BAB II TEORI DASAR 2.1 Umum Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori-teori yang mendasari permasalahan dan penyelesaian tugas akhir ini. Diantaranya adalah pengertian antena yang meliputi penjelasan definisi antena dan parameter-parameter pada antena diantaranya yaitu distribusi arus antena, pola radiasi, gain, impedansi input, VSWR. Selanjutnya, diberikan penjelasan singkat tentang kabel koaxial, pengenalan wireless LAN dan konektor yang digunakan dalam pembuatan antena. 2.2 Pengertian Antena Antena didefinisikan sebagai suatu struktur yang berfungsi sebagai pelepas energi gelombang elektromagnetik di udara dan sebagai penerima/penangkap energi gelombang elektromagnetik di udara. Antena merupakan perangkat perantara antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan saluran pencatunya. Secara umum, antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena Omnidirectional, antena Directional, antena Phase Array, antena Optimal dan antena Adaptif. Antena isotropis (isotropic) merupakan antena seolah-olah seperti sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Antena ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan 6
7 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 (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena ini sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks. Contoh antena ini adalah antena dipole setengah panjang gelombang. Antena Directional merupakan antena yang hanya 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. Selanjutnya adalah antena Phase Array, yang merupakan gabungan atau konfigurasi array dari beberapa antana sederhana dan menggabungkan sinyal yang 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. 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 antara lain signal to interference ratio (SIR) atau signal to interference plus noise ratio (SNR). Optimasi kinerja dapat dilakukan dengan menghilangkan atau meminimalkan penerimaan sinyal-sinyal yang tak dikehendaki (interferensi) dan mengoptimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki.
8 Antena adaptif merupakan pengembangan dari 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. 2.3 Teori Tentang Antena Omni Directional Antena Omnidirectional merupakan antena yang dapat memancarkan sinyal ke segala arah karena pada umumnya antena Omnidirectional mempunyai pola radiasi 360º apabila pola radiasinya dilihat pada bidang medan magnet (H). Gain antena Omnidirectional antara 3 dbi sampai 12 dbi. Antena tersebut menggunakan sambungan Point-to-Multi-Point (P2MP). Berdasarkan konfigurasinya antena Omnidirectional untuk frekuensi 2,4 GHz, ada antena Omnidirectional yang terbuat dari kabel coaxial yang elemennya terdiri dari ½ λ dikenal dengan Vertical Collinear, ada antena Omnidirectional yang terbuat dari konektor N-type, yang dikenal dengan Spider Omni. Ada antena Omnidirectional yang terbuat dari plat PCB, dikenal dengan 2,4 GHz Printed Pole, dan sebagainya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Gambar 2.1 Antena Vertical Collinear
9 Gambar 2.2 Antena Spider Omni Gambar 2.3 Antena 2,4 GHz Printed Pole 2.4 Parameter-parameter Antena Disini akan dibahas parameter-parameter yang digunakan dalam sistem antana. Parameter yang selalu digunakan dalam sistem antena adalah pola radiasi, gain, impedansi dan VSWR. 2.4.1 Pola Radiasi Antena Pola radiasi (radiation pattern) merupakan salah satu parameter penting dari suatu antena. Parameter ini sering dijumpai dalam spesifikasi suatu antena,
10 sehingga pembaca dapat membayangkan bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena tersebut. Dalam hal ini, maka pola radiasi disebut juga 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 antena. Gambar 2.4 Dimensi pola radiasi Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah kuat medannya dan disebut pola daya (power pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah vektor poynting-nya. 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.
11 Gambar 2.5 Ilustrasi bidang pola radiasi Gambar di atas memperlihatkan bentuk koordinat pada bidang pola radiasi, untuk warna hijau adalah bidang azimuth atau bidang H, sedangkan warna ungu menjelaskan bidang elevasi atau bidang E. 2.4.1.1 Pola Radiasi Antena Directional Antena Directional biasanya digunakan oleh client, dikarenakan antena ini mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relatif jauh daripada antena lainnya. Ada beberapa macam antena Directional antara lain: Yagi, plat panel, parabola, tin can antenna, parabolic reflektor dan lain-lainnya. Pola radiasi antena ini digambarkan pada gambar 2.6 seperti dibawah ini. Gambar 2.6 Pola Radiasi Antena Directional Gambar di atas merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena Directional, apabila dalam koordinat polar atau grafik pola radiasi seperti gambar 2.7 dibawah ini.
