BAB II DASAR TEORI - Rancang Bangun Patch Rectangular Antenna 2.4 GHz Dengan Metode Pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Sitem Komunikasi Radio

Fungsi dasar sistem komunikasi adalah transmisi atau pengiriman informasi dan tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri. Komunikasi merupakan proses pemindahan atau penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai. Tujuan komunikasi adalah menyediakan replika message (pesan) yang merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi. Elemen-elemen dari sistem komunikasi radio ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Sinyal yang Sinyal

Input Sinyal Output Sinyal

ditransmisikan Penerima

Message

Output Message Input Transducer Antena Kanal Antena Transducer Input Pemancar Transmisi Penerima Output

Sumber Tujuan Sinyal yang ditransmisikan

Gambar 2.1 Sistem Komunikasi Radio

Berikut ini adalah fungsi dari elemen sistem komunikasi radio:

1. Transducer berfungsi mengubah pesan menjadi sinyal listrik atau sebaliknya.

2. Pemancar (Tx) menghasilkan daya RF lalu sinyal ditransmisikan ke antena kemudian dipancarkan ke segala arah.

3. Kanal transmisi berfungsi sebagai penyambung listrik antara Tx – Rx sekaligus menjembatani sumber dan tempat tujuan.

4. Penerima (Rx) mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar melalui antena lalu diproses dan diteruskan ke transducer output.

2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang saat ini banyak digunakan karena antena mikrostrip berukuran kecil dan ringan. Hal tersebut merupakan salah satu pertimbangan dalam merancang antena saat ini [1].

1. Patch, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas. Patch ini memiliki ketebalan yang bervariasi dan biasanya terbuat dari bahan tembaga.

2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch.

Bahan substrate dielektrik beragam, diantaranya plastik, keramik, kristal tunggal, dan silikon.

3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk memisahkan antara substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat mengganggu radiasi sinyal.

Gambaran umum bentuk antena mikrostrip ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip [1]

Antena mikrostrip adalah antena yang terbuat dari suatu konduktor metal yang menempel di atas groundplane. Peralatan telekomunikasi khususnya antena, saat ini mengacu pada antena yang murah dalam pembuatan, memiliki massa yang ringan, mudah dalam proses integrasi dengan peralatan telekomunikasi lainnya.

Namun disamping kelebihan yang dimiliki, antena mikrostrip juga memiliki beberapa kelemahan, diantaranya memiliki bandwidth yang kecil, efisiensi yang rendah, gain yang kecil dan daya yang kecil. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip ditunjukkan seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Bentuk patch antena mikrostrip [1] Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, yaitu memiliki penampang yang tipis, masa yang ringan, mudah dalam pembuatan, dapat diintegrasikan secara langsung, dapat diproduksi secara massal, dapat dibuat untuk dual atau triple frekuensi. Sedangkan kelemahan dari antena mikrostrip adalah memiliki bandwidth yang sempit (Narrowband), dan kecilnya alat mengakibatkan perlu ketelitian yang tinggi di dalam perancangannya [2].

2.3 Model Cavity

sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara

patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang

dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan observasi dari substrate tipis ( h<< )[ 1][2]]:

∂ z ∂ ≡

a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z ( / ) karena substrate sangat tipis (h<< λ ).

b. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, E saja, dan medan magnetis

hanya ada komponen transversnya saja (H dan H ) di daerah yang dibatasi

x y

oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding elektris atas bawah. c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,

Η Η yang termasuk komponen tangensial dari , sepanjang sisi diabaikan.

Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell [1][2]. Adapun persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:

(2-1) (2-2) (2-3) (2-4) adalah permeabilitas ruang hampa,

Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ dan J adalah rapat arus.

Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada

patch mikrostrip [2]

Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik-menarik terjadi antara dua muatan yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal tersebut akan membantu menjaga agar konsentrasi muatan tetap ada pada bagian bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch. Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan atas dari elemen peradiasi [1].

Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna.

Hal tersebut menyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran praktis, komponen tangensial dari medan magnetik tidak akan sama dengan nol tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan konduktor magnetik yang sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini merupakan material substrat) lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari impendansi masukannya akan murni reaktif [2].

2.4 Antena Mikrostrip Patch Rectangular

Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis, proses fabrikasi yang sederhana dan karakteristik radiasi yang atraktif .

