TEORI DASAR. Pada tahun 1600,William Gilbert dari Inggris yang membuat eksperimen

Transkripsi

1 TEORI DASAR 2.1 Umum Pada tahun 1600,William Gilbert dari Inggris yang membuat eksperimen sistematis pertama tentang fenomena listrik dan medan magnet. Gilbert jugalah yang pertama menyatakan bahwa bumi sendiri adalah sebuah magnet yang sangat besar. Beberapa penemu juga ikut memberikan andil yang besar pada proses penemuan antena seperti Benjamin Franklin (Amerika serikat, 1750), Charles Augustinde coulomb (Prancis), Karl Fried Gauss (Jerman), Alessandro Volta (Italia,1800), Michael Faraday (Inggris,1831) dan James C. Maxwell (1873), walaupun penemuan Maxwell sangat penting bagi pengetahuan elektromagnetik modern, tetapi banyakscientistpada masanya yang meragukan kebenaran teorinya tersebut. Memerlukan lebih dari satu dekade hingga teori Maxwell diperhatikan kembali oleh Heinrich Rudolf Hertz (Jerman). Ketertarikan Hertz pada gelombang dihargai, dan pada tahun 1886, sebagai salah seorang profesorpada Technical Institute in Karlshure, dia mengumpulkan alat yang akan menyempurnakan sistem radio denganend loaded dipole sebagai antena pengirim danresonant square lop sebagai antena penerima. Selama dua tahun, dia memperluas percobaannya dan mulai mendemonstrasikan refleksi, refraksi dan polarisasi, yang menunjukkan bahwa selain perbedaan panjang gelombang, gelombang radio adalah sama dengan cahaya yaitu samasama gelombang elektromagnetik dan percobaan Hertz tersebut mengubah pandangan orang terhadap penemuan Maxwell.

2 Walaupun Hertz sering disebut sebagai bapak radio,namun selama hampir satu dekade, penemuannya hanya tertinggal di laboratorium,keingintahuanguglielmo Marconi (yang pada saat itu berusia 20 tahun)yang melihat majalah tentang eksperimen Hertz, apakah gelombang Hertz itu bisa digunakan untuk mengirimkan pesan. Dia menjadi terobsesi dan melakukan penelitian dirumahnya.dia mengulang eksperimen Hertz dan berhasil. Setelah itu ia mencobanya dengan antena yang lebih besar untuk jarak yang lebih jauh. Pada tahun 1901, iamengumumkan kepada dunia bahwa ia telah menerima sinyal radio di Newfoundland, Canada, yang dikirimkan dari seberang samudera atlantik dari sebuah stasiun yang telah dibangun nya dari Cornwall, Inggris [1]. 2.2 Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan.gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1[2]: (2.1) Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka [2]: v = c = 3 x 10 8 m/s (2.2)

3 2.3 Pengertian Antena Antena adalah perangkat media transmisi wireless (nirkabel) yang memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar. Antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas (gelombang mikro) yang merupakan fungsi antena sebagai transmitter(tx). Energi listrik dari transmitter dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas.pada receiver(rx) akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena.gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima. Antena Antena Gelombang Elektromagnetik Tx Rx Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim 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, bandwidth antena, impedansi antena dan voltage standing wave ratio (VSWR).

4 2.4.1 Direktivitas Antena Direktivitas, pengarahan dari sebuah antena adalah perbandingan kerapatan daya maksimum terhadap daya rata-rata yang menembus seluruh kulit bola yang diamati pada medan jauh. Nilai D diperoleh melalui persamaan [3] : 2.3) Gain Antena Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnyaatau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah decibel[4]. Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [5] : Gain = G = k. D (2.4) Dimana : k = efisiensi antena, 0 k 1 Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam satuan decibel.decibel dapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [6] : a. Ketika mengacu pada pengukuran daya (power) (2.5)

5 b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan (volt) (2.6) Gain antena biasanya diukur relatif pada : 1) dbi (relatif pada radioatorisotropic) 2) dbd (relatif pada radioatordipole) Hubungan antara dbi dan dbd adalah sebagai berikut [6] : 0 dbd = 2,15dBi (2.7) Umumnya dbi digunakan untuk mengukur gain sebuah antena. Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada persamaan [3]: (2.8) Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh persamaan [3] : Gt (db) = (Pt(dBm) Ps(dBm)) + Gs(dB) (2.9) Dimana : Gt Pt Ps Gs = Gain total antena. = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dbm). = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dbm). = Gain antena referensi.

