BAB II TEORI DASAR. Bentuknya dapat berupa model fisik (maket, bentuk prototipe), model citra

BAB II TEORI DASAR

2.1

Umum Model adalah rencana, representasi, atau deskripsi yang menjelaskan suatu

objek, sistem, atau konsep, yang seringkali berupa penyederhanaan atau idealisasi. Bentuknya dapat berupa model fisik (maket, bentuk prototipe), model citra (gambar rancangan, citra komputer), atau rumusan matematis. Pemodelan adalah deskripsi lengkap mengenai suatu sistem dari perspektif tertentu. Alasan pembangunan model adalah agar kita dapat memahami sistem yang akan dikembangkan secara lebih baik, atau dapat juga untuk menguji kebenaran data dari sistem objek tersebut[1]. Simulasi adalah suatu proses peniruan dari sesuatu yang nyata beserta keadaan sekelilingnya (state of affairs). Aksi melakukan simulasi ini secara umum menggambarkan sifat-sifat karakteristik kunci dari kelakuan sistem fisik atau sistem abstrak tertentu. Antena adalah elemen sistem komunikasi radio yang berfungsi untuk mentransfer energi listrik ke bentuk radiasi elektromagnetik melalui udara dan sebaliknya untuk menerima radiasi elektromagnetik di udara ke bentuk sinyal listrik. Antena merupakan perangkat perantara antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan saluran pencatunya. Ada banyak model antena komersil yang dapat diaplikasikan untuk jaringan 3G, salah satunya adalah antena Yagi[2].

Universitas Sumatera Utara

2.2

Gelombang Elektromagnetik Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat.

Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak terhadap benda lain (yang mungkin juga bersifat magnet). Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Akibat percobaan Hertz, kita mengenal istilah nirkabel atau pengiriman paket-paket energi dalam medan listrik dan medan magnet tanpa menggunakan perantara atau disebutnya sebagai point to point electric jumper. Yang kemudian dikenal dengan sebutan bluetooth. Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan, yaitu: 1. Panjang gelombang dikalikan

dengan frekuensi adalah kecepatan

cahaya : 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz. 2. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1 µeV/GHz. 3. Panjang gelombang dikalikan dengan energi per foton adalah 1.24 µeVm.


Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau ekuivalen dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik. Inti dari teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah : 1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet. 2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ) zat. Jika perubahan medan magnetiknya sinusoida maka dibangkitkan medan listrik yang juga berubah secara sinusoida. Selanjutnya perubahan medan listrik secara sinusoida ini membangkitkan medan magnetik yang berubah secara sinusoida. Demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetik ke segala arah inilah yang disebut gelombang elektromagnetik. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1. λ=

(2.1)

Dimana : λ

= panjang gelombang ( m)

c

= cepat rambat cahaya ( m/s )

ƒ

= frekuensi ( Hz )


Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Medium rambat adalah hampa udara (free space) dengan kecepatan rambatan c = 3 x

m/s. Spektrum

frekuensi gelombang elektromagnetik dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik Nama Band

Singkatan

Extremely Low Frequency Super Low Frequency Ultra Low Frequency Very Low Frequency Low Frequency Medium Frequency High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency

ELF

Band ITU 1

SLF

2.3

Frekuensi(f) 3-30 Hz

Panjang Gelombang ( λ) 100.000km – 10.000km

2

30-300 Hz

10.000km – 1000km

ULF

3

300 – 3000 Hz

1000 km – 100 km

VLF

4

3 – 30 KHz

100 km – 10 km

LF

5

30 – 300 KHz

10 km – 1 km

MF

6

300 – 3000 KHz

1 km – 100 m

HF

7

3 – 30 MHz

100 m – 10 m

VHF

8

30 – 300 MHz

10 m – 1 m

UHF

9

300 – 3000 MHz

1 m – 100 mm

SHF

10

3 – 30 GHz

100 mm – 10 mm

EHF

11

30 – 300 GHz

10 mm – 1 mm

Pengertian Antena Pada sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas

energi elektromagnetik ke udara atau ruang bebas, atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas. Antena merupakan bagian yang penting


dalam sistem komunikasi sehari-hari. Antena kita jumpai pada pesawat televisi, telepon genggam, radio, dan lain-lain. Antena adalah suatu alat yang mengubah gelombang terbimbing dari saluran transmisi menjadi gelombang bebas di udara, dan sebaliknya. Saluran transmisi adalah alat yang berfungsi sebagai penghantar atau penyalur energi gelombang elektromagnetik[3]. Gambar 2.1 memperlihatkan sumber atau pemancar yang dihubungkan dengan saluran transmisi AB ke antena. Jika saluran transmisi disesuaikan dengan impedansi antena, maka hanya ada gelombang berjalan ke arah B saja. Pada A ada saluran transmisi yang dihubungkan singkat dan merupakan resonator. Di daerah antena energi diteruskan ke ruang bebas sehingga daerah ini merupakan transisi antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas[4]. E

Gambar 2.1 Antena Sebagai Peralatan Transisi


2.4

Daerah Antena Daerah antena merupakan pembatas dari karakteristik gelombang

elektromagnetika yang dipancarkan oleh antena. Pembagian daerah disekitar antena dibuat untuk mempermudah pengamatan struktur medan dimasing-masing darah antena tersebut. Gambar 2.2 menjelaskan tentang daerah-daerah di sekitar antena [4].

Medan Jauh (Fraunhofer (Freshnel)

Medan Dekat Radiasi

Medan Dekat Reaktif

R

Gambar 2.2 Daerah Antena Ruang-ruang di sekitar antena dibagi ke dalam 3 daerah, yaitu : 1. Daerah medan dekat reaktif Daerah ini didefenisikan sebagai bagian dari daerah medan dekat di sekitar antena, dimana daerah reaktif lebih dominan. Apabila λ adalah panjang gelombang dan D adalah dimensi terluar antena, untuk kebanyakan antena batas terluar daerah ini, diperlihatkan oleh persamaan 2.3[4].

(2.2)


2. Daerah medan dekat radiasi Daerah ini didefenisikan sebagai daerah medan antena antara medan dekat reaktif dan daerah medan jauh dimana medan radiasi dominan dan distribusi medan bergantung pada jarak dari antena. Daerah ini sering juga disebut daerah Freshnel dimana [4] :

(2.3)

3. Daerah medan jauh Daerah medan jauh merupakan daerah antena dimana distribusi medan tidak lagi bergantung kepada jarak dari antena. Di daerah ini, komponen medan transversal dan distribusi angular tidak bergantung pada jarak radial dimana pengukuran dibuat. Semua spesifikasi diperoleh dari pengukuran yang dilakukan di daerah ini, dengan syarat [4] : (2.4)

2.5

Parameter Antena Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-

parameter 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.


2.5.1

Impedansi masukan Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus.

Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu [4]. (2.5) 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

, sehingga

persamaan di atas menjadi [4] :

(2.6)

2.5.2

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[4] : (2.7)


Di mana 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. b. c.

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat. :

tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna. : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.

Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [4] : (2.8) 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.

2.5.3

Return Loss Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang

direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas diantara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh [4]. : (2.9)


Nilai dari return loss yang baik adalah dibawah -9,54 dB, nilai ini diperoleh untuk nilai VSWR

2 sehingga dapat dikatakan nilai gelombang yang

direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah matching. Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.

2.5.4

Bandwidth Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana

kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwith dapat dicari dengan rumus berikut ini [4] : (2.10) Keterangan : = frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah Ada beberapa jenis bandwidth diantaranya : a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dB.


b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi dimana 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 ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

2.5.5

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 rumus berikut ini [4] : (2.11)

Dan jika arah ini tidak ditentukan, keterarahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum yang didapat dengan rumus [4] : (2.12) Keterangan : D

= keterarahan

D0

= keterarahan maksimum

U

= intensitas radiasi maksimum


Umax = intensitas radiasi maksimum U0

= intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi

2.5.6

Penguatan (gain) 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 rumus [4] : (2.13) 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 diantara kedua antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropic yang lossless. Secara umum dapat dihubungkan sebagai berikut [5] : (2.14) Keterangan : π

= 3,14

D

= Aperture antena (

)

λ

= panjang gelombang (meter)


Untuk antena Yagi aperturenya adalah 0.015472 meter², dimana frekuensi tengah adalah 2.045 MHz. Berdasarkan persamaan (2.1) maka didapat lambda (λ) sebesar :

λ=

=

= 0, 147 meter

Berdasarkan persamaan (2.14) besarnya gain dapat dihitung seperti dibawah, yaitu : =

=

2.5.7

= 9,9403 dBi

Pola Radiasi Pola radiasi pada sebuah antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi

matematis atau sebuah gambaran grafis dari komponen-komponen radiasi sebuah antena. Pola radiasi biasanya digambarkan dalam daerah medan jauh dan ditunjukkan sebuah fungsi koordinat direksional.

2.5.8

Frekuensi Resonansi Frekuensi resonansi sebuah antena dapat diartikan sebagai frekuensi kerja

antena dimana pada frekuensi tersebut seluruh daya dipancarkan secara maksimal. Pada umumnya frekuensi resonansi menjadi acuan menjadi frekuensi kerja antena.

2.6

Antena Directional Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena

unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidiretional adalah antena


yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.

2.6.1

Antena Unidirectional Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu

arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenis – jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi (Yagi Uda), antena parabola, antena helix, antena log-periodic, dan lain – lain. Gambar 2.3 memperlihatkan contoh antena unidirectional.

Gambar 2.3 Contoh Antena Unidirectional


2.6.2

Antena Omnidirectional Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala

arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena collinear, antena slotwave guide, dan lain – lain. Gambar 2.4 memperlihatkan beberapa contoh antena omnidirectional.

Gambar 2.4 Contoh Antena Omnidirectional


2.7

Antena Yagi Sejak ditemukan oleh S. Uda dan H. Yagi di Universitas Tohoku pada

tahun 1926, antena Yagi yang lebih tepat disebut antena Yagi-Uda banyak dibahas secara percobaan dan teori. Antena ini banyak sekali digunakan pada komunikasi radio amatir, dan kemudian sebagai antena penerima televisi, karena unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadap variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena Yagi Uda merupakan antena susun parasitik dari antena dipole. Antena ini umumnya terdiri dari sebuah reflektor, sebuah driven element, dan beberapa direktor. Hal ini bermuara pada berbagai bentuk elemen antena Yagi seperti yang dapat dilihat di pasaran[5]. Panjang elemen Yagi dipengaruhi oleh diameter elemen dan adanya sambungan-sambungan. Baik diameter elemen maupun banyaknya sambungan akan memberikan pengaruh terhadap kapasitansi antar elemen, seperti kita ketahui bahwa dua logam yang terletak sejajar tersebut akan merupakan suatu kapasitor. Pada Gambar 2.5 memperlihatkan dimensi serta kontruksi dari antena yagi.

Gambar 2.5 Dimensi dan Konstruksi Antena Yagi Uda


Antena Yagi yang termasuk dalam jenis antena-antena kanal gelombang berjalan, dalam bentuk bakunya terdiri dari sejumlah antena kawat dipole yang diletakkan sejajar dalam suatu bidang. Satu diantaranya merupakan dipole aktif, sedangkan yang lainnya adalah pasif. Satu dari dipole pasif ini berada dibelakang dipole aktif dan berfungsi sebagai pemantul, dipole pasif lainnya terletak di depan dipole aktif sebagai pengarah. Dalam konfigurasi ini arah depan merupakan arah pancaran antena. Diketahui dari teori – teori dipole gandeng bahwa dipole pasif akan berfungsi sebagai pemantul bila tahanan reaktifnya adalah indukitf. Karena itu panjang pemantul lebih besar dari setengah panjang gelombang. Dipole pasif akan berlaku sebagai pengarah kalau tahanannya kapasitif, karena itu panjangnya kurang dari setengah panjang gelombang. Biasanya satu dipole cukup sebagai pemantul karena pemantul tambahan tidak banyak pengaruhnya terhadap pola pancaran antena. Sebaliknya karena arah pancar antena sesuai dengan kedudukan pengarah, eksitasi intensif secara seri yang membentuk kanal gelombang berjalan ditunjang oleh jumlah pengarah, sehingga jumlah pengarahnya antara 2 hingga 12 merupakan hal yang umum.

2.7.1

Driven Elemen, Reflektor dan Direktor Sebuah elemen dalam sebuah antena susun mempunyai sebuah radiator

yang memiliki panjang ½λ. Elemen array tersebut tidak selalu memiliki panjang ½ λ karena beberapa tipe dari array memiliki panjang yang disesuaikan / diinginkan yang menunjukkan elemen tersebut memiliki reaktansi kapasitif atau reaktansi induktif [7]. Driven Element adalah suatu elemen yang menyediakan daya dari pemancar, biasanya melalui saluran transmisi. Sebuah elemen parasit adalah


elemen yang memperoleh daya secara sendirinya melalui penggandengan dengan elemen lain pada array dikarenaan karena jarak antar elemen yang berdekatan antara elemen[8]. Driven Element mempunyai panjang ½ λ. Sehingga rumus untuk menghitung total panjang Driven Element Yagi ditunjukkan pada Persamaan 2.16 sebagai berikut : L = 0.5 x K x λ

(2.15)

Keterangan: L

: Panjang Driven Element

K

: Velocity Factor ( pada logam 0.95 )

Λ

: Panjang gelombang (m)

Sebuah elemen parasit pada Gambar 2.6 disebut sebagai pengarah / direktor ketika pengarah tersebut menghasilkan pola pancar maksimum disepanjang garis perpendicular dari driven ke elemen parasit.

Gambar 2.6 Sistem element array yang menggunakan 1 buah director

Ketika radiasi maksimumnya berlawanan arah dengan pengarah/direktor dari elemen parasit melalui driven elemen seperti pada Gambar 2.7 maka elemen parasit itu dinamakan reflektor[7].


Gambar 2.7 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah elemen sebagai reflector Jika antena Yagi dibandingkan dengan beberapa antena, seperti antena Sektoral maupun antena Grid ataupun Parabola ada beberapa faktor yang mempengaruhi baik buruknya antena. Pada antena Grid baik digunakan karena antena yagi vertikal beam nya kecil, ditambah omni atau sektoral dengan vertikal beam kecil kelemahannya memang kalau jarak terlalu dekat dengan perbedaan ketinggian yang signifikan, link menjadi tidak stabil, solusinya yang benar menggunakan Grid di sisi pelanggan. Untuk daerah yang dekat, sebaiknya menggunakan penguatan rendah, karena memiliki beam yang cukup lebar begitu juga sebaliknya.

2.7.2

Impedansi Bersama Jika ada dua buah elemen yang memiliki panjang ½ λ yang saling

berdekatan satu sama lain. Jadi jika berasumsi bahwa daya yang dicatu pada salah satu elemen yang menyebabkan timbulnya arus. Ini menciptakan medan elektromagnetik yang menyebabkan terinduksinya tegangan ke elemen kedua yang menyebabkan arus mengalir di dalamnya pula. Arus yang mengalir pada


elemen ke dua akan menginduksi kembali elemen pertama, yang menyebabkan penambahan arus yang mengalir pada elemen pertama. Jadi total arus pada elemen pertama merupakan hasil penjumlahan arus mula-mula dengan arus yang diinduksikan. Dengan kehadiran elemen kedua, amplitudo dan phasa dari arus yang dihasilkan dari elemen pertama akan berbeda dengan elemen kedua ini yang dinamakan pengkopelan bersama (mutual coupling). Pengkopelan bersama (mutual coupling) akan menghasilkan impedansi bersama diantara 2 elemen. Impendansi bersama memiliki sifat yang reaktif dan resistif. Sifat dan besar impendansi feed point dari antena/elemen pertama tergantung pada amplitudo dari arus yang diinduksikan pada antena/elemen kedua, dan hubungan phasa antara arus sumber dengan arus yang diinduksikan. Amplituda dan phasa dari arus yang diinduksikan tergantung pada jarak antara elemen dan pada antena/elemen kedua menyebabkan terjadinya resonansi pada elemen kedua tersebut.

2.7.3

Jarak antar Elemen Panjang elemen Yagi dipengaruhi oleh diameter elemen dan adanya

sambungan-sambungan. Baik diameter elemen maupun banyaknya sambungan akan memberikan pengaruh terhadap kapasitansi antar elemen, seperti kita ketahui bahwa dua logam yang terletak sejajar tersebut akan menjadi suatu kapasitor.


Jarak antar elemen sangat mempengaruhi pengkopelan bersama (mutual coupling) antara elemen yang satu dengan elemen yang lain. Untuk saat sekarang ini belum ada formula khusus untuk merancang antena Yagi terbaik untuk band manapun. Tetapi dari hasil percobaan para ahli antena amatir didapatkan datadata yang menunjang untuk merancang antena Yagi. Menurut G.H. Brown Gain terbesar dari sebuah elemen parasit tunggal didapatkan dari penempatan jarak antara elemen dari 2 buah elemen. Pada Gambar 2.8 diperlihatkan sebuah kurva yang merupakan hasil analisa dari G.H. Brown yang menunjukkan pengaruh jarak

antara elemen parasit terhadap perolehan gain[6]. Pada Gambar 2.8 Gain yang diperoleh dengan menentukan jarak elemen didapatkan apabila elemen parasitnya beresonansi sendiri (self resonance). Hal ini terjadi pada jarak antara elemen 0,1 λ dan 0,25 λ. Gambar 2.8 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan Gain pada yagi 3 elemen Pada operasi reflektor, reflektor bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari pada frekuensi feed point/driven element (dengan cara memanjangkan sedikit lebih panjang daripada panjang driven element) dan agar memperoleh gain


maksimum, jarak antara elemen dijaga agar tidak melebihi 0.25λ. Syarat jarak antara reflektor dengan driven element yang diizinkan adalah 0.15λ sampai 0.25 λ[7]. Direktor/pengarah

dikonfigurasi

pada

frekuensi

tinggi

(dengan

memendekkan elemen sedikit lebih pendek daripada driven element) dan untuk memperoleh gain maksimum, jarak antara driven element dengan direktor diusahakan melebihi 0.1 λ dan tidak melebihi 0.15 λ. Jadi syarat jarak antara driven element dan direktor yang diizinkan adalah 0.1 λ sampai 0.15 λ.

2.7.4

Gain Perolehan Gain pada antena Yagi berdasarkan buku Arrl Antenna Book

(1976). Perolehan gain yang diperoleh dari banyaknya jumlah elemen pada antena Yagi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9 dimana semakin banyak elemen pada Yagi semakin besar pula Gain yang dihasilkan.

Gambar 2.9 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi.


2.8

Simulator Ansoft HFSS v10.0 Dalam Tugas Akhir ini simulator yang digunakan adalah Ansoft HFSS

10.0. Pada HFSS, model geometri secara otomatis dibagi kedalam sejumlah besar tetrahedron. HFSS adalah simulator gelombang elektromagnetik penuh dengan performa yang baik untuk pemodelan benda 3 dimensi yang memiliki volume yang berubah-ubah. HFSS ini menyatukan proses simulasi, visualisasi, dan proses pemodelan kedalam suatu bentuk yang mudah untuk dipelajari. Simulator ini dapat dimanfaatkan untuk menghitung parameter seperti S parameter, frekuensi resonansi, dan medan. Simulator ini khususnya digunakan pada bidang: a. Package Modeling  BGA, QFP, Flip-Chip b. PCB

Board

Modeling



Power/Ground

planes,

Mesh

Grid

Grounds,Backplanes c. Silicon/GaAs  Spiral Inductors, Transformers d. EMC/EMI  Shield Enclosures, Coupling, Near- or Far-Field Radiation e. Antennas/Mobile Communications  Patches, Dipoles, Horns, ConformalCell Phone Antennas, Quadrafilar Helix, Specific Absorption Rate(SAR), Infinite Arrays, Radar Cross Section(RCS), Frequency Selective Surfaces(FSS) f. Connectors  Coax, SFP/XFP, Backplane, Transitions HFSS adalah simulator interaktif yang elemen dasar mesh-nya adalah tetrahedron. Hal ini membuat kita dapat menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan bentuk geometri 3 dimensi yang berubah-ubah khususnya yang memilki bentuk dan kurva yang kompleks.


HFSS adalah kependekan dari High Frequency Structure Simulator. Ansoft merupakan software pelopor yang menggunakan Finite Element Method (FEM)

untuk

simulasi

elektromagnetik

dengan

mengembangkan

serta

menerapkan teknologi seperti tangential vector finite elements, adaptive meshing, dan Adaptive Lanczos-Pade Sweep (ALPS). Adapun tampilan dari HFSS dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Tampilan awal Ansoft HFSS v10.0


2.9

Proses Pencarian Solusi Simulator HFSS v10.0 Sebelum mengkomputasi nilai VSWR kedalam grafik, maka HFSS

Menghitung dulu nilai matrik parameter S pada suatu struktur port tertentu dalam setiap frekuensi dan hal ini dilakukan dengan skema Gambar 2.11 :

Gambar 2.11 Proses Pencarian Solusi HFSS v10.0

Dari Gambar 2.11 dapat dijelaskan bahwa : 1.

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.


2.

Parametric model adalah susunan yang terdiri dari bentuk geometri dan material yang tersusun didalamnya, yang akan membangun bentuk pemodelan simulasi. Pada tahap ini juga, kita memberikan pembatasaan. lingkup pada device pemodelan (Boundaries) dan mendefinisikan letak pencatuan model (Excitation).

3.

Sebelum

proses

simulasi

pencarian

solusi

dilakukan

maka

harus

diinisialisasikan parameter analisa terlebih dahulu (solution setup). Parameter ini meliputi: a.

Frekuensi unit : Parameter ini berfungsi untuk menentukan nilai frekuensi kerja mesh dalam proses pencarian solusi yang menggunakan sistem adaptive mesh.

b.

Nilai maksimum jumlah siklus mesh : Nilai ini adalah kriteria nilai jumlah siklus mesh untuk menghentikan proses pencarian solusi adaptive.

c.

Delta S : Nilai ini adalah nilai perubahan didalam magnituda parameter S antara dua lintasan yang saling berhubungan

Pada tahap ini juga kita memberikan nilai range frekuensi (frequency sweep) yang merupakan range frekuensi yang akan dicari nilai solusinya.

2.10

Instalasi Ansoft HFSS v 10.0 Ada beberapa syarat minimum yang harus dipenuhi untuk menginstal

Ansoft HFSS v10.0 ke dalam komputer. Adapun syarat minimumnya adalah : 1. Sistem operasi Windows XP (32/64 bit), Windows 2000, atau Windows server 2003. 2. Komputer ber-Pentium (diusahakan Pentium 4 keatas).


3. RAM minimum 128 Mb. 4. Memiliki minimum 8 Mb Video Card . 5. Mouse. 6. CD/DVD-ROM.

Adapun cara instalasi dari Ansoft HFSS v10.0 adalah sebagai berikut : 1. Buka folder Ansoft jalankan autorun.exe sehingga akan muncul tampilan seperti pada Gambar 2.12 lalu akan muncul beberapa opsi. Maka yang pertama dilakukan adalah memasang libraries (install libraries), lalu ikuti langkah-langkah yang seterusnya dengan menekan tombol next. dan pilihlah direktori dimana akan dipasang libraries tersebut.

Gambar 2.12

Tampilan Awal Ansoft HFSS v.10.0

2. Setelah lakukan pemasangan libraries, maka dilanjutkan dengan memasang simulator Ansoft HFSS dengan cara menekan install software. Lalu ikutin perintah-perintah pemasangan perangkat lunak tersebut. Lalu pilih lokasi untuk pemasangan Ansfot HFSS. Ikuti semua langkahnya dan proses instalasi dimulai. Dan perangkat lunakpun siap digunakan.


2.11

Cara Kerja Ansoft HFSS v.10.0 Ansoft HFSS adalah program yang sangat interakif dalam menampilkan

model peralatan frekuensi radio secara 3 (tiga) dimensi yang dibuat. Beberapa tahapan dalam Ansoft HFSS diantaranya adalah : 1. Membuat parameter dari suatu model yaitu perancangan bidang, boundries, dan excitation pada model yang dibuat. 2. Menganalisis model yaitu pada tahapan ini model yang telah dibuat akan dianalisis dengan memasukkan frekuensi yang diinginkan dan bentangan frekuensi yang diinginkan. 3. Hasil yaitu menampilkan hasil dalam bentuk laporan dua dimensi

(gambar,

tabel, grafik) maupun laporan dalam bentuk tiga dimensi. 4. Penyelesaian loop yaitu proses mendapatkan hasil sepenuhnya otomatis.

2.12

Third-Generation Technology (3G) Lebih dari lima tahun Teknologi 3G hadir di Indonesia sejak diluncurkan

oleh operator telepon seluler pada tahun 2006. Ada beberapa hal yang terkait dengan 3G (Third-Generation Technology) yaitu sejarah singkat mengenai Perkembangan, Teknologi dan Karakteristik pada 3G (Third-Generation Technology)[2].

2.12.1 Sejarah 3G (Third-Generation Technology) Pada dasarnya perkembangan teknologi komunikasi ini disebabkan oleh keinginan untuk selalu memperbaiki kinerja, kemampuan dan efisiensi dari teknologi generasi sebelumnya. Ada pun perkembangan teknologi nirkabel dapat dirangkum sebagai berikut:


1. Generasi Pertama : analog, kecepatan rendah (low-speed), cukup untuk suara. Contoh: NMT (Nordic Mobile Telephone) dan AMPS (Analog Mobile Phone System). Dimulai pada awal 1980-an sebagai bagian komersil dari AMPS. Menggunakan format FDMA (Frequency Division Multiple Access) yang membawa suara analog sebesar 800 MHz pita frekuensi. 2.

Generasi Kedua

: digital, kecepatan rendah - menengah.

Contoh: GSM dan CDMA2000 1xRTT. Berkembang di awal 1990-an saat operator seluler mengeluarkan 2 macam standar suara digital, GSM dan CDMA, dimana GSM menggunakan sistem TDMA (Time Division Multiple Access) yang mampu mengirimkan panggilan sampai 8 saluran di pita 900 dan 1800 MHz, sedangkan CDMA sendiri adalah singkatan dari (Code Division Multiple Access) yang mampu mengirimkan sinyal panggilan sampai 16 saluran di pita frekuensi 800 MHz. 3.

Generasi ketiga: digital, kecepatan tinggi (high-speed), untuk pita lebar (broadband). Contoh: W-CDMA (atau dikenal juga dengan UMTS) dan CDMA2000 1xEVDO. 3G merupakan terobosan dalam pengiriman paket data yang memungkinkan berbagai aplikasi jaringan diterapkan. Dengan kata lain, 3G menghadirkan sebuah perubahan evolusioner dalam kecepatan pemindahan data.[2]

2.12.2 Teknologi 3G (Third-Generation Technology) 3G (third-generation technology) merupakan sebuah standar yang ditetapkan oleh International Telecommunication Union (ITU) yang diadopsi dari IMT-2000 untuk diaplikasikan pada jaringan telepon selular. Istilah ini umumnya


digunakan mengacu kepada perkembangan teknologi telepon nirkabel versi ketiga. Melalui 3G, pengguna telepon selular dapat memiliki akses cepat ke internet dengan bandwidth sampai 384 Kb (kilobit) setiap detik ketika alat tersebut berada pada kondisi diam atau bergerak secepat pejalan kaki. Akses yang cepat ini merupakan andalan dari 3G yang tentunya mampu memberikan fasilitas yang beragam pada pengguna seperti menonton video secara langsung dari internet atau berbicara dengan orang lain menggunakan video. 3G mengalahkan semua pendahulunya, baik GSM maupun GPRS. Beberapa perusahaan seluler dunia akan menjadikan 3G sebagai standar baru jaringan nirkabel yang beredar di pasaran ataupun negara berkembang.

Teknologi 3G terbagi menjadi GSM dan CDMA. Teknologi 3G sering disebut dengan Mobile broadband karena keunggulannya sebagai modem untuk internet yang dapat dibawa ke mana saja. Secara umum, ITU, sebagaimana dikutip oleh FCC mendefinisikan 3G sebagai sebuah solusi nirkabel yang bisa memberikan kecepatan akses: •

Sebesar 144 Kbps untuk kondisi bergerak cepat atau menggunakan kendaraan bermotor.

•

Sebesar 384 Kbps untuk kondisi bergerak.

•

Paling sedikit sebesar 2 Mbps untuk kondisi statik atau pengguna stasioner.

•

Penggunaan General Packet Radio Service (GPRS) mencapai 114 Kbps


Sistem 3G dibutuhkan untuk memberikan layanan bit rate tinggi yang memungkinkan gambar dan video dengan kualitas tinggi dikirim dan diterima melalui wireless network, 3G juga diharapkan untuk memberikan akses ke internet dengan bit rate yang tinggi pula. Layanan 3G berada pada frekuensi 1.900 Mhz. ITU-T memang mendefinisikan layanan 3G untuk GSM pada frekuensi 1.900 Mhz dengan lebar pita sebesar 60 Mhz.

2.12.3 Karakteristik 3G Terdapat beberapa karakteristik 3G, yaitu : 1. Layanan suara dan data dengan bit rate tinggi, termasuk layanan multimedia. 2. Packet-switch. 3. Campuran dari berbagai layanan. 4. Enhanced Multiple Access Techniques. 5. Pola modulasi dengan efisiensi yang tinggi. 6. Bisa berdampingan dengan 2G.

Adapun cara untuk menguatkan sinyal 3G pada antena Yagi ini dapat dilakukan dengan menggunakan perpanjangan konektor. Konektor yang dapat digunakan adalah N konektor yang dihubungkan dengan internet modem atau pun wireless. Cara ini sama seperti kita memasang pada antena TV dimana ada konektor dari kabel antena yang harus dihubungkan ke TV. Cara ini sangat aman dan dapat menguatkan sinyal 3G dengan sangat signifikan tetapi dengan syaratsyarat tertentu, adapun syarat-syarat tersebut adalah :


Pertama :

Antena harus sesuai dengan frekuensi kerja Device dan Impedansi Device, karena apabila tidak ada kesesuaian maka sinyal bisa-bisa malah drop dan terjadi VSWR tinggi di dalam Device sehingga device cepat panas dan bisa berakibat kerusakan.

Kedua :

Device (perangkat penerima) harus memiliki soket untuk antena luar. Masalahnya tidak semua modem internet memiliki fasilitas tersebut apalagi USB Wireless atau konektor L sebagai pasangan konektor N.

Ketiga :

Harga sebuah antena eksternal yang bagus sangatlah mahal. Bahkan mungkin lebih mahal dari Internet Modem/Wireless.


BAB II TEORI DASAR. Bentuknya dapat berupa model fisik (maket, bentuk prototipe), model citra

Recommend Documents