BAB 2 TEORI DASAR. tanpa kabel (nirkabel) pada zaman ini, tidak ada sistem telekomunikasi wireless yang

BAB 2 TEORI DASAR 2.1

Antena Antena merupakan elemen penting yang ada pada setiap sistem telekomunikasi

tanpa kabel (nirkabel) pada zaman ini, tidak ada sistem telekomunikasi wireless yang tidak memiliki antena khususnya pada sistem Wireless Fidelity. Antena

adalah

alat

untuk

mengirim

dan

menerima

gelombang

elektromagnetik, bergantung kepada pemakaian dan penggunaan frekuensinya. Antena bisa berwujud berbagai bentuk, mulai dari seutas kabel, dipole, grid ataupun yagi. Antena adalah alat pasif tanpa catu daya (power), yang tidak bisa meningkatkan kekuatan sinyal radio. Itu seperti reflektor pada lampu senter, membantu mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal [1]. Sistem antena mempunyai beberapa komponen, yaitu feed system, konektor coaxial, mounting hardware. Feed system dikenal juga dengan istilah saluran transmisi (saltrans). Saluran transmisi ini membawa power dari dan menuju antena. Feed system biasanya berupa coaxial dan konektor coaxial mentransfer power antara bagian-bagian

yang

berbeda

pada

saluran

transmisi.

Mounting

hardware

menghubungkan antena dengan tiang antena. Mounting hardware inilah yang mengikat antena ke menara, tiang, atau gedung [2].

Universitas Sumatera Utara

2.2

Jenis-Jenis Antena Beberapa tipe antena yang biasa digunakan pada jaringan wireless dan banyak

tersedia di pasaran adalah antena Isotropis, antena RF dan antena Uni Directional (Dipole), antena Semi Directional, antena High Directional yang salah satu contohnya adalah antena Ceiling Indoor.

2.2.1 Antena Isotropis Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Oleh karena itu, dikatakanlah pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa stuktur antena yang lebih kompleks. Pada Gambar 2.1 menunjukkan gambar antena isotropis.

Gambar 2.1 Antena Isotropis

2.2.2 Antena RF Antena RF merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah sinyal frekuensi yang tinggi dalam suatu saluran transmisi (kabel atau waveguide) ke dalam gelombang propagasi di udara. Berikut ini adalah kategori umum dari antena RF yaitu antena Omni Directional, antena Semi Directional dan antena Highly Directional.

2.2.3 Antena Unidirectional (Dipole) Antena directional (Dipole) atau Omni Directional yaitu jenis antena yang memiliki pola pancaran sinyal ke segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas maka gain dari antena Omni Direktional harus memfokuskan dayanya secara horizontal (mendatar), dengan mengabaikan pola pemancaran ke atas dan ke bawah, sehingga antena dapat diletakkan di tengah-tengah base station. Dengan demikian keuntungan dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak. Namun, kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Pada Gambar 2.2 menunjukkan suatu radiasi dari antena dipole yang dikonsentrasikan ke dalam suatu daerah yang terlihat seperti donat, dengan posisi antena dipole yang vertikal yang disebut dengan hole dari donat. Sinyal dari suatu antena Omni Directional radiasinya 360 derajat. Penguatan tertinggi terlihat saat tekanan berada di puncak bagian donat.

Gambar 2.2 Antena Donat Dipole Radiasi dari antena dipole sama dalam semua arah di setiap sumbu axisnya, tetapi radiasinya tidak terlalu panjang dari kawatnya sendiri. Gambar bagian samping dari radiator antena dipole seperti gelombang radiasi pada Gambar 2.2. Gambar ini juga mengilustrasikan bentuk antena dipole seperti angka 8 dalam bentuk-bentuk radiasinya jika digambarkan dari samping seperti antena yang tegak lurus. Gambar 2.3 menunjukkan cakupan area dengan penguatan terbesar dari antena Omni Directional dan juga pada Gambar 2.4 ditunjukkan cakupan area dengan penguatan terbesar dari antena Omni Directional.

