Antena
P r i n sip dan Aplikasi
Antena
P r i n sip dan Aplik asi
Mudrik Alaydrus
Antena: Prinsip dan Aplikasi Oleh
: Mudrik Alaydrus
Edisi Pertama Cetakan Pertama, 2011 Hak Cipta 2011 pada penulis, Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.
Ruko Jambusari No. 7A Yogyakarta 55283 Telp. : 0274-889836; 0274-889398 Fax. : 0274-889057 E-mail :
[email protected]
Alaydrus, Mudrik Antena: Prinsip dan Aplikasi/Mudrik Alaydrus - Edisi Pertama – Yogyakarta; Graha Ilmu, 2011 xii + 321 hlm, 1 Jil. : 23 cm. ISBN: 978-979-756-
1. .............
I. Judul
Kata Pengantar
D
i era informasi, yang ditandai dengan penyebaran berita yang sangat cepat, dan berita yang bisa diakses kapan dan dari mana saja, pengiriman data secara nirkabel (wireless, tanpa kabel) menjadi tulang punggung penyebaran informasi tersebut. Dengan komunikasi nirkabel, tidak diperlukan lagi kabel yang menghubungkan sumber berita dengan pemakai berita, sehingga hubungan komunikasi ini menjadi lebih fleksibel dan menunjang mobilitas dari pengguna. Di samping elektronika telekomunikasi, seperti modulator, osilator, dll., pada sistem komunikasi nirkabel diperlukan komponen yang bernama antena. Secara definisi, antena pada sebuah pemancar berfungsi sebagai pengubah gelombang yang tertuntun di rangkaian elektronika menjadi gelombang yang merambat bebas di udara, dan sebaliknya pada sebuah penerima. Tugas bagi perancang antena adalah membuat transisi ini seefisien mungkin, yaitu gelombang dari pemancar yang dihasilkan oleh komponen-komponen elektronika ini harus diubah semaksimal mungkin menjadi gelombang bebas. Gelombang yang dipancarkan melalui antena ini akan didistribusikan ke udara dengan suatu pola tertentu, misalnya ke semua arah, atau hanya ke suatu arah tertentu saja. Pemilihan pola pancar ini tergantung dari aplikasi antena masing-masing.
Dengan perkembangan teknologi dan aplikasi nirkabel, bermunculan pula berbagai jenis antena yang dirancang dengan karakter-karakternya yang berbeda-beda. Buku ini ditulis untuk memberikan ulasan tentang prinsip dasar dari antena dan pemakaiannya di pelbagai aplikasi. Bab 1 membahas dasar, sejarah singkat dan esensi antena dalam telekomunikasi, yang dilanjutkan dengan bab 2 tentang besaran-besaran penting yang mengkarakteristikkan antena. Besaran-besaran penting ini menjadi parameter dalam spesifikasi sebuah antena, yang harus dipenuhi pada proses perancangannya. Karena dasar dari ilmu dan teknologi antena adalah elektromagnetika, tidaklah lengkap kalau tidak disinggung persamaan-persamaan Maxwell dan solusinya. Bab 3 mendapatkan tugas untuk melakukannya, solusi untuk struktur antena sederhana, yaitu dipol dan loop Hertz diberikan di sini. Bab 4 memberikan solusi untuk antena yang lebih aplikatif, yaitu dipol panjang yang juga sering digunakan pada aplikasi nirkabel dewasa ini. Antena dipol panjang ini adalah jenis antena kawat. Dalam banyak aplikasinya, sering kali digunakan sekelompok antena, yang membentuk suatu formasi tertentu. Kelompok antena ini dinamakan array. Bab 5 membahas teori dasar array, dan efek dari perubahan parameternya terhadap pola pancar antena. Bab 6, 7 dan 8 membahas jenis-jenis antena aperture, horn, reflektor dan antena mikrostrip. Di sini dijelaskan prinsip dasar masing-masing antena, perancangan dengan menggunakan rumus dan kurva sederhana, sampai penggunaan software. Perkembangan multimedia, yang ditandai dengan semakin besarnya data yang harus dikirimkan, seperti video, menuntut jaringan komunikasi nirkabel yang semakin berkinerja tinggi, memiliki lebar pita yang besar, bahkan sangat besar, atau multiband. Bab 9 membahas jenis-jenis antena yang memiliki karakter seperti itu. Bab 10 membahas pengukuran besaranbesaran penting antena. Dua terobosan menarik yang dilakukan pada teknik
vi
Antena: Prinsip dan Aplikasi
