E010-1 APLIKASI ANTENA COLINEAR 2,4 GHZ UNTUK WIFI
APLIKASI ANTENA COLINEAR 2,4 GHZ UNTUK WIFI
1) 2) Henry Candra , Berry Poedjolaksono1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti
E-mail:
2) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti
Abstrak
Antena colinear termasuk ke dalam jenis antena luasan (aperture antenna) karena antena tersebut
lebih efektif dibanding dengan antena kawat pada umumnya. Antena colinear mempunyai bentuk pola
radiasi omni directional. Tulisan ini membahas tentang perancangan dan realisasi antena colinear 2,4
GHz untuk aplikasi WiFi. Analisis dilakukan pada karakteristik antena yaitu berupa pola radiasi,
, beamwidth, free space loss, serta gain antena. Hasil pengujian menunjukkan bahwa antena bandwidth
colinear 2,4 GHz mempunyai pola radiasi omni directional, lebar bandwidth 2.35GHz – 2.45GHz,
beamwidth 360 , free space loss 13,66 dB. dan gain antena 12,04 dB.Kata kunci: antena colinear, Wifi, 2,4 GHz Pendahuluan
Antena Colinear termasuk ke dalam jenis antena luasan (aperture antena) yang lebih efektif dibanding dengan antena kawat pada umumnya. Karena antena yang demikian mempunyai sifat pengarahan yang baik untuk memancarkan gelombang elektromagnetik. Antena Colinear mempunyai bentuk pola radiasi omnidirectional. Antena vertikal Colinear adalah antena yang memancarkan daya ke segala arah, dan bentuk pola radiasinya digambarkan seperti donat dengan pusat berimpit. Antena ini dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks.
Antena Colinear merupakan antena yang memancarkan daya ke segala arah. Gain antena ini relatif lebih besar dari antena omnidirectional. Antena ini memancar ke segala arah dengan daya lebih besar dibanding dengan antena isotropis.
Aplikasi antena Colinear biasanya cukup luas digunakan untuk aplikasi komunikasi gelombang Access point to multi point. Keuntungan dalam menggunakan antena Colinear adalah:
bandwidth lebar, ringan, mudah dibuat, dan gain cukup besar.
Permasalahan yang dihadapi pada aplikasi WiFi adalah kebutuhan akan antena eksternal High Gain yang di pasaran harganya relatif mahal. Untuk itu dibutuhkan suatu antena high gain dengan perancangan yang mudah, biaya ringan dan mudah difabrikasi serta memiliki performa tinggi untuk diaplikasikan pada perangkat telekomunikasi nirkabel yang ada (Mahardika, 2009). Tujuan dari tulisan ini membahas tentang perancangan dan realisasi antena colinear untuk aplikasi
WiFi 2,4 GHz. Kemudian hasil realisasi antena tersebut dianalisis karakteristiknya yaitu: pola
radiasi, free space loss, bandwidth, beamwidth,dan gain antena tersebut. Adapun fungsi antena tersebut adalah sebagai peningkat jarak jangkauan wireless.
Studi Pustaka
Pola Radiasi Antena Pola radiasi (radiation pattern) merupakan salah satu parameter penting dari suatu antena. Pola radiasi adalah pernyataan secara grafis 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 antenna (Constantine, 1997).
Apabila dilihat dari penamaan bidang pola radiasi ada 4 macam, yaitu: Bidang H ialah bidang magnet dari pola radiasi antena, bidang E ialah medan listrik dari pola radiasi antena, bidang elevasi ialah pola radiasi yang diamati dari sudut elevasi dan bidang azimuth ialah pola radiasi yang diamati dari sudut azimuth. Dimana antara bidang H dan bidang E saling tegak lurus dan antara bidang elevasi dan bidang azimuth juga sama saling tegak lurus. Pola Radiasi Antena Omnidirectional Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 derajat dan memiliki Gain antena antara 3 dB sampai 12 dB (Aurick, 2009).
Gambar 1. Pola Radiasi Antena
Omnidirectional
Gambar 1 di atas merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena
omnidirectional dari samping dan apabila dilihat dari atas. apabila dalam koordinat polar atau
grafik pola radiasi seperti gambar 2 di bawah ini (Ferdinasyah, 2009).(a) (b) Gambar 2. Bentuk Pola Radiasi Gelombang Antena Omnidirectional
(a) Pola Radiasi Bidang Medan Magnet (H)
(b) Pola Radiasi Bidang Medan Listrik (E)
Free Space Loss Free space loss adalah daya yang hilang di ruang bebas. Secara matematis dinyatakan
dengan : F SL = 20 log
c fd π
4
(1) Di mana : F SL = Free space loss (dB) f = Frekuensi (Hz) d = Jarak pengukuran (m) c = kecepatan cahaya (3 x 10 8 m/s)
Gain Antena
Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih dilihat 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
π
kali perbandingan antara intensitas radiasi pada suatu arah dengan daya yang diterima antena (John D., 1988). Jika arahnya tidak disebutkan maka gain daya biasanya menyatakan gain pada arah radiasi maksimum. Secara matematis dinyatakan dengan: U .
