BAB II DASAR TEORI - Rancang Bangun Patch Rectangular Antenna 2.4 GHz Dengan Metode Pencatuan EMC (Electromagnetically Coupled)

BAB II

DASAR TEORI

2.1Sitem Komunikasi Radio

Fungsi dasar sistem komunikasi adalah transmisi atau pengiriman

informasi dan tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri. Komunikasi

merupakan proses pemindahan atau penyaluran informasi dari suatu titik dalam

ruang pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau

pemakai. Tujuan komunikasi adalah menyediakan replika message (pesan) yang

merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi. Elemen-elemen dari

sistem komunikasi radio ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Sistem Komunikasi Radio

Berikut ini adalah fungsi dari elemen sistem komunikasi radio:

1. Transducer berfungsi mengubah pesan menjadi sinyal listrik atau

sebaliknya.

2. Pemancar (Tx) menghasilkan daya RF lalu sinyal ditransmisikan ke antena

kemudian dipancarkan ke segala arah.

3. Kanal transmisi berfungsi sebagai penyambung listrik antara Tx – Rx

sekaligus menjembatani sumber dan tempat tujuan.

4. Penerima (Rx) mengambil sebagian kecil daya gelombang

elektromagnetik dari pemancar melalui antena lalu diproses dan diteruskan

ke transducer output.

2.2 Antena Mikrostrip

Antena mikrostrip merupakan salah satu antena yang saat ini banyak

digunakan karena antena mikrostrip berukuran kecil dan ringan. Hal tersebut

merupakan salah satu pertimbangan dalam merancang antena saat ini [1].

Antena mikrostrip terdiri dari 3 bagian, yaitu [1]:

1. Patch, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk

meradiasikan gelombang elektromagnetik ke ruang bebas. Patch ini memiliki

ketebalan yang bervariasi dan biasanya terbuat dari bahan tembaga.

2. Substrate dielektrik, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi

untuk menyalurkan gelombang elektromagnetik yang berasal dari patch.

Bahan substrate dielektrik beragam, diantaranya plastik, keramik, kristal

tunggal, dan silikon.

3. Groundplane, merupakan bagian dari antena mikrostrip yang berfungsi untuk

memisahkan antara substrate dielektrik dengan benda lain yang dapat

Gambaran umum bentuk antena mikrostrip ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur antena mikrostrip [1]

Antena mikrostrip adalah antena yang terbuat dari suatu konduktor metal

yang menempel di atas groundplane. Peralatan telekomunikasi khususnya antena,

saat ini mengacu pada antena yang murah dalam pembuatan, memiliki massa yang

ringan, mudah dalam proses integrasi dengan peralatan telekomunikasi lainnya.

Namun disamping kelebihan yang dimiliki, antena mikrostrip juga memiliki

beberapa kelemahan, diantaranya memiliki bandwidth yang kecil, efisiensi yang

rendah, gain yang kecil dan daya yang kecil. Adapun jenis-jenis antena mikrostrip

ditunjukkan seperti Gambar 2.3.

Antena mikrostrip memiliki beberapa kelebihan, yaitu memiliki

penampang yang tipis, masa yang ringan, mudah dalam pembuatan, dapat

diintegrasikan secara langsung, dapat diproduksi secara massal, dapat dibuat

untuk dual atau triple frekuensi. Sedangkan kelemahan dari antena mikrostrip

adalah memiliki bandwidth yang sempit (Narrowband), dan kecilnya alat

mengakibatkan perlu ketelitian yang tinggi di dalam perancangannya [2].

2.3 Model Cavity

Untuk dapat menganalisis sebuah antena mikrostrip, maka diperlukan

sebuah pemodelan yang dapat menggambarkan kondisi antena ke dalam sebuah

kondisi persamaan yang dapat dianalisis secara akurat. Berbagai pemodelan untuk

antena mikrostrip tersebut telah banyak dikembangkan dan satu diantaranya yang

populer adalah model cavity. Pada model cavity, daerah interior yaitu ruang antara

patch dan bidang pentanahan diasumsikan sebagai sebuah ruang (cavity) yang

dilingkari oleh suatu dinding magnetik sepanjang tepinya, dan diapit oleh dinding

elektrik dari atas dan bawah. Model cavity dari sebuah antena mikrostrip

diperlihatkan pada Gambar 2.4. Beberapa asumsi model cavity berdasarkan

observasi dari substrate tipis ( h<< λ0)[ 1][2]]:

a. Medan di daerah interior tidak bervariasi dengan z (∂/∂z ≡0)karena

substrate sangat tipis (h<< λ0).

