BAB II TEORI DASAR
2.1 Umum
Komunikasi menjadi bagian terpenting yang dalam kehidupan manusia yang tidak dapat terpisahkan. Sejak dikemukakan teori elektromagnetik oleh James Clark maxwel, perkembangan teknologi komunikasi semakin lama semakin pesat. Setelah itu muncullah antena radio pertama dibuat oleh Heinrich Hertz yang tujuannya untuk membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik yang sebelumnya telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell. Pada tahun 1886, Hertz memasang peralatan yang sekarang diketahui sebagai sistem radio dengan antena dipole sebagai pengirim dan antena loop segi empat sebagai penerima. Hertz juga bereksperimen dengan antena parabolik reflektor[5].
Perkembangan antenna yang semakin lama semakin pesat menimbulkan banyaknya variasi dari antena muncul untuk berbagai aplikasi. Seperti dalam komunikasi bergerak yang melibatkan pesawat, satelit dan kenderaan darat antena sangat diperlukan. Antena juga sangat populer digunakan dalam hal penyiaran dimana terminal pemancar dapat melayani penerima yang tidak terbatas.
2.2 Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian
dari gelombang elektromagnetik pada spektrum frekuensi radio. Transmisi gelombang elektromagnetik di ruang adalah sebagai gelombang transversal.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel 2.1 dan awalan SI):
1. Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz.
2. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz.
3. Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 μeVm.
Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau ekuivalen dengan bangkitnya medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan medan listrik akan membangkitkan medan magnetik.
Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah: 1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (μ) zat.
Jika perubahan medan magnetiknya sinusoida maka dibangkitkan medan listrik yang juga berubah secara sinusoida. Selanjutnya perubahan medan listrik secara sinusoida ini membangkitkan medan magnetik yang berubah secara
sinusoida. Demikian seterusnya terjadi proses berantai pembentukan medan listrik dan medan magnetik yang merambat kesegala arah. Merambatnya medan listrik dan medan magnetik ke segala arah inilah yang disebut gelombang elektromagnetik.
Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (f) dan kecepatan (v) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 :
f c = λ (2.1) Dimana : λ = panjang gelombang ( m) c = cepat rambat cahaya ( m/s )
f = frekuensi ( Hz )
Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih mendasar dan tidak bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka :
c = 3 x 108 m/s
Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik
Nama Band Singkatan
Band ITU Frekuensi(f) Panjang Gelombang ( λ) Extremely Low Frequency ELF 1 3-30 Hz 100.000km – 10.000km Super Low Frequency SLF 2 30-300 Hz 10.000km – 1000km Ultra Low Frequency ULF 3 300 – 3000 Hz 1000 km – 100 km Very Low Frequency VLF 4 3 – 30 KHz 100 km – 10 km Low Frequency LF 5 30 – 300 KHz 10 km – 1 km Medium Frequency MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m High Frequency HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m Very High Frequency VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m Ultra High Frequency UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm Super High Frequency SHF 10 3 – 30 GHz 100 mm – 10 mm Extremely High Frequency EHF 11 30 – 300 GHz 10 mm – 1 mm 2.3 Pengertian Antena
Antena merupakan bagian yang tidak dapat terpisahkan dalam komunikasi radio. Antena adalah perangkat media yang menyediakan sebuah sarana untuk memancarkan dan menerima gelombang radio. Dalam kata lain, antena menyediakan sebuah peralihan sebuah gelombang yang terbimbing dari transmisi kabel menjadi gelombang ruang bebas. Gambar 2.1 menunjukkan gambar antena sebagai pemancar dan penerima.
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pemancar dan Penerima
2.4 Parameter – Parameter Antena
Parameter – parameter antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, polarisasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedansi antena, dan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR).
