Analisa Efisiensi Antena Dipole ditinjau dari Penggunaan Bahan Reflektor ……………….……………Amir D
ANALISA EFISIENSI ANTENA DIPOLE DITINJAU DARI PENGGUNAAN BAHAN REFLEKTOR Amir D1 1
Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK
Efisiensi adalah rasio perbandingan antara kemampuan antena menyalurkan daya secara maksimum sebagai fungsi arah dan sudut terhadap kemampuan antena untuk mengkonsentrasikan daya yang diradiasikan pada arah tertentu. Pada artikel ini, akan dijelaskan hasil penelitian efisiensi antena ditinjau dari pengaruh bahan reflektor antena. Ada lima bahan yang dipilih, yaitu besi, seng, stainless, tembaga dan aluminium. Untuk menghitung efisiensi antena digunakan metode mengukur perbandingan gain dengan direktivitas. Dari hasil pengukuran diketahui bahwa antena dari bahan reflektor tembaga memiliki efesiensi yang terbaik yaitu dengan nilai 64,29%, diikuti oleh reflektor dari bahan aluminium dengan nilai 47,29%, selanjutnya reflektor dari bahan seng dengan nilai 44,40%, berikutnya reflektor dari bahan stainless dengan nilai 39,82% dan reflektor dari bahan besi dengan nilai 34,87%. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa antena dari bahan reflektor tembaga memiliki harga efisiensi paling tinggi dan antena reflektor besi memiliki harga efisiensi terendah. Kata kunci : Antena dipole, Gain, Direktivitas, Efisiensi. I.
PENDAHULUAN
Antena merupakan daerah transisi antara saluran transmisi dan ruang bebas, antena berfungsi sebagai pemancar ataupun penerima gelombang elektro-magnetik. Antena dikategorikan baik, bila antena tersebut memiliki memiliki efisiensi yang tinggi. Efisiensi antena yang tinggi dapat dihasilkan dengan cara memperkecil rugi-rugi yang dapat timbul pada antenna[1]. Beberapa penelitian telah dilakukan terkait dengan efisiensi antena. Salah satu diantaranya adalah mengamati efisiensi antena ditinjau dari bahan elemen peradiasinya[2]. Pada penelitian ini, penulis akan mengamati efisiensi antena bukan dari sisi bahan elemen peradiasi, tapi dari sisi bahan elemen reflektor. Penulis menduga ada korelasi antara efisiensi antena baik sebagai pemancar maupun sebagai penerima dilihat dari sudut penggunaan bahan reflektor yang sesuai. Dugaan ini didasari bahwa bahan reflektor yang baik akan menghasilkan front to back ratio yang besar yang berasal dari maksimalisasi gelombang pantul [3]. Hal ini menarik untuk diteliti, untuk itu pada penelitian ini efisiensi antena akan mengamati pengaruh bahan dengan menguji coba lima jenis bahan reflector sudut yang berbeda, yaitu; besi, seng, stainless, tembaga dan alumunium untuk melihat efisiensi antena. Penelitian ini dilakukan pada Laboratorium Antena dan Propagasi Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe. II.
Gain (G)
Direktivity (D)
Pembanding
Efisiensi (e) Gambar 1 Model pengukuran efisiensi Efisiensi antena didefenisikan sebagai ratio antara gain antena terhadap direk-tivitas. Efisiensi dapat dihitung dengan persamaan 1..
e
G x100 ........................(1) D
Dimana e adalah efisiensi antena dalam persen, G adalah gain antena dalam dBi atau dBd dan direktivity dalam sudut dan arah , [4]. Pengukuran Gain Gain antena didefenisikan sebagai kemampuan antena untuk meradiasikan energi secara maksimal [4]. Untuk mengukur kemampuan gain antena pada penelitian ini, digunakan metode pengukuran absolute[1]. Berdasarkan persamaan transmisi Friis, seperti pada persamaan 2, maka gain antena dapat dihitung G G dB 20 log Pr 10 log 4R .......(2)
METODE PENELITIAN
Pengamatan terhadap efisiensi antena dilakukan dengan menggunakan metode penelitian seperti ditampilkan pada gambar 1.
ot dB
47
or
P t
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 2, September 2011: hal. 47-51 Tx
Dimana Got adalah Gain absolute antena pengirim (dB), Gor adalah Gain absolute antena penerima (dB), R adalah Jarak minimum antara antena pengirim dan antena penerima (m), adalah Panjang gelombang (m), Pr adalah besarnya daya yang diterima oleh antena (watt), Pt besarnya daya yang dipancarkan oleh antena (watt). Adapun setup penguku-rannya diperlihatkan pada gambar 2. .
