitas adalah parameter yang sangat berpengaruh dalam pembuatan antena sehingga diperlukan konduktivitas yang maksimal untuk mengoptimalkan pola radiasi antena.

Pada Tugas Akhir ini akan di analisis bagaimana pengaruh dari jenis bahan – bahan tersebut terhadap pola radiasi pada antena dipole. Bahan – bahan yang di pakai dalam melakukan analisis adalah perak, tembaga, emas alumunium, kuningan dan besi. Analisis dilakukan menggunakan simulasi Matlab.

(14)

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan pada Tugas Akhir ini yaitu:

1. Apa yang dimaksud dengan antena dipole. 2. Apa yang dimaksud dengan pola radiasi antena.

3. Bagaimana cara mensimulasikan pola radiasi pada antena dipole. 4. Bagaimana pengaruh bahan terhadap pola radiasi pada antena dipole.

1.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh bahan terhadap pola radiasi yang dipancarkan antena dipole dengan cara simulasi.

1.4 Batasan Masalah

Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut: 1. Parameter yang dibahas hanya : pola radiasi dan dimensi antena.

2. Hanya membahas antena dipole.

3. Frekuensi yang di pakai 300 MHz (pada sistem FM), panjang gelombang (λ) 100 m, panjang antena dipole 0,5 m dan tegangan sumber 1mV.

4. Bahan yang dipakai dalam analisis yaitu perak, tembaga, emas, aluminium, kuningan dan besi berupa nilai konduktivitas.

5. Khusus untuk analisis luas penampang bahan yang di pakai adalah bahan tembaga.

(15)

7. Analisis dilakukan dengan menggunakan bantuan software Matlab. 1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis pada penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnal-jurnal pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy.

2. Simulasi, yaitu suatu proses yang dilakukan sebagai bantuan dalam menganalisis Tugas Akhir ini.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II TEORI DASAR ANTENA

Bab ini berisi penjelasan tentang antena secara umum, konsep perambatan, parameter antena, jenis-jenis antena dan aplikasi antena.

(16)

BAB III TEORI ANTENA DIPOLE

Bab ini berisi penjelasan tentang defenisi antena dipole, komponen pembuat antena dipole, jenis bahan, parameter antena dipole dan pola radiasi pada antena dipole.

BAB IV ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA

RADIASI PADA ANTENA DIPOLE

Bab ini berisi tentang analisis pengaruh bahan yang digunakan pada antena dipole dengan bantuan software Matlab.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan Tugas Akhir.

(17)

BAB II

TEORI DASAR ANTENA

2.1 Umum

Dilihat dari latar belakang telekomunikasi berupa komunikasi wireless, antena radio pertama dibuat oleh Heinrich Hertz yang tujuannya untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik yang sebelumnya telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima.[1]

Asal kata antena berhubungan dengan apa yang diciptakan oleh Guglielmo Marconi. Marconi melanjutkan penelitian Hertz dengan menambah rangkaian tuning dan antena besar yang mampu melakukan pensinyalan dalam jarak yang sangat jauh dengan menggunakan tiang yang tingginya 2,5 meter dan kawat. Kawat digunakan sebagai radiasi dan menerima aliran listrik yang dalam bahasa Itali dikenal sebagai l’antenna centrale dan kawat yang melilitnya disebut l’antenna. Pada pertengahan Desember 1901, Marconi mengejutkan dunia dengan penerimaan sinyal di St. Johns, New Foundland dari stasiun pengiriman yang telah dibangunnya di Poldhu, Cornwall, Inggris [2].

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian

(18)

dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal [3].

Gelombang berosilasi secara periodik atau berulang – ulang ditandai dengan adanya frekuensi (rata – rata pergerakan tiap pengulangan atau banyaknya getaran tiap detik), dapat diketahui dari Persamaan (2.1) [1] :

(2.1) Dimana : f adalah frekuensi dalam hertz (Hz)

T adalah periode dalam detik.

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (f) dan kecepatan (v) yang ditunjukkan pada Persamaan (2.2) [1] :

f c

λ (2.2)

Kecepatan (v) bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka :

c = 3 x 108 m/s (2.3)

Panjang fisik antena (l) adalah fungsi panjang gelombang (λ) yang tergantung pada frekuensi. Panjang antena dalam meter dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) [1]:

l = (2.4)

Dimana : l = panjang antena λ = Panjang gelombang

(19)

2.3 Pengertian Antena

Antena merupakan bagian dari sistem komunikasi radio. Antena adalah perangkat media transmisi nirkabel yang memanfaatkan udara sebagai media penghantar [3]. Antena berfungsi sebagai peralatan konversi atau pengubah energi gelombang elektromagnetik terbimbing menjadi energi gelombang elektromagnetik ruang bebas sebagai pemancar (transmitter), dan mengubah energi gelombang elektromagnetik ruang bebas menjadi energi gelombang elektromagnetik terbimbing sebagai penerima (receiver). Gambar 2.1 menunjukkan gambar antena sebagai pemancar dan penerima.

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pemancar dan Penerima

2.4 Parameter – Parameter Antena

Parameter – parameter 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, polarisasi antena, beamwidth antena, dan bandwidth antena.

(20)

2.4.1 Direktivitas Antena

Direktivitas antena atau arah pancaran antena adalah kemampuan arah pancar dari sebuah antena untuk memfokus energi gelombang elektromagnetik untuk dipancarkan ke semua arah atau arah tertentu, atau kemampuan menerima energi gelombang elektromagnetik lebih baik dari segala arah atau arah tertentu pada saat menerima. Ada jenis antena yang dibuat secara khusus untuk memfokus energi gelombang elektromagnetik dari antena ke arah yang dikehendaki yaitu antena unidirectional. Ada pula jenis antena yang memiliki pancaran menyebar ke semua arah yaitu antena omnidirectional [4].

