BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS
4.1
Syarat Pengukuran Pengukuran suatu antena yang ideal adalah dilakukan di suatu ruangan
yang bebas pantulan atau ruang tanpa gema (Anechoic Chamber). Pengukuran antena dilakukan di daerah medan jauh antena, hal ini dimaksudkan agar antena tidak terpengaruh oleh medan dari benda-benda di sekitarnya. Jarak pengukuran
antara antena pemancar dengan penerima adalah
R>2
D2
λ , dengan D adalah
panjang dimensi terbesar antena. Untuk menghindari kesalahan dan data yang dihasilkan dapat dipertanggung jawabkan maka syarat-syarat pengukuran harus diperhatikan seperti frekuensi sistem harus stabil dan tidak boleh berubah-ubah, kriteria medan jauh dan lingkungan bebas pantulan harus dipenuhi, lingkungan bebas noise dan interferensi benda-benda sekelilingnya, dan antena diarahkan berimpit dengan sumbu utama. Namun kondisi ideal susah dicapai karena kondisi nyatanya adalah : Pengukuran antena sering kali dipengaruhi oleh pantulan gelombang yang tidak diinginkan. Pengukuran outdoor memberi kondisi lingkungan EM yang tidak terkontrol. Secara umum, teknologi pengukuran antena sangat mahal.
32
Melihat pertimbangan inilah maka akan dilakukan pengukuran antena dengan kondisi yang se-ideal mungkin. Dengan menggunakan sarana dan prasarana yang terbatas tetapi diharapkan mendapatkan hasil yang dapat dipertanggung jawabkan
4.2
Alat Ukur Perangkat ukur yang digunakan dalam pengukuran antenna ini adalah:
1. Network
Analyzer
(Anritsu),
range
300
KHz
-
6
GHz.
Alat ukur ini digunakan dalam pengukuran VSWR, bandwidth, dan impedansi antena. Network analyzer akan menampilkan grafik hasil ukur berupa VSWR fungsi frekuensi, dan impedansi dalam bentuk smith chart. 2. Spectrum Analyzer (GWInstek GSP-830), range 9 KHz - 3 GHz. Alat ukur ini digunakan dalam pengukuran gain, dan polarisasi dari antena yang diukur. Spectrum Analyzer digunakan untuk mengukur level daya terima. 3. Signal Generator (HAMEG 3GHz) Alat ukur ini berfungsi membangkitkan frekuensi dan level daya. 4.3 Pengukuran Karakteristik Antena 4.3.1 Pengukuran VSWR, Bandwidth, dan Gain Pengukuran VSWR dilakukan untuk mengetahui nilai gelombang berdiri yang disebabkan oleh sinyal pantul yang terjadi. Semakin besar nilai VSWR, maka semakin besar pula gelombang yang dipantulkan kembali ke transmitter. Nilai VSWR harus sesuai dengan ambang batas dari perangkat yang digunakan. Pada Tugas Akhir ini nilai VSWR yang diharapakan kurang dari 2 ( VSWR < 2,0).
33
Pengukuran bandwidth dilakukan untuk mengetahui daerah frekuensi yang dimiliki antena tersebut dengan batas VSWR tertentu (dalam hal ini VSWR < 2,0). Jika bandwidth antena besar, maka akan banyak aplikasi yang dapat dilakukan dengan menggunakan antena tersebut. Sedangkan pengukuran impedansi bertujuan untuk mengetahui apakah antena yang dipakai sesuai dengan impedansi saluran transmisi yang digunakan. Untuk mengukur VSWR, bandwidth dan impedansi antena, alat yang digunakan adalah Network Analyzer, merek Anritsu (300 KHz - 6 GHz) yang mempunyai kemampuan mengukur karakteristik antena dari frekuensi 300 KHz sampai dengan 6 GHz. 4.3.1.1 Prosedur Pengukuran VSWR, Bandwidth dan Impedansi Input Prosedur pengukurannya adalah sebagai berikut : 1. Kalibrasi Network Analyzernya beserta kabel koaxial yang dipergunakan dengan calibration kit yang tersedia sehingga nilai return loss mendekati nol untuk semua frekuensi. Langkah kalibrasi ini sangat penting untuk mendapatkan nilai validitas pengukuran sebaik mungkin. 2. Hubungkan antena AUT (antena under test) ke port 1 Network Analyzer. Posisi AUT adalah arah radiasi yang menjauhi Network Analyzer. 3. Tampilkan masing-masing parameter yang ingin diketahui melalui tombol format, kemudian catat serta rekam grafik hasil pengukuran tersebut. 4. Untuk VSWR didapatkan fungsi grafik SWR terhadap frekuensi, sedangkan impedansi input didapatkan fungsi grafik smith chart yang menggambarkan fungsi impedansi terhadap frekuensi.
