2.5
Dimana untuk mencari nilai jari-jari patch a digunakan Persamaan dibawah ini:
2.6 nilai dari a
yang diinginkan pada frekuensi kerja f
r
� =
8.794 � 10
9
f
r
√�
�
2.7 dan konstanta dielektrik
relatif εr didapatkan dengan menggunakan Persamaan 2.7 berikut ini[3]:
Untuk menentukan dimensi elemen peradiasi, maka terlebih dahulu harus ditentukan frekuensi kerja
f
r
yang digunakan untuk mencari panjang gelombang diruang bebas
� pada Persamaan 2.8:
� =
� �
2.8 Setelah nilai
� diperoleh, maka panjang gelombang pada saluran transmisi
mikrostrip △ � dapat dihitung dengan Persamaan 2.9:
△ � =
� √�
�
2.9 Impedansi karakteristik antena mikrostrip ditentukan dengan Persamaan 2.10
sebagai berikut[3]: �
��
= 60
△� �
2.10
Dimana : W : Diameter elemen peradiasi mm.
2.4 Parameter Umum Antena Mikrostrip
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter- parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan
satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk
menganalisis suatu antena adalah Bandwidth, Voltage Wave Standing Ratio VSWR, Gain antena, Impedansi masukan, Retrun loss, Pola radiasi dan
Keterarahan Directivity [2]. 2.4.1
Bandwith Antena
Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik seperti Voltage
Standing Wave Ratio VSWR, Gain Antena, Impedansi Masukan, Retrun loss, Pola radiasi dan Keterarahan Directivity memenuhi spesifikasi standar. Gambar
2.4 memperlihatkan grafik rentang frekuensi yang menjadi bandwidth[4].
Return loss
bandwith
-10dB
Gambar 2.4 Rentang frekuensi yang menjadi bandwith
Dalam menentukan bandwidth antena penting untuk menspesifikasikan kriteria apa saja yang digunakan karena tidak terdapat definisi yang baku dari
bandwidth. Jadi, bandwidth suatu antena ditentukan oleh parameter apa yang digunakan. Beberapa definisi dari bandwidth yang berhubungan dengan antena
mikrostrip adalah [4]: a. Impedance bandwidth adalah rentang frekuensi tertentu dimana patch
antena matching dengan saluran catunya. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena patch dan saluran pencatu bervariasi nilainya
menurut frekuensi. Kondisi matching dari suatu elemen antena dapat dilihat dari retrun loss atau VSWR. Pada umumnya nilai retrun loss yang
diminta -9,54 dBi atau VSWR 2, namun pada beberapa sistem ada yang meminta retrun loss -15 dBi atau VSWR1,5.
b. Pattern bandwidth adalah rentang frekuensi dengan beamwidth, sidelobe, atau gain memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus kita tentukan
sehingga besarnya bandwidth dapat ditentukan. Seperti property antena lainnya, beamwidths, sidelobe, dan gain juga bervariasi menurut frekuensi.
c. Axial Ratio Bandwidth ARBW adalah rentang frekuensi dimana polarisi linier atau melingkar masih terjadi. Dengan menentukan nilai maksimum
dari cross-polarization atau axial ratio, maka bandwidth antena dengan polarisasi linier atau melingkar dapat ditentukan. Pada umumnya nilai
batas ARBW 3. Nilai ARBW yang semakin mendekati 1 menunjukkan polarisasi antena yang semakin melingkar.
Bandwidth BW antena biasanya ditulis dalam bentuk persentase bandwidth karena bersifat relative lebih konstan terhadap fekuensi dan dirumuskan pada
Persamaan 2.11[4]:
�� =
�
2
−�
1
�
�
�100
2.11 Dengan : f
1
f = frekuensi tertinggi dalam band GHz.