Patch rectangular

antena merupakan konfigurasi yang paling banyak digunakan karena bentuknya memungkinkan dibaca secara analisa teoritik. mikrostrip dengan panjang (L), lebar (W), dan ketebalan subtrat (h). Bagian – bagian dari antena mikrostrip patch rectangular dapat dijelaskan sebagai berikut.

2.4.1 Dimensi Antena

Dimensi antena meliputi panjang (L) dan lebar (W) patch pada suatu antena mikrostrip. Untuk mencari dimensi antena microstrip (W dan L), harus diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik (h), konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang antena microstrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka

bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan

menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur lebar dari antena microstrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena microstrip dapat menggunakan Persamaan 2-5 [3][4]:

c W = (m) (2-5)

ε + ( _r 1 ) 2 f _o

. 258 813 .
−

−

  

   +

−

W h _{r r}

ε ε (2-7) dan untuk W/h < 1 [3][4]:

e =      

   

   

  −

− ₂ ₂ ¹

 + −

1 04 .

1 h W

W h _{r r}

ε ε (2-8)

Dimana ε r dan ε e masing – masing adalah permitivitas relatif dan permitivitas efektif dari substrat dan h adalah ketebalan substrat.

Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2-9 [3][4].

Dimana : W = lebar patch ε r

= permitifitas relative / konstanta dielektrik c = kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x10

) f

= frekuensi kerja antena Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter

∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.

Pertambahan panjang dari L ( ∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan

h L ∆

= 0.412

( ) ( )

 

 

 

 

264 . 3 .

h W h W _e _e

ε ε

(2-6) dan permitivitas efektif ε e untuk W/h > 1 [3][4]:

ε e = ² ¹

    

(2-9) Dimana merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung menggunakan Persamaan 2-10 [3][4]. Dimana : W = lebar patch L = panjang patch

= panjang patch efektif h = ketebalan substrat ε r

= permitivitas relatif ε

e = permitivitas efektif

Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara keseluruhan maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena mikrostrip secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2-11 [5].

Dimana : Z

= Z

= Impedansi beban (Ω) Y in = Admintansi beban (1/Ω) Admintansi beban ( didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-12 [5].

Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-13 sampai Persamaan 2-16 [5].

Dimana:

2.4.2 Dimensi Groundplane Groundplane

pada desain antena mikrostrip patch rectangular ini berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Secara ideal,

groundplane yang digunakan memiliki luas dan tebal yang tak terhingga atau

biasa disebut dengan infinite groundplane namun kondisi ini tidak mungkin terealisasi tetapi hanya bisa disiasati.

Pendekatan dimensi minimum groundplane adalah melalui persamaan berikut [6] : Ag = 6t + a (2-17)

Dimana : Ag = nilai dimensi minimum groundplane t = ketebalan tembaga a = lebar patch

2.4.3 Dimensi Feeder Feeder berfungsi sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan

berupa konektor SMA 50 Ω dengan antena mikrostrip itu sendiri. Ukuran panjang, lebar ataupun tinggi feeder disesuaikan dalam simulasi, dengan cara mengubah ukuran secara variatif sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi antena yang diinginkan.

2.5 Metode Pencatuan Electromagnetically Coupled (EMC)

Secara umum, metoda pencatuan pada antenna mikrostrip dapat diklasifikasikan menjadi pencatuan mikrostrip, pencatuan probe, dan pencatuan

EMC. Pencatuan antena mikrostrip dapat dengan mudah dipabrikasikan yaitu

matching impedansi tidak sesuai atau tidak terjadi matching impedansi seperti

yang diharapkan dan akan muncul radiasi yang tidak diinginkan dari line pencatuan.

Pencatuan probe, yang merupakan metode pencatuan yang sering digunakan untuk mikrostrip antena tidak mampu menghasilkan wideband karena adanya reaktansi parasitic yang dihasilkan oleh struktur pencatuan. Pencatuan dengan probe koaksial mempunyai keuntungan yaitu mudah dalam matching impedansi dan radiasi spurious yang rendah dan kelemahannya secara fisik harus dihubungkan dengan pusat dari patch. Pencatuan koaksial antena mikrostrip mempunyai bandwidth impedansi sempit. Pada Gambar 2.5 ditunjukkan metoda pencatuan feeding [6].