b. Medan elektrik hanya muncul dalam arah z, Ez saja, dan medan magnetis

hanya ada komponen transversnya saja (Hx dan Hy ) di daerah yang dibatasi

oleh patch dan ground plane. Observasi ini juga memperhatikan dinding

c. Patch arus listrik tidak mempunyai komponen normal pada ujung metal,

yang termasuk komponen tangensial dari Η, Ηsepanjang sisi diabaikan.

Model cavity ini menggunakan persamaan Maxwell [1][2]. Adapun

persamaan Maxwell untuk daerah dibawah Patch adalah sebagai berikut:

0 H (2-1)

(2-2)

(2-3)

(2-4)

Dimana ε adalah permitivitas dari substrat, μ0 adalah permeabilitas ruang hampa,

dan J adalah rapat arus.

Gambar 2.4 Distribusi muatan dan densitas arus yang terbentuk pada

patch mikrostrip [2]

Ketika suatu patch (elemen peradiasi) diberikan daya, maka akan terjadi

distribusi muatan seperti yang terlihat pada bagian atas dan bawah dari permukaan

elemen peradiasi dan pada bagian bidang pentanahan (Gambar 2.4). Distribusi

muatan ini diatur dengan dua mekanisme yaitu mekanisme tarik-menarik dan

mekanisme tolak-menolak. Mekanisme tarik-menarik terjadi antara dua muatan

yang berlawanan yaitu antara muatan yang terdapat pada bagian bawah dari

elemen peradiasi dengan muatan yang terdapat pada bidang pentanahan. Hal

bawah elemen peradiasi. Mekanisme tolak-menolak terjadi antar muatan yang

terdapat pada bagian bawah elemen peradiasi. Hal tersebut akan meyebabkan

beberapa muatan terdorong dari bagian bawah patch ke bagian atas dari patch.

Pergerakan muatan ini akan meyebabkan arus mengalir pada bagian bawah dan

atas dari elemen peradiasi [1].

Model analisis cavity mengasumsikan bahwa perbandingan ketebalan

dengan lebar (ketebalan substrate dan lebar elemen peradiasi) sangat kecil dan

akibatnya, mekanisme tarik-menarik antar muatan akan mendominasi dan

meyebabkan sebagian besar konsentrasi muatan dan arus akan terjadi pada bagian

bawah dari permukaan patch. Ketika perbandingan height to width semakin

menurun, arus yang berada pada bagian atas permukaan elemen peradiasi akan

mendekati nol, sehingga tidak akan terbentuk komponen tangensial medan

magnetik pada tepi elemen peradiasi. Empat dinding sisi antena dapat dimodelkan

sebagai permukaan konduktor magnetik yang sempurna.

Hal tersebut menyebabkan distribusi medan magnet dan medan listrik

yang terdapat pada elemen peradiasi tidak terganggu. Akan tetapi pada tataran

praktis, komponen tangensial dari medan magnetik tidak akan sama dengan nol

tetapi memiliki nilai yang sangat kecil dan dinding sisi antena bukan merupakan

konduktor magnetik yang sempurna. Karena dinding cavity (dalam hal ini

merupakan material substrat) lossless, cavity tidak akan beradiasi dan sifat dari

2.4 Antena Mikrostrip Patch Rectangular

Bentuk dari patch antena mikrostrip sangat beragam. Patch ini dapat

berbentuk persegi, persegi panjang, dipole, lingkaran, segitiga, elips dan lain

sebagainya. Akan tetapi patch yang berbentuk segiempat dan lingkaran

merupakan bentuk patch yang paling populer karena kemudahan dalam analisis,

proses fabrikasi yang sederhana dan karakteristik radiasi yang atraktif .

Patch rectangular antena merupakan konfigurasi yang paling banyak

digunakan karena bentuknya memungkinkan dibaca secara analisa teoritik.

