BAB II
TINJAUAN TEORITIS 2.1 Tinjauan Pustaka
Pada proyek akhir ini digunakan patchberbentuk persegi panjang dengan teknik pencatuan proximity coupling. Dengan demikian diharapkan antena yang dirancang dapat memenuhi spesifikasi dan dengan teknik pencatuan yang digunakan dapat menghasilkanbandwidthyang lebar.
Di bawah ini adalah beberapa proyek akhir sebelumnya yang berhasil penulis temukan dalam literatur (Tugas/Proyek Akhir) di lingkungan Politeknik Negeri Bandung yang berkaitan dengan antena mikrostrip dengan menggunakan teknikproximity coupling:
1. Yuliana Siahaan. 2011. Realisasi antena mikrostrip susun dua elemen dengan teknik pencatuan proximity Coupling untuk range frekuensi 2.3 – 2.4 GHz. Pada tugas akhir ini telah direalisasikan antena mikrostrip dengan menggunakanpatch berbentuk persegi dan menggunakan bahan subtrat FR4-Epoxy dengan permitivitas relatif 4.4.
2. Krishna Pretty Ekarina. 2010. Realisasi antena mikrostrip dengan menggunakan teknik pencatuan proximity coupling untuk aplikasi WIMAX. Pada tugas akhir ini telah direalisasikan antena mikrostrip dengan elemen tunggal yang juga beroperasi pada frekuensi 2.3 – 2.4 GHz.
Tugas akhir yang penulis realisasikan mempunyai perbedaan dengan beberapa proyek akhir sebelumnya, yaitu menggunakan patch persegi panjang dengan teknik pencatuan proximity coupling dan jumlah elemen susun terdiri dari 4 elemen, disamping itu menggunakan bahan substrat FR4-Epoxy dengan permitivitas relatif 4.1.
2.2 WLAN
Teknologi wireless LAN melakukan proses pengiriman data dengan menggunakan frekuensi radio sebagai media perantaranya. Teknologi ini diregulasi oleh aturan yang sama seperti radio AM/FM. Federal Communications Commision (FCC) merupkan organisasi internasional yang meregulasi
penggunaan device wireless LAN. Sebaliknya IEEE (Instirute of Electrical & Electronic Engineers) membuat dan mengelola standarisasidevice wireless.
Ada tiga pita (band) frekuensi yang dapat digunakan secara bebas dalam dunia industri, medis, dan ilmiah, anatara lain frekuensi 900 MHz, 2.4 MHz, dan 5.2 MHz. Diantara ketiga band, perangkat-perangkat wireless saat ini banyak menggunakan frekuensi 2.4 GHz. IEEE telah menetapkan protokol standar yang digunakan pada device wireless, yakni IEEE 802.11. Saat ini, ada beberapa standar 802.11 dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Spesifikasi Wifi
Spesifikasi Kecepatan Frekuensi Band
802.11a 54 Mbps ~2.4 GHz
802.11b 11 Mbps ~2.4 GHz
802.11g 54 Mbps ~2.4 GHz
802.11n 100 Mbps ~5 GHz
Wireless LAN kebanyakan memiliki peran sebagai access layer, sehingga digunakan sebagai entery point ke dalam jaringan kabel. Wireless LAN bekerja padalayer Data linkseperti umumnyadevice access layerlainnya [4].
Dengan mengimplementasikan jaringan wireless, kita dapat memperoleh beberapa keuntungan, antara lain :
Pengguna dapat bergerak lebih fleksibel Terbebas dari masalah pengkabelan Relatif cepat dan murah
Dapat ditempatkan di manapun
2.3 Antena
Telekomunikasi bisa dikatakan sebagai proses penyampaian informasi dari satu tempat (titik) ke tempat (titik) yang lain. Secara fisik yang disampaikan dalam proses tersebut berupa gelombang elektromagnetik (EM). Cara penyampaian gelombang ini bisa dilakukan dengan dua cara, yang pertama melalui media saluran transmisi misalnya kabel koaksial, wave guide, dan serat optik. Pada cara ini energi gelombang terfokus di sepanjang saluran dari sumber ke tujuan [2].