antena, yaitu teknik konfigurasi ulang antena dan sistem Multiple Input Multiple Output (MIMO) menjadi pokok bahasan di bab 11. Bab 12 ditulis untuk aplikasi antena pada beberapa sistem nirkabel yang populer sekarang ini, yaitu sistem seluler, Wireless Local Area Network (WLAN) dan Radio Frequency Identification (RFID). Bab terakhir memberikan ulasan singkat beberapa metode numerik yang biasanya dipakai untuk menganalisa dan merancang antena, yang diharapkan bisa memberikan gambaran singkat kepada pembaca, metode apa yang bisa mereka gunakan dan software mana yang bisa dipakai. Buku ini ditulis sebagai suatu bentuk karya yang didedikasikan untuk masyarakat Indonesia, yang diharapkan menjadi satu literatur dalam bidang teknologi nirkabel. Dan penulis berpesan, bahwa suatu tujuan dan cita-cita hanya bisa dicapai dengan keyakinan, ketekunan dan kesabaran. Ketiganya harus dijalankan secara konsisten dan kontinu. Semoga Allah SWT merestui usaha kita. Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada Maryam ZA yang selalu menemani dengan penuh pengertian dan perhatian, juga kepada anak-anak kami, Zainal Abidin, Muhammad Fatih, Adni, Muhammad Ayman dan Sofia. Jakarta, November 2010
Mudrik Alaydrus
Kata Pengantar
vii
Daftar Isi
KATA PENGANTAR v DAFTAR ISI ix BAB I PENGENALAN ANTENA 1 1.1 Pendahuluan 1 1.2 Esensi Antena pada Dunia Telekomunikasi Wireless 4 1.3 Jenis-jenis Antena 9 BAB II
BESARAN PENTING PADA ANTENA 2.1 Diagram Radiasi 2.2 Direktivitas dan Gain 2.3 Polarisasi 2.4 Impedansi Masukan 2.5 Lebar Pita Kerja Antenna (bandwidth) 2.6 Datasheet Antena
17 18 23 30 35 37 38
BAB III PERSAMAAN MAXWELL DAN SOLUSINYA PADA ANTENA KECIL 41 3.1 Persamaan Maxwell 41 3.2 Potensial Vektor dan Skalar 46 3.3 Solusi: Potensial Terretardasi 50
3.4 3.5
Aplikasi Integral Radiasi pada Dipol Hertz Aplikasi Integral Radiasi pada Loop Hertz
55 62
BAB IV ANTENA KAWAT 4.1 Dipol Pendek 4.2 Dipol Panjang 4.3 Dipol Setengah Gelombang (Dipol λ / 2 ) 4.4 Antena Yagi-Uda
75 75 78 86 87
BAB V
ANTENA ARRAY 5.1 Pendahuluan 5.2 Array dua Antena 5.3 Array Linier N Antena
95 95 97 106
BAB VI ANTENA APERTURE DAN HORN 6.1 Pendahuluan 6.2 Teorema Keunikan (Uniqueness Theorem) dan Teorema Ekuivalensi (Equivalence Theorem) 6.3 Antena Aperture Persegi Panjang 6.4 Simulasi dengan program Wipl-D 6.5 Antena Horn Sektor E 6.6 Antena Horn Sektor H 6.7 Antena Horn Piramid 6.8 Antena Horn Berulir (Corrugated Horn)
131 131
BAB VII ANTENA REFLEKTOR 7.1 Pendahuluan 7.2 Sistem Reflektor Dasar 7.3 Sistem Reflektor Banyak
169 169 170 184
BAB VIII ANTENA MIKROSTRIP 8.1 Pendahuluan 8.2 Metode Analisa: Model Saluran Transmisi 8.3 Metode Analisa: Model Cavity 8.4 Pencatuan antena mikrostrip 8.5 Antena Mikrostrip dalam Array
187 187 189 199 206 210
133 137 150 152 161 163 168
Antena: Prinsip dan Aplikasi
BAB IX ANTENA BROADBAND, ULTRAWIDEBAND DAN MULTIBAND 215 9.1 Pendahuluan 215 9.2 Antena Helix 216 9.3 Antena planar 221 9.4 Antena Log Periodik 223 9.5 Antena Fractal 229 9.6 Antena Ultrawideband (UWB) 233 BAB X
PENGUKURAN BESARAN ANTENA 10.1 Pendahuluan 10.2 Skema Sistem Pengukuran Besaran Antena 10.3 Pengukuran Diagram Radiasi 10.4 Pengukuran Gain 10.5 Pengukuran Impedansi dan Faktor Refleksi
237 237 239 245 247 250
BAB XI PERKEMBANGAN KHUSUS PADA TEKNIK ANTENA 255 11.1 Antena yang bisa Dikonfigurasi Ulang (Reconfigurable Antennas) 256 11.2 Multi Antenna Systems: Antena Cerdas (Smart Antennas) dan mimo 259 BAB XII ANTENNAS IN ACTION 271 12.1 Antena Stasiun Basis (Base station) di Komunikasi Bergerak 273 12.2 Antena pada Alat Komunikasi Genggam (Handheld) 280 12.3 Antena di RFID 282 12.4 Antena di WLAN 288 BAB XIII APLIKASI METODE NUMERIK PADA ANTENA 293 13.1 Pendahuluan 293 13.2 Metode Persamaan Integral (Integral Equation Method) 294 13.3 Metode Elemen Hingga (Finite Element Method) 300
Daftar Isi
xi
13.4 13.5 13.6
Metode Diferensi Hingga Wilayah Waktu (Finite Difference Time Domain) 301 Metode Frekuensi Tinggi (High Frequency Methods) 307 Metode Hibrida 310
DAFTAR PUSTAKA GLOSARIUM TENTANG PENULIS
313 317 321 -oo0oo-
xii
Antena: Prinsip dan Aplikasi