Gambar 2.3 Gambar Samping radiator Antena Dipole

Gambar 2.4 Cakupan area dengan penguatan terbesar dari antena Omni Directional Antena Omni Directional umumnya digunakan untuk desain point-tomultipoint dengan menggunakan topologi star, dan dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Hubungan Point-to-Multipoint

2.2.4 Antena Semi Directional Antena Semi Directional terdiri dari bermacam-macam bentuk dan jenis. Beberapa tipe antena Semi Directional yang sering digunakan bersama wireless LAN adalah antena Patch, Panel dan Yagi. Pada Gambar 2.6 menunjukkan contoh antena Semi Directional.

Gambar 2.6 Contoh Antena Semi Directional

Antena Semi Directional sering memancarkan dalam bentuk hemispherical atau pola lingkup silinder seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Jangkauan Antena Semi Directional Selanjutnya pada Gambar 2.8 menggambarkan

hubungan

antara

dua

bangunan yang menggunakan antena Semi Directional.

Gambar 2.8. Hubungan Point-to-Point Menggunakan Antena Semi Directional

2.2.5 Antena High Directional Antena Highly Directional memiliki daerah pancaran sinyal yang terbatas dari tipe antena apapun dan mempunyai gain yang besar dari ketiga group antena tetapi antena jenis ini mempunyai beamwidth yang sangat terbatas dan harus ditujukan secara akurat satu sama lain. Pada Gambar 2.9 menunjukkan bentuk pola radiasi antena Highly Directional.

Gambar 2.9 Pola Radiasi Antena Highly Directional

Antena Highly Directional secara khusus berbentuk cekung atau berbentuk piringan satelit. Contoh dari antena Highly Directional, yakni antena parabolic dan antena grid, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.10. Antena jenis ini cocok untuk jarak jauh dan untuk hubungan wireless point-to-point dan memancarkan pada jarak hingga 25 mil (42km) [4].

Gambar 2.10 Contoh Antena Highly Directional

2.3.

Indoor Ceiling Mount Antenna Antena ini merupakan salah satu antena Omni Directional yang meradiasikan

sinyal ke semua arah secara horizontal, tetapi juga menunjukkan adanya direktivitas dalam arah vertikal dengan mengonsentrasikan energinya ke bentuk kue donat. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Omni Directional dengan polarisasi horizontal biasanya lebih mahal dibandingkan dengan omni berpolarisasi vertikal karena lebih kompleks dalam pembuatannya dan diproduksi dalam jumlah yang lebih sedikit [2]. Antena Ceiling Indoor (Ceiling Putih Antena) adalah antena penguat sinyal dalam ruangan yang sangat usefull bagi pemakainya yang bekerja pada frekuensi 1710-2500 MHz dan telah didesain secara exclusive, antena ini dapat menaikkan penangkapan sinyal yang ada sampai 2 – 4 dBi sehingga radius sinyal yang

dipancarkan bisa naik dari radius indoor antena standar. Penggunaan antena ini harus disertai repeater dan hanya untuk di indoor saja. Antena ini juga memiliki fitur untuk Low VSWR Broadband, Compact Size Low Frofile, Ceiling Mount, N Female with pigtail dan memiliki spesifikasi model dengan bekerja pada frekuensi 1710 – 2500 MHz, radio frekuensi contact impedance 50 𝛺𝛺, VSWR < 1,5 , dan gain 4 dBi, dimensi 73 x 184 mm, dan beratnya 0,5 kg [5].

Penggunaan antena Ceiling Indoor ini cocok digunakan untuk basement lantai

dasar atau lantai satu bangunan, ruko, rumah, gedung pabrik, toko, gedung parkir, maupun gedung perkantoran. Tujuan dari penggunaan antena ini adalah untuk memperbaiki kualitas sinyal dan trafik di dalam gedung yang memiliki kualitas sinyal jelek atau memiliki trafik yang sangat padat. Kasus ini sering terjadi pada basement atau lantai dasar suatu gedung. Hal ini disebabkan karena redaman (loss) oleh bangunan terhadap daya sinyal dari dari BTS terdekat. Untuk memperbaiki level sinyal tersebut, maka diperlukanlah penguat sinyal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 [6].