Direktivitas antena merupakan perbandingan kerapatan daya maksimum dengan kerapatan daya rata - rata. Maka dapat dituliskan pada Persamaan (2.5) [1] :

( )

rata rata P maks P D as Direktivit − =

= _θ _φθ φ

, ,

(2.5)

2.4.2 Gain Antena

Gain antena adalah perolehan kelebihan yang didapat dari pemakaian sebuah antena dengan membandingkannya dengan antena lain yang digunakan sebagai referensi [5].

Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan Persamaan (2.6) [1] :

D k G

Gain= = . (2.6)

Dimana :

(21)

2.4.3 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antena merupakan representasi grafis yang menggambarkan komponen radiasi pada antena sebagai fungsi ruang [6]. Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. Gambar 2.2 menunjukkan pola radiasi antena dalam dua dimensi dan tiga dimensi.

Gambar 2.2 Dimensi Pola Radiasi Antena

Dua gambaran pola radiasi yang paling penting adalah pola bidang medan listrik E dan pola bidang medan magnet H. Pada bidang medan listrik E merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan listrik E terbentang pada bidang gambar. Sama halnya dengan pola bidang medan listrik E, pola bidang medan magnet H merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan magnet H terbentang pada bidang gambar. Bidang medan listrik E dan bidang medan magnet H saling tegak lurus. Gambar 2.2 menunjukkan koordinat bidang pada pola radiasi, di mana warna ungu menyatakan bidang medan listrik E dan warna biru menyatakan bidang medan magnet H.

(22)

Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena

 Pola Radiasi Antena Unidirectional

Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relatif jauh. Gambar 2.4 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.

Gambar 2.4 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional

Apabila dalam koordinat polar atau grafik, pola radiasi bidang medan magnet H dan E ditunjukkan pada Gambar 2.5.

(23)

Gambar 2.5 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional Dalam Koordinat Polar

 Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 derajat jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.6 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional.

Gambar 2.6 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Apabila dalam koordinat polar atau grafik, pola radiasi bidang medan magnet H dan E ditunjukkan pada Gambar 2.7.

(24)

Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional Dalam Koordinat Polar

Jenis – jenis medan Antena :

a. Medan reaktif yang merupakan bagian karakteristik medan antena akibat gelombang berdiri yang melambangkan energi yang tersimpan.

b. Medan radiasi yang merupakan bagian karakteristik medan antena akibat radiasi gelombang (propagasi) yang melambangkan energi dipancarkan oleh antena.

Daerah – daerah medan antena :

a. Daerah medan dekat reaktif yang merupakan daerah yang berada disekitar antena dimana medan reaktif sangat dominan (energi tersimpan gelombang berdiri).

b. Daerah medan dekat Fresnel yang merupakan daerah antara medan dekat reaktif dan medan jauh dimana radiasi medan sangat dominan dan distribusi medan tergantung jarak dari antena.

(25)

c. Daerah medan jauh Fraunhofer merupakan daerah paling terjauh dari antena dimana distribusi medan secara esensial berdiri sendiri dari jarak antena sumber (propagasi gelombang).

Gambar 2.8 Daerah – Daerah Medan Antena

Notasi D merupakan dimensi maksimun dari antena, R1 merupakan jari-jari dari medan dekat reaktif dan R2 merupakan jarijari dari medan radiasi medan dekat. Adapun untuk mendapatkan nilai R1 dan R2 mengunakan Persamaan (2.7) [1] dan (2.8) [1] :

(2.7)

(26)

Definisi – definisi pola radiasi antena adalah sebagai berikut :

a. Pola isotropis adalah pola sebuah antena didefinisikan sebagai radiasi serba sama ke segala arah, pola ini dibentuk oleh sebuah radiator isotropis (sumber titik, sebuah antena non-fisik yang tidak mempunyai arah).

b. Pola keterarahan merupakan sebuah pola dikarakterisasi oleh beberapa radiasi yang efisien dalam satu arah dibandingkan arah lainnya (secarafisik antena yang dapat direalisasikan adalah antena pengarah saja).

c. Pola omnidirectional merupakan sebuah pola yang serba sama dalam pemberian ruang radiasinya.

d. Pola bidang utama yaitu pola bidang E dan bidang H dari sebuah polarisasi linier antena. Bidang E adalah bidang yang terdiri vektor medan elektrik dan arah radiasinya maksimum. Bidang H adalah bidang yang terdiri vektor medan magnetik dan arah radiasinya maksimum.

Parameter – parameter pola radiasi antena adalah sebagai berikut :

a. Cuping radiasi (Radiation Lobe) merupakan puncak intensitas radiasi tertinggi disekitar daerah intensitas radiasi terendah.

b. Cuping utama (Main Lobe) merupakan cuping radiasi pada arah radiasi maksimum.

c. Cuping minor (Minor Lobe) merupakan cuping radiasi lainnya dari pada cuping utama.

d. Cuping sisi (Side Lobe) merupakan sebuah cuping radiasi dalam arah lainnya daripada arah radiasi yang dipusatkan.

(27)

e. Cuping belakang (Back Lobe) merupakan kebalikan daripada cuping radiasi terhadap cuping utama.

f. Half Power Beamwidth (HPBW) merupakan lebar sudut berkas utama pada titik setengah daya antenna (-3dB).

g. First Null Beamwidth (FNBW) merupakan lebar sudut antara bagian null (kosong) pertama pada sisi lain berkas utama.

Parameter-parameter pola radiasi antena tersebut diatas terlihat pada Gambar 2.9 bawah ini.