Gambar 2.5 Metoda pencatuan feeding [6]

Pencatuan EMC berbeda dengan metode pencatuan yang lain. Tidak terjadi radiasi spurious dan mempunyai keuntungan dengan memberikan karakteristik wideband, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Metode pencatuan EMC [5]

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6, dua bahan dielektrik digunakan sehingga saluran pencatu berada di antara kedua substrat dan bagian elemen peradiasi berada di substrat bagian atas. Kelebihan dari metode ini adalah

bandwidth

yang lebih lebar dari pada teknik pencatuan yang lain. Untuk optimasi antena dapat digunakan media dielektrik yang berbeda [4].

Matching dapat diperoleh dengan mengatur panjang saluran pencatu dan

perbandingan lebar saluran pencatu terhadap lebar elemen peradiasi. Adapun kekurangan yang paling mendasar dari metode ini adalah kesulitan dalam hal fabrikasinya, dikarenakan penggunaan dua lapisan dielektrik yang betul-betul memerlukan ketelitian dalam penyusunannya.

Untuk antena patch probe fed, probe hanya menghasilkan induktansi dimana menurunkan unjuk kerja bandwidth dari antena patch. Disini mekanisme kopling yang lebih menonjol adalah kapasitif. Patch itu sendiri direpresentasikan dan patch. Kopling dikontrol oleh 3 faktor, panjang feeder stripline, lebar patch dan tinggi (h) dari feeder striline [4].

2.6 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan dijelaskan sebagai berikut.

2.6.1 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ) [2]:

(2-18) Dimana Z L adalah impedansi beban (load) dan Z adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [2]: (2-19)

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 praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai

VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

2.6.2 Impedansi Antena Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya.

Impedansi input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau objek-objek yang dekat dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena terisolasi.

Impedansi antena terdiri dari bagian riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan dengan :

Z in = R in + j X in (2-20)

Resistansi input (R in ) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua cara, yaitu karena panas pada struktur antena yang berkaitan dengan perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali (teradiasi). Reaktansi input (X in ) menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat dari antena [6]. impedansi antena haruslah conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi sama tetapi berlawanan tanda). Jika hal ini tidak terpenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima, sesuai dengan persamaan sebagai berikut :

− e Z − Z ₁ ₁ _m

Γ _{L = =} (2-21)

Z Z

e ₁ _{1 m}

- Dengan : e L = tegangan pantul Z L = impedansi beban

+ e L = tegangan datang Z = impedansi input

2.6.3 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. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti [6]. 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 antenna. Misalkan 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 lebar bandwidth dari antena} tersebut adalah (f ^{1 – f} ^{2 ). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth}

f f ₂ − ₁ BW = x 100 % (2-22) f _c

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk

menyatakan bandwidth antena yang memliki band sempit (narrow band).

Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan perbandingan antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

f ₂ BW =

(2-23)

f ₁ Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan pola / f > 1

radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f ² ^{1 .}

Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f ^{2 dan f} ^{1 adalah ditentukan oleh harga} VSWR.

Bandwidth antena sangat dipengaruhi oleh luas penampang konduktor

yang digunakan serta susunan fisiknya (bentuk geometrinya). Misalnya pada antena dipole, akan mempunyai bandwidth yang semakin lebar apabila penampang konduktor yang digunakannya semakin besar.

2.6.4 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata- rata pada semua arah [6]. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2-24 [2].

(2-24) Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2-25 [2].

(2-25) Dimana : D = keterarahan

D = keterarahan maksimum U

= intensitas radiasi maksimum

U max = intensitas radiasi maksimum U = intensitas radiasi pada sumber isotropic P rad = daya total radiasi

Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-26 [7].

Dimana nilai I dan dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2-27 dan λ 2-28 [7].

2.6.5 Gain Antena

Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain (atau gain saja) didefinisikan sebagai 4฀ kali rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan [6]:

U θ φ ( ) .

(2-29)

ɵ,ɸ) = 4π P _m

Definisi ini tidak termasuk losses yang disebabkan oleh ketidaksesuaian impedansi (impedance missmatch) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain adalah harga maksimum dari intensitas radiasi atau harga maksimum dari Persamaan (2-30), sehingga dapat dinyatakan kembali :

U _m G = 4

(2-30)

π P _m

Jadi gain dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi dari

ɵ dan ɸ, dan juga

dapat dinyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari

ɵ dan ɸ, diasumsikan sebagai gain maksimum.