2.4.1 Direktivitas Antena
Pengarahan atau direktivity antena adalah perbandingan antara intensitas radiasi (daya tiap unit sudut ruang) pada arah tertentu U(θ, Ф) terhadap intensitas radiasi rata-rata Uo (dari seluruh permukaan) pancaran. Semakin besar direktivitas maka lebar berkas antena semakin sempit. Dalam penggunaan praktis yang dimaksud directivity merupakan direktivitas maksimum yaitu pada arah sumbu pancar (pada arah pancaran maksimal) yang dapat dituliskan pada Persamaan 2.2.[5] ad o U U U D as Direktivit r P 4∏ = = = (2.2)
Dimana :
D = Direktivitas
U = Intensitas radiasi ( Watt/ o )
Uo = Intensitas radiasi rata – rata ( Watt/ o ) P rad = Total daya yang dipancarkan ( Watt )
2.4.2 Gain Antena
Gain antena adalah perbandingan logarithmik antara daya antenna dibandingkan dengan antena dipole ½ λ. Apabila digunakan antena isotropik, maka gain dinyatakan dalam dBi.
Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.3 : D k G Gain= = . (2.3) Dimana : k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤ 1
Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur (Antenna Under Test) dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan 2.4 :
(
)
(
antenareferensi)
xG(
antenareferensi)
P diukur yang antena P G max max = (2.4)
Sebagai referensi biasanya dipakai antena dipole ½λ, antena corong (horn), dan yang paling sering adalah antena isotropis dengan efisiensi 100%.
Gain terhadap antena isotropis dinyatakan sebagai Go. Maka dapat dituliskan pada Persamaan 2.5 :
(
100%)
) ( max ) ( max si berefisien isotropis antena G x referensi antena P diukur yang antena P Go = (2.5)Untuk Antena yang berapertur ideal dapat dituliskan persamaan rumus gain seperti pada Persamaan 2.6.
(2.6)
Dimana A adalah apertur dari antena tersebut.
2.4.3 Pola Radiasi Antena
Pola radiasi antena didefenisikan sebagai sebuah fungsi matematika atau sebuah representasi grafik dari sifat radiasi dari antena sebagai fungsi dari kordinat ruang . Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. Gambar 2.2 menunjukkan pola radiasi antena dalam dua dimensi dan tiga dimensi.
Dua dimensi tiga dimensi Gambar 2.2 Dimensi Pola Radiasi Antena
2
4
λ πA
Dua gambaran pola radiasi yang paling penting adalah pola bidang medan listrik E dan pola bidang medan magnet H. Pada bidang medan listrik E merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan listrik E terbentang pada bidang gambar. Sama halnya dengan pola bidang medan listrik E, pola bidang medan magnet H merupakan gambaran pola radiasi yang diperoleh dari nilai maksimum pengarahan radiasi di mana medan magnet H terbentang pada bidang gambar. Bidang medan listrik E dan bidang medan magnet H saling tegak lurus. Gambar 2.3 menunjukkan koordinat bidang pada pola radiasi, di mana warna ungu menyatakan bidang medan listrik E dan warna biru menyatakan bidang medan magnet H.
Gambar 2.3 Ilustrasi Bidang Pola Radiasi Antena
2.4.4 Polarisasi Antena
Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena di mana arah elemen antena terhadap permukaan bumi sebagai referensi arah. Dalam jaringan wireless,
polarisasi dipilih dan digunakan untuk mengoptimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan dan mengurangi derau dan interferensi dari sinyal yang tidak diinginkan. Gambar 2.4 menunjukkan polarisasi antena. Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi circular, dan polarisasi cross.
Gambar 2.4 Polarisasi Antena 2.4.5 Beamwidth Antena
Beamwitdth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama. Besarnya beamwidth ditunjukkan pada Persamaan 2.7:
derajat d f B . 1 , 21 = (2.7) Dimana : B = 3 dB beamwidth (derajat) f = frekuensi (GHz) d = diameter antena (m)
Gambar 2.5 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2), dan lobe sisi belakang (back lobe, nomor 3).
Gambar 2.5 Beamwidth Antena
2.4.6 Bandwidth Antena
Bandwidth sebuah antena didefenisikan sebagai jangkauan frekuensi yang berada dalam performa antena tersebut, dengan berhubungan dengan beberapa sifat yang sesuai dengan standar yang telah ada.