Tetapi dalam banyak kasus, penggunaan saluran transmisi atau wave guide menjadi tidak praktis, tidak ekonomis, atau tidak mungkin dilakukan. Dalam hal ini media yang digunakan sebagai alternative adalah ruang bebas (free space). Komunikasi yang menggunakan media ruang bebas ini sering disebut komunikasi nir-kawat (wireless).
Antena adalah elemen penting pada sistem telekomunikasi tanpa kabel (nirkabel/wireless), tidak ada sistem telekomunikasi wireless yang tidak memiliki antena. Definisi antena itu sendiri ada 2, yaitu [3] :
Menurut Kamus Webster
A usually metalic device (such as rod or wire) for radiating or receiving radio waves (peralatan dari logam berupa batangan atau kawat yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang radio).
Menurut IEEE (IEEE Std 145-1983)
A means for radiating or receiving radio waves (suatu perangkat untuk
memancarkan atau menerima gelombang radio).
Antena dirancang untuk bisa memacarkan dan atau menerima gelombang elektromagnetika. Antena sebagai alat pemancar (transmitting antenna) adalah sebuah tranduser (pengubah) elektromagnetis, yang digunakan untuk mengubah gelombang tertuntun didalam saluran transmisi kabel, menjadi gelombang yang merambat diruang bebas, dan sebagai alat penerima (receiving antenna) mengubah gelombang ruang bebas menjadi gelombang tertuntun. Secara umum, antena dibedakan menjadi antena kawat (seperti antena dipole dan yagi), antena aperture, antena mikrostrip, antenaarray, dan antena reflektor [3].
Antena merupakan perangkat pasif dan tidak menguatkan sinyal tetapi mengarahkan sinyal. Antena bekerja dengan cara yang sama baik sebagai pemancar maupun sebagai penerima gelombang radio. Sifat ini disebut sebagai reciprocity. Fungsi utama dari antena yaitu sebagai matching device dimana sebuah antena harus memiliki tingkat penyesuaian yang baik antara saluran transmisi dan ruang bebas. Fungsi kedua antena yaitu sebagai directional device dimana antena berfungsi untuk mengarahkan atau mengkonsentrasikan daya elektromagnetik ke arah yang diinginkan dan menekan radiasi ke arah lainnya [2].
2.4 Antena Mikrostrip
Antena mikrostrip merupakan salah satu jenis antena yang berbentuk papan (broad) tipis dan mampu bekerja pada frekuensi yang sangat tinggi.
Gambar 1. Karakteristik dasar antena mikrostrip
Antena mikrostrip dibuat dengan menggunakan sebuah substrat yang mempunyai tiga buah lapisan struktur, yaitu [6] :
a. Conducting patch
Conducting patch merupakan lapisan teratas dari substrat, lapisan ini biasanya terbuat dari konduktor (seperti tembaga) yang berfungsi untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ke udara. Pada lapisan ini akan dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu untuk mendapatkan suatu pola radiasi seperti yang diinginkan. Berikut ini macam-macam bentuk patch pada mikrostrip.
Gambar 2. Bentukpatchantena mikrostrip
Gambar 3. Distribusi arus padapatchmikrostrip b. Dielektrik
Pada bagian tengah pada substrat terdapat lapisan yang menggunkan bahan dilektrik. Substrat dielektrik berfungsi sebagai media penyalur GEM dari catuan. Karakteristik substrat sangat berpengaruh pada besaran-besaran parameter antena. Pada antena mikrostrip, semakin tinggi besar permitivitas relatif, maka ukuran patch akan semakin kecil dan sebagai akibatnya memperkecil daerah radiasi. Sedangakan ketebalan substart dielektrik berpengaruh terhadap besarnya bandwidth, dimana semakin tebal substrat maka akan memperbesar bandwidth. Tetapi berpengaruh terhadap timbulnya gelombang permukaan.
c. Groundplane
Groundplane merupakan lapisan paling bawah dari substrat, terbuat dari bahan konduktor, memiliki bentuk geometris sederhana misalkan lingkaran, peresegi panjang, segitiga, atau bentuk lain. Lapisan groundplane berfungsi sebagai reflektor dari gelombang elektromagnetik sehingga dapat memantulkan sinyal yang tidak diinginkan.