12 (a) (b) Gambar 2.7 Bentuk pola radiasi gelombang antena Directional : (a) Pola radiasi bidang medan magnet (H) (b) Pola radiasi bidang medan listrik (E) 2.4.1.2 Pola Radiasi Antena Omnidirectional Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 derajat apabila pola radiasinya dilihat pada bidang medan magnet (H). Gain antena Omnidirectional antara 3 dbi sampai 12 dbi. Antena tersebut menggunakan sambungan Point-to-Multi-Point (P2MP). Gambar 2.8 Pola Radiasi Antena Omnidirectional
13 Gambar di atas merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional, apabila dalam koordinat polar atau grafik pola radiasi seperti gambar 2.9 dibawah ini. (a) (b) Gambar 2.9 Bentuk pola radiasi gelombang antena Omnidirectional (a) Pola radiasi bidang medan listrik(e) (b) Pola radiasi bidang medan magnet (H) 2.4.2 Gain Antena Gain (penguatan) bukanlah kuantitas yang bisa didefinisikan dalam bentuk fisik seperti watt atau ohm, tetapi gain adalah rasio yang tidak berdimensi. Gain diberikan sesuai dengan rujukan kepada antena standar. Gain antena (Gt) dapat dihitung dengan menggunakan antena lain sebagai antena yang standar atau sudah memiliki gain yang standar (Gs). Dimana membandingkan daya yang diterima antara antena standard (Ps) dan antena yang akan diukur (Pt) dari antena pemancar yang sama dan dengan daya yang sama.
14 (2.1) Jika dirubah dalam satuan decibel maka menjadi, Gt (db) = Pt (dbm) Ps (dbm) + Gs (db) (2.2) 2.4.3 Impedansi Input Antena Impedansi Input antena adalah impedansi antena di terminal catu (feeder)- nya disebabkan perbandingan antara tegangan (V) dan arus (I) di terminal input atau catu (feeder). (2.3) Dimana: Zin = Impedansi Input (Ω) V = Tegangan terminal input (Volt) I = Arus terminal input (A) 2.4.4 VSWR Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah rasio tegangan yang berasal pantulan gelombang akibat ketidaksesuaian impedansi. Pengukuran VSWR berhubungan dengan pengukuran koefisien refleksi dari antena tersebut. 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. (2.4)
15 Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran (Z 0 ) dan impedansi beban/antena (Z l ) dapat ditulis: (2.5) Harga koefisien refleksi ini dapat bervariasi antara 0 (tanpa pantulan/match) sampai 1, yang berarti sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya semula. Maka untuk perhitungan VSWR. (2.6) Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang diradiasikan antena pemancar diterima oleh antena penerima (match). Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan juga semakin besar dan semakin tidak match. 2.5 Kabel Koaxial Kabel koaxial (coax) merupakan kabel yang biasanya dipakai untuk menghubungkan suatu perangkat (device) yang berfungsi sebagai pemancar/penerima gelombang radio dengan antena yang sesuai dengan peralatan tersebut dalam suatu sistem komunikasi wireless.