Gambar 2.9 Parameter - Parameter Pola Antena (Pola Daya Ternormalisasi) Definisi daripada keterarahan antena dan penguatan antena secara esensialnya mempunyai kesamaan kecuali pada bagian daya yang digunakan. Keterarahan [D(θ ,φ )] merupakan perbandingan antara densitas daya radiasi antena pada jarak titik tertentu terhadap daya radiasi total antena (Prad) secara isotropis. Penguatan [G(θ ,φ )] merupakan perbandingan densitas radiasi antena pada jarak titik tertentu terhadap daya input total antena (Pin) yang diradiasikan

(28)

secara isotropis maka, penguatan antena akan tergantung pada daya total yang melayani terminal masukan antena, serta perhitungan untuk rugi-rugi ohmic pada antena dilakukan ketika keterarahan tergantung pada daya total radiasi dan tidak termasuk efek rugi-rugi ohmic. Persamaan untuk keterarahan dan penguatan seperti pada Persamaan (2.9) [1] dan (2.10) [1] :

(2.9)

(2.10)

Hubungan antara keterarahan dan penguatan sebuah antena dapat ditentukan dengan menggunakan definsi efisiensi radiasi antena seperti pada Persamaan (2.11) [1] dan (2.12) [1] :

P

rad

=e

P

in (2.11)

(2.12)

Maka,

G(θ ,φ ) = ecd D(θ ,φ )

Umumnya, gain dari antena ini dinyatakan dalam decibel (dB), bukan berdimensi kuantitas. Persamaan untuk mengkonversi unit-unit berdimensi dB seperti pada Persamaan (2.13) [1] :

(29)

2.4.4 Beamwidth Antena

Beamwitdth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama [7]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut pada persamaan (2.14) [8]:

derajat d f B . 1 , 21 = (2.14) Dimana :

B = -3 dB HPBW (derajat) f = frekuensi (GHz) d = diameter antena (m)

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).

Gambar 2.10 Beamwidth Antena

2.4.5 Bandwidth Antena

Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut

(30)

antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11. Dikatakan bekerja dengan efektif jika distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar - benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena. Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (di bawah fC) sampai dengan f2 (di atas fC), maka bandwidth dari antena tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut adalah :

BW% = c

f f

f2− 1 _{x 100 %} _(2.15) 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 definsi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah [9].

BWr = 1 2 f f (2.16)

(31)

2.4.6 Impedansi Antena

Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [8]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.

I V

ZT = (2.17)

Dimana :

ZT = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal

2.5 Jenis –Jenis Antena

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

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 menganalisa struktur antena yang lebih kompleks [3]. Gambar 2.12 menunjukkan gambar antena isotropis.

(32)

Gambar 2.12 Antena Isotropis

2.5.2 Antena Directional

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

2.5.2.1Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. 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

(33)

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 [9].

2.5.2.2Antena 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 pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks [7]. Contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena collinear, antena slotwave guide, dan lain – lain [9].

(34)

BAB III

TEORI ANTENA DIPOLE

3.1 Umum

Salah satu bagian penting dari suatu pemancar radio adalah antena, ia adalah sebatang logam yang berfungsi menerima getaran listrik dari transmitter dan memancarkannya sebagai gelombang radio. Antena tersebut berfungsi pula sebaliknya ialah menampung gelombang radio dan meneruskan gelombang listrik ke receiver. Kuat tidaknya pancaran yang sampai di pesawat lawan bicara atau sebaliknya, baik buruknya penerimaan tergantung dari beberapa faktor. Faktor pertama adalah kondisi propagasi, faktor kedua adalah posisi stasiun (posisi antena) beserta lingkungannya, faktor ketiga adalah kesempurnaan antena. Untuk pancaran ada faktor keempat yaitu kelebaran band-width pancaran kita dan faktor kelima adalah masalah power.

Seringkali agar pancaran kita cukup besar diterima stasiun lawan bicara, kita berusaha menaikkan power dengan tanpa memperhatikan faktor-faktor lain tersebut di atas. Memang usaha memperbesar power secara teknis merupakan usaha yang paling mudah, akan tetapi hal ini adalah usaha yang kurang efektif dan cenderung merupakan suatu pemborosan. Mengenai propagasi dan posisi pemancar ada faktor bandwidth pancaran dapat dikatakan bahwa makin sempit bandwidth makin kuatlah pancaran kita, ini ada batasnya mengingat faktor readibility.

Sebatang logam yang panjangnya ¼ Lambda (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

(35)

ground, ia akan menjadi antena. Antena semacam ini hanya mempunyai satu pole dan disebut monopole (mono artinya satu). 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 (di artinya dua). 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 berentuk huruf V yang tidur ) atau dapat juga konfigurasi sloper (miring).[10]

Gambar 3.1 Antena Dipole dan Monopole

3.2 Konsep dasar Antena

Konsep dasar suatu antena biasanya mengambil konsep radiator isotropis sebagai referensi atau pembanding. Radiator isotropis bisa memancarkan radiasinya ke segala arah dengan sama rata. Sistem sambungan antena dapat dinyatakan pada Gambar 3.2.

(36)

(a) Antena yang disambung dalam satu jaringan

(b) Sistem sambungan pada komunikasi radio

(d) Rangkaian ekivalen untuk penerima

Gambar 3.2 Konfigurasi Antena dalam Satu Jaringan dan Rangkaian Ekivalennya

(37)

Gambar 3.2 (b) menunjukkan bahwa antena pemancar disambungkan ke antena penerima melalui gelombang elektromagnetik dan akan terjadi pemindahan energi dari sistem transmisi gelombang mikro ke dan dari ruang bebas. Alur gelombang diperlihatkan pada Gambar 3.3.