Direktivitas dapat ditulis sebagai :

U _m D = 4 π

(2-31)

P _r Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input menjadi daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses pada daya input. Bagian daya input (P ) yang tidak muncul sebagai daya radiasi

diserap oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan suatu definisi baru, yaitu yang disebut dengan efisiensi radiasi, dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

P _r k =

(2-32)

P _m

Dengan catatan bahwa harga k diantara nol dan satu ( 0 < k < 1) atau ( 0 < k < 100%).

Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut [3]:

(2-33) Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya berkisar 60% sampai 70% [4].

G = ŋ . D

Salah satu metode pengukuran power gain maksimum terlihat seperti pada

Gambar 2.7 [6]. Sebuah antena sebagai sumber radiasi, dicatu dengan daya tetap oleh transmitter sebesar P . Mula-mula antena standard dengan power gain

maksimum yang sudah diketahui (G ) digunakan sebagai antena penerima seperti

terlihat pada Gambar 2.7a. Kedua antena ini kemudian saling diarahkan sedemikian sehingga diperoleh daya output P yang maksimum pada antena

penerima. Selanjutnya dalam posisi yang sama antena standard diganti dengan antena yang hendak dicari power gain-nya, sebagaimana terlihat pada Gambar 2.7b. Dalam posisi ini antena penerima harus mempunyai polarisasi yang sama dengan antena standard dan selanjutnya diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh daya output P yang maksimum. Apabila pada antena standard sudah diketahui

gain maksimumnya, maka dari pengukuran di atas gain maksimum antena yang

dicari dapat dihitung dengan :

P ₁ G = . G t s

(2-34)

P _s

Atau jika dinyatakan dalam desibel adalah : G (dB) = P (dB) P (dB) G (dB) (2-35)

t t s s + -

Dimana : G : Gain antena yang akan diukur.

t P s : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena standard.

P : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang di test.

t G s : Gain antena standard ( sudah diketahui ).

Gambar 2.7 (a) Pengukuran daya output yang diterima antena standar (Ps) (b) Pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang dites (Pt).

2.6.6 Pola Radiasi

Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang yang menggambarkan sifat radiasi dari antena (pada medan jauh) sebagai fungsi dari arah dan penggambarannya dapat dilihat pada diagram pola radiasi yang sudah diplot sesuai dengan hasil pengukuran sinyal radiasi dari suatu antena [7].

Sifat radiasi tersebut meliputi sebagai berikut :

a. kerapatan flux yaitu jumlah garis medan magnet per satuan luas bagian yang

b. intensitas radiasi yaitu suatu nilai yang menunjukkan jumlah pancaran radiasi per detik pada suatu posisi, c. kekuatan medan (field strength) yaitu besarnya medan elektromagnetik yang diterima yang akan membangkitkan sebuah antena.

d. Polarisasi yaitu polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena.

Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah kuat medannya dan disebut pola daya (power pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah vector poynting -nya.

Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting adalah persebaran secara tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Gambaran dari pola radiasi antena dapat dilihat pada Gambar 2.8 [3].

Gambar 2.8 Pola Radiasi Antena

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi mempunyai polarisasi yang berbeda [2].

Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena pada suatu arah tertentu [2].

Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linier), circular (melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.9) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu. Hal ini dapat terjadi jika vektor (elektrik maupun magnet) memenuhi [2] :

a. hanya ada satu komponen, atau

b. 2 komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada perbedaan fasa waktu atau 1800 atau kelipatannya

Gambar 2.9 Polarisasi linier

Polarisasi melingkar (Gambar 2.10) terjadi jika suatu gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.

Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :

a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier

b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama

c. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada kelipatan ganjil 900.

Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi ketika δ = +π / 2 , sebaliknya RHCP terjadi ketika δ = −π / 2

Gambar 2.10 Polarisasi melingkar

Polarisasi elips (Gambar 2.11) terjadi ketika gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan polarisasi ini adalah [2] : a. medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal

b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau berbeda c. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama, perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 00 atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen berada pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa di antara kedua komponen tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil dari 90 (karena akan menjadi lingkaran).

Gambar 2.11 Polarisasi elips

2.7 Wireless Fidelity (Wi-Fi)

Wireless Fidelity, biasa disingkat dengan istilah Wi-Fi, merupakan sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal Nirkabel ( Wireless Local Area Networks – Wi-LAN ) yang didasari pada spesifikasi IEEE 802.11.