Gambar 2.11 Arsitektur pemasangan Antena Ceiling Indoor pada gedung

Antena ini mempunyai sudut pancaran yang besar yaitu 360 derajat dengan daya lebih meluas dan jarak yang lebih pendek tetapi dapat melayani area yang luas. Antena ini biasanya tidak dianjurkan pemakaiannya karena sifatnya yang terlalu luas sehingga ada kemungkinan mengumpulkan sinyal lain yang akan menyebabkan interferensi.

Antena Ceiling Indoor ini bentuknya seperti lampu, yang apabila penutupnya dibuka, maka didalamnya terdapat bahan-bahan antena yang sebagian besar terbuat dari aluminium dan tembaga, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Indoor Ceiling Mount Antenna tanpa penutup

Secara umum geometri parameter antena Ceiling Indoor ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13 dan parameter bidang antena inilah yang digunakan untuk mencari perhitungan gain dan VSWR secara teori.

Gambar 2.13

Geometri Parameter Bidang Antena Ceiling Indoor

Keterangan :

R B1

B2 a

= jarak dari waveguide ke bidang corong antena B1 (3,5 cm) = diameter bidang corong antena yang lebih luas (10,11 cm)

= diameter bidang corong antena yang kecil (4 cm) = jari-jari tengah diameter corong antena B2 (2 cm)

Antena ini mirip dengan antena Horn Konikal, maka untuk mencari parameter antena Ceiling Indoor ini sama cara dengan mencari parameter dari antena Horn Konikal. Untuk mencari parameter tersebut, terlebih dahulu harus ditentukan panjang gelombang antena di ruang bebas (𝜆𝜆o) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.

𝜆𝜆 =

𝐵𝐵1 2 2𝑅𝑅

(2.1)

Setelah nilai (𝜆𝜆) diperoleh, maka dicari frekuensi kerja antena secara teori yang ditunjukkan pada Persamaan 2.2 berikut ini.

𝑓𝑓 =

𝑐𝑐

(2.2)

𝜆𝜆

Maka panjang gelombang pada saluran transmisi antena Ceiling Indoor (∆𝑙𝑙) dapat dihitung dengan Persamaan 2.3 berikut ini.

∆𝑙𝑙 =

𝜆𝜆𝜆𝜆

(2.3)

√𝜀𝜀 𝑟𝑟

dan impedansi karakteristik antena Ceiling Indoor ditentukan dengan Persamaan 2.4 sebagai berikut ini.

𝑍𝑍𝐿𝐿 = 50

∆𝑙𝑙

(2.4)

𝐶𝐶

(2.5)

𝑊𝑊

dimana,

𝑊𝑊 =

(𝜀𝜀 ) 2𝑓𝑓𝑓𝑓 � 𝑟𝑟+1 2

Keterangan :

W = lebar saluran pencatu 𝜀𝜀𝑟𝑟 = konstanta dielektrik antena (𝜀𝜀𝑟𝑟 aluminium = 9,8) C = kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108 m/s) f = frekuensi kerja antena (frekuensi tengah antena) [7]

2.4

Parameter Antena

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 impedansi masukan, Voltage Wave Standing Ratio (VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan penguatan.

2.4.1 Impedansi Masukan Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu. Pada Persamaan 2.6 menunjukkan persamaan dari impedansi masukan dari suatu antena.

𝑍𝑍𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝑍𝑍) =

𝑉𝑉� (𝑧𝑧) 𝑉𝑉0+ [𝑒𝑒 −𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 + Γ𝑒𝑒 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 ] 1 + Γ𝑒𝑒 𝑗𝑗2𝛽𝛽𝛽𝛽 � = 𝑍𝑍 = 𝑍𝑍0 � 1 − Γ𝑒𝑒 𝑗𝑗2𝛽𝛽𝛽𝛽 𝐼𝐼̃(𝑧𝑧) 𝑉𝑉0+ [𝑒𝑒 −𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 − Γ𝑒𝑒 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 ] 0

(2.6)

Dimana Zin merupakan perbandingan antara jumlah tegangan (tegangan masuk dan tegangan refleksi (V)) terhadap jumlah arus (I) pada setiap titik z pada saluran,

berbeda dengan karakteristik impedansi saluran (Z0) yang berhubungan dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang. Pada saluran transmisi, nilai z diganti dengan nilai – 𝑙𝑙 (𝑧𝑧 = −𝑙𝑙 ), sehingga

persamaan Persamaan 2.6 menjadi:

𝑍𝑍𝑖𝑖𝑖𝑖 (𝑙𝑙) =

𝑉𝑉� (𝑙𝑙) 𝑉𝑉0+ [𝑒𝑒 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 + Γ𝑒𝑒 −𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 ] 1 + Γ𝑒𝑒 −𝑗𝑗2𝛽𝛽𝛽𝛽 � � = + 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑍𝑍 = 𝑍𝑍 0 1 − Γ𝑒𝑒 −𝑗𝑗2𝛽𝛽𝛽𝛽 𝐼𝐼̃(𝑙𝑙) 𝑉𝑉0 [𝑒𝑒 − Γ𝑒𝑒 −𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 ] 0 𝑍𝑍𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 + 𝑗𝑗𝑍𝑍0 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = 𝑍𝑍0 � � 𝑍𝑍0 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 + 𝑗𝑗𝑍𝑍𝑙𝑙 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠

(2.7)

2.4.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ), yaitu: Γ=

𝑉𝑉0− 𝑍𝑍𝐿𝐿 − 𝑍𝑍0 = 𝑉𝑉0+ 𝑍𝑍𝐿𝐿 + 𝑍𝑍0

(2.8)

dimana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien

refleksi

tegangan

( )

memiliki

nilai

kompleks,

yang

merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari

adalah nol, maka:

a. Γ = −1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

b. Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.

c. Γ = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

Maka persamaan untuk mencari nilai VSWR adalah: 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 =

�𝑉𝑉� �𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 1 + |Γ| = 1 − |Γ| �𝑉𝑉� �

(2.9)

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR≤2. 2.4.3 Pola Radiasi Pola radiasi didefenisikan sebagai gambaran grafis dari sifat-sifat pancaran antena atau besaran yang menentukan ke arah mana sebuah antena memancarkan atau mendistribusikan energinya. Berbagai macam model matematika telah dianjurkan untuk memprediksikan karakteristik radiasi dari radiator antena mikrostrip patch sirkular. Ungkapan mengenai daerah jauh diperoleh dengan menggunakan model rongga yang sederhana dan memenuhi syarat untuk tujuan praktis. Pola radiasinya dapat digambarkan dengan menggunakan Persamaan berikut ini. 𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑘𝑘 0 𝑒𝑒 −𝑗𝑗 𝑘𝑘 𝑜𝑜 𝑟𝑟

𝐸𝐸𝜃𝜃 = −𝑗𝑗 𝑛𝑛

2

𝑟𝑟

2

𝑟𝑟

𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑘𝑘 0 𝑒𝑒 −𝑗𝑗 𝑘𝑘 0 𝑟𝑟

𝐸𝐸ϕ = 𝑛𝑛𝑗𝑗 𝑛𝑛

cos 𝑛𝑛𝑛𝑛𝐽𝐽𝑛𝑛′ (𝑘𝑘0 𝑎𝑎 sin 𝜃𝜃)

sin 𝑛𝑛𝑛𝑛

𝐽𝐽 𝑛𝑛 (𝑘𝑘 0 𝑎𝑎 sin 𝜃𝜃 ) 𝑘𝑘 0 𝑎𝑎 sin 𝜃𝜃

cos 𝜃𝜃

(3.0) (3.1)

Untuk mode dominan TM11 maka Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: 𝐸𝐸𝜃𝜃 = −𝑗𝑗𝑗𝑗 𝐸𝐸𝜙𝜙 = 𝑗𝑗𝑗𝑗

𝑎𝑎 𝑘𝑘 0 𝑒𝑒 −𝑗𝑗 𝑘𝑘 0 𝑟𝑟 2

𝑎𝑎 𝑘𝑘 0

𝑟𝑟

𝑒𝑒 −𝑗𝑗 𝑘𝑘 0

2 𝑘𝑘 0 𝑎𝑎 sin 𝜃𝜃

cos 𝜙𝜙 𝐽𝐽1′ (𝑘𝑘0 𝑎𝑎 sin 𝜃𝜃) cos 𝜃𝜃 sin 𝜙𝜙

(3.2) (3.3)

2.4.4 Gain (Penguatan) Gain adalah perbandingan rapat daya maksimum suatu antena terhadap rapat daya maksimum dari antena referensi dengan daya masukan sama besar. Gain menentukan seberapa besar Ada dua jenis penguatan (gain) pada antena, yaitu penguatan absolut (absolute gain) dan penguatan relatif (relative gain). Penguatan absolut pada sebuah antena didefenisikan sebagai perbandingan antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropic. Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara isotropic sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan 4π. Penguatan absolut ini dapat dihitung dengan Persamaan 3.4 berikut ini. 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 = 4𝜋𝜋

𝑈𝑈(𝜃𝜃, 𝜙𝜙) 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖

(3.4)

Selain penguatan absolut, ada juga penguatan relatif. Penguatan relatif didefenisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut [4]. 𝐺𝐺 = 𝑑𝑑

4𝜋𝜋𝜋𝜋(𝜃𝜃, 𝜙𝜙) 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙

(3.5)

Adapun cara lain untuk menghitung gain dari antena ini adalah dengan menggunakan Persamaan 3.6 sebagai berikut ini [8]. 𝑒𝑒 =

𝐺𝐺

𝐷𝐷

𝑥𝑥 100%

(3.6)

𝐺𝐺 =

е.𝐷𝐷

100 %

(3.7)

Keterangan : G = Gain Antena D = Direktivitas antena е = efesiensi antena (berkisar 60% sampai 70%) 2.4.5 Keterarahan (Directivity) Keterarahan dari sebuah antena dapat didefenisikan sebagai perbandingan (rasio) intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata pada semua arah. Intensitas radiasi rata-rata sama dengan jumlah daya yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan 4π. Jika arah tidak ditentukan, arah intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.8 berikut ini.

𝐷𝐷 =

𝑈𝑈 4𝜋𝜋𝜋𝜋 = 𝑈𝑈0 𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

(3.8)

Apabila arah ini tidak ditentukan, maka keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan Persamaan 3.9, yaitu [4]:

𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐷𝐷0 =

𝑈𝑈𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 4𝜋𝜋𝑈𝑈𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑈𝑈0 𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

(3.9)

Keterangan : D

= keterarahan

D0

= keterarahan maksimum

U

= intensitas radiasi maksimum

Umax = intensitas radiasi maksimum U0

= intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi

Adapun cara lain untuk menghitung direktivitas antena ini adalah menggunakan Persamaan 4.0 sebagai berikut ini [8].

𝐷𝐷𝑐𝑐 (𝑑𝑑𝑑𝑑) = 10 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙10 �𝜀𝜀𝑎𝑎𝑎𝑎

4𝜋𝜋 𝜆𝜆 2

(𝜋𝜋𝑎𝑎2 )�

(4.0)

Keterangan : 𝜀𝜀𝑎𝑎𝑎𝑎 = efisiensi antena berkisar antara 60% sampai 70% 𝑎𝑎

= jari-jari tengah diameter bidang antena B2

2.4.6 Bandwith Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwith dapat dicari dengan Persamaan 4.1 berikut ini.

𝐵𝐵𝐵𝐵 =

𝑓𝑓2 − 𝑓𝑓1 𝑥𝑥100% 𝑓𝑓𝑐𝑐

(4.1)

Keterangan : 𝑓𝑓2 = frekuensi tertinggi

𝑓𝑓1 = frekuensi terendah

𝑓𝑓𝑐𝑐 = frekuensi tengah

Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya: a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dBi. b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari. c. Polarization atau axial ratiobandwidth adalah rentang frekuensi dimana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dBi. 2.4.7 Polarisasi Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless, polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Pada Gambar 2.14 menunjukkan polarisasi antena.

Gambar 2.14 Polarisasi Antena Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi circular dan polarisasi cross.

a.

Polarisasi Vertikal Antena dikatakan berpolarisasi vertikal jika elemen antena vertikal terhadap

permukaan tanah. Polarisasi vertikal banyak digunakan pada jaringan wireless. Pada Gambar 2.15 menunjukkan polarisasi vertikal.

Gambar 2.15 Polarisasi Vertikal

b.

Polarisasi Horizontal Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika elemen antena horizontal

terhadap permukaan tanah. Polarisasi horizontal digunakan pada beberapa jaringan wireless. Pada Gambar 2.16 menunjukkan polarisasi horizontal.

Gambar 2.16 Polarisasi Horizontal c.

Polarisasi Circular

Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan elektromagnetik berputar secara konstan terhadap antena. Pada Gambar 2.17 menunjukkan polarisasi circular.

Gambar 2.17 Polarisasi Circular Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya, yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena.

d.

Polarisasi Cross Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi

horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebaliknya. Pada Gambar 2.18 menunjukkan polarisasi cross [4].

Gambar 2.18 Polarisasi Cross

2.5

Wireless Networking Istilah jaringan komputer tanpa kabel merupakan terjemahan dari istilah

wireless networking (jaringan wireless) yang berarti komunikasi data dalam sebuah jaringan komputer yang tidak memanfaatkan kabel sebagai media transmisi. Jaringan ini memanfaatkan gelombang mikro atau gelombang elektromaknetik. Teknologi jaringan wireless ini mulai dikembangkan untuk mengatasi hambatan dimana pemasangan kabel sudah tidak dapat dilakukan karena kondisi medan yang sangat sulit atau karena instalasi kabel sudah tidak mungkin ditambah lagi. Disamping itu, teknologi ini juga digunakan untuk menjawab kebutuhan pemakai jaringan yang memiliki mobilitas yang tinggi yang membutuhkan fasilitas yang memungkinkan mereka untuk mengakses setiap saat di manapun mereka berada [9]. Berdasarkan ukuran fisik area yang dicakup, jaringan wireless terbagi menjadi beberapa kategori. Beberapa tipe jaringan wireless secara umum mempunyai

karakteristik yang hampir sama dengan jaringan kabel tradisional. Beberapa di antaranya adalah: a. Personal Area Network ( PAN ) b. Local Area Network ( LAN ) c. Metropolitan Area Network ( MAN ) d. Wide Area Network ( WAN ) Secara garis besar perbandingan jaringan wireless secara umum terangkum pada Tabel 2.1 [10]. Tabel 2.1

Perbandingan Jaringan Wireless secara umum

TIPE wireless

CAKUPAN

KINERJA

PAN

Perorangan

Sedang

LAN

Dalam Gedung

Tinggi

MAN

Kota/Kawasan

Tinggi

WAN

Negara/Dunia

Rendah

STANDAR Bloototh, 802.15, dan IrDA 802.11, Wi-Fi 802.16, WIMAX Cellular 1G,2G,2,5G,3GNext G

METODE Menggantikan kabel Ekstensi dari jaringan kabel Fixed wireless Mobile

2.5.1 Wi-Fi (Wireless Fidelity) Jaringan Wireless LAN sangat efektif digunakan di dalam sebuah kawasan atau gedung. Dengan performa dan layanan yang dapat diandalkan, pengembangan jaringan Wireless LAN menjadi tren baru pengembangan jaringan menggantikan jaringan wired atau jaringan penuh kabel. WLAN digunakan untuk melayani aplikasi dan pengguna yang lebih banyak dari WPAN. Solusi dari pengembangan wireless LAN dapat mencakup sebuah kawasan rumah, kantor kecil, perusahaan, hingga ke area-area publik [11].

Teknologi wireless yang banyak digunakan saat ini adalah standard 802.11b yang disebut wireless fidelity atau Wi-Fi. Wi-Fi merupakan pembebasan dari jeratan kabel, sehingga pengguna jaringan dapat melakukan koneksi jaringan dimanapun, baik indoor maupun outdoor dalam range tertentu. Akan tetapi, kebebasan ini tidak seluruhnya benar karena kita harus mengkonfigurasi dan menyertifikasi perangkat yang akan digunakan dengan Wi-Fi CERTIFIED. Sertifikasi tersebut berarti bahwa kita dapat melakukan koneksi di manapun jika peralatan kita kompatibel dengan produk-produk yang mempunyai logo sertifikasi Wi-Fi CERTIFIED. Pengembangan jaringan Wi-Fi (hotspot) telah merambah pada area-area seperti universitas, airport, dan area publik lainnya, yang telah berlomba-lomba mengembangkan kawasan hotspot ini. Secara fungsional, sebuah kawasan hotspot menyediakan ketersediaan koneksi jaringan tanpa kabel di mana user menggunakan perlengkapan yang kompatibel untuk melakukan koneksi internet atau ke intranet, aktivitas e-mail, dan aktivitas jaringan lain. Peralatan yang digunakan tidak terbatas hanya Personal Computer atau laptop, akan tetapi peralatan mobile yang lain seperti PDA, telepon selular, notebook, atau peralatan game online lainnya. Beberapa komponen dalam wi-fi (hotspot) adalah: a. Station yang mobile b. Access Point c. Switch, Router, Network Access Controller d. Koneksi Internet kecepatan tinggi e. Internet Service Provider f. Wireless ISP [9]

Peralatan Wi-Fi tersedia secara “ off the shelf “ dari toko komputer, dan piranti Wi-Fi yang telah ditingkatkan dirancang untuk penggunaan ISP. Keuntungan Wi-Fi adalah sebagai berikut. a. Ubiquitous (ada dimana-mana) dan netral terhadap vendor, setiap piranti akan bekerja dengan yang lain tak tergantung manufacture. b. Biayanya terjangkau. c. Hackable (dapat diakses untuk dimanupulasi; ada banyak “hack” untuk meningkatkan jangkauan dan kinerja jaringan Wi-Fi. Kekurangan Wi-Fi adalah: a. Dirancang untuk LAN, dan bukan WAN (Wide Area Network). b. Menggunakan mekanisme CSMA. Hanya satu stasiun nirkabel yang dapat “berbicara” pada setiap saat, berarti satu pengguna dapat mendominasi waktu sumber daya jaringan [12]. Hal yang perlu dipahami dalam membangun sebuah kawasan wireless area adalah konfigurasi serta persyaratan apa yang harus dipenuhi serta untuk siapa wireless area ini diperuntukkan. Beberapa hal tersebut adalah ukuran lokasi cakupan, jumlah perkiraan user yang simultan, dan tipe pengguna wireless sasaran [10].

2.6

Simulator Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS versi 10.0 adalah software untuk program perancangan dan

pemodelan yang merupakan struktur simulator frekuensi tinggi. Ansoft HFSS v10.0 merupakan suatu tampilan full-wave electromagnetic (EM) yang dirancang dalam 3D untuk Microsoft Windows umumnya oleh pemakai. Ansoft HFSS v10.0 juga dapat

mengkalkulasi atau menghitung parameter-parameter seperti frekuensi resonansi dan lainnya. Ansoft HFSS versi 10.0 disini dipakai sebagai perancangan dan pemodelan untuk menggambar antena Ceiling Indoor dan memasukkan spesifikasinya, setelah dapat hasilnya lalu dibandingkan dengan hasil spesifikasi antena dari pabrik, apakah perbandingan dari ke duanya sama atau hampir sama ataupun berbeda. Selanjutnya pada Gambar 2.20 ditunjukkan suatu contoh tampilan pemodelan 3D dari simulator Ansoft HFSS v10.0.

Gambar 2.19

Contoh Tampilan 3D Ansoft HFSS v10.0

Ansoft HFSS v10.0 dapat digunakan untuk menghitung parameter-parameter dari antena dan frekuensi resonansi. Software ini juga secara khusus digunakan dalam bidang, yaitu: a. Package Modeling-BGA, QFP, Flip-chip b. PCB Board Modeling-Power/Ground Plane, Mesh Grid Ground, Backplane c. Silicon/GaAs-Induktor Spiral dan transformator d. EMC/EMI-Shield Enclousures, Coupling, Radiasi medan jauh atau radiasi medan dekat

e. Komunikasi Antena-antena Dipole, antena Yagi, antena Mikrostrip, antena Grid, Frequensi Selective Surface (FSS), dan sebagainya. f. Konektor –Koaksial, SFP/XFP, dan sebagainya.