34
Gambar 4.1 Konfigurasi Pengukuran VSWR, Bandwidth, dan Impedansi Gambar diatas memperlihatkan konfigurasi pengukuran VSWR, bandwidth dan Impedansi. Antena yang diukur terhubung melalui kabel koaxial 50 ohm pada port 1 Network Analyzer. 4.3.1.2 Hasil Pengukuran VSWR, Bandwidth 1. VSWR dan bandwidth
Gbr. 4.2 Grafik Hasil Pengukuran VSWR
35
Dari hasil pengukuran menunjukkan bahwa ada 3 buah niali VSWR dengan 3 frekuensi kerja yang berbeda : -
pada VSWR = 2,36, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.39 GHz.
-
pada VSWR = 1,40, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.42 GHz.
-
pada VSWR = 2,21, nilai frekuensi kerja(f) adalah 2.46 GHz. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada VSWR < 2 tercapai pada
frekuensi kerja 2,42 GHz. Dengan kata lain, antena ini menghasilkan nilai VSWR yang terbaik berada pada frekuensi 2,42 GHz yaitu 1,40. Selanjutnya frekuensi tersebut akan dipergunakan untuk mengukur pola radiasi dan bandwidth karena VSWR yang didapat sesuai dengan spesifikasi antena yang diharapkan.
Gambar 4.3 Grafik S1,1 hasil pengukuran 36
Dari gambar diatas terlihat bahwa Gain antena tersebut 15,56 dBi Sedangkan untuk bandwidth, dari hasil pengukuran di dapat : Bw = fu – fl = 2441,5 MHz – 2405 MHz = 36,5 MHz
Gambar 4.4 Bandwith hasil simulasi dengan wipl-d Dari Gambar diatas terlihat bahwa bandwidth frekuensi dari antena tersebut adalah : Bw = fu – fl = 2520 MHz – 2280 MHz = 240 MHz 4.3.1.3 Analisis Hasil Pengukuran VSWR dan Bandwidth Pada pengukuran VSWR, bandwidth dan impedansi dihubungkan dengan port Network Analyzer dengan impedansi 50 Ω. Dari pengukuran ini diharapkan transfer daya maksimum dengan impedansi antena yang bersifat resistif murni sebesar 50 Ω. Dari hasil pengukuran VSWR ≤ 2 diketahui hasil yang diperoleh sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan pada antena panel adalah:
37
Gambar 4.5 Impedansi hasil pengukuran antena
Gambar 4.6 Impedansi hasil simulasi dengan software wipl-d Dari kedua gambar tersebut dapat terlihat bahwa Impedansi antara Simulasi dan hasil pengukuran prototipe antena tidak jauh berbeda.
38
4.3.2 Pengukuran Pola Radiasi Pola radiasi dari suatu antena merupakan gambaran dari
intensitas
pancaran antena sebagai fungsi dari parameter koordinat bola (θ,φ). Komponenkomponen yang terdapat dalam gambaran pola radiasi adalah mainlobe, sidelobe, dan backlobe. Dari mainlobe bisa dilihat parameter Half Power Beamwidth (HPBW) dan First Null Beamwidth (FNBW). Pola radiasi antena diukur pada daerah medan jauh antena, karena pada daerah tersebut gelombang elektromagnetik yang terpancar tidak bergantung jarak dari antena. Nilai medan jauh dapat dihitung melalui persamaan R ≥
2L2
λ
dengan
L adalah dimensi terbesar dari antena dan λ adalah panjang gelombang. L dari antena panel ini adalah diagonal dari reflektor yang panjangnya= 25 cm, sedangkan λ=
c 3 x10 8 = = 0.125 m = 12 .5cm f 2.4 x10 9
Medan jauh dari AUT yaitu
2
2 L2
2( 25) = = 100 cm = 1m . λ 12 .5
Medan jauh antena Referensi yaitu
2 L2
λ
2
=
2( 25) = 100 cm = 1.0 m 12 .5
39
4.3.2.1 Prosedur Pengukuran Pola Radiasi Sinyal dari sistem lain
AUT
Sinyal Pantul
Sinyal Utama Pengirim
1.8 m
Rotator Sinyal yang tidak diinginkan
Spectrum Analyzer
Function Generator
2
R>
2L
λ
Gambar 4.7 Konfigurasi Pengukuran Pola Radiasi Pengukuran pola radiasi antena pada tugas akhir ini dilakukan di dalam ruang tertutup. Konsekuensi logis dari pengukuran di dalam ruangan adalah adanya gelombang elektromagnetik, pantulan sinyal seluler, wireless LAN Mercubuana. Hal ini akan turut mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. Rekayasa yang dilakukan antara lain : 1.
