PERBANDINGAN MATCHING IMPEDANSI ANTENA DIPOLE SEDERHANA 152 MHz DENGAN ANTENA DIPOLE GAMMA MATCH 152 MHz

(1)

JETri,

Volume 9, Nomor 1, Agustus 2009, Halaman 1 - 16, ISSN 1412-0372

PERBANDINGAN MATCHING IMPEDANSI ANTENA DIPOLE SEDERHANA 152 MHz DENGAN ANTENA

DIPOLE GAMMA MATCH 152 MHz

Henry Candra & Ferdinansyah*

Dosen Jurusan Teknik Elektro-FTI, Universitas Trisakti

Abstract

Simple dipole antenna is an antenna which made from copper and precision size to be resonated in adjustable frequency. While gamma match dipole antenna is an antenna made with gamma match system which with adding capacitor in feed point .The design and realization of the two antennas above are compared to analyze the characteristics of both antennas to find out which has better radiation pattern, free space loss and gain antenna so it could be determined which antenna is suitable to use. The results show that both antennas have omnidirectional radiation pattern. The value of free space loss simple dipole antenna and gamma match dipole antenna is the same about 14.86 dB. The gain of simple dipole antenna is about 39.95 dB and the gain of gamma match antenna is 42.9 dB.

Keywords: Antenna, Dipole, Matching Impedance, Gamma Match

1. Pendahuluan

Proses pemindahan informasi dari sumber ke penerima dalam komunikasi tanpa kabel memerlukan antena yang merupakan mata atau telinga informasi.

Prinsip dasar dari antena diasumsikan sebagai perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari sumber ke tujuan melalui media udara bebas. Jenis-jenis antena ada bermacam-macam antara lain antena kawat, antena permukaan, antena bersusun, antena reflektor, antena lensa, antena mikrostrip.

Pada kesempatan ini membahas rancangan antena dipole sederhana dan antena dipole gamma match beserta karakteristik gambar pola radiasi, gain antenna, banwidth, beamwidth, free space loss.

Antena dipole selain digunakan untuk radio juga dapat digunakan

untuk memancarkan dan menerima gelombang. Antena dipole sederhana

menggunakan bahan tembaga pada frekuensi 152 MHz dan antenna dipole

gamma match menggunakan bahan pipa alumunium pada frekuensi 152

MHz.

(2)

JETri,

Volume 9, Nomor 1, Agustus 2009, Halaman 1 -16, ISSN 1412-0372

2. Antena Dipole dan Teknik Matching 2.1. Antena Dipole

Struktur dasar antena adalah sebuah dipole pendek (short dipole), yang tersusun dari dua potong logam, padat atau berlubang, yang terbentang masing-masing sepanjang ¼ λ dimana dari ujung keduanya yang berdekatan merupakan input daya yang berasal dari pemancar.

Sebatang Logam yang panjangnya lamda akan beresonansi dengan baik bila ada konduktor yang menyentuh permukaannya. Jadi bila pada ujung kabel coaxial bagian tengah disambung dengan logam dan luar dengan ground, akan menjadi antena. Antena semacam ini hanya mempunyai satu pole dan disebut monopole. Apabila bagian luar dari kabel coaxial tidak disambung dengan ground dan disambung dengan seutas logam lagi, menjadi antena dengan dua pole dan disebut dipole.

Antena dipole bisa terdiri hanya satu kawat saja disebut single wire dipole, dua kawat dinamakan two wire folded dipole, bisa juga terdiri atas 3 kawat yang ujung-ujungnya disambung dinamakan three wire dipole.

Antena dipole dapat dipasang tanpa menggunakan balun akan tetapi bila feeder line menggunakan kabel coaxial sebaiknya dipasang balun 1: 1 agar diperoleh pola radiasi yang baik, karena kabel coaxial bersifat unbalance

Gambar 1. Antena Dipole

Antena dipole sebenarnya merupakan sebuah antena yang dibuat dari

kawat tembaga dan dipotong sesuai ukuran agar beresonansi pada frekuensi

kerja yang diinginkan. Agar dapat beresonansi, maka panjang total sebuah

Dipole ( L ) adalah 0,5 λ x K, dimana λ adalah panjang gelombang di

udara dan K adalah velocity factor pada kawat tembaga. Untuk ukuran

kawat tembaga yang relatif kecil (hanya berdiameter beberapa mm) jika

dibandingkan setengah panjang gelombang, maka nilai K diambil sebesar

0,95 dan cukup memadai sebagai awal mulai. (Balanis, 1997: 162).

(3)

Henry Candra & Ferdinansyah. Perbandingan Matching Impedansi Antena Dipole Sederhana 152

Sehingga rumus untuk menghitung total panjang sebuah antena dipole adalah sbb :

L = 0.5 λ x K (1)

Di mana :

λ = panjang gelombang di udara L = panjang total antena dipole

K = velocity factor yang diambil sebesar 0,95

Antena Dipole mempunyai impedansi sekitar 50 Ohm – 75 Ohm sehingga bisa di umpan langsung dengan kabel coaxial atau melalui balun.

Pada Band HF, untuk daya pancar sampai dengan 500 Watt, bisa dipakai kabel coaxial tipe RG-58/U, sedangkan untuk daya pancar lebih besar dari 500 Watt, disarankan memakai coaxial yang lebih besar yaitu tipe RG-8/U atau type RG-213 atau tipe 8214.

Selain itu, sebagai bahan pertimbangan, jika jarak antara transceiver dengan feed point kurang dari 15 meter, bisa dipakai coaxial tipe RG-58/U, tetapi jika jaraknya melebihi 15 meter, sebaiknya dipakai coaxial tipe RG-8/U atau tipe RG- 213 atau tipe 8214. Arah pancaran antenna dipole adalah tegak lurus pada arah kawat antena dan sejajar dengan ground.

2.2. Teknik Matching

Frekuensi operasi sebuah sistem antena tidak sepenuhnya tergantung pada respons frekuensi dari elemen antena itu sendiri, tetapi pada kombinasi antara karakteristik frekuensi dari saluran transmisi dan elemen antena. Dalam prakteknya, impedansi karakteristik saluran transmisi adalah riil, sedangkan elemen antena adalah kompleks. Selain itu perubahan masing-masing sebagai fungsi dari frekuensi adalah tidak sama. Oleh karena itu jaringan coupling-matching yang efisien harus didesain agar tercapai karakteristik yang matching dari kedua elemen pada frekuensi operasi yang diharapkan. (Kraus, 2001: 409).

Banyak jaringan coupling-matching yang digunakan untuk

menghubungkan elemen saluran transmisi dengan antena. Salah satunya

adalah teknik matching gamma match yang akan digunakan pada

perancangan antena dipole.

(4)

JETri,

2.2.1. Gamma Match

Sangat sering bahwa antena dipole dihubungkan (feed) dengan kabel coaxial yang merupakan saluran tranmsisi unbalanced. Metode yang sering dipakai dalam menghubungkan dipole atau jenis antena lainnya dengan coaxial 50 ohm dan untuk mendapatkan matching adalah dengan menggunakan susunan gamma match. Dengan tambahan Gamma Match pada dipole, antena bisa dihubungkan (feed) dengan kabel 50 Ohm langsung, misalnya RG-08. Dan bisa diatur agar impedansi input mendekati 50 Ohm unbalanced.

3. Perancangan Antena Dipole Sederhana dan Antena Dipole Gamma Match Pada Frekuensi 152 Mhz.

3.1. Perancangan Antena Dipole Sederhana

Pada perancangan ini diperlukan komponen-komponen:

1. Kawat tembaga.

2. N – Connector tipe NC 551.

3. N – Connector tipe NC 552.

4. Jack BNC.

5. Kabel coaxial 50 Ohm.

6. Pipa dan tutup paralon.

3.1.1. Langkah – Langkah Perancangan

Sebelum perancangan harus mengetahui dahulu panjang antena dengan rumus (1) di atas tetapi sebelumnya dihitung λ untuk frekuensi 152 MHz.

λ = f

c (2)

Di mana :

λ = panjang gelombang di udara (m)

c = cepat rambat gelombang elektromagnetik = 3 × 10

⁸

m/s f = frekuensi gelombang (Hz)

Sehingga diperoleh :

6 8

10 x 152

10 x

= 3

λ = 1,97 m

(5)

Maka:

L = 0.5 λ x K = 0.5 x 1.97 x 0.95 = 0,93 m

Setelah diperoleh panjang antenanya maka selanjutnya antena tersebut dirancang dengan komponen dan alat yang tercantum di atas.