16 Gambar 2.10 Kabel Koaxial Pada gambar 2.10 di atas abjad A,B,C dan D menyatakan : a. Outer plastic sheath (sarung plastik luar) b. Copper screen (serabut tembaga) c. Inner dielectric insulator (bahan dielektrik) d. Copper core (inti tembaga) Kabel ini sangat ideal untuk membawa atau menghantarkan sinyal listik yang berfrekuensi tinggi, misalnya kabel penghubung antara TV dan antenanya atau untuk menghubungkan perangkat radio pemancar/penerima gelombang radio dengan antenanya. Insulator Konduktor Gambar 2.11 Struktur kabel koaxial Jalur transmisi kabel koaxial ada 2 bagian konduktor, yaitu inti tembaga dan serabut tembaga, yang kedua konduktor tersebut dipisahkan oleh bahan insulator (solid dielektric). Pada gambar 2.11 menggambarkan bagian-bagian kabel
17 koaksial, menunjukkan bahwa warna merah adalah bahan konduktor, warna putih adalah bahan insulator dan warna abu-abu adalah lapisan paling luar kabel (outer jacket). Kabel koaxial terdiri dari beberapa macam tipe dan tiap-tiap tipenya memiliki laporan data atau nama lainnya datasheet tersendiri, layaknya seperti komponen elektronika. Datasheet sebuah kabel koaxial meliputi : impedansi, diameter kabel, kapasitansi, attenuation, velocity factor dan lain-lainnya. Berikut ini adalah persamaan untuk mencari besarnya impedansi dan velocity factor sebuah kabel koaxial : (2.7) Keterangan : Z = Impedansi L = Induktansi; C = Kapasitansi (2.8) Velocity factor di sini merupakan karakteristik kecepatan sinyal listik atau gelombang radio dan secara teknik dapat dikatakan juga sebagai faktor pengali dari panjang gelombang radio yang dibawa oleh kabel tersebut. Lebih jelasnya nampak pada persamaan berikut : (2.9) Maka persamaan panjang gelombang terhadap velocity factor kabel koaxial:
18 (2.10) dimana : λ = panjang gelombang v = velocity factor c = kecepatan rambat cahaya (3x10 8 ) f = frekuensi 2.6 Wireless-LAN Wireless Local Area Network (WLAN) adalah suatu jaringan area lokal nirkabel yang menggunakan gelombang radio sebagai media transmisinya. Wireless-LAN sebenarnya hampir sama dengan jaringan LAN, akan tetapi setiap node pada WLAN menggunakan wireless device untuk berhubungan dengan jaringan. node pada WLAN menggunakan channel frekuensi yang sama dan SSID (Service Set Identification) yang menunjukkan identitas dari wireless device. Tidak seperti jaringan kabel, jaringan wireless memiliki dua mode yang dapat digunakan yaitu infastruktur dan Ad-Hoc. Konfigurasi infrastruktur adalah komunikasi antar masing-masing PC melalui sebuah access point pada WLAN atau LAN. Komunikasi Ad-Hoc adalah komunikasi secara langsung antara masing-masing komputer dengan menggunakan piranti wireless. Penggunaan kedua mode ini tergantung dari kebutuhan untuk berbagi data atau kebutuhan yang lain dengan jaringan berkabel. 2.6.1 Mode Ad-Hoc
19 Ad-Hoc merupakan mode jaringan WLAN yang sangat sederhana, karena pada ad-hoc ini tidak memerlukan access point untuk host dapat saling berinteraksi. Setiap host cukup memiliki transmitter dan reciever wireless untuk berkomunikasi secara langsung satu sama lain seperti tampak pada Gambar 2.12. Kekurangan dari mode ini adalah komputer tidak bisa berkomunikasi dengan komputer pada jaringan yang menggunakan kabel. Selain itu, daerah jangkauan pada mode ini terbatas pada jarak antara kedua komputer tersebut. Gambar 2.12 Mode Jaringan Ad-Hoc 2.6.2 Mode Infrastruktur Jika komputer pada jaringan wireless ingin mengakses jaringan kabel atau berbagi printer misalnya, maka jaringan wireless tersebut harus menggunakan mode infrastruktur, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.13. Pada mode infrastruktur access point berfungsi untuk melayani komunikasi utama pada jaringan wireless. Access point mentransmisikan data pada PC dengan jangkauan tertentu pada suatu daerah. Penambahan dan pengaturan letak access point dapat memperluas jangkauan dari WLAN.
