M O D U L W O R K S H O P P E N G U K U R A N A N T E N A

Transkripsi

1 M O D U L W O R K S H O P P E N G U K U R A N A N T E N A LABORATORIUM TELEKOMUNIKASI Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus UI Depok, Jawa Barat Telepon : (021) , ext. 131

2 MODUL WORKSHOP PENGUKURAN ANTENA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO LABORATORIUM TELEKOMUNIKASI UNIVERSITAS INDONESIA 2015

3 PETUNJUK KESELAMATAN SETIAP PENGOPERASIAN PERALATAN PRAKTIKUM WAJIB DIDAMPINGI ASISTEN LABORATORIUM. BACALAH BAIK-BAIK PETUNJUK KESELAMATAN UMUM INI DAN PETUNJUK KESELAMATAN PADA SETIAP MODUL SERTA BERDOA SEBELUM MELAKUKAN PRAKTIKUM. Praktikan wajib membaca buku panduan praktikum dan memperhatikan petunjuk keamanan pada setiap modul sebelum melakukan praktikum.kerusakan peralatan akibat kecerobohan praktikan harus dipertanggungjawabkan. Selalu berhati-hati pada saat menggunakan perangkat listrik. Matikan peralatan terlebih dahulu sebelum mencabut kabel atau mengubah konfigurasi peralatan praktikum. Hati-hati bahaya listrik statis. Praktikan wajib mengenakan sepatu yang memadai (menutupi kaki) agar terhindar dari bahaya tersengat listrik dan tertimpa bendabenda dalam praktikum. Praktikan yang tidak bersepatu dilarang mengikuti praktikum, kecuali sakit yang tidak memungkinkan mengenakan sepatu dan atas izin asisten. Beberapa peralatan praktikum menggunakan frekuensi radio yang tinggi. Hindari kontak radiasi dengan tubuh langsung. Dilarang mengintip waveguide pada praktikum. Selalu berhati-hati dalam percobaan. Dlarang bercanda dan berkelahi di Laboratorium Telekomunikasi selama kegiatan berlangsung. Perhatikan langkah dan gerak ketika sedang bergerak agar tidak menyenggol peralatan. Harap menyimpan telepon selular atau perangkat elektronik komunikasi lainnya agar dapat fokus berpraktikum. Dilarang bermain telepon selular atau perangkat elektronik komunikasi lainnya selama praktikum. Dilarang makan dan minum selama mengoperasikan peralatan praktikum. JIka terjadi kebakaran, tabung pemadam api terletak di sebelah kiri pintu masuk. Jika terjadi hal-hal yang tidak diharapkan, lakukan prosedur darurat dengan tenang. Dilarang merokok di setiap tempat pada lingkungan Departemen Teknik Elektro. ASISTEN LABORATORIUM BERHAK MENEGUR ATAU MENINDAK PRAKTIKAN YANG DIANGGAP MEMBAHAYAKAN ATAU MELAKUKAN HAL- HAL YANG TIDAK SEPATUTNYA SELAMA PRAKTIKUM.

4 MODUL 1 PENGUKURAN RETURN LOSS, VSWR, DAN SMITH CHART (S11) DASAR TEORI Antena didefinisikan oleh IEEE sebagai a means for radiating or receiving radio waves. Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameterparameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah return loss, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), Impedance bandwidth, keterarahan (directivity), penguatan (gain), pola radiasi dan polarisasi. Energi berpindah di sepanjang saluran transmisi dalam bentuk gelombang electromagnet. Gelombang yang ditimbulkan oleh sumber sinyal dan mengalir pada saluran transmisi menuju suatu beban disebut sebagai gelombang datang (incident wave). Jika nilai impedansi beban, ZL, sama dengan nilai impedansi karakteristik saluran, Z0, maka seluruh energi yang berasala dari sumber akan diserap beban. Dengan kata lain, jika saluran transmisi dengan panjang terbatas diterminasi dengan beban yang bernilai ZL = Z0, maka bagi incident wave saluran akan tampak sebagai saluran dengan panjang tak hingga karena pada semua titik, termasuk pada terminal beban, perbandingan antara tegangan dan arus akan sama dengan Z0. Jika impedansi beban tidak sama dengan impedansi karakterisitik saluran, maka akan terdapat energi yang dipantulkan kembali menuju sumber dalam bentuk gelombang pantul (reflected wave). Pada Gambar 1.1 ditunjukan gambar suatu saluran transmisi yang diterminasi oleh beban yang memiliki impedansi berbeda dengan impedansi saluran.

5 Gambar 1.1. Saluran Transmisi yang diterminasi oleh beban. Gelombang pantul akan bersuperposisi dengan gelombang datang dan membentuk suatu pola saling menguatkan pada suatu titik dan saling melemahkan pada titik lainnya di saluran transmisi. Superposisi tersebut disebut gelombang berdiri (standing wave). 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 dengan koefisien refleksi (Г), yaitu: L V V 0 0 Z Z L L Z Z 0 0 Rumus untuk mencari VSWR adalah: 1 VSWR 1 L L 1.2. Contoh pola gelombang berdiri pada saluran transmisi terdapat pada Gambar

6 Gambar 1.2. Contoh pola gelombang berdiri. Terjadinya gelombang pantul menunjukan bahwa impedansi beban tidak sesuai dengan impedansi saluran. Hal tersebut menyebabkan perhitungan besaran transmisi menjadi rumit. Untuk mempermudah perhitungan digunakan Diagram Smith (Smith Chart) Diagram Smith adalah diagram yang digunakan untuk memahami karakteristik saluran transmisi dan elemen rangkaian microwave. Diagram ini terdiri dari bilangan riel dan imajiner, dimana komponen riel ditunjukan oleh bentuk lingkaran penuh, sedangkan komponen imajiner ditunjukan oleh bentuk lengkung. Beberapa karakteristik saluran transmisi yang dapat dihitung dengan Diagram Smith antara lain VSWR, impedansi beban, admitansi beban, dan koefisien refleksi. Berdasarkan Diagram Smith dapat diketahui kondisi saluran transmisi apakah matching atau tidak. Gambar 1.3 memperlihatkan gambar Diagram Smith.

7 Gambar 1.3. Diagram Smith. Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan, atau dapat juga diartikan sebagai koefisien refleksi yang dinyatakan dalam bentuk logaritmik yang menunjukan adanya daya yang hilang akibat tidak matchingnya antena dengan saluran transmisi. Besarnya return loss dirumuskan dengan: Return loss = log ιгι Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuesnsi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Contoh mendapatkan bandwidth dari hasil pengukuran return loss (impedance bandwidth) dapat dilihat pada Gambar 1.4. Gambar 1.4. Impedance bandwidth PERALATAN YANG DIGUNAKAN Pengukuran ini menggunakan peralatan yang terdapat pada Tabel 1.1 No. Nama Alat Jumlah 1 Network Analyzer 1 2 Semi rigid Cable 2 3 Mechanical Calibration Kit 1 4 Antena 1

8 PROSEDUR PERCOBAAN Kalibrasi alat Sebelum melakukan pengukuran, kalibrasi alat harus dilakukan agar kondisi alat ukur kembali sesuai sehingga data pengukuran yang diambil lebih akurat. Berikut ini adalah prosedur kalibrasi alat ukur Network Analyzer N5230C. 1. Tentukan rentang frekuensi. Pilih menu Stimulus, klik Freq, pilih Start/Stop. Masukan nilai frekuensi awal dan frekuensi akhir yang dibutuhkan. Langkah untuk mengatur rentang frekuensi dapat dilihat pada Gambar 1.5. Tampilan jendela Frequency Start/Stop dapat dilihat pada Gambar 1.6 Gambar 1.5. Pengaturan frekuensi

9 Gambar 1.6. Pengaturan nilai frekuensi awal dan frekuensi akhir. 2. Tentukan number of points. Number of points akan menentukan banyaknya titik yang diambil nilainya pada pengukuran. Pilih menu Stimulus, klik Sweep, klik Number of points, lalu pilih Pilih Response, klik Cal, klik Start Cal, pilih Calibration Wizard. Pilih radio button UNGUIDED pada jendela Calibration Wizard, klik Next. Langkah untuk memunculkan Calibration Wizard dapat dilihat pada Gambar 1.7. Tampilan jendela Calibration Wizard dapat dilihat pada gambar 1.8 Gambar 1.7. Memunculkan Calibration Wizard

10 Gambar 1.8. Jendela utama Calibration Wizard. 4. Pilih tipe kalibrasi. Pilih 2 Port Slot untuk pengukuran 2 port antena atau pilih 1 Port Slot untuk pengukuran 1 port antena. Pada modul ini hanya digunakan 1 port, sehingga pilih 1 Port Slot, Klik Next Tampilan jendela Calibration Type dapat dilihat pada Gambar 1.9. Gambar 1.9. Menentukan Calibration Type 5. Pilih Calibartion Kit yang digunakan. Pada modul ini digunakan alat kalibrasi 85052D. Klik OK. Tampilan jendela Calibration Kit dapat dilihat pada Gambar Gambar Menentukan Calibration Kit

11 6. Pasang terminal Open pada ujung kabel port 1. Klik Open. Ulangi hal yang sama untuk terminal Short dan Loads. Klik Next. Tampilan jendela saat kalibrasi dapat dilihat pada Gambar Gambar 1.11a. Kalibrasi beban Open

12 Gambar 1.11b. Kalibrasi beban Short Gambar 1.11c. Kalibrasi Broadband Load 7. Proses kalibrasi selesai. Klik Finish. Tampilan jendela Calibration Completed dapat dilihat pada Gambar Jika hasil kalibrasi sesuai, pada layar akan tampak garis lurus di nol seperti Gambar Jika garis tersebut belum lurus, maka proses kalibrasi harus diulangi. Gambar Proses kalibrasi telah selesai.

13 Gambar Hasil setelah dilakukan kalibrasi. Pengukuran Parameter S11. Berikut ini adalah cara mengukur parameter antena Voltage Standing Wave Ratio, Return Loss, dan Diagram Smith dengan menggunakan Network Analyzer. 1. Pasang antena pada kabel port 1. Usahakan agar posisi kabel dan antena selalu sejajar agar dapat dihasilkan pengukuran yang akurat. 2. Ukur Return Loss (parameter S11). Tekan Measure. Tampilan hasil pengukuran Return Loss dapat dilihat pada Gambar 1.14.

14 Gambar 1.14, Hasil pengukuran S Ukur SWR. Tekan Format, pilih SWR. Tampilan hasil SWR dapat dilihat pada Gambar 1.15.

15 Gambar Hasil pengukuran SWR. 4. Ukur Diagram Smith. Tekan Format, pilih Smith Chart. Tampilan hasil pengukuran Diagram Smith dapat dilihat pada Gambar 1.16.

16 Gambar Hasil pengukuran dengan tampilan Smith Chart

17 MODUL 2 PENGUKURAN PARAMETER ANTENA : POLA RADIASI 1. TUJUAN Mengetahui parameter Pola Radiasi pada Antena Mengukur parameter Pola Radiasi pada Antena 2. DASAR TEORI Pola radiasi atau pola pancar pada sebuah antena didefinisikan sebagai sebuah fungsi matematis atau sebuah representasi grafis dari sifat radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat yang memiliki arah tertentu/direksional. Pola radiasi antena menjelaskan bagaiman antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. Pola radiasi antena dapat berupa isotropik, direksional, atau omnidireksional. Antena isotropik didefinisikan sebagai sebuah antena tanpa rugi-rugi secara hipotesis yang mempunyai radiasi sama besar ke setiap arah. Antena dengan pola radiasi omnidireksional adalah antena yang mempunyai pola radiasi atau pola menerima gelombang elektromagnetik lebih efektif pada satu bidang saja, namun lemah di bidang yang lain. Gambar 2.1 memperlihatkan ketiga pola radiasi tersebut. Gambar 2.1. Pola radiasi antena Bagian-bagian dari pola radiasi dinyatakan sebagai lobe, yang dapat diklasifikasikan lagi sebagai major lobe/main lobe (utama), minor lobe/side lobe

18 (samping), dan back lobe (belakang). Gambar 2.2 berikut menggambarkan suatu pola radiasi tiga dimensi dengan beberapa lobe. Gambar 2.2. Bagian-bagian dari pola radiasi yang dinyatakan sebagai lobe Jika dibuat secara dua dimensi, grafik pola radiasi tersebut dapat digambarkan ulang seperti pada Gambar 2.3. Gambar 2.3. Representasi dua dimensi bagian-bagian lobe pola radiasi Major lobe atau disebut juga sebagai main beam didefinisikan sebagai lobe radiasi yang memiliki arah radiasi maksimum. Pada Gambar 2.2 dan

19 Gambar 2.3, terlihat major lobe mengarah pada arah θ = 0ᵒ. Pada beberapa jenis antena dengan tipe split-beam antennas, jumlah major lobe dapat lebih dari satu. Suatu minor lobe/side lobe adalah lobe lain selain major lobe yang mana intensitasnya lebih lemah daripada major lobe. Back lobe adalah suatu lobe radiasi yang arahnya berlawanan 180ᵒ terhadap arah major lobe. Minor lobe biasanya menggambarkan radiasi yang arahnya tidak diinginkan dan perlu diminimalisasi efeknya. Daerah di sekitar antena biasanya dibagi menjadi tiga bagian berdasarkan fungsi distribusi medan terhadap jarak (diperlihatkan pada Gambar 2.4), yaitu daerah reaktif near-field, daerah radiasi near-field (Fresnel), dan daerah far-field (Fraunhofer). Daerah reaktif near-field didefinisikan sebagai bagian dari near-field di sekeliling antena langsung dimana medan reaktif masih mendominasi. Pada kebanyakan antena, bagian terluar dari daerah ini biasanya dimulai dari permukaan antena hingga R < 0,62 D 3 /λ, dimana λ adalah panjang gelombang dan D adalah dimensi antena. Gambar 2.4. Daerah radiasi antena Daerah radiasi near-field (Fresnel) adalah daerah dimana medan radiatif mendominasi dan distribusi medan angular bergantung pada jarak terhadap antena. Daerah ini dimulai pada jarak R < 0,62 D 3 /λ hingga jarak R < 2D 2 /λ, dimana D lebih besar daripada λ. Daerah far-field (Fraunhofer) adalah daerah dimana distribusi medan angular tidak lagi bergantung pada jarak terhadap antena. Daerah ini dimulai pada jarak R < 2D 2 /λ hingga daerah tak berhingga.

20 Hal lainnya yang berkaitan dengan pola radiasi adalah parameter beamwidth. Beamwidth didefinisikan sebagai jarak angular (sudut) antara dua buah titik identik di sisi yang berlainan pada pola radiasi maksimum. Pada suatu pola radiasi antena, terdapat beberapa jenis Beamwidth. Salah satu yang paling banyak digunakan adalah half-power beamwidth (HPBW) atau -3 db beamwidth, yang didefinisikan sebagai suatu sudut antara dua buah arah yang intensitas radiasinya adalah separuh dari intensitas radiasi penuh pada bidang yang memiliki radiasi maksimum. Jenis beamwidth lainnya adalah first-null beamwidth (FNBW), yaitu jarak angular antara dua titik null pertama pola radiasi. Gambar 2.5 berikut menggambarkan HPBW dan FNBW. Namun demikian, pada praktik nyatanya, terminologi beamwidth biasanya merujuk pada HPBW. Gambar 2.5. HPBW dan FNBW 3. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN Peralatan yang digunakan pada modul ini terdapat pada Tabel 2.1 di bawah ini. No. Nama Alat Jumlah 1 Network Analyzer 1 2 Semi rigid cable 1

21 3 Rotator 1 4 Komputer 1 5 Perangkat Lunak Semi Automatic Antenna Measurement 1 6 Antena 1 7 Laser Berkaki 1 8 Laser Pengukur Panjang 1 9 Waterpass 1 Tabel 2.1 Alat-alat yang digunakan 4. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Pasang antena yang akan diukur pada rotator di dalam ruang anti gema. Jarak antara antena pemancar dan antena yang akan diukur harus dipastikan dalam rentang far-field. 2. Lakukan proses alignment pada antena agar antena yang akan diukur telah benar-benar di posisi yang tepat. 3. Gunakan laser pengukur panjang untuk mengukur jarak antara antena referensi dan antena yang akan diukur agar tepat pada rentang far-field. 4. Gunakan laser berkaki untuk memastikan antena yang akan diukur tepat sejajar dengan antena referensi. 5. Gunakan waterpass untuk memastikan sudut antena referensi sesuai dengan sudut pola radiasi yang ingin diukur, 6. Koneksikan kabel power adaptor 12 V pada port jack di rotator. 7. Koneksikan kabel USB pada port di rotator dengan PC. 8. Pastikan network analyzer sudah menyala dan terhubung ke PC (port GPIB USB di belakang PC dan sudah permanen dipasang). 9. Buka perangkat lunak pengukuran semi automatic.exe dan software penggerak rotator di desktop.

22 Perangkat lunak penggerak rotator Perangkat lunak akuisisi data pola radiasi

23 10. Ketika dibuka pilih tab Pola Radiasi Measurement. 11. Program berjalan bila tanda panah berwarna hitam. 12. Atur jalur komunikasi untuk kontrol motor (biasanya COM6 karena COM4 digunakan untuk komunikasi rotator) 13. Apabila tidak muncul, tutup programnya lalu buka lagi (kemungkinan komputer belum memproses jalur komunikasinya) sampai didapatkan jalur COM tersebut. 14. Atur jalur komunikasi untuk kontrol NA (address-nya adalah GPIB#16) 15. Atur besar frekuensi dan jenis parameter S yang akan diukur. 16. Atur daya NA, dengan menggeser switch ke ON. 17. Akan terdengar suara klik pada NA bila berhasil. 18. Pilih step sudut pengukuran. 19. Tekan tombol Measure untuk tiap derajatnya.

24 20. Apabila indikator tidak berjalan, maka tekan tombol STOP dan tekan tombol panah lagi (RUN). 21. Setelah selesai berputar 360 derajat, maka tekan tombol DATA SAVE. 22. Apabila pengukuran telah selesai, browse file hasil pengukuran dan tekan plot untuk memplot gambar pola radiasi hasil pengukuran. 23. Tekan Save untuk menyimpan gambar pola radiasi hasil pengukuran. Catatan : Sebelum dilakukan pengukuran, putar rotator antena 360 derajat ke arah berlawanan dengan arah pengukuran, untuk mencegah terlilitnya kabel yang bisa mempengaruhi pergerakan rotator.