Antena mikrostrip mempunyai kelebihan dan kekurangan, diantaranya [5] : a. Kelebihan
Mempunyai penampang yang tipis Massa yang ringan
Mudah dalam pembuatannya Dapat diintegrasikan langsung
Dapat dibuat untuk dual atau tripel frekuensi Mudah terintegrasi dengan rangkaian
b. Kekurangan
Bandwidthsempit
Kecilnya alat mengakibatkan perlu ketelitian yang tinggi dalam perancangan.
2.4.1 Fringing Effect
Pada dasarnya antena mikrostrip dapat dimodelkan sebagai suatu saluran yang terdiri dari dua buah konduktor yaitu patch dan groundplane yang dipisahkan oleh substrat yang memiliki konstanta dielektrik . Konduktor pada saluran mikrostrip tidak bersifat perfectly magnetic conducting sehingga medan elektromagnetik yang timbul tidak sepenuhnya tegak lurus terhadap patch maupungroundplane. Fenomena ini kemudian disebutfringing effect.
Gambar 4.Fringing effect
Fringing effect ini menyebabkan sebagian medan elektromagnetik meradiasi ke udara dan sebagian lagi ke dalam substrat. Oleh karena itu, terdapat dua jenis dielektrik yang melingkupi saluran mikrostrip, yaitu dielektrik dengan bahan udara ( = 1) dan substrat dengan dielektrik > 1. Sehingga secara keseluruhan, saluran mikrostrip ini dapat dilihat sebagai sebuah saluran dengan dielektrik homogen yang besarnya 1 < < . Konstanta dielektrik ini disebut konstanta dielektrik efektif.
Fringing effect menyebabkan dimensi medan elektromagnetik antena mikrostrip terlihat lebih besar dari dimensi fisiknya.
(a) (b)
Gambar 5. Panjang efektif antena mikrostrip : (a) Tampak depan, (b) Tampak samping
Panjang antena mikrostripnya akan terlihat bertambah sebesar 2∆ [3].
2.4.2 DimensiPatchMikrostrip
Ukuranpatchberpengaruh pada tinggi rendahnya frekuensi kerja. Semakin besar dimensinya maka semakin rendah frekuensi kerjanya, sedangkan jika semakin kecil dimensinya maka akan semakin tinggi frekuensi kerjanya. Panjang patch sendiri berpengaruh pada bandwidth. Semakin panjang patch yang digunakan, maka bandwidth akan semakin lebar, namun hal ini dapat mengakibatkan efisiensi yang rendah. Berikut ini adalah langkah-langkah untuk menghitung dimensipatchpersegi panjang [3]:
1. Frekuensi tengah
= × (1)
dimana : → frekuensi tengah antena (Hz) → frekuensi bawah antena (Hz) → frekuensi atas antena (Hz) 2. Lebarpatch
= (2)
dimana : → lebarpatch(m)
c → kecepatan cahaya (3 x 108m/s) → frekuensi tengah (Hz)
→ konstanta dielektrik 3. Konstanta dielektrik efektif
= + 1 + → > 1 (3)
= + 1 + + 0.04 1 − → < 1 (4) dimana : → konstanta dielektrik efektif
→ konstanta dielektrik h → tinggi substrat (mm) W → lebarpatch(mm) 4. Panjang tambahan
= 0.412 .. . . (5)
dimana : → panjang tambahan (mm) h → tinggi substrat (mm)
→ konstanta dielektrik efektif h → tinggi substrat (mm) W → lebarpatch(mm) 5. Panjangpatch
= − 2 (6)
dimana : L → panjangpatch(m)
c → kecepatan cahaya (3 x 108m/s) → frekuensi tengah (Hz)
→ konstanta dielektrik efektif → panjang tambahan (m)
2.4.3 Saluran Mikrostrip
Untuk keperluan perancangan, bila diketahui impedansi karakteristik Z0 dan konstanta dielektrik , lebar strip dapat dicari dengan persamaan seperti berikut ini. = → < 2 (7) = − 1 − (2 − 1) + ( − 1) + 0.39 − . → > 2 (8) dengan
= + 0.23 + . (9) =
√ (10)
dimana :W → lebar saluran (mm) h → tinggi substrat (mm)
Z0 → impedansi karakteristik saluran mikrostrip (Ω) → konstanta dielektrik
Panjang saluran mikrostrip dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini.