(a). Pembagian daerah gelombang pada pemasangan antena

(b). Alur gelombang pada antena dipole Gambar 3.3 Alur Gelombang pada Antena

Pada Gambar 3.3 (a) menunjukkan adanya pembagian daerah gelombang pada pemasangan antena secara umum, yaitu daerah tempat gelombang terbimbing, daerah peralihan, dan ruang bebas tempat dipancarkannya gelombang radio. Gambar 3.3 (b) merupakan contoh alur gelombang pada pemasangan antena

(38)

dipole yang memperlihatkan adanya impedansi masukan antena, sehingga menghasilkan keluaran berupa radiasi gelombang radio pada ruang bebas [11].

3.3 Antena 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, broad-band, dan lain sebagainya [12].

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 diudara 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 = 300/f (3.1)

L = 0,5 x K x λ (3.2)

Dimana :

f adalah frekuensi kerja yang diinginkan. λ adalah panjang gelombang diudara

(39)

L adalah panjang total antena Dipole

K adalah velocity factor yang diambil sebesar 0,95.

Antena Dipole sebenarnya balance, sehingga sebaiknya diumpan melalui sebuah BALUN ( singkatan dari BALance – UNbalance ) setelah sebelumnya signal 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 mempunyai gain 0 dB.

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 (75Ω), dan mempunyai pola radiasi berbentuk angka delapan terhadap arah depan kawat, dapat dilihat pada Gambar 3.4.

(40)

(a) (b)

(c)

Gambar 3.4 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 (c). radiasi dipole ½ λ dibandingkan dengan dipole hertz.

memperlihatkan pendekatan tentang distribusi tegangan dan arus antena yang dimisalkan bahwa antena adalah suatu potongan saluran transmisi dalam hubungan terbuka sepanjang ¼ λ yang terkembang. Medan listrik antena dipole bisa diketahui dari Persamaan (3.3) [1].

(41)

Dan juga dapat diketahui dari persamaan (3.4) [1]

(3.4) Nilai dapat dihitung dengan persamaan (3.5)

(3.5)

Dimana : E = medan listrik dan = medan magnetik

Medan listrik pada antena dipole digunakan untuk menentukan pola radiasi antena beserta parameter yang lain.

Nilai I dihitung dengan Persamaan (3.6).[13]

(3.6)

Dimana : I = arus

J = kerapatan arus S = luas penampang

Luas Penampang (S) dapat dicari dengan persamaan (3.7)

S = (3.7)

I adalah arus dipole dalam ampere yang dianggap mempunyai nilai yang sama dengan arus rms I pada titik dari arus maksimum.

Hubungan antara J dan E dalam konduktor logam juga di tentukan oleh konduktivitas ( dalam Persamaan (3.8).

J = (3.8)

(42)

= nilai konduktivitas E = tegangan sumber

Karena nilai V = EL maka persamaannya dapat menjadi

J = = (3.9) Dimana : J = Kerapatan arus

= nilai konduktivitas V = tegangan sumber L = panjang antena

3.4 Komponen Pada Antena Dipole

Dalam pembuatan atau perancangan suatu antena diperlukan suatu komponen penunjang yang digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan dari komponen yang diperlukan dalam pembuatan antena dipole.

3.4.1 Panjang antena dipole

Panjang antena dipole adalah ½ λ pada frekuensi operasi yang mempunyai titik feeder ditengah, impedansi input yang sesuai (75 Ω) Gambar 3.5 menunjukkan bagian antena dipole [12].

(43)

3.4.2 Bahan Antena Dipole

Untuk analisis yang dilakukan dalam pengujian antena dipole, dipakai beberapa bahan pembuat sebagai perbandingannnya. Bahan logam yang dipakai dalam perbandingan yaitu perak, tembaga, emas, aluminium, kuningan dan besi. Salah satu parameter yang diperlukan yaitu nilai konduktivitas dan luas penampang dari bahan tersebut. Bahan antena yang dipakai dapat dilihat pada Tabel 3.1 [13].

Tabel 3.1 Bahan Antena

No Bahan Konduktivitas ( )

1 Perak 6,17 x 107 Ω/m

2 Tembaga 5,80 x 107 Ω/m

3 Emas 4,10 x 107 Ω/m

4 Aluminium 3,82 x 107 Ω/m

5 Kuningan 1,50 x 107 Ω/m

6 Besi 1,03 x 107 Ω/m

Adapun pemilihan bahan-bahan untuk pembuatan suatu antena didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:

- Ketahanan bahan terhadap korosi - Kekuatan mekanisnya

- Harganya relatif murah - Ketersediaan bahan dipasaran

(44)

Diantara bahan-bahan diatas dipilih bahan aluminium dan tembaga sebagai bahan dasar antena. Aluminium dan tembaga dipilih karena memiliki konduktivitas yang bagus.

3.5 Parameter Antena Dipole

Parameter yang bisa mempengaruhi kualitas antena dipole, antara lain impedansi, beamwidth, direktivitas, gain, daya radiasi antena, dan pola radiasi.:

Pada Gambar 3.2 (a), ditunjukkan bahwa antena 1 memancarkan sinyal, dengan I1 sebagai arus masukan dan V1 sebagai tegangan masukan.

a. Impedansi antena diketahui dari Persamaan (3.10).

(3.10)

b. Beamwidth (lebar berkas) pada suatu pola radiasi antena merupakan besar sudut antena antara 2 buah titik pada pola radiasi, yang mempunyai rapat daya ½ (-3dB) dari nilai rapat daya maximum.

(45)

menunjukkan cara penentuan beamwidth. Dari Gambar 3.6, dapat dihitung nilai beamwidth melalui Persamaan (3.11).