Antena rectangular patch juga sering dimodelkan seperti saluran transmisi

mikrostrip dengan panjang (L), lebar (W), dan ketebalan subtrat (h). Bagian –

bagian dari antena mikrostrip patch rectangular dapat dijelaskan sebagai berikut.

2.4.1 Dimensi Antena

Dimensi antena meliputi panjang (L) dan lebar (W) patch pada suatu

antena mikrostrip. Untuk mencari dimensi antena microstrip (W dan L), harus

diketahui terlebih dahulu parameter bahan yang digunakan yaitu tebal dielektrik

(h), konstanta dielektrik (εr), tebal konduktor (t) dan rugi – rugi bahan. Panjang antena microstrip harus disesuaikan, karena apabila terlalu pendek maka

bandwidth akan sempit sedangkan apabila terlalu panjang bandwidth akan

menjadi lebih lebar tetapi efisiensi radiasi akan menjadi kecil. Dengan mengatur

lebar dari antena microstrip (W) impedansi input juga akan berubah. Pendekatan

yang digunakan untuk mencari panjang dan lebar antena microstrip dapat

menggunakan Persamaan 2-5 [3][4]:

Dimana :

W = lebar patch

εr = permitifitas relative / konstanta dielektrik

c = kecepatan cahaya di ruang bebas ( 3x108)

fo = frekuensi kerja antena

Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L) diperlukan parameter ∆L yang merupakan pertambahan panjang dari L akibat adanya fringing effect.

Pertambahan panjang dari L (∆L) tersebut dapat dihitungan menggunakan Persamaan 2-6 [3][4]:

permitivitas efektif dari substrat dan hadalah ketebalan substrat.

Dengan panjang patch (L) dapat dihitung menggunakan Persamaan 2-9 [3][4].

(2-9)

Dimana merupakan panjang patch efektif yang dapat hitung

Dimana :

W = lebar patch

L = panjang patch

= panjang patch efektif

h = ketebalan substrat

εr = permitivitas relatif

εe = permitivitas efektif

Setelah mengetahui ukuran dimensi patch antena mikrostrip secara

keseluruhan maka dari ukuran tersebut dapat diperoleh juga impedansi antena

mikrostrip secara keseluruhan. Untuk mencari nilai impedansi beban dapat

dihitungan menggunakan Persamaan 2-11 [5].

Dimana :

ZL = Zin = Impedansi beban (Ω)

Yin = Admintansi beban (1/Ω)

Admintansi beban ( didapat dicari dengan menggunakan Persamaan 2-12 [5].

Selanjutnya untuk mencari besarnya nilai admintansi lebar patch dapat dicari

Dimana:

2.4.2 DimensiGroundplane

Groundplane pada desain antena mikrostrip patch rectangular ini

berpengaruh pada tinggi rendahnya gain yang dihasilkan. Secara ideal,

groundplane yang digunakan memiliki luas dan tebal yang tak terhingga atau

biasa disebut dengan infinite groundplane namun kondisi ini tidak mungkin

terealisasi tetapi hanya bisa disiasati.

Pendekatan dimensi minimum groundplane adalah melalui persamaan

berikut [6] :

Ag = 6t + a (2-17)

Dimana :

Ag = nilai dimensi minimum groundplane

t = ketebalan tembaga

a = lebar patch

2.4.3 Dimensi Feeder

Feeder berfungsi sebagai saluran mikrostrip yang menghubungkan catuan

lebar ataupun tinggi feeder disesuaikan dalam simulasi, dengan cara mengubah

ukuran secara variatif sampai mendapatkan hasil yang sesuai dengan spesifikasi

antena yang diinginkan.

2.5 Metode Pencatuan Electromagnetically Coupled (EMC)

Secara umum, metoda pencatuan pada antenna mikrostrip dapat

diklasifikasikan menjadi pencatuan mikrostrip, pencatuan probe, dan pencatuan

EMC. Pencatuan antena mikrostrip dapat dengan mudah dipabrikasikan yaitu

dengan cara menghubungkan mikrostrip ke tepi patch secara langsung, tetapi

matching impedansi tidak sesuai atau tidak terjadi matching impedansi seperti

yang diharapkan dan akan muncul radiasi yang tidak diinginkan dari line

pencatuan.