6 2.4.3 Pola Radiasi Antena Pola radiasi antena pada umumnya terdiri dari sebuah lobeutama (main lobe) dan beberapa lobekecil (minor lobe).lobeutama merupakan gambaran kualitas antena yang menunjukkan energi yang tersalurkan sesuai dengan yang diinginkan (Gambar 2.2).Diagram arah sebenarnya tiga dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai dua dimensi, yaitu dua penampangnyasaja yang saling tegak lurus berpotongan pada porosmain lobe[1]. Gambar 2.2Pola Radiasi Antena Directional Polarisasi Antena Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless, polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Polarisasi dari sebuah antena menginformasikan ke arah mana medan listrik memiliki orientasi dalam perambatannya. Ada tiga macam polarisasi secara garis besarnya yaitu polarisasi linier, eliptis dan circular.

7 a. Polarisasi Linier Polarisasi linier terdiri dari polarisasi vertikal dan polarisasi horisontal. Arah dari polarisasi ditentukan oleh arah dari medan listrik. Polarisasi linier, artinya, dengan berjalannya waktu arah dari medan listrik tidak berubah, hanya orientasinya saja. Gambar 2.3 menunjukkan sebuah gelombang yang memiliki polarisasi linier yangvertikal.medan listrik terletak secara vertikal. Di gambar, arah medan listrik selalu menunjuk ke arah sumbu x positif atau negatif dan arah medan magnet-nya selalu ke sumbu y positif atau negatif. Polarisasi linier yang horisontal merupakan kebalikan dari vertikal.medan listrik terletak horisontal (arah sumbu y) [7]. Gambar 2.3 Polarisasi Linier b. Polarisasi Eliptis Berbeda dengan polarisasi linier, pada gelombang yang mempunyai polarisasi eliptis, dengan berjalannya waktu dan perambatan, medan listrik dari gelombang itu melakukan putaran dengan ujung panah-panahnya terletak pada sebuah permukaan silinder dengan penampang elips.

8 Pada kasus tertentu panjang sumbu utama dari penampang elips tersebut sama, sehingga berbentuk lingkaran. Gambar 2.4 menunjukkan orientasi dari medan listrik yang terpolarisasieliptis [7]. Gambar 2.4 PolarisasiEliptis c. Polarisasi Circular Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik berputar secara konstan terhadap antena [8]. Gambar 2.5 menunjukkan polarisasi circular. Gambar 2.5 Polarisasi Circular Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan

9 elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena BeamwidthAntena Beamwidthadalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 db menurun dari puncak lobe utama [5]. Besarnya beamwidthadalah sebagai berikut [8] : (2.10) Dimana : B = 3 db beamwidth(derajat) = frekuensi (GHz) d = diameter antena (m) Gambar 2.6 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).Half Power Beamwidth(HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik-titik setengah daya atau -3 db atau dari medan maksimum pada lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.

10 Gambar 2.6BeamwidthAntena Bandwidth Antena Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kerja yang berhubungan dengan berapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi,gain, efisiensi,vswr,return loss, axial ratio)memenuhi spesifikasi standar [9]. Gambar 2.7 Rentang Frekuensi Yang MenjadiBandwidth Dengan melihat Gambar 2.7 bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [8] : (2.11) Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow

11 band).sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah Impedansi Antena Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [5]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut. Dimana : Z T = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal V Z T = (2.12) I Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) Pada saat sinyal merambat ke arah tertentu dalam saluran transmisi, maka perbandingan antara tegangan dan arus sinyal dapat dipandang sebagai impedansi karakteristik saluran. Akan tetapi setelah sinyal mencapai ujung saluran dimana beban berada, keadaan akan lain tergantung pada kondisi beban tersebut. Bila besar impedansi beban tepat sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka daya sinyal yang datang ke beban akan diserap seluruhnya oleh beban. Tetapi bila besar impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakteristik saluran, maka sebagian sinyal yang datang ke beban itu akan

12 memantul dan kembali menuju ke sumbernya semula. Besarnya sinyal yang dipantulkan kembali menuju sumber ini bergantung kepada bagaimana ketidaksamaan antara impedansi karakteristik saluran terhadap impedansi beban. Perbandingan antara level tegangan yang datang menuju beban dan yang kembali ke sumbernya disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol Γ. Harga koefisien pantul ini dapat bervariasi antara 0 sampai 1. Jika bernilai 0 artinya tidak ada pantulan dan jika bernilai 1 artinya sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya. Hal ini dinyatakan dalam persamaan [8] : V Γ = V + (2.13) Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik dan impedansi beban dapat dituliskan [8] : Z Z L o Γ = (2.14) l Z + Z o Pantulan daya pada saluran yang direpresentasikan dengan adanya tegangan pantul dan arus pantul di sepanjang saluran akan bertemu dengan gelombang datang dan menimbulkan gelombang resultan yang disebut dengan gelombang berdiri (standing wave). Gelombang berdiri memiliki tegangan maksimum dan minimum dalam saluran yang besarnya tergantung pada tegangan maupun arus pantul. Perbandingan antara tegangan maksimum terhadap tegangan minimum ini disebut voltage standing wave ratio (VSWR). Secara sederhana VSWR dapat dituliskan sebagai [8] :

13 V max VSWR = (2.15) V min VSWR merupakan parameter yang menentukan kualitas dari transmisi suatu sinyal dari sumber ke beban. Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang artinya dalam saluran tidak ada gelombang pantul atau semua daya yang diradiasikan antena pemancar diterima semua oleh antena penerima. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar. Gambar 2.8 menunjukkan gambar VSWR. Hubungan VSWR dengan koefisien refleksi dapat dituliskan [8] : 1 + Γ VSWR = (2.16) 1 Γ Amplitudo t Gambar 2.8 Voltage Standing Wave Ratio 2.5 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. Gambar 2.9 menunjukkan gambar antena isotropis [11].

14 Gambar 2.9 Antena Isotropis 2.6 AntenaDirectional Berdasarkan direktivitasnya, antena directionaldibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah AntenaUnidirectional Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah.hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah.antena unidirectionalmempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenisjenis 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

15 sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectionalmempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture),semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wirelessyang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut. Beberapa macam antena unidirectionalantara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antenahelix,antena log-periodic,dan lain-lain [1]. Gambar 2.10 memperlihatkan contoh antena unidirectional. Gambar 2.10 Contoh Antena Unidirectional AntenaOmnidirectional 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

16 pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kuedonat(doughnut) dengan pusat berimpit.kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horisontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena ground plane, antena collinear, antena slot wave guide, dan lain-lain [1]. Gambar 2.11 memperlihatkan beberapa contoh antena omnidirectional. Gambar 2.11 Contoh AntenaOmnidirectional 2.7 Antena Helix Antena Helixadalah suatu antena yang terdiri dari 'conducting wire' yang dililitkan pada media penyangga berbentuk Helix.Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi.bentuk dari antena Helix menyerupai per

17 atau pegas dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu.antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi.dimensi dan bentuk antena Helix digambarkan oleh Gambar 2.12 [10]. Ground Plane Konektor SMA Female Potongan Kuningan Lengan Penopang Tiang Penopang USB pigtail Llilitan Kabel Gambar 2.12 Model Antena Helix Pada antena Helix dirancang, menggunakan kawat yang dililitkan pada pipa PVC (Polyvinyl Chloride) dan lempengankuningan sebagai ground plane, serta pigtail pada perpanjangan konektor SMA (Sub Miniature version A). Pemilihan antena Helix sebagai antena bantu lebih dikarenakan kemudahan dalam perancangan dan kemampuan antena ini untuk menguatkan sinyal juga terbilang sangat baik Bagian Dasar Antena Helix Antena Helix merupakan antena yang mempunyai bentuk tiga dimensi.bentuk dari antena Helix menyerupai per atau pegas dengan diameter