== (11)
dimana : L → panjang saluran (m)
→ panjang gelombang (m) c → kecepatan cahaya (3 x 108m/s)
→ frekuensi tengah (Hz)
→ konstanta dielektrik efektif pada saluran
Selain lebar saluran, terdapat beberapa bentuk diskontinuitas dari saluran pencatu, yaitu T – Junction dan perubahan lebar saluran, sehingga untuk mengatasi itu dengan membuat corner pada saluran mikrostrip dengan menggunakan perhitungan seperti berikut ini.
= 1.04 + 1.3 . (12)
Gambar 6.Corner pada saluran
dimana : → panjangcorner(mm) W → lebar saluran (mm) h → tinggi substrat (mm)
Untuk menghitung T-Junction dengan menggunakan perhitungan seperti berikut ini.
= 1.8 W (13)
Gambar 7. T-Junction
dimana : → panjang T-Junction(mm) W1 → lebar saluran (mm)
2.4.4 Teknik Pencatuan
Secara garis besar sistem feeding pada antena mikrostrip dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitudirect couplingdanelectromagnetic coupling.
Tabel 2. Karakteristik berbagai teknik pencatuan
2.4.4.1Microstrip Line
Teknik pencatuan microstrip line merupakan jenis pencatuan direct coupling. Pada teknik pencatuan ini, potongan konduktor dihubungkan langsung ke tepipatchseperti terlihat pada gambar berikut ini.
Gambar 8. Mikrostripline feed
Pada teknik pencatuan ini akan membutuhkan rangkaian penyepadan dalam penyepadanan impedansi input dengan impedansi antena dan akan mendapatkan kopling antara strip line dengan patch-nya [6]. Antena ini memiliki bentuk yang sangat sederhana dalam penggunaannya tetapi dalam pabrikasinya sangat sulit bila diarray.
2.4.4.2Coaxial Probe
Teknik pencatuan ini konduktor konektor koaksial dilewatkan melalui dielektrik dan disolder pada patch, sedangkan konduktor luarnya dihubungkan ke groundplane. Keuntungan utama dari metoda pencatuan ini adalah pencatuan dapat ditempatkan dimana saja sesuai dengan yang diinginkan pada patch untuk penyesuaian dengan impedansi masukan sehingga tidak perlu lagi rangkaian penyepadan. Selain itu, karena kabel koaxial dihubungkan langsung denganpatch maka kopling catuan dengan patch bisa diminimalisasi. Akan tetapi, akibat dilakukannya pelubangan terhadap patch, maka struktur antena tidak planar lagi dan juga tingkat keakuratan penentuan titik catu sangat tinggi sehingga sulit ditentukan [6].
Gambar 9.Coaxial probe 2.4.4.3Aperture Coupled Feed
Keuntungan menggunakan aperture coupling adalah tidak ada kontak langsung antara patch antena dengan feed line-nya, bandwidth lebih lebar dan dapat mengurangi spurious radiation dari feed line. Hal ini disebabkan karena pada aperture coupling struktur pabrikasinya menggunakan dua atau lebih substrat, dimana patch antena terletak disubstrat bagian atas sedangkan feed line terletak pada substrat bagian bawah yang dikopel secara aperture melalui sebuah slot atau sebuah cross slot yang terletak diantara elemen antena dan feed line, dengan menggunakan teknik pencatuan jenis ini maka elemen pencatu dan patch peradiasi akan terkopling secara elektromagnetik [6]. Kelemahan teknik ini adalah paling sulit dibuat diantara teknik pencatuan lain dan antena menjadi lebih tebal karena lapiasannya yang banyak.
Gambar 10.Aperture coupled feed
2.4.4.4Proximity Coupling
Metode pencatuan semacam ini disebut juga skema kopling elektromagnetik. Seperti ditunjukkan pada Gambar 11 dua bahan dielektrik digunakan sehingga saluran pencatu berada diantara 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 antena dapat digunakan media dielektrik yang berbeda.
Matchingdapat 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 [6].