Adapun bandwidth dapat dinyatakan pada Persamaan 2.8 :
BW% = c f f f2− 1 x 100 % (2.8) Keterangan : = frekuensi tertinggi = frekuensi terendah = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :
a. Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matching dengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena
impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR. Nilai return loss dan VSWR yang masih dianggap baik adalah kurang dari -9,54 dB.
b. Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.
c. Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.
2.4.7 Impedansi Antena
Impedansi Antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik. Menurut Persamaan 2.9, impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.
I V
ZT = (2.9)
Dimana :
ZT = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal
2.4.8 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan ( ).
(2.10)
di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless.
Koefisien refleksi tegangan ( ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari adalah nol, maka :
a. : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat b. : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna. c. : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka. Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :
(2.11)
Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S=1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk pabrikasi antena adalah VSWR≤2.
Antena isotropis merupakan sumber titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Karena itu dikatakan pola radiasi antena isotropis berbentuk bola. Antena ini tidak ada dalam dunia nyata dan hanya digunakan sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Gambar 2.6 menunjukkan gambar antena isotropis.
Gambar 2.6 Antena Isotropis 2.6 Antena Directional
Berdasarkan direktivitasnya, antena directional dibagi menjadi antena unidirectional dan antena omnidirectional. Antena unidiretional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Sedangkan antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah.
2.6.1 Antena Unidirectional
Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Hal ini ditunjukkan dengan bentuk pola radiasinya yang terarah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenis
– jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodic, dan lain – lain. Gambar 2.7 memperlihatkan contoh antena unidirectional.
Gambar 2.7 Contoh Antena Unidirectional
2.6.2 Antena Omnidirectional
Antena omnidirectional memancarkan dan menerima sinyal dari segala arah dengan daya yang sama. Untuk menghasilkan cakupan area yang luas, gain antena omnidirectional harus memfokuskan dayanya secara horizontal, dengan mengabaikan pola pancaran ke atas dan ke bawah. Dengan demikian, keuntungan
dari antena jenis ini adalah dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak dan biasanya digunakan untuk posisi pengguna yang melebar. Kesulitannya adalah pada pengalokasian frekuensi untuk setiap sel agar tidak terjadi interferensi. Antena jenis ini biasanya digunakan untuk posisi pelanggan yang melebar. Direktivitas antena omnidirectional berada dalam arah vertikal. Bentuk pola radiasi antena omnidirectional digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Kebanyakan antena ini mempunyai polarisasi vertikal, meskipun tersedia juga polarisasi horizontal. Antena omnidirectional dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih kompleks contoh antena omnidirectional antara lain antena dipole, antena Brown, antena coaxial, antena super-turnstile, antena groundplane, antena collinear, antena slotwave guide, dan lain – lain. Gambar 2.8 memperlihatkan beberapa contoh antena omnidirectional.
Gambar 2.8 Contoh Antena Omnidirectional
Sejak ditemukan oleh S. Uda dan H. Yagi di universitas Tohoku pada tahun 1926, antena Yagi yang lebih tepat disebut antena Yagi – Uda banyak dibahas secara percobaan dan teori. Antena ini banyak sekali digunakan pada komunikasi radio amatir, dan kemudian sebagai antena penerima televisi, karena unjuk kerjanya yang prima dan toleransinya terhadap variasi serta kesalahan konstruksi bila kinerja optimum bukan suatu tuntutan. Antena Yagi – Uda merupakan antena susun parasitik dari antena dipole. Antena ini umumnya terdiri dari sebuah reflektor, sebuah driven element, dan beberapa direktor. Hal ini bermuara pada berbagai bentuk elemen antena Yagi – Uda seperti yang dapat dilihat di pasaran. Pada Gambar 2.9 memperlihatkan dimensi serta kontruksi dari antena yagi.