18 lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu.antena Helix mempunyai bentuk geometri 3 dimensi seperti pada Gambar 2.13 memperlihatkan bentuk dasar dari sebuah Antena Helix dengan parameter-parameternya adalah sebagai berikut [9]. Gambar 2.13 Bentuk dasar antena Helix dan hubungan antara D, S, C, L D = diameter dari Helix C = circumference (keliling) dari Helix = πd S = jarak antar lilitan α = sudut jepit (pitch angle) = arctan S/πD L = panjang dari 1 lilitan n = jumlah lilitan

19 A = axial length= ns d = diameter konduktor Helix Diameter dan keliling (circumference) digunakan sebagai parameter dalam menentukan frekuensi kerja dari antena Helix, biasanya dinyatakan pula dalam panjang gelombang D dan C. Axial Length dan pitch angle menentukan gain dari antena Helix. Untuk mencari diameter antena Helix dapat menggunakan persamaan berikut: (2.17) Sementara untuk menghitung circumference dapat menggunakan persamaan berikut [11] : (2.18) Makin panjang axial length makamakin besar pula gain dari antena Helix. Relasi ini dapat dilihat dari persamaan berikut [11] : (2.19) Dan untuk mencari panjang dari antena Helix dapat menggunakan persamaan berikut [11] : (2.20) Antena Helix biasanya dipasang diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 2.14 Ground plane dapat berbentukapa saja, tetapi biasanya bentuknya segi empat atau lingkaran dengan diameter satu sampai satu setengah kali panjang gelombang. Ground plane dapat berbentuk reflector kerucut atau dapat pula

20 berbentuk datar. Dengan menggunakan ground plane, diharapkan back lobe dari antena Helix dapat diminimalisasi [12]. Metal Ground Plane Maximum Radiation Coaxial Feeder R= diameter ground plane a= jarak lilitan ke ground plane Gambar 2.14 Antena Helix dengan Ground Plane Antena Helix dapat dioperasikan dalam dua mode, yaitu mode transmisi (transmission mode) dan mode radiasi (radiation mode).mode transmisi digunakan untuk menjelaskan bagaimana gelombang elektromagnetik dipropagasikan sepanjang Helix, mengingat Helix dapat diasumsikan sebagai saluran transmisi tak hingga atau waveguide, dimana beberapa mode transmisi yang berbeda dapat dioperasikan. Mode radiasi digunakan untuk mengetahui bentuk dari medan jauh (far field pattern) dari sebuah Helix. Pada mode radiasi dikenal dua macam mode, yaitu mode axialdan mode normal [12] Operasi Antena Helix pada Mode Axial Mode operasi axial terjadi jika circumference, C dari antena Helix bernilai kurang lebih satu kali panjang gelombang pada frekuensi tengah dari frekuensi kerjanya (0,75λ<C λ < 1,3λ) atau nilai optimum adalah 1. Sementara sudut jepit (pitch angle),α yang optimal adalah antara 12 α 14 [9].

21 Antena Helix pada mode operasi axial adalah antena yang sederhana dan mudah untuk dibuat karena sifatnya yang non-critical.ada beberapa parameter penting dari antena yang perlu untuk diperhatikan, yaitu [12] : 1. Beamwidth (lebar berkas) 2. Gain (penguatan) 3. Impedance (impedansi) Parameter-parameter diatas merupakan fungsi dari banyaknya lilitan (n), jarak antar lilitan (S) dan frekuensi. Untuk jumlah lilitan yang telah ditentukan, sifat dari beamwidth, gain dan impedansi dapat menentukan lebar bandwith. Sementara itu, nilaidari bandwith juga berhubungan erat dengan circumference dari antena Helix. Parameter lain yang mempunyai peran penting dalam perancangan antena Helix adalah bentuk dan ukuran dari ground plane, diameter konduktor antena Helix, struktur penunjang antena Helix, dan pengaturan feed. Ground plane dapat dibuat dalam berbagai macambentuk. Namun umumnya ground plane dibuat dalam bentuk lingkaran atau persegi yang datar atau flat dengan ukuran diameter atau sisi minimal 3λ/4. Ukuran konduktor dapat dipilih dari 0.005λ sampai dengan mendekati 0,05λ. Antena Helix dihubungkan dengan saluran transmisi (kabel coaxial) melalui feeder.pada pemasangan feeder, konduktor antena Helix dihubungkan dengan bagian dalam dari kabel coaxial melalui bagian dalam dari feeder, sementara bagian luar dari feeder berfungsi menghubungkan bagian luar dari kabel coaxialdengan ground plane.pemasangan feeder ini dapat pula

22 mempengaruhi impedansi dari antena Helix. Pada antena Helix, feeder dapat dipasang dengan 2 macam model, yaitu [12] : 1. Peripheral feed 2. Axial feed Dengan model peripheral feed, impedansi antena Helix mempunyai nilai yang dihitung dengan persamaan berikut [11]: (2.18) Sementara dengan menggunakan axial feed impedansi antena Helix bernilai [11]: (2.19) Impedansi antena Helix dapat diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan impedansi yang diinginkan dengan caramemodifikasi ¼ lilitan terakhirnya. Beamwidthdari antena Helix dapat dihitung sesuai dengan persamaan berikut [11]: (2.20) Sementara itu, beamwidth between first null dihitung berdasarkan persamaan berikut [11]: (2.21) Sedangkan directivityantena Helix dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini [11]: (2.22)

23 2.8 Material Dalam merancang berbagai jenis antena, maupun peralatan untuk penyeimbang impedansi memerlukan pemilihan dari material dielektrik yang sesuai. Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tangent danketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan. 2.9 Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) WCDMA merupakan teknik multiple access yang berdasarkan spektral tersebar, dimana sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yang lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Sistem WCDMA hanya memerlukan satu channel frekuensi radio untuk semua pemakainya, masingmasing pemakai diberi kode yang membedakan antara pengguna satu dengan yang lain. Skema metode akses yang digunakan untuk penyebaran sinyal WCDMA adalah direct sequence dimanacode sequence digunakan secara langsung untuk memodulasi sinyal radio yang dipancarkan dengan menggunakan sinyal penebar [13] Arsitektur Jaringan WCDMA Teknologi telekomunikasi wireless generasi ketiga (3G) yaitu Universal Mobile Telecommunication System (UMTS). UMTSmerupakan suatu evolusi dari GSM, dimanainterface radionyaadalah WCDMA. Gambar arsitektur jaringan UMTS, terlihat pada Gambar 2.15 [13] :

24 Gambar 2.15 Arsitektur Jaringan WCDMA Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa arsitektur jaringan WCDMA terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu sebagai berikut : 1. UE (User Equipment) User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan smart card yang dikenal dengan nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module) yang berisi nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk keamanan seperti authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga dilengkapi dengan ME (Mobile Equipment) yang berfungsi sebagai terminal radio yang digunakan untuk komunikasi lewat radio. 2. UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah RNC (Radio Network Controller) dan node B.

25 a. RNC (Radio Network Controller) RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang membawahi beberapa Node B, menghubungkan CN (Core Network) dengan user dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource Control) yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN. b. Node B Node B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node B merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada UE. Fungsi utama node B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain: channel coding, interleaving, spreading, de-spreading, modulasi, demodulasi dan lain-lain. Node B juga melakukan beberapa operasi RRM (Radio Resource Management), seperti handover dan power control. 3. CN (Core Network) Core Network berfungsi sebagai switching pada jaringan UMTS, memanajemen jaringan serta sebagai interface antara jaringan UMTS dengan jaringan yang lainnya. Komponen Core Network UMTS terdiri dari : a. MSC (Mobile Switching Center) MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switchseperti video, video call.

26 b. VLR (Visitor Location Register) VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan. c. HLR (Home Location Register) HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location) d. SGSN (Serving GPRS Support Node) SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS. Fungsi SGSN adalah sebagai berikut : 1) Mengantarkan paket data ke MS 2) Update pelanggan ke HLR 3) Registrasi pelanggan baru e. GGSN (Gateway GPRS Support Node) GGSN berfungsi sebagai gerbang penghubungdari jaringan GPRS ke jaringan paket data standard (PDN). GGSN berfungsi dalam menyediakan fasilitas internetworking dengan eksternal packet-switch network dan dihubungkan dengan SGSN via Internet Protokol (IP). GGSN akan berperan antar muka logik bagi PDN, dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN. Selain itu juga terdapat beberapa interface baru, seperti :Uu, Iu, Iub, Iur. Antara UE dan UTRAN terdapat interface Uu. Di dalam UTRAN terdapat

27 interface Iub yang menghubungkan Node B dan RNC, Interface Iur yang menghubungkan antar RNC, sedangkan UTRAN dan CN dihubungkan oleh interface Iu. Protokol pada interface Uu dan Iu dibagi menjadi dua sesuai fungsinya, yaitu bagian control plane dan user plane. Bagian user plane merupakan protokol yang mengimplementasikan layanan Radio Access Bearer (RAB), misalnya membawa data user melalui Access Stratum (AS). Sedangkan control plane berfungsi mengontrol RAB dan koneksi antara mobile user dengan jaringan dari aspek : jenis layanan yang diminta, pengontrolan sumber daya transmisi, handover, mekanisme transfer Non Access Stratum (NAS) seperti Mobility Management (MM), Connection Management (CM), Session Management (SM) dan lain-lain[13] Mekanisme Kerja WCDMA WCDMA adalah salah satu dari 5 standar telekomunikasi selular generasi ketiga yang memiliki kapabilitas layanan dengan kecepatan transfer data sebagai berikut: a. 144 kbps untuk pengguna dengan mobilitas yang cepat. b. 384 kbps untuk pengguna yang mobilitasnya lambat. c. 2 Mbps untuk pengguna tanpa mobilitas WCDMA merupakan teknologi direct sequence CDMA dengan chip rate 3,84 Mcps. Sistem generasi ke-3 ini diusulkan oleh badan standarisasi Eropa, ETSI, sebagai kelanjutan dari sistem generasi ke-2 GSM dan sebagai kandidat yang telah memenuhi kriteria pada rekomendasi IMT-2000 ITU. Gambar 2.16 merupakan alur evolusi dari sistem generasi ke-2 ke generasi ke-3 [14]:

28 Gambar 2.16 Alur Evolusi dari Sistem Generasi ke-2 ke Generasi ke-3 Dari evolusi sistem yang ada, terdapat beberapa parameter dari generasi ke-2 yang masih relevan digunakan pada sistem generasi ke-3. Parameterparameter yang dimaksud diantaranya: a. Mobility Management (MM) b. GPRS Mobility Management c. Connection Management d. Session Management e. Subscriber Identity Module Tabel 2.1 menunjukkan beberapa perbedaan mendasar antara teknologi generasi ke-2 GSM dan generasi ke-3 WCDMA [14]:

29 Tabel 2.1 Perbandingan Parameter 2G GSM dengan 3G WCDMA Parameter GSM WCDMA Metode Akses TDMA CDMA Bandwidth per Carrier 200 khz 5 MHz Frekuensi Kerja 900 MHz & 1800 MHz 1900 MHz & 2100 MHz Frequency Reused Factor 7 1 Packet Data Timeslot based scheduling (GPRS) Load based on Packet Scheduling Frequency Diversity Frequency Hopping Multipath Diversity dengan Rake Receiver Frequency Power Control Di bawah 2 Hz 1500 Hz Downlink Transmit Diversity Tidak distandarkan Distandarkan Keunggulan Teknologi WCDMA WCDMAsebagai sistem telekomunikasi selular digital memiliki keunggulan yang banyak, di antaranya [15]: 1. Layanan yang Fleksibel WCDMA menerapkan setiap 5 MHz carrier untuk menangani layanan yang beragam dari 8 Kbps hingga 2 Mbps. Layanan berbasis circuit dan packet switched dapat dikombinasikan ke dalam kanal yang sama, sehingga pada