Anten
Anten
a
a
pengir
peneri
im Set best station
Rx
ma
Antena DUT
Gambar 3 Metode pengukuran pola radiasi
Antena TX
Rx
Setting antena Tx dibuat tetap, Jarak antara Tx dan Rx diatur berdasarkan perhitungan. Pengamatan pola radiasi dilakukan setiap arah dan sudut kelipatan 10 melalui base station. Hasil plot data selanjutnya digambarkan dalam bentuk pola radiasi antena. Berdasarkan pola radiasi ini direktivitas antena dapat. dihitung dengan menggunakan persamaan 6, 7, 8, 9 dan 10.
BS
Gambar 2. Metode pengukuran gain antena Berdasarkan persamaan Friis di atas, pengukuran gain antena menggunakan 3 antena yang diukur atas dasar 3 kombinasi pasangan antena. Ke-3 kombinasi antena tersebut adalah kombinasi (1-2), (1-3), dan kombinasi (2-3). Adapun persamaan yang digunakan untuk menghitung gain antena adalah persamaan 3, 4 dan 5,
Kombinasi antena 1-2
P 4R G1 G2 20 log 10 log r 2 ..... (3) Pt1 Kombinasi antena 1-3 P 4R G1 G2 20 log 10 log r 3 .........(4) Pt1
Sudut½ HPBW
Gambar 4. Direktivitas antenna Kombinasi antena 2-3 P 4R G1 G2 20 log 10 log r 3 ........(5) Pt 2 Dimana G1 adalah gain Antena 1, G2 adalah gain antena 2 dan G3 adalah gain antena 3. Adapun metode yang digunakan untuk mengukur gain setiap antena diperlihatkan seperti setup pada gambar 2. Jika Metode Pengukuran Direktivitas Direktivitas adalah nilai directivity gain pada arah dengan harga maksimum yang diukur pada sebuah antena. Directivitas menunjukkan kemampuan antena untuk mengkonsentrasikan daya yang diradiasikan pada arah tertentu[6]. Direktivitas suatu antena dapat diamati dengan mengukur pola radiasi antena., metode pengukurannya seperti ditampilkan pada gambar 3.
maka : …………....….......……….. (9)
Sehingga,
48
Analisa Efisiensi Antena Dipole ditinjau dari Penggunaan Bahan Reflektor ……………….……………Amir D Berikut ini ditunjukkan hasil pengukuran gain antena seperti pada tabel 2.
………………………… (10)
Tabel 2 Hasil Pengukuran Gain Level ( dB ) Bahan Antena Antena Antena reflektor 1 dan 2 1 dan 3 2 dan 3 Besi -23 -23 -20 Seng -20 -23 -20
Dimana Um adalah intensitas radiasi maksimum, Uav adalah intensitas radiasi rata-rata, ΩA adalah total beam area, ӨHP adalah sudut pada titik setengah daya disebelah kanan (radian), фHP adalah arah pada titik setengah daya, atau untuk menentukan direktivitas dalam satuan decibel (dB)[5]. D = 10 log D....................................................(11) III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada sub-bab ini akan diurai-kan hasil pengukuran dan analisa antena yang meliputi pengukuran VSWR, pengukuran gain, pengukuran direktivitas dan analisa efisiensi antena dari bahan reflektor yang berbeda. Secara rinci akan di uraikan pada sub-bab berikut.
Gain 7,02 8,52
Stainless Tembaga
-23
-21
-20
-19
-20
-20
8,02 10,52
Aluminium
-22
-19
-20
9,52
Dengan menggunakan persamaan 3, 4 dan 5, maka gain dari masing-masing antena dapat dihitung dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 3 dan gambar 4.
Pengukuran VSWR Untuk melakukan standarisasi pengujian pada antena dengan 5 bahan reflektor berbeda, diambil SWR se-bagai acuan standarisasi. VSWR didefenisikan sebagai rasio perbandingan gelombang berdiri yang menunjukkan perbandingan antara gelombang yang datang pada saluran dan menuju antena terhadap gelombang yang di-pantulkan dari antena menuju ke sum-ber. Dari hasil pengujian VSWR antena seperti diperlihatkan pada table 1, diketahui bahwa VSWR untuk masing-masing antena untuk bahan reflektor besi bernilai 1,65; seng 1,67; stainless 1,64; tembaga 1,68; aluminium 1,64. Data ini menunjukkan bahwa ke-5 bahan reflektor tersebut memiliki koefisien refleksi yang hampir sama dan hal tersebut dapat diasumsikan bahwa ke-5 antena tersebut memiliki sifat karakteristik yang sama ditinjau dari standarisasi VSWR, selain ketebalan plat reflektor.