Gambar 2.9 Dimensi dan kontruksi antena Yagi Uda
Antena Yagi – Uda yang termasuk dalam jenis antena – antena kanal gelombang berjalan, dalam bentuk bakunya terdiri dari sejumlah antena kawat dipole yang diletakkan sejajar dalam suatu bidang. Satu diantaranya merupakan dipole aktif, sedangkan yang lainnya adalah pasif. Satu dari dipole pasif ini berada dibelakang dipole aktif dan berfungsi sebagai pemantul, dipole pasif
lainnya terletak di depan dipole aktif sebagai pengarah. Dalam konfigurasi ini arah depan merupakan arah pancaran antena. Diketahui dari teori – teori dipole gandeng bahwa dipole pasif akan berfungsi sebagai pemantul bila tahanan reaktifnya adalah indukitf. Karena itu panjang pemantul lebih besar dari setengah panjang gelombang. Dipole pasif akan berlaku sebagai pengarah kalau tahanannya kapasitif, karena itu panjangnya kurang dari setengah panjang gelombang. Biasanya satu dipole cukup sebagai pemantul karena pemantul tambahan tidak banyak pengaruhnya terhadap pola pancarantena. Sebaliknya karena arah pancar antena sesuai dengan kedudukan pengarah, eksitasi intensif secara seri yang membentuk kanal gelombang berjalan ditunjang oleh jumlah pengarah, sehingga jumlah pengarahnya antara 2 hingga 12 merupakan hal yang umum.
2.7.1 Driven Elemen, Reflektor dan Direktor
Sebuah elemen dalam sebuah antena susun mempunyai sebuah radiator yang memiliki panjang ½λ. Elemen array tersebut tidak selalu memiliki panjang ½ λ karena beberapa tipe dari array memiliki panjang yang disesuaikan / diinginkan yang menunjukkan elemen tersebut memiliki reaktansi kapasitif atau reaktansi induktif [1].
Driven Element adalah suatu elemen yang menyediakan daya dari pemancar, biasanya melalui saluran transmisi. Sebuah elemen parasit adalah elemen yang memperoleh daya secara sendirinya melalui penggandengan dengan elemen lain pada array dikarenaan karena jarak antar elemen yang berdekatan antara elemen[2].
Driven Element mempunyai panjang ½ λ. Sehingga rumus untuk menghitung total panjang Driven Element Yagi ditunjukkan pada Persamaan 2.12 sebagai berikut :
L = 0.5 x K x λ (2.12) Dimana:
L : Panjang Driven Element
K : Velocity Factor ( pada logam 0.95 ) λ : Panjang gelombang (m)
Sebuah elemen parasit pada Gambar 2.10 disebut sebagai pengarah / direktor ketika pengarah tersebu menghasilkan pola pancar maksimum di sepanjang garis perpendicular dari driven ke elemen parasit.
Gambar 2.10 Sistem element array yang menggunakan 1 buah direktor.
Ketika radiasi maksimumnya berlawanan arah dengan pengarah / direktor dari elemen parasit melalui driven elemen seperti pada Gambar 2.11 maka elemen parasit itu dinamakan reflektor.[1]
Gambar 2.11 Sistem elemen array yang menggunakan 1 buah elemen sebagai reflektor.
2.7.2 Impendasi bersama ( mutual impendance )
Jika ada dua buah elemen yang memiliki panjang ½ λ yang saling berdekatan satu sama lain. Jadi jika berasumsi bahwa daya yang dicatu pada salah satu elemen yang menyebabkan timbulnya arus. Ini menciptakan medan elektromagnetik yang menyebabkan terinduksinya tegangan ke elemen kedua yang menyebabkan arus mengalir di dalamnya pula. Arus yang mengalir pada elemen ke dua akan menginduksi kembali elemen pertama, yang menyebabkan penambahan arus yang mengalir pada elemen pertama. Jadi total arus pada elemen pertama merupakan hasil penjumlahan arus mula – mula dengan arus yang diinduksikan[2].
Dengan kehadiran elemen kedua, amplituda dan phasa dari arus yang dihasilkan dari elemen pertama akan berbeda dengan elemen kedua ini yang dinamakan pengkopelan bersama ( mutual coupling ). Pengkopelan bersama (mutual coupling ) akan menghasilkan impedansi bersama diantara 2 elemen. Impendansi bersama memiliki sifat yang reaktif dan resistif.