30 terminal dapat menerapkan layanan multimedia dengan multiple packet ataupun circuit connection. 2. Efisiensi Spektrum Penggunaan spektrum radio pada WCDMA sangat efisien. Perencanaan frekuensi reuse tidak diperlukan karena penerapan reuse "1" pada sistem WCDMA. Kapasitas jaringan dapat ditingkatkan dengan beberapa teknik seperti Hierarchical Cell Structures (HCS), Adaptive Antena Array (AAA) dan coherent demodulation (bi-directional). 3. Kapasitas dan Cakupan Transceiver frekuensi radio WCDMA dapat menangani delapan kali lipat user yang menggunakan voice dibandingkan dengan transceiver narrowband.setiap RF carrier dapat menangani 100 panggilan voice secara simultan, atau 50 internet (data) secara simultan. Kapasitas dari WCDMA diperkirakan dua kali dari Narrowband CDMA dalam lingkungan urban maupun suburban. Adanya bandwidth yang lebih lebar, penggunaan coherent demodulation dan fast power control pada uplink maupun downlink memberikan threshold penerima yang lebih rendah. 4. Ragam Layanan per Koneksi Packet dan circuitswitched dapat secara bebas digabungkan, dengan variable bandwidth dan kecepatan serta pengiriman yang simultan ke user yang sama dengan kualitas tertentu. Setiap terminal WCDMA dapat mengakses beberapa layanan yang berbeda pada saat yang bersamaan.hal ini dapat berupa voice atau kombinasi layanan seperti internet, dan video.kecepatan data

31 yang bervariasi dapat dicapai dengan menggunakan variable orthogonal spreading codes dan penyesuaian dari daya keluaran yang ditransmisikan. 5. Efisiensi Jaringan Dengan penambahan akses wireless WCDMA ke dalam jaringan digital selular yang telah ada seperti GSM dan inter-networking dua sistem tersebut, jaringan inti dan base station yang sama dapat digunakan. Hubungan antara jaringan akses WCDMA dengan jaringan GSM menggunakan ATM mini-cell transmission protocol, yang dikenal dengan ATM Adaptive Layer 2 (AAL2). Ini merupakan cara yang sangat efisien dalam menangani data paket dalam meningkatkan kapasitas. 6. Kapasitas Suara yang Baik Meskipun tujuan utama dari akses wireless generasi ketiga adalah untuk membawa trafik multimedia dengan bit rate yang tinggi, namun dapat pula mendukung mekanisme efisiensi spektrum dari trafik suara. Sebagai contoh, setiap operator dengan alokasispektrum 2 x 15 MHz dapat menangani setidaknya 192 panggilan suara per sel sektor. 7. Keterbukaan Akses Dengan sistem dual-mode pada terminal, mekanisme akses yang terbuka dapat dilakukan, seperti handover dan roaming antara jaringan GSM dan UMTS, dengan adanya terlebih dahulu pengaturan layanan antara dua sistem akses tersebut.

32 8. Indoor Coverage Penggunaan mode operasi TDD (Time Division Duplex) secara teknik cocok untuk penerapan unlicensed spectrum pada lingkungan tertutup (indoor). 9. Akses Layanan yang Cepat Dalam mendukung pengaksesan yang cepat untuk layanan multimedia, prosedur akses acak (random access procedure) yang baru telah dikembangkan dengan menggunakan fast synchronization untuk menangani layanan packet data sebesar 384 kbps. Prosedur ini memungkinkan terjadinya set-up hubungan antara mobile user dan base station hanya dalam waktu beberapa millisecond.