Gambar 5 Grafik gain dan VSWR Pada tabel 1 dan gambar 5. mem-berikan informasi bahwa pada VSWR yang hampir sama, dapat menghasil-kan gain yang berbeda. Gain antena yang terbaik adalah antena dari bahan reflektor tembaga yang bernilai 10,52 dB, di ikuti oleh antena dari bahan reflektor aluminium dengan nilai 9,52 dB, selanjutnya antena dari bahan reflektor seng sebesar 8,52 dB, berikutnya antena dari bahan reflektor stainless dengan harga sebesar 8,02 dB dan antena dari bahan reflektor besi dengan nilai 7,02 dB.
Tabel 1 Hasil Pengukuran VSWR Bahan reflektor Besi Seng Stainless Tembaga Aluminium
VSWR
Tabel 3 Luasan Aperture dan Gain
1,65 1,67 1,64 1,68 1,64
Bahan reflektor Besi Seng Stainless Tembaga Aluminium
Hal ini penting disampaikan sebagai acuan bahwa spesifikasi teknis pada setiap antena identik, sehingga penulis dapat mengamati sifat yang lainnya dengan berpedoman pada standarisasi yang telah ditetapkan.
Tinggi (cm) 17.6 17.6 17.8 17.4 17.9
Lebar (cm) 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
Luas
Gain
132. 132 134 130 134
7,02 8,52 8,02 10,52 9,52
Dari data ini terlihat bahwa pada VSWR yang sama, gain pada kelima bahan reflektor antena yang berbeda, memiliki gain yang bervariasi, sehing-ga dapat dikatakan bahwa gain antena tidak dipengaruhi oleh VSWR, tetapi pengaruhnya terhadap parameter lain.
Pengukuran Gain Gain didefenisikan sebagai ke-mampuan antena untuk menyalurkan daya secara maksimal.
49
Jurnal Litek Volume 8 Nomor 2, September 2011: hal. 47-51 sama dengan nilai sebesar 20,13 dB, kemudian antena dari bahan reflektor seng memiliki harga direktivitas ketiga yaitu 19,16 dB dan yang terakhir antena dari bahan reflektor tembaga memiliki harga direktivitas 16,33 dB.
Gain
12 10 Gain
8 6 4 2
25
0 132.00
132.00
133.50
Besi
Seng
Stainless
130.50
134.25 20
reflektor
Tembaga Aluminium 15 Bahan antena 10
Gambar 6. Gain terhadap luas aperture dari bahan reflektor
5
Untuk mendapatkan gain maksi-mum pada antena terhadap ke-5 bahan reflektor yang berbeda tersebut, luasan aperture reflektornya tidak dapat dibu--at sama. Jika dibuat sama, ada bebe-rapa antena yang tidak menghasilkan gain yang maksimum. Untuk itu pada penelitian ini, setting luasan aperture ditujukan untuk mendapatkan gain yang maksimum pada masing bahan reflektor antena. Lebih jelasnya ditunjukkan pada tabel 3 berikut dan grafik seperti pada gambar 6.
0 Besi
Seng
Stainless
Tembaga
Aluminium
Directivitas
Gambar 7 Grafik perhitungan direktivitas Dari data dan hasil perhitungan meng-gunakan persamaan 10, direktivitas dipengaruhi oleh luasan aperture dari antena, semakin besar sudut reflektor, maka semakin besar luasan aperture yang dibentuk oleh reflektor antena tersebut dan semakin kecil directi-vitasnya. Lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 5.
Pengukuran Direktivitas Direktivitas menunjukkan kemam-puan antena untuk mengkonsentrasikan daya yang diradiasikan pada arah tertentu. Untuk mengetahui harga direktivitas antena, dilakukan dengan cara menggunakan metode pengukuran seperti pada gambar 3 dan 4. Dari data hasil pengukuran dan analisa hasil perhitungan, maka kemampuan antena untuk mengkon-sentrasikan daya yang diradiasikan pada arah tertentu dapat diketahui dan hasilnya ditunjukkan pada tabel 4 dan grafik pada gambar 7.
Tabel 5. Sudut dan Arah Antena serta Nilai Direktivitas
Tabel 4. Direktivitas pada Antena Dipole Reflektor Sudut
Efisiensi Antena Dilihat Dari Bahan
No 1. 2. 3. 4. 5.
Bahan Reflektor Besi Seng Stainless Tembaga Aluminium
Bahan reflektor Besi Seng Stainless Tembaga Aluminium
o
() 20 20 19 30 20
o
() 20 25 21 32 20
Direktivitas (dB) 20,13 19,16 20,14 16,33 20,13
Efisiensi adalah rasio perbandi-ngan antara kemampuan antena me-nyalurkan daya secara maksimum ter-hadap intensitas radiasi maksimum sebagai fungsi arah dan sudut terhadap daya total.
