60
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1 U mum
Setelah menjalani proses perancangan, pembuatan, dan pengukuran parameter-parameter antena horn piramida, maka proses selanjutnya yaitu mengetahui hasil pengukuran parameter-parameter antena, pengujian pada jaringan wireless LAN 2,4 GHz, serta analisa data hasil pengukuran, perbandingan parameter-paramter antena antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran , dan pengujian apakah antena yang dibuat sesuai dengan harapan dan dapat diimplementasikan pada jaringan wireless LAN 2,4 GHz. Tahapan ini dimaksudkan untuk mengetahui kinerja antena yang telah dibuat.
Hasil pengukuran parameter-parameter antena horn piramida meliputi nilai VSWR, impedansi input, pola radiasi dan gain optimum pada frekuensi 2,4 GHz.
4.2 Hasil pengukuran VSWR
Dari pengukuran VSWR antena Horn Piramida yang telah dilakukan pada range frekuensi 2 GHz –2,8 GHz maka dapat diketahui nilai-nilai VSWR pada tabel berikut ini.
Tabel 4.1Hasil Pengukuran VSWR Antena Horn Piramida
No. Frekuensi (GHz) Nilai VSWR
1 2,185 1,365
2 2,269 1,448
3 2,337 1,299
5 2,364 1,228
6 2,382 1,203
7 2,400 1,581
8 2,411 1,252
9 2,507 1,987
10 2,629 2,304
Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran VSWR
Dari tabel diatas dapat dilihat nilai VSWR yang paling bagus yaitu pada frekuensi 2,382 GHz, akan tetapi antena horn piramida dirancang untuk frekuensi 2,400 GHz maka VSWR antena horn piramida yaitu 1,581. Meskipun nilai tersebut kurang bagus akan tetapi VSWR yang didapat masih kurang dari 2.
62
sinyal mengalami attenuasi di ruang bebas dan dipantulkan atau diserap oleh benda-benda di ruangan.
4.3 Hasil Pengukuran Impedansi Input
Dari pembacaan data pada mode smitch-chart, dapat dilihat hasil pengukuran impedansi input pada range frekuensi antara 2 GHz –2,8 GHz dengan nilai-nilai impedansi input sebagai berikut.
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Impedansi Input Antena Horn Piramida No Frekuensi (GHz) Nilai Real (Ω) Nilai Imajiner
(Ω)
Induktansi (H)
1 2,1855 56,847 14,902 1,530
2 2,269 60,270 17,910 2,359
3 2,4 51,025 23,088 3,797
4 2,507 59,898 37,159 1,085
5 2,629 74,407 46,211 1,256
Karena Impedansi input antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang memiliki bagian real dan bagian imajiner. Bagian real merupakan resistansi (tahanan) masukan yang menyatakan daya yang diradiasikan oleh antena pada medan jauh. Sedangkan bagian imajiner merupakan reaktansi masukan yang menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat antena, atau dapat ditulis dengan :
Zin= Rin + j Xin ...(4.1) Dimana : R = Nilai Real
X = Nilai Imajiner
51,025 + j23,088 Ω. Besar nilai impedansi input ternyata mempengaruhi nilai VSWR karena apabila antena horn dihubungkan dengan saluran transmisi yang mempunyai impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, maka akan menimbulkan gelombang pantul yang perbandingannya kita kenal dengan istilah VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
4.4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Bidang E dan H
Setelah melalui langkah-langkah pengukuran pola radiasi antena horn piramida 2,4 GHz pada bidang E dan H, maka dapat diketahui bentuk pola radiasi yang diperoleh dari pengukuran level sinyal antena dan data pengukuran tersebut dinormalisasi. Data hasil pengukuran serta normalisasi selengkapnya adalah sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Horn Piramida Bidang H
No Posisi (derajat) Level Daya (dBW) Level Daya (mW) Sinyal Ternormalisasi
1 0 -27 1,995 1
2 10 -28 1,584 0,794
3 20 -30 1 0,501
4 30 -33 0,501 0,251
5 40 -33 0,501 0,251
6 50 -32 0,63 0,316
7 60 -34 0,398 0,199
8 70 -39 0,125 0,063
9 80 -40 0,1 0,05
10 90 -42 0,063 0,031
64 No Posisi (derajat) Level Daya (dBW) Level Daya (mW) Sinyal Ternormalisasi
12 110 -42 0,063 0,031
13 120 -32 0,63 0,316
14 130 -30 1 0,501
15 140 -34 0,398 0,199
16 150 -33 0,501 0,251
17 160 -34 0,398 0,199
18 170 -33 0,501 0,251
19 180 -33 0,501 0,251
20 190 -32 0,63 0,316
21 200 -33 0,501 0,251
22 210 -36 0,251 0,125
23 220 -31 0,794 0,398
24 230 -31 0,794 0,398
25 240 -31 0,794 0,398
26 250 -32 0,63 0,199
27 260 -36 0,251 0,125
28 270 -33 0,501 0,251
29 280 -34 0,398 0,199
30 290 -32 0,63 0,316
31 300 -33 0,501 0,251
32 310 -34 0,398 0,199
33 320 -36 0,251 0,125
34 330 -33 0,501 0,251
35 340 -29 1,25 0,626
36 350 -28 1,584 0,794
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Pola Radiasi Antena Horn Piramida Bidang E No Posisi (derajat) Level Daya (dBW) Level Daya (mW) Sinyal Ternormalisasi
1 0 -30 1 1
2 10 -31 0,794 0,794
3 20 -33 0,501 0,501
4 30 -33 0,501 0,501
5 40 -34 0,398 0,398
6 50 -36 0,251 0,251
7 60 -38 0,158 0,158
8 70 -34 0,398 0,398
9 80 -35 0,316 0,316
10 90 -36 0,251 0,251
11 100 -38 0,158 0,158
12 110 -41 0,079 0,079
13 120 -37 0,199 0,199
14 130 -33 0,501 0,501
15 140 -36 0,251 0,251
16 150 -35 0,316 0,316
17 160 -34 0,398 0,398
18 170 -37 0,199 0,199
19 180 -38 0,158 0,158
20 190 -38 0,158 0,158
21 200 -35 0,316 0,316
22 210 -36 0,251 0,251
23 220 -37 0,199 0,199
24 230 -40 0,1 0,1
25 240 -42 0,063 0,063
26 250 -45 0,031 0,031
27 260 -39 0,125 0,125
66
No
Posisi (derajat)
Level Daya (dBW)
Level Daya (mW)
Sinyal Ternormalisasi
29 280 -38 0,158 0,158
30 290 -38 0,158 0,158
31 300 -39 0,125 0,125
32 310 -37 0,199 0,199
33 320 -36 0,251 0,251
34 330 -34 0,398 0,398
35 340 -33 0,501 0,501
36 350 -31 0,794 0,794
37 360 -30 1 1
(b)
Gambar 4.2 Pola Radiasi Antena Horn Piramida (a) Bidang H
(b) Bidang E
Dari gambar pola radiasi diatas dapat dilihat bahwa pola radiasi antena horn piramida mengarah ke satu arah tertentu yaitu diantara sudut 3300 dengan sudut 300. Ini disebabkan karena level sinyal terbesar ada pada saat posisi antena 00. Pada posisi tersebut antena menerima sinyal secara maksimal. Kemudian ketika antena diputar level sinyal yang ditangkap akan terus berkurang. Ini karena posisi antena tidak tepat mengarah pada pemancar dalam hal ini adalah Access Point. Pada posisi antena 900, level sinyal yang terekam sangatlah minim. Dari percobaan yang telah dilakukan, antena masih menangkap sinyal yang dipancarkan Access point hanya saja levelnya rendah.
68
bidang H. Sedangkan level sinyal terendah yang ditangkap adalah -42 dB untuk bidang H dan -45 dB untuk bidang E.
Sehingga dari gambar pola radiasi yang didapat dari hasil pengukuran dapat dikatakan bahwa antena yang dibuat telah sesuai dengan harapan karena memiliki pancaran daya yang terarah.