Pencatuan probe, yang merupakan metode pencatuan yang sering

digunakan untuk mikrostrip antena tidak mampu menghasilkan wideband karena

adanya reaktansi parasitic yang dihasilkan oleh struktur pencatuan. Pencatuan

dengan probe koaksial mempunyai keuntungan yaitu mudah dalam matching

impedansi dan radiasi spurious yang rendah dan kelemahannya secara fisik harus

dihubungkan dengan pusat dari patch. Pencatuan koaksial antena mikrostrip

mempunyai bandwidth impedansi sempit. Pada Gambar 2.5 ditunjukkan metoda

Gambar 2.5 Metoda pencatuan feeding [6]

Pencatuan EMC berbeda dengan metode pencatuan yang lain. Tidak

terjadi radiasi spurious dan mempunyai keuntungan dengan memberikan

karakteristik wideband, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Metode pencatuan EMC [5]

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6, dua bahan dielektrik

digunakan sehingga saluran pencatu berada di antara kedua substrat dan bagian

elemen peradiasi berada di substrat bagian atas. Kelebihan dari metode ini adalah

bandwidth yang lebih lebar dari pada teknik pencatuan yang lain. Untuk optimasi

Matching dapat diperoleh dengan mengatur panjang saluran pencatu dan

perbandingan lebar saluran pencatu terhadap lebar elemen peradiasi. Adapun

kekurangan yang paling mendasar dari metode ini adalah kesulitan dalam hal

fabrikasinya, dikarenakan penggunaan dua lapisan dielektrik yang betul-betul

memerlukan ketelitian dalam penyusunannya.

Untuk antena patch probe fed, probe hanya menghasilkan induktansi

dimana menurunkan unjuk kerja bandwidth dari antena patch. Disini mekanisme

kopling yang lebih menonjol adalah kapasitif. Patch itu sendiri direpresentasikan

oleh rangkaian resonansi R-L-C paralel. Cc adalah kopling antara feeder stripline

dan patch. Kopling dikontrol oleh 3 faktor, panjang feeder stripline, lebar patch

dan tinggi (h) dari feeder striline [4].

2.6 Parameter Umum Antena Mikrostrip

Unjuk kerja (performance) dari suatu antena mikrostrip dapat diamati dari

parameternya. Beberapa parameter utama dari sebuah antena mikrostrip akan

dijelaskan sebagai berikut.

2.6.1 VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

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 tegangan yang dikirimkan disebut sebagai

(2-18)

Dimana 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 :

: refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat

: tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched

sempurna

: refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian

terbuka

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah [2]:

(2-19)

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (VSWR =1)

yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna.

Namun kondisi ini pada praktiknya sulit untuk didapatkan. Pada umumnya nilai

VSWR yang dianggap masih baik adalah VSWR ≤ 2.

2.6.2 Impedansi Antena

Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya.

Impedansi input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau objek-objek yang

dekat dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena

Impedansi antena terdiri dari bagian riil dan imajiner, yang dapat

dinyatakan dengan :

Zin = Rin + j Xin (2-20)

Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi

melalui dua cara, yaitu karena panas pada struktur antena yang berkaitan dengan

perangkat keras dan daya yang meninggalkan antena dan tidak kembali (teradiasi).

Reaktansi input (Xin) menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat dari

antena [6].

Untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, maka

impedansi antena haruslah conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi

sama tetapi berlawanan tanda). Jika hal ini tidak terpenuhi maka akan terjadi

pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima, sesuai dengan persamaan

sebagai berikut :

Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu

dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena

dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau

memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat

pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan

yang berarti [6]. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR

yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diizinkan. Daerah

frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan

bandwidth antenna. Misalkan sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah

sebesar fC, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (di

bawah fC) sampai dengan f2 ( di atas fC), maka lebar bandwidth dari antena

tersebut adalah (f1 – f2). Tetapi apabila dinyatakan dalam persen, maka bandwidth

antena tersebut adalah [2] :

BW =

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk

menyatakan bandwidth antena yang memliki band sempit (narrow band).

Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan perbandingan

antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

BW =

Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan pola

radiasi dari antena itu tidak mengalami perubahan yang berarti untuk f2 / f1 > 1.

Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f2dan f1 adalah ditentukan oleh harga

VSWR.