Awalnya Wi-Fi digunakan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan Jaringan Lokal (LAN), namun saat ini lebih banyak digunakan untuk mengakases internet. Hal ini memungkinkan komputer dengan kartu nirkabel (Wireless Card) atau Personal Digital Assistant (PDA) dapat terhubung dengan internet melalui access point (AP) atau lebih dikenal dengan istilah hotspot.

Wi-Fi atau Wi-LAN saat sekarang ini sudah banyak di terapkan baik untuk koneksi jarak jauh maupun untuk koneksi jarak dekat. Untuk koneksi jarak jauh misalnya, untuk menghubungkan dua buah gedung dengan jarak antara dua kilometer sampai sepuluh kilometer, bahkan lebih dari sepuluh kilometer.

Sedangkan untuk jarak pendek biasanya kurang dari lima ratus meter. Untuk jarak pendek ini biasanya digunakan untuk hotspot. Biasanya, untuk koneksi jarak pendek ini, tidak dibutuhkan perangkat tambahan seperti antena external untuk melakukan koneksi. Tetapi lain halnya jika ingin melakukan koneksi jarak jauh, akan diperlukan antena external untuk memperkuat tangkapan sinyal dari AP.

Penggunaan Wi-Fi hanya terbatas dalam cakupan jaringan lokal, bukan diperuntukan bagi jaringan yang lebih besar (seperti MAN dan WAN) sehingga sistem jaringan ini sangat cocok untuk ditempatkan di area-area public seperti kampus, kafe, dan gedung perkantoran.

Beberapa komponen dasar yang biasanya membentuk suatu LAN adalah sebagai berikut: a. Workstation komputer. Sistem komputer ini dapat berupa PC atau dapat pula berupa suatu komputer yang besar seperti sistem minicomputer, bahkan suatu mainframe.

Workstation

dapat bekerja sendiri (stand-alone) dapat pula menggunakan jaringan untuk bertukar data dengan workstation atau user yang lain.

b. Server Perangkat keras (hardware) yang berfungsi untuk melayani jaringan dan

workstation yang terhubung pada jaringan tersebut.pada umumnya sumber

daya (resources) seperti printer, disk, dan sebagainya yang hendak digunakan secara bersama oleh para pemakai di workstation berada dan bekerja pada

server . Berdasarkan jenis pelayanannya dikenal disk server, file server, print

server, dan suatu server juga dapat mempunyai beberapa fungsi pelayanan

sekaligus.

c. Link (Hubungan)

Workstation dan server tidak dapat berfungsi apabila peralatan tersebut

secara fisik tidak terhubung. Hubungan tersebut dalam LAN dikenal sebagai media transmisi yang umumnya berupa kabel. Adapun beberapa contoh dari kabel yang digunakan sebagai link, antara lain kabel twisted pair, kabel

coaxial, dan kabel fiber optic.

Suatu workstation tidak dihubungkan secara langsung dengan kabel jaringan ataupun tranceiver cable, tetapi melalui suatu rangkaian elektronika yang dirancang khusus untuk menangani network protocol yang dikenal dengan Network Interface Card (NIC).

d. Network Software

Tanpa adanya software jaringan maka jaringan tersebut tidak akan bekerja sebagaimana yang dikehendaki. Software ini juga yang memungkinkan sistem komputer yang satu berkomunikasi dengan sistem komputer yang lain.

2.7.1 Teknologi Wi-Fi

Jaringan tanpa kabel atau wireless networking merupakan cara yang cepat, mudah untuk membangun jaringan, juga merupakan alternatif paling ekonomis dari pada membangun jaringan menggunakan kabel. Wi-Fi dapat digunakan untuk menghubungkan jaringan antar gedung yang jaraknya sampai beberapa kilometer.

Pada Tabel 2.1 diperlihatkan standar teknologi dari Wi-Fi.

Tabel 2.1. Standar Teknologi Wi-Fi

Standard Kecepatan Frekuensi Jangkauan Jaringan Keterangan

802.11a

54 Mbps 5.1-5.7GHz 300 m Cepat dan jangkauan lebih jauh, tapi lebih mahal (perangkat dan frekuensi mahal) dibandingkan dengan frekuensi 2.4GHz. 802.11b 11/22 Mbps 2.4GHz 100 m Sistem pertama yang hadir di pasaran yang cocok untuk kebutuhan internal (wireless

home networking ) dan penggunaan antar bangunan.