θ = θ2 – θ1 (3.11)

θ1 : sudut pada saat E di kuadran 1 atau 3 sama dengan 0,707

θ2 : sudut pada saat E di kuadran 2 atau 4 sama dengan 0,707

c. Direktivitas (keterarahan) ialah perbandingan intensitas radiasi maksimum (U(θ,φ)max) dengan intensitas radiasi rata-rata (Uav), sesuai Persamaan (3.12)

Untuk mengevaluasi direktivitas D dan resistansi radiasi Rrad dari dipole λ/2, kita perlu menghitung daya radiasi total Prad dengan menerapkan persamaan :

kita dapat mendapatkan direktivitas dari dipole λ/2 sebagai berikut:

D =

=

= 1,64

(3.12)

Atau sama dengan 2,15 dB.

d. Gain (G), dengan nilai k (faktor efisiensi) ditentukan, misalnya 0,9. Nilai Gain atau penguatan antena dihasilkan dari persamaan (3.13).

G = k.D (3.13)

(46)

e. Panjang fisik antena (L) adalah fungsi panjang gelombang (λ) yang tergantung pada frekuensi.

Menentukan Panjang Fisik Antena Dipole Tunggal

Panjang fisik setengah gelombang pada Persamaan (2.4) dan untuk panjang gelombang sesuai dengan Persamaan (2.2) dapat dihitung untuk panjang antena dipole yang beroperasi pada frekuensi :

1. 3 MHz (pada siaran AM) dapat dihitung yaitu : Untuk f = 3MHz, maka :

= = 100 meter , maka l = = 50 meter.

2. 300 MHz (pada siaran FM) dapat dihitung yaitu : Untuk f = 300 MHz, maka :

= = 1 meter , maka l = = 0,5meter = 50 cm

3. 10 GHz (pada band microwave) dapat dihitung yaitu : Untuk f = 10 GHz, maka :

(47)

3.6 Pola Radiasi Pada Antena Dipole

Pola radiasi merupakan gambaran sifat-sifat radiasi (medan jauh) oleh suatu antena. Pola radiasi terjadi karena arus listrik dalam suatu kawat selalu dikelilingi oleh medan magnetis. Arus listrik bolak balik (alternating current) menyebabkan muatan-muatan listrik bebas dalam kawat akan mendapat percepatan, sehingga timbul suatu medan elektromagnetik bolak balik yang akan berjalan menjauhi antena dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan terbentuklah medan elektromagnetik. Medan radiasi terbagi menjadi tiga, yaitu medan dekat reaktif, medan dekat, dan medan jauh. Sketsa medan radiasi dapat diketahui pada Gambar 3.7 [14].

a. Pembagian Medan Radiasi b. Aliran energi pada antena dipole Gambar 3.7 Sketsa Medan Radiasi pada Antena Dipole

Pada Gambar 3.7 (b), dapat dilihat pola radiasi antena dipole ke berbagai arah dalam medan radiasi. Daerah medan antena yang mempunyai kriteria jarak minimum pengamatan medan jauh dihasilkan dari persamaan (3.13).

(3.14)

(48)

Batas maksimum daerah medan jauh ini tak terhingga. Pola radiasi dapat digambarkan dengan sistem koordinat 3 (tiga) dimensi, sebab pola radiasi antena itu berbentuk 3 (tiga) dimensi pula, seperti Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Koordinat-koordinat Bola (spherical coordinates)

menunjukkan bahwa posisi masing-masing koordinat bola (r,θ,φ) bisa digunakan untuk menggambarkan pola radiasi pada suatu jarak tertentu (r) dari antena. Pola radiasi sering digambarkan dengan pola dua dimensi dengan koordinat kutub maupun koordinat xy (absis : x, ordinat : y), seperti pada Gambar 3.9.

(49)

(b)

Gambar 3.9 Pola Radiasi Antena dalam Dua Dimensi a ) Polar plot/koordinat kutub

b)Rectangular plot / koordinat – xy

Pada umumnya, pola radiasi antena mempunyai berkas atau cuping utama (major lobe) maupun berkas atau cuping pada arah yang lain (minor lobe). Major lobe adalah berkas yang arah radiasinya ke depan (arah tujuan). Sedangkan minor lobe ialah berkas radiasi yang sebenarnya tidak diinginkan, yaitu berkas yang berada di sebelah major lobe (disebut side lobe) dan berkas yang berlawanan dengan major lobe (disebut back lobe).

(50)

BAB IV

ANALISIS PENGARUH BAHAN TERHADAP POLA RADIASI PADA ANTENA DIPOLE

4.1 Umum

Bab ini membahas tentang pola radiasi yang dianalisis dengan menggunakan pengaruh beberapa bahan logam pada antena dipole dengan bantuan Matlab. Analisis ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh nilai konduktivitas dan luas penampang terhadap pola radiasi yang terjadi pada antena dipole.

4.2 Parameter Dalam Analisis Antena Dipole

Dalam analisis ini Tugas Akhir ini terdapat beberapa parameter yang diasumsikan yaitu :

a. Frekuensi

Frekuensi yang dipakai dalam analisis adalah 300 MHz (pada sistem FM). b. Panjang Gelombang (λ)

Panjang gelombang yang di pakai dalam analisis adalah 1 m atau sama. dengan 100 cm.

c. Panjang antena dipole

Panjang antena dipole yang dipakai adalah 0,5 m atau sama dengan 50 cm. d. Tegangan sumber

(51)

4.3 Analisis Nilai Konduktivitas Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole

Pada analisis ini dilakukan perhitungan pola radiasi antena dipole dari jenis bahan yang berbeda yaitu perak, tembaga, emas, aluminium, kuningan dan besi. Dengan luas penampang (S) = 1 mm = 3,14 x 10-6 m

a. Dengan menggunakan bahan perak ( )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 6,17 x 107 . . 3,14 x 10-6 I = 0,038A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(52)

b. Dengan menggunakan bahan tembaga ( )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 5,80 x 107 . . 3,14 x 10-3 I = 0,036 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(53)

c. Dengan menggunakan bahan emas ( = )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 4,10 x 107 . . 3,14 x 10-3 I = 0,025

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(54)

d. Dengan menggunakan bahan aluminium ( )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 3,82 x 107 . . 3,14 x 10-3 I = 0,023 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(55)

e. Dengan menggunakan bahan kuningan ( )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 1,45 x 107 . . 3,14 x 10-3 I = 0,091 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(56)

f. Dengan menggunakan bahan besi ( )

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I. I =

I = 1,03 x 107 . . 10-3 I = 0,064 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(57)

Untuk jenis nilai konduktivitas pada bahan logam lain dengan cara yang seperti diatas.