Bandwidth antena sangat dipengaruhi oleh luas penampang konduktor

yang digunakan serta susunan fisiknya (bentuk geometrinya). Misalnya pada

antena dipole, akan mempunyai bandwidth yang semakin lebar apabila

2.6.4 Keterarahan (Directivity)

Keterarahan dari sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan (rasio)

intensitas radiasi sebuah antena pada arah tertentu dengan intensitas radiasi

rata-rata pada semua arah [6]. Intensitas radiasi rata-rata-rata-rata sama dengan jumlah daya

yang diradiasikan oleh antena dibagi dengan. Jika arah tidak ditentukan, arah

intensitas radiasi maksimum merupakan arah yang dimaksud. Keterarahan ini

dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2-24 [2].

(2-24)

Dan jika arah tidak ditentukan, keterahan terjadi pada intensitas radiasi maksimum

yang dapat dihitungan dengan menggunakan Persamaan 2-25 [2].

(2-25)

Dimana : D = keterarahan

D0 = keterarahan maksimum

U = intensitas radiasi maksimum

Umax = intensitas radiasi maksimum

U0 = intensitas radiasi pada sumber isotropic

Prad = daya total radiasi

Adapun cara lain untuk menghitung directivity single slot dapat dicari

dengan menggunakan Persamaan 2-26 [7].

Dimana nilai I dan λ0 dapat diperoleh dengan menggunakan Persamaan 2-27 dan

2.6.5 Gain Antena

Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih menarik pada

bagaimana efisien suatu antena untuk memindahkan daya yang terdapat pada

terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain (atau gain

saja) didefinisikan sebagai 4฀ kali rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan [6]:

G(ɵ,ɸ) = 4π

( )

m

P U θ.φ

(2-29)

Definisi ini tidak termasuk losses yang disebabkan oleh ketidaksesuaian

impedansi (impedance missmatch) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain

adalah harga maksimum dari intensitas radiasi atau harga maksimum dari

Persamaan (2-30), sehingga dapat dinyatakan kembali :

G = 4 π

dapat dinyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah

yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari

ɵ dan ɸ, diasumsikan sebagai gain maksimum.

Direktivitas dapat ditulis sebagai :

Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input

menjadi daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses pada

daya input. Bagian daya input (Pin) yang tidak muncul sebagai daya radiasi

diserap oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan

suatu definisi baru, yaitu yang disebut dengan efisiensi radiasi, dapat dinyatakan

dalam persamaan sebagai berikut :

k =

m r

P P

(2-32)

Dengan catatan bahwa harga k diantara nol dan satu ( 0 < k < 1)

atau ( 0 < k < 100%).

Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan

dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut [3]:

G = ŋ . D (2-33)

Adapun besar efisiensi ( ) antena mikrostrip yang digunakan biasanya

berkisar 60% sampai 70% [4].

Salah satu metode pengukuran power gain maksimum terlihat seperti pada

Gambar 2.7 [6]. Sebuah antena sebagai sumber radiasi, dicatu dengan daya tetap

oleh transmitter sebesar Pin. Mula-mula antena standard dengan power gain

maksimum yang sudah diketahui (Gs) digunakan sebagai antena penerima seperti

terlihat pada Gambar 2.7a. Kedua antena ini kemudian saling diarahkan

sedemikian sehingga diperoleh daya output Ps yang maksimum pada antena

penerima. Selanjutnya dalam posisi yang sama antena standard diganti dengan

antena yang hendak dicari power gain-nya, sebagaimana terlihat pada Gambar

dengan antena standard dan selanjutnya diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh

daya output Pt yang maksimum. Apabila pada antena standard sudah diketahui

gain maksimumnya, maka dari pengukuran di atas gain maksimum antena yang

dicari dapat dihitung dengan :

Gt = s

P P₁

. Gs (2-34)

Atau jika dinyatakan dalam desibel adalah :

Gt(dB) = Pt(dB)

-

Ps (dB)

+

Gs (dB) (2-35)

Dimana :

Gt : Gain antena yang akan diukur.

Ps : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena standard.

Pt : Pengukuran daya output yang diterima oleh antena yang di test.

Gs : Gain antena standard ( sudah diketahui ).