Gambar 11.Proximity coupled feed 2.5 Parameter Antena
2.5.1 Return LossdanVoltage Standing Wave Ratio(VSWR)
Return loss adalah cara lain untuk menyatakan ketidaksesuaian antara saluran transmisi dan antena. Ini merupakan rasio logaritmis dalam dB yang membandingkan daya yang dipantulkan oleh antena terhadap daya yang diberikan ke antena dari saluran transmisi [2]. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedensi masukan beban (antena).
Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) merupakan kemampuan suatu antena untuk bekerja pada frekuensi yang diinginkan. Pengukuran VSWR berhubungan dengan pengukuran koefisien refleksi dari antena tersebut. VSWR
sangat dipengaruhi oleh impedansi input. Impedansi antena penting untuk pemindahan daya dari pemancar ke antena dan dari antena ke penerima [2].
Sebagai contoh untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, impedansi antena harus conjugate match. Jika ini tidak dipenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima. Perbandingan level tegangan yang kembali ke pemancar dan yang datang menuju beban ke sumbernya lazim disebut koefisien pantul atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol “ ” atau dapat dituliskan seperti berikut ini.
= (14)
dimana : → koefisien pantul
V- → level tegangan yang kembali ke pemancar V+ → level tegangan yang dikirim
Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran dan impedansi beban/ antena dapat ditulis:
= (15)
dimana : → koefisien pantul
Z0 → impedansi karakteristik saluran (Ω) Zl → impedansi beban/antena (Ω)
Harga koefisien refleksi ini dapat bervariasi antara 0 (tanpa pantulan / match) sampai 1, yang berarti sinyal yang datang ke beban seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya semula.Maka untuk pengukuran VSWR besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang diradiasikan antena pemancar diterima oleh antena penerima (match).
= | || | (16)
dimana : → koefisien pantul
Semakin besar nilai VSWR menunjukkan daya yang dipantulkan juga semakin besar dan semakin tidakmatch.
2.5.2 Pola Radiasi
Pola radiasi (radiation pattern) suatu antena adalah pernyataan grafis yang
Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan (field pattern) apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut pola daya (power pattern) apabila yang digambarkan pointing vektor. Dengan adanya gambaran pola radiasi kita bisa melihat bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena tersebut. Pola radiasi antena pada dasarnya dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu [2]:
Pola radiasi isotropis
Merupakan pola radiasi yang dipancarkan oleh sebuah sumber titik. Sumber titik tersebut bisa memancarkan radiasi kesegala arah sama besar, sehingga pancaran tiga dimensinya berbentuk bola. Gambar 8 berikut ini merupakan gambar tiga dimensi dari pola radiasi isotropis.
Gambar 12. Pola radiasi isotropis Pola radiasi omnidirectional
Merupakan pola radiasi yang dipancarkan oleh sebuah antena, yang memancarkan dayanya kesekelilingnya pada satu bidang sama besar. Contoh pola radiasi ini adalah radiasi yang dipancarkan oleh antena dipol yang ditunjukan seperti gambar berikut ini.
o 78
Gambar 13. Pola radiasi antena dipole: (a) E –plane, (b) H –plane
Pola radiasidirectional
Pola radiasi yang arah pancar-nya diarahkan pada suatu tempat saja. Berikut ini gambar pola radiasidirectional.
x
y
x
y
(a) (b) Gambar 14. (a) Pola azimuth, (b) Pola elevasi
Dari pola radiasi diatas dapat terlihat bahwa posisi antena mempengaruhi arah pancaran radiasi.
Bentuk pola radiasi merupakan bentuk tiga dimensi. Secara umum pola ini berupa lobe-lobe seperti diperlihatkan pada gambar 11 dalam koordinat polar. Pada pola radiasi ini bisa dianalisis parameter - parameter pola radiasi dari sebuah antena secara lengkap, sebagai berikut.
Gambar 15. Parameter pola radiasi 1. Main(major)lobe
Lobeutama dimana terdapat radiasi maksimum. 2. Side(minor)lobe
Lobe – lobe selain main lobe, yang merupakan merupakan energi bocoran.
3. Back lobe
Side lobeyang muncul kearah yang berlawanan denganmain lobe. 4. HPBW (Half Power Beamwidth)
Merupakan lebar sudutbeampada level setengah daya. 5. FNBW (First Null Beamwidth)
Merupakan lebar sudut diantara dua titik nol pertama darimain lobe. 6. FBR (Front to Back Ratio)
Merupakan perbandingan dari levelmain lobedanback lobe.
BackLobe MainLobe
FBR (17)
2.5.3 Polarisasi
Polarisasi adalah sifat dari gelombang elektromagnetik yang menggambarkan magnitud relatif dari vektor medan listrik (E) sebagai fungsi waktu pada titik tertentu di ruang [2]. Polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh antena itu.
Ada beberapa jenis polarisasi yang dapat terjadi pada gelombang elektromagnetik. Suatu polarisasi disebut polarisasi vertikal jika medan listrik dari gelombang yang dipancarkan antena berarah vertikal terhadap permukaan bumi. Dan disebut polarisasi horisontal jika medan listriknya arahnya horisontal terhadap permukaan bumi. Namun demikian ada beberapa jenis antena yang polarisasinya bukan polarisasi vertikal atau horisontal, karena gelombangnya memiliki vektor medan listrik dimana ujung dari vektor tersebut seolah-olah berputar membentuk suatu lingkaran ataupun suatu elips dengan pusat sepanjang sumbu propagasi. Selanjutnya jika perputaran ujung vektor medan yang dipancarkan itu membentuk lingkaran maka dinamakan polarisasi lingkaran, dan jika perputaran ujung vektor medan itu membentuk elips maka dinamakan polarisasi elips. Frekuensi putaran radian adalah ω dan terjadi satu dari dua arah perputaran. Jika vektornya berputar berlawanan arah jarum jam dinamakan polarisasi tangan kanan (right hand polarize) dan yang searah jarum jam dinamakan polarisasi tangan kiri (left hand polarize). Suatu gelombang yang berpolarisasi elips untuk tangan kanan dan tangan kiri.
Sebuah antena dapat memancarkan energi dengan polarisasi yang tidak diinginkan, yang disebut dengan polarisasi silang (cross polarized). Polarisasi silang ini menimbulkan side lobe yang mengurangi gain. Untuk antena polarisasi linier, polarisasi silang tegak lurus dengan polarisasi yang diinginkan dan untuk antena polarisasi lingkaran, polarisasi silang berlawanan dengan arah perputarannya yang diinginkan.
2.5.4 Directivity
Directivity merupakan besaran yang menyatakan perbandingan antara kerapatan daya maksimal dengan kerapatan daya rata-rata [1]. Direktivitas suatu antena dapat diperkirakan dengan menggunakan pola radiasi yang dihasilkan pada pengukuran pola radiasi bidang E dan bidang H. Secara matematis dapat dituliskan :
= ( . ) (18)
dimana : D → directivity
→ sudut pada titik setengah daya bidang H (radian) → sudut pada titik setengah daya bidang E (radian)
Jika sudut terukur dalam bentuk derajat maka kita juga dapat menggunakan rumus:
= ( . ) (19)
diamana : D → directivity
→ sudut pada titik setengah daya bidang H (derajat) → sudut pada titik setengah daya bidang E (derajat)
2.5.5 Gain
Gain antena berhubungan erat dengan directivity dan faktor efisiensi. Namun dalam prakteknya sangat jarang gain suatu antena dihitung berdasarkan directivity dan efisiensi yang dimilikinya, karena untuk mendapatkan directivity suatu antena bukanlah suatu yang mudah, sehingga pada umumnya gain maksimum suatu antena dihitung dengan cara membandingkannya dengan antena lain yang dianggap sebagai antena standar (dengan metode pengukuran).
Gain antena dapat dihitung dengan menggunakan antena lain sebagai antena yang standar atau sudah memiliki gain yang standar, dimana membandingkan daya yang diterima antara antena standar dan antena yang akan diukur dari antena pemancar yang sama dan dengan daya yang sama. Metode pengukurangaindiatas dapat dihitung menggunakan rumus :
= × (20)
diamana : Gt → gainantena (mW) Gs → gainantena referensi
Pt → daya yang diterima pada antena yang akan diukur (mW) Ps → daya yang diterima oleh antena referensi (mW)
Pada satuan decibel dapat dituliskan menjadi :
( ) = ( ) − ( ) + ( ) (21)
Gain menentukan seberapa besar sebuah antena memfokuskan energi pancarnya [1].