4.5 Hasil Pengukuran Gain
Pengukuran gain dilakukan dengan cara membandingkan, apabila pada antena access point sudah diketahui gain maksimumnya, yaitu pada frekuensi 2,4 GHz sebesar 4,15 dBi, maka dari pengukuran gain antena Horn Piramida dapat dihitung dengan persamaan :
Ga(dBi) = Pa(dBm) – Ps(dBm) + Gs(dBi) ……….…..(4.2) Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Gain
Level Penerimaan Gain
No Jarak
(Km) Horn Piramida (Pa)(dBm)
Access Point (Ps)(dBm)
Horn Piramida (Ga)(dBi)
1 0,005 -31 -45 18,15
2 0,2 -52 -64 16,15
3 0,3 -76 -84 12,15
4 0,4 -81 -87 10,15
5 0,5 -92 -97 9,15
6 0,6 -94 -97 7,15
7 0,7 -88 -89 5,15
8 0,8 -96 -96 4,15
9 1 -101 -101 4,15
Gambar 4.3Grafik Hasil Pengukuran Gain Antena Horn Piramida pada Frekuensi 2,4 GHz
Dari hasil pengukuran faktor penguatan (Gain) antena hasil rancangan dapat dilihat pada Tabel 4.5, didapat gain sebesar 16,15 mendekati besar gain yang diinginkan yaitu pada jarak 200 meter. Harga faktor penguatan pada tabel diatas nilainya tergantung pada faktor attenuasi pada attenuator, temperatur (kondisi ruangan dan pengaruh benda-benda disekitarnya. Sehingga sulit untuk dicari nilai yang tepat).
Pengukuran untuk mendapatkan faktor penguatan antena horn tersebut diatas cukup sulit dilakukan untuk mendapatkan harga yang tepat sesuai dengan perencanaan, hal ini disebabkan :
70
b. Gelombang pantul yang cukup besar, karena benda-benda disekitar pengukuran.
c. Setting alat pada saat pengukuran sulit dipertahankan ketepatannya (selalu berubah).
4.6 Aplikasi Antena Horn Piramida Pada Jaringan Wireless 2,4 GHz
Antena horn piramida hasil rancangan, di aplikasikan sebagai antena penerima atau antena client. Dalam aplikasinya ketika digunakan sebagai antena penerima, antena diposisikan pada jalur yang line of sight sehingga sinyal yang ditangkap oleh antena horn piramida dapat terbaca dengan bagus dan jelas dan juga antena diposisikan pada jalur yang tidak line of sight sehingga nantinya akan terlihat perbedaannya.
Selain sebagai penerima antena horn piramida hasil rancangan juga diaplikasikan sebagai antena pemancar . Dalam aplikasinya ketika digunakan sebagai antena pemancar antena diposisikan sama seperti antena penerima, yaitu pada jalur line of sight dan jalur yang tidak line of sight atau tidak sejajar dan terdapat penghalang.
4.6.1 Aplikasi Antena Horn Piramida Pada Jalur Line Of Sight
4.6.1.1 Aplikasi Antena Sebagai Antena Pemancar
Ketika antena diaplikasikan sebagai antena pemancar. Pertama klik icon Wireless dan isi nama SSID pada menu SSID. Misal nama SSID yang kita berikan adalah: “ WIANDINI_ELEKTRO”. Kemudian pada menu mode dipilih Access Point jika AP digunakan sebagai server. Setelah itu nyalakan laptop kemudian cek apakah sinyal AP telah diterima oleh laptop. Ini dapat dilihat dengan memilih menu Wireless Networks Connection View Wireless Connection.
Gambar 4.4 Jaringan yang tertangkap oleh laptop
72
Gambar 4.5 Tampilan Netstumbler
Dari tampilan netstumbler pada Gambar 4.5 dapat dilihat besar sinyal yang dapat diterima oleh laptop ketika line of sight yaitu -6 dBm dengan signal to noise rasio (SNR) sebesar 94 dB dan noise -100 dB. Tampilan netstumbler ketika membaca sinyal pada Gambar 4.6 dapat dilihat sinyal yang diterima oleh laptop dari antena hampir stabil dengan kecepatan 54 Mbps.
4.6.1.2 Aplikasi Antena Sebagai Antena Penerima
74
Gambar 4.7Tampilan Status dari Access Point
Dari gambar diatas dapat dilihat status antena sebagai client dari AP dengan SSID ‘Cybercity Server1’ dengan mode 54 Mbps (802.11g). Selanjutnya level sinyal dapat di pantau dengan memilih Antenna Alignment.
Gambar 4.9Tampilan Wireless Monitor dari Sinyal yang Diterima
76
4.6.2 Aplikasi Antena Horn Piramida Pada Jalur yang tidak Line Of Sight Jika posisi antena pemancar tidak sejajar atau terdapat penghalang dengan antena penerima/pemancar atau antena hasil rancangan, maka sinyal yang terbaca sangat lemah. Dalam Aplikasinya, ketika antena digunakan harus memiliki polarisasi yang sama dengan antena pemancar, jika posisinya mengalami perbedaan, sinyal yang diterima juga akan lemah.
4.6.2.1 Aplikasi Antena Sebagai Antena Pemancar
Ketika antena diaplikasikan sebagai antena pemancar. Pertama klik icon Wireless dan isi nama SSID pada menu SSID. Misal nama SSID yang kita berikan adalah: “ WIANDINI_ELEKTRO”. Kemudian pada menu mode dipilih Access Pointjika AP digunakan sebagai server. Setelah itu nyalakan laptop kemudian cek apakah sinyal AP telah diterima oleh laptop. Ini dapat dilihat dengan memilih menu Wireless Networks Connection View Wireless Connection.
Dari gambar diatas terlihat bahwa AP dengan SSID ”WIANDINI_ELEKTRO” telah dikenali. Selanjutnya level sinyal pada laptop dapat di pantau dengan menggunakan software Netstumbler. Kualitas sinyal yang dihasilkan oleh antena hasil rancangan pada jarak sekitar 500 meter didapat kualitas yang rendah berbeda ketika jaraknya 5 meter dan line of sight kualitas sinyalnya sangat bagus.
Gambar 4.11 Tampilan Netstumbler
78
Dari tampilan netstumbler pada Gambar 4.11 dapat dilihat besar sinyal yang dapat diterima oleh laptop ketika tidak dipasang pada jalur line of sight yaitu -65 dBm dengan signal to noise rasio (SNR) sebesar 35 dB dan noise -100 dB. Berbeda dengan ketika dipasang pada jalur line of sight, SNR yang diterima pada jalur yang tidak line of sight sangat kecil dengan nilai noise yang sama maka sinyal yang diterima sebesar -65 dBm. Tampilan netstumbler ketika membaca sinyal pada Gambar 4.12 dapat dilihat sinyal yang diterima oleh laptop dari antena sangat tidak stabil dengan kecepatan yang sama yaitu 54 Mbps.
4.6.2.2 Aplikasi Antena Sebagai Antena Penerima
Gambar 4.13Daftar Access Point yang diterima
Dari gambar diatas dapat dilihat daftar AP yang diterima, kemudian pilih AP dengan nilai sinyal yang paling besar maka dipilih SSID yang bernama ‘spectrum.net’. Selanjutnya level sinyal dapat di pantau dengan memilih Antenna Alignment.
80
Gambar 4.15Tampilan Wireless Monitor dari Sinyal yang Diterima
digunakan sedang berada pada posisi penerima, hal ini mungkin dikarenakan antena dipasang pada jalur yang tidak line of sight sehingga sinyal yang diterima lemah.
4.7 Perbandingan Hasil Simulasi Parameter Antena dengan Hasil Pengukuran dan Analisa
Setelah diperoleh hasil pengukuran parameter antena, selanjutnya hasil tersebut dibandingkan dengan hasil simulasi pada bab III. Apakah hasilnya sama atau hasil simulasi lebih bagus dari hasil pengukuran ataukah hasil pengukuran lebih bagus dari hasil simulasi.
Berikut ini tabel perbandingan antara nilai parameter antena seperti VSWR, Impedansi Input, dan Gain yang dihasilkan dari pengukuran dan dari hasil simulasi
Tabel 4.6Perbandingan Nilai Parameter Antena Hasil Simulasi dengan Hasil Pengukuran
No.
Jenis Parameter Antena
Nilai Paramater Antena Hasil Pengukuran
Nilai Paramater Antena Hasil Simulasi
1 VSWR 1,581 1,22
2 Impedansi input 51,025 Ω + j23,088Ω 59,5Ω-j5,5 Ω
3 Gain 16,15 dBi 16,5 dBi
82
a. Radiasi sinyal yang dipancarkan sangat peka terhadap lingkungan sekitarnya, karena sinyal akan mengalami attenuasi di ruang bebas dan dipantulkan atau diserap oleh benda-benda di ruangan, juga bahan yang digunakan mempengaruhi daya pancarnya.
b. Gelombang pantul yang cukup besar, karena benda-benda disekitar pengukuran.
c. Selain itu antena horn tidak presisi dilihat dari hasil rancangan baik kesimetrisan maupun kehalusan dalam pembuatannya.