Gambar 2.7 (a) Pengukuran daya output yang diterima antena standar (Ps)

2.6.6 Pola Radiasi

Pola radiasi dapat diartikan sebagai fungsi matematis atau representasi

grafis karakteristik radiasi antena dalam bentuk fungsi koordinat ruang yang

menggambarkan sifat radiasi dari antena (pada medan jauh) sebagai fungsi dari

arah dan penggambarannya dapat dilihat pada diagram pola radiasi yang sudah

diplot sesuai dengan hasil pengukuran sinyal radiasi dari suatu antena [7].

Sifat radiasi tersebut meliputi sebagai berikut :

a. kerapatan flux yaitu jumlah garis medan magnet per satuan luas bagian yang

tegak lurus terhadap arah flux.

b. intensitas radiasi yaitu suatu nilai yang menunjukkan jumlah pancaran radiasi

per detik pada suatu posisi,

c. kekuatan medan (field strength) yaitu besarnya medan elektromagnetik yang

diterima yang akan membangkitkan sebuah antena.

d. Polarisasi yaitu polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan oleh antena.

Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila

intensitas radiasi yang digambarkan adalah kuat medannya dan disebut pola daya

(power pattern) apabila intensitas radiasi yang digambarkan adalah vector

poynting-nya.

Biasanya sifat dari radiasi yang sangat penting adalah persebaran secara

tiga dimensi atau dua dimensi dari energi yang diradiasikan antena. Gambaran

Gambar 2.8 Pola Radiasi Antena

2.6.7 Polarisasi Antena

Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang yang ditransmisikan

oleh antena. Jika arah tidak ditentukan maka polarisasi merupakan polarisasi pada

arah gain maksimum. Pada prakteknya, polarisasi dari energi yang teradiasi

bervariasi dengan arah dari tengah antena, sehingga bagian lain dari pola radiasi

mempunyai polarisasi yang berbeda [2].

Polarisasi dari gelombang yang teradiasi didefinisikan sebagai suatu

keadaan gelombang elektromagnet yang menggambarkan arah dan magnitude

vektor medan elektrik yang bervariasi menurut waktu. Selain itu, polarisasi juga

dapat didefinisikan sebagai gelombang yang diradiasikan dan diterima oleh antena

pada suatu arah tertentu [2].

Polarisasi dapat diklasifikasikan sebagai linier (linier), circular

(melingkar), atau elliptical (elips). Polarisasi linier (Gambar 2.9) terjadi jika suatu

gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik di ruang memiliki vektor

medan elektrik (atau magnet) pada titik tersebut selalu berorientasi pada garis

maupun magnet) memenuhi [2] :

a. hanya ada satu komponen, atau

b. 2 komponen yang saling tegak lurus secara linier yang berada pada perbedaan

fasa waktu atau 1800 atau kelipatannya

Gambar 2.9 Polarisasi linier

Polarisasi melingkar (Gambar 2.10) terjadi jika suatu gelombang yang

berubah menurut waktu pada suatu titik memiliki vektor medan elektrik (atau

magnet) pada titik tersebut berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.

Kondisi yang harus dipenuhi untuk mencapai jenis polarisasi ini adalah :

a. Medan harus mempunyai 2 komponen yang saling tegak lurus linier

b. Kedua komponen tersebut harus mempunyai magnitudo yang sama

c. Kedua komponen tersebut harus memiliki perbedaan fasa waktu pada

kelipatan ganjil 900.

Polarisasi melingkar dibagi menjadi dua, yaitu Left Hand Circular

Polarization (LHCP) dan Right Hand Circular Polarization (RHCP). LHCP terjadi

Gambar 2.10 Polarisasi melingkar

Polarisasi elips (Gambar 2.11) terjadi ketika gelombang yang berubah

menurut waktu memiliki vektor medan (elektrik atau magnet) berada pada jalur

kedudukan elips pada ruang. Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan

polarisasi ini adalah [2] :

a. medan harus mempunyai dua komponen linier ortogonal

b. Kedua komponen tersebut harus berada pada magnitudo yang sama atau

berbeda

c. Jika kedua komponen tersebut tidak berada pada magnitudo yang sama,

perbedaan fasa waktu antara kedua komponen tersebut harus tidak bernilai 00

atau kelipatan 180 (karena akan menjadi linier). Jika kedua komponen berada

pada magnitudo yang sama maka perbedaan fasa di antara kedua komponen

tersebut harus tidak merupakan kelipatan ganjil dari 90 (karena akan menjadi

Gambar 2.11 Polarisasi elips

2.7 Wireless Fidelity (Wi-Fi)

Wireless Fidelity, biasa disingkat dengan istilah Wi-Fi, merupakan

sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal Nirkabel ( Wireless

Local Area Networks – Wi-LAN ) yang didasari pada spesifikasi IEEE 802.11.

