BAB II TINJAUAN TEORITIS

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN TEORITIS 2.1 TINJAUAN PUSTAKA Sistem Televisi pada dasarnya terbagi menjadi dua bagian besar, yaitu, sisi penghasil sinyal yang disebut sebagai sisi studio, dan sisi penyaluran yang disebut sebagai sisi transmisi. Pada sisi transmisi antena berperan sebagai perangkat transmiter atau pun receiver. Pada dasarnya antena mempunyai dua fungsi utama yaitu sebagai matching device yang menyesuaikan karakteristik karekteristik antara saluran transmisi dengan ruang bebas dan juga sebagai pengarah energi radiasi gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan dan menekan radiasi ke arah yang tidak diinginkan. Dimana pada Tugas Akhir ini antena pemancar televisi yang akan direalisasikan diharapkan dapat memancarkan energi radiasi gelombang elektromagnetik ke segala arah (omnidirectional). Sebelumnya ada beberapa literatur (Tugas/Proyek Akhir) yang telah merealisasikan antena folded dipole, diantaranya yaitu : 1. Rahmilldi Holymonth Realisasi Antena Susun Delapan Elemen Folded Dipole untuk Pemancar Televisi Kanal 62 UHF. Dalam perealisasiannya disini dipol dilipat membentuk sudut 90 o.[3] 2. Dhika Dwiputra Rancang Bangun Antena Folded Dipole pada Frekuensi HF sebagai Base Station untuk Komunikasi Laut. Dalam perealisasiannya polaradiasi yang dihasilkan bidirectional dan bekerja pada band maritim MHz.[2] 3. Satria Yudha Kesuma Perancangan Antena Mikrostrip Transmitter Folded Dipole G Pada Frekuensi 900 Mhz. Antena folded dipole yang direalisasikan adalah microstrip dan digunakan untuk aplikasi antena mobile phone dan antena wireless.[4] 2.2 PENGERTIAN ANTENA Antena adalah sebuah perangkat yang mentransformasikan dari arus dan tegangan dari saluran transmisi kedalam bentuk medan magnet dan medan listrik dalam ruang bebas, juga menangkap dan mengumpulkan medan magnet dan Devi Rosauli,

2 medan listrik dari ruang bebas dan menstransformasikannya kedalam bentuk arus dan tegangan pada saluran transmisi. [1] Adapun ilustrasi mengenai pengertian antena adalah seperti yang di tunjukkan oleh gambar 1. Gambar 1. Antena sebagai Pengirim dan Pemancar Secara umum antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena omnidirectional, antena directional, antena phase array, antena optimal dan antena adaptif. Antena isotropis (isotropic) merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Antena ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke segala arah, dan bentuk pola radiasinya digambarkan seperti bentuk donat. Antena ini ada dalam kenyataan, dan dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks. Contoh antena ini adalah antena dipole setengah panjang gelombang. Antena directional merupakan antena yang memancarkan daya ke arah tertentu. Gain antena ini relatif lebih besar dari antena omnidirectional. Ketiga jenis antena di atas merupakan antena tunggal, dan bentuk pola radiasinya tidak dapat berubah tanpa merubah fisik antena atau memutar secara mekanik dari fisik antena tersebut.[6] Selanjutnya adalah antena phase array, yang merupakan gabungan atau konfigurasi array dari beberapa antena sederhana dan menggabungkan sinyal yang Devi Rosauli,

3 menginduksi masing-masing antena tersebut untuk membentuk pola radiasi tertentu pada keluaran array. Setiap antena yang menyusun konfigurasi array disebut dengan elemen array. Arah gain maksimum dari antena phase array dapat ditentukan dengan pengaturan fase antar elemen-elemen array.[6] Antena optimal merupakan suatu antena dimana penguatan (gain) dan fase relatif setiap elemennya diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan kinerja (performance) pada keluaran yang seoptimal mungkin. Kinerja yang dimaksud kinerja antara lain signal to interference ratio (SIR) atau signal to interference plus noise ratio (SINR). Optimasi kinerja dapat dilakukan dengan menghilangkan atau meminimalkan penerimaan sinyal-sinyal tak dikehendaki (interferensi) dan mengoptimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki.[6] Antena adaptif merupakan pengembangan dari antena-antena phase array maupun antena optimal, dimana arah gain maksimum dapat diatur sesuai dengan gerakan dinamis (dinamic fashion) obyek yang dituju. Antena dilengkapi dengan Digital Signal Proccessor (DSP), sehingga secara dinamis mampu mendeteksi dan melacak berbagai macam tipe sinyal, meminimalkan interferensi serta memaksimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan.[6] 2.3 PARAMETER-PARAMETER ANTENA Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji dan mengukur kinerja atau performa antena yang akan digunakan. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Berikut beberapa penjelasan parameter antena yang sering digunakan, yaitu : pola radiasi, polarisasi, bandwith, voltage standing wave ratio (VSWR), impedansi input, gain dan direktivitas POLA RADIASI Pola radiasi (radiation pattern) suatu antena adalah pernyataan grafis yang menggambarkan sifat radiasi suatu antena pada medan jauh sebagai fungsi arah. Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut pola daya (power pattern) apabila yang digambarkan pointing vektor. A. JENIS JENIS POLARADIASI Pola radiasi antena pada dasarnya dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: Devi Rosauli,

4 1. Pola radiasi isotropis Merupakan pola radiasi yang dipancarkan oleh sebuah sumber titik. Sumber titik tersebut bisa memancarkan radiasi kesegala arah sama besar, sehingga pancaran tiga dimensinya berbentuk bola seperti pada gambar 2. Gambar ini merupakan gambar tiga dimensi, sedangkan potongan pola-nya bisa dilihat (diukur) pada bidang y z dan bidang x y seperti pada gambar 3. z y x Gambar 2. Pola Radiasi Isotropis z y y x (a) (b) Gambar 3. (a) Pola H plane, (b) Pola E plane 2. Pola radiasi omnidireksional Merupakan pola radiasi yang dipancarkan oleh sebuah antena, yang memancarkan dayanya kesekelilingnya pada satu bidang sama besar. Contoh radiasi ini adalah radiasi yang dipancarkan oleh antena dipol pada gambar 4 dan potongan polanya pada gambar 5. Gambar 4. Pola radiasi antena dipol pada koordinat bola Devi Rosauli,

5 z x o 78 y z y x (a) (b) Gambar 5. Pola radiasi antena dipole: (a) E plane, (b) H plane 3. Pola radiasi direksional Pola radiasi yang arah pancar-nya diarahkan pada suatu tempat saja. Gambar 6 merupakan bentuk pola radiasi dari antena reflektor sudut, sedangkan gambar 7 memperlihatkan potongan pola-nya yang dilihat pada bidang x y dan bidang x z. z x Gambar 6. Pola radiasi direksional antena korner reflektor y 0 y x x (a) y 90 (b) Gambar 7. (a) Pola azimuth, (b) Pola elevasi Devi Rosauli,

6 2.3.2 POLARISASI Polarisasi adalah bentuk pergerakan medan listrik pada bidang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Polarisasi antena berarti arah gerak medan listrik dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh antena pada lobe utamanya. E H Gambar 8. Polarisasi Antena Polarisasi antena ada tiga macam : 1. Polarisasi Linear Polarisasi linear bisa horizontal dan vertikal. Polarisasi ini bersesuaian dengan pemasangan antena, jika elemen antena dipasang vertikal terhadap permukaan tanah, maka polarisasi antena tersebut linear vertikal dan jika elemen antena dipasang horizontal terhadap pemukaan tanah, maka polarisasi antena tersebut linear horizontal. Gambar 9. Polarisasi linier Devi Rosauli,