Sifat dan besar impendansi feed point dari antena/elemen pertama tergantung pada amplituda dari arus yang diinduksikan pada antena / elemen kedua, dan hubungan phasa antara arus sumber dengan arus yang diinduksikan. Amplituda dan phasa dari arus yang diinduksikan tergantung pada jarak antara elemen dan pada antena / elemen kedua menyebabkan terjadinya resonansi pada elemen kedua tersebut.
2.7.3 Jarak antar elemen
Jarak antar elemen sangat mempengaruhi pengkopelan bersama ( mutual coupling ) antara elemen yang satu dengan elemen yang lain. Untuk saat sekarang ini belum ada formula khusus untuk merancang antena Yagi terbaik untuk band manapun. Tetapi dari hasil percobaan para ahli antena amatir didapatkan data – data yang menunjang untuk merancang antena Yagi. Menurut G.H. Brown gain terbesar dari sebuah elemen parasit tunggal didapatkan dari penempatan jarak antara elemen dari 2 buah elemen. Pada gambar 2.12 diperlihatkan sebuah kurva yang merupakan hasil analisa dari G.H. Brown yang menunjukkan pengaruh jarak antara elemen parasit terhadap perolehan gain.[1]
Gambar 2.12 Grafik yang menunjukkan pengaruh jarak antar elemen terhadap perolehan gain pada yagi 3 elemen.
Pada Gambar 2.12 gain yang diperoleh dengan menentukan jarak elemen didapatkan apabila elemen parasitnya beresonansi sendiri ( self resonance ). Hal ini terjadi pada jarak antara elemen 0.1 λ dan 0.25 λ.
Pada operasi reflektor, reflektor bekerja pada frekuensi yang lebih rendah dari pada frekuensi feed point / driven element ( dengan cara memanjangkan sedikit lebih panjang daripada panjang driven element ) dan agar memperoleh gain maksimum, jarak antara elemen dijaga agar tidak melebihi 0.25λ. Syarat jarak antara reflektor dengan driven element yang diizinkan adalah 0.15λ sampai 0.25 λ.[1]
Direktor / pengarah dikonfigurasi pada frekuensi tinggi ( dengan memendekkan elemen sedikit lebih pendek daripada driven element ) dan untuk memperoleh gain maksimum, jarak antara driven element dengan director diusahakan melebihi 0.1 λ dan tidak melebihi 0.15 λ. Jadi syarat jarak antara driven element dan director yang diizinkan adalah 0.1 λ sampai 0.15 λ.
Perolehan gain pada antena yagi berdasarkan buku Arrl Antenna Book (1976 ). Perolehan gain yang diperoleh dari banyaknya jumlah elemen pada antena Yagi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13. dimana semakin banyak elemen pada Yagi semakin besar pula gain yang dihasilkan.
Gambar 2.13 Gain dalam dB pada sebuah antena dipole ½ λ vs jumlah elemen pada antena Yagi.
2.8 Material
Dalam merancang berbagai jenis antena, maupun peralatan untuk penyeimbang impedansi memerlukan pemilihan dari material dielektri yang sesuai.
Banyak desain antena membutuhkan pemilihan bahan dielektrik yang sesuai. Kekuatan, berat, konstanta dielektrik, loss tangent, dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan adalah parameter utama yang harus diperhatikan .
Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari pelayanan yang fleksibel, mudah dan memuaskan serta mengejar efisiensi di segala aspek. Perkembangan karakteristik masyarakat yang seperti ini membuat rekan industri menawarkan jaringan Local Area Network (LAN).
Local Area Network (LAN) adalah sejumlah komputer yang saling dihubungkan bersama di dalam satu area tertentu yang tidak begitu luas, seperti di dalam satu kantor atau gedung.
Jaringan komputer adalah sekelompok komputer otonom yang saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya menggunakan protokol komunikasi melalui media komunikasi sehingga dapat berbagi informasi, program - program, penggunaan bersama perangkat keras seperti printer, hard disk, dan sebagainya. Selain itu jaringan komputer bisa diartikan sebagai kumpulan sejumlah terminal komunikasi yang berbeda di berbagai lokasi yang terdiri dari lebih satu komputer yang saling berhubungan.
Jaringan komputer local digunakan untuk menghubungkan simpul yang berada di daerah yang tidak terlalu jauh dengan radius 100m - 200m, tergantung jenis kabel penghubung yang digunakan. Kecepatan transfer data pada jaringan local ini sedah relatif tinggi yaitu antara 1 - 100 Mbps atau sekitar 125.000 - 125.500.000 karakter per detik sehingga sudah dapat mendukung distribusi data grafis.
Teknologi jaringan local berkembang dengan pesat dewasa ini sehingga secara umum jaringan dapat dikelompokkan dalam beberapa kategori berdasarkan kecepatan transmisi datanya, yaitu :
1. Jaringan komputer berkecepatan rendah
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih kecil dari 1 Mbps, biasanya diterapkan untuk percobaan di laboratorium. Contoh jaringan ini adalah Apple talk yang dikembangkan oleh Apple Co.
2. Jaringan komputer berkecepatan sedang
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini berkisar antara 1 - 20 Mbps dan biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala kecil sampai menengah. Adapun contoh teknologi jaringan ini adalah Ethernet berkecepatan 10 Mbps yang dikembangkan oleh Xeras.
3. Jaringan komputer berkecepatan tinggi
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini lebih dari 20 Mbps. Biasanya diterapkan untuk lingkungan perkantoran dengan skala besar yang menempati gedung bertingkat atau kawasan. Di samping itu data yang ditransmisikan tidak hanya berupa teks melainkan juga data grafis. Adapun teknologi jaringan komputer local untuk kategori ini adalah ATM dan Fast Ethernet.
4. Jaringan komputer berkecepatan sangat tinggi
Kecepatan transmisi data pada jaringan ini mencapai 1 Gbps. Teknologi ini digunakan untuk mendukung transmisi data di lingkungan perkantoran berskala besar dan data yang ditransmisikan meliputi data grafis, audio,
dan video. Adapun teknologi untuk kategori ini adalah Gigabit Ethernet, yang kompatibel dengan teknologi Ethernet dan Fast Ethernet.
2.10 Wireless Local Area Network (WLAN)
Wireless Local Area Network (WLAN) merupakan salah satu aplikasi pengembangan dari wireless yang digunakan untuk komunikasi data. Sesuai dengan namanya, wireless yang artinya tanpa kabel, WLAN adalah jaringan lokal yang meliputi daerah satu gedung, satu kantor, satu wilayah, dan sebagainya, yang tidak menggunakan kabel.
Sistem koneksi WLAN adalah dengan menggunakan gelombang elektromagnetik untuk mengirim dan menerima data lewat media udara. Dengan komunikasi jaringan yang menggunakan media tanpa kabel, maka diharapkan WLAN dapat meminimalisasikan kebutuhan untuk komunikasi menggunakan kabel, walaupun penggunaan kabel masih tetap ada dalam mendukung aplikasi WLAN.
Penggunaan WLAN tidak akan mengurangi keuntungan yang telah diperoleh dari aplikasi yang lebih tradisional yaitu LAN dengan menggunakan kabel. Hanya saja pada WLAN ini, cara melihat suatu jaringan LAN harus didefinisikan kembali. Konektivitas antar para pengguna tidak lagi mempengaruhi pada saat penginstalasian.
Local Area tidak lagi terbatas diukur dengan menggunakan satuan kaki atau meter, tetapi mil atau kilometer. Infrastrukturnya tidak lagi harus ditanam di bawah tanah atau berada di balik dinding. Kini infrastrukturnya bias berpindah – pindah dan berubah sesuai dengan kecepatan atau pertumbuhan perusahaan.
Selain itu, WLAN sendiri mengkombinasikan hubungan antar data dengan penggunaan yang aktif bergerak, dan melalui konfigurasi yang sederhana maka WLAN dapat berpindah – pindah sesuai dengan kebutuhan pengguna.
WLAN sama seperti sebuah kartu Ethernet yang tidak menggunakan kabel sebagai media penyambungnya, dimana pengguna berhubungan dengan server melalui modem radio. Salah satu bentuk modem radio yaitu PC card yang digunakan untuk laptop.
Dengan adanya WLAN ini, maka biaya pengeluaran yang digunakan untuk membuat suatu infrastruktur jaringan dapat ditekan menjadi lebih rendah dan mendukung suatu aplikasi jaringan mobile yang menawarkan berbagai keuntungan dalam hal efisiensi proses, akurasi, dan biaya pengeluaran.
2.10.1 Standar WLAN 802.11
Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, beberapa pabrikan RF wireless mempunyai metode berbeda dalam mengembangkan frekuensi, skema encoding, jenis antena, dan protokol jaringan wireless. Banyaknya variasi jenis tentu saja tidak menguntungkan bagi para pengguna. Untuk itu pada jaringan wireless ditetapkan standarisasi peralatan wireless yang disebut standarisasi IEEE 802.11. Dengan berkembangnya waktu, implementasi dari standar ini semakin populer dan meluas. Penambahan ekstensi di belakang 802.11 dipergunakan untuk mengenali beberapa perbaikan dan tambahan fitur dari standar yang telah ditentukan oleh 802.11. Dari sekian banyak standar, ada empat jenis standar yang sering digunakan dan paling dikenal yaitu standar awal 802.11, 802.11a, 802.11b, dan 802.11g. Tabel 2.2 menunjukkan standar – standar WLAN 802.11.
Tabel 2.2 Standar – Standar WLAN 802.11
802.11 Standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps
802.11a Standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps
802.11b Standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi
802.11e Perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN
802.11f Mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk
memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN 802.11g
Menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimasukkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps 802.11h Mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang
digunakan di Eropa dan Asia Pasifik
802.11i
Menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol Autentifikasi dan Enkripsi
802.11j Penambahan pengalamatan pada kanal 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang
Standar Awal 802.11
Standar ini merupakan standar awal untuk WLAN yang diperkenalkan pada tahun 1997 oleh IEEE. Standar ini beroperasi pada layer fisik yang menggunakan teknologi penyebaran spektrum Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) dan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang beroperasi pada pita 2,4 GHz dan data rate hingga 2 Mbps. Karena versi ini hanya
mempunyai data rate maksimum 2 Mbps, versi ini tidak banyal dipergunakan pada WLAN indoor.
802.11 merupakan standar dasar WLAN yang mendukung transmisi data 1 Mbps hingga 2 Mbps. 802.11a merupakan standar High Speed WLAN untuk 5 GHz band yang mendukung hingga 54 Mbps. 802.11b merupakan standar WLAN untuk 2,4 GHz band yang mendukung hingga 11 Mbps atau disebut Wi-Fi. 802.11e merupakan perbaikan dari QoS (Quality of Service) pada semua interface radio IEEE WLAN. 802.11f mendefinisikan komunikasi inter-access point untuk memfasilitasi beberapa vendor yang mendistribusikan WLAN. 802.11g menetapkan teknik modulasi tambahan untuk 2,4 GHz band, yang dimaksudkan untuk menyediakan kecepatan hingga 54 Mbps. 802.11h mendefinisikan pengaturan spektrum 5 GHz band yang digunakan di Eropa dan Asia Pasifik. 802.11i menyediakan keamanan yang lebih baik. Penentuan alamat dimana terdapat kelemahan keamanan pada protokol autentifikasi dan enkripsi. 802.11j merupakan penambahan pengalamatan pada channel 4,9 GHz hingga 5 GHz untuk standar 802.11a di Jepang.