(a) (b)

Gambar 2. (a) N Connector tipe NC 551. (b) N Connector tipe NC 552 Kemudian kawat tembaga dipotong sepanjang 93 cm. Lalu kawat tembaga dibagi menjadi 2 bagian menjadi sepanjang 46,5 cm. Ujung N connector tipe NC 551 bagian dalam disambung dengan kawat tembaga sepanjang 46,5 cm dan bagian luarnya disambung juga dengan kawat tembaga yang panjangnya sama yaitu 46,5 cm menggunakan solder. Agar tidak tejadi hubung singkat maka pada ujung dalam kawat tembaga yang akan disambung pada N connector dipasang isolator.

Gambar 3. N Connector Tipe NC 551 Tersambung Dengan Kawat Tembaga

(6)

JETri,

Bagian tepi dari N connector tipe NC 552 disambungkan dengan mur dan baut ke penutup paralon. Lalu bagian dalamnya disambung ke kabel koaxial.

Gambar 4. N Connector Tipe NC 552 Dipasang Pada Tutup Paralon 3.1.2. Kabel penghubung

Feeder line atau transmission line adalah penghubung antara antena dan transceiver serta berfungsi untuk meneruskan getaran listrik dari transceiver ke antena dan sebaliknya. Feeder line yang dapat digunakan pada antena adalah Coaxial cable karena mudah didapatkan di pasaran serta mudah penanganannya, misalnya coaxial cable nomor RG8/U atau RG58U mempunyai impedansi 50 Ohm.

Gambar 5. Kabel Penghubung 3.1.3. Tiang Antena

Tiang antena berfungsi agar antena dapat berdiri, posisi antena

dengan tanah harus tepat 90 derajat karena apabila bergeser 1 derajat saja

akan mempengaruhi kualitas pancaran dari antena tersebut. Tiang antena

dibuat dari pipa paralon, panjang tiang antena sekitar 1 m.

(7)

Gambar 6. Tiang Antena 3.1.4. Realisasi Antena Dipole Sederhana

Setelah semua langkah – langkah perancangan telah dilakukan maka diperoleh antena dipole sederhana seperti pada gambar 7 berikut ini

Gambar 7. Antena Dipole Sederhana 3.2. Perancangan Antena Dipole Gamma Match

Pada perancangan ini diperlukan komponen-komponen:

1. Pipa alumunium.

2. N – Connector tipe NC 554.

3. Kapasitor (di sini digunakan kabel coaxial 50 ohm).

4. Jack BNC.

5. Kabel coaxial 50 Ohm.

6. Braket.

7. Pipa dan tutup paralon.

3.2.1. Langkah – Langkah Perancangan

Sama seperti pembuatan antena dipole sederhana, sebelum merancang antena dipole gamma match harus diketahui lebih dahulu panjang antena yaitu = 0,93 m.

Setelah diperoleh panjang antena maka selanjutnya antena

dirancang dengan komponen dan alat yang tercantum di atas.

(8)

JETri,

Gambar 8. Gamma Rod Tersambung Dengan Pipa Alumunium Kabel coaxial dipotong, dibuang bagian ground shield dan jacket- nya, tinggal bagian konduktor dalam dan dielektriknya. Masukkan konduktor bagian dalam dan dielektrik tersebut ke dalam pipa aluminium, ujung konduktor dikupas sekitar 1 cm agar bisa disolder. Dari gambar 8 terlihat kapasitor variabel yang diseri dengan Gamma rod, dalam praktek untuk kapasitor agar praktis, kuat dan tahan air, dapat diganti dengan konduktor dalam dari kabel coaxial dan dielektiknya yang dimasukkan ke dalam pipa aluminium sebagai gamma rodnya

Gambar 9. N Connector Tipe NC 554

Setelah gamma rod dirancang, lalu ujung gamma rod dihubungkan dengan ujung N Connector tipe NC 554 bagian dalam. Setelah itu pipa alumunium dipotong sepanjang 93 cm lalu gamma rod disambungkan ke pipa alumunium dengan braket. Braket ini sendiri terbuat dari aluminium.

3.2.2. Kabel penghubung

Sama seperti antena dipole sederhana, antena gamma match

menggunakan kabel coaxial 50 Ohm sebagai kabel penghubung.

(9)

3.2.3. Tiang Antena

Sama seperti antena dipole sederhana, antena gamma match menggunakan pipa paralon sebagai tiang antena dengan ukuran sekitar 1 m.

Tiang antena berfungsi agar antena dapat berdiri, posisi antena dengan tanah harus tepat 90 derajat karena apabila bergeser 1 derajat saja akan mempengaruhi kualitas pancaran dari antena tersebut.

3.2.4. Realisasi Antena Dipole Gamma Match

Setelah semua langkah – langkah perancangan dilakukan diperoleh antena dipole gamma match seperti gambar 10 di bawah ini.

Gambar 10. Antena Dipole Gamma Match 3.3. Perhitungan Jarak Pengukuran

Untuk pengukuran pola radiasi pada jarak yang benar-benar tak terhingga adalah suatu hal yang tak mungkin dilakukan. Untuk keperluan pengukuran ini, ada suatu daerah di mana medan yang diradiasikan oleh suatu antena sudah dapat dianggap sebagai tempat medan jauh apabila jarak antara sumber radiasi dengan antena penerima yang akan diukur memenuhi ketentuan berikut :

d >

λ

2D² (3)

Di mana :

d = jarak pengukuran

D = dimensi terpanjang suatu antena

= panjang gelombang yang dipancarkan sumber

Panjang antena dipole sederhana yang dirancang adalah 0,93 m

sehingga apabila digunakan rumus maka jarak ideal pengukuran adalah:

(10)

JETri,

d >

λ 2D²

d >

λ )² 0,93 ( x 2

Dengan = 1,97 m, diperoleh jarak pengukuran:

d >

97 , 1

)² 0,93 ( x 2

d > 0,87 m

Dari perhitungan didapat angka 0,87 m yang berarti jarak minimal pengukuran untuk mendapatkan hasil terbaik adalah 0,87 meter.

3.4. Perhitungan Free Space Loss Antena Dipole

Untuk menentukan hasil gain di dalam pengamatan, rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

L

FS

= -20 Log c

d f 4 π

(4)

Di mana :

d = jarak pengukuran f = frekuensi

c = kecepatan cahaya (3 x 10

⁸

m/s)

3.5. Perhitungan Gain Antena Dipole

Untuk menentukan hasil gain di dalam pengamatan, rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

P

T

= P

R

+ G

T

– L

FS

+ G

R

(5)

Di mana :

(11)

11 P

T

= daya yang dipancarkan

P

R

= daya yang diterima pada jarak ideal pengukuran G

T

= gain atau penguatan antena pemancar

L

FS

= daya yang hilang pada free space

G

R

= gain atau penguatan pada antena penerima

4. Pengujian Antena Dipole Sederhana dan Antena Dipole Gamma Match

4.1. Pengujian Antena Dipole Sederhana

Disini akan dibahas mengenai pengujian antena dipole sederhana dan pengujian antena dipole gamma match untuk mengetahui parameter atau karakteristik antena yang meliputi bentuk pola radiasi, free space loss dan gain antena dari antena.

Langkah – langkah dalam pengujian adalah sebagai berikut :

1. Antena dipole sederhana diletakkan pada meja berputar dan dihubungkan dihubungkan dengan Spectrum Analyzer.

2. Antena pemancar dihubungkan ke RF Generator.

3. RF Generator diatur pada frekuensi 152 MHz, modulasi On, dan amplitudo 14 dBm.

4. Spectrum Analyzer diatur pada frekuensi 152 MHz.

5. Jarak antena sederhana dan pemancar diatur sesuai dengan perhitungan hingga mendekati jarak maksimal.

6. Meja berputar digeser sebesar 10 derajat setiap posisi pengukuran saat sampai satu putaran penuh (360°).

7. Kemudian hasil pengukuran dicatat.

Hasil pengujian dapat dilihat pada monitor spectrum analyzer berikut ini.

(a). (b). (c).

(12)

JETri,

Gambar 11. Spektrum Analyzer (a). Pada Sudut 0

⁰

(b). Pada Sudut 40

⁰

(c).

Pada sudut 90

^o

Tabel 1. Hasil Percobaan Antenna Dipole Sederhana

Sudut

Daya (dBm)

Sebelum Dinaturalisasi Setelah Dinaturalisasi

30

⁰

-14.73 -3.6

60

⁰

-18.18 -7.1

90

⁰

-24.97 -13.9

120

⁰

-25.61 -14.5

150

⁰

-25.13 -14.08

180

⁰

-24.31 -13.8

210

⁰

-25.53 -14.5

240

⁰

-25.32 -14.3

270

⁰

-24.13 -13.09

300

⁰

-18.01 -6.9

330

⁰

-14.05 -2.9

360

⁰

-11.09 0

Maka pola radiasi dapat digambarkan seperti di bawah ini :

Gambar 12. Pola Radiasi Pada Pengujian Antena Dipole Sederhana

(13)

Dari Gambar 12. di atas dapat dianalisis bahwa semakin besar sudut yang dihasilkan maka semakin kecil daya yang dihasilkan antara antena pemancar dengan antena penerima.