Nilai impedansi input yang dihasilkan pun akan ikut berubah seiring dengan perubahan nilai VSWR, maka hasil nilai impedansi input hasil simulasi lebih bagus daripada hasil pengukuran dikarenakan besar impedansi input dipengaruhi oleh nilai VSWR.
Akan tetapi nilai VSWR dari hasil pengukuran dikatakan cukup bagus dikarenakan nilai VSWR yang dihasilkan masih kurang dari 2 dan lebih dari 1 (1<nilai VSWR <2). Karena saluran transmisi mempunyai nilai impedansi karakteristik sebesar 50Ω.
Gain yang dihasilkan pun lebih besar hasil simulasi daripada hasil pengukuran akan tetapi apabila dilihat dari keinginan penulis untuk merancang antena horn piramida dengan gain sebesar 16 dBi maka hasil pengukuran lebih mendekati daripada hasil simulasi yang jauh lebih besar. Kurang tepatnya gain yang didapat itu dihasilkan oleh beberapa hal:
dipantulkan atau diserap oleh benda-benda di ruangan, juga bahan yang digunakan mempengaruhi daya pancarnya.
b. Gelombang pantul yang cukup besar, karena benda-benda disekitar pengukuran.
c. Setting alat pada saat pengukuran sulit dipertahankan ketepatannya (selalu berubah).
37
BAB III
PERANCANGAN, PEMBUATAN, DAN PENGUKURAN
PARAMETER ANTENA HORN PIRAMIDA
3.1 Perencanaan Suatu Antena Horn
Dari rumus-rumus antena yang diketahui, dapat direncanakan suatu antena horn piramida yang optimum. Ada beberapa ketentuan yang harus diperhatikan adalah :
1. Antena horn yang akan direncanakan dalam kondisi optimum, artinya ukuran dari antena ini mampu menghasilkan gain yang maksimum.
2. HP bidang-E dan HP bidang-H mempunyai ukuran yang seimbang. 3. Antena yang direncanakan mempunyai gain yang tertentu.
4. Antena horn ini dapat dicatu dengan memakai bumbung gelombang yang sederhana (bumbung gelombang persegi).
3.2 Perencanaan Antena Horn Piramida
Secara umum, geometri antena horn piramidal ditunjukkan pada Gambar 3.1. Mulut dari antena ini melebar kearah medan listriknya (E) dengan dimensi pelebaran Ae dan ke arah medan magnet (H) dengan pelebaran dimensi ini Ah. Panjang antena dari ‘Virtual apex’ ke bidang aperture dinyatakan dengan R. Antena ini di catu oleh bumbung gelombang persegi (Rectanguler waveguide) dengan dimensi penampang a x b (a = panjang penampang, b = lebar penampang). Untuk mencari dimensi mulut dari antena horn piramida digunakan persamaan sebagai berikut :
G a
1 2 1 4 15 , 0 a G b Ae ...(3.2)
Direktivitas antena ini berbanding lurus dengan pengarahan radiasi dari masing-masing antena horn sektoralnya, yaitu sektoral bidang medan listrik (E), sektoral bidang magnet (H). Pada analisa ke arah sektoral bidang medan listrik, menghasilkan bentuk antena horn sektoral bidang-E yang di tunjukkan pada Gambar 3.1, dengan pengarahan radiasi dinyatakan dengan persamaan (3.3)
q q S q C A A D e h
E
) ( ) (
32 2 2
2 ………(3.3) Dimana :
a1= Ae= ukuran mulut antena horn ke arah medan listrik b1=Ah= ukuran mulut antena horn ke arah medan magnet a, b = ukuran dari penampang bumbung gelombang (waveguide)
ρ1, ρ2 = panjang axial dari horn dilihat dari bidang-E dan bidang-H. : Panjang gelombang.
C (q) dan S (q) merupakan integral Fresnel yang didefinisikan dengan persamaan (3.2) dan (3.3)
R A q e 2 ………...(3.4)
q dx x q C 0 2 ) 2 / ( cos )( ………....(3.5)
q dx x q S 0 2 ) 2 / ( sin )39
Apabila analisa kearah sektoral bidang medan magnet, bentuk antena menjadi antena horn sektoral bidang-H, dengan direktivitas dinyatakan dengan persamaan (3.7)
2
2 1
2 2
1) ( ) ( ) ( )
( 4 P S P S P C P C A R A D h e
H
………...(3.7)
3 2 1 1 aP ………(3.8a)
2 2 1 2 bP ….……. . ………(3.8b)
Harga direktivitasnya berbanding lurus denganpengarahan radiasi masing-masing antena sektoral tersebut dan dinyatakan dengan persamaan (3.9)
E H
p D
b D a
D
32 ………...(3.9)
Dengan DE dan DH berturut-turut direktivitas antena horn sektoral bidang-E dan antena sektoral bidang-H.
Dengan :
R : Jarak dari virtual apex ke bidang aperture
Ae : pelebaran ke arah medan listrik
Ah : pelebaran ke arah medan magnet
a x b : dimensi penampang bumbung gelombang (waveguide)
3.3 Perancangan Menggunakan Matlab
Antena horn beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz. Antena ini dicatu dengan bumbung gelombang tipe WR340 dengan ukuran dalam a = 8,636 cm dan b = 7 cm. Antena ini direncanakan mempunyai gain sebesar 16 dB dari pengukuran awal. Sesuai dengan prosedur diatas dengan bantuan program Matlab dapat ditentukan dimensi antena horn, yang sebelumnya memberikan harga gain, a, b. Hasil running program didapatkan :
Tabel 3.1 Parameter dalam perancangan antena horn dengan Gain 16 dB Desain Parameter untuk Gain Optimum Antena Horn Piramida
a1 = 35.4910 cm
b1 = 27.3972 cm
p1 = 33.5897 cm
p2 = 29.9149 cm
IH = 37.9891 cm
IE = 32.8918 cm
pE = 22.3576 cm
pH = 24.1163 cm
befa ( ) = 0.0574
VSWR = 1.1219
HPh = 27.61260
HPe = 24.68260
41
Hasil running program untuk Pola Radiasi Antena Horn Piramida pada bidang E
Gambar 3.2 Pola Radiasi Antena Horn Piramida 3.4 Simulasi Menggunakan SuperNEC 2.9
Setelah tahap perancangan selesai, langkah selanjutnya adalah mensimulasikan hasil rancangan tadi sebelum diimplementasikan dalam bentuk sebenarnya. Simulasi digunakan sebagai pendekatan antara perancangan dengan keadaan sebenarnya. Dalam simulasi, akan diketahui apakah hasil rancangan sudah sesuai dengan kondisi yang diinginkan atau belum.
Parameter-parameter pada tabel 3.1 selanjutnya digunakan sebagai input bagi software untuk membuat model dari antena horn yang dirancang. Prose memasukan parameter-parameter input dari natena horn dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 3.3 Memasukan Parameter Rancangan pada Software SuperNec
43
Gambar 3.4 Model Antena Horn Hasil Perancangan Pada SuperNEC
Langkah selanjutnya adalah mengatur parameter simulasi. Parameter simulasi yang dimaksud antara lain sebagai berikut :
1. Frekuensi uji, frekuensi uji dapat dipilih pada frekuensi 2400 MHz
2. Near Field plot
3. Radiation Pattern, radiation pattern dapat dipilih untuk beberapa orientasi arah.
Sampai disini model antena horn telah siap disimulasikan. Software SuperNEC secara otomatis melakukan perhitungan-perhitungan berdasarkan pada parameter simulasi yang telah diatur tadi. Gambar pola radiasi azimuth dan
(a)
[image:32.595.164.459.84.331.2](b)
45
[image:33.595.128.529.168.498.2]Berikutnya akan dilihat berapa besar impedansi dari antena horn hasil perancangan ini. Dalam simulasi, impedansi dari antena horn adalah sebesar 59,5-j5,5Ω seperti digambarkan dalam smith chart pada gambar 3.6
Gambar 3.6 Hasil Simulasi Impedansi Antena Horn pada Frekuensi 2,4 GHz Digambarkan dalam Smith Chart
Dengan nilai impedansi 59,5-j5,5Ω, apabila antena horn dihubungkan dengan
saluran transmisi yang mempunyai impedansi karakteristik sebesar 50 Ω, maka akan menimbulkan gelombang pantul yang perbandingannya kita kenal dengan istilah VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
Gambar 3.7 Hasil Simulasi VSWR dari Antena Horn pada Frekuensi 2,4 GHz
Dari hasil simulasi, diketahui bahwa antena horn mempunyai nilai VSWR sebesar 1,22 jika dihubungkan dengan saluran transmisi yang mempunyai nilai impedansi karakteristik sebesar 50Ω.