802.11g

54 Mbps

2.4GHz 54 m Standar 2.4GHz terbaru banyak memberikan fungsi yang sama dengan standar 802.11b tetapi dengan transfer data yang lebih tinggi.

2.7.2 Wireless Channel

Jaringan wireless menggunakan konsep yang sama dengan stasiun radio, dimana saat ini terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan

5 GHz yang bisa dianalogikan sebagai frekuensi radio AM dan FM. Frekuensi 2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g juga dibagi menjadi channel – channel seperti pembagian frekuensi untuk stasiun radio.

Organisasi internasional ITU (International Telecomunication Union) yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya mengijinkan penggunakan channel 1-11, Eropa hanya menggunakan 1-13, sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia yaitu 1-14. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 WiFi Channel

Channel Frequency (GHz) Range Channel Range 1 2,412 2,401 – 2,423 1 – 3 2 2,417 2,406 – 2,428 1 – 4 3 2,422 2,411 – 2,433 1 – 5 4 2,427 2,416 – 2,438 2 – 6 5 2,432 2,421 – 2,443 3 – 7 6 2,437 2,426 – 2,448 4 – 8 7 2,442 2,431 – 2,453 5 – 9 8 2,447 2,436 – 2,458 6 – 10 9 2,452 2,441 – 2,463 7 – 11

10 2,457 2,446 – 2,468 8 – 11 11 2,462 2,451 – 2,473 9 – 11 12 2,467 2,456 – 2,478 Not US 13 2,472 2,461 – 2,483 Not US 14 2,484 2,473 – 2,495 Not US

2.7.3 Perangkat Wi-Fi

Untuk mendukung jaringan wireless diperlukan juga perangkat – perangkat Wi-Fi untuk menunjang kehandalan suatu jaringan wireless tersebut.

a. Penerus Sinyal (Access Point)

Access Point (AP) merupakan perangkat yang menjadi sentral koneksi dari

pengguna (user) ke server. AP berfungsi mengonversi sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan diteruskan melalui kabel atau melalui perangkat yang lain dengan mengonversi kembali sinyal digital menjadi sinyal frekuensi radio hingga sampai ke jaringan terakhir.

Access Point Comp merupakan sebuah perangkat yang berdiri sendiri atau

sebuah komputer yang berisikan sebuah adapter jaringan wireless yang berhubungan dengan special access point management software. Gambar 2.12 diperlihatkan access point tampak depan.

Gambar 2.12 Access Point tampak depan

b. Penerima sinyal Berikut ini merupakan perangkat yang dapat digunakan untuk menerima sinyal Wi-Fi yang disebarluaskan oleh AP, yaitu :

1. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), yang biasa digunakan untuk laptop dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 PCMCIA WLAN Card

2. PCI WLAN Card, digunakan untuk PC (personal computer) atau computer jangkrik yang tidak bisa diangkat-angkat, dan dapat ditunjukkan pada Gambar

2.14. Gambar 2.14 USB WiFi

3. USB Wi-Fi, bisa digunakan untuk laptop atau PC yang ada port USB-nya.

Biasanya harganya lebih murah dan mudah dibawa, dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 USB Wi-Fi Linksys 4. CF (Compact Flash) digunakan untuk PDA (Personal Digital Assistant).

Seperti pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Compact Flash

2.8 Ansoft High Frequency Structure Simulator v.9

Banyak perangkat lunak (Software) simulasi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah Ansoft High

Frequency Structure Simulator v.9 (HFSS) . Dalam Tugas Akhir penulis

menggunakan Ansoft HFSS v.9 untuk menganalisis karakteristik antena mikrostrip yang penulis buat dalam tugas akhir ini [7].

Ansoft HFSS v.9 juga merupakan dasar dari perancangan desain yang menyarankan pemakai untuk mendesain model dan mensimulasikan secara analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan sirkuit, dan memperformasikan sinyak tersebut. Dalam software ini terbentuk-bentuk skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam bentuk visualisasi dan analisis data.

BAB II DASAR TEORI - Rancang Bangun Patch Rectangular Antenna 2.4 GHz Dengan Metode Pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled)