Antenna NYOMAN SURYADIPTA, ST, CCNP
1
Topik Pendahuluan
Jenis Antena Parameter
Pelemahan (attenuation) Multi Antena
2
Pendahuluan Prinsip Dasar
Klasifikasi Propagasi
3
Pendahuluan Prinsip dasar Antena adalah transducer - Konversi Energi dari Sinyal RF ke Gel EM
Terbuat dari bahan konduktor Penyebaran Gel EM melalui penyebaran radiasi yang dipancarkan ke ruang bebas (udara, hampa,air) Transmisi (Tx)- radiasi Gel EM ke Ruang bebas Reception/Receiver (Rx) - menerima Radiasi Gel EM dari Ruang bebas Free Space atau Ruang bebas dapat berupa Udara, Hampa atau Air
Untuk komunikasi 2 arah antena yang sama dapat berfungsi sebagai Tx & Rx Penyebaran radiasi Gel EM ditentukan oleh frekuensi dan power output
4
Pendahuluan Klasifikasi Omnidirectional
Sebaran Radiasi merata kesemua arah dengan sudut 360 derajat Directional
Sebaran radiasi lebih sempit agar lebih fokus, sudut sebaran bervariasi 30,60,90 dsb Isotropic Antenna
Antena ideal yang hanya ada secara teoritis Memiliki sebaran radiasi ke semua arah secara sempurna
digunakan sebagai acuan dalam mendesain sebuah antena dengan tingkat radiasi yang mendekati isotropis
5
Pendahuluan Klasifikasi - Omnidirectional Sebaran Radiasi bersifat melebar dengan area sebaran 360 derajat
6
Pendahuluan Klasifikasi - Directional Sebaran Radiasi bersifat melebar dengan area sebaran lebih focus dengan sudut tertentu
7
Pendahuluan Klasifikasi - Isotropis Antena ideal secara teoretis - Sebaran Radiasi bersifat melebar kesamping & keatas secara merata membentuk pola radiasi bola sempurna
8
Pendahuluan Propagasi Propagasi LOS – Line of Sight Propagasi N-LOS – Non Line of Sight
9
Pendahuluan Propagasi - LOS
10
Pendahuluan Propagasi – LOS - Definisi
LOS – Line of Sight adalah kondisi dimana antara pengirim Tx dan Penerima Rx dapat saling melihat tanpa penghalang Secara umum dipakai sebagai standar koneksi BWA (Broadband Wireless Access) Mengharuskan Tx & Rx dalam 1 garis pandang Penghalang (obstacle) merupakan faktor pelemahan Gel yang harus diminimalisir Digunakan untuk Koneksi Point to Point atau satu ke satu
11
Pendahuluan Propagasi – LOS – Sample Setup
12
Pendahuluan Propagasi – LOS – Faktor Tinggi Penghalang - Pohon, Gedung, dsb Panjang Lintasan
Faktor K - Faktor pengali jari-jari Bumi, k = 4/3 Kontur Bumi / Kondisi permukaan bumi bisa berupa bukit, lembah dsb
Daerah Freznel / Freznel Zone
13
Pendahuluan Propagasi – LOS – Formula – Tanpa penghalang Formula untuk menghitung jarak maksimum antar 2 antena tanpa penghalang
dmax 3.57 h1 h2 d = Jarak antar Antena (km) h1 = tinggi antena1 (m) h2 = tinggi antena2 (m) K = Faktor pengaturan dari Pembiasan K = 4/3
14
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone Jika terdapat penghalang komunikasi LOS P2P maka digunakan metode perhitungan Freznel Zone Dalam dunia Optik & Radio istilah Freznel Zone / Area Freznel menggambarkan sebuah metode untuk memaksimalkan kekuatan (strength) Sinyal yang ditransmisikan & di terima receiver dan meminimalisir efek dari penghalang (obstacles)
Area Freznel digambarkan berupa elips area yang mewakili Area Pancar Gel EM antar 2 antena yang saling berhadapan (P2P) Ditemukan oleh Ilmuwan Perancis Augustin-Jean Fresnel 1827
15
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone
16
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone
Fz = 17.31 𝑥
𝑑1 𝑥 𝑑2 𝑓𝑥𝑑
r = area freznel zone d = jarak antar kedua antenna yang saling terkoneksi (meter) f = frekuensi (MHz) d1 = jarak antenna pertama dari penghalang (meter) d2 = jarak antenna kedua dari penghalang (meter)
17
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone - Sample Misal jarak antar antenna (d) 4km dan ditengah terdapat pohon, dimana jarak antena pertama ke penghalang 1,5 km dan jarak antenna kedua dari penghalang 2,5 km, Frekuensi Antena 2437 MHz hitunglah berapa area freznel zone
18
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone - Sample
Fz = 17.31 𝑥
1500 𝑥 2500 2437 𝑥 4000
Fz = 17.31 𝑥
3750000 9748000
Fz = 10,74 𝑚 19
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone - Sample Dari Freznel Zone = 10,74 meter Jika Tinggi antena 1 dan 2 masing-masing 15m Maka tinggi area Freznel Zone dari permukaan tanah adalah :
15 m – 10,74 m = 4,26 m Jika ternyata banyak penghalang memiliki ketinggian melebihi 4,26 m disarankan meninggikan Antena Pemancar, misal menggunakan Tower
20
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone
Fz = 0,6 𝑥 17.31 𝑥
𝑑1 𝑥 𝑑2 𝑓𝑥𝑑
Jika diinginkan Area Freznel zone bebas hambatan sebesar 60%
21
Pendahuluan Propagasi – LOS – Freznel Zone
Fz = 0,8 𝑥 17.31 𝑥
𝑑1 𝑥 𝑑2 𝑓𝑥𝑑
Jika diinginkan Area Freznel zone bebas hambatan sebesar 80%
22
Pendahuluan Propagasi – NLOS - Definisi
N-LOS adalah kondisi dimana antara pengirim Tx dan Penerima Rx tidak harus dapat saling melihat Perangkat penerima bebas berada dilokasi manapun selama masih didalam coverage area
Dapat menggunakan antena Omni atau directional Digunakan untuk Koneksi Point to Multipoint
HOME
23
Jenis Antena Directional Omnidirectional
24
Jenis Antena Directional
P2P – Point to point
PMP – Point to Multipoint Dual mode P2P / PMP
25
Jenis Antena Directional
Jenis Antena directional P2P,PMP maupun dual mode dapat menggunakan Frekuensi Unlicensed maupun Licensed 900 MHz - Licensed 2.4 GHz 3.5 GHz - Licensed 3.6 GHz 4.9 GHz 5.1 GHz 5.2 GHz 5.4 GHz 5.7 GHz 5.9 GHz
26
Jenis Antena Directional – P2P Jenis Antena Directional P2P mengharuskan posisi Tx & Rx dapat saling melihat / LOS Biasa digunakan untuk koneksi akses Pita lebar atau BWA (Broadband Wireless Access) menghubungkan Jaringan Wireless antar Gedung atau Tower BTS seluler. Semua antenna BWA melakukan komunikasi 2 arah Tx & Rx secara bersamaan Didalam Jaringan BTS seluler Antena jenis BWA digunakan sebagai jalur Backbone komunikasi antar BTS BWA – merupakan standar akses wireless kecepatan tinggi 1 – 300 Mbps
Antena jenis Dorectional banyak digunakan untuk WMAN Misal Parabolic, Flat Pannel, Yagi Grid, Circular Yagi, Yagi Radome
27
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - BWA Sample : Motorolla Canopy
28
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - BWA Sample : Backbone antar BTS Seluler
29
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - BWA Sample : Backbone antar BTS Seluler
30
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - BWA Pola Radiasi
31
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - BWA
32
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - Satelit Pola Radiasi
33
Jenis Antena Directional – P2P Parabolic - Satelit
Koneksi antar Stasiun Bumi
34
Jenis Antena Directional – P2P Patch Panel
35
Jenis Antena Directional – P2P Yagi - Grid
36
Jenis Antena Directional – P2P Yagi - Circular
37
Jenis Antena Directional – P2P Yagi - Radome
38
Jenis Antena Directional – PMP Jenis Antena Directional PMP (Point to Multipoint) tidak mengharuskan posisi Tx & Rx dapat saling melihat / NLOS Biasa digunakan sebagai Stasiun pemancar ke banyak User
Misal BTS seluler menuju ke banyak Handphone, TV rumahan yang bisa menerima banyak saluran
Misal Sectoral, Yagi, Dipole, Parabolic
39
Jenis Antena Directional – PMP Sectoral / Panel
40
Jenis Antena Directional – PMP Yagi
41
Jenis Antena Directional – PMP Yagi
42
Jenis Antena Directional – PMP Dipole – Rabbit Ear
43
Jenis Antena Directional – PMP Parabolic – Satelit
Stasiun Bumi ke Parabola Penerima Contoh : Siaran TV Digital, Jaringan ATM Bank
44
Jenis Antena Directional – Dual Mode (PMP & P2P) Beberapa jenis antenna BWA sudah mendukung dual mode, dimana antenna bias difungsikan untuk koneksi PMP maupun P2P tergantung kebutuhan
Misal Sectoral, Patch, Panel Antena
45
Jenis Antena Directional – Dual Mode (PMP & P2P)
46
Jenis Antena Directional – Dual Mode (PMP & P2P)
47
Jenis Antena OmniDirectional – PMP Jenis Antena Omni-Directional PMP (Point to Multipoint) tidak mengharuskan posisi Tx & Rx dapat saling melihat / NLOS Biasa digunakan sebagai Stasiun pemancar ke banyak User dengan sifat sebaran merata 360 derajat Banyak digunakan untuk stasiun pemancar TV, Radio, Wifi
Misal Monopole
48
Jenis Antena OmniDirectional – PMP Monopole - Stasiun Radio/ TV
Hanya sebagai pemancar / komunikasi 1 arah (Tx)
49
Jenis Antena OmniDirectional – PMP Monopole - Wifi
Mendukung Komunikasi 2 arah (Tx / Rx)
50
Jenis Antena Contoh : Penggunaan Omni & Directional Omni – Sisi Pemancar (Tx)
Directional – Sisi Penerima (Rx)
Answer : Stasiun TV Stasiun TV – Monopole TV penerima – Directional Yagi Tujuan : Sisi penerima menggunakan Directional Yagi agar lebih kuat dalam menerima sinyal yang dipancarkan oleh Stasiun Pemancar
51
Jenis Antena Contoh : Penggunaan Omni & Directional
52
Jenis Antena Contoh : Penggunaan Omni & Directional
53
Jenis Antena Contoh : Penggunaan Omni & Directional
54
Jenis Antena Sample : PMP & P2P Cambium Networks
HOME
55
Parameter Dalam komunikasi LOS ditentukan oleh beberapa factor penting berikut untuk mengetahui kualitas link atau dikenal juga dengan istilah Link Budget
Jarak / Range (m)
Gain (dBi) Power (dBm)
Loss (dB) Sensitivity (dB)
56
Parameter Range :jarak antara kedua antenna (m) Gain Antenna : daya antenna atau kekuatan radiasi dengan satuan dBi, symbol i mengacu pada antena ideal isotropis, misal grid punya daya 24 dBi Power Antena : Rasio daya dalam decibel atau dBm dan digunakan dalam Radio & Jaringan Serat Optik (FO)
Cable Loss : hilangnya daya oleh kabel, misal kabel RG 58 dengan panjang 1 meter memberikan loss sebesar 0.8 dB, LMR-400 dalam 1 meter akan membuat daya hilang sebesar 0.2 dB Sensitivity : merupakan sensitivitas antenna, rata – rata sensitivity dari perangkat yang beredar sekarang -95 dB Ref : http://www.ocarc.ca/coax.htm
57
Parameter Menghitung dBm X = 10 Log P
Dimana : X = jumlah desibel yang di hasilkan (dBm) P = daya dalam miliwatt (mW) Misal : wifi laptop mengeluarkan power sebesar 100 miliWatt maka : X = 10 Log P X = 10 Log (100) X = 20 dBm maka daya yang dikeluarkan oleh wifi laptop kita adalah sebesar 20 dBm
58
Parameter Pemancar Total Gain = (TX1 + AG1 - CL1 ) + (AG2 - CL2)
keterangan : TX1 = TX Power Radio 1 (dBm) AG1 = Antenna Gain Radio 1 (dBi) CL1 = Cable Loss Radio 1 (dB) AG2 = Antenna Gain Radio 2 (dBi) CL2 = Cable Loss Radio 2 (dB)
59
Parameter Penerima Total Gain = (TX2 + AG2 - CL2 ) + (AG1 - CL1)
keterangan : TX2 = TX Power Radio 2 (dBm) AG2 = Antenna Gain Radio 2 (dBi) CL2 = Cable Loss Radio 2 (dB) AG1 = Antenna Gain Radio 1 (dBi) CL1 = Cable Loss Radio 1 (dB)
60
Parameter LFSL = 40 + 20 * Log r keterangan LFSL = Hambatan bebas udara atau Path Loss (dB) r = jarak antar kedua antenna (meter)
61
Parameter Diketahui 2 buah antenna wireless P2P dengan 5 km, radio pertama memiliki daya sebesar 150 miliWatt antenna parabolic dan gain sebesar 24 dBi serta menggunakan kabel 1 meter, dimana 1 m kabel akan mengurangi gain sebesar 1 dB. Sementara itu radio kedua memiliki daya 100 miliWatt antena parabolic dengan gain sebesar 20 dBi, kabel 2 meter dimana 1 meter kabel akan mengurangi sinyal sebesar 1 dB.
Sensivitas Penerima Radio pertama -90 dB dan Sensivitas Penerima Radio kedua adalah -95 dB.
Hitung a. Kekuatan Sinyal yang didapatkan oleh Radio di titik pertama. b. Kekuatan Sinyak yang didapatkan oleh Radio di titik kedua.
62
Parameter X = 10 Log P X = 10 Log 150 X = 21.76 dBm X = 22 dBm Total Gain = (22 dBm + 24 dBi - 1 dB) + (20 dBi - 2 dB) Total Gain = 63 dB
LFSL = 40 + 20 * log r LSFL = 40 + 20 * log (5000) LSFL = 113,97 dB LSFL = 114 dB
63
Parameter setelah kita mendapatkan redaman ruang bebas (Path Loss) tinggal dikurangi aja sama Total Gain Kekuatan Sinyal = 63 dB - 114 dB = -51 dB
Jika sensitivitas penerima radio kedua (di sisi client) -95 dB maka tinggal mengurangi dengan kekuatan sinyal radio pertama sbb : 95 dB - 51 dB = 44 dB
64
Parameter X = 10 log P X = 10 log 100 X = 20 dBm Total Gain = (TX2 + AG2 - CL2) + (AG1 - CL1) Total Gain = (20 dBm + 20 dBi -2 dB) + (24 dB - 1 dB) Total Gain = 61 dB Kekuatan Sinyal = 64 dB - 114 dB = -53 dB Jika Sensitivitas Radio Penerima pertama (pemancar) -90 dB maka 90 dB - 53 dB = 37 dB HOME
65
Pelemahan (Attenuation) Thermal Noise Distorsi
Free Space Loss (Rugi-rugi ruang bebas) Serapan Atmosfir
Multipath
66
Pelemahan (Attenuation) Thermal Noise - Definisi
Semua perangkat elektronik menghasilkan pergerakan elektron yang menimbulkan peningkatan suhu Suhu yang meningkat disebut juga kalor/panas Kalor atau panas yang berlebihan akan berpengaruh terhadap kinerja komponen
Kalor akibat peningkatan suhu tidak dapat dihilangkan Untuk meminimalisir dilakukan pengaturan Power Output yang tepat
67
Pelemahan (Attenuation) Thermal Noise - Formula Thermal noise dengan bandwidth B Hertz (dalam watt atau decibel-watts atau dBw)
N kTB N 10 log k 10 log T 10 log B 228.6 dBW 10 log T 10 log B ◦ ◦ ◦ ◦
N = Kepadatan Energi Noise watts (dBw) k = Konstanta Boltzman = 1.3803 10-23 J/oK T = temperature kelvin B = Frekuensi (Hz)
68
Pelemahan (Attenuation) Distorsi Terjadi karena kontaminasi sinyal transmisi sinyal yang diterima mengalami cacat atau rusak
Dapat disebabkan oleh perangkat transmitter yang mengalami kerusakan maupun medium perambatan yang berbeda-beda (missal menembus tembok, air, penghalang dsb)
69
Pelemahan (Attenuation) Free Space Loss (Rugi-rugi ruang bebas) Sun Outage - Gerhana Matahari (khusus satelit) Fog - Kabut
Rain - Hujan Salju - Snow
70
Pelemahan (Attenuation) Multipath
HOME
71
Multi Antena Konsep Dasar Penggunaan Multi Antena (antena lebih dari satu) = multiple Transmitter & Multiple Receiver = Data yang dikirim secara bersamaan lebih banyak Multi antenna memanfaatkan Fenomena Multipath dimana sinyal yang dipantulkan atau dihamburkan ke segala arah dapat diterima dengan baik di sisi Receiver Fenomena Multipath terjadi karena banyaknya penghalang (obstacles) seperti tembok, cermin, pohon, gedung dsb Akibat Multipath tersebut sinyal yang sampai akan memiliki jalur dan waktu tiba yang berbedabeda di receiver, tetapi Multi antenna di reveiver akan mengkombinasikan Sinyal tersebut Untu bekerja dengan baik di sisi Client (Rx) dan Pemancar (Tx) harus sama-sama menggunakan multiple antena
Saat ini di lapangan banyak AP/Wifi sudah mendukung teknologi MIMO tetapi card wifi di notebook hanya support SISO (single input single output) atau single antena
72
Multi Antena MIMO Multiple Input Multiple Output Penggunaan Multiple Antena di sisi Transmitter & Receiver
Multiple Input & Output mewakili Jumlah Kanal Radio (Radio Channel) yang membawa Sinyal Peningkatan Throughput & Jangkauan Sinyal tanpa harus menaikkan Power Transmit Spatial Multipleksing Mendukung Beam Forming Signal IEEE 802.11n, 4G LTE 3GPP, Wimax dan HSPA+
73
MIMO
HOME
74
Q&A 1.Seiring perkembangan teknologi seluler saat ini dikenal istilah smartphone, berapa banyak jenis antenna yang terpasang didalam sebuah smartphone ?
WLAN – 2,4 GHz Bluetooth – 2,4 GHz (Low Range)
GSM/CDMA 800, 1800, 2100, 1900 MHz NFC – 13,56 MHz GPS - L1 (1575.42 MHz) dan L2 (1227.60 MHz) Radio FM 90 – 100 MHz LTE – 700 MHz, 2500 MHz HOME
75
Q&A Modul Antena
Modul GSM
Modul WLAN
Modul LTE
76
Thank You
77