2
f = frekuensi terendah dalam band GHz.
c
= frekuensi tengah dalam band GHz,
2.4.2 VSWR Voltage Standing Wave Ratio
VSWR adalah perbandingan antara ampiltudo gelombang berdiri standing wave maksimum |V|
max
dengan minimum |V|
min
. Pada saluran transmisi ada dua komponen Vo
+
dan tegangan yang direfleksikan Vo
-
Γ =
�
−
�
+
=
�
�
−� �
�
+�
2.12
. Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan tersebut sebagai
koefisien refleksi tegangan
Γ menggunakan Persamaan 2.12[5]:
Dimana Z
L
Γ adalah impedansi beban load dan Zo adalah impedansi
saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan Γ memiliki nilai kompleks, yang
merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian i
majiner dari Γ adalah nol, maka:
•
1 −
= Γ
: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat. •
= Γ
:tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. •
1 +
= Γ
: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah dengan Persamaan 2.13[5]:
���� =
| ��|
���
| ��|
���
=
1+|Γ| 1−|Γ|
2.13
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 VSWR=1 yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun
kondisi ini pada prakteknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR
≤ 2.
2.4.3 Return Loss
Retrun loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirim. Retrun loss
digambarkan sebagai peningkatan amplitudo dari gelombang yang direfleksikan Vo
-
sebanding dengan gelombang yang dikirim Vo
+
� =
| ��|���
| ��|���
=
1+ |Γ| 1− |Γ|
=
����−1 ����+1
2.14 . Retrun loss dapat terjadi
akibat adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban antena. Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki
diskontinuitas mismatched, besarnya Retrun loss bervariasi tergantung pada frekuensi dengan menggunakan Persamaan 2.14-2.15[2].
������ ���� = 20���
10
| Γ|
2.15
2.4.4 Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat.
Disebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan diluasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional. Pola radiasi antena
adalah plot-3 dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena atau plot-3 dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena[5].
2.4.4.1 Pola Radiasi Antena Omnidirectional
Antena Omnidirectional mempunyai sifat umum radiasi atau pancaran sinyal yang digambarkan seperti bentuk kue donat doughout dengan pusat
berimpit. Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360
jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Antena ini secara normal mempunyai
gain sekitar 3-12 dBi, yang digunakan untuk hubungan Point-To-Multi-Point P2Mp atau satu titik ke banyak titik di sekitar daerah pancaran. Yang bekerja
dari jarak 1-5 km, akan menguntungkan jika client atau penerima menggunakan antena directional atau antena yang terarah. Gambar 2.5 merupakan gambaran
secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional[6].
Gambar 2.5 Bentuk pola radiasi antena omnidirectional
2.4.4.2 Pola Radiasi Antena Sectoral
Antena Sectoral hampir mirip dengan antena omnidirectional, yang juga digunakan untuk hubungan Point-to Multi-Point P2Mp links. Beberapa antena
sectoral dibuat vertikal dan ada juga yang horizontal. Antena ini mempunyai gain yang lebih besar dibandingkan dengan antena omnidirectional yaitu 10-20 dBi,
yang bekerja pada jarak atau area 6-8 km. Sudut pancaran antena ini adalah 45 -
180 dan tingkat ketinggian pemasangannya harus diperhatikan agar tidak terdapat
kerugian dalam penangkapan sinyal. Gambar 2.6 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena sectoral [6].
Gambar 2.6 Bentuk pola radiasi antena sectoral
2.4.4.3 Pola Radiasi Antena Directional
Antena directional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relatif jauh. Jenis antena ini digunakan pada sisi client
penerima dan mempunyai gain yang sangat tinggi yang diarahkan ke titik sumber pancaran sinyal. Contoh yang biasa digunakan dari jenis antena ini yaitu
yagi digunakan untuk jarak pendek karena penguatannya rendah dan mempunyai penguatan antara 7-19 dBi, parabolic parabola digunakan untuk jarak menengah
atau sedang dan mempunyai penguatan antara 18-28 dBi, wajan bolic jenis antena ini sering digunakan di sisi client penerima pada jaringan RTRW-net. Gambar
2.7 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena directional[6].