Awalnya Wi-Fi digunakan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan

Jaringan Lokal (LAN), namun saat ini lebih banyak digunakan untuk mengakases

internet. Hal ini memungkinkan komputer dengan kartu nirkabel (Wireless Card)

atau Personal Digital Assistant (PDA) dapat terhubung dengan internet melalui

access point (AP) atau lebih dikenal dengan istilah hotspot.

Wi-Fi atau Wi-LAN saat sekarang ini sudah banyak di terapkan baik untuk

koneksi jarak jauh maupun untuk koneksi jarak dekat. Untuk koneksi jarak jauh

misalnya, untuk menghubungkan dua buah gedung dengan jarak antara dua

kilometer sampai sepuluh kilometer, bahkan lebih dari sepuluh kilometer.

Sedangkan untuk jarak pendek biasanya kurang dari lima ratus meter. Untuk jarak

pendek ini biasanya digunakan untuk hotspot. Biasanya, untuk koneksi jarak

pendek ini, tidak dibutuhkan perangkat tambahan seperti antena external untuk

akan diperlukan antena external untuk memperkuat tangkapan sinyal dari AP.

Penggunaan Wi-Fi hanya terbatas dalam cakupan jaringan lokal, bukan

diperuntukan bagi jaringan yang lebih besar (seperti MAN dan WAN) sehingga

sistem jaringan ini sangat cocok untuk ditempatkan di area-area public seperti

kampus, kafe, dan gedung perkantoran.

Beberapa komponen dasar yang biasanya membentuk suatu LAN adalah

sebagai berikut:

a. Workstation

Workstation merupakan node atau host yang berupa suatu sistem

komputer. Sistem komputer ini dapat berupa PC atau dapat pula berupa suatu

komputer yang besar seperti sistem minicomputer, bahkan suatu mainframe.

Workstation dapat bekerja sendiri (stand-alone) dapat pula menggunakan

jaringan untuk bertukar data dengan workstation atau user yang lain.

b. Server

Perangkat keras (hardware) yang berfungsi untuk melayani jaringan dan

workstation yang terhubung pada jaringan tersebut.pada umumnya sumber

daya (resources) seperti printer, disk, dan sebagainya yang hendak digunakan

secara bersama oleh para pemakai di workstation berada dan bekerja pada

server. Berdasarkan jenis pelayanannya dikenal disk server, file server, print

server, dan suatu server juga dapat mempunyai beberapa fungsi pelayanan

sekaligus.

c. Link (Hubungan)

Workstation dan server tidak dapat berfungsi apabila peralatan tersebut

media transmisi yang umumnya berupa kabel. Adapun beberapa contoh dari

kabel yang digunakan sebagai link, antara lain kabel twisted pair, kabel

coaxial, dan kabel fiber optic.

Suatu workstation tidak dihubungkan secara langsung dengan kabel

jaringan ataupun tranceiver cable, tetapi melalui suatu rangkaian elektronika

yang dirancang khusus untuk menangani network protocol yang dikenal

dengan Network Interface Card (NIC).

d. Network Software

Tanpa adanya software jaringan maka jaringan tersebut tidak akan bekerja

sebagaimana yang dikehendaki. Software ini juga yang memungkinkan sistem

komputer yang satu berkomunikasi dengan sistem komputer yang lain.

2.7.1 Teknologi Wi-Fi

Jaringan tanpa kabel atau wireless networking merupakan cara yang cepat,

mudah untuk membangun jaringan, juga merupakan alternatif paling ekonomis

dari pada membangun jaringan menggunakan kabel. Wi-Fi dapat digunakan untuk

menghubungkan jaringan antar gedung yang jaraknya sampai beberapa kilometer.