4.4 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Nilai Konduktivitas Yang Berbeda

Didalam prosedur analisis pola radiasi antena dipole ini dilakukan menggunakan bantuan software matlab. Adapun prosedur dalam menampilkan plot pola radiasi dengan pengaruh nilai konduktivitas bahan adalah

1. Input nilai frekuensi yang telah ditentukan yaitu 300 MHz

2. Input nilai panjang antena dipole yang telah ditentukan yaitu 0,5 m. 3. Input nilai arus yang telah dihitung dari masing – masing nilai

konduktivitas bahan.

4. Input nilai perioda dimana nilai perioda yaitu 1/f

5. Tampilkan plot pola radiasi 2D, 3D, Medan Listrik, Medan Magnetik dan Distribusi Arus.

6. Program Simulasi Selesai.

Tampilan pola radiasi antena dipole dari nilai konduktivitas bahan dapat dilihat pada Tabel 4.1

(58)

Tabel 4.1 Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Nilai Konduktivitas Yang Berbeda

No Bahan Konduktivitas Pola Radiasi 2D dan 3D 1 Perak 6,17 x 107

(59)

(60)

4 Aluminium 3,82 x 107

(61)

6 Besi 1,03 x 107

Dari hasil analisis pengaruh bahan melalui konduktivitas bahan yang berbeda, data yang diperoleh dengan menggunakan software Matlab dapat dilihat bahwa antena dipole mempunyai pola radiasi yang berbentuk angka delapan pada pola 2D pada posisi vertikal dan berbentuk bundaran mirip seperti kue donat pada pola

(62)

3D dimana susunan warna pada hasil analisis seperti panjang gelombang spektrum cahaya dimana warna merah memiliki nilai paling besar dan terletak pada bagian atas pola radiasi dan warna biru memiliki nilai paling kecil sehingga terletak pada bagian bawah, distribusi arus yang dihasilkan tidak mengalami attenuasi (noise). Pada analisis nilai konduktivitas bahan, nilai maksimal yang diperoleh dari bidang-E (medan listrik) dan bidang-H (medan magnetik) ada pada bahan perak dibandingkan dari bahan logam yang lain. Namun untuk pembuatan antena secara umum, bahan yang mempunyai nilai konduktivitas paling baik ada pada tembaga dan aluminium.

4.5 Analisis Nilai Luas Penampang Bahan Terhadap Pola Radiasi Antena Dipole

Pada analisis ini akan dilakukan perhitungan pola radiasi antena dipole dari jenis bahan khusus tembaga( = 5,80 x 107). luas penampang yang digunakan yaitu 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, dan 6 mm.

a. Untuk luas penampang 2 mm2 = 2 x 10-3 m

Dengan menggunakan persamaan 3.7, kita dapat menghitung nilai S yaitu: S = = 3,14 x 2 x 10-3 = 6,28 x 10-3

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I yaitu : I =

I = 5,80 x 107 . . 6,28 x 10-3 I = 0,072 A

(63)

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

b. Untuk luas penampang 3 mm2 = 3 x 10-3 m

Dengan menggunakan persamaan 3.7, kita dapat menghitung nilai S yaitu: S = = 3,14 x 3 x 10-3 = 9,42 x 10-3

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I yaitu : I =

(64)

I = 0,10 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

c. Untuk luas penampang 4 mm2 = 4 x 10-3 m

Dengan menggunakan persamaan 3.7, kita dapat menghitung nilai S yaitu: S = = 3,14 x 4 x 10-3 = 12,56 x 10-3

Dengan menggunakan Persamaan (3.6), kita dapat mengitung nilai I yaitu : I =

(65)

I = 5,80 x 107 . . 12,56 x 10-3 I = 0,14 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

d. Untuk luas penampang 5 mm2 = 5 x 10-3 m

Dengan menggunakan persamaan 3.7, kita dapat menghitung nilai S yaitu: S = = 3,14 x 10-3 = 15,7 x 10-3

(66)

I =

I = 5,80 x 107 . . 15,7 x 10-3 I = 0,18 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

e. Untuk luas penampang 6 mm2 = 6 x 10-3 m

(67)

S = = 3,14 x 6 x 10-3 = 18,84 x 10-3

Dengan menggunakan Persamaan (3.6) kita dapat mengitung nilai I yaitu : I =

I = 5,80 x 107 . . 18,84 x 10-3 I = 0,21 A

Dan untuk medan listriknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.3) dan Persamaan (3.5).

= = 6,28

Dan untuk medan magnetiknya dapat dihitung menggunakan Persamaan (3.4)

(68)

Untuk jenis nilai luas penampang yang lainnya dapat dihitung dengan cara yang seperti diatas.

4.6 Prosedur Analisis Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Luas Penampang Yang Berbeda

1. Input nilai frekuensi yang telah ditentukan yaitu 300 MHz

2. Input nilai panjang antena dipole yang telah ditentukan yaitu 0,5 m. 3. Input nilai arus yang telah dihitung dari masing – masing nilai luas

penampang bahan.