Ansoft HFSS v10.0 merupakan simulator yang interaktif, dimana elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron.Tetrahedron membuat penyelesaian persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri tiga dimensi yang dapat disesuaikan bentuknya dengan keinginan pengguna, terutama bentuk yang memliki kelengkungan dan bentuk yang kompleks.

2.6.1 Instalasi Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS v10.0 memiliki syarat minimum untuk instalasi ke dalam komputer.Adapun syarat untuk instalasi ke dalam kompuer adalah sebagai berikut. a. Sistem Operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003. b. Komputer ber-pentium (diusahakan Pentium 4 keatas). c. RAM minimum 128 Mb. d. Memiliki minimum 8 Mb Video card. e. Mouse. f. CD/DVD-ROM. Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut. 1. Dibuka folder Ansoft, jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan HFSS Instalation Shell, lalu akan muncul beberapa opsi, maka yang pertama yang dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu diikuti langkah-

langkah seterusnya dengan menekan tombol next dan dipilih direktori, dimana akan dipasang libraries tersebut. 2. Setelah dilakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan menekan install software. Lalu diikuti perintahperintah pemasangan perangkat lunak tersebut, kemudian pilih lokasi pemasangan Ansoft HFSS dan diikuti langkahnya dan proses instalasi dimulai dan siap digunakan.

2.6.2

Cara Kerja Ansoft HFSS v10.0 Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan model

peralatan frekuensi radio secara tiga dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah: 1. Membuat parameter dari suatu model – perancangan bidang, boundaries, dan excitation pada model yang dibuat. 2. Menganalisis model – pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan. 3. Hasil – menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi (gambar, tabel, grafik) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi. 4. Penyelesaian loop – proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

2.6.3

Perancangan Dasar Model pada Ansoft HFSS v10.0 Perancangan model pada Ansoft dapat menggunakan bidang dua dimensi atau

tiga dimensi tergantung dari model yang akan dibuat. Semakin kompleks model yang

akan dibuat maka semakin kompleks dan banyak pula bidang yang digunakan pada Ansoft. Untuk membuat model awal dari model yang diinginkan maka dilakukan dengan menekan kursor ke arah geometri pada Ansoft HFSS. Setelah memilih bidang yang sesuai dengan model yang dibuat, maka yang dilakukan selanjutnya adalah masukkan beberapa nilai yang sesuai dengan model yang ingin dibuat. Misalkan membuat model kubus atau balok. Maka diarahkan kursor ke bentuk balok, lalu ditekan. Pada bidang koordinat Ansoft HFSS v10.0 yang akan digambarkan bentuk bidang balok tersebut.

2.6.4 Proses Pencarian Solusi Simulator Ansoft HFSS v10.0 Untuk mendapatkan grafik SWR suatu antena, bisa dicari dari nilai koefisien pantul ( Г ) dan koefisien pantul ini erat hubungannya dengan parameter S. Sebelum mengkomputasi nilai SWR kedalam grafik, maka HFSS menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema seperti Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Proses pencarian solusi HFSS 10.0

Dari Gambar 2.20 dapat dijelaskan bahwa: a. Tipe solusi yang digunakan pada simulator Ansoft HFSS v10.0 ada 3, yaitu driven modal, driven terminal, dan eigenmode. Untuk pemodelan tentang antena, saluran mikrostrip, dan waveguide, dipergunakan tipe solusi driven modal. Tipe ini dipergunakan karena merupakan tipe khusus untuk mengkalkulasi mode dasar parameter S untuk elemen pasif berstruktur frekuensi tinggi yang arus tegangannya dikendalikan oleh sumber generator. b. Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga diberikan pembatasan lingkup pada device pemodelan

(Boundaries)

dan

didefenisikan

letak

pencatuan

model

(Excitation). c. Sebelum proses simulasi pencarian solusi dilakukan maka harus

diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi: 1. Frekuensi unit. Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh. 2. Nilai maksimum jumlah siklus mesh. Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive. 3. Delta S. Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan. Pada tahap ini juga diberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya [4].