Materi II TEORI DASAR ANTENNA

Transkripsi

1 Materi II TEORI DASAR ANTENNA 2.1 Radiasi Gelombang Elektromagnetik Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan media kabel pencatunya. Dalam perancangan suatu antena, baberapa hal yang harus diperhatikan antara lain : a. bentuk dan arah radiasi yang diinginkan, b. polarisasi yang dimiliki, c. frekuensi kerja, d. lebar band (bandwidth), e. impedansi input yang dimiliki. Untuk antena yang bekerja pada band VLF, LF, HF, VHF dan UHF bawah, jenis antena kawat (wire antenna) dalam prakteknya sering digunakan, seperti halnya antena dipole 1/2, antena monopole dengan ground plane, antena loop, antena Yagi-Uda array, antena log periodik dan sebagainya. Antenaantena jenis ini, dimensi fisiknya disesuaikan dengan panjang gelombang dimana sistem bekerja. Semakin tinggi frekuensi kerja, maka semakin pendek panjang gelombangnya, sehingga semakin pendek panjang fisik suatu antena. Untuk antena gelombang mikro (microwave), terutama SHF ke atas, penggunaan antena luasan (aperture antena) seperti antena horn, antena parabola, akan lebih efektif dibanding dengan antena kawat pada umumnya. Karena antena yang demikian mempunyai sifat pengarahan yang baik untuk memancarkan gelombang elektromagnetik. 2.2 Radiasi Gelombang Elektromagnetik Struktur pemancaran gelombang elektromagnetik yang paling sederhana adalah radiasi gelombang yang ditimbulkan oleh sebuah elemen aus kecil yang berubah-ubah secara harmonik. Elemen arus terkecil yang dapat menimbulkan pancaran gelombang elektromagnetik itu disebut sebagai sumber elementer. Jika medan yang ditimbulkan oleh setiap sumber elementer di dalam suatu konduktor antena dapat dijumlahkan secara keseluruhan, maka sifat-sifat radiasi dari sebuah antena tentu akan dapat diketahui. Timbulnya radiasi karena adanya sumber yang berupa arus bolak-balik ini diketahui secara matematis dari penyelesaian gelombang Helmhotz. Persamaan Helmholtz tidak lain merupakan persamaan baru hasil penurunan lebih lanjut dari persamaan-persamaan Maxwell dengan memasukkan kondisi lorentz sebagai syarat batasnya. 2.3 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 adalah pointing vektor. 1

2 Beberapa pola radiasi antenna ditunjukkan seperti gambar berikut ini. Gambar 2.1 Pola Radiasi Antena Suatu antena broad side adalah antena dimana pancaran utama maksimum dalam arah normal terhadap bidang dimana antena berada. Sedangkan antena end fire adalah antena yang pancaran utama maksimum dalam arah paralel terhadap bidang utama dimana antena berada. Antena yang mempunyai pola radiasi di mana arah maksimum main lobe berada diantara bentuk broad side dan end fire yang disebut dengan intermediate. Antena yang mempnyai pola radiasi intermediate banyak dijumpai pada phased array antenna Polarisasi Antenna Polarisasi antena didefinisikan sebagai arah vektor medan listrik yang diradiasikan oleh antena pada arah propagasi. Jika jalur dari vektor medan listrik maju dan kembali pada suatu garis lurus dikatakan berpolarisasi linier. sebagai contoh medan listrik dari dipole ideal. Jika vektor medan listik konstan dalam panjang tetapi berputar disekitar jalur lingkaran, dikatakan berpolarisasi lingkaran. Sebuah antena dapat memancarkan energi dengan polarisasi yang tidak diinginkan, yang disebut polarisasi silang (cross polarized). Polarisasi silang ini menimbulkan side lobe yang mengurangi gain. Untuk antena polarisasi linier, polarisasi silang tegak lurus dengan polarisasi yang diinginkan dan untuk antena polarisasi lingkaran, polarisasi silang berlawanan dengan arah perputarannya yang diinginkan. Ini biasa yang disebut dengan deviasi dari polarisasi lingkaran sempurna, yang mengakibatkan polarisasinya berubah menjadi polarisasi ellips. Pada umumnya karakteristik polarisasi sebuah antena relatif konstan pada main lobe. Tetapi polarisasi beberapa minor lobe berbeda jauh dengan polarisasi main lobe. Dalam teknik antenna, terdapat dua macam polarisasi, yaitu vertikal dan horisontal. Antar antena pemancar dan penerima, sebaiknya digunakan polarisasi yang sama berkaitan dengan bagaiman cara pemasangan kedua antenna. Penggambaran polarisasi ditunjukkan seperti gambar berikut ini. Gambar 2.2 Polarisasi Horisontal dan Vertikal 2

3 2.5. Bandwidth Antena Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemacar 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. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan. Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antenna Link Budget Link budget merupakan sebuah cara untuk menghitung mengenai semua parameter dalam transmisi sinyal, mulai dari gain dan losses dari Tx sampai Rx melalui media transmisi. Dalam hal ini dilakukan perhitungan dengan media transmisi Wireless Fidelity (WiFi). Link merupakan parameter dalam merencanakan suatu jaringan yang menggunakan media transmisi berbagai macam. Link budget ini dihitung berdasarkan jarak antara transmitter (Tx) dan receiver (Rx). Link budget juga dihitung karena adanya penghalang antara Tx dan Rx misal gedung atau pepohonan. Link budget juga dihitung dengan melihat spesifikasi yang ada pada antenna. Pada materi ini link budget yang akan dihitung adalah sebagai berikut : a. Free Space Loss b. Fresnel Zone Clearance c. RX Signal Level d. SOM (System Operating Margin) Untuk lebih jelasnya pada materi ini juga akan disertakan contoh parameter antenna yang dibutuhkan dalam perhitungan tersebut. Parameter tersebut antara lain : a. Jarak (d) terjauh antara antenna pemancar (Tx) dengan antenna penerima (Rx). Sebagai contoh, jaraknya tersebut sekitar 1 Km, dan jarak ini harus kita konversi ke mil, sehingga menjadi sekitar 0.6 mil b. Frekuensi BS dan Antena penerima, ini merupakan frekuensi standart 2,4 GHz, dimana frequensi ini sekarang adalah gratis. c. TX Power merupakan daya dari AP (Access Point) yang akan kita gunakan, misalnya sebesar 22 dbm. d. TX Cable Loss ini merupakan loss atau kerugian yang terjadi karena kabel yang kita gunakan, misalnya loss yang terjadi sekitar 2 db. Loss ini biasanya terjadi pada kabel antara penghubung dari antenna yang biasa disebut dengan kabel pigtail. Pigtail biasanya terbuat dari kabel coaxial, dan diusahakan jangan menggunakan kabel pigtail yang terlalu panjang. Kabel pigtail yang ada di pasaran, panjangya sekitar 50 cm. e. TX Antenna Gain merupakan daya terpancar dari antenna yang kita gunakan, misalnya menggunakan antenna omni directional dengan gain sebesar 12 db. f. RX Antenna Gain merupakan daya yang dihasilkan dari antenna penerima, misal kita menggunakan antenna grid 15 db. g. RX cable Loss sebenarnya hampir sama dengan Tx kabel loss, hanya saja ini terjadi pada daerah penerima atau antenna penerima, misalnya 2 db. h. RX Sensitivity merupakan sensitivitas dari antenna penerima dalam hal menangkap sinyal WiFi dari antenna pemancar, misalnya sebesar -68 dbm System Operating Margin (SOM) System Operating Margin (SOM) merupakan suatu cara untuk menghitung selisih antara sinyal yang di terima dengan sensitifitas suatu penerima penerima. Secara formula dapat dituliskan sebagai berikut : 3

4 Sedangkan gambaran untuk menghitung SOM tersebut, ditunjukkan seperti gambar berikut ini. Gambar 2.3 Skema Jaringan untuk Menghitung SOM Berdasarkan pada gambar di atas, maka untuk melakukan perhitungan terhadap System Operating Margin (SOM) diperlukan beberapa parameter inputan, antara lain : a. Frequency (MHz) yang digunakan pada komunikasi. b. Distance (Miles) antara dua stasiun. c. TX Power (dbm), WLAN biasanya mempunyai daya sekitar mW. d. TX Cable Loss (db), redaman di kabel coax & konektor antara pemancar ke antenna. Sebaiknya tidak menggunakan coax sama sekali, hubungan antara antenna dan pemancar hanya menggunakan pigtail yang tidak lebih dari satu (1) meter. e. TX Antenna Gain (dbi) f. Free Space Loss (FSL) g. RX Antenna Gain (dbi) h. RX Cable Loss (db), redaman di kabel coax dari Antenna ke penerima. i. RX Sensitivity (dbm), sensitivitas penerima. Dengan parameter di atas, maka kita akan mendapatkan tiga output yang dihasilkan, yaitu: a. Level sinyal RX (dbm) b. Free Space Loss (db) c. Theoretical System Operating Margin (db) Setelah kita mempunyai semua data / parameter yang dibutuhkan kita dapat menghitung System Operating Margin (SOM) untuk meyakinkan bahwa sistem yang kita kerjakan akan bekerja secara benar. Dengan menggunakan bantuan software yang ada pada support/ calculations/ som.php#calc, maka diperoleh hasil seperti berikut ini. 4

5 Sinyal yang diterima (Rx signal level) dapat dihitung dengan menambahkan dan mengurani daya pancar (TX power) dengan berbagai parameter yang ada dalam sebuah persamaan yang sederhana, yaitu, 5