4. Input nilai perioda dimana nilai perioda yaitu 1/f

5. Tampilkan plot pola radiasi 2D, 3D, Medan Listrik, Medan Magnetik dan Distribusi Arus.

6. Program Simulasi Selesai.

Tampilan pola radiasi antena dipole dari nilai luas penampang bahan yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 4.2

(69)

Tabel 4.2 Pola Radiasi Antena Dipole Dengan Luas Penampang Yang Berbeda

No Bahan Luas

Penampang

Pola Radiasi 2D dan 3D

1 Tembaga 2 mm

(70)

(71)

4 Tembaga 5 mm

(72)

Dari analisis nilai luas penampang yang berbeda pada bahan tembaga dapat dilihat bahwa luas penampang pada sebuah antena sangat berpengaruh terhadap pola radiasi dapat dilihat pada nilai luas penampang sebesar 4 mm yang memiliki pola pancaran yang lebih baik dari pada nilai luas penampang yang lain karena medan listrik (bidang-E) dan medan magnetik (bidang-H) yang dihasilkan mempunyai nilai lebih maksimal serta distribusi arus yang mengalir tidak mengalami noise atau gangguan, sedangkan pada luas penampang sebesar 5 mm dan 6mm, pola pancarannya semakin menurun.

(73)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis antena dipole yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan :

1. Nilai konduktivitas dan nilai luas penampang dari suatu bahan sangat berpengaruh dalam pola radiasi sebuah antena.

2. Untuk pola radiasi antena dipole yang paling baik di tinjau dari bidang –E (medan listrik) dan bidang-H (medan magnetik) pada analisis nilai konduktivitas bahan adalah berbahan perak dengan nilai konduktivitas

( ).

3. Khusus bahan tembaga yang mempunyai pola radiasi paling baik di tinjau dari bidang –E (medan listrik) dan bidang-H (medan magnetik) adalah pada luas penampang 4 mm.

4. Semakin tinggi nilai konduktivitas suatu bahan, semakin baik bahan tersebut memancarkan gelombang sehingga semakin rendah attenuasi yang dihasilkan.

5. Semakin lebar luas penampang suatu antena maka semakin baik pola pancarannya ditinjau dari kekuatan mekanik.

(74)

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Akan lebih baik jika dilakukan pembuatan alat untuk menganalisa

antena yang dirancang. Sehingga dapat memperlihatkan hasil uji antena secara teori (software) dan membandingkannya dengan yang didapat secara praktek.

2. Program simulasi dapat dikembangkan lagi, misalnya perbandingan pola radiasi antena dipole dengan pola radiasi antena yang lain.

(75)

DAFTAR PUSTAKA

1. Kraus, John D. 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, New York. hal 2, 23, 24. (A).

2. Gunawan, Frans Hendra., 10 Maret 2009, Analisa Antena Directional 2,4 GHz di PT. Cross Network,

http://dewey.petra.ac.id/dts_res_detail.php?knokat=4605.

3. Program Teknisi Jardiknas, 3 Maret 2009, Antena Dan Propagasi Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158. 4. Stieven, 3 Maret 2009, Antena Indera Perasa Komunikasi Radio,

http://www.avanzaxenia.net/printthread.php?tid=9693. 5. Anonim, 25 Oktober 2008, Perhitungan Gain,

http://yb1zdx.arc.itb.ac.id/data/orari-diklat/teknik/elektronika/Perhitungan-Gain.pdf.

6. Anonim, 3 Maret 2009, Lecture 1

7. Wowok, 2008, Antena Wireless Untuk Rakyat, Penerbit Andi, Yogyakarta, hal 14-16, 79-80.

8. Angga Timothy, 3 Maret 2009, Karakteristik Antena,

http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=12%3Aant ena&id=267%3Akarakteristik-antena&option=com_content&Itemid=15. 9. Rahman, 6 April 2009, Link Budget VSAT Point-To-Point,

http://www.geocities.com/adoel5/BAB3.htm.

10. Utomo, Pramudi. 2008. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan: Jakarta, Hal 127

(76)

12. Anonim, 26 February 2011,“Teori Antena Dipole”

13. Hayt, Jr, William H.1992. Elektromagnetika Teknologi. Jakarta: Erlangga, Hal 102 - 109, 411 (A)

14. Angga Timothy, 03 Maret 2010, Karakteristik Antena,

(77)

LAMPIRAN Program Simulasi Scrip File antenadipoletunggal.m

clc

clear all

close all hidden

disp('****************************ANTENA DIPOLE******************************')

disp('Program ini hanya menampilkan pola radiasi,medan listrik, medan magnetik dan distribusi arus dari antena dipole ')

F=input('Input Nilai Frekuensi F(Hz)=\n'); disp('---')

lambda=(3e8/F)

disp('---')

L=input('Input Nilai Panjang Antena L(meter)=\n'); disp('---')

I=input('Input Arus (Amplitudo) I0='); T=input('Input Perioda (Phase) T ='); i=I.*exp(j.*T)

disp(' ') w=2.*pi.*F; B=2*pi/lambda; etha=377; if L<=lambda/50 disp('~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Antena Dipole~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~') r=1000*lambda/(2*pi); x=0:0.0005:pi; q=0:0.001:2*pi; E=(1./(4.*pi.*r)).*etha.*B.*I.*L.*sin(x).*cos((2.*pi.*F).*q-B.*r+pi./2+T); subplot(2,2,1) plot(x,E) title('Medan Listrik') H=(1./(4.*pi.*r)).*B.*I.*L.*sin(x).*cos((2.*pi.*F).*q-B.*r+pi./2+T); subplot(2,2,2) plot(x,H) title('Medan Magnetik') subplot(2,2,3) P=sin(x); polar(x,P) hold on p=sin(-x); polar(x,p) view(-270,-90)

title('Pola Radiasi 2D')

disp('************************** Resistansi density(Rr)= ***************************')