7 2. Polarisasi Lingkaran Pada polarisasi lingkaran besarnya medan listrik sama dan berputar dalam lintasan berbentuk lingkaran. Ada dua jenis perputaran, yaitu : searah jarum jam (left hand circulary) dan berlawanan arah jarum jam (right hand circulary polarization). Gambar 10. Polarisasi Lingkaran 3. Polarisasi Cross Polarisasi Cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebaliknya Gambar 11. Polarisasi Cross BANDWIDTH ANTENA Penggunaan sebuah antena didalam sistem pemancar atau pun penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut, antena diusahakan dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan Devi Rosauli,

8 memancarkan gelombang elektromagnetik pada frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja efektif disini adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut bener bener belum mengalami perubahan yang berarti, sehingga masih sesuai dengan pola radiasi yang direncanakan serta VSWR yang diijinkan. SWR SWR 1 SWR 0 Gambar 12. Contoh Bandwidth pada Antena Lebar band frekuensi atau bandwidth antena adalah range frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan efektif. Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah (f C ) memperoleh nilai sebesar SWR 0, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f L (di bawah f C ) sampai dengan f U (di atas f C ) dengan nilai yang dibatasi sebesar SWR 1. Bandwidth antena dapat dinyatakan dalam bentuk persen, yang dituliskan sebagai berikut: BW = f U f L f C 100% (1) Dimana : f u = Frekuensi Upper (Atas) f L = f C = Frekuensi Lower (Bawah) Frekuensi Center (Tengah) Return Loss dan VSWR Return loss merupakan besarnya loss yang dialami oleh sinyal pantul yang terjadi karena antena dan saluran transmisi yang tidak match. Jika pada saluran transmisi impedansi beban tidak sama dengan karakteristik saluran, tegangan yang Devi Rosauli,

9 datang ke beban tidak semua diserap, ada sebagian yang dipantulkan. Perbandingan antara sinyal pantul terhadap sinyal datang disebut faktor refleksi. Perbandingan level tegangan yang kembali ke pemancar (V-) dan yang datang menuju beban (V+) ke sumbernya lazim disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol Γ, dimana 0 Г 1, atau dapat dituliskan: Г = V V+ Ada tiga keadaan dari yang ditunjukan oleh nilai koefisien refleksi, yaitu: 1) Г = +1, menunjukan bahwa beban dalam keadaan open circuit 2) Г = -1, menunjukan bahwa beban dalam keadaan short circuit 3) Г = 0, menunjukan bahwa beban dalam keadaan match (2) Hubungan antara return loss dengan faktor refleksi dapat dituliskan secara matematis sebagai berikut : RL (db) = - 20 log 10 Г (3) Apabila antena sesuai (match), dimana impedansi antena sama dengan impedansi saluran transmisi, maka semua energi yang sampai ke antena akan diradiasikan ke ruang bebas. Namun, jika keduanya tidak sesuai (match), antena tidak akan menerima semua daya dari saluran transmisi. Bagian daya yang tidak diterima oleh antena akan dipantulkan kembali ke arah pemancar. Hal ini akan membentuk pola gelombang di sepanjang saluran transmisi yang disebut Voltage Standing Wave Ratio (VSWR). Gambar 13. Gelombang Berdiri Devi Rosauli,

10 VSWR didefinisikan sebagai perbandingan (ratio) antara tegangan maksimum dan minimum di sepanjang saluran transmisi yang terjadi pada saluran yang tidak sesuai (match). Tegangan maksimum didapat apabila tegangan yang datang dan pantul mempunyai fasa yang sama sehingga saling menjumlahkan, sedangkan tegangan minimum didapat apabila tegangan yang datang dan pantul mempunyai fasa yang berbeda sehingga saling mengurangkan. VSWR = V maks V min (4) VSWR = 1+ Г 1 Г (5) VSWR merupakan parameter untuk menentukan kualitas antena, yaitu seberapa baik penyesuaian impedansi oleh sebuah antena. VSWR 1 ke 1 (1:1) merupakan VSWR paling baik karena semua daya yang sampai ke terminal antena akan diradiasilan ke ruang bebas. Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar dan semakin tidak match. Hubungan return loss dan VSWR dinyatakan dengan persamaan: RL db = 20log 10 VSWR +1 VSWR 1 (6) Devi Rosauli,

11 Adapun tabel Konversi Return Loss ke VSWR adalah sebagai berikut : Tabel 1. Return Loss to VSWR Conversion Table Devi Rosauli,

12 2.3.5 IMPEDANSI INPUT Impedansi input adalah impedansi yang diukur pada titik catu pada terminal antena yang merupakan perbandingan tegangan dan arus pada titik tersebut. Impedansi input selain ditentukan oleh letak titik catu antena, juga dipengaruhi oleh antena lain atau benda-benda yang berada disekitar antena serta frekuensi kerjanya. Impedansi input antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang memiliki bagian real dan bagian imajiner. Bagian real merupakan resistansi (tahanan) masukan yang menyatakan daya yang diradiasikan oleh antena pada medan jauh. Sedangkan bagian imajiner merupakan reaktansi masukan yang menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat antena, atau dapat ditulis dengan : Z in = R in + jx in (7) Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua cara, yaitu karena panas pada srtuktur antena yang berkaitan dengan perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali (teradiasi). Reaktansi input (Xin) menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat dari antena. Impedansi input dapat juga dihitung dengan rumus : Z in = V I (8) Dimana: Zin = Impedansi Input (Ohm) V = Tegangan terminal input (Volt) I = Arus terminal input (A) Impedansi antena penting untuk pemindahan daya dari pemancar ke antena dan dari antena ke penerima. Sebagai contoh untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, impedansi antena harus conjugate match. Jika ini tidak dipenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima. Devi Rosauli,

13 2.3.6 GAIN dan DIRECTIVITY Satu gambaran penting dari suatu antena adalah seberapa besar antena mampu mengkonsentrasikan energi pada suatu arah yang diinginkan, dibandingkan dengan radiasi pada arah yang lain. Karakteristik dari antena tersebut dinamakan direktivitas (directivity). Gain dari sebuah antena merupakan perbandingan rapat daya radiasi maksimum suatu antena terhadap rapat daya radiasi maksimum antena referensi, dengan syarat daya yang masuk ke kedua antena sama besar. Gain suatu antena memiliki keterkaitan erat dengan direktivitas yang dapat dihitung dengan nilai efisiensi suatu antena yang sama dengan kemampuan untuk mengarahkan. Gain antena dapat dihitung dengan menggunakan antena lain sebagai antena yang standar atau sudah memiliki gain yang standar. Dengan membandingkan daya yang diterima antara antena standar dan antena yang akan diukur dari antena pemancar yang sama dan dengan daya yang sama. Gain antena omnidireksional antara 3 dbi sampai 12 dbi. G = η x D (9) Dimana : G = penguatan (Gain) η = Efisiensi ( ) D= pengarahan (direktivitas) 2.4 ANTENA DIPOL /2 Antena dipol dapat dikatakan merupakan cikal bakal dari jenis-jenis antena kawat linier seperti dipol pendek, dipol setengah panjang gelombang, dipol limaper-empat panjang gelombang, dipol tiga-per-empat panjang gelombang, dsb. Selain itu antena dipol juga mendasari antena-antena seperti antena Yagi Uda, antena log periodik, dan antena monopol. Antena dipol juga biasa digunakan sebagai elemen dasar dari antena susun (array antenna). Dipol Setengah Gelombang (Dipol / 2) adalah dipol dengan panjang setengah dari panjang gelombang pada frekuensi kerjanya. Nilai resistansi masukannya adalah 73, yang sangat dekat dengan impedansi karakteristik 75 Devi Rosauli,