Gambar 2.7 Bentuk pola radiasi antena directional
2.4.5 Impedansi Masukan
Impedansi masukan dari suatu antena dapat dilihat sebagai impedansi dari antena tersebut pada terminalnya. Impedansi masukan,
�
��
terdiri dari bagian real R
in
dan imajiner X
in
Z dengan Persaamaan 2.16 [2].
in
= R
in
+ j X
in
Resistansi masukan R Ω 2.16
in
2.4.6 Gain Antena
mewakili disisipi yang terjadi karena dua hal. Pertama karena daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali lagi radiasi,
yang kedua karena rugi-rugi ohmic yang terkait dengan panas pada struktur antena. Namun pada banyak antena, rugi-rugi ohmic sangat kecil bila
dibandingkan dengan rugi-rugi akibat radiasi tersimpan pada medan dekat antena. Kondisi matching
harus dibuat sedemikian rupa sehingga mendekati 50 + j0Ω.
Gain adalah perbandingan antara rapat daya per satuan unit antena terhadap rapat daya antena referensi dalam arah dan daya masukan yang sama. Gain suatu
antena berlainan dengan gain kutub empat, gain diperhatikan daya masukan ke terminal antena. Gain didapat dengan menggunakan Persamaan 2.17[6] :
G =
η
x D 2.17 Dimana : G : Gain antena dBi
η :
Efisiensi antena D : Directivity
Ada dua jenis parameter penguatan Gain yaitu absolute gain dan relative gain. Absolute gain pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan
antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik. Intensitas radiasi yang
berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara tropik sama dengan daya diterima oleh antena P
in
���� = 4�
��,� �
��
2.18 dibagi 4
π.
Absolute gain ini dapat dihitung dengan Persamaan2.18[7]:
Dimana : ��, � : Intensitas radiasi pada arah tertentu
P
in
: Intensitas radiasi yang diterima
Selain absolute gain juga ada relative gain. Relative gain didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan
daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena refensi merupakan
sumber isotropic yang lossless P
in
lossless. Secara rumus dapat dihubungkan pada Persamaan 2.19[7] :
���� = �
4���,� �
��
��������
2.19
Adapun cara lain untuk menghitung gain antena yaitu dengan mengguna- kan bantuan perangkat lunak tertentu. Perhitungan ini dilakukan berdasarkan level
penerimaan sinyal. Untuk menghitung gain dapat dilihat pada Persamaan 2.20 berikut ini:
���� = ����� − ����� + ���� 2.20
Dimana: Ga : Gain total antena Pa : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur dBm
Ps : Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi dBm Gs : Gain antena referensi
2.4.7 Keterarahan Directivity
Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan rasio intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi
rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang dir
adiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini
dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.21 berikut ini [2] : � =
� �
= 4
�� �
���
2.21 Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi
maksimum yang didapat dengan Persamaan 2.22[2] :
�
���
= �
= �
���
� =
4 ��
���
�
���
2.22 Keterangan :
D = keterarahan D
U = intensitas radiasi maksimum = keterarahan maksimum
U
max
U = intensitas radiasi maksimum
P = intensitas radiasi pada sumber isotropic
rad
= daya total radiasi
Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.23 berikut ini:
� = 4
�
2
�
2
�
2
�
1
2.23 Dimana nilai
�
1
dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2.24 berikut ini:
�
1
= �
120 �
2
�
2
90 �
2
2.24
Setelah nilai directivity didapat maka nilai directivity susunnya dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2.25 sebagai berikut:
�
�����
= 2 � 2.25
Setelah directivity ditentukan maka didapatlah nilai directivity total untuk menghitung besarnya directivity total dapat dicari dengan menggunakan Persama-
an 2.26 sebagai berikut: �
�����
= �
�����
× �
������
2.26 Keterangan:
�
������
= banyak elemen yang akan dirancang
2.5 Teknik Pencatuan