47
Gambar 3.8 Hasil Simulasi Gain dari Antena Horn pada Frekuensi 2,4 GHz 3.5 Pembuatan Antena Horn Piramida
Setelah perhitungan dan simulasi selesai dilakukan, langkah selanjutnya adalah mengimplementasikan hasil perancangan antena horn untuk frekuensi 2,4GHz tadi . Sebelum pembuatan antena ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : bahan antena dan teknik pembuatan antena.
3.5.1 Bahan Antena
ukuran tebal 1,7 mm. Ada beberapa hal yang memungkinkan bahan tersebut digunakan : mudah didapat, ringan, konduktivitasnya cukup besar, mudah untuk konstruksi dan penyambungannya. Adapun konduktivitas dari beberapa penghantar ditunjukkan pada tabel 3.2
Tabel 3.2 Konduktivitas dari beberapa penghantar
3.5.2 Teknik Pembuatan
Teknik pembuatan antena horn piramida ini cukup rumit dilakukan tanpa peralatan yang memadai untuk mendapatkan dimensi antena yang tepat (presisi).
Alat dan Bahan :
1. Kertas Karton, spidol, penggaris, gunting (pola).
2. gunting seng, plat alumunium dengan ketebalan 1,7 mm, palu kayu (pemotongan plat).
3. Baut dengan ukuran 4 mm dan 0.5 mm, Obeng, sekerup.
4. Bor dengan mata bor berukuran 14 mm, 5 mm, 1 mm, kikir besar dan kecil.
49
Langkah-langkah yang di lakukan pada pembuatan antena ini yaitu :
1. Dimensi antena didapatkan dari bantuan program matlab.
2. Membuat pola konstruksi dari kertas karton yang sedemikian rupa sehingga bila dibentuk akan sama dengan bentuk antena.
[image:37.595.230.421.250.393.2]3. Menerapkan pola konstruksi pada plat almunium yang sudah disediakan. 4. Memotong plat almunium sesuai dengan pola,
Gambar 3.9 Hasil Potong plat alumunium sesuai dengan pola.
5. Membentuk potongan plat sesuai dengan bentuk yang diharapkan (dimensinya cocok dengan program).
6. Menyambung bagian yang belum tertutup dengan menggunakan las alumunium sehingga didapatkan bentuk seperti corong berbentuk persegi.
Gambar 3.10 N-connector dengan penambahan kabel tembaga 3 cm
3.5.3 Hasil Rancangan Antena Horn Piramida
Antena horn piramida yang telah dibuat merupakan hasil dari perancangan yang ada, dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3.11 Hasil Rancangan Antena Horn
3.6 Pengukuran Parameter Antena Horn Piramida
[image:38.595.239.402.338.462.2]51
Ada beberapa parameter antena yang diukur untuk menunjukkan karakteristik serta kemampuan kerja dari antena, antara lain: SWR, impedansi, pola radiasi, dan gain.
3.6.1 Pengukuran VSWR dan Impedansi Input
Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan impedansi input merupakan parameter yang mengindikasikan kesesuaian sebuah antena terhadap saluran transmisi dan frekuensi kerjanya, sehingga mempengaruhi daya yang diterima. Pada pengukuran ini menggunakan Advantest R3770 Network Analyzer (NA) untuk mendapatkan nilai VSWR dan impedansi input antenna horn piramida.
Gambar 3.12Advantest R3770 Network Analyzer
Peralatan yang digunakan pada pengukuran VSWR dan impedansi input: 1. Advantest R3770 Network Analyzer
Gambar 3.13 Rangkaian Pengukuran VSWR dan Impedansi Input
Langkah-langkah pengukuran VSWR dan impedansi input:: 1. Merangkai peralatan seperti pada Gambar 3.13.
2. Menghidupkan dan mengalibrasi Network Analyzer (NA).
3. Menghubungkan antena horn piramida yang sudah dirancang dengan NA menggunakan kabel koaxial.
4. Mengambil gambar dari display NA untuk nilai VSWR yang kemudian file disimpan.
5. Mengambil gambar dari display NA untuk nilai impedansi input dengan mode diagram smith-chart yang kemudian file disimpan.
Antena Horn
Piramida Network
[image:40.595.111.501.87.323.2]53
3.6.2 Pengukuran Pola Radiasi Antena
Pengukuran pola radiasi dilakukan untuk mengetahui bagaimanakah bentuk pola radiasi antena horn piramida yang telah dibuat. Selain itu yang paling penting adalah mengetahui seberapa jauhkah ketepatan perancangan antena dan apakah antena yang telah dibuat telah sesuai dengan harapan.
Terdapat beberapa jenis pola radiasi, antara lain dinyatakan dalam pola kerapatan daya (W/m) serta pola kuat medan (A/m). Secara ideal, antena penerima dapat digunakan sebagai antena pemancar dengan sifat yang sama (prinsip reprositas). Untuk memudahkan pengukuran, maka antena horn piramida digunakan sebagai antena penerima dengan memakai asumsi prinsip reprositas.
Untuk mendapatkan hasil yang baik dari pengukuran pola radiasi ada beberapa hal yang harus diperhatikan adalah menghindari gangguan pantulan dari benda disekitar pengukuran, tinggi antena default sebagai pemancar di sisi access point dengan antena horn piramidal yang diukur sebagai penerima di sisi laptop haruslah sejajar dan lurus. Pola radiasi suatu antena merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat radiasi antena pada medan jauh sebagai fungsi dari arah.
Arah disini adalah memutar antena penerima dari posisi 00 sampai 3600, baik pada bidang H maupun pada bidang E. Untuk mengukur pola radiasi antena yang sudah dibuat, maka antena tersebut dipakai sebagai antena penerima, dengan bantuan laptop dan di tambahkan access point dengan frekuensi 2,4 GHz yang kemudian diletakkan antena horn piramida sebagai pengganti antena eksternal dari
Peralatan yang digunakan dalam pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah : 1. Laptop
Pada pengukuran parameter antena dan pengujian antena pada jaringan
[image:42.595.221.404.278.430.2]wireless ini penggunaan laptop sangat dibutuhkan. Laptop yang digunakan adalah laptop support dengan jaringan wireless. Melalui laptop, kita dapat memantau aktifitas wireless yang ada dengan menggunakan software monitor. Software yang digunakan adalah Netstumblerdan software dari access point.
Gambar 3.14 Penggunaan Laptop pada Pengukuran 2. Access Point
Alat ini sering digunakan sebagai piranti server pada jaringan WLAN. Dan biasanya diletakkan di langit-langit dalam ruangan WLAN indoor. Alat ini dapat menyalurkan data secara wireless dari PC ke PC secara infrastruktur.
Access Point (AP) ini disertai adaptor sebagai pencatu daya dari alat tersebut, juga tersedia kabel UTP agar dapat terhubung secara wired dan antena eksternal dengan gain 4 dBi. Ada 3 indikator led di pinggir alat ini terdiri dari :
55
secara wired melalui kabel UTP dan led pada WLAN memberitahukan AP terhubung secara wireless dengan piranti lain.
Gambar 3.15 Access PointTP-Link tipe TL-WA5110G
Pada tugas akhir ini, digunakan AP produk TP-Link tipe TL-WA5110G standar IEEE 802.11g dengan frekuensi 2,4 GHz. Access Point digunakan sebagai pemancar dan penerima, dimana antena yang digunakan sebagai antena eksternal disisi penerima digantikan dengan antenna horn piramida. Sebelumnya yang perlu diperhatikan dalam menggunakan AP untuk koneksi antar jaringan komputer secara wireless adalah penamaan SSID (Service Set IDentifier).