4.2. Pengujian Antena Dipole Gamma Match

Pengujian pada antena dipole gamma match ini dilakukan untuk mengetahui bentuk pola radiasi dari antena dipole gamma match yang telah dirancang.

Hasil pengujian spectrum analyzer di bawah ini.

(a). (b). (c).

Gambar 13. Spektrum Analyzer (a). Pada Sudut 0

⁰

(b). Pada Sudut 40

⁰

(c). Pada sudut 90

^o

Tabel 2. Hasil Percobaan Antenna Dipole Gamma Match

Sudut

Daya (dBm)

Sebelum Dinaturalisasi Setelah Dinaturalisasi

30

⁰

-14.51 -0.472

60

⁰

-16.71 -2.676

90

⁰

-19.81 -5.783

120

⁰

-17.76 -3.726

150

⁰

-16.51 -2.471

180

⁰

-15.16 -1.123

210

⁰

-14.95 -0.909

240

⁰

-16.23 -2.189

270

⁰

-20.48 -6.439

(14)

JETri,

300

⁰

-18.49 -4.461

330

⁰

-15.31 -1.272

360

⁰

-14.04 0

Maka pola radiasi dapat digambar seperti dibawah ini :

Gambar 14. Pola Radiasi Pada Pengujian Antena Dipole Gamma Match Dari gambar 14 di atas dapat disimpulkan bahwa semakin besar sudut yang dihasikan maka semakin kecil daya yang dihasilkan antara antena pemancar dengan antena penerima.

4.3. Perhitungan Free Space Loss

4.3.1. Perhitungan Free Space Loss Antena Dipole Sederhana Dengan menggunakan rumus (4) dan data-data berikut ini:

d = jarak pengukuran (0,87 meter) f = 152 MHz

c = kecepatan cahaya (3 x 10

⁸

m/s)

maka

(15)

L

FS

= 20 Log

₈

6

10 x 3

87 , 0 ) 10 x 152 ( x 3,14 x

4 x

= 20 Log 5.536 = 14,86 dB

4.3.2. Perhitungan Free Space Loss Antena Dipol Gamma Match Dengan menggunakan rumus (4) dan data-data berikut ini:

d = jarak pengukuran (0,87 meter) f = 152 MHz

c = kecepatan cahaya (3 x 10

⁸

m/s) maka

L

FS

= 20 Log

₈

6

10 x 3

87 , 0 ) 10 x 152 ( x 3,14 x

4 x

= 20 Log 5.536 = 14,86 dB

4.4. Perhitungan Gain Berdasarkan Pengujian 4.4.1. Perhitungan Gain Antena Dipole Sederhana

Untuk menentukan hasil gain di dalam pengamatan, digunakan rumus (5), sehingga kemudian hasil yang didapat saat percobaan adalah:

P

T

= 14 dBm P

R

= -11,09 dBm G

T

= 0

L

FS

= 14,86 dBm G

R

= ?

Maka :

P

T

= P

R

+ G

T

– L

FS

+ G

R

14 dBm= -11,09 dBm + 0 – ( 14,86 dBm ) + G

R

G

R

= 14 = 25,95 = 39,95 dB

Gain dari antena dipole yang diperoleh adalah G

R

= 39,95 dB.

(16)

JETri,

4.4.2. Perhitungan Gain Antena Dipole Gamma Match

Untuk menentukan hasil gain di dalam pengamatan, digunakan rumus (5), sehingga kemudian hasil yang didapat saat percobaan adalah:

P

T

= 14 dBm P

R

= -14,04 dBm G

T

= 0

L

FS

= 14,86 dBm G

R

= ?

Maka :

P

T

= P

R

+ G

T

– L

FS

+ G

R

14 dBm = -14,04 + 0 – (14,86 dBm) + G

R

G

R

= 14 + 28,9 = 42,9 dB

Gain dari antena dipole gamma match yang diperoleh adalah G

R

= 42,9 dB.

5. Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengujian alat yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Hasil analisa gambar pola radiasi antena dipole sederhana mengarah ke pola directional sedangkan pola radiasi antena dipole gamma match mengarah ke pola omnidirectional.

2. Half Power Beam Width (HPBW) antena dipole sederhana yaitu 50

⁰

sedangkan Half Power Beam Width ( HPBW) antena dipole gamma match yaitu 120

⁰