Menaikkan daya pancar yang keluar dari generator, hal ini bertujuan agar terjadi dominasi level daya pada frekuensi ukur. Power output yang dipakai sebesar -13 dBm.
2.
Menggunakan antena unidireksional pada sisi pemancar, penggunaan antena unidireksional bertujuan agar gelombang elektromagnetik yang terpancar akan terkonsentrasi pada boresight yang berhimpit dengan sumbu pengukuran.
3.
Mencari ruangan yang memiliki pantulan kecil, seperti bahan bangunan berupa kayu, karena kayu sangat berkompeten mengurangi pantulan.
4.
Pengukuran dilakukan pada waktu malam hari, pengukuran pada malam hari akan memberikan hasil yang lebih baik, karena variasi medan yang diterir
40
signalma lebih kecil, hal ini ditunjukkan level daya terima yang tidak berubah-ubah secara drastis. Langkah-langkah pengukuran: 1. Antena pemancar dihubungkan ke generator signal dan Antenna Under Test (AUT) dihubungkan ke spectrum analyzer 2. Pengukuran dilakukan dengan AUT berada pada jarak 1.6m dari antena pemancar, yaitu memenuhi jarak minimum medan jauh (R ≥ 1.59 m) 3. AUT diputar-putar secara azimuth atau elevasi per 100 Catat level terima yang terbaca pada spectrum analyzer. Semakin kecil resolusi sudut pemutaran, maka akan semakin terlihat pola radiasinya. Hasil pengukuran dicatat sebanyak dua kali dalam rentang waktu yang sama, tujuan dari ini adalah untuk mencari nilai rata- rata akibat dari fluktuasi level daya yang terus berubahubah akibat multipath. Hasil rata-rata yang didapatkan akan dinormalisasikan terhadap daya yang terbesar. Normalisasi ini akan menghasilkan gain normalisasi yang kemudian hasilnya akan digambarkan sebagai pola radiasi normal dalam skala logaritmis, ini dapat dilihat dalam skala nilai terbesar adalah 0 dB. Untuk melihat pola radiasi tersebut digunakan software Microsoft Excel.
4.3.2.2 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Setelah diperoleh level daya terima antena yang dicatat dan kemudian diolah dengan menggunakan software Excel, maka diperolehlah plot pola pancar dengan bentuk 2D sebagai berikut :
41
Gambar 4.8 Pola radiasi vertikal hasil perhitungan
Gambar 4.10 Pola radiasi vertikal hasil pengukuran
42
4.3.2.3 Analisa Perbandingan Hasil Pengukuran Pola Radiasi dan Simulasi. Dari hasil pengukuran dan simulasi antena panel diperoleh pola radiasi terlihat pada gambar 4.8 dan gambar 4.9. Hasil simulasi dan pengukuran terdapat penyimpangan pada besarnya mainlobe dan side lobenya. Tetapi secara keseluruhan hasil pengukuran dari antena panel tersebut mendekati hasil simulasi. Penyimpangan ini disebabkan karena disekitar area pengukuran terdapat beberapa objek pemantul seperti bangunan gedung, sehingga selain sinyal langsung, receiver juga menerima sinyal tak langsung akibat multipath. Perubahan suhu udara juga turut mempengaruhi perilaku gelombang yang terpancar, akibatnya pada sisi penerima terjadi variasi medan yang cukup besar. Sedangkan pada simulasi, vektor medan yang datang hanya dari gelombang yang dinginkan saja dan diasumsikan pembentukan pola pancarnya berada di suatu ruangan ideal tanpa adanya pantulan.
43