3. Kabel pigtail
Kabel ini digunakan untuk menghubungkan antena Horn piramida yang sudah dibuat dengan access point yang terhubung dengan laptop. Gambar kabel
pigtail dapat dilihat pada Gambar 4.7 . Pigtail merupakan kabel yang berdiameter relatif kecil sepereti ekor babi yang terdiri dari sambungan antara konektor tipe male MC-card dan konektor tipe male N-type, dimana konektor tipe male
[image:43.595.245.378.135.254.2]Gambar 3.16 Kabel Pigtail
Pengukuran Pola radiasi dilakukan dua kali, yaitu pola radiasi pada bidang H dan pola radiasi pada bidang E. Dalam pengukuran harus memperhatikan jarak pada proses pengukuran.
Peralatan yang digunakan pada pengukuran pola radiasi ini diantaranya adalah : a. Antena horn piramida yang telah dibuat
b. Laptop
c. 2 buah Access Point pada sisi pengirim dan penerima
Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam melakukan pengukuran pola radiasi yaitu :
1. Merangkai peralatan-peralatn seperti pada Gambar 3.17 , memastikan posisi
Access Point (AP) dan antena yang diukur sejajar.
Gambar 3.17 Rangkaian Peralatan Pengukuran Pola Radiasi Pigtail 5 meter
Laptop Kabel UTP
[image:44.595.128.512.540.724.2]57
2. Menyalakan laptop dan memasangkan access point, memastikan antena dan
access point sudah benar-benar terhubung dengan menggunakan kabel pigtail. Jika laptop yang digunakan support dengan wireless maka perangkat wireless
pada laptop dipastikan mati.
3. Menyalakan Access Point (AP), memastikan indikasi led pada power menyala. AP yang terpasang adalah AP yang telah diset .
4. Set alamat IP pada laptop. IP pada laptop harus satu network dengan IP pada AP. IP pada AP adalah 192.168.1.1.
5. Setelah semua terangkai dengan benar cek apakah sinyal AP telah dapat tertangkap oleh antena horn piramida yang terhubung dengan laptop. Ini dapat dilihat dengan memilih menu Wireless mode client survey.
6. Mencatat nilai level sinyal yang tertera pada laptop pada sudut 00. Level sinyal pada laptop dapat dipantau dengan menggunakan sotware Netstumbler atau dari nilai sinyal yang terdapat pada AP List.
7. Memutar posisi antena menjadi 100, 200, 300hingga posisi 3600dengan aturan seperti pada Gambar 3.18, lalu mencatat nilai level daya ke dalam tabel pada posisi sudut tersebut, untuk mendapatkan hasil pola radiasi bidang H.
8. Setelah mendapatkan nilai tersebut konversi level dalam unit dB tersebut menjadi satuan milliwatt menggunakan persamaan:
dB(W) = 10 Log W P
1 ………. (3.10)
9. Untuk membantu mengetahui hasil gambar pola radiasi dari hasil data secara mudah dan cepat berdasarkan pada data yang sudah diambil dari posisi sudut 00 sampai 3600 pada level sinyal pola radiasi bidang H, dapat digunakan
10. Setelah mendapatkan gambar grafik pola radiasi untuk bidang H, maka ulangi langkah percobaan 1 - 6.
11. Memutar posisi antena menjadi 100, 200, 300, .... , 3600 dengan aturan seperti pada Gambar 3.19, lalu mencatat nilai level dBW ke dalam tabel pada posisi sudut tersebut, untuk mendapatkan hasil pola radiasi bidang E.
12. Mengulangi langkah percobaan 8, setelah itu melakukan langkah percobaan 9 untuk hasil data level sinyal pola radiasi bidang E.
[image:46.595.265.386.266.457.2]Gambar 3.18 Posisi Antena untuk Pola Radiasi Bidang H
[image:46.595.268.382.487.704.2]59
3.6.3 Pengukuran Gain
Untuk menyatakan gain maksimum antena horn piramida ini dengan cara membandingkan dengan antena lain dari Access Point (dengan metode pengukuran). Dalam posisi ini antena penerima harus mempunyai polarisasi yang sama dengan antena pada Access Point dan selanjutnya ia diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh daya output maksimum.
Gambar 3.20 Pengukuran Gain dengan Membandingkan Besarnya Daya yang Diterima
Kabel UTP
Access Point
6
TEORI PENUNJANG
2.1 Umum
Pada bab ini akan diberikan teori dasar yang melandasi permasalahan dan
penyelesaian yang dibahas dalam tugas akhir ini. Teori dasar yang diberikan
meliputi : terminologi antena, yang memberikan definisi dan klasifikasi tentang
antena yang telah berkembang sampai saat ini, waveguide. Selanjutnya, diberikan
teori tentang antena horn dan parameter-parameternya.
2.2 Terminologi Antena
Antena (antenna atau areal) didefinisikan sebagai suatu struktur yang
berfungsi sebagai media transisi antara saluran transmisi atau pemandu
gelombang dengan udara, atau sebaliknya. Karena merupakan perangkat perantara
antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang
sesuai (match) dengan saluran pencatunya.
Secara umum, antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena
omnidirectional, antena directional, antena phase array, antena optimal dan
antena adaptif. Antena isotropis (isotropic) merupakan sumber titik yang
memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti
permukaan bola. Antena ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan
sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih
kompleks. Antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke
7
(doughnut) dengan pusat berimpit. Antena ini ada dalam kenyataan dan dalam
pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih
kompleks. Misalnya, suatu antena dengan gain 10 dBi (kadang-kadang dinyatakan
dalam “dBic” atau disingkat “dB” saja). Artinya antena ini pada arah tertentu
memancarkan daya 10 dB lebih besar dibanding dengan antena isotropis. Ketiga
jenis antena diatas merupakan antena tunggal dan bentuk pola radiasinya tidak
dapat berubah tanpa merubah fisik antena atau memutar secara mekanik dari fisik
antena.
Selanjutnya adalah antena phase array yang merupakan gabungan atau
konfigurasi array dari beberapa antena sederhana dan menggabungkan sinyal yang
menginduksi masing-masing antena tersebut untuk membentuk pola radiasi
tertentu pada keluaran array. Setiap antena yang menyusun konfigurasi array
disebut dengan elemen array. Arah gain maksimum dari antena phase array dapat
ditentukan dengan pengaturan fase antar elemen-elemen array.
Antena optimal merupakan suatu antena dimana penguatan (gain) dan fase
relatif setiap elemennya diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan kinerja
(performance) pada keluaran yang seoptimal mungkin. Kinerja yang dimaksud
antara lain signal to interference ratio, SIR atau signal to interference plus noise
ratio, SINR. Optimasi kinerja dapat dilakukan dengan menghilangkan atau
meminimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki (interferensi) dan
mengoptimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki.
Antena adaptif merupakan pengembangan dari antena phase array maupun
antena optimal, dimana arah gain maksimum dapat diatur sesuai dengan gerakan
signal processor(DSP), sehingga secara dinamis mampu mendeteksi dan melacak
berbagai macam tipe sinyal, meminimalkan interferensi serta memaksimalkan
penerimaan sinyal yang diinginkan.
2.3 Teori Tentang Antena
Yang dimaksud dengan antena adalah perangkat yang berfungsi
memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik ke atau dari udara.
Dalam perencanaan antena, harus mempertimbangkan beberapa faktor,
diantaranya adalah arah radiasi yang diinginkan, polarisasi yang dimiliki,
frekuensi kerja dan bandwith (lebar bidangnya).
Gambar 2.1Blok Sistem Antena
Untuk antena microwave, terutama pada frekuensi di atas 1 GHz penggunaan
waveguide, antena luasan, antena microstrip, dan antena celah akan lebih efektif
dibanding dengan antena kawat. Karena pada umumnya antena yang demikian
9
Gambar 2.2 Ilustrasi Kerja Antena
2.3.1 Parameter-parameter Antena
Disini akan dibahas parameter-parameter yang digunakan dalam sistem
antena. Parameter yang selalu digunakan dalam sistem antena adalah pola radiasi,
direktivitas dan gain,bandwith, HPBW.
2.3.1.1 Pola Radiasi
Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagi suatu pernyataan secara
grafis yang menggambarkan sifat radiasi suatu antena (pada medan jauh) sebagi
fungsi dari arah itu adalah pointing vektor, maka ia disebut sebagai Pola Daya
(Power Pattern)
Gambar 2.4 Ilustrasi Pola Radiasi
Gambar 2.5Keterangan Pola Radiasi
Beam utama (main beam) atau lobe utama (main lobe) adalah pancaran utama dari pola radiasi suatu antena.