Rr=80.*(pi).*(pi).*(L/lambda)^2

disp('************************** Direktivitas= ****************************************')

(78)

%Plot arus subplot(2,2,4) z=-L/2:0.001:L/2; ii=I.*cos(2.*pi.*F.*z+T); plot(ii,z) TITLE('Distribusi Arus') figure

% 1.- 3-D Mesh: Azimut & Elevasi %--- n_tehta = 130; % Contoh dari Elevasi n_phi = 130; % Contoh dari Azimut

[tehta,phi]=meshgrid(eps:pi./(n_tehta-1):pi,... 0:2*pi./(n_phi-1):2*pi) ;

radio = sin(tehta);

X=radio.*sin(tehta).*cos(phi); Y=radio.*sin(tehta).*sin(phi); Z=radio.*cos(tehta); surf(X,Y,Z) camlight right light shading interp colorbar axis image rotate3D on

TITLE('Pola Radiasi 3D') end

(1)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis antena dipole yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan :

1. Nilai konduktivitas dan nilai luas penampang dari suatu bahan sangat berpengaruh dalam pola radiasi sebuah antena.

( ).

3. Khusus bahan tembaga yang mempunyai pola radiasi paling baik di tinjau dari bidang –E (medan listrik) dan bidang-H (medan magnetik) adalah pada luas penampang 4 mm.

4. Semakin tinggi nilai konduktivitas suatu bahan, semakin baik bahan tersebut memancarkan gelombang sehingga semakin rendah attenuasi yang dihasilkan.

5. Semakin lebar luas penampang suatu antena maka semakin baik pola pancarannya ditinjau dari kekuatan mekanik.

(2)

5.2 Saran

Beberapa saran yang dapat penulis berikan pada Tugas Akhir ini adalah : 1. Akan lebih baik jika dilakukan pembuatan alat untuk menganalisa

antena yang dirancang. Sehingga dapat memperlihatkan hasil uji antena secara teori (software) dan membandingkannya dengan yang didapat secara praktek.

2. Program simulasi dapat dikembangkan lagi, misalnya perbandingan pola radiasi antena dipole dengan pola radiasi antena yang lain.

(3)

DAFTAR PUSTAKA

1. Kraus, John D. 2002, Antennas, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, New York. hal 2, 23, 24. (A).

2. Gunawan, Frans Hendra., 10 Maret 2009, Analisa Antena Directional 2,4

GHz di PT. Cross Network,

http://dewey.petra.ac.id/dts_res_detail.php?knokat=4605.

3. Program Teknisi Jardiknas, 3 Maret 2009, Antena Dan Propagasi

Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158.

4. Stieven, 3 Maret 2009, Antena Indera Perasa Komunikasi Radio, http://www.avanzaxenia.net/printthread.php?tid=9693.

5. Anonim, 25 Oktober 2008, Perhitungan Gain,

http://yb1zdx.arc.itb.ac.id/data/orari-diklat/teknik/elektronika/Perhitungan-Gain.pdf.

6. Anonim, 3 Maret 2009, Lecture 1

7. Wowok, 2008, Antena Wireless Untuk Rakyat, Penerbit Andi, Yogyakarta, hal 14-16, 79-80.

8. Angga Timothy, 3 Maret 2009, Karakteristik Antena,

http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=12%3Aant ena&id=267%3Akarakteristik-antena&option=com_content&Itemid=15. 9. Rahman, 6 April 2009, Link Budget VSAT Point-To-Point,

http://www.geocities.com/adoel5/BAB3.htm.

10. Utomo, Pramudi. 2008. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan: Jakarta, Hal 127

(4)

12. Anonim, 26 February 2011,“Teori Antena Dipole”

13. Hayt, Jr, William H.1992. Elektromagnetika Teknologi. Jakarta: Erlangga, Hal 102 - 109, 411 (A)

14. Angga Timothy, 03 Maret 2010, Karakteristik Antena,

(5)

LAMPIRAN

Program Simulasi Scrip File antenadipoletunggal.m

clc

clear all

close all hidden

disp('****************************ANTENA DIPOLE******************************')

disp('Program ini hanya menampilkan pola radiasi,medan listrik, medan magnetik dan distribusi arus dari antena dipole ')

F=input('Input Nilai Frekuensi F(Hz)=\n'); disp('---')

lambda=(3e8/F)

disp('---')

L=input('Input Nilai Panjang Antena L(meter)=\n'); disp('---')

I=input('Input Arus (Amplitudo) I0='); T=input('Input Perioda (Phase) T ='); i=I.*exp(j.*T)

title('Pola Radiasi 2D')

disp('************************** Resistansi density(Rr)= ***************************')

Rr=80.*(pi).*(pi).*(L/lambda)^2

disp('************************** Direktivitas= ****************************************')

(6)

%Plot arus subplot(2,2,4) z=-L/2:0.001:L/2;

ii=I.*cos(2.*pi.*F.*z+T); plot(ii,z)

TITLE('Distribusi Arus') figure

% 1.- 3-D Mesh: Azimut & Elevasi %--- n_tehta = 130; % Contoh dari Elevasi n_phi = 130; % Contoh dari Azimut

[tehta,phi]=meshgrid(eps:pi./(n_tehta-1):pi,... 0:2*pi./(n_phi-1):2*pi) ;

radio = sin(tehta);

X=radio.*sin(tehta).*cos(phi); Y=radio.*sin(tehta).*sin(phi); Z=radio.*cos(tehta);

surf(X,Y,Z) camlight right light

shading interp colorbar

axis image rotate3D on

TITLE('Pola Radiasi 3D') end

Analisis Pengaruh Bahan Terhadap Pola Radiasi Pada Antena Dipole