θ φ ( )
G = 4 (2)
π P in
Di mana : G = gain U = intensitas radiasi P in = daya input
Bandwith 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 pita 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 (Roscha, 1998). Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan. Daerah frekuensi kerja di mana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena. Suatu misal 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 (di atas f ), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah (f – f ). Tetapi 2 C 1 2 apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth antena tersebut adalah :
f f 2 − 1 Persentase BW = x 100 % (3) f c
Metodologi Penelitian
Rancangan antena Colinear 2,4 GHz ini menggunakan komponen-komponen sebagai berikut: paralon 1,25 inchi, dop paralon 1,25 inchi, busa Kapiler AC, pipa kapiler AC 0,6 mm, kabel koaxial RG6U, plat tembaga 0,5 mm, dan N connector female. Panjang antena dihitung dengan rumus:
L = 0.5 x K (4)
λ
Di mana : = panjang gelombang di udara
λ
L = panjang segmen antena Colinear K = velocity factor yang diambil sebesar 0,85 Untuk frekuensi 2,4 GHz maka panjang gelombang = 0,125 m, sehingga didapat L = 0,055 m.
Gambar 3. Elemen Antena Colinear Panjang elemen antena = ( 0,5 x K ) – 8 mm
λ
= ( 0,5 x 0,125 m x 0,88 ) – 8 mm = 0,047 m
Panjang koaxial = panjang elemen + 20 mm = 0,047 m + 20 mm = 0,067 m
Panjang dielectric = panjang elemen + 3 mm = 0,047 + 3 mm = 0,05 m
Pada gambar-gambar berturut-turut di bawah ini ditunjukkan proses realisasi antena colinear yang dirancang.
Gambar 4. Elemen Antena Colinear Yang Telah Tersambung Gambar 5. Antena Colinear
Gambar 6. Tiang Antena Gambar 7. Antena Colinear yang telah terpasang di dalam casing
Hasil dan Pembahasan
Setelah antena colinear terealisasi, selanjutnya dilakukan proses pengujian dengan pengukuran dan perhitungan parameter-parameter antena meliputi pola radiasi, free space loss,
bandwidth , dan beamwidth.
Pengujian dan pengukuran dilakukan di Laboratorium Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti. Alat-alat yang digunakan adalah: RF
Generator merk HP(Hewlett Packard) tipe 8648C, spectrum Analyzer merk Agilent tipe E4403B,
antena pemancar (dipakai antena dipole), antena yang akan diuji sebagai antena penerima (antena
colinear ), meja putar, dan kertas pola radiasi. Hasil pengukuran tersebut kemudian harus
dinormalisasi agar dapat dianalisis lebih lanjut. Hasil normalisasi ditunjukkan pada tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Naturalisasi Hasil Pengukuran Antena Colinear
Sudut Daya ( dBm ) Sudut Daya ( dBm ) Sudut Daya ( dBm )
10° -0.17 130° -0.80 250° -2.21 20° -0.31 140° -0.70 260° -0.55 30° -0.40 150° -0.50 270° -0.70 40° -0.45 160° -0.36 280° -0.86 50° -0.75 170° -0.26 290° -1.02 60° -0.96 180° -0.08 300° -1.04 70° -1.19 190° -0.17 310° -0.86 80° -1.61 200° -0.17 320° -0.86 90° -2.92 210° -0.50 330° -1.02
100° -1.87 220° -3.56 340° -0.04 110° -1.42 230° -0.22 350° -0.17 120° -1.02 240° -1.67 360°
1.00 Dari tabel 2 maka dapat digambarkan pola radiasi dari antena colinear yang telah dibuat.
Gambar 8 merupakn gambar pola radiasi antena colinear.
Gambar 8. Pola radiasi antena colinear
Bandwitdh antena diukur menggunakan spectrum analyzer, hasilnya diperoleh sebagai berikut:. Frekuensi tengah = 2,4 GHz, frekuensi bawah = 2,35 GHz, frekuensi atas = 2,45 GHz.
Beamwidth antena collinear diperoleh 360° karena pola radiasinya omnidirectional. Gambar 9
menunjukkan beamwidth dari antenna colinear.Gambar 9. Beamwidth antena colinear Sedangkan perhitungan free space loss antena collinear memberikan hasil sebesar 13,66 dB. Dan yang terakhir perhitungan gain dari antena collinear memberikan hasil sebesar 12,04 dB.
Kesimpulan
Berdasarkan perancangan, realisasi, pengujian, dan pengukuran yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut : a) Pola radiasi antena colinear adalah omni directional..
b) Lebar Bandwidth antena colinear yaitu sebesar 2,35GHz – 2,45 GHz.
c) Beamwidth antena colinear yaitu 360
d) Free space loss antena colinear 13,66 dB
e) Gain antena colinear sebesar 12,04 dB
Daftar pustaka
Aurick Fachrizal, 2009, Penggabungan Antena Yagi VHF-UHF Pada Satu Boom, Tugas Akhir, Universitas Trisakti. Constantine Balanis, 1997, Antenna Theory, John Wiley and Sons, Canada. Ferdinansyah, 2009, Perbandingan Matching Impedansi Antena Dipole Sederhana 152 MHz Dengan Antena Dipole Gamma Match 152 MHz , Tugas Akhir, Universitas Trisakti. John D. Kraus, 1988, Antennas, McGraw-Hill Book Company. Mahardika Ardiansyah, 2009, Perancangan Antena High Gain, Tugas Akhir, Universitas Trisakti. Roscha Marghana, 1998, Antenna Helical Directional 2.4 GHz, Tugas Akhir, Trisakti.