2.5.6 Bandwidth
Penggunaan sebuah antena didalam sistem pemancar ataupun penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut, antena diusahakan dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima dan memancarkan gelombang elektromagnetik pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif disini adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum mengalami perubahan yang berarti, sehingga masih sesuai dengan pola radiasi yang direncanakan serta VSWR yang diijinkan.
Lebar band frekuensi atau dikenal sebagai bandwidth antena didefinisikan sebagai interval frekuensi, didalamnya antena bekerja dengan efektif sesuai dengan yang ditetapkan oleh spesifikasi yang diberikan [1].
Bandwidth dapat dinyatakan dalam bentuk persen. Dapat dituliskan sebagai berikut : = % (22) dimana : BW → bandwidth(Hz) fu → frekuensi atas (Hz) fl → frekuensi bawah (Hz)
Selain itubandwidthdapat pula dinyatakan dalam bentuk :
= − (23)
dimana : BW → bandwidth(Hz) fu → frekuensi atas (Hz) fl → frekuensi bawah (Hz)
2.5.7 Impedansi Saluran
Impedansi input adalah impedansi yang diukur pada titik catu pada terminal antena yang merupakan perbandingan tegangan dan arus pada titik tersebut. Impedansi input selain ditentukan oleh letak titik catu antena, juga dipengaruhi oleh antena lain atau benda-benda yang berada disekitar antena serta frekuensi kerjanya.
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 :
= − (24)
dimana : → impedansi input antena (Ω) → bagian real (resistansi) ± → bagian imajiner (reaktansi) Impedansi input dapat juga dihitung dengan rumus :
= (25)
dimana: Zin → impedansi Input (Ω)
V → tegangan terminal input (volt)
I → arus terminal input (Ampere)
Impedansi antena penting untuk pemindahan daya dari pemancar ke antena dan dari antena ke penerima. Sebagai contoh untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, impedansi antena harus conjugate match. Jika ini tidak dipenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan atau diterima. Metoda pencatuan secara langsung sulit untuk untuk mencapai kondisi matching oleh karena itu dibutuhkan suatu cara untuk mendapatkan kondisi yang matching yaitu dengan cara menambahkan transformator /4, pemeberian single stub,atau pemeberiandouble stub[6].
2.6 AntenaArray
Biasanya antena elemen tunggal memiliki pola radiasi yang sangat lebar, dan setiap elemen tersebut menghasilkan keterarahan dan perolehan (gain) yang kurang baik [6]. Pada banyak aplikasi diperlukan antena dengan keterarahan yang baik dan perolehan (gain) yang tinggi. Untuk memperoleh bentuk radiasi yang tidak bisa diberikan oleh sebuah antena tunggal dapat dilakukan dengan menyusun sejumlah elemen antena secara sistimatis. Susunan elemen-elemen antena ini disebut antena susun. Pada umumnya elemen-elemen antena susun ini adalah sama satu sama lain.
Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang identik. Dalam antena mikrostrippatch, yang disusun secaraarrayadalah bagian dari patch.Ada beberapa macam konfigurasi antenaarraydiantaranyalinear, planar,dancircular [6]. Masing-masing konfigurasi memiliki keuntungan, misalnya linear array memiliki kelebihan dalam perhitungan yang tidak terlalu rumit [6]. Pada susunan linear, pusat-pusat elemen antena membentuk sebuah garis lurus [2]. Elemen-elemen ini bisa berjarak sama atau berbeda satu sama lain. Pada susunan planar array memiliki kelebihan dalam pengaturan dan pengendalian arah pola radiasi. pada susunan planar, pusat-pusat elemen antena terletak pada suatu bidang [6][2]. Susunan planar biasanya berbentu k lingkaran dimana pusat-pusat elemen diatur pada sebuah lingkaran, atau susunan segiempat dimana pusat-pusat elemen berada pada bidang segiempat [2].