20 Gambar 2.13 Mode Jaringan Infrastruktur Komponen-komponen Wireless-LAN diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Access Point, merupakan perangkat yang menjadi sentral koneksi dari pengguna (user) ke ISP, atau dari kantor cabang ke kantor pusat jika jaringannya adalah milik sebuah perusahaan. Access-Point berfungsi mengkonversikan sinyal frekuensi radio (RF) menjadi sinyal digital yang akan disalurkan melalui kabel, atau disalurkan ke perangkat WLAN yang lain dengan dikonversikan ulang menjadi sinyal frekuensi radio. Gambar 2.14 Access Point TP-link tipe TL-WA5110G 2. Wireless LAN Interface, merupakan peralatan yang dipasang di Mobile/Desktop PC, peralatan yang dikembangkan secara massal adalah dalam bentuk PCMCIA (Personal Computer Memory Card International
21 Association) card, PCI card maupun melalui port USB (Universal Serial Bus). Gambar 2.15 Wireless Adapter 3. Mobile/Desktop PC, merupakan perangkat akses untuk pengguna, mobile PC pada umumnya sudah terpasang port PCMCIA sedangkan desktop PC harus ditambahkan wireless adapter melalui PCI (Peripheral Component Interconnect) card atau USB (Universal Serial Bus). 4. Antena external (optional) digunakan untuk memperkuat daya pancar. Antena ini dapat dirakit sendiri oleh user misalnya antena kaleng. Secara relatif perangkat Access-Point ini mampu menampung beberapa sampai ratusan pengguna secara bersamaan. Beberapa vendor hanya merekomendasikan belasan sampai sekitar 40-an pengguna untuk satu Access Point. Meskipun secara teorinya perangkat ini bisa menampung banyak namun akan terjadi kinerja yang menurun karena faktor sinyal RF itu sendiri dan kekuatan sistem operasi Access Point. Komponen logic dari Access Point adalah ESSID (Extended Service Set IDentification) yang merupakan standar dari IEEE 802.11. Pengguna harus mengkoneksikan wireless adapter ke Access Point dengan ESSID tertentu supaya transfer data bisa terjadi. ESSID menjadi autentifikasi standar dalam komunikasi
22 wireless. Dalam segi keamanan beberapa vendor tertentu membuat kunci autentifikasi tertentu untuk proses autentifikasi dari klien ke Access Point Rawannya segi keamanan ini membuat IEEE mengeluarkan standarisasi Wireless Encryption Protocol (WEP), sebuah aplikasi yang sudah ada dalam setiap PCMCIA card. WEP ini berfungsi meng-encrypt data sebelum ditransfer ke sinyal Radio Frequency (RF), dan men-decrypt kembali data dari sinyal RF. 2.7 MATLAB 6.5 Matlab 6.5 merupakan software program aplikasi yang digunakan untuk komputasi teknik. Nama Matlab merupakan singkatan dari MATrix LABoratory. Matlab mampu mengintegrasikan komputasi, visualisasi, dan pemrograman untuk dapat digunakan secara mudah. Penggunaan Matlab diantaranya adalah pada: 1. Matematika dan Komputansi 2. Pengembangan algoritma 3. Pemodelan, simulasi, dan prototyping 4. Analisa, eksplorasi, dan visualisasi data 5. Pengolahan grafik untuk sains dan teknik Pada tugas akhir ini Matlab 6.5 digunakan untuk proses pengolahan data, yakni proses yang berkaitan dengan analisa dan visualisasi data. 2.7.1 Lingkup Matlab Ada beberapa tools yang disediakan oleh Matlab 6.5 diantaranya sebagai berikut:
23 Command Window, yang berfungsi untuk tempat memasukkan dan menjalankan variabel (fungsi) dari Matlab dan M File. Command History, yang berfungsi menampilkan fungsi-fungsi yang telah dikerjakan pada command window. Launch Pad, yang berfungsi untuk akses tools, demo, dan dokumentasi semua produk Math Works. Help Browser, yang berfungsi untuk menampilkan dan mencari dokumentasi yang ada pada Matlab. Current Directory Browser, yang berfungsi menampilkan file-file Matlab dan file yang terkait serta mengerjakan operasi file seperti membuka dan mencari isi file. Workspace Browser, yang memuat variabel-variabel yang dibuat dan yang disimpan dalam memori saat penggunaan Matlab. Editor / Debugger, yang berfungsi untuk membuat dan memeriksa M File Beberapa tools ini merupakan tools yang secara umum digunakan pada Matlab, namun sebenarnya selain itu ada banyak tools tambahan lainnya pada Matlab.
24 Gambar 2.16 Matlab 2.7.2 M File Editor M File merupakan file teks yang memuat variabel- variabel dan fungsi yang ada pada Matlab. M File berupa nama file script dalam Matlab yang disimpan dengan ekstensi.m. M File memudahkan dalam penulisan (pembuatan) program dalam Matlab. Dimana fungsi-fungsi yang ada pada M File tersebut dapat mengakses semua variabel Matlab dan menjadi bagian dari ruang kerja Matlab.
Gambar 2.17 M File 25