Lobe kecil (minor lobes) adalah pancaran-pancaran kecil selain pancaran utama dari pola radiasi antena.
11
Lobe belakang (back lobe) adalah pancaran yang letaknya berlawanan dengan pancaran utama dari pola radiasi antena.
Titik setengah daya (Half power point) adalah suatu titik pada pancaran utama yang mempunyai nilai daya separuh dari harga maksimumnya.
Half power beam width (HPBW) adalah lebar sudut yang memisahkan dua
titik setengah daya pada pancaran utama dari pola radiasi.
Front to back ratio adalah perbandingan antara daya maksimum yang di pancarkan pada lobe utama (main lobe) dan daya pada arah belakangnya.
2.3.1.1.1 Bidang Pola Radiasi
Penamaan bidang pola radiasi antena :
Bidang elevasi = pola radiasi antena yang diamati dari sudut elevasi.
Bidang azimuth = pola radiasi antena yang diamati dari sudut azimuth.
Bidang E = bidang medan listrik dari pola radiasi antena.
[image:53.595.211.430.516.684.2] Bidang H = bidang medan magnet dari pola radiasiantena.
Gambar 2.7Pola Radiasi dipole λ/2 2.3.1.2 Half Power Beam Width (HPBW)
Parameter lain didalam pola daya adalah half power beam width (HPBW),
yang merupakan lebar sudut yang memisahkan antara dua titik pada beam utama
dari suatu pola daya, dimana daya pada dua titik itu sama dengan separuh dari
daya maksimumnya
HP = θHP left – θHP right ...(2.1)
Dimana θHP left dan θHP right adalah titik-titik disebelah kanan dari maksimum
beam utama dimana harga pola daya pada kedua titik itu sama dengan separuh
dari harga maksimumnya. ellipsnya sama dengan nol sehingga perputaran ujung
vector medannya seolah-olah hanya bergerak maju mundur pada garis satu saja,
maka keadaan itu membuat polarisasi ellips munjadi polarisasi linear. Polarisasi
inilah yang dalam kemungkinannya bisa berupa polarisasi linear dengan arah
vertikal, polarisasi linear dengan arah horisontal ataupun polarisasi linear antara
kedua posisi itu (miring).
2.3.1.3 Bandwith Antena
Pemakaian sebuah antena didalam sistem pemancar atau penerima selalu
13
dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar ia dapat menerima atau
memancarkan gelombang yang mengandung band frekuensi tertentu. Pengertian
harus dapat bekerja dengan efektif disini adalah distribusi arus dan impedansi dari
antena pada range frekuensi tersebut benarbenar belum banyak mengalami
perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta
VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan. Daerah
frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan inilah yang dinamakan
Bandwith antena. Suatu misal, sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah
sebesar fc, namun ia masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (dibawah
fc) sampai dengan fu (diatas fc), maka lebar Bandwith dari antena itu adalah (fu –
f1). Tetapi apabila dinyatakan dalam prosen,bandwith antena tersebut adalah :
Bandwith yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan untuk
menyatakan bandwith antena-antena yang memiliki band sempit (narrow band ).
Sedangkan untuk menyatakan bandwith antena band lebar (broad band) biasanya
digunakan definisi ratio perbandingan antar batas frekuensi atas dan frekuensi
bawah .
Suatu antena digolongkan sebagai antena broadband, apabila impedansi dan pola
radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk fu/f1≥2.
batasan yang digunakan untuk mendapatkan fu dan f1 adalah ditentukan oleh
Tabel 2.1 Contoh Penampilan Lebar band Frekuensi
Bandwith antena sangat dipengaruhi oleh luas penampang konduktor yang
digunakan serta susunan fisiknya (bentuk geometrisnya). Misalnya pada antena
dipole, antenna tersebut akan mempunyai bandwith yang semakin lebar apabila
konduktor yang digunakannya semakin besar. Demikian pula pada antena yang
mempunyai susunan fisik smoth, biasanya antenna tersebut akan menghasilkan
pola radiasi dan impedansi masuk yang berubah secara smoth terhadap perubahan
frekuensi (misalnya pada antena bionical, log periodic dan sebagainya ). Selain
itu, pada jenis antena gelombang berjalan (traveling waves) ternyata dijumpai
lebih lebar range frekuensi kerjanya dari pada antena resonan.
2.3.1.4 Direktivitas dan Gain Antena
Salah satu karakteristik antena yang dapat memberikan gambaran berapa
banyak energi yang dikonsentrasikan pada arah yang dikehendaki terhadap arah
yang lain disebut directivity. Pengertian directivity ini akan sama dengan power
15
dinyatakan secara relatif terhadap antena referensi isotropis atau dipole ½ λ.
Sebelum masalah radiasi direktivitas dan gain antena ini dibicarakan lebih lanjut,
terlebih dahulu dikemukakan pengertian intensitas radiasi yang mempunyai
definisi :
Intensitas radiasi adalah daya yang dipancarkan pada suatu arah persatuan sudut
ruang (solid angle), sedemikian sehingga total daya dipancarkan sumber sudut itu
merupakan integral keseluruhan dari intensitas radiasi terhadap sudut ruang.
Dimana dΩ = sin θ dθ dФ
karena intensitas radiasi diatas sebanding dengan magnitude pointing
vektor, maka intensitas radiasi akan sebanding pula dengan kuadrat pola medan
|F(θ, Ф)|, sehingga intensitas radiasi dapat juga ditulis dalam bentuk :
Dimana : Um = magnitude (besar maksimum) dari intensitas radiasi.
Dengan demikian intensitas radiasi rata-rata adalah :
2.3.1.5.1 Direktivitas
Direktivitas suatu antena didefinisikan sebagai perbandingan antara harga
maksimum intensitas radiasi dengan intensitas radiasi rata-rata yang
Sedangkan perbandingan intensitas radiasi pada suatu arah tertentu dengan radiasi
rata-rata dinamakan directivity gain .
Dengan demikian definisi directivity secara sederhana tidak lain merupakan harga
maksimum dari directivity gain.
2.3.1.5.2 Gain
Apabila suatu antena dipakai sebagai antena pemancar, pada umumnya
daya yang diradiasikan sedikit kurang jika dibandingkan dengan daya yang
diberikan oleh transmitter di terminal catunya, hal ini disebabkan adanya faktor
efisiensi pada setiap antena, yang dinyatakan dengan :
Gain antena mempunyai hubungan erat dengan direktivity dan faktor efisiensi ini.
Secara kwantitatif, power Gain didefinisikan sebagai :
...(2.11)
Dengan persamaan (2.16) dan (2.17) , maka power gain menjadi :
Sehingga power gain maksimum antena adalah [1] :
G
=
e
.
D
...(2.13)
Persamaan diatas adalah persamaan secara teoritis bisa digunakan untuk
17
dihitung berdasarkan directivity dan efisiensi yang dimilikinya, karena untuk
mendapatkan directivity antena memang diperlukan perhitungan yang tidak
mudah.
2.4 Pengertian Waveguide
Waveguide adalah saluran tunggal yang berfungsi untuk menghantarkan
gelombang elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi 300 MHz – 300 GHz.
Dalam kenyataannya, waveguide merupakan media transmisi yang berfungsi
memandu gelombang pada arah tertentu. Secara umum waveguide dibagi menjadi
tiga yaitu, yang pertama adalah Rectanguler Waveguide (waveguide dengan
penampang persegi) dan yang kedua adalah Circular Waveguide (waveguide
dengan penampang lingkaran), dan EllipsWaveguide (waveguide dengan
[image:59.595.243.384.460.593.2]penampang ellips) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8
Gambar 2.8Jenis Waveguide
Dalam waveguide diatas mempunyai dua karakteristik penting, yaitu :
2. Mode gelombang yang ditransmisikan, yang memperlihatkan ada
tidaknya medan listrik atau medan magnet pada arah rambat.
Faktor-faktor dalam pemilihan waveguide sebagai saluran transmisi antara
lain :
1. Band frekuensi kerja, tergantung pada dimensi.
2. Transmisi daya, tergantung pada bahan.
3. Rugi-rugi transmisi, tergantung mode yang digunakan.
Pemilihan waveguide sebagai pencatu karena pada frekuensi diatas 1 GHz,
baik kabel pair, kawat sejajar, maupun kabel koaksial sudah tidak efektif lagi
sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik. Selain efek radiasinya yang
besar, redamannya juga semakin besar.
Pada frekuensi tersebut, saluran transmisi yang layak sebagai media
transmisi gelombang elektromagnetik (microwave) adalah waveguide. Waveguide
merupakan konduktor logam (biasanya terbuat dari brass atau aluminium) yang
berongga didalamnya, yangpada umumnya mempunyai penampang berbentuk
perseg (rectanguler waveguide) atau lingkaran (circular waveguide).
Saluran ini digunakan sebagai pemandu gelombang dari suatu sub sistem ke
sub sistem yang lain. Pada umumnya di dalam waveguide berisi udara, yang
mempunyai karakteristik mendekati ruang bebas. Sehingga pada waveguide
persegi Medan listrik E harus ada dalam waveguide pada saat yang bersamaan
harus nol di permukaan dinding waveguide dan tegak lurus. Sedangkan medan H
juga harus sejajar di setiap permukaan dinding waveguide. Dikatakan mode TE
(Transverse Electric) karena hanya komponen medan listrik yang tegak lurus
19
2.4.1 Karakteristik Waveguide
[image:61.595.165.494.140.404.2]Karakterik dari waveguide dapat dilihat pada Gambar2.2 dibawah ini :
Gambar 2.9Karakteristik umum waveguide
Dari Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa frekuensi kerja berada di antara fmin
dan fmax, Band frekuensi kerja : ω > ωc atau λ< λc. Selain itu waveguide juga memiliki karakteristik yang penting yaitu frekuensi cut off dan mode gelombang
yang ditransmisikan.
2.5 Waveguide Persegi
Waveguide persegi adalah bumbung gelombang dengan penampang persegi
dan model ini sering digunakan dalam praktik. Hal ini disebabkan karena
perencanaan, analisa serta pembuatannya relatif mudah. Dalam analisanya,
waveguide persegi memberikan hasil yang sederhana, dengan menggunakan
Gambar 2.10Sistem koordinat untuk waveguide
2.5.1 Konfigurasi Medan pada Waveguide Persegi
Konfigurasi dari medan E dan H dari rectangular waveguide mode TE10 dapat
dilihat pada Gambar 2.11 .
Gambar 2.11Konfigurasi medan E dan H dalam rectangular waveguide
2.6 Mode Domain (MODE TE10)
Mode yang paling sederhana dan seringkali digunakan dalam aplikasi mode
TE dan mempunyai frekuensi cut off yang paling rendah diantara mode-mode TE
yang lain adalah mode TE10. Mode ini dinamakan mode dominan mode TE
dalam rectangular waveguide. Persamaan untuk mode TE10, dapat diperoleh
[image:62.595.249.408.344.490.2]21
Sehingga menghasilkan persamaan sebagai berikut :
Distribusi untuk mode ini dapat dilihat pada Gambar 2.5. Frekuensi cut off untuk
mode ini dapat dinyatakan dengan persamaan 2.11 :
Dimana a adalah dimensi panjang waveguide.
μ0 adalah permeabilitas.
ε0 adalah permitivitas, dimana permeabilitas dan permitivitas tergantung
2.7 Coupling Untuk Waveguide
Untuk membangkitkan suatu mode dari suatu waveguide, diperlukan
peralatan untuk menghubungkan kedalam dan keluar dari waveguide.
Permasalahannya adalah bagaimana menghubungkan energi dari suatu saluran
transmisi USB Adapter WiFi ke waveguide. Pertama, saluran transmisi dapat
dihubungkan medan listrik dari waveguide dengan memasukkan suatu USB
Adapter WiFi ke dalam waveguide sedemikian rupa sehingga USB Adapter WiFi
muncul didalam waveguide setinggi λ/4. Dengan cara seperti ini USB Adapter WiFi menghubungkan medan listrik didalam waveguide. Situasi ini ditunjukkan
oleh Gambar 2.6 yang mana aplikasi tersebut untuk mode TE10 didalam
waveguide persegi. Metode coupling semacam ini akan berfungsi sebagai sumber
arus dengan suatu short circuit yang ditentukan prinsip konversi arus.
[image:64.595.218.409.418.556.2]USB Adapter WiFi ke kabel Koaksial
Gambar 2.12Coupling medan listrik
Metode kedua dari sistem coupling suatu saluran transmisi USB Adapter
WiFi ke suatu waveguide adalah dengan menghubungkan medan magnetnya.
Metode ini dikerjakan dengan menyisipkan suatu loop dari kawat kedalam
23
tegangan open-circuit dapat ditentukan dengan menggunakan aplikasi dari
persamaan Maxwell .
E.dl = - j μHda ...(2.25)
2.8 Teorema Luasan Tangkap (Aperture)
Suatu antena yang mempunyai struktur berupa suatu luasan yang dilalui
gelombang elektromagnetik dinamakan antenna luasan (aperture antenna).
Antena horn adalah merupakan salah satu contoh dari antena luasan. Konsep dari
aperture ditunjukkan sangat sederhana, yaitu dengan mempertimbangkan suatu
antenna penerima. Andaikata bahwa antena penerima adalah suatu horn
elektromagnetik yang dibenamkan didalam medan dari suatu gelombang datar
serba sama. Ambilah vektor poynting, atau kerapatan power dari gelombang datar
S watt permeter persegi. Apabila horn menyerap semua power dari gelombang
melalui seluruh luasan a1, maka power P yang diserap dari gelombang adalah :
P = S . A (watt) ………... ...(2.26)
Sehingga, horn elektromagnetik dapat dianggap sebagai suatu aperture. Power
total yang diserap dari gelombang yang melaluinya menjadi sebanding dengan
aperture atau luasan mulut.
2.9 Teori Tentang Antena Horn
Antena horn merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem
komunikasi gelombang mikro. Antena ini ada dan mulai digunakan pada tahun
1800-an. Antena ini mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita
luasannya, antena horn diklasifikasikan dalam dua jenis (lihat Gambar 2.13) yaitu
antena horn persegi (rectangular horn antenna) dan antena horn kerucut (conical
[image:66.595.178.485.171.282.2]horn antenna).
Gambar 2.13 (a) Antena horn persegi
(b) Antena horn kerucut
Antena horn digunakan secara luas, diantaranya sebagai elemen penerima
untuk radio astronomi, tracking satelit, serta sebagai pencatu pada reflektor antena
parabola. Jenis antena horn yang sering dipakai dalam praktek adalah antena horn
piramida, karena itu dalam bab ini akan dijelaskan karakteristik dari antenna horn
jenis piramida, khususnya mengenai pola radiasi, factor penguatan dan
keterarahannya.
Horn dapat dianggap sebagai bumbung (bumbung) gelombang yang
dibentangkan sehingga gelombang-gelombang didalam bumbung tersebut
menyebar menurut suatu orde tertentu dan akan menghasilkan suatu distribusi
medan melalui mulut horn sehingga dapat dianggap sebagai sumber radiasi yang
menghasilkan distribusi medan melalui suatu luasan tangkap. Amplitudo dan fase
medan pada bidang mulut horn tergantung pada jenis dan mode gelombang catu
yang masuk ke horn melalui bumbung gelombang dan tergantung pada sifat-sifat
25
penguatan, keterarahan dan sebagainya sangat ditentukan oleh dimensi antenna
horn, seperti panjang horn R, lebar a dan tinggi b atau ukuran-ukuran aperture.
2.9.1 Antena Horn Persegi
Ada tiga macam antena horn persegi seperti ditunjukkan (lihat gambar
2.14). Antena horn ini dicatu melalui bumbung gelombang yang dindingnya
melebar. Untuk bumbung gelombang dengan mode dominan, bidang-E berada
dibagian vertical sedangkan bidang-H berada dibagian horisontal. Antena horn
yang mengalami pelebaran pada bidang yang lebar serta bidang yang sempit tidak
mengalami perubahan dinamakan antena horn sektoral bidang-H. Dan sebaliknya,
jika antara horn ini mengalami pelebaran pada bidang yang sempit dinamakan
sebagai antena horn sektoral bidang-E. Jika kedua bidang antena mengalami
[image:67.595.150.489.445.696.2]pelebaran maka disebut sebagai antena horn piramida.
2.9.2 Antena Horn Piramida
Antena horn persegi yang paling populer adalah antena horn jenis
piramida (pyramidal horn antenna). Seperti yang ditunjukan pada (lihat gambar
2.15), antena ini mengalami pelebaran pada kedua sisinya. Ukuran dari
penampang bumbung gelombangnya adalah a dan b, dengan a adalah bagian yang
lebih lebar dari pada bagian b.
(a)
27
Gambar 2.15 (a) Bentuk antena horn piramida
(b) Sektoral bidang-E
(c) Sektoral bidang-H
Dari gambar (bidang-E) secara geometris dimensi antena horn bisa dinyatakan
sebagai berikut :
Dengan : PH= Jarak dari virtual apex ke bidang aperture bidang-H
PE = Jarak dari virtual apex ke bidang aperture bidang-E
a1= Ae= ukuran mulut antena horn ke arah medan listrik
b1=Ah= ukuran mulut antena horn ke arah medan magnet
a, b = ukuran dari penampang bumbung gelombang (waveguide)
2.9.3 Pola Radiasi Antena Horn Piramida
Untuk menentukan pola radiasi antena horn piramida sebagai fungsi dari
medan jauh, maka terlebih dahulu ditentukan medan listriknya pada luasan
(mulut) horn.
Dengan :
E0 = konstanta
βg = konstanta fase di dalam bumbung gelombang
η= impedansi intrinsic
Medan listrik yang sampai ke mulut horn akan mengalami perubahan, artinya
setiap titik pada mulut horn akan mempunyai fase berbeda karena mempunyai
jarak yang tidak sama di hitung dari puncak horn. Dari gambar (2.15), bisa dilihat
bahwa panjang R berubah-ubah, dimana semakin kedinding horn R semakin
panjang. Gelombang yang sampai dimulut horn akan mempunyai perbedaan fase
29
perubahan, dari βg (konstanta fase di dalam bumbung gelombang) menjadi β
(konstanta fase di ruang bebas). Akan tetapi untuk horn yang mulutnya besar (a1,
b1) >> λ sehingga βg ≈ β. Pola radiasi pada bidang-H dapat memakai distribusi
perbedaan fase pada bidang-H sebagai fungsi posisi (x,y). Distribusi perbedaan
fasenya dapat dinyatakan:
Nilai maksimum x = ± maka beda fase maksimumnya
Sehingga,
dicari dapat a
t
1 1
8
………...(2.38)
) (
8 3
8 1
1 optimum a
top
………(2.39)
Dengan a1 (optimum) = 31
Sedangkan HPBW untuk perilaku antena optimum dapat ditentukan dari pola plot
pada gambar (2.16) untuk t = 3/8, sinar utama (main beam) terjadi pada titik -3 dB
Gambar 2.16 Plot pola radiasi untuk horn sektoral bidang-H
Pola radiasi pada E dapat memakai distribusi perbedaan fase pada
bidang-E sebagai fungsi posisi (x, y). Distribusi perbedaan fasenya dapat dinyatakan
dengan
Nilai maksimum dari y = ± b1/2, maka maksimum perbedaan fasenya menjadi,
Dengan, b1 (optimum) = 22
Sedangkan HPBW untuk perilaku antena optimum dapat ditentukan dari pola plot
pada gambar (2.17) untuk s = ¼ sinar utama (main beam) terjadi pada titik -3 dB
31
Fungsi FH (θ) dan FE (θ) dapat digambarkan seperti tampak pada gambar (2.16) dan gambar (2.17), untuk bermacammacam harga t dan s, merupakan pola umum
dari pola radiasi antena, yang didapatkan untuk ukuran horn tertentu a1 dan b1
(panjang dan lebar dari mulut horn). Gambar (2.16) pola bidang- H merupakan
fungsi dari (a1/λ) sin θ sedangkan pola bidang-E pada gambar (2.17) merupakan
fungsi (b1/λ) sin θ. Dimana factor elemennya (1 + cos θ)/2 tidak diikutkan.
Dibawah ini gambar dari plot pola radiasi untuk horn sektoral bidang-E.
Gambar 2.17 Plot Pola Radiasi untuk Horn Sektoral Bidang-E
Dengan menggunakan gambar (2.16) dan gambar (2.17) dapat ditentukan
HPBW-nya yaitu :
Untuk harga t = 3/8, kedudukan titik -3 dB diperoleh pada harga (a1/λ) sin
θ = 0,68. sehingga HPBW pada bidang-H (HPH) adalah 2θH = 2 sin-1 (0,68 λ/a1).
Untuk harga s= ¼, keduduka titik -3 dB diperolehpada harga (b1/λ) sin θ = 0,47. sehingga HPBWpada bidang-E (HPE) adalah 2θE = 2 sin-1 (0,47
2.9.4 Keterarahan dan Faktor Penguatan
Keterarahan adalah salah satu parameter yang dipakai untuk menentukan
penampilan dari suatu antena. Keterarahan dapat dihitung dari persamaan :
) 0 , 0 ( 2 ) 0 , ( cos 1 )
( 0 0
0 I I
Fh ………..(2.45)
21 2 2 2 3 4 2 3 4 ) 2 ( ) 2 ( 4 ) ( ) ( ) ( ) ( 2 cos 1 ) ( s S s C r S r S r C r C
Fe ………(2.46)
1 sin /(4 )
2
3 s A s
r e
……….(2.47)
A s
s
r4 2 1 esin/(4 ……….(2.48) Dengan memakai persamaan medan listrik pada luasan mulut horn, maka dapat
dicari parameter-parameter berikut dengan bantuan integral fresnel cosinus dan
sinus : R A q e 2 ……….(2.49)
x t dt x C 0 2 ) 2 / ( cos )
( ………....(2.50)
x t dt x S 0 2 ) 2 / ( sin )
( ………...(2.51)
………(2.52)
……. . ………(2.53)
Dengan persamaan-persamaan diatas diperoleh keterarahan seperti berikut :
E H
p D
b D a
D
33 Dengan, q q S q C A A
D e h
E
) ( ) (
32 2 2
2 ……….(2.55)
2
2 1
2 2
1) ( ) ( ) ( )
( 4 P S P S P C P C A R A D h e
H
………(2.56) Dengan,
( ) ( ) ( ) ( )
) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 , ( 1 1 2 2 2 1 sin 8 1 1 2 2 2 1 sin 8 0 t jS t C t jS t C e s jS s C s jS s C e I A t x j A t x j ……….(2.57) Dimana :a1= Ae= ukuran mulut antena horn ke arah medan listrik
b1=Ah= ukuran mulut antena horn ke arah medan magnet
a, b = ukuran dari penampang bumbung gelombang (waveguide)
ρ1, ρ2 = panjang axial dari horn dilihat dari bidang-E dan bidang-H.
2.10 MATLAB 6.5
Matlab 6.5 merupakan software program aplikasi yang digunakan untuk
komputasi teknik. Nama Matlab merupakan singkatan dari MATrix LABoratory.
Matlab mampu mengintegrasikan komputasi, visualisasi, dan pemrograman untuk
dapat digunakan secara mudah. Penggunaan Matlab diantaranya adalah pada:
1. Matematika dan Komputansi
2. Pengembangan algoritma
3. Pemodelan, simulasi, dan prototyping
4. Analisa, eksplorasi, dan visualisasi data
Pada tugas akhir ini Matlab 6.5 digunakan untuk proses pengolahan data,
yakni proses yang berkaitan dengan analisa dan visualisasi data.
2.10.1 Lingkup Matlab
Ada beberapa tools yang disediakan oleh Matlab 6.5 diantaranya sebagai berikut:
• Command Window, yang berfungsi untuk tempat memasukkan dan
menjalankan variabel (fungsi) dari Matlab dan M File.
• Command History, yang berfungsi menampilkan fungsi-fungsi yang telah
dikerjakan pada command window.
• Launch Pad, yang berfungsi untuk akses tools, demo, dan dokumentasi
semua produk Math Works.
• Help Browser, yang berfungsi untuk menampilkan dan mencari dokumentasi
yang ada pada Matlab.
• Current Directory Browser, yang berfungsi menampilkan file-file Matlab dan
file yang terkait serta mengerjakan operasi file seperti membuka dan
mencari isi file.
• Workspace Browser, yang memuat variabel-variabel yang dibuat dan yang
disimpan dalam memori saat penggunaan Matlab.
• Editor / Debugger, yang berfungsi untuk membuat dan memeriksa M File
Beberapa tools ini merupakan tools yang secara umum digunakan pada
Matlab, n