14 dari beberapa saluran transmisi, sehingga memudahkannya untuk me-match sambungan saluran transmisi ke antena, terutama pada saat resonansi. Antena Dipole ½ λ adalah antena yang paling banyak digunakan karena memiliki konstruksi paling sederhana dan banyak dijadikan sebagai dasar untuk konstruksi antena kompleks. Persamaan distribusi arus antena dipole ½ λ ini pun sederhana yaitu membentuk sinusoidal yang berharga maksimum pada feeding point dan minimum pada kedua ujungnya. Secara matematis distribusi arus dapat dituliskan sebagai berikut : L I( z) I m sin z (10) 4 Dimana : z (11) 4 2 (12) L 2 z I (z) I m L 2 (a) (b) Gambar 14. (a) Antena dipole dan (b) distribusi arus antena dipole saat L = λ/2 2.5 FOLDED DIPOLE Ada banyak antena dipol yang digunakan dalam bentuk dasarnya. Yang merupakan salah satu jenis dipol 1/2 adalah antena Folded Dipole (dipol dilipat). Dipol dilipat digunakan secara luas, tidak hanya sendiri, tetapi juga biasanya digunakan sebagai driven elemen antena dalam format lain seperti pada antena Yagi. Sebuah antena folded dipole adalah sebuah dipol dengan pencatuan ditengah (center fed half dipole) dengan didampingi ½ dipol lain yang dipasang Devi Rosauli,

15 dekat dengan dipol utama dan dihubungkan keduanya. Jarak antara kedua dipol tersebut adalah 1/64 dari frekuensi kerjanya dan panjang secara keseluruhan adalah ½.[5] Gambar 15. V dan I di antena folded dipole Secara kelistrikan maka sebuah antena dipole dapat diexpresikan sebagai sebuah rangkaian resonansi seri yang terdiri dari sebuah komponen resistive dan dua buah komponen reaktive. Pada frekuensi resonansinya impedansinya akan merupakan kombinasi diatas menjadi resistive karena pada saat resonansi komponen reaktivenya menjadi sama dan saling menghilangkan dan tahanan resultantnya menjadi 70 seperti dipol biasa. Umumnya dikarenakan dimensi fisik dari antena yang berbeda-beda maka sebuah antena dipole ½ tidak melebihi atau berkisar antara 68 tergantung pada rasio panjang dan diameter dari kawat atau bahan yang dipakai. Sebuah antena Folded Dipole secara kelistrikan berbeda dengan dipol biasa dimana selain rangkaian resonan serinya dia juga mempunyai rangkaian resonan paralel. Dengan menjadikan satu dikedua ujungnya akan menimbulkan efek rangkaian resonansi paralel tersebut. Bila kedua ujungnya dijadikan satu akan menjadikan tegangan RF dikedua ujungnya sama nilainya sehingga distribusi tegangan dan arus RF di kedua element tersebut akan sama dengan dipol biasa. Bilamana kedua bahan antena folded dipole tersebut sama diameternya Devi Rosauli,

16 maka tahanan input di titik catunya menjadi 4 kali dari dipole tunggal biasa. Secara teoritis 4 X 70 = 280 Ohm. Ini menjadikan alasan untuk menggunakan kabel transmisi twin lead, dimana untuk daya pancar besar menggunakan kawat paralel dengan ukuran tertentu akan tetapi bila daya pancar kecil dapat menggunakan kabel transmisi penerima TV. [5] Kenaikan tahanan di titik catu terjadi akibat dari adanya pembagian arus yang sama besar pada kedua element paralel tersebut. Pembagian arus RF di titik catu hanya sebesar ½ arus RF, hal tersebut sama seperti yang terjadi pada antena dipole biasa. Jadi dengan daya yang sama kuat ketika diukur di titik catu, baik daya pancar maupun daya terima, arus RFnya hanya akan setengahnya sehingga tahanan di titik catu tersebut naik 4 kali. Ini dapat dijelaskan dari rumus dibawah ini : ½ I ½ I Gambar 16. Pembagian arus pada antena Folded Dipole R = P I 2 (13) 70 Bila mempunyai arus RF (I) setengahnya dan daya (P) dibuat tetap, bilamana setengah arus RF tersebut sinyal persegi (untuk mudahnya), harga akhirnya hanya ¼ dari harga bila bukan sinyal persegi. R = P [I/2] 2 = P = 4P [I 2 /4] I 2 = 280 ohms (14) Devi Rosauli,