Tabel 2.1. Standar Teknologi Wi-Fi

Standard Kecepatan Frekuensi Jangkauan

Jaringan Keterangan

802.11a 54 Mbps 5.1-5.7GHz 300 m Cepat dan jangkauan lebih jauh, tapi lebih mahal (perangkat dan frekuensi mahal) dibandingkan dengan frekuensi 2.4GHz.

802.11b 11/22 Mbps 2.4GHz 100 m Sistem pertama yang hadir di pasaran yang cocok untuk kebutuhan internal (wireless home networking) dan penggunaan antar bangunan.

802.11g 54 Mbps 2.4GHz 54 m Standar 2.4GHz terbaru

banyak memberikan fungsi yang sama dengan standar 802.11b tetapi dengan transfer data yang lebih tinggi.

2.7.2 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

Tabel 2.2 WiFi Channel

Channel Frequency (GHz) Range Channel Range

1 2,412 2,401 – 2,423 1 – 3

2 2,417 2,406 – 2,428 1 – 4

3 2,422 2,411 – 2,433 1 – 5

4 2,427 2,416 – 2,438 2 – 6

5 2,432 2,421 – 2,443 3 – 7

6 2,437 2,426 – 2,448 4 – 8

7 2,442 2,431 – 2,453 5 – 9

8 2,447 2,436 – 2,458 6 – 10

9 2,452 2,441 – 2,463 7 – 11

10 2,457 2,446 – 2,468 8 – 11

11 2,462 2,451 – 2,473 9 – 11

12 2,467 2,456 – 2,478 Not US

13 2,472 2,461 – 2,483 Not US

14 2,484 2,473 – 2,495 Not US

2.7.3 Perangkat Wi-Fi

Untuk mendukung jaringan wireless diperlukan juga perangkat –

perangkat Wi-Fi untuk menunjang kehandalan suatu jaringan wireless tersebut.

a. Penerus Sinyal (Access Point)

Access Point (AP) merupakan perangkat yang menjadi sentral koneksi dari

pengguna (user) ke server. AP berfungsi mengonversi sinyal frekuensi radio (RF)

menjadi sinyal digital yang akan diteruskan melalui kabel atau melalui perangkat

yang lain dengan mengonversi kembali sinyal digital menjadi sinyal frekuensi

radio hingga sampai ke jaringan terakhir.

Access Point Comp merupakan sebuah perangkat yang berdiri sendiri atau

berhubungan dengan special access point management software. Gambar 2.12

diperlihatkan access point tampak depan.

Gambar 2.12 Access Point tampak depan

b. Penerima sinyal

Berikut ini merupakan perangkat yang dapat digunakan untuk menerima

sinyal Wi-Fi yang disebarluaskan oleh AP, yaitu :

1. PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), yang

biasa digunakan untuk laptop dan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 PCMCIA WLAN Card

2. PCI WLAN Card, digunakan untuk PC (personal computer) atau computer

jangkrik yang tidak bisa diangkat-angkat, dan dapat ditunjukkan pada Gambar

2.14.

3. USB Wi-Fi, bisa digunakan untuk laptop atau PC yang ada port USB-nya.

Biasanya harganya lebih murah dan mudah dibawa, dan dapat ditunjukkan

pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 USB Wi-Fi Linksys

4. CF (Compact Flash) digunakan untuk PDA (Personal Digital Assistant).

Seperti pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Compact Flash

2.8 Ansoft High Frequency Structure Simulator v.9

Banyak perangkat lunak (Software) simulasi yang digunakan dalam

menganalisis karakteristik antena mikrostrip. Salah satunya adalah Ansoft High

Frequency Structure Simulator v.9 (HFSS). Dalam Tugas Akhir penulis

menggunakan Ansoft HFSS v.9 untuk menganalisis karakteristik antena

mikrostrip yang penulis buat dalam tugas akhir ini [7].

Ansoft HFSS v.9 juga merupakan dasar dari perancangan desain yang

menyarankan pemakai untuk mendesain model dan mensimulasikan secara

analog, RF, aplikasi mixed-signal, membentuk papan sirkuit, dan

memperformasikan sinyak tersebut. Dalam software ini terbentuk-bentuk

skematik dengan berbagai macam layout, dan mempunyai bermacam bentuk