Direktivitas (dB) 20,13 19,16 20,14 16,33 20,13
Tabel 6 Perhitungan Efisiensi pada Antena Dipole Bahan Reflektor Besi Seng Stainless Tembaga Aluminium
Dari hasil pengukuran direktivitas pada tabel 4. di atas, diketahui bahwa dari kelima jenis bahan reflektor masing-masing memiliki direktivitas sebagai berikut; antena dari bahan reflektor stainless dengan nilai sebesar 20,14 dB, selanjutnya antena dari bahan reflektor besi dan aluminium menempati urutan kedua yaitu memiliki harga direktivitas yang
Gain (dB) 7,02 8,52 8,02 10,52 9,52
Directivity (dB) 20,13 19,16 20,14 16,33 20,13
Efisiensi (%) 34,87 44,46 39,82 64,42 47,29
Berdasarkan data-data dan hasil perhitungan pada tabel 3, 4 dan 5, maka efisiensi antena untuk kelima
50
Analisa Efisiensi Antena Dipole ditinjau dari Penggunaan Bahan Reflektor ……………….……………Amir D jenis bahan reflektor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 dan hasilnya diberikan oleh tabel 6 dan ditampilkan pada gambar 8.
1.
2.
3.
4. Gambar 8 Grafik hasil perhitungan efisiensi Pada gambar 8 diketahui bahwa harga efisiensi pada ke-5 bahan reflek-tor antena secara berturut-turut adalah antena dari bahan reflektor tembaga dengan nilai 64,42%, reflektor dari bahan aluminium dengan nilai 47,29%, reflektor dari bahan seng dengan nilai 44,46%, reflektor dari bahan stainless dengan nilai 39,82% dan reflektor dari bahan besi dengan nilai 34,87%,
Efisiensi antena pada setiap bahan reflektor bervariasi mengikuti karakteristik elektrik bahan refle-ktor. Efisiensi antena yang besar dapat diperoleh dari antena yang memiliki Gain yang besar dan direktivitas yang kecil. Efisiensi antena terbaik adalah antena dari bahan reflektor tembaga dengan nilai 64,42%, diikuti oleh reflektor dari bahan aluminium dengan nilai 47,29%, selanjutnya reflektor dari bahan seng dengan nilai 44,46%, berikutnya reflektor dari bahan stainless dengan nilai 39,82% dan terendah reflektor dari bahan besi dengan nilai 34,87%. Reflektor tembaga dapat mengha-silkan gain antena yang lebih besar dibanding bahan reflektor lainnya yaitu 10,52 dB. Kondisi ini diperoleh pada sudut reflektor maksimum atau luas aperture reflektor antena yang lebih besar dibanding bahan reflektor lain-nya. Pada sudut tersebut mengha-silkan direktivitas yang jauh lebih kecil dibanding bahan reflektor lainnya yaitu sebesar 16,33. Sifat ini yang menyebabkan antena dari bahan reflektor tembaga memiliki efiesiensi antena yang lebih baik dibanding bahan reflektor lainnya.
DAFTAR PUSTAKA [1]. Balanis, C. A. 2005, Antenna Theory: Analysis and Design, Third Edition, John Willey and sons, New York. [2]
[3] Krauss, John D, 1998, Antennas, Second Edition, McGraw-Hill Book Company.
Gambar 9. Grafik hasil pengukuran gain,direktivitas serta efisiensi Efisiensi antena terbaik adalah 64,47% dari bahan reflektor tembaga dan yang terendah dari bahan reflektor besi dengan nilai 34,87%. Hasil ini memperlihatkan bahwa efisiensi ante-na yang besar diperoleh dari antena yang memiliki gain yang besar dan direktivitas yang kecil, hal ini dapat diperlihatkan seperti pada grafik gambar 9. Demikianlah hasil pembahasan tentang efisiensi yang telah di uraikan pada bab ini, untuk selanjutnya dija-dikan sebagai acuan untuk pembahasan pada bab penutup atau ke-simpulan. IV.
Budi Aswoyo, 2010, Studi Perbandingan Efisiensi Bahan Pada Pembuatan Antena Horn Sektoral Bidang Medan Listrik (E), pens-its.
[4]
Krauss, John D, 2003, Antennsa for all applications, Third Edition, Mc Graw-Hill Company, International Edition.
[5]
Sumber dikutip dari http://id.wikipedia. org/wiki/Seng, diakses 17 Juli 2011
[6] Umi Fadlillah, Simulasi Pola Radiasi Antena Dipole Tunggal, Jurnal Teknik Elektro dan Komputer Emitor, Vol. 4, 2004.
KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran dan perhi-tungan pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan sebagai berikut:
51