Standar 802.11a
Pada tahun 1999, IEEE mengeluarkan standar 802.11a yang beroperasi pada pita 5 GHz. Standar ini menggunakan skema modulasi yang disebut Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan kecepatan transmisi data mencapai 54 Mbps. Keuntungan utama dari standar ini adalah kapasitasnya yang cukup tinggi yang menjadikan standar ini sebagai pilihan yang
tepat untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan performa tinggi, seperti streaming video. Kekurangan dari standar ini adalah terbatasnya cakupan area pancarnya karena menggunakan pita frekuensi 5 GHz. Pita ini hanya dapat mencakup area tidak lebih dari 50 meter pada berbagai fasilitas. Akibatnya standar ini memerlukan AP yang lebih banyak.
Standar 802.11b
Pada tahun yang sama ketika IEEE mengeluarkan standar 802.11a, IEEE juga mengeluarkan standar 802.11b, tepatnya pada bulan Juli 1999. Standar ini beroperasi pada frekuensi radio dengan bandwidth 97 MHz (frekuensi 2,4 GHz - 2,497 GHz). Standar ini menggunakan metode modulasi DSS dengan kecepatan transmisi datanya mencapai 11 Mbps. Keuntungan utama dari standar 802.11b adalah range yang relatif panjang hingga 100 meter pada fasilitas di dalam gedung. Range ini sangat efektif dipergunakan untuk mengembangkan LAN secara wireless dibandingkan dengan standar sebelumnya.
Kerugian dari standar ini adalah terbatasnya penggunaan kanal pada pita frekuensi 2,4 GHz. Standar ini hanya menggunakan tiga buah kanal bila dibandingkan dengan standar 802.11 yang menggunakan 11 kanal untuk melakukan konfigurasi AP. Pembatasan ini membuat dukungan standar 802.11b terhadap performa aplikasi menengah seperti e-mail atau web surfing menjadi lebih baik. Kerugian lain dari standar ini adalah terdapatnya kemungkinan interferensi RF dengan peralatan radio yang lain yang dapat mengurangi performa dari standar.
Standar 802.11g
Standar 802.11g dikeluarkan oleh IEEE pada bulan Juni 2003. Standar ini beroperasi pada frekuensi yang sama seperti pada standar 802.11b yaitu pada pita 2,4 GHz hingga 2,497 GHz. Tetapi standar ini menggunakan teknik modulasi OFDM yang digunakan pada standar 802.11a. Kombinasi dari fitur ini menghasilkan infrastruktur yang lebih cepat, lebih murah, serta koneksi yang lebih luas.
Keunggulan dari standar ini adalah memiliki kompatibilitas dengan standar 802.11b, dimana kita hanya perlu meng-upgrade AP pada jaringan 802.11b ke standar 802.11g. Tetapi peralatan pada standar 802.11b tidak memahami transmisi pada peralatan 802.11g karena perbedaan teknik modulasi pada kedua standar. Sehingga saat peralatan jaringan 802.11b digunakan pada lingkungan standar 802.11g terdapat berbagai keterbatasan. Kerugian lainnya dari standar ini adalah adanya interferensi RF karena standar ini menggunakan frekuensi 2,4 GHz yang sarat dengan interferensi stasiun yang dapat menyebabkan seluruh jaringan terganggu. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan cincin (ring) ganda dengan salah satu cincin back-up seperti yang dipakai pada jaringan ring berteknologi FDDI
2.9.4 Wireless Channel
Jaringan wireless menggunakan konsep yang sama dengan stasiun radio, dimana saat ini terdapat dua alokasi frekuensi yang digunakan yaitu 2,4 GHz dan 5 GHz yang bisa dianalogikan sebagai frekuensi radio AM dan FM. Frekuensi 2,4 GHz yang digunakan oleh 802.11b/g juga dibagi menjadi channel – channel seperti pembagian frekuensi untuk stasiun radio.
Organisasi internasional ITU (International Telecomunication Union) yang bermarkas di Genewa membaginya menjadi 14 channel namun setiap negara mempunyai kebijakan tertentu terhadap channel ini. Amerika hanya mengijinkan penggunakan channel 1-11, Eropa hanya menggunakan 1-13, sedangkan di Jepang diperbolehkan menggunakan semua channel yang tersedia yaitu 1-14. Frekuensi channel dapat dilihat pada